KR100526370B1 - 투사형 영상 표시 장치 - Google Patents

Abstract

소형 경량이며, 밝고 흑영상시의 누설광에 의한 콘트라스트 저하가 없으며 저렴한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛 및 소형 경량이며, 밝고 흑영상시의 누설광에 의한 콘트라스트 저하가 없으며 저렴한 반사형 액정 프로젝터를 실현하는 것이다.

반사형 액정 패널에 대한 편광자 및 검광자로서 동일한 특정 방향만 격자 작용을 가짐으로써 편광판으로서 작용하는 반사형 편광판을 이용하고, 보조 편광자 및 흡수형 보조 검광자를 이용하여 반사형 액정 패널의 특성에 따라서 이들 반사축 혹은 흡수축을 흑영상시의 누설광이 적어지는 방향으로 이용하는 구성으로 한다.

Description

투사형 영상 표시 장치 {A PROJECTION TYPE IMAGE DISPLAY APPARATUS}

본 발명은 조명 광학계로부터의 광속을 편광 작용을 이용한 반사형 영상 표시 소자로 광강도 변조하여 광학상을 형성하고, 상기 광학상을 투사 광학계에서 스크린 상에 투영하는 광학 유닛 및 그를 이용한 투사형 영상 표시 장치에 관한 것이다.

종래부터, 광원으로부터의 빛을 편광 작용을 이용하여 라이트 밸브 소자로 영상 신호에 따라서 화소마다 농담(濃淡)을 바꾸는 광강도 변조를 행하여 광학상을 형성하고, 그 광학상을 투사 렌즈로 스크린 등에 투사하는 광학 유닛을 전원 회로나 영상 구동 회로와 함께 하우징 내에 수납한 투사형 영상 표시 장치인 프로젝터가 알려져 있다.

라이트 밸브 소자로서 반사형 액정 패널을 이용하는 경우, 일반적으로 편광자 및 검광자에는 편광 빔 스플리터 프리즘(이후 PBS 프리즘이라 함)이 이용되고 있다. 비교적 저렴한 PBS 프리즘은 유전체 다층막면을 구비하고 있고, 그 막면(이후 PBS막이라 함)에 의해 P편광을 투과하고 S편광을 반사한다.

편광자 및 검광자로서 PBS 프리즘을 이용한 경우에는, 반사형 액정 프로젝터에 있어서 콘트라스트를 높게 하기 위해서는 흑영상시의 PBS 프리즘으로부터의 누설광을 적게 하기 위한 1/4 파장판이 필수이지만, 1/4 파장판을 이용한 경우라도 그 효과는 완전하지 않다.

일반적으로, 1/4 파장판은 파장 특성 및 각도 특성을 갖고 있고, 이로 인해 입사광선 파장이 설계 중심 파장으로부터 떨어지면 떨어질수록, 또한 입사각이 커지면 커질수록 그 기능은 저하된다. 따라서, 반사형 액정 패널에 입사하는 빛이 일정 파장 범위와 일정 각도 범위를 갖고 있는 반사형 액정 프로젝터에 있어서는 모든 입사광에 대해 누설광을 적게 하는 효과는 완전하지 않다.

이 누설광의 스크린으로의 투사를 방지하기 위해 PBS 프리즘과 투사 렌즈 사이 등에 편광판을 배치해도, 이 누설광은 편광판의 투과축 방향과 동일한 편광 성분을 포함하고 있으므로 완전히 방지할 수 없다.

또한, PBS 프리즘을 이용하면 중량의 점에서 불리해진다. 또한, PBS 프리즘에는 광선이 유리 재료를 투과할 때 편광의 흐트러짐에 기인하는 누설광에 의해 콘트라스트가 저하되지 않도록 광탄성 계수가 낮은 유리 재료를 이용할 필요가 있다. 그러한 유리 재료는 비중이 크기 때문에 특히 무겁고, 또한 유통량이 적기 때문에 고비용이다.

상기의 과제를 해결하기 위해서는, 예를 들어 US6234634나 미국 Moxtek사의 카탈로그 No.PBF02A에 기재되어 있는 바와 같이, 편광자 및 검광자로서 반사형 편광판을 이용하는 것을 생각할 수 있다. 이러한 반사형 편광판은 광학적인 격자에 의한 회절에 의해 격자 방향에 평행한 편광을 반사하고, 격자 방향에 직교하는 편광을 투과함으로써 편광판으로서 작용한다.

따라서, 이러한 구성은 PBS 프리즘을 이용한 구성에 있어서의 경사광의 누설광이 발생되지 않으므로, 원리적으로 PBS 프리즘을 이용한 구성에 반해 고콘트라스트이다.

상기 USP에 있어서는 컬러 표시에 관한 기재는 없다. 또한, 상기 카탈로그에 있어서는 컬러 영상을 표시하는 수단으로서 컬러 휠이 이용되고 있지만, 이 경우는 컬러 휠 투과시의 광량 손실이 개략 2/3 정도이므로, 광이용 효율이 낮아 고출력 램프를 이용하지 않으면 밝기를 얻을 수 없다. 또한, 보조 검광자로서 반사형 편광판이 이용되고 있으므로 고스트상이 발생될 가능성이 있다. 또한, 콘트라스트는 아직 충분하다고는 할 수 없으며, 한층 더 개선이 필요하다.

본 발명은 상기 과제에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적은 소형 경량이며 밝기, 콘트라스트, 해상도 등의 화질 성능이 양호한 반사형 영상 표시 소자를 이용한 투사형 영상 표시 장치용 광학 유닛 및 그를 이용한 투사형 영상 표시 장치를 제공하는 데 있다.

상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 광원과 조명 광학계와 반사형 영상 표시 소자와 투사 렌즈를 갖는 투사형 영상 표시 장치이며, 상기 반사형 영상 표시 소자에 대한 편광자 및 검광자로서 회절에 의해 편광판으로서 작용하는 반사형 편광판과, 광로 상의 상기 광원과 상기 반사형 편광판 사이에 배치되는 보조 편광자와, 광로 상의 상기 반사형 편광판과 상기 투사 렌즈 사이에 배치되는 검광자로서 작용하는 흡수형 편광판으로 구성하는 보조 검광자 중 적어도 어느 한 쪽을 갖고, 상기 반사형 영상 표시 소자에 의해 반사된 영상광이 상기 반사형 편광판의 작용면측으로부터 입사하여 상기 반사형 편광판에 의해 반사된 후에, 상기 투사 렌즈에 입사하여 광로 상에서 상기 반사형 영상 표시 소자의 직전 및 직후에 상기 반사형 편광판을 배치하도록 구성한다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다. 또, 전체 도면에 있어서 공통적인 기능을 갖는 부품에는 동일 부호를 붙여 나타내고, 한번 설명한 것에 대해서는 반복 설명을 생략한다.

도1은 본 발명에 의한 프로젝터용 광학 유닛의 일실시 형태를 도시한 도면이다.

도1에 있어서, 부호 1은 광원, 2는 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 광축, 90은 백색용 보조 편광자, 100은 백색용 반사형 편광판, 110은 백색용 반사형 액정 패널, 120은 백색용 보조 검광자, 15는 투사 렌즈이다.

이하, 도1을 이용하여 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 동작을 서술한다.

백영상 표시시의 동작은 이하와 같다. 도1에 있어서, 광원(1)을 출사한 빛 중 보조 편광자(90)의 흡수축 혹은 반사축(99)에 직교하는 편광 방향의 빛이 보조 편광자(90)를 투과하여 반사형 편광판(100)에 입사한다. 반사형 편광판(100)은 반사축이 보조 편광자(90)의 흡수축 혹은 반사축(99)과 대략 평행해지도록 배치하므로, 반사형 편광판(100)에 입사한 빛은 반사형 편광판(100)을 투과하여 반사형 액정 패널(110)에 입사한다. 일반적으로 반사형 액정 패널(110)은, 백영상 신호가 입력되어 있는 경우 입사광을 그 편광을 대략 90 °회전시켜 반사하므로, 반사형 액정 패널(110)에 의해 반사된 빛의 편광 방향은 반사형 편광판(100)의 반사축과 대략 평행하다. 따라서, 반사형 액정 패널(110)에 의해 반사된 빛은 반사형 편광판(100)에서 광축 방향이 90 °구부러져 반사하여 보조 검광자(120)에 입사한다. 보조 검광자(120)는 흡수축(129)이 반사형 편광판(100)의 반사축과 대략 직교가 되도록 배치하므로, 반사형 편광판(100)에서 반사된 빛은 보조 검광자(120)를 투과한다. 보조 검광자(120)를 투과한 빛은 투사 렌즈(15)를 투과하여 도시하지 않은 스크린 상에 도달하여 백영상 표시가 된다.

흑영상 표시시의 동작은 이하와 같다. 빛이 반사형 액정 패널(110)에 입사할 때까지는 상기 백영상 표시시의 동작과 동일하다. 일반적으로 반사형 액정 패널(110)은, 흑영상 신호가 입력되어 있는 경우 입사광을 그 편광 상태를 변화시키지 않고 반사하므로, 반사형 액정 패널(110)에 의해 반사된 빛의 편광 방향은 반사형 액정 패널(110)에 입사하기 전과 동일하다. 따라서, 반사형 액정 패널(110)에 의해 반사된 빛은 반사형 편광판(100)을 투과하고, 보조 편광자(90)를 투과하여 광원(1)으로 복귀해 간다. 따라서, 빛이 스크린 상에 도달하는 일은 없어 흑영상 표시가 된다.

일반적으로, 콘트라스트는 백영상 표시시의 조도가 흑영상 표시시의 조도에 대해 몇 배인지 표시하는 콘트라스트비에 의해 평가되고, 콘트라스트비가 높을수록 화질 성능이 높은 것을 나타낸다. 반사형 편광판(100) 및 반사형 액정 패널(110)의 성능이 이상적이면 콘트라스트비는 무한대가 되지만, 실제 반사형 편광판(100) 및 반사형 액정 패널(110)에서는 흑영상 표시시에 누설광이 발생하여 콘트라스트가 저하된다.

이하에 흑영상 표시시의 누설광에 대해 본 실시 형태에 의한 저감 방법을 설명한다.

우선, 처음에 반사형 편광판(100)에 대해 설명한다. 통상의 편광판(편광 필름)은, 정렬한 이색성 분자에 의해 그 작용을 이루고, 분자의 배열 방향에 직교하는 편광을 투과하고 분자의 배열 방향에 평행한 편광을 흡수한다. 반사형 편광판은 특정 방향만 격자 작용을 가짐으로써 편광판으로서 작용하고, 격자 방향에 평행한 편광을 반사하여 격자 방향에 직교하는 편광을 투과한다. 따라서, 투과에 관해서는 기본적인 편광 특성은 양 편광판에 차이는 없다. 예를 들어, 편광판의 투과축과 편광판의 법선을 포함하는 면내 및 편광판의 흡수축 혹은 반사축과 편광판의 법선을 포함하는 면내의 어떤 광선에 대해서도 콘트라스트는 거의 동등하다는 등의 특성은 양 편광판에 공통적인 특성이다.

또, 일반적인 반사형 편광판은 반사축을 광축 광선에 대한 S편광 방향과 평행하게 배치하고, 광축 광선의 S편광을 반사하여 P편광을 투과하도록 사용하였을 때에 투과광 및 반사광의 편광도가 가장 높아진다. 따라서, 본 구성에 있어서는 그와 같이 배치한다.

또한 PBS 프리즘을 이용한 구성의 경우, PBS 프리즘으로부터의 누설광에는 편광판의 투과축 방향과 동일한 편광 성분이 포함되므로, 투사 렌즈와 반사형 액정 패널 사이 등에 편광 필름(검광자)을 배치해도 누설광을 완전히 막을 수 없는 데 반해, 반사형 편광판(110)을 이용한 경우의 누설광은 반사형 편광판(110)의 콘트라스트 부족에 의한 경우가 많고, 그와 같은 경우에는 보조 편광자(90) 및 보조 검광자(120)를 이용함으로써 누설광의 대부분을 막을 수 있으므로 고콘트라스트화가 가능하다.

예를 들어, 반사형 액정 패널에 입사하는 광속이 F2.5인 경우의 광학 유닛만의 콘트라스트(반사형 액정 패널을 미러로 치환하여 측정)는 PBS 프리즘을 이용한 경우가 500 내지 2000인 데 반해, 반사형 편광판을 이용한 경우에서는 5000 내지 15000이 된다.

또한, 본 구성에 있어서는 반사형 편광판(100)의 반사면이 반사형 액정 패널(110)측에 있고, 반사형 액정 패널(110)로부터 반사된 빛은 반사형 편광판(100)의 기판인 투명 평행 평판을 투과하지 않는다. 따라서, 비점 수차를 생기게 하는 일이 없으므로 해상도의 저하가 생기지 않는다.

다음에, 반사형 편광판(100)의 성능에 기인하는 누설광에 대해 구체적으로 설명한다.

