KR100523781B1

KR100523781B1 - 광학 유닛 및 이를 이용한 영상 표시 장치

Info

Publication number: KR100523781B1
Application number: KR10-2003-0031485A
Authority: KR
Inventors: 오오우찌사또시
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2005-10-27
Also published as: US6765705B2; EP1253787B1; US20060209421A1; US6898020B2; CN1181376C; KR20030044978A; CN1383023A; JP4061857B2; KR20020083894A; KR100429119B1; US20040246590A1; US20030072084A1; DE60143378D1; CN1603884A; US20020159161A1; EP1253787A2; EP1253787A3; TW546522B; US6493149B2; US20050162749A1

Abstract

광을 다수 색으로 분리하는 다이크로익 미러와, 이 다이크로익 미러에서 반사된 다수 색의 광을 회전 다면체로 조사하고, 이 회전 다면체로부터 출사된 다수 색의 광을 표시 소자의 각각 상이한 장소로 조사하고, 상기 회전 다면체를 회전시키므로써 상기 다수 색의 광을 표시 소자 상에서 한 방향으로 이동시켜 컬러 영상을 투사렌즈에서 투사하도록 구성하여, 간단하고 광의 이용 효율이 좋은 단판식의 광학 유닛 및 표시 장치를 얻는다.

Description

광학 유닛 및 이를 이용한 영상 표시 장치{OPTICAL UNIT AND AN IMAGE DISPLAY APPARATUS USING THE SAME}

본 발명은 액정 패널 또는 영상 표시 소자 등의 라이트 밸브 소자를 사용하여, 스크린 상에 영상을 투영하는 투사 장치, 예를 들면, 액정 프로젝터 장치나, 반사식 영상 표시 프로젝터 장치, 투사형 리어프로젝션 텔레비젼 등의 광학 엔진, 투사형 영상 표시 장치에 관한 것으로, 특히, 라이트 밸브 소자에 입사하는 다수 색의 광을 회전 다면체를 사용하여 라이트 밸브 소자의 상이한 장소에 조사하고, 이 장소를 순차적으로 이동시켜 투사하는 기술에 관한 것이다.

종래, 램프로부터의 광을 제1 및 제2 어레이 렌즈, 편광 빔 스플리터(PBS), 콜리메이트 렌즈를 통과시킨 후, 다수의 다이크로익 미러를 사용하여 R광, B광 및 G광으로 분리하고, 각 분리된 광을 각각의 회전 프리즘을 사용해서 광로를 변경하여, 각 광이 라이트 밸브 소자(이하 단순히 표시 소자 혹은 영상 표시 소자라 표기함)의 각각 상이한 장소에 조사되고, 또한, 각 광이 조사되는 장소가 순차적으로 표시 소자 상을 일정 방향으로 이동(스크롤)시키도록 한 광학 유닛이 알려져 있다.

상기 종래의 광학 유닛은 단판의 표시 소자를 사용했다, 조립이 용이하다 등의 잇점이 있으나, 다수의 회전 프리즘을 사용하지 않으면 안되므로 광학 유닛이 대형이 된다. 또, 다수의 회전 프리즘, 다수의 렌즈 및 다수의 다이크로익 미러를 사용하기 때문에 고가가 되는 동시에 많은 렌즈를 사용하기 때문에 광의 이용 효율이 나빠진다. 또한, R, G, B광이 조사되는 표시 소자 상의 위치를 맞추기 위해서는 다수의 회전 프리즘의 회전 위상을 맞추지 않으면 안되어 그 조절이 곤란하다. 또, 다수의 모터를 사용하는 것으로 인한 소음에 대한 대책을 세우지 않으면 안되는 등의 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 콤펙트하고 값싼 광학 유닛을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 표시 소자 상에 조사되는 다수의 광의 위치 맞춤이 용이하고 광의 이용 효율이 좋은, 신규이고 또한 유용한 영상 표시 기술을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 광학 유닛은, 광원과, 상기 광원의 출사광으로부터 영상 신호에 따른 광학상을 형성하는 표시 소자와, 상기 광원으로부터 출사된 광을 다수 색의 광으로 분리하는 색광 분리 수단과, 상기 색광 분리 수단으로부터 출사된 각 다수 색의 광이 입사되고, 광축의 방향을 변경해서 출사하여 상기 표시 소자의 상이한 장소에 상기 다수 색의 광을 조사함과 동시에, 상기 다수 색이 조사되는 장소를 한 방향으로 이동시킬 수 있는 회전 다면체와, 상기 표시 소자로부터 출사된 광을 컬러 영상으로서 투사하는 투사 장치를 구비한다.

(실시예)

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 몇 개의 실시예를 이용해서 도면을 참조하며 설명한다.

도1은, 본 발명에 의한 광학 유닛의 제1 실시예를 나타내는 구성도이다.

도면에 있어서, 램프로부터 출사된 광을 반사기로 반사해서 얻어지는 광원(1)으로부터의 광은 다수의 2차 광원상을 형성하기 위한 제1 어레이 렌즈(2)에 입사되고, 또한 다수의 집광 렌즈로 구성되고, 다수의 2차 광원상이 형성되는 근방에 배치되고, 또한 액정 표시 소자(12)에 제1 어레이 렌즈(2)의 개개의 렌즈상을 결상시키는 제2 어레이 렌즈(3)를 통과한다. 제2 어레이 렌즈(3)를 통과한 P편광광과 S편광광이 혼재한 광은 편광 빔 스플리터(4)(이하, 단순히 PBS라고 표기함) 및 λ/2 파장판(4a)에 의해 예를 들면, S편광광으로 맞추어지고, 제1 콜리메이트 렌즈(5a) 및 제2 콜리메이트 렌즈(5b)를 통하여, R광을 반사하는 R용 다이크로익 미러(7a), G광을 반사하는 G용 다이크로익 미러(7b), B광을 반사하는 B용 다이크로익 미러 혹은 반사 미러(7c)(이후 다이크로익 미러군이라 호칭한다)에 의해 각각 R광, G광, B광으로 반사된다. 각 R광, G광 및 B광은 제3 콜리메이트 렌즈(5c)를 통과하여 각각 반사형 회전 다면체(43)의 상이한 장소에 조사되고, 반사형 회전 다면체(43)에서 반사된다. 본 실시예에 있어서는, 이 반사형 회전 다면체(43)가 8면체로 구성되어 있는데 면의 수는 한정되는 것은 아니다. 또, 본 실시예에 있어서는 다이크로익 미러군(7a, 7b, 7c)은, 적색광(R), 녹색광(G), 청색광(B)의 3색인데, R, G, B, W(백색광)의 조합색 전환, 또는 Y(황색광), C(시안광), M(마젠더광)의 조합색 전환, 또는, R, Y, G, C, M의 조합색 전환, R, O(오렌지광), G, B, V(자색광)의 조합색 전환이어도 되고, 이 경우에는 색 분리수단인 다이크로익 미러군이 3장 이상의 다수장이 되는 일도 있다. 이 경우에는 표시 소자 상의 스크롤대는 3종류 이상이 되는 경우가 있다.

또, 2판식(표시 소자 2장을 사용하여 큐브형 PBS의 2면에 각각 배치하는 구성)의 광학 엔진의 경우에는, 스크롤시키는 광만을 회전 폴리건 미러를 통하여 제1 표시 소자에 도달하도록 하고, 나머지 스크롤하지 않은 광은 고정 미러, 렌즈를 통하여 직접 제2 표시 소자에 도달하도록 하는 구성도 가능하다.

R광, G광 및 B광이 반사형 회전 다면체(43)의 한 면에서 반사된 경우, 각 광의 광축은 일단 교차된다. 또, R광, G광 및 B광 중 어느 2개의 광이 반사형 회전 다면체(43)의 한 면에서 반사된 경우에는, 예를 들면, 이들 광의 광축은 교차된다(후술하는 도4, 도5 참조). 반사형 회전 다면체(43)를 출사한 R광, G광 및 B광은 결상 렌즈(6), 콘덴서 렌즈(8), 편광판(9a)을 투과해서, PBS(10)로 반사된 후, λ/4 파장판(11)을 통과하여 표시 소자(12)의 상이한 장소에 조사된다. 표시 소자(12)로부터 출사되어 S편광광에서 P편광광으로 변환된 광은 PBS(10)를 투과하고, 또한 편광판(9b)을 투과한 후, 투사 렌즈(13)를 통해서 스크린(도시하지 않음)에 확대 투영된 영상을 표시한다.

또, 표시 소자로서는, 투과형 액정 표시 소자, 반사형 액정 표시 소자, 강유전성 액정 표시 소자 및 마이크로 미러형 영상 표시 소자 등이 있는데, 본 발명에서는 적절하게 이들 표시 소자 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 본 실시예에서는, 표시 소자(12)로서 반사형 액정 표시 소자 또는 강유전성 액정 표시 소자를 사용할 수 있다.

도1의 실시예에 있어서, 각 다이크로익 미러군(7a, 7b, 7c)에 의해 반사된 R광, G광, B광의 광축 방향은, 각각 R광, G광 및 B광이 표시 소자(12)상에서 소정의 장소에 조사되도록 조정된다. 또, 반사형 회전 다면체(43)는 이것을 회전시켰을 때, 표시 소자(12)상의 R광, G광 및 B광이 대략 동등한 속도로 한 방향으로 이동할 수 있도록, 그 크기, 다면체의 수를 결정한다.

또, 다이크로익 미러군(7a, 7b, 7c) 대신에, 다이크로익 프리즘과 반사 미러를 조합하여, 다이크로익 프리즘으로 R광, G광 및 B광으로 분리하고 반사 미러로 광축의 방향을 제어하도록 해도 된다.

다음으로, 어떤 시각에 있어서, 반사형 회전 다면체(43)에서 반사된 R광, G광 및 B광의 표시 소자(12)상에 있어서의 조사 상황에 대해서 도2를 이용하여 설명한다.

도2는 표시 소자 상에 있어서의 3색광의 조사 상황을 설명하기 위한 표시 소자의 사시도이다. 도2에 있어서, 12R은 R광이 조사된 장소를 나타내고, 12G는 G광이 조사된 장소를 나타내고, 12B는 B광이 조사된 장소를 나타낸다. 이들 R광, G광 및 B광은 표시 소자(12)상에 동시에 조사된다. 또, 21R, 21G, 21B는 각각 다음으로 R광, G광, B광이 조사되는 장소이고, R광, G광, B광을 조사하기 위한 어드레싱을 행하고 있다. 이 장소의 크기는 표시 소자(12)의 기입 시간, 즉, 표시 소자(12)의 응답 시간과 스크롤 속도에 의해 결정되는 것으로, 스크롤의 1라인 이동시간보다 응답 시간이 충분히 빠를 경우에는 1라인이어도 된다. 응답 시간이 늦은 경우에는, 그 응답 시간에 맞춘 라인수를 분배한다.