반사형 편광판(100)은 그 편광 분리 성능이 완전한 것, 즉 격자 방향에 평행한 편광을 완전히 반사하여 격자 방향에 직교하는 편광을 완전히 투과하는 것이 이상적이지만, 실제로는 그렇지 않다. 따라서, 도1에 있어서 광원(1)으로부터의 무편광광으로부터 반사축에 직교하는 편광 성분을 취출하기 위한 편광자로서 반사형 편광판(100)을 배치해도, 약간의 반사축에 평행한 편광 성분도 투과하므로 반사형 액정 패널(110)에도 반사축에 평행한 편광 성분이 입사되어 버린다. 이 약간의 반사축에 평행한 편광 성분은 반사형 액정 패널(110)로 흑표시 영상시, 편광 방향을 바꾸지 않고 반사되므로 반사형 편광판(100)으로 반사되게 되고, 투사 렌즈(15)를 투과하여 스크린(도시하지 않음) 상에 도달하여 누설광이 된다. 그래서, 이 누설광을 억제하기 위해 보조 편광자(90)를 그 반사축 혹은 흡수축이 반사형 편광판(100)의 반사축과 평행해지도록 광원(1)과 반사형 편광판(100) 사이에 배치하여 반사형 편광판(100)의 반사축에 평행한 편광 성분을 감쇠시킨다. 보조 편광자(90)를 이용함으로써 반사형 액정 패널(110)에 입사하는 빛은 2개의 편광자를 통과하게 되므로, 거의 반사축에 직교하는 편광 성분만으로 이루어져 반사형 액정 패널(110)에 의해 반사된 후에 반사형 편광판(100)에 의해 투사 렌즈(15) 방향으로 반사되는 누설광을 적게 할 수 있다.

그러나, 보조 편광자(90)를 배치하여 반사형 액정 패널(110)로의 입사광을 거의 반사축에 직교하는 편광 성분만으로 해도, 반사형 액정 패널(110)로부터의 반사광이 반사형 편광판(100)을 투과할 때에 반사축에 직교하는 편광 성분이 약간은 반사되어 버린다. 이 빛은 투사 렌즈(15)를 투과하고 스크린(도시하지 않음) 상에 도달하여 누설광이 된다. 이 누설광을 억제하기 위해, 보조 검광자(120)를 그 흡수축이 반사형 편광판(100)의 반사축과 직교가 되도록 반사형 편광판(100)과 투사 렌즈(15) 사이에 배치한다. 보조 검광자(120)를 이용함으로써, 반사형 액정 패널(110)로부터의 반사광이 반사형 편광판(100)을 투과할 때에 반사되어 버린 반사축에 직교하는 약간의 편광 성분은 보조 검광자(120)를 투과할 수 없으므로 누설광을 저감할 수 있다.

이상은 반사형 편광판(100)이 이상적이지 않은 경우이며, 만약 이상적인 성능이 실현되면 보조 편광자(90) 및 보조 검광자(120)는 필요 없게 된다. 현행의 일반적인 반사형 편광판에서는, 격자 방향에 직교하는 편광이 입사한 경우[반사광량(누설광의 요인)/투과광량]에 반해 격자 방향에 평행한 편광이 입사한 경우[투과광량(누설광의 요인)/반사광량] 쪽이 적다. 이로 인해, 현행의 반사형 편광판(100)을 이용하여 반사형 액정 패널(110)로부터의 영상광이 반사형 편광판(100)에 의해 반사된 후, 투사 렌즈(15)에 입사하는 구성으로 한 경우에는 보조 편광자(90)가 불필요해질 가능성이 있고, 반대로 현행의 반사형 편광판(100)을 이용하여 반사형 액정 패널(110)로부터의 영상광이 반사형 편광판(100)을 투과하여 투사 렌즈(15)에 입사하는 구성으로 한 경우에는 보조 검광자(120)가 불필요해질 가능성이 있다.

다음에, 반사형 액정 패널(110)의 성능에 기인하는 누설광에 대해 구체적으로 설명한다.

흑영상 표시시의 반사형 액정 패널(110)은 입사광을 그 편광 상태를 유지한 상태로 반사하는 것이 이상적이지만, 실제로는 입사광을 그 편광 방향을 약간 옮겨 반사해 버린다. 이로 인해, 그 후에 입사하는 반사형 편광판(100)에 의해 반사되는 편광 성분이 약간량 발생하고, 이 성분은 보조 검광자(120)를 투과하므로 누설광이 된다.

이 누설광을 막기 위해서는, 반사형 액정 패널(110)이 입사광의 편광 방향을 옮기지 않고 반사하면 된다. 반사형 액정 패널(110)은 입사광의 편광 방향에 따라서는 반사광의 편광 방향을 거의 옮기지 않는 것을 발견하였다. 이 편광 방향은 반사형 편광판(100)의 반사축에 직교하는 방향에 대해 수도였다. 일반적으로, 반사형 편광판(100)은 그 반사축이 반사형 편광판(100)의 법선과 광축을 포함하는 주입사면(통상의 빛이 입사하는 면과 구별하기 위해, 주입사면이라 칭함)의 법선에 평행해지는 각도의 경우에 편광 분리 성능이 가장 높아지므로 통상은 그 각도로 배치되고, 반사형 편광판(100)을 투과한 빛은 반사형 편광판(100)의 반사축에 직교하는 편광 방향이며, 이 편광 방향과 반사형 액정 패널(110)이 입사광의 편광 방향을 옮기지 않고 반사하는 입사광의 편광 방향에 어긋남이 있었다.

따라서, 반사형 액정 패널(110)의 성능에 기인하는 누설광을 저감하기 위해서는, 흑영상 표시시, 반사형 액정 패널(110)로의 입사광의 편광 방향이 그 반사형 액정 패널(110)이 편광 방향을 옮기지 않고 반사하는 편광 방향이 되도록 하면 된다. 이를 실현하기 위해서는, 반사형 편광판(100)의 반사축을 반사형 액정 패널(110)이 편광 방향을 옮기지 않고 반사하는 편광 방향으로 반사형 편광판(100)의 작용면 내에서 회전시키면 좋다.

그러나, 반사형 액정 패널(110)이 입사광의 편광 방향을 옮기지 않고 반사하는 편광 방향은 반사형 액정 패널(110)의 종류에 따라 다르고, 게다가 동일한 종류의 반사형 액정 패널이라도 개개의 것에 약간의 변동이 있다. 따라서, 개개의 반사형 액정 패널(110)의 변동에 따라서 반사형 편광판(100)의 반사축의 회전 각도를 조정할 수 있는 기구를 구비하면 좋다.

그런데, 상기한 바와 같이 반사형 편광판(100)의 반사축을 반사형 편광판(100)의 법선과 광축을 포함하는 주입사면의 법선으로부터 어긋나도록 반사형 편광판(100)의 작용면 내에서 회전시키면 편광 분리 성능은 저하하지만 회전시키는 각도량이 적기 때문에, 편광 분리 성능의 저하는 미소하여 그 영향은 무시할 수 있다.

또한, 보조 편광자(90)의 흡수축 혹은 반사축 및 보조 검광자(120)의 흡수축에 대해서도, 반사형 편광판(100)의 반사축 방향에 대응하여 회전시킨 쪽이 보다 좋다. 보조 편광자(90)는, 그 반사축 혹은 흡수축과 반사형 편광판(100)의 반사축이 보조 편광자(90)측으로부터 보아 평행하게 근접하도록 보조 편광자(90)의 작용면 내에서 회전시켜 두고, 또한 반사형 액정 패널(110)의 변동에 대응하기 위한 조정 기구를 구비해 둔다. 보조 검광자(120)는, 그 흡수축과 반사형 편광판(100)의 투과축(반사형 편광판의 작용면 내에서 반사축에 직교하는 축)이 보조 검광자(120)측으로부터 보아 평행하게 근접하도록 보조 검광자(120)의 작용면 내에서 회전시켜 두고, 또한 반사형 액정 패널(110)의 변동에 대응하기 위한 조정 기구를 구비해 둔다. 또, 본 실시 형태와 같이 보조 편광자(90) 및 반사형 편광판(100) 및 보조 검광자(120)에 대해, 그 흡수축 및 반사축을 반사형 액정 패널(110)의 종류에 따라서 미리 회전시켜 둠으로써, 조정 기구의 조정 범위량 및 조정량을 적게 할 수 있고, 변동이 적은 반사형 액정 패널(110)에 대해서는 축 각도의 조정을 행하지 않는 경우라도 상당한 정도로 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.

어떤 종류의 반사형 액정 패널(110)에 대해, 반사형 액정 패널(110)이 흑영상 표시시 입사광의 편광 방향을 옮기지 않고 반사하는 입사광의 편광 방향의 각도(패널 편광축 각도라 함)를 반사형 액정 패널(110)의 영상 표시 영역의 긴 변을 기준으로 하여 측정한 결과 및 그 각도의 편광이 입사하도록 반사형 편광판(100)의 반사축을 회전시킨 경우에, 그 반사축과 보조 편광자(90)의 흡수축 혹은 반사축과의 각도차 및 보조 검광자(120)의 투과축과의 각도차가 최소가 되도록 상기 보조 편광자의 흡수축 혹은 반사축 및 상기 보조 검광자의 흡수축을 작용면 내에서 회전하는 각도(편광자 대응축 각도 또는 검광자 대응축 각도라 함)를 계산한 결과를 표 1에 나타낸다.

샘플 번호	패널 편광축 각도[°]	편광자 대응축 각도[°]	검광자 대응축 각도[°]
샘플 1	5.3	3.8	7.5
샘플 2	5.4	3.8	7.6
샘플 3	2.4	1.7	3.4
샘플 4	4.1	2.9	5.8
샘플 5	4.1	2.9	5.8
샘플 6	2.8	2.0	4.0
평균	4.0	2.8	5.7
표준 편차(Σ)	1.2	0.9	1.7
6 Σ	7.4	5.3	10.5

표 1로부터 명백한 바와 같이, 패널 편광축 각도는 약 6 °이내, 편광자 대응축 각도는 약 4 °이내, 검광자 축 대응 각도는 약 8 °이내였다. 이 범위 내에서 각각을 회전시키면, 반사형 액정 패널(110)이 흑영상 표시시 입사광의 편광 방향을 옮기지 않고 반사할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 보조 검광자(120)로서 흡수형 편광판을 이용하고 있고, 흡수형 편광판을 이용함으로써 고스트상의 발생을 방지하여 콘트라스트를 향상시킬 수 있다. 이하에 그 원리를 설명한다.

백영상을 표시하는 화소에 의해 편광이 약 90 °회전된 빛은 반사형 편광판(100)에 의해 반사되어 보조 검광자(120)에 입사한다. 보조 검광자(120)에 반사형 편광판을 이용한 경우, 보조 검광자(120)는 앞서 기재한 바와 같이 완전히 투과해야 할 격자 방향에 직교하는 편광도 약간의 양은 반사되어 버린다. 이로 인해 일부 빛은 보조 검광자(120)로 반사되고, 반사형 편광판(100)에 의해 반사되어 반사형 액정 패널(110)에 재입사한다. 이 광선이 광축에 평행하지 않은 경우는, 반사형 액정 패널(110)로의 재입사 위치는 처음에 입사한 위치와는 다르고, 재입사 위치의 화소가 흑영상을 표시하는 화소의 경우에는 편광은 거의 유지된 상태에서 반사된다. 이 때문에, 이 광선은 반사형 편광판(100)에 의해 반사되어 보조 검광자(120)를 통과하고, 투사 렌즈(15)를 통과하여 스크린(도시하지 않음) 상에 도달한다. 이상과 같이 보조 검광자(120)에 반사형의 편광판을 이용한 경우에는, 원래는 영상을 표시하지 않아도 될 화소에 엷게 영상이 표시되어 버리는 고스트상이 발생한다. 따라서, 체스 콘트라스트(ANSI 콘트라스트)가 저하되어 버린다. 이것을 방지하기 위해, 본 실시 형태에서는 보조 검광자(120)로서 흡수형 편광판을 이용하였다. 이와 같이 구성함으로써, 보조 검광자(120)는 입사광을 반사하는 일이 없으므로 고스트상의 발생 및 체스 콘트라스트의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 전화면 모두 흑영상을 표시하고 있는 경우에 있어서도, 보조 검광자(120)로서 흡수형 편광판을 이용함으로써 이하에 서술하는 누설광을 저감할 수 있으므로 콘트라스트를 향상할 수 있다. 이는 보조 검광자(120)에 반사형 편광판으로 한 경우, 반사형 액정 패널(110)에 의해 편광 방향이 흐트러질 때 등의 반사형 액정 패널(110)로부터의 반사광 중 반사형 편광판(100)의 반사축에 평행한 편광 성분이 반사되어 보조 검광자(120)를 투과하고, 이 빛의 일부는 그 후에 배치되는 광학 부품[여기서는 투사 렌즈(15)]에 의해 반사되어 보조 검광자(120)까지 복귀해 온다. 특히, 투사 렌즈(15)는 복수의 렌즈에 의해 구성되어 있고 투과율이 85 ％ 정도이므로, 투사 렌즈(15)에 의해 15 ％ 가까운 빛이 반사된다. 이 복귀광의 대부분은 보조 검광자(120)를 투과하는 편광 방향이지만, 보조 검광자(120)가 반사형이므로 일부의 빛은 반사되어 투사 렌즈(15)를 통과하여 누설광이 된다. 또한, 투사 렌즈(15)로부터의 복귀광은 광축에 수직이 아닌 렌즈 표면에 의해 반사되고, 이러한 면에 의한 반사에서는 편광 방향이 어긋나므로 반사형인 보조 검광자(120)의 반사축에 평행한 편광 성분이 발생하고, 이 편광은 보조 검광자(120)에 의해 반사되어 투사 렌즈(15)를 통과하여 누설광이 된다. 이들의 누설광을 막기 위해 본 실시 형태에서는, 보조 검광자(120)로서 흡수형 편광판을 이용하였다. 이와 같이 구성함으로써, 보조 검광자(120)는 입사광을 반사하는 일이 없으므로, 콘트라스트의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 반사형 편광판(100)을 광로 상, 반사형 액정 패널(110)의 직전 및 직후에 배치하는 구성으로 함으로써 콘트라스트를 향상시키고 있다. 반사형 편광판(100)과 반사형 액정 패널(110) 사이에 렌즈나 프리즘 등의 광학 부품을 배치한 경우에는, 이하의 이유에 의해 콘트라스트가 저하된다. 렌즈를 배치한 경우에는, 광축 광선 이외의 광선이 렌즈를 투과할 때에는 광선이 굴절되므로 입사광의 편광 방향이 주입사면에 평행 혹은 수직이 되지 않는 각도의 광선으로는 편광 방향이 어긋나 버려, 반사형 편광판(100)의 반사축에 평행한 편광 성분이 생겨 누설광이 된다. 프리즘을 배치한 경우에는, 프리즘의 유리 등에는 잔류 응력이나 열응력에 의해 복굴절이 존재하므로 빛이 투과할 때에 편광이 흐트러져, 반사형 편광판(100)의 반사축에 평행한 편광 성분이 생겨 누설광이 된다.

또, 투과형 액정 패널과 마찬가지로 반사형 액정 패널에 있어서도 네거티브 리타더(negative retardation film) 등의 적절한 시야각 보상 소자를 사용하면 경사 입사광에 대한 반사형 액정 패널의 콘트라스트가 향상된다고 생각할 수 있어, 이 시야각 보상 소자를 반사형 액정 패널의 직전에 배치하거나, 혹은 반사형 액정 패널 내에 조립할 가능성을 생각할 수 있다. 이 시야각 보상 소자는 반사형 액정 패널을 보상하는 소자이며, 반사형 액정 패널의 일부품이라고도 생각할 수 있으므로, 여기서는 광학 부품으로서 포함되지 않는 것으로 한다.

도2는, 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 다른 일실시 형태를 도시한 도면이다. 도2에 있어서, 부호 1은 광원, 2는 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 광축, 3은 인티그레이터 기능을 갖고 편광 변환 작용을 구비한 로드 렌즈이다. 로드 렌즈(3)에 구비되어 있는 도시하지 않은 편광 변환 소자의 예로서는, 예를 들어 로드 렌즈의 입사하는 면은 중앙부를 원형 투명부로 하고, 그 이외의 영역은 전반사 미러로 하고, 출사면은 광원측으로부터 1/4 파장판과 반사형 편광판을 적층한 것이 있다. 부호 4는 로드 렌즈(3)의 출사구의 상을 반사형 액정 패널(111, 112, 113) 상에 조사하는 결상 렌즈이다. 부호 5는 백색 반사 미러, 6은 B투과 RG반사 다이크로익 미러, 7은 R투과 G반사 다이크로익 미러, 8은 B반사 미러, 91, 92, 93은 각각 R용 보조 편광자, G용 보조 편광자, B용 보조 편광자, 101, 102, 103은 각각 R용 반사형 편광판, G용 반사형 편광판, B용 반사형 편광판이고, 해칭부가 작용면측이다. 부호 111, 112, 113은 각각 R용 반사형 액정 패널, G용 반사형 액정 패널, B용 반사형 액정 패널, 121, 122, 123은 각각 R용 보조 검광자, G용 보조 검광자, B용 보조 검광자, 132는 G용 1/2 파장판, 14는 크로스 다이크로익 프리즘, 15는 투사 렌즈이다. 여기서 보조 편광자(91, 92, 93) 및 보조 검광자(121, 122, 123)는 투명한 평행 평판의 기판 상에 배치 혹은 형성되어 있다. 또한, R은 적색, G는 녹색, B는 청색을 나타낸다.

이하, 도2를 이용하여 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 백영상 표시시의 동작을 서술한다. 또, 보조 편광자(91, 92, 93)와 반사형 편광판(101, 102, 103)과 반사형 액정 패널(111, 112, 113)과 보조 검광자(121, 122, 123)의 작용은, 도1의 보조 편광자(90)와 반사형 편광판(100)과 반사형 액정 패널(110)과 보조 검광자(120)의 작용과 동일하며, 그 상세한 설명을 생략한다.

도2에 있어서, 광원(1)을 출사한 빛은 로드 렌즈(3)를 통과한다. 이 때, 로드 렌즈(3)에는 편광 변환 작용이 구비되어 있으므로, 출사하는 빛은 편광 방향이 P편광으로 조정된다. 로드 렌즈(3)를 출사한 빛은 백색 반사 미러(5)에 의해 광선의 방향이 90 °구부러져 B투과 RG반사 다이크로익 미러(6)에 입사하고, B광은 투과하고 RG광은 반사한다. 반사한 RG광은 R투과 G반사 다이크로익 미러(7)에 의해 R광은 투과하고 G광은 반사한다. 투과한 R광은 R용 보조 편광자(91)를 투과하여 R용 반사형 액정 패널(111)에 입사한다. R투과 G반사 다이크로익 미러(7)를 반사한 G광은 G용 보조 편광자(92)를 투과하여 G용 반사형 액정 패널(112)에 입사한다. B투과 RG반사 다이크로익 미러(6)를 투과한 B광은 B반사 미러(8)에 의해 광선의 방향이 90 °구부러져 B용 보조 편광자(93)를 투과하고, B용 반사형 편광판(103)을 투과하여 B용 반사형 액정 패널(113)에 입사한다. 이와 같이 R, G, B로 색 분리된다. R용 반사형 액정 패널(111), G용 반사형 액정 패널(112), B용 반사형 액정 패널(113)에 의해 반사될 때에 편광이 90 °회전되어 S편광이 되며, 각각 R용 반사형 편광판(101), G용 반사형 편광판(102), B용 반사형 편광판(103)에 의해 반사되어 광선의 방향이 90 °구부러지고, 각각 R용 보조 검광자(121), G용 보조 검광자(122), B용 보조 검광자(123)를 통과하여 G는 G용 1/2 파장판(132)을 통과하여 P편광이 되며, R, G, B 모두 크로스 다이크로익 프리즘(14)에 입사한다. R, G, B는 크로스 다이크로익 프리즘(14)에 의해 백색으로 합성되고, 투사 렌즈(15)에 의해 스크린(도시하지 않음)에 확대 투사된다.

상기에서는 보조 편광자(91, 92, 93)를 반사형 편광판(101, 102, 103)의 전방에 설치하고 있지만, 반사형 편광판(101, 102, 103)의 성능이 좋고 누설광의 영향이 적으면 보조 편광자가 없어도 되는 것은 물론이다.

상기에서는 인티그레이터로서 로드 렌즈(3)를 이용하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 라이트 파이프나 멀티 렌즈 등을 이용할 수 있는 것은 명백하다. 또한, 상기에서는 광로 상에 있어서 우선 광원으로부터의 백색광을 RG광과 B광으로 분리하고, 그 후에 RG광을 R광과 G광으로 분리하였지만, 먼저 R광과 GB광으로 분리하고, 그 후에 GB광을 G광과 B광으로 분리해도 좋다.

본 실시 형태에 있어서의 광원(1)에는 초고압 수은 램프, 메탈할라이드 램프, 크세논 램프, 수은 크세논 램프, 할로겐 램프 등의 백색 램프가 이용되고, 이들 램프에는 R, G, B의 색을 악화시키는 파장 성분이 포함되어 있어 다이크로익 미러에 입사하는 광선이 텔리센트릭이 아니므로, 입사 광선의 입사 위치에 따라 투과 혹은 반사하는 파장이 다르기 때문에 색 불균일이 생긴다. 이를 방지하기 위해, 보조 편광자의 기판에는 불필요한 파장 성분을 제거하기 위한 다이크로익 코팅이 실시된 것을 이용한 쪽이 좋다.

본 실시 형태에 있어서는 반사형 편광판(101, 102, 103)의 작용면이 반사형 액정 패널(111, 112, 113)측에 있고, 반사형 액정 패널(111, 112, 113)로부터 반사된 빛은 반사형 편광판(101, 102, 103)의 기판인 투명 평행 평판을 통과하지 않는다. 따라서, 비점 수차를 생기게 하는 일이 없으므로 해상도의 저하가 생기지 않는다.

또한 본 구성에서는, 프리즘은 크로스 다이크로익 프리즘(14)밖에 이용하고 있지 않으므로, 투과형 액정 프로젝터용 광학 유닛과 동등한 중량을 실현할 수 있다.

또한, 색 분리 광학계에 컬러 휠을 이용한 경우, 컬러 휠에 의한 컬러 표시에서는 백영상 표시를 1매의 반사형 액정 패널을 시분할로 R, G, B 각각을 고속으로 표시함으로써 행하고 있으므로, 이 중 1색을 표시하고 있을 때에는 다른 2색은 영상광으로서 투사되지 않고 버려지고 있다. 이에 반해, 본 구성에 있어서는 백영상 표시시에 항상 3색 모두 투사되므로 광이용 효율이 높고 밝아진다.

본 실시 형태에서 이용하고 있는 로드 렌즈(3)에 구비되어 있는 도시하지 않은 편광 변환 소자, 보조 편광자(91, 92, 93), 반사형 편광판(101, 102, 103), 보조 검광자(121, 122, 123)의 콘트라스트와 투과율은 트레이드 오프의 관계에 있다. 즉, 콘트라스트를 향상시키면 투과율이 열화되고, 투과율을 향상시키면 콘트라스트가 열화된다. 따라서, 이를 투사형 영상 표시 장치의 성능으로서 보면 콘트라스트와 밝기가 트레이드 오프의 관계에 있는 것을 의미한다.

본 실시 형태에서는, 광학 부품은 로드 렌즈(3)에 구비되어 있는 도시하지 않은 편광 변환 소자, 보조 편광자(91, 92, 93), 반사형 편광판(101, 102, 103), 보조 검광자(121, 122, 123)와 복수의 부품을 이용하고 있다. 이하의 법칙에 따라 상기 광학 부품의 성능을 조합함으로써, 투사형 영상 표시 장치의 고효율 및 고콘트라스트를 확보하는 것이 가능하다.

광학계의 콘트라스트는 하기 식으로 구해진다.

1/(광학계의 콘트라스트) ＝ 1/(패널 입사측의 광학계 콘트라스트) ＋ 1/(패널 출사측의 광학계 콘트라스트)

이로부터 알 수 있는 것은, 패널 입사측의 광학계 콘트라스트만 좋게 해도, 혹은 출사측만 좋게 해도 효율적이지 않다는 것이다. 입사측과 출사측의 콘트라스트의 밸런스를 유지하는 것이 밝기도 콘트라스트도 가장 적절하게 하는 방법이다.

광학계 콘트라스트는 각 부품의 콘트라스트의 곱으로 구해진다. 즉, 로드 렌즈(3)에 구비되어 있는 도시하지 않은 편광 변환 소자의 콘트라스트를 A, 보조 편광자(91, 92, 93)의 콘트라스트를 B, 보조 검광자(121, 122, 123)의 콘트라스트를 E, 반사형 편광판(101, 102, 103)의 투과 콘트라스트를 C, 반사형 편광판(101, 102, 103)의 반사 콘트라스트를 D라고 하면, 본 실시 형태와 같이 반사형 액정 패널(111, 112, 113)로부터의 반사광이 반사형 편광판(101, 102, 103)에 의해 반사된 후에 투사 렌즈(15)에 입사하는 구성에 있어서는, 입사측의 광학계 콘트라스트는 A * B * C, 출사측의 광학계 콘트라스트는 D * E로 구해진다. 혹은 이후에 설명하는 도8의 구성과 같이 반사형 액정 패널(111, 112, 113)로부터의 반사광이 반사형 편광판(101, 102, 103)을 투과한 후에 투사 렌즈(15)에 입사하는 구성에 있어서는, 입사측의 광학계 콘트라스트는 A * B * D, 출사측의 광학계 콘트라스트는 C * E로 구해진다. 따라서, 양자를 밸런스 좋게 하기 위해 본 실시 형태에 있어서는,

A * B * C ＝ (0.5 내지 5) * D * E

반사형 액정 패널(111, 112, 113)로부터의 반사광이 반사형 편광판(101, 102, 103)을 투과한 후에 투사 렌즈(15)에 입사하는 구성에 있어서는,

A * B * D ＝ (0.5 내지 5) * C * E

의 각각의 값을 충족시키는 로드 렌즈(3)에 구비되어 있는 도시하지 않은 편광 변환 소자, 보조 편광자(91, 92, 93), 보조 검광자(121, 122, 123), 반사형 편광판(101, 102, 103)을 이용하면 된다. 로드 렌즈(3)에 구비되어 있는 도시하지 않은 편광 변환 소자, 혹은 보조 편광자(91, 92, 93), 혹은 보조 검광자(121, 122, 123)를 이용하지 않은 경우는 콘트라스트로서 1을 대입하여 상기 식을 만족시키면 된다.