이들 광을 최초로 표시 소자(12)상에 스크롤에 의해 위에서 조사할 경우에는, 장소(12R, 12G, 12B)에 각각 어드레스를 각 색에 맞는 정보로 하고, 각 색은 위에서부터 순서대로 기입하고, 그런 다음, R광, G광, B광을 표시 소자(12)상에 각 색 에어리어의 위에서부터 순서대로 조사해간다. 그 동안에 장소(21R, 21G, 21B)에 어드레스 기입을 행한다. 장소(21R, 21G, 21B)로의 어드레스의 기입이 완료하면, 각각 장소(12R, 12G, 12B)에 조사되고 있는 R광, G광, B광이 표시 소자(12)의 아래 방향으로 장소(21R, 21G, 21B)만큼 이동하고, 이 장소(21R, 21G, 21B)에 R광, G광, B광이 조사된다. 또, 장소(21R, 21G, 21B)로의 어드레스의 기입이 완료하면, 그 아래 라인에 대해서 어드레스 기입이 행해진다. 이와 같이 하여, R광, G광, B광이 조사되는 장소는 순차적으로 하방으로 이동된다.

또, 각 장소(12R, 12G, 12B)의 크기는 본 실시예에서는 대략 동일하기 때문에, 제1 어레이 렌즈(2)의 각 렌즈의 형상은 R광, G광 또는 B광이 조사되는 표시 소자(12)상의 장소(12R, 12G 또는 12B)의 광의 대형상과 상사형(相似形)이 되도록 구성된다.

다음으로, 도3 내지 도5를 이용하여, 본 발명의 제2 실시예에 대해서 설명한다.

도3, 도4, 도5는 본 발명에 의한 광학 유닛의 제2 실시예를 나타낸 구성도 및 표시 소자의 평면도이고, 도3의 (a), 도4의 (a), 도5의 (a)는 각각 광학 유닛의 구성도를, 도3의 (b), 도4의 (b), 도5의 (b)는 R광, G광 및 B광이 조사되는 표시 소자 상에서의 장소를 나타낸다. 도면에 있어서, 반사형 회전 다면체(43)가 화살표A 방향으로 회전하고 있는 경우, 도3의 (a)는 다이크로익 미러군(7a, 7b, 7c)에서 반사된 R광, G광 및 B광이 반사형 회전 다면체(43)의 한 면에 조사된 경우의 실시예이고, 이 경우 도3의 (b)에 나타내는 바와 같이, R광, G광 및 B광이 조사되는 장소에는, 표시 소자(12)의 우측에서 좌측을 향하여 순서대로 12R, 12G, 12B가 된다. 도4의 (a)는 다이크로익 미러군(7a, 7b, 7c)에서 반사된 R광, G광 및 B광 중 R광 및 G광이 한 면에 조사되고, B광이 다음 면에 조사될 경우의 실시예이고, 이 경우, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, R광, G광 및 B광이 조사되는 장소는 표시 소자(12)의 우측부터 순서대로 12B, 12R, 12G가 된다.

도 5의 (a)는, 다이크로익 미러군(7a, 7b, 7c)에서 반사된 광 중, R광만이 한 면에 조사되고, G광 및 B광은 다음 면에 조사된 경우의 실시예를 나타내고, 이 경우, 도5의 (b)에 나타낸 바와 같이, R광, G광 및 B광이 조사되는 장소는 표시 소자(12)의 우측부터 순서대로 12G, 12B, 12R가 된다.

도3 내지 도5에 있어서, 도1과 동일한 것에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 도3 내지 도5에 있어서, 도1과 상위하는 점은 광원(1)에서 다이크로익 미러군(7a, 7b, 7c)까지의 광로에서는 λ/2파장판(4a), 제2의 콜리메이트 렌즈(5b)는 생략되어 있다. 다이크로익 미러(7a, 7b, 7c)에서 반사형 회전 다면체(43)까지의 광로에서는 제3 콜리메이트 렌즈(5c)는 생략되고, 그 대신에 결상 렌즈(6a)가 사용되고 있다. 반사형 회전 다면체(43)에서 투사 렌즈(13)까지의 광로에서는 대략 동일한 구성이다. 본 실시예에 있어서는 도1의 실시예와 동일하게 동작하고, R광, G광 및 B광을 각각 표시 소자(12)상의 장소(12a, 12b, 12c)에 조사함과 동시에 그 장소는 표시 소자(12)의 한 방향으로 순차적으로 이동되고, 하나의 표시 소자(12)에서 컬러 영상을 스크린(도시하지 않음)에 나타낼 수 있다.

도3은 다이크로익 미러군(7a, 7b, 7c)에서 반사된 R광, G광 및 B광이 각각 반사형 회전 다면체(43)의 한 면에 합초된 경우를 나타내고 있다. 이 경우에는, 반사형 회전 다면체(43)의 면에서 반사된 R광, G광 및 B광의 광축은 반사형 회전 다면체(43)와 PBS(10)의 입사면 사이에서 교차된다. 또, 본 실시예에서는 8면체를 예로 들어 설명하는데, 면의 수는 이에 한정되는 것이 아니다.