도3의 (a)에 편광 변환 소자의 콘트라스트 측정 방법을 도시한다. 도3의 (a)에 있어서, 측정용 광원(50)으로부터 빛을 출사한다. 광원(50) 뒤에 개구를 마련함에 따른 측정물에 입사하는 빛의 넓이는 대략 F20이고, 편광 상태는 무편광(랜덤 편광)이다. 그 후에 광원(50)측으로부터 로드 렌즈(3)에 구비된 편광 변환 소자(25), 측정용 편광판(51)(가능한 한 편광도가 높은 것이 좋음), 측정용 수광부(52)를 배치한다. 광원(50)으로부터 출사한 빛은 로드 렌즈(3)에 구비된 편광 변환 소자(25) 및 측정용 편광판(51)을 투과하여 측정용 수광부(52)에 입사하고, 이에 의해 투과해 온 빛의 밝기를 측정할 수 있다. 또한, 기준 측정이라는 측정물[로드 렌즈(3)에 구비된 편광 변환 소자(25)]을 배치하지 않은 상태에서의 밝기 측정을 해 둠으로써, 측정물의 투과율을 산출할 수 있다. 편광 변환 소자(25)의 투과율은 다음 식에 의해 구해진다.

[편광 변환 소자(25)의 투과율] ＝ (측정물 배치시의 밝기 측정치)/(기준 측정시의 밝기 측정치)/2

이 식에 있어서 2로 나누고 있는 이유는, 이상적인 편광 변환 소자(25)에서는 입사광은 완전히 편광 변환되므로 밝기가 기준 측정시의 2배가 되기 때문이다.

콘트라스트비를 산출하기 위해서는, 이하의 2개의 모드에 대해 측정을 행하여 투과율을 산출할 필요가 있다. 하나는 측정물인 편광 변환 소자 중 PBS막 혹은 반사형 편광판의 반사축이 측정용 편광자의 흡수축(혹은 반사축)에 평행한 모드이고, 다른 하나는 측정물인 편광 변환 소자 중의 PBS막 혹은 반사형 편광판의 반사축이 측정용 편광자의 흡수축(혹은 반사축)과 직교하는 모드이다(각각 이하, 평행 모드 및 직교 모드라 함). 콘트라스트비는 다음 식에 의해 구해진다.

(콘트라스트비) ＝ (평행 모드의 투과율)/(직교 모드의 투과율)

측정된 투과율의 분광 분포에 시감도를 곱함으로써 밝기가 구해진다. 즉, 투과율 T(λ) 및 시감도 A(λ)라고 하면, 밝기는 이론적으로는 사용 파장 영역에서의 T(λ) * A(λ)의 파장 적분 ∫T(λ) * A(λ) dλ로 구해진다. 반사의 경우는, 투과율 T(λ) 대신에 반사율 R(λ)을 이용하면 된다.

도3의 (b)에 보조 편광자 및 보조 검광자에 이용하는 편광판의 콘트라스트 측정 방법을 도시한다. 도3의 (b)에 있어서, 측정용 광원(50), 측정용 편광판(51), 측정용 수광부(52)는 상기와 동일한 것이다. 각 부품을 광원, 측정용 편광판, 측정물(편광판), 측정용 수광부의 순으로 배치하여 상기와 동일한 밝기 측정을 행한다. 또한, 기준 측정도 상기와 마찬가지로 측정물을 배치하지 않고 행한다. 단, 투과율은 다음 식이 된다.

(편광판 및 PBS 프리즘의 투과율) ＝ (측정물 배치시의 밝기 측정치)/(기준 측정시의 밝기 측정치)

콘트라스트비는 상기와 마찬가지로 이하의 2개의 모드의 측정을 행하여 산출한다. 하나는 측정물인 흡수형 편광판의 흡수축 혹은 반사형 편광판의 반사축이 측정용 편광판의 흡수축에 평행한 모드이고, 다른 하나는 측정물인 흡수형 편광판의 흡수축 혹은 반사형 편광판의 반사축이 측정용 편광자의 흡수축(혹은 반사축)과 직교하는 모드이다(각각 이하, 평행 모드 및 직교 모드라고 함). 콘트라스트비는 상기와 마찬가지로 다음 식에 의해 구해진다.

(콘트라스트비) ＝ (평행 모드의 투과율)/(수직 모드의 투과율)

도3의 (c)에 반사형 편광판을 편광자 및 검광자로서 이용하는 경우의 콘트라스트 측정 방법을 도시한다. 도3의 (c)에 있어서, 측정용 광원(50), 측정용 편광판(51), 측정용 수광부(52)는 상기와 동일한 것이다. 각 부품을 광원, 측정용 편광판, 측정물(반사형 편광판), 측정용 수광부의 순으로 배치하여 상기와 동일한 밝기 측정을 행한다. 단, 측정물인 반사형 편광판은 그 법선이 광축에 대해 45 ° 기울도록 배치한다. 또한, 기준 측정도 상기와 마찬가지로 측정물을 배치하지 않고 행한다. 편광자 및 검광자로서 반사형 편광판을 이용하는 경우, 반사형 편광판을 투과하는 빛을 측정하는 투과율 및 반사형 편광판을 반사하는 빛을 측정하는 반사율의 양방이 콘트라스트 및 밝기에 영향을 미친다. 투과율 및 반사율은 상기와 마찬가지로 다음 식이 된다.

(반사형 편광판의 투과율) ＝ (측정물 배치시의 투과광의 밝기 측정치)/(기준 측정시의 밝기 측정치),

(반사형 편광판의 반사율) ＝ (측정물 배치시의 반사광의 밝기 측정치)/(기준 측정시의 밝기 측정치)

반사형 편광판에는 투과 콘트라스트비와 반사 콘트라스트비가 있고, 양방을 구하기 위해서는 반사형 편광판의 반사축이 측정용 편광자의 반사축(흡수축)에 평행한 경우와 직교하는 경우의 2개의 모드(각각 이하, 평행 모드 및 직교 모드라고 함) 각각에 있어 투과율 및 반사율을 구할 필요가 있다. 따라서, 측정은 총 4회가 된다. 투과 콘트라스트비 및 반사 콘트라스트비는 각각 다음 식이 된다.

(반사형 편광판의 투과 콘트라스트비) ＝ (평행 모드의 투과율)/(직교 모드의 투과율),

(반사형 편광판의 반사 콘트라스트비) ＝ (직교 모드의 반사율)/(평행 모드의 반사율)

여기서, 일반적으로 반사형 편광판의 콘트라스트비는 투과 콘트라스트비 쪽이 반사 콘트라스트비보다 높다. 따라서, 본 실시 형태와 같이 반사형 액정 패널(111, 112, 113)로부터의 반사광이 반사형 편광판(101, 102, 103)에 의해 반사된 후에 투사 렌즈(15)에 입사하는 구성에 있어서는, 상기 관계로부터 보조 검광자(121, 122, 123)의 콘트라스트비가 로드 렌즈(3)에 구비된 편광 변환 소자(25)의 콘트라스트비와 보조 편광자(91, 92, 93)의 콘트라스트비의 곱보다 높은 조합 구성, 즉 A * B ＜ D로 하면 고효율 및 고콘트라스트가 가능하다. 혹은 도8의 구성과 같이 반사형 액정 패널(111, 112, 113)로부터의 반사광이 반사형 편광판(101, 102, 103)을 투과한 후에 투사 렌즈(15)에 입사하는 구성에 있어서는, 상기 관계로부터 로드 렌즈(3)에 구비된 편광 변환 소자(25)의 콘트라스트비와 보조 편광자(91, 92, 93)의 콘트라스트비의 곱이 보조 검광자(121, 122, 123)의 콘트라스트비보다 높은 조합 구성, 즉 A * B ＞ D로 하면 고효율 및 고콘트라스트가 가능하다.

도4는, 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 다른 일실시 형태를 도시한 도면이다. 또, 도4를 포함하는 이하의 각 실시 형태를 도시한 도면에 있어서, 앞에서 나온 도면에 공통적인 기능을 갖는 부품에는 동일한 부호를 붙여 도시하고 그 설명을 생략한다. 또한, 도4의 실시 형태를 포함하는 이하의 각 실시 형태에 있어서 기본 동작이 도2의 실시 형태와 같은 경우는, 중복된 설명을 생략하고 다른 기능 동작에 대해서만 설명한다.

도4에 있어서, 상기 실시 형태와 같이 보조 편광자(91, 92, 93) 및 보조 검광자(121, 122, 123)는 투명한 평행 평판의 기판 상에 배치 혹은 형성되고, 보조 편광자(91, 92, 93) 및 보조 검광자(121, 122, 123)에 대향하는 위치에 결상 렌즈(4)나 크로스 다이크로익 프리즘(14) 등의 투명 부품이 공극(스페이스)을 마련하여 배치되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 상기 스페이스를 보조 편광자(91, 92, 93)나 보조 검광자(121, 122, 123)를 냉각하기 위한 통풍로로서 이용할 수 있어 효율적인 냉각이 가능해지므로, 냉각 팬을 저속으로 회전할 수 있게 되어 냉각 팬의 핀(도시하지 않음)에 의한 바람 소리를 저감할 수 있기 때문에 저소음화가 가능해진다. 특히, 보조 편광자(91, 92, 93)나 보조 검광자(121, 122, 123)가 흡수형 편광판인 경우는, 편광판에 의해 흡수되는 빛의 대부분이 열에 의해 변환되므로 유효하다. 이 통풍로의 거리는 광축 상에서 1 ㎜ 내지 4 ㎜가 적당하며, 지나치게 짧거나 지나치게 길어도 냉각풍이 효율적으로 통과하지 않고, 지나치게 긴 경우는 광학 유닛이 커져 버린다. 또, 본 실시 형태에서는 투명 부품으로서 결상 렌즈(4)나 크로스 다이크로익 프리즘(14) 등의 광학 부품을 배치하였지만, 설계상 광학 부품을 배치할 필요가 없는 경우는 투명한 평행 평판 등을 배치해도 좋다.

도4에 도시한 본 실시 형태에 있어서, 상기한 보조 편광자(91, 92, 93)의 통풍로 확보용으로 배치한 각 결상 렌즈(4)에는 각 광로의 색용 1/2 파장판(131′, 132′, 133′)을 접합하고 있다. 이와 같이 구성함으로써, 1/2 파장판의 전후에서 편광 방향을 90 °회전시킬 수 있고, 예를 들어 이하와 같은 때에 유효하다. 일반적으로 미러(반사 미러나 다이크로익 미러 등)는 S편광 반사시에 가장 효율이 좋으므로, 본 실시 형태에 있어서는 로드 렌즈(3)에 구비된 편광 변환 소자(도시하지 않음)에서는 S편광 출사로 하고, 백반사 미러(5) 및 B반사 미러(8)에서는 S편광을 반사시키고, 반사형 편광판(101, 102, 103)의 전방 1/2 파장판(131′, 132′, 133′)에서 P편광으로 하면 빛을 효율적으로 이용할 수 있다. 본 구성에서는, G광은 백반사 미러(5), B투과 RG반사 다이크로익 미러(6), R투과 G반사 다이크로익 미러(7)를 모두 반사하도록 구성하고 있으므로, 예를 들어 밝기 성능을 중시하는 광학 유닛의 경우, G광을 가장 효율적으로 이용할 수 있기 때문에 가장 적합하다. 특히, 밝기가 요구되는 전방면 투사형 영상 표시 장치용 광학 유닛에 적합하다. 또한, 본 구성과 같이 각 색광으로 분리된 후에 1/2 파장판(131′, 132′, 133′)을 배치함으로써 각 색광용의 1/2 파장판(131′, 132′, 133′)을 사용할 수 있으므로 고효율이다. 또한, 통풍로에 면하여 1/2 파장판(131′, 132′, 133′)을 배치할 수 있으므로, 1/2 파장판이 유기 필름 등으로 작성되어 냉각할 필요가 있는 경우에는 효율적으로 냉각할 수 있으므로 유효하다.

본 실시 형태에 있어서, G광로의 크로스 다이크로익 프리즘(14)의 입사면에 는 1/2 파장판(132)을 접합하고 있다. 일반적으로, 다이크로익 미러는 S편광보다 P편광 쪽이 빛이 투과되기 쉽고, 크로스 다이크로익 프리즘(14)에 있어서도 동일하다. 따라서, 본 구성과 같이 배치함으로써 크로스 다이크로익 프리즘(14)을 투과하는 G광을 P편광으로 할 수 있어 고효율로 할 수 있다. 또한, 1/2 파장판(132)이 통풍로에 면하고 있으므로, 효율적으로 냉각할 수 있는 점은 상기와 동일하다.

도5는, 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 다른 일실시 형태를 도시한 블럭도이다.

도5에 있어서, R용 반사형 편광판(101)과 B용 반사형 편광판(103) 및 R용 반사형 액정 패널(111)과 B용 반사형 액정 패널(113)은 기울어져 배치되어 있다. 이와 같이 기울어지게 배치함으로써, 최소 사이즈로 배치하고자 한 경우에 투사 렌즈(15)와 R용 반사형 액정 패널(111) 및 B용 반사형 액정 패널(113)의 간격이 좁아 간섭해 버리는 것을 피할 수 있다. 또한, R용 보조 검광자(121) 및 B용 보조 검광자(123) 이후의 부품으로의 광축 광선의 입사 각도를 0 °로 할 수 있다. 도6 및 도7을 이용하여 상세하게 설명한다. 도6 및 도7은 각각 도2 및 도5의 크로스 다이크로익 프리즘(14) 및 B용 반사형 액정 패널(113) 부근을 확대한 것이다. 도6 및 도7에 있어서, 부호 16은 반사형 액정 패널(113)로의 입사광속, 17은 반사형 액정 패널(113)로부터의 출사광속, 18은 반사형 액정 패널(113)의 회전 중심점, 19는 투사 렌즈(15)의 백포커스[크로스 다이크로익 미러(14)에 가장 가까운 투사 렌즈(15)의 렌즈로부터 반사형 액정 패널까지의 거리]이며 광축과 일치하고 있다. 부호 20은 투사 렌즈(15)와 반사형 액정 패널(113)의 물리적 최단 거리이다. 도7에 있어서 B용 반사형 액정 패널(113)은, 도6의 동일 부품의 배치에 대해 회전 중심점(18)으로부터의 거리를 유지한 상태에서 회전 중심점(18)을 중심으로 약 5 °기울어지게 배치되어 있다. 도7과 같이 배치함으로써 투사 렌즈(15)로부터 B용 반사형 액정 패널(113)까지의 광학 거리, 즉 백포커스(19)를 길게 하는 일 없이 투사 렌즈(15)와 B용 반사형 액정 패널(113)의 물리적 최단 거리(20)를 길게 할 수 있다. 따라서, 도7의 구성으로 함으로써 광학계를 최소 사이즈로 배치하고자 한 경우에 투사 렌즈(15)와 B용 반사형 액정 패널(113)의 물리적 최단 거리(20)의 간격을 크게 할 수 있으므로, 이들 부품을 보유 지지하는 구조 부품 등이 간섭해 버리는 것을 피할 수 있어 광학계를 최소 사이즈로 배치할 수 있다.

또한, 도7의 B용 반사형 편광판(103)은 B용 반사형 액정 패널(113)의 기울기와 동일한 방향으로 5 °기울어져 있다. 이와 같이, 동일한 광로 상의 반사형 편광판과 반사형 액정 패널을 동일한 각도만큼 같은 방향으로 기울어지게 배치함으로써, B용 반사형 편광판(103) 이후의 부품으로의 광축 광선의 입사 각도를 0 °로 할 수 있다. 즉, B용 보조 편광자(93)를 통과한 광선이 B용 반사형 편광판(103)에 입사할 때의 광축 광선의 입사각은 도6의 배치가 45 °인 데 반해 도7의 배치에서는 40 °이고, 그 후에 B용 반사형 액정 패널(113)로 입사할 때의 입사각은 도6의 배치가 0 °인 데 반해 도7의 배치에서는 5 °이고, B용 반사형 액정 패널(113)에 의해 반사된 후에 B용 반사형 편광판(103)에 재입사할 때의 입사각은 도6의 배치가 45 °인 데 반해 도7의 배치에서는 50 °이고, B용 반사형 편광판(103)에 의해 반사되어 광선 방향이 구부러진 후에 B용 보조 검광자(123)에 입사하는 입사각은 도6의 배치 및 도7의 배치 모두 0 °이다. 통상, 크로스 다이크로익 프리즘(14) 및 투사 렌즈(15)는 광축 광선이 수직으로 입사한 경우에 색 합성 성능 및 결상 성능이 가장 좋아지므로, 도7의 배치로 한 경우의 광학 성능은 도6의 배치와 동등하다. 도7의 구성에서 반사형 편광판(103) 및 반사형 액정 패널(113)을 기울어지게 하는 각도는 회전 중심(18)을 중심으로 3 °내지 15 °가 되는 것이 적당하다. 이 각도가 지나치게 작은 경우는 효과가 적고, 이 각도가 지나치게 큰 경우는 반사형 편광판 및 반사형 액정 패널의 성능이 발휘되기 어려워진다. 또한, 도7에서는 B광로를 이용하여 설명하였지만 R광로에 대해서도 동일한 내용인 것은 명백하다.

도8은, 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 다른 일실시 형태를 도시한 도면이다.

도8에 있어서, 반사형 액정 패널(111, 112, 113)은 도2의 경우와 다르고, 크로스 다이크로익 프리즘(14)의 3개의 입사면에 각각 평행이 되도록 배치되어 있다. 그리고, 광원(1)으로부터의 빛이 반사형 편광판(101, 102, 103)에 의해 반사되어 반사형 액정 패널(111, 112, 113)에 입사하도록 구성되어 있다. 이로 인해, 반사형 편광판(101, 102, 103)의 해칭부가 나타낸 작용면은 보조 편광자(91, 92, 93)측의 입사광측에 형성되어 있다.

도8에 있어서, 부호 211, 212, 213은 각각 R용 비점 수차 보정 소자, G용 비점 수차 보정 소자, B용 비점 수차 보정 소자이며, 원통형 렌즈나 투명 평행 평판이 그 작용을 발휘한다(투명 평행 평판은 반사형 편광판의 주입사면에 평행하고 또한 광축에 직교하는 축을 회전축으로서 회전시켜 배치함).

다음에 본 구성의 동작을 서술한다. 본 실시 형태에 있어서는, 편광 변환 작용을 구비한 로드 렌즈(3)로부터는 S편광 출사로 하고, 그 후는 편광이 S편광인 것 이외에는 R, G, B가 각각 R용 보조 편광자(91), G용 보조 편광자(92), B용 보조 편광자(93)를 투과할 때까지는 도2의 구성과 동일하다. 그리고, S편광으로 입사해 온 빛은 각각 R용 반사형 편광판(101), G용 반사형 편광판(102), B용 반사형 편광판(103)에 의해 반사되어 광선의 방향이 90 °구부러지고, R용 반사형 액정 패널(111), G용 반사형 액정 패널(112), B용 반사형 액정 패널(113)에 입사한다. R, G, B 각각의 반사형 액정 패널(111, 112, 113)에 의해 반사된 광은 P편광이 되고, 각각 R용 반사형 편광판(101), G용 반사형 편광판(102), B용 반사형 편광판(103) 및 R용 보조 검광자(121), G용 보조 검광자(122), B용 보조 검광자(123)를 투과한다. 여기서, 본 구성의 경우, 반사형 편광판(111, 112, 113)을 투과할 때, 베이스 부재의 평행 평판을 투과하게 된다. 이로 인해, 비점 수차가 생겨 그 상태에서는 투사 영상의 해상도가 저하되어 버린다. 따라서, 본 구성에 있어서는 이 비점 수차를 보정하고 해상도 저하를 방지하기 위해, 보조 검광자(121, 122, 123)의 뒤에 R용 비점 수차 보정 소자(211), G용 비점 수차 보정 소자(212), B용 비점 수차 보정 소자(213)를 배치하여 비점 수차를 보정하고 있다. 이 비점 수차 보정 소자를 투과한 후, R 및 B는 R용 1/2 파장판(131), B용 1/2 파장판(133)에 의해 S편광으로 하고, G는 그대로 P편광으로 크로스 다이크로익 프리즘(14)에 입사하여 투사 렌즈(15)에 의해 스크린(도시하지 않음) 상에 투사된다.

또, 본 실시 형태에 있어서는 비점 수차 보정 소자를 광로 상의 보조 검광자(121, 122, 123)와 크로스 다이크로익 프리즘(14) 사이에 배치하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 반사형 편광판(101, 102, 103)과 크로스 다이크로익 프리즘(14) 사이라면 어느 곳에나 배치할 수 있다.

또한, 본 구성으로 함으로써 반사형 액정 패널(111, 112, 113)을 투사 렌즈(15)로부터 떨어진 위치에 배치할 수 있으므로, 투사 렌즈(15)와 R용 반사형 액정 패널(111) 및 B용 반사형 액정 패널(113)의 부품을 보유 지지하는 구조 부품 등과 간섭해 버리는 것을 피할 수 있다. 그러나, 비점 수차 보정 소자(211, 212, 213)를 배치하는만큼 광학 유닛은 커져 버린다.

도9는, 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 다른 일실시 형태를 도시한 도면이다.

도9에 있어서, 부호 221, 222, 223은 각각 R용 반사형 편광 프리즘, G용 반사형 편광 프리즘, B용 반사형 편광 프리즘이고, 내부에 해칭부가 나타낸 반사형 편광면을 구비하고 있다. 부호 132′는 1/2 파장판이다.

본 구성의 R 및 B의 동작은, 광원(1)으로부터 보조 검광자(121, 123)까지는 반사형 편광판이 반사형 편광 프리즘으로 바뀌었을 뿐이고, 그 외는 도8 구성의 동작과 동일하며, 또한 G는 반사형 편광판이 반사형 편광 프리즘으로 바뀌어, G용 반사형 편광 프리즘(222) 앞에 G광의 편광 방향을 S편광으로부터 P편광으로 바꾸는 G용 1/2 파장판(132′)을 설치하고, 크로스 다이크로익 프리즘(14) 앞에 G용 1/2 파장판(132)을 설치하였을 뿐이고, 그 외는 도8 구성의 동작과 동일하므로 중복된 설명을 생략하고 다른 기능에 대해 설명한다.

보조 검광자(121, 122)를 투과한 R광 및 B광은, 각각의 R용 1/2 파장판(131) 및 B용 1/2 파장판(133)을 투과할 때에 S편광이 되어, 크로스 다이크로익 프리즘(14)에 입사한다. G에 있어서는 G용 반사형 편광 프리즘(222) 앞에 G용 1/2 파장판(132′)을 배치하고, 여기서 P편광으로 하여 G용 반사형 편광 프리즘(222)을 투과하여 G용 반사형 액정 패널(112)에 입사한다. G용 반사형 액정 패널(112)을 반사한 빛은 S편광이 되어 G용 보조 검광자(122)를 투과한 후, G용 1/2 파장판(132)에 의해 P편광으로 하여 크로스 다이크로익 프리즘(14)에 입사한다. G에 관해서는 R 및 B와 마찬가지로 G용 반사형 액정 패널(112)을 반사한 빛이 G용 반사형 편광 프리즘을 투과하는 구성이라도 상관 없지만, 예를 들어 릴레이 광로용 부재와 G용 반사형 액정 패널(112)의 보유 지지 부재 등이 간섭하는 등, G용 반사형 액정 패널(112)을 배치할 수 없는 경우는 본 구성과 같이 G용 반사형 액정 패널(112)을 반사한 빛이 G용 반사형 편광 프리즘 내의 작용면을 반사하는 구성으로 하면 좋다.

여기서, 반사형 편광 프리즘(221, 222, 223)부에 있어서는 입출사 광선이 수직면만을 투과하기 때문에 비점 수차가 발생하지 않으므로, 도8의 구성에서 이용하고 있던 비점 수차 보정 소자를 이용할 필요가 없다. 또한, R용 반사형 액정 패널(111) 및 B용 반사형 액정 패널(113)을 투사 렌즈(15)로부터 떨어진 위치에 배치할 수 있으므로, 투사 렌즈(15)와 R용 반사형 액정 패널(111) 및 B용 반사형 액정 패널(113)의 부품을 보유 지지하는 구조 부품 등이 간섭해 버리는 것을 피할 수 있다.

도10은, 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 다른 일실시 형태를 도시한 도면이다. 도10에 있어서, 부호 24는 2매의 멀티 렌즈(각 멀티 렌즈는 매트릭스형으로 배열된 렌즈 셀로 이루어짐)로 이루어지는 인티그레이터, 25는 PBS 어레이와 1/2 파장판으로 이루어지는 편광 변환 소자이며, 부호 26은 인티그레이터(24)를 구성하는 광원측 멀티 렌즈의 각 렌즈 셀(도시하지 않음)의 형상(반사형 액정 패널과 유사한 직사각형 형상)을 반사형 액정 패널(111, 112, 113) 상에 투영하는 렌즈이다.

이하, 도10을 이용하여 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 백영상 표시시의 동작을 서술한다. 도10에 있어서, 광원(1)을 출사한 빛은 2매의 멀티 렌즈(24)를 투과하여 편광 변환 소자(25)를 투과하여 백색 반사 미러(5)에 의해 광선의 방향이 약 120 °구부러지고, B투과 RG반사 다이크로익 미러(6)에 의해 R 및 G는 반사하여 광선 방향이 약 60 °구부러지고 B는 투과한다. R 및 G는 G반사 R투과 다이크로익 미러(7)에 의해 G는 반사하여 광선 방향이 90 °구부러지고 R은 투과한다. B는 B반사 미러(8)에 의해 광선의 방향이 약 60 °구부러진다. 그리고, R, G, B 각각 R용 보조 편광자(91), G용 보조 편광자(92), B용 보조 편광자(93)에 입사한다. 그 이후는, 도2의 실시 형태와 동일한 동작이므로 설명을 생략한다.