도4와 같이, 반사형 회전 다면체(43)의 한 면에 R광 및 B광이 조사되고, 다음 면에 B광이 조사될 경우, 반사형 회전 다면체(43)에서 반사된 R광 및 G광의 광축은 교차된 후 PBS(10)에 조사되지만, B광의 광축은 R광 및 G광의 광축과 뒤섞이는 일 없이 PBS(10)에 입사된다.

도5에 나타낸 바와 같이, R광이 반사형 회전 다면체(43)의 한 면에 조사되고, G광 및 B광이 회전 방향에 대해서 다음 면에 조사될 경우, 반사형 회전 다면체(43)의 다음 면에서 반사된 G광 및 B광은 교차한 후, PBS(10)의 입사면에 입사된다.

이상에서부터, 반사형 회전 다면체(43)의 한 면에 다수 색의 광이 조사된 경우, 반사형 회전 다면체(43)에서 반사된 다수 색 광의 광축은 일단 교차한 후, PBS(10)에 입사되는 것을 알 수 있다.

다음으로, 본 발명에 의한 표시 장치의 일실시예에 대해서 설명한다.

도6은 본 발명에 의한 일실시예를 나타낸 구성도이다. 도면에 있어서, 도1, 도3 내지 도5의 각 구성 요소와 동일한 것에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 이 실시예에서는, 광원(1)에서 다이크로익 미러군(7a, 7b, 7c)까지의 광로는 도1의 실시예와 동일하고, 다이크로익 미러군(7a, 7b, 7c)에서 투사 렌즈(13)까지의 광로는 도3 내지 도5의 광로와 동일하다. 본 실시예의 광학 유닛에 있어서도, 도1, 도3 내지 도5와 동일하게 동작하기 때문에 투사렌즈(13)에서 조사된 광에 의해 스크린(도시하지 않음)에 컬러 영상을 표시할 수 있다.

도6의 실시예에 있어서, 24는 전원, 25는 영상 신호를 처리하기 위한 영상 표시 회로, 26은 배기팬이고, 이것에 광원(1)에서 투사 렌즈(13)까지의 광로를 갖춘 광학 유닛을 탑재하므로써 표시장치가 구성된다.

다음으로, 도7을 이용하여, 광원(1)에서 다이크로익 미러군(7a, 7b, 7c)까지의 광로의 방향과, 반사형 회전 다면체(43)에서 투사 렌즈(13)까지의 광로의 방향이 동일 방향인 경우의 실시예에 대해서 설명한다.

도7은 본 발명에 의한 광학 유닛의 제3 실시예를 나타낸 구성도이다. 도면에 있어서, 도1, 도3 내지 도5의 실시예와 동일한 구성 요소에 대해서 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.

도면에 있어서, 광원(1)에서 다이크로익 미러군(7a, 7b, 7c) 사이의 광로는 도1에 나타낸 광로에 있어서, 도2의 콜리메이트 렌즈(5b)가 제외되고 있는데, 다른 구성 요소는 동일하다. 또, 다이크로익 미러군(7a, 7b, 7c)에서 반사형 회전 다면체(43)까지의 광로는 도1에 나타낸 광로에 있어서, 제3 콜리메이트 렌즈(5c)가 제외되고 있는데 이 콜리메이트 렌즈(5c)를 사용해도 된다. 반사형 회전 다면체(43)에서 PBS(10)까지의 광로에는 2종류의 결상 렌즈(6a, 6b)가 사용되고 있다. PBS(10) 이후는 도1과 동일하게 구성되어 있다. 또, 도7에서 점선은 G광을 나타내고, 일점쇄선은 G광의 광축을 나타낸다. R광, B광의 광축에 대해서는 생략되어 있으나, 그들의 광축은 도1과 같이 나타낼 수 있다.

본 실시예에 있어서, 다이크로익 미러군(7a, 7b, 7c)에서 반사된 3개의 광 중, 한가운데의 광, 즉 G광을 반사형 회전 다면체(43)의 한 면에 집광하여 결상시키도록 하고 있다. 이 경우, 반사형 회전 다면체(43)상의 G광을 중심으로 R광, B광이 조사되게 되므로 G광을 반사형 회전 다면체(43)의 중심 이외에 결상시키는 경우와 비교해서 반사형 회전 다면체(43)의 각 면을 작게 할 수 있다.

또, 본 실시예에 있어서는, 광원(1)으로부터 다이크로익 미러군(7a, 7b, 7c)의 광의 광축 방향과 대략 평행한 광축으로 R광, G광 및 B광의 투사광을 투사 렌즈(13)에서 출사시킬 수 있다.

여기서, 콜리메이트 렌즈의 매수는, 이것에 한정되는 것이 아니고, 다이크로익 미러군(7a, 7b, 7c)의 뒤에 배치해도 된다. 또한 다이크로익 미러군(7a, 7b, 7c)의 특성을 교체하여 RGB, BGR 등 어느 경우이어도 가능하지만 광원인 램프의 출력광에 따라 약한 파장의 광을 우선으로 하는 즉 투과 회수를 감소시키기 위하여 처음에 반사시키는 방법이 좋다.

이하, 도8을 이용하여 광학 유닛의 제 4 실시예에 대해서 설명한다.

도8은 본 발명에 의한 광학 유닛의 제4 실시예를 나타내는 구성도이다. 도면에 있어서, 광원(1)으로부터의 광은 제1 콜리메이트 렌즈(5a), 제2 콜리메이트 렌즈(5b)를 투과한 후, 제1 라이트 파이프(46)에 입사된다. 제1 라이트 파이프(46)의 내면을 반사하면서 진행한 광은 PBS(45a), PBS 또는 전반사 프리즘 또는 전반사 미러(45b), λ/2 파장판(4b)에 의해 편광 방향이 맞춰지고, 예를 들면 S편광광으로서 제2 라이트 파이프(44)에 입사된다. 제2 라이트 파이프(44)에 입사된 S편광광은 제2 라이트 파이프(44)의 내부를 반사하면서 진행하여 다이크로익 미러군(7a, 7b, 7c)에서 각각 R광, G광, B광으로서 반사되고, 반사형 회전 다면체(43)에 입사된다. 반사형 회전 다면체(43)에서 반사된 각 R광, G광 및 B광은 제1 결상 렌즈(6a), 제2 결상 렌즈(6b) 제3 결상 렌즈(6c), 편광판(9a)을 투과하여 PBS(10)에 입사된다. 그 이후의 광로는 도1의 경우와 동일하다.

본 실시예에 있어서도, 스크린에 컬러 영상을 표시할 수 있다. 또, 본 실시예에서는 광원(1)에서 다이크로익 미러(7a, 7b, 7c)의 광축에 대해서 직각 방향으로 투사 렌즈(13)로부터 투사광을 출사시킬 수 있다.

본 실시예에 있어서, 광은 PBS(45a)와 전반사 프리즘(45b)에 의해 S편광광이 되기 때문에 PBS(45a)에서 출사된 S편광광과 전반사 프리즘(45b)에서 출사된 S편광광 사이에 금이 생긴다. 이 2개의 S편광광이 제2 라이트 파이프(44)를 투과시키면, 2개의 S편광광은 제2 라이트 파이프(44)의 내부에서 반사하므로써 2개의 S편광광 사이에 생긴 금은 없어진다. 따라서, 2개의 S편광광 사이에 생긴 금을 그다지 신경쓰지 않을 경우에는, 즉, 편광 방향을 맞춘 광에 제2 라이트 파이프(44)를 생략해도 된다.

또한, PBS(45a)의 삽입에 의해 라이트 파이프(46)의 폭의 광이, 한 방향으로 대략 2배의 폭으로 확대되므로 라이트 파이프(44)의 출사 개구 형상을 표시 소자 상의 스크롤 대형상과 상사형상(相似形狀)(대 형상의 직사각형 형상)으로 하기 쉽다. 또한, 라이트 파이프(46)의 입사 개구 형상을 광의 스폿 형상에 적절한 형상(예를 들면, 대략 정방형 형상)으로 설계할 수 있으므로 광을 무리 없이 광 손실을 억제하고, 직사각형 형상으로 잡아늘여서 성형할 수 있으므로 효율이 매우 좋다. 또한, 직사각형 애퍼처를 설치하지 않고, 상기 라이트 파이프(44)의 출사 개구 형상을 표시 소자 상에 다시 결상시키므로 직사각형 애퍼처와 같이 광을 커트할 필요가 없으므로 효율이 좋다.

또, 본 실시예에 있어서, 표시 소자(12)로서 마이크로 미러형 영상 표시 소자를 사용할 경우에는 편광광의 방향을 맞출 필요는 없으므로 PBS(45a), 전반사 프리즘 또는 전반사 미러(45b), λ/2 파장판(4b)은 불필요하게 된다.

다음으로, 본 발명에 의한 광학 유닛의 제5 실시예에 대해서 설명한다.

도9는 본 발명에 의한 광학 유닛의 제5 실시예를 나타내는 구성도이고, 도면에서는 점선으로 G광만을 나타내고 있고, 일점쇄선은 그 광축을 나타낸다. 다른 색 광의 광축은 예를 들면 도1의 경우와 동일하게 된다. 또, 도면에 있어서, 도1과 동일한 기능을 갖춘 소자에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

본 실시예에 있어서는, 광원(1)로부터의 광은 다수의 2차광원으로 된 상을 형성하기 위한 제1 어레이 렌즈(2)에 입사되고, 또한 다수의 집광 렌즈에 의해 구성되고, 다수의 2차 광원상이 형성되는 근방에 배치되고, 또한 액정 표시 소자(12)에 제1 어레이 렌즈(2)의 개개의 렌즈상을 결상시키는 제2 어레이 렌즈(3)를 통과한다. 제2 어레이 렌즈(3)를 통과한 P편광광과 S편광광이 혼재한 광은 편광 빔 스플리터(4)에서 S편광광으로 맞춰지고, 제1 콜리메이트 렌즈(5a)를 통하여 R광을 반사하는 R용 다이크로익 미러(7a), G광을 반사하는 G용 다이크로익 미러(7b), B광을 반사하는 B용 다이크로익 미러 혹은 반사 미러(7c)(이것은, UV 투과 미러이어도 되고, R광을 최후로 반사시키는 구성이면, IR 광투과 미러의 경우이어도 성립한다.)에 의해 각각 R광, G광, B광으로서 반사된다. 각 R광, G광 및 B광은 각각 반사형 회전 다면체(43)의 상이한 장소에 조사되고, 반사형 회전 다면체(43)에서 반사된다. 반사형 회전 다면체(43)에서 반사된 R광, G광 및 B광은 제2 콜리메이트 렌즈(5b)를 투과한 후, 반사 미러(16)에서 반사되고, 그 광로가 대략 90도 변경되고, 콘덴서 렌즈(8)를 투과한다. 콘덴서 렌즈(8)를 투과한 R광, G광 및 B광은 제1 편광판(9a)을 투과해서 PBS(10)에서 반사되고, λ/4 파장판(11)을 투과해서 반사형 표시 소자(12)에 입사된다. 표시 소자(12)에서 P편광광으로 변환된 R광, G광 및 B광은 이번에는 PBS(10)를 투과하여 제2 편광판(9b)을 통해서 출사된다. PBS(10)에서 출사되는 광축은 광원(1)으로부터의 광의 방향과 평행하고, 또한 광원(1)으로부터의 광의 방향과 역방향으로 출사된다.