이하에, 본 실시 형태의 내용을 설명한다. 광원(1)에 가까운 B투과 RG반사 다이크로익 미러(6)에 의해 투과하는 B광의 광로는, 다른 R 및 G광로에 대해 B투과 RG반사 다이크로익 미러(6)로부터 반사형 액정 패널(113)까지의 광학 거리가 길어 릴레이계 광로라 일컬어진다. R 및 G광로에 있어서는 인티그레이터(24)와 렌즈(26)에 의해 형성되는 인티그레이터(24)의 각 렌즈 셀의 직사각형 상은 반사형 영상 표시 소자(111, 112) 상에 직접 결상되는 데 반해, 릴레이계 광로에 있어서는 광학 거리가 길기 때문에 인티그레이터(24)의 각 렌즈 셀의 직사각형 상은 광로 중에서 한번 결상(31의 위치)되고, 이 상을 다시 반사형 액정 패널(113) 상에 결상한다. 이로 인해, 릴레이계에서는 상기의 재결상시키기 위한 렌즈(26)가 적어도 1개 이상 필요해진다. 반사형 액정 패널(113) 상에 결상되는 직사각형 상은 재결상 상이므로, R 및 G광로의 반사형 액정 패널(111, 112) 상의 직사각형 상에 비해 결상 성능을 얻기 어려워, 직사각형 상의 주변부가 흐려지기 쉽다. 직사각형 상이 흐려져 있는 곳은 흐려져 있지 않은 곳에 비해 단위 면적당 광량이 적기 때문에, 반사형 액정 패널(113)의 유효 영역 내에 이 직사각형 상의 흐려짐이 있었던 경우, 백영상 표시시의 주변 조도비(영상의 중앙부 등에 대한 주변부의 조도비)가 저하되어 버린다. 또한, R 및 G광로의 반사형 액정 패널(111, 112)의 유효 영역 내에 직사각형 상의 흐려짐이 없고 릴레이 광로의 반사형 액정 패널(113)의 유효 영역 내에 직사각형 상이 흐려져 있는 경우에는, 중앙부 등에서의 각 색광의 조도 균형과 주변부에서의 각 색광의 조도 균형이 다르기 때문에 백영상 표시시의 색이 중앙부 등과 주변부에서 달라 색 불균일이 되어 버린다. 이를 방지하기 위해서는, R 및 G광로에서의 직사각형 상의 결상 배율에 대해 릴레이계의 직사각형 상의 결상 배율을 높게 하고, 약간 큰 직사각형 상을 반사형 액정 패널(113)에 결상시켜, 직사각형 상의 내측이 흐려져 있지 않은 영역이 반사형 액정 패널(113)의 유효 영역에 조사되도록 하면 된다. 그러나, 이 경우는 주변부가 흐려져 있는 부분의 빛을 사용하지 않으므로, 광이용 효율이 저하되어 버린다. 이를 방지하기 위해서는, 재결상용 렌즈(26)를 2매 이상 이용하여 재결상시의 결상 성능을 향상시키면 된다. 여기서 재결상 렌즈(26)에는 비구면 형상의 것을 가능한 한 많이 이용하는 것이 유효하지만, 비구면 렌즈는 비교적 고가이므로 비용과의 균형을 유지할 필요가 있다.

또한, 반사형 액정 패널로의 입사광의 각도 범위가 가장 좁아지도록, 또한 반사형 액정 패널 상의 인티그레이터의 직사각형 상의 흐려짐을 적게 하도록 빛을 조사하기 위해서는, 상기한 렌즈(26)의 매수나 렌즈 종류만이 유효한 것이 아닌 광학 거리도 관계가 있다. 릴레이 광로 중의 인티그레이터의 직사각형 상(31 위치)으로부터 광로 상에서 반사형 액정 패널(113)에 가장 가까운 렌즈(26)까지의 광학 거리를 가능한 한 길게 하는 것이 유효하고, 광로 상에서 반사형 액정 패널(113)에 가장 가까운 렌즈(26)로부터 반사형 액정 패널(113)까지의 광학 거리의 2배 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이를 실현하기 위해 도10의 구성에 있어서는, 릴레이 광로의 B광을 분리하는 B투과 RG반사 다이크로익 미러(6) 및 릴레이 광로의 광로 상에서 가장 광원측(1)의 렌즈(26)를 가능한 한 광원(1)측에 배치하고, 이 렌즈(26)의 곡률 반경을 결상 성능이 악화되지 않을 정도로 작게 함으로써, 릴레이 광로 중 인티그레이터의 직사각형 상이 가능한 한 광로 상의 광원(1)측에서 결상되도록 하고 있다.

또한, 도10에 있어서 2매의 다이크로익 미러(6, 7) 중 광로 상에서 광원에 가까운 쪽의 B투과 RG반사 다이크로익 미러(6)는 광축 광선의 입사 각도가 약 30 °가 되도록 배치되어 있고, 이 B투과 RG반사 다이크로익 미러(6)에 의해 투과하는 B광의 광로상 후방에 배치되는 B반사 미러(8)도 광축 광선의 입사 각도가 각각 약 30 °가 되도록 배치되어 있다. 이와 같이, 광축 광선의 입사 각도를 45 °이하로 하여 배치함으로써 릴레이계의 광학 거리만을 길게 하는 것이 가능해진다. 또, 이 배치 각도는 광축 광선의 입사 각도가 45 °에 대해 차가 지나치게 작으면 효과가 적고, 지나치게 크면 상기 다이크로익 미러의 근방에 렌즈를 배치할 수 없게 되므로 20 °이상 40 °이하가 적당하다.

이상에 의해, 릴레이 광로 중의 인티그레이터의 직사각형 상(31의 위치)으로부터 광로 상에서 반사형 액정 패널(113)에 가장 가까운 렌즈(26)까지의 광학 거리를 길게 할 수 있으므로 결상 성능을 향상할 수 있고, 밝기가 균일하여 색 불균일이 없는 영상을 얻을 수 있고, 또한 결과적으로 광이용 효율을 향상할 수 있다.

도11은 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 다른 일실시 형태를 도시한 도면이다. 도11에 있어서, 부호 61은 RG 투과 B반사 다이크로익 미러이다. 이하, 도11을 이용하여 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 백영상 표시시의 동작을 서술한다. 도11에 있어서, 광원(1)을 출사한 빛은 2매의 멀티 렌즈(24)와 편광 변환 소자(25)를 투과하고, RG 투과 B반사 다이크로익 미러(61)에 의해 B는 반사하여 광선 방향이 약 50 °구부러지고, R 및 G는 투과한다. R 및 G는 R투과 G반사 다이크로익 미러(7)에 의해 G는 반사하여 광선 방향이 90 °구부러지고 R은 투과한다. B는 B반사 미러(8)에 의해 광선의 방향이 약 50 °구부러진다. 그리고, 각각 R용 보조 편광자(91), G용 보조 편광자(92), B용 보조 편광자(93)에 입사한다. 그 이후는, 도2의 실시 형태와 동일한 동작이므로 설명을 생략한다.

이러한 구성으로 함으로써, 도10의 실시 형태와 같이 릴레이 광로 중의 인티그레이터의 직사각형 상(31 위치)으로부터 광로 상에서 반사형 액정 패널(113)에 가장 가까운 렌즈(26)까지의 광학 거리를 광로 상에서 반사형 액정 패널(113)에 가장 가까운 렌즈(26)로부터 반사형 액정 패널(113)까지의 광학 거리의 2배 이상으로 할 수 있으므로 결상 성능을 향상할 수 있고, 밝기가 균일하여 색 불균일이 없는 영상을 얻을 수 있고, 또한 결과적으로 광이용 효율을 향상할 수 있다.

도12는, 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 다른 일실시 형태를 도시한 도면이다.

도12에 있어서, 부호 63은 RB투과 G반사 다이크로익 미러, 92는 G용 보조 편광자, 93은 B용 보조 편광자, 271은 R용 색 선택성 파장판, 222는 G용 반사형 편광 프리즘, 224는 RB용 반사형 편광 프리즘이다. 부호 111 내지 113은 각각 R용 반사형 액정 패널, G용 반사형 액정 패널, B용 반사형 액정 패널, 121은 R용 보조 검광자, 273은 B용 색 선택성 파장판, 282와 284는 스페이서 프리즘, 220은 합성용 반사형 편광 프리즘, 30은 백색용 1/4 파장판, 15는 투사 렌즈이다.

이하, 도12를 이용하여 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 백영상 표시시의 동작을 서술한다. 도12에 있어서, 광원(1)을 출사한 빛은 인티그레이터(24) 및 편광 변환 소자(25)를 통과하여 S편광으로 조정된다. 그리고, 백색 반사 미러(5)에 의해 광선의 방향이 90 °구부러지고, RB투과 G반사 다이크로익 미러(63)에 의해 반사광의 G, 투과광의 RB로 색 분리된 후, G는 G용 보조 편광자(92)를 투과하여 S편광이므로 G용 반사형 편광 프리즘(222) 내에서 반사되어 광선의 방향이 90 °구부러지고 G용 반사형 액정 패널(112)에 입사한다. G용 반사형 액정 패널에 의해 반사된 빛은 P편광이므로 G용 반사형 편광 프리즘(222) 및 스페이서 프리즘(282)을 투과하여 합성용 반사형 편광 프리즘(220)에 입사한다. RB는 R용 색 선택성 파장판(271)을 투과하여, B용 보조 편광자(93)를 투과한다. 이 R용 색 선택성 파장판(271)을 투과할 때에 R만 편광 방향이 대략 90 °회전되어 P편광이 되므로, R은 RB용 반사형 편광 프리즘(224)을 투과하고, B는 RB용 반사형 편광 프리즘(224) 내에서 반사되어 광선의 방향이 90 °구부러져 R과 B로 분리된다. 그리고, 각각 R용 반사형 액정 패널(111) 및 B용 반사형 액정 패널(113)에 입사한다. 반사형 액정 패널로 반사된 빛은 R이 S편광, B가 P편광으로 되기 때문에, R은 RB용 반사형 편광 프리즘(224) 내에서 반사되고, B는 RB용 반사형 편광 프리즘(224)을 투과하여 RB에 합성된다. RB는 R용 보조 검광자(121), B용 색 선택성 파장판(273), 스페이서 프리즘(284)을 통과하여 합성용 반사형 편광 프리즘(220)에 입사한다. 이 B용 색 선택성 파장판(273)을 투과할 때에 B만 편광 방향이 대략 90 °회전되어 S편광이 되기 때문에, RB는 합성용 반사형 편광 프리즘(220) 내에서 반사되어 광선의 방향이 90 °구부러진다. G 및 RB는 합성용 반사형 편광 프리즘(220)에 의해 백색으로 합성되어, 투사 렌즈(15)에 의해 스크린(도시하지 않음)에 확대 투사된다.

본 실시 형태에서는, G광로의 G용 반사형 편광 프리즘(222)의 출사측에는 G용 검광자를 설치하고 있지 않다. 그 이유는, 합성용 반사형 편광 프리즘(220)이 G광의 검광자로서도 작용하기 때문이다. 또한, 동일한 이유에 의해, B광로의 RB용 반사형 편광 프리즘(224)의 출사측에도 B용 검광자를 설치하고 있지 않다. 그러나, R용 반사형 액정 패널(111)에서 반사된 R광은 RB용 반사형 편광 프리즘(224) 및 합성용 반사형 편광 프리즘(220)의 작용면에서 반사되므로, 검광자로서 2개의 반사형 편광 프리즘을 이용한 경우, 작용면을 한번은 투과하는 G광이나 B광에 비해 누설광이 많아진다. 이 누설광을 제거(흡수)하기 위해, RB용 반사형 편광 프리즘(224)의 출사측에는 R용 보조 검광자(121)를 설치한다. 또한, RB투과 G반사 다이크로익 미러(63)에 의해 분리된 RB광 중, R광은 RB용 반사형 편광 프리즘(224)을 투과하기 때문에 누설광이 되는 편광 성분은 적다. 이로 인해, R용 보조 편광자는 배치하고 있지 않다. 그러나, 상기 RB광 중, B광은 RB용 반사형 편광 프리즘(224)에 의해 반사되기 때문에 B용 보조 편광자(93)를 설치하고 있다.

상기에서는 인티그레이터로서 멀티 렌즈를 이용하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 라이트 파이프나 로드 렌즈 등을 이용할 수 있는 것은 명백하다.

본 실시 형태에 있어서는, 백색 합성면으로서 반사형 편광 프리즘(220) 내의 반사형 편광면을 사용하였지만 이는 다이크로익 미러면에서도 좋고, 이 경우에는 B용 색 선택성 파장판(273)을 배치하지 않아도 되므로 저비용이 되지만, 배치하는 보조 검광자를 많게 할 필요가 생길 가능성이 있다.

그리고, 편광자 혹은 검광자로서 사용하는 2개의 반사형 편광 프리즘(222과 224)은 한 쪽이 프리즘, 한 쪽이 평판이라도 좋지만, 이 경우 투사 렌즈의 결상 성능을 얻기 위해서는 반사형 액정 패널로부터 투사 렌즈까지의 광학 거리를 R, G, B에서 대략 동일하게 할 필요가 있으므로, 반사형 편광 프리즘을 이용한 광로측에서는 반사형 편광 프리즘과 광합성 프리즘 사이의 광학 거리를 길게 할 필요가 있다.

본 실시 형태의 구성으로 함으로써 밝고 고콘트라스트이며 결상 성능이 좋은 광학 유닛이 되는 것은 상기한 다른 실시 형태와 동일하며, 본 구성에서는 1개의 반사형 편광 프리즘을 2개의 반사형 액정 패널에 대한 편광자 및 검광자로 이용하고 있으므로, 광로를 공유화할 수 있어 릴레이 광로가 불필요해지기 때문에 광학 유닛의 사이즈를 소형화할 수 있다.

도13은, 본 발명에 의한 프로젝터용 광학 유닛의 다른 일실시 형태를 도시한 도면이다.

도13에 있어서, 부호 90은 백색용 보조 편광자이며, 281, 282, 283은 각각 R용 스페이서 프리즘, G용 스페이서 프리즘, B용 스페이서 프리즘이다.