본 실시예에서는, 결상 광학계를 사용하는 일 없이, 광학 유닛을 구성할 수 있다.

다음으로, 광학 유닛에 투과형 회전 다면체를 사용한 경우의 실시예에 대해서 설명한다.

도10, 도11, 도12는 본 발명에 의한 광학 유닛의 제6 실시예를 나타낸 구성도 및 표시 소자의 평면도이고, 도10의 (a), 도11의 (a), 도12의 (a)는 각각 광학 유닛의 구성도를, 도10의 (b), 도11의 (b), 도12의 (b)는 R광, G광 및 B광이 조사되는 표시 소자 상에서의 장소를 나타낸다.

도10의 (a)에서는 투과형 회전 다면체의 한 면에 서로 광축의 방향이 상이한 R광, G광 및 B광이 조사되고, 그 한 면과 대향하는 면에서 R광, G광 및 B광이 출사되는 경우의 실시예이고, 표시 소자(12)면 상에는 도10의 (b)에 나타낸 바와 같이, 위에서 순서대로 장소(12R, 12G, 12B)에 각각 R광, G광 및 B광이 조사되고 있다. 도11에서는 투과형 회전 다면체의 2개의 면에 서로 광축의 방향이 상이한 R광, G광 및 B광을 조사하고, 그 2개의 면과 대향하는 면에서 R광, G광 및 B광이 출사된 경우의 실시예이고, 표시 소자(12)면 상에는 도11의 (b)에 나타낸 바와 같이, 위에서 순서대로 장소(12a, 12b, 12c)에 각각 G광, B광 및 R광이 조사되고 있다. 도12의 (a)에서는 투과형 회전 다면체의 2개의 면에 서로 광축의 방향이 상이한 R광, G광 및 B광이 조사되고, 그 2개의 면과 대향하는 면에서 R광, G광 및 B광이 출사된 경우의 실시예이고, 표사 소자(12)면상에는 도12의 (b)에 나타낸 바와 같이, 위에서 순서대로 장소(12B, 12R, 12G)에 각각 B광, R광 및 G광이 조사되고 있다.

도10 내지 도12에 있어서, 광원(1)으로부터의 광은 제1 어레이 렌즈(2), 제2 어레이 렌즈(3)를 투과하고, PBS(4)에서 광의 편광광이 맞춰지고, 예를 들면 S편광광으로서 콜리메이트 렌즈(5)를 투과하고, R광을 반사하는 R용 다이크로익 미러(7a), G광을 반사하는 G용 다이크로익 미러(7b), B광을 반사하는 B용 다이크로익 미러 또는 반사 미러(7c)에 의해 각각 R광, G광, B광으로서 반사된다. 다이크로익 미러군(7a, 7b, 7c)에 반사된 R광, G광 및 B광은 투과형 회전 다면체(47)을 투과한다. 투과형 회전 다면체(47)를 투과하여 R광, G광 및 B광은 콘덴서 렌즈(8), 제1 편광판(9a)을 투과한 후, PBS(10)에서 반사되고 λ/4 파장판(11)을 투과하여 표시 소자(12)에 입사된다. 이 표시 소자(12)에서 반사되고, P편광광으로 편광된 각 R광, G광 및 B광은 PBS(10)를 투과하여 투사 렌즈(13)에 입사된다. 이 실시예에서는 광원(1)에서 출사된 광의 방향과 투사 렌즈(13)에서 출사되는 광의 방향은 대략 평행하고 방향은 반대가 된다.

또, 도10 내지 도12의 실시예에 있어서, 이 투과형 회전 다면체(47)는 도면을 향해서 시계 방향(화살표 A방향)으로 회전되어 있다.

도10에서는 다이크로익 미러군(7a, 7b, 7c)에서 서로 광축방향이 상이해지도록 반사된 R광, G광 및 B광은 투과형 회전 다면체(47)의 한 면에 입사되고, 투과형 회전 다면체(47)을 투과해서, 투과형 회전 다면체(47)의 대향하는 면에서 출사된 후, 이들 광축은 일단 교차된 후, 콘덴서 렌즈(8)에 입사된다.

도11에서는, 투과형 회전 다면체(47)는 도10의 경우로부터 시계 방향으로 회전되고 있고, 도11의 한 면에 R광, 다음 면에 G광, B광이 입사되고, 각각 R광, G광 및 B광은 투과형 회전다면체(47)를 투과해서 R광은 하나의 면에 대향하는 면과는 상이한 앞면에서 출사되고, G광은 다음 면에서 입사되어 이 면에 대향하는 면에서 출사되고, B광은 다음 면에서 입사되어 하나의 면에 대향하는 면과는 상이한 앞면에서 출사된다. 본 실시예에서는 상이한 면에서 입사된 G광과 B광은 상이한 면에서 출사되고, 교차한 후 PBS(10)에 입사된다.