본 실시 형태는, 도2의 실시 형태에 있어서 3개의 보조 편광자(91, 92, 93)가 1개의 백색용 보조 편광자(90)로 치환되고, 크로스 다이크로익 프리즘(14)과 각보조 검광자(121, 122, 123) 사이에 스페이서 프리즘(281, 282, 283)이 배치된 것이다.

본 구성과 같이 스페이서 프리즘(281, 282, 283)을 광로 상 및 반사형 편광판(111, 112, 113)과 투사 렌즈(15) 사이에 배치함으로써, R용 반사형 액정 패널(111) 및 B용 반사형 액정 패널(113)을 보유 지지하는 구조 부품 등과 투사 렌즈(15)가 간섭해 버리는 것을 피하기 위해, R용 반사형 액정 패널(111) 및 B용 반사형 액정 패널(113)의 물리적 최단 거리를 넓힐 수 있다. 이 경우, 도2의 실시 형태에 대해 백포커스가 커져 있지만, 스페이서 프리즘(281, 282, 283) 이외의 광학 부품을 동일한 위치에 배치한 경우와, 스페이서 프리즘(281, 282, 283)을 없애고 그 사이를 공기 갭으로 한 경우에는 광학 거리를 스페이서 프리즘(281, 282, 283)을 배치한 경우의 쪽이 그 굴절율만큼 짧게 할 수 있으므로, 투사 렌즈(15)의 백포커스가 커짐에 따른 투사 렌즈(15)가 대형화되는 것을 최소한으로 할 수 있다. 또한, 본 구성과 같이 백색용 보조 편광자(90)를 광로 상 및 광원(1)에 가까운 B투과 RG반사 다이크로익 미러(6)와 광원(1) 사이에 배치함으로써, 이 백색용 보조 편광자(90)는 R, G, B에 대해 보조 편광자로서 작용하기 때문에 부품 개수를 삭감할 수 있어 저비용이 된다. 이 백색용 보조 편광자(90)에는 R, G, B의 모든 빛이 입사하고, 또한 흑영상 표시시에는 반사형 액정 패널(111, 112, 113)로부터의 복귀광이 재입사하므로 다량의 광에너지가 조사된다. 이 광에너지에 의해 흡수형 편광판은 곧 성능이 열화되어 버리므로, 이 백색용 보조 편광자(90)는 반사형 편광 소자일 필요가 있다.

도14는, 본 발명에 의한 프로젝터용 광학 유닛의 다른 일실시 형태를 도시한 도면이다.

도14에 있어서, 부호 94는 RG용 보조 편광자이며, 280은 백색용 스페이서 프리즘이다.

본 실시 형태에서는, 도2에 있어서의 2개의 보조 편광자(91, 92)가 1개의 RG용 보조 편광자(94)로 치환되어 있어, 그 만큼 부품 개수를 저감할 수 있어 저비용화를 도모할 수 있다. 또한, 크로스 다이크로익 프리즘(14)과 투사 렌즈(15) 사이에 백색 스페이서 프리즘(280)이 배치되어 있다. 이 백색 스페이서 프리즘(280)을 배치함으로써, 투사 렌즈(15)와 R용 반사형 액정 패널(111) 및 B용 반사형 액정 패널(113)과의 거리를 크게 할 수 있고, R용 반사형 액정 패널(111) 및 B용 반사형 액정 패널(113)을 보유 지지하는 구조 부품 등과 투사 렌즈(15)가 간섭해 버리는 것을 피할 수 있다. 또한, 백색 스페이서 프리즘(280) 이외의 광학 부품을 동일한 위치로 한 경우와, 스페이서 프리즘(280)을 없애어 그 사이를 공기 갭으로 한 경우에는 광학 거리를 스페이서 프리즘(280)을 배치한 경우의 쪽이 그 굴절율만큼 짧게 할 수 있으므로, 투사 렌즈(15)의 백포커스가 커짐에 따른 투사 렌즈(15)가 대형화하는 것을 최소한으로 할 수 있다.

본 구성에 의해 투사 렌즈(15)의 대형화를 최소한으로 억제할 수 있는 것 및 부품 개수를 삭감할 수 있는 것, RG용 보조 편광자는 반사형 편광 소자일 필요가 있는 것 등은 도13의 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 내용이다.

도15는, 본 발명에 의한 프로젝터용 광학 유닛의 다른 일실시 형태를 도시한 도면이다.

도15에 있어서, 부호 231, 232, 233은 각각 R용 투사 렌즈 보조 렌즈, G용 투사 렌즈 보조 렌즈, B용 투사 렌즈 보조 렌즈이며, 각각의 렌즈 중심이 투사 렌즈(15)의 광축과 동축이므로 투사 렌즈(15)의 후방 볼의 역할을 감당한다.

본 구성으로 함으로써, 투사 렌즈 보조 렌즈(231, 232, 233)는 투사 렌즈(15)의 일부라고 간주할 수 있고, 이 렌즈(291, 292, 293)를 포함한 합성 투사 렌즈(15)의 백포커스는 투사 렌즈 보조 렌즈(231, 232, 233)와 반사형 액정 패널(111, 112, 113)까지의 광학 거리가 된다. 따라서, 백포커스를 짧게 할 수 있으므로 투사 렌즈(15)의 결상 성능을 향상시킬 수 있다.

도16은, 본 발명에 의한 프로젝터용 광학 유닛의 다른 일실시 형태를 도시한 도면이다.

도16에 있어서, 부호 1은 광원, 2는 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 광축, 24는 2매의 멀티 렌즈로 이루어지는 인티그레이터, 25는 PBS 어레이와 1/2 파장판으로 이루어지는 편광 변환 소자이며, 부호 26은 인티그레이터(24)를 구성하는 광원측 멀티 렌즈의 각 렌즈 셀(도시하지 않음)의 형상을 반사형 액정 패널(111, 112, 113) 상에 조사하는 렌즈이다. 부호 5는 백색 반사 미러, 90은 백색용 보조 편광자, 100은 백색용 반사형 편광판이다. 부호 29는 필립스 프리즘, 111, 112, 113은 각각 R용 반사형 액정 패널, G용 반사형 액정 패널, B용 반사형 액정 패널, 120은 백색용 보조 검광자, 30은 백색용 1/4 파장판, 15는 투사 렌즈이다.

이하, 도16을 이용하여 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 백영상 표시시의 동작을 서술한다. 도16에 있어서, 광원(1)을 출사한 빛은 인티그레이터(24) 및 편광 변환 소자(25)를 통과하여 P편광이 된다. 그리고, 백색 반사 미러(5)에 의해 광선의 방향이 90 °구부러지고, 백색용 보조 편광자(90)를 통과하고, P편광이므로 백색용 반사형 편광판(100)을 투과하여 필립스 프리즘(29)에 입사한다. 필립스 프리즘(29)에 입사한 백색광은, 필립스 프리즘(29) 내에서 R, G, B로 분리되어 각 반사형 액정 패널(111, 112, 113)에 각각 입사한다. 각각의 반사형 액정 패널에 의해 S편광으로 반사된 빛은 필립스 프리즘(29) 내에서 백색광에 합성되고, S편광이므로 백색용 반사형 편광판(100)에 의해 광선의 방향이 90 °구부러지고, 백색용 보조 검광자(120) 및 백색용 1/4 파장판(30)을 투과하여, 투사 렌즈(15)에 의해 스크린(도시하지 않음)에 확대 투사된다.

상기에서는 인티그레이터로서 멀티 렌즈를 이용하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 라이트 파이프나 로드 렌즈 등을 이용할 수 있는 것은 명백하다.

본 실시 형태에 있어서는, 반사형 편광판(100)을 이용하였지만 이 대신에 반사형 편광 프리즘을 이용한 경우에는 투사 렌즈(15)의 백포커스를 짧게 할 수 있으므로 결상 성능을 향상시킬 수 있다. 본 실시 형태의 구성으로 함으로써 밝고 고콘트라스트이며 결상 성능이 좋은 광학 유닛이 되는 것은 상기한 다른 실시 형태와 동일하지만, 본 구성에서는 1개의 반사형 편광판을 R, G, B의 편광자 및 검광자로서 이용하고 있으므로 부품 개수를 줄일 수 있다. 또한, 광로를 공유화할 수 있으므로 릴레이 광로가 불필요해져 광학 유닛의 사이즈를 소형화할 수 있다.

도17은, 본 발명에 의한 프로젝터용 광학 유닛의 다른 일실시 형태를 도시한 도면이다. 도17에 있어서, 부호 62는 GB투과 R반사 다이크로익 미러, 80은 R반사 미러, 72는 B투과 G반사 다이크로익 미러이다.

도17에 있어서, 광원(1)으로부터 Z축 방향으로 출사한 빛은 인티그레이터인 멀티 렌즈 어레이(24)를 투과하고, 편광 변환 소자(25)에 의해 P편광으로 조정된다. 그리고, GB투과 R반사 다이크로익 미러(62)에 의해 GB는 투과하고, R은 반사하여 광축 방향이 X축 방향으로 90 °구부러진다. GB는 그 후, B투과 G반사 다이크로익 미러(72)에 의해 G는 반사하고 광축 방향이 90 °구부러져 G용 보조 편광자(92)에 입사하고, B광은 투과하여 B용 보조 편광자(93)에 입사한다. 또한, GB투과 R반사 다이크로익 미러(62)에 의해 반사한 R광은 R반사 미러(80)에 의해 광축이 90 °구부러져 R용 보조 편광 소자(91)에 입사한다. 이후는 도2의 동작과 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

각 광학 부품은 광축(2)을 포함하는 XZ면에 그 대략 중심이 배치되어 있고, 반사형 액정 패널(111, 113)은 Y축 방향이 그 긴 변 방향이며, 그 짧은 변 방향은 X축 방향으로 되어 있다. 반사형 액정 패널(112) YZ 평면에 평행하고, 그 긴 변 방향은 Y축 방향이고, 짧은 변 방향은 Z축 방향이다.

본 구성에 있어서, 크로스 다이크로익 프리즘(14)의 빛이 투과하는 면의 형상은 다이크로익면의 주입사면의 법선 방향(Y축 방향)이 긴 변으로 되어 있으므로, 크로스 다이크로익 프리즘(14)의 사이즈를 최소로 할 수 있고, 또 이에 의해 투사 렌즈(15)의 백포커스를 가장 짧게 할 수 있어, 또한 반사형 편광판(101, 102, 103)이나 다른 광학 부품의 사이즈도 최소로 할 수 있다. 따라서, 저비용화 및 투사 렌즈(15)의 소형화가 가능하다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는 편광 변환 소자(25)의 출사광은 P편광이고, B광은 2매의 다이크로익 미러(62, 72)를 투과하도록 구성되어 있다. 일반적으로 렌즈 및 편광판 등의 광학 부품은 R광 및 G광과 비교하여 B광에 대한 투과율이 낮고, 특히 부품 개수가 많아지는 경향이 있는 반사형 영상 표시 장치에 있어서는 그 영향이 현저하기 때문에, B광이 부족하여 백색의 색 밸런스가 악화되는 경향이 있다. 또한, 일반적으로 다이크로익 미러를 빛이 투과할 때에는 S편광보다 P편광 쪽이 투과율이 높고 고효율이다. 따라서, 본 구성으로 함으로써 B광의 광이용 효율을 향상시킬 수 있으므로, 백영상 표시시의 색 밸런스의 향상이나 색 밸런스을 위해 B광량에 맞추어 커트하고 있던 G 및 R의 커트량을 줄일 수 있음에 따른 광이용 효율의 향상이 가능해진다. 또한, 일반적으로 크로스 다이크로익 프리즘의 투과율(프리즘으로의 입사광량에 대한 출사광량의 비 및 프리즘 내에서의 반사광로를 포함함)은 G 및 R에 대해 B가 낮아 92 ％ 정도이지만, 본 실시 형태에서 이용하는 크로스 다이크로익 프리즘(14)은 B우선 설계로 함으로써 B의 투과율을 95 ％ 이상까지 향상시키고 있다. 그로 인해, G 및 R의 프리즘의 투과율은 낮아지지만, R광량 및 G광량은 원래 B광량에 맞추어 커트하고 있던 R 및 G의 커트량을 줄임으로써 증가할 수 있으므로 문제가 되지 않는다. 그리고, B광량이 증가함으로써 R 및 G의 커트량을 더욱 줄일 수 있으므로, 결과적으로 전체의 광이용 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는 릴레이 광로의 광로 상 및 R용 반사형 액정 패널(111)에 가장 가까운 렌즈(26)에 있어서, G용 반사형 액정 패널(112)에 가까운 반사형 액정 패널(111)의 짧은 변 방향인 X축 방향의 부분에서 또한 광선이 통과하지 않는 영역이 커트되어 있다. 이러한 형상의 렌즈를 이용함으로써, 각 광학 부품 및 광학 유닛을 최소 사이즈로 구성한 경우에 이 렌즈와 G용 반사형 액정 패널(112)이 간섭하는 것을 피할 수 있어, 이 렌즈를 R용 보조 검광자(91) 부근에 배치할 수 있다. 이로 인해, 릴레이 광로 중 직사각형 상의 결상 위치(도시하지 않음)로부터 R용 반사형 액정 패널(111)에 가장 가까운 렌즈(26)까지의 광로 길이를 길게 할 수 있고, 또한 이 렌즈(26)와 R용 반사형 액정 패널(111)까지의 광로 길이를 짧게 할 수 있다. 따라서, 도10 및 도11에서 설명한 이유에 의해 R의 광이용 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는 투사 렌즈(15)의 입사면측에 있어서, 물리적 거리가 R용 반사형 액정 패널(111) 및 B용 반사형 액정 패널(113)에 가까운 부분, 또한 광선이 통과하지 않는 영역이 커트되어 있다. 이 형상을 도시한 것이 도17의 (b)이다. 도17의 (b)는 투사 렌즈(15)의 입사면[광축(2)에 직교하는 XY 평면에 평행]을 크로스 다이크로익 프리즘(14)측으로부터 본 도면이다. 도17의 (b)에 있어서, 부호 34는 투사 렌즈(15) 내의 가장 입사측[크로스 다이크로익 프리즘(14)측]에 있는 렌즈 영역이고, 부호 32는 크로스 다이크로익 프리즘(14)으로부터의 빛이 입사하는 영역이고, 부호 33은 투사 렌즈(15)의 입사측에 있는 커트부의 영역이다. 본 실시 형태는, 본 발명을 전방면 투사형 영상 표시 장치용의 광학 유닛에 적용한 것이고, 영상이 상방(X축 방향)에 왜곡 없이 투사되도록 투사 렌즈(15)의 중심이 영상광의 중심에 대해 상방(X축 방향)이 되도록 투사 렌즈(15)는 이동하여 배치되어 있다. 이로 인해, 커트 영역(33)은 상하가 그 사이즈가 다르다. 이러한 형상의 투사 렌즈(15)를 이용함으로써 각 광학 부품 및 광학 유닛을 최소 사이즈로 구성한 경우에, 투사 렌즈(15)와 R용 반사형 액정 패널(111) 및 B용 반사형 액정 패널(113)이 간섭하는 것을 피할 수 있어, 투사 렌즈(15)를 크로스 다이크로익 프리즘(14)의 출사면의 매우 가까이에 배치할 수 있다. 이로 인해, 투사 렌즈(15)의 백포커스를 짧게 할 수 있어 투사 렌즈(15)의 결상 성능을 향상시킬 수 있다.