도12에서는, R광은 투과형 회전 다면체(47)의 하나의 면에 입사하고, G광 및 B광은 다음 면에서 입사하고, R광, G광 및 B광은 각각 투과형 회전 다면체(47)를 투과한다. R광은 다음 면에 대향하는 면에서 출사되고, G광은 하나의 면에 대향하는 면에서 출사되고, B광은 다음 면에 대향하는 면에서 출사된다. 다음 면에 대향하는 면에서 출사된 R광과 B광은 교차한 후, 콘덴서 렌즈를 투과해서 PBS(10)에 입사된다.

도10 내지 도12의 실시예에서는 R광, G광 및 B광 중 적어도 2개의 광은 투과형 회전 다면체(47)에서 출사된 후 교차한다.

또, 본 실시예에 있어서, 투과형 회전 다면체(47)는 광이 투과하는 재질의 것이면 아무거나 적용할 수 있다. 또, 투과형 회전 다면체(47)의 수는 8면체에 한정되는 것이 아니고, 3면 이상이면 어떤 다각형이어도 적용할 수 있고, 또, 투과형 회전 다면체(47)의 크기에 대해서도 한정되지는 않는다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 광을 다수 색으로 분리해서 반사하는 다이크로익 미러군과 이 다수 색의 색의 방향을 변경하는 회전 다면체를 사용하므로써 1장의 표시 소자 상의 상이한 장소에 각각 다수 색을 조사할 수 있고, 그것도 이 회전다면체를 회전시키므로써 표시 소자 상에 다수 색이 조사되는 장소를 순차적으로 일정 방향으로 변화시킬 수 있기 때문에, 1장의 표시 소자를 사용하고 또한 간단한 구성으로 컬러의 영상광을 얻을 수 있다.

또, 본 발명에 있어서는, 광원으로부터의 광을 다수 색으로 분리하고, 이 분리된 다수의 광을 표시 소자에 효율적으로 조사할 수 있으므로 광의 이용 효율이 좋다.

또, 본 발명에 있어서는, 회전다면체는 하나뿐이 사용하지 않으므로 표시 소자 상에 조사되는 다수 색 광의 위치 맞춤이 용이하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 구성이 간단한 단판식의 광학 유닛을 얻을 수 있다. 또, 광의 이용 효율이 좋은 광학 유닛을 얻을 수 있다. 또, 표시 소자 상에서의 다수 색의 위치 맞춤을 용이하게 행할 수 있다.

도1은 본 발명에 의한 광학 유닛의 제1 실시예를 나타낸 구성도.

도2는 표시 소자 상에 있어서의 3색 광의 조사 상황을 설명하기 위한 표시 소자의 사시도.

도3은 본 발명에 의한 광학 유닛의 제2 실시예를 나타낸 구성도 및 표시 소자의 평면도.

도4는 본 발명에 의한 광학 유닛의 제2 실시예를 나타낸 구성도 및 표시 소자의 평면도.

도5는 본 발명에 의한 광학 유닛의 제2 실시예를 나타낸 구성도 및 표시 소자의 평면도.

도6은 본 발명에 의한 표시 장치의 일실시예를 나타낸 구성도.

도7은 본 발명에 의한 광학 유닛의 제3 실시예를 나타낸 구성도.

도8은 본 발명에 의한 광학 유닛의 제4 실시예를 나타낸 구성도.

도9는 본 발명에 의한 광학 유닛의 제5 실시예를 나타낸 구성도.

도10은 본 발명에 의한 광학 유닛의 제6 실시예를 나타낸 구성도 및 표시 소자의 평면도.

도11은 본 발명에 의한 광학 유닛의 제6 실시예를 나타낸 구성도 및 표시 소자의 평면도.

도12는 본 발명에 의한 광학 유닛의 제6 실시예를 나타낸 구성도 및 표시 소자의 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

6: 결상 렌즈

8: 콘덴서 렌즈

12: 표시 소자

43: 반사형 회전 다면체

47: 투과형 회전 다면체

Claims

광학 유닛이며,

광원과,

상기 광원의 출사광으로부터 영상 신호에 따른 광학상을 형성하는 1개의 반사형 영상 표시 소자와,

상기 광원으로부터의 광을 반사하면서 투과시켜 광의 강도 분포를 균일화하는 라이트 파이프와,

상기 라이트 파이프로부터의 광을 제1, 제2, 제3의 색광으로 분리하는 색분리계와,

상기 제1 , 제2, 제3의 색광이 입사되고, 각각의 광축의 방향을 바꾸어 출사하여 상기 반사형 영상 표시 소자의 상이한 장소에 상기 제1, 제2, 제3의 색광을 조사하는 동시에 상기 제1, 제2, 제3의 색광이 조사되는 장소를 일방향으로 이동시키는 회전 다면체와,

상기 반사형 영상 표시 소자로부터 출사된 광을 컬러 영상광으로서 투사하는 투사 장치와,

상기 회전 다면체로부터의 광을 상기 반사형 영상 표시 소자에 입사시키고, 상기 반사형 영상 표시 소자로부터의 반사광인 상기 칼라 영상광을 상기 투사 장치에 출사시키는 광로 변경 소자를 구비하는 광학 유닛.
제1항에 있어서, 상기 라이트 파이프는 출사측면이 입사측면보다도 면적이 크게 구성되고, 상기 입사측면의 개구부 형상은 상기 광원의 형상과 상사형, 혹은 사각형 형상으로 하는 광학 유닛.
광학 유닛이며,

광원과,

상기 광원의 출사광으로부터 영상 신호에 따른 광학상을 형성하는 1개의 영상 표시 소자와,

상기 광원으로부터의 광을 반사하면서 투과시켜 광의 강도 분포를 균일화하는 라이트 파이프와,

상기 라이트 파이프로부터의 광을 제1, 제2, 제3의 색광으로 분리하는 색분리계와,

상기 색분리계로부터의 광이 조사되고, 상기 각각의 제1, 제2, 제3의 색광의 광축 방향을 제어하여 반사하여, 상기 제1, 제2, 제3의 색광을 상기 영상 표시 소자의 다른 장소에 조사하는 동시에, 상기 제1, 제2, 제3의 색광이 조사되는 장소를 일방향으로 이동시킬 수 있는 반사형 회전 다면체와,

상기 영상 표시 소자로부터 출사된 광을 컬러 영상으로서 투사하는 투사 장치를 구비하고,

상기 라이트 파이프는 출사측면이 입사측면보다도 면적이 크게 구성되는 광학 유닛.
제2항에 있어서, 상기 라이트 파이프의 출사측면의 개구부 형상은 상기 반사형 영상 표시 소자에 조사되는 각 색광의 형상과 상사형, 혹은 띠형의 직사각형 형상으로 하는 광학 유닛.
제3항에 있어서, 상기 라이트 파이프의 출사측면은 출사 개구부를, 입사측면은 입사 개구부를 가진 구성인 광학 유닛.
제5항에 있어서, 상기 라이트 파이프의 출사측면의 개구부 형상은 각 색광의 상기 영상 표시 소자로의 조사 형상과 상사형인 광학 유닛.
제5항에 있어서, 상기 라이트 파이프의 입사측면의 개구부 형상은, 상기 광원의 형상과 상사형, 혹은 정사각형상인 광학 유닛.
영상 표시 장치이며,

광원과,

상기 광원의 출사광으로부터 영상 신호에 따른 광학상을 형성하는 1개의 반사형 영상 표시 소자와,

상기 광원으로부터의 광의 편광 방향을 소정 방향으로 일치시키는 동시에, 광강도 분포를 균일화하는 라이트 파이프와,

상기 라이트 파이프로부터의 광을 제1, 제2, 제3의 색광으로 분리하는 색분리계와,

상기 제1, 제2, 제3의 색광이 입사되고, 각각의 광축의 방향을 바꾸어 출사하여 상기 반사형 영상 표시 소자의 상이한 장소에 상기 제1, 제2, 제3의 색광을 조사하는 동시에 상기 제1, 제2, 제3의 색광이 조사되는 장소를 일방향으로 이동시키는 회전 다면체와,,

상기 반사형 영상 표시 소자로부터 출사된 광을 컬러 영상으로서 투사하는 투사 장치와,

영상 처리 회로와,

전원과,

상기 회전 다면체로부터의 광을 상기 반사형 영상 표시 소자에 입사시키고, 상기 반사형 영상 표시 소자로부터의 반사광인 상기 칼라 영상광을 상기 투사 장치에 출사시키는 광로 변경 소자를 구비한 영상 표시 장치.
제8항에 있어서, 상기 라이트 파이프는 출사측면이 입사측면보다도 면적이 크게 구성되고, 상기 입사측면의 개구부 형상은 상기 광원의 형상과 상사형 혹은 사각형 형상으로 하는 영상 표시 장치.
영상 표시 장치이며,

광원과,

상기 광원의 출사광으로부터 영상 신호에 따른 광학상을 형성하는 1개의 영상 표시 장치와,

상기 광원으로부터의 광을 반사하면서 투과시켜 광의 강도 분포를 균일화하는 라이트 파이프와,

상기 라이트 파이프로부터의 광을 제1, 제2, 제3의 색광으로 분리하는 색분리계와,

상기 색분리계로부터의 광이 조사되고, 상기 각각의 제1, 제2, 제3의 색광의 광축 방향을 제어하여 반사하여, 상기 제1, 제2, 제3의 색광을 상기 영상 표시 소자의 다른 장소에 조사하는 동시에, 상기 제1, 제2, 제3의 색광이 조사되는 장소를 일방향으로 이동시킬 수 있는 반사형 회전 다면체와,

상기 영상 표시 소자로부터 출사된 광을 컬러 영상으로서 투사하는 투사 장치와,

영상 처리 회로와,

전원을 구비하고,

상기 라이트 파이프는 출사측면이 입사측면보다도 면적이 크게 구성되는 영상 표시 장치.
제9항에 있어서, 상기 라이프 파이프의 출사측면의 개구부 형상은 상기 반사형 영상 표시 소자에 조사되는 각 색광의 형상과 상사형, 혹은 띠형의 직사각형 형상으로 하는 영상 표시 장치.
제10항에 있어서, 상기 라이트 파이프의 출사측면은 출사 개구부를, 입사측면은 입사 개구부를 가진 구성인 영상 표시 장치.
제12항에 있어서, 상기 라이트 파이프의 출사측 개구 형상은 각 색광의 상기 영상 표시 소자로의 조사 형상과 상사형인 영상 표시 장치.
제12항에 있어서, 상기 라이트 파이프의 입사측면의 개구부 형상은, 상기 광원의 형상과 상사형, 혹은 정사각형상인 영상 표시 장치.