이상, 설명한 바와 같이 본 발명의 반사형 영상 표시 소자를 이용한 광학 유닛 및 그를 이용한 투사형 영상 표시 장치는, 특정 방향만 격자 작용을 가짐으로써 편광판으로서 작용하는 반사형 편광판 및 보조 편광자 및 흡수형의 보조 검광자를 이용하여 흑영상 표시시의 누설광을 저감할 수 있고, 또한 투사 렌즈와 반사형 영상 표시 소자를 보유 지지하는 구조 부품이 간섭하는 일이 없으므로, 해상도를 저하시키는 일 없이 콘트라스트 향상, 부품수 저감(밝기의 향상), 소형 경량화가 실현 가능하다.

도1은 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 제1 실시 형태를 도시한 구성도.

도2는 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 제2 실시 형태를 도시한 구성도.

도3은 편광 변환 소자 및 편광판 및 반사형 편광판의 콘트라스트비의 측정 방법을 도시한 도면.

도4는 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 제2 실시 형태를 도시한 구성도.

도5는 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 제3 실시 형태를 도시한 구성도.

도6은 도2의 요부의 확대 구성도.

도7은 도5의 요부의 확대 구성도.

도8은 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 제4 실시 형태를 도시한 구성도.

도9는 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 제5 실시 형태를 도시한 구성도.

도10은 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 제6 실시 형태를 도시한 구성도.

도11은 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 제7 실시 형태를 도시한 구성도.

도12는 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 제8 실시 형태를 도시한 구성도.

도13은 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 제9 실시 형태를 도시한 구성도.

도14는 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 제10 실시 형태를 도시한 구성도.

도15는 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 제11 실시 형태를 도시한 구성도.

도16은 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 제12 실시 형태를 도시한 구성도.

도17은 본 발명에 의한 반사형 액정 프로젝터용 광학 유닛의 제13 실시 형태를 도시한 구성도.

표1은 반사형 액정 패널의 편광축 각도의 측정 결과 및 대응 편광축 대응 각도의 계산 결과를 나타낸 표.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 광원

2 : 광축

3 : 로드 렌즈

4 : 결상 렌즈

5, 8 : 반사 미러

6, 7 : 다이크로익 미러

14 : 크로스 다이크로익 프리즘

15 : 투사 렌즈

16 : 입사광속

17 : 출사광속

18 : 회전 중심점

19 : 백포커스

24 : 인티그레이터

25 : 편광 변환 소자

26 : 렌즈

30 : 1/4 파장판

50 : 측정용 광원

51 : 측정용 편광판

52 : 측정용 수광부

90, 91, 92, 93 : 보조 편광자

99 : 반사축

100, 101, 102, 103 : 반사형 편광판

110, 111, 112, 113 : 반사형 액정 패널

120, 121, 122, 123 : 보조 검광자

129 : 흡수축

131, 131′, 132, 132′, 133, 133′ : 1/2 파장판

211, 212, 213 : 비점 수차 보정 소자

220 : 합성용 반사형 편광 프리즘

273 : 색 선택성 파장판

281, 282, 283, 284 : 스페이서 프리즘

Claims (20)

1. 광원과 조명 광학계와 반사형 영상 표시 소자와 투사 렌즈를 갖는 투사형 영상 표시 장치이며,

   상기 반사형 영상 표시 소자에 대한 편광자 및 검광자로서, 회절에 의해 편광판으로서 작용하는 반사형 편광판과,

   광로 상의 상기 광원과 상기 반사형 편광판 사이에 배치되는 보조 편광자와, 광로 상의 상기 반사형 편광판과 상기 투사 렌즈 사이에 배치되는 검광자로서 작용하는 흡수형 편광판으로 구성하는 보조 검광자 중 적어도 어느 한 쪽을 갖고,

   상기 반사형 영상 표시 소자에 의해 반사된 영상광이 상기 반사형 편광판의 작용면측으로부터 입사하고, 상기 반사형 편광판에 의해 반사된 후에 상기 투사 렌즈에 입사하고, 광로 상에서 상기 반사형 영상 표시 소자의 직전 및 직후에 상기 반사형 편광판을 배치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 반사형 영상 표시 소자의 반사축을 상기 반사형 편광판의 작용면의 법선을 중심으로, 상기 반사형 영상 표시 소자의 편광 특성에 의거한 소정 각도만큼 회전시키도록 구성하는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
3. 제2항에 있어서, 또한, 상기 반사형 편광판의 반사축을 상기 반사형 편광판의 작용면의 법선을 중심으로 조정하는 조정 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
4. 제3항에 있어서, 또한, 상기 보조 편광자의 흡수축 또는 반사축과 상기 보조 검광자의 흡수축 중 적어도 어느 한 쪽을, 광축을 중심으로 회전시키는 조정 기구를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 보조 편광자의 흡수축 또는 반사축과 상기 보조 검광자의 흡수축 중 적어도 어느 한 쪽이 광축과 상기 반사형 편광판의 작용면의 법선을 포함하는 면의 법선에 대해, 광축을 중심으로 상기 반사형 편광판의 반사축과의 각도차가 작아지는 방향으로, 편광자 대응축 각도 또는 검광자 대응축 각도로 회전하고 있는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
6. 제1항에 있어서, 또한, 상기 반사형 편광판의 반사축을 상기 반사형 편광판의 작용면의 법선을 중심으로 조정하는 조정 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
7. 제6항에 있어서, 또한, 상기 보조 편광자의 흡수축 또는 반사축과 상기 보조 검광자의 흡수축 중 적어도 어느 한 쪽을, 광축을 중심으로 회전시키는 조정 기구를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 보조 편광자의 흡수축 또는 반사축과 상기 보조 검광자의 흡수축 중 적어도 어느 한 쪽이 광축과 상기 반사형 편광판의 작용면의 법선을 포함하는 면의 법선에 대해, 광축을 중심으로 상기 반사형 편광판의 반사축과의 각도차가 작아지는 방향으로, 편광자 대응축 각도 또는 검광자 대응축 각도로 회전하고 있는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
9. 광원과 조명 광학계와 반사형 영상 표시 소자와 투사 렌즈를 갖는 투사형 영상 표시 장치이며,

   상기 반사형 영상 표시 소자에 대한 편광자 및 검광자로서, 회절에 의해 편광판으로서 작용하는 반사형 편광판이 프리즘의 내부에 형성된 반사형 편광 프리즘과,

   광로 상의 상기 광원과 상기 반사형 편광 프리즘 사이에 배치되는 보조 편광자와, 광로 상의 상기 반사형 편광판과, 상기 투사 렌즈 사이에 배치되는 검광자로서 작용하는 흡수형 편광판으로 구성한 보조 검광자 중 적어도 어느 한 쪽을 갖고,

   광로 상의 상기 반사형 영상 표시 소자의 직전 및 직후에 상기 반사형 편광 프리즘을 배치하는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 반사형 영상 표시 소자의 반사축을 상기 반사형 편광 프리즘의 작용면의 법선을 중심으로 상기 반사형 영상 표시 소자의 편광 특성에 의거한 소정 각도만큼 회전시키도록 구성하는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
11. 제10항에 있어서, 또한, 상기 반사형 편광 프리즘의 반사축을 상기 반사형 편광 프리즘의 작용면의 법선을 중심으로 조정하는 조정 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
12. 제11항에 있어서, 또한, 상기 보조 편광자의 흡수축 또는 반사축과 상기 보조 검광자의 흡수축 중 적어도 어느 한 쪽을, 광축을 중심으로 회전시키는 조정 기구를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 보조 편광자의 흡수축 또는 반사축과 상기 보조 검광자의 흡수축 중 적어도 어느 한 쪽이 광축과 상기 반사형 편광 프리즘의 작용면의 법선을 포함하는 면의 법선에 대해, 광축을 중심으로 상기 반사형 편광 프리즘의 반사축과의 각도차가 작아지는 방향으로, 편광자 대응축 각도 또는 검광자 대응축 각도로 회전하고 있는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
14. 제9항에 있어서, 또한, 상기 반사형 편광 프리즘의 반사축을 상기 반사형 편광 프리즘의 작용면의 법선을 중심으로 조정하는 조정 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
15. 제14항에 있어서, 또한, 상기 보조 편광자의 흡수축 또는 반사축과 상기 보조 검광자의 흡수축 중 적어도 어느 한 쪽을, 광축을 중심으로 회전시키는 조정 기구를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
16. 제14항에 있어서, 상기 보조 편광자의 흡수축 또는 반사축과 상기 보조 검광자의 흡수축 중 적어도 어느 한 쪽이 광축과 상기 반사형 편광 프리즘의 작용면의 법선을 포함하는 면의 법선에 대해, 광축을 중심으로 상기 반사형 편광 프리즘의 반사축과의 각도차가 작아지는 방향으로, 편광자 대응축 각도 또는 검광자 대응축 각도로 회전하고 있는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
17. 광원과 조명 광학계와 반사형 영상 표시 소자와 투사 렌즈를 갖는 투사형 영상 표시 장치이며,

    상기 광원으로부터의 빛을 소정의 편광 방향과 일치시켜 출사하는 편광 변환 소자와,

    상기 반사형 영상 표시 소자에 대한 편광자 및 검광자로서, 회절에 의해 편광판으로서 작용하는 반사형 편광판 또는 반사형 편광 프리즘과,

    광로 상의 상기 광원과 상기 반사형 편광판 또는 반사형 편광 프리즘 사이에 배치되는 보조 편광자와, 광로 상의 상기 반사형 편광판 또는 반사형 편광 프리즘과 상기 투사 렌즈 사이에 배치되는 검광자로서 작용하는 흡수형 편광판으로 구성하는 보조 검광자 중 적어도 어느 한 쪽을 갖고,

    상기 편광 변환 소자의 콘트라스트비를 A, 상기 보조 편광자의 콘트라스트비를 B, 상기 보조 검광자의 콘트라스트비를 D, 상기 반사형 편광판 또는 반사형 편광 프리즘의 투과 콘트라스트비를 C, 상기 반사형 편광판 혹은 반사형 편광 프리즘의 반사 콘트라스트비를 E라고 하면,

    상기 반사형 영상 표시 소자에 의해 반사된 빛이 상기 반사형 편광판 또는 반사형 편광 프리즘에 의해 반사된 후에 투사 렌즈에 입사하는 구성에 있어서는, A * B * C ＝ (0.5 내지 5) * D * E를 만족하고, 상기 반사형 영상 표시 소자에 의해 반사된 빛이 상기 반사형 편광판 또는 반사형 편광 프리즘을 투과한 후에 상기 투사 렌즈에 입사하는 구성에 있어서는, A * B * E ＝ (0.5 내지 5) * D * C를 만족하는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 반사형 영상 표시 소자의 반사축을 상기 반사형 편광판 또는 반사형 편광 프리즘의 작용면의 법선을 중심으로, 상기 반사형 영상 표시 소자의 편광 특성에 의거한 소정 각도만큼 회전시키도록 구성하는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
19. 제18항에 있어서, 또한, 상기 반사형 편광판 또는 반사형 편광 프리즘의 반사축을 상기 반사형 편광판 또는 반사형 편광 프리즘의 작용면의 법선을 중심으로 조정하는 조정 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
20. 제17항에 있어서, 상기 반사형 영상 표시 소자의 반사축을 상기 반사형 편광판 또는 반사형 편광 프리즘의 작용면의 법선을 중심으로, 상기 반사형 영상 표시 소자의 편광 특성에 의거한 소정 각도만큼 회전시키도록 구성하는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.