KR100529682B1 - 투사식 화상 디스플레이 장치 - Google Patents

투사식 화상 디스플레이 장치 Download PDF

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KR100529682B1 KR10-2002-0074555A KR20020074555A KR100529682B1 KR 100529682 B1 KR100529682 B1 KR 100529682B1 KR 20020074555 A KR20020074555 A KR 20020074555A KR 100529682 B1 KR100529682 B1 KR 100529682B1
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야마사끼후또시
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가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명은 광의 이용 비율과 스크린 휘도가 증가된 화상을 형성하기 위해 디스플레이 장치 상에 R, G 및 B 광선을 투사하는 화상 디스플레이 기술에 관한 것이다. 컬러 분리의 결과로서 R, G 및 B 광선은 회전 다면체 반사기의 내측면 등의 반사면에 의해 반사됨으로써, 반사기가 중심축 둘레에서 회전하고 그 반사 평면이 하나의 반사면으로부터 다음 반사면으로 변할 때, 반사된 광선은 다른 위치의 디스플레이 장치 표면 상에 투사되고 소정 방향으로 스크롤한다.

Description

투사식 화상 디스플레이 장치{PROJECTION TYPE IMAGE DISPLAY APPARATUS}
본 발명은 광원으로부터의 광을 컬러(R, G, B) 광선으로 분리하여 디스플레이 장치로 발사해서 화상을 형성하는 화상 디스플레이 기술에 관한 것이다.
이런 종류의 종래의 화상 디스플레이 기술에서, 개별적으로 디스플레이 장치 상으로 발사된 R, G 및 B 광선은 광원으로부터의 광이 렌즈 어레이를 통과하는 곳으로 순서대로 이동 또는 스크롤(scroll)하고 편광 컨버터에 의해 특정 상태의 편광광으로 전환되고, 이어 다이크로익 거울에 의해 R, G 및 B 광선으로 분리되며, R, G 및 B 광선의 광학적 경로는 광선이 다른 위치의 액정 패널과 같은 디스플레이 장치의 표면 상에 투사되고 디스플레이 장치 상에서 소정 방향으로 스크롤하도록 대응하는 회전 프리즘에 의해 변화된다.
상술한 종래 기술에서, 광학 시스템 또는 장치의 전체 크기 및 비용은 복수개의 회전 프리즘을 사용함으로 해서 막대해질 수 있으며, 이는 광 투과부가 많이 존재함을 의미하는 많은 렌즈의 사용으로 인해 광 손실이 발생되기 쉽고 스크린 휘도가 떨어지기 쉽다. 이외에도, 디스플레이 장치 상에서 R, G 및 B 광 투사 스폿의 위치는 상술한 복수개의 회전 프리즘의 회전 위치를 제어함으로써 조절되어야만 한다. 이런 조절 작업은 일반적으로 번거러운 일이다. 또한, 모터는 각각의 회전 프리즘 상에 설치되어야만 하고, 이로써 소음 수준이 증가될 수 있다.
종래 기술에서는, 예컨대 개선되어야 할 다음의 세 가지 문제점이 있다. 첫번째는 광의 이용 비율을 증가시키고 스크린 휘도를 증가시키는 것이다. 두번째는 광학 시스템 또는 장치의 전체 크기 및 비용의 증가를 방지하는 것이다. 세번째는 R, G 및 B 광 투사 스폿의 조절 필요성을 제거하는 것이다.
이들 문제점들을 해결하기 위해, 기본적으로, 컬러 분리의 결과로서 R, G 및 B 광선은 반사 평면이 하나의 반사면으로부터 다음 반사면으로 변하는 동안, 중심 축 둘레에서 회전하는 회전 다면체 반사기의 내측면 등에 형성된 복수개의 반사면에 의해 반사됨으로써, 반사된 광선은 다른 위치의 디스플레이 장치 표면 상에 투사되고 소정 방향으로 스크롤한다. 특히, 화상 디스플레이 장치의 광학 유닛은 조명 광학 시스템을 사용해서 디스플레이 장치 상에 광원으로부터의 광을 투사함으로써 화상 신호에 따른 광학적 화상을 형성한다. 여기에서, 조명 광학 시스템은, 광원으로부터의 광을 R, G 및 B 광선으로 분리하는 컬러 분리기(관련 실시예에서 5, 5a, 5b, 5c, 5a1, 5b1, 5c1)와, 인접한 반사면들 또는 인접한 반사면 접선들에 의해 형성된 각도가 광 입사/출사측 상에서 180도보다 작은 상태로 중심축 둘레에 복수개의 반사면(관련 실시예에서 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h, 7'a, 7'b, 7'c, 7'd, 7'e, 7'f, 7'g, 7'h)을 가지며 중심축 둘레에서 회전하는 동안 반사면이 R, G 및 B 광선을 순서대로 반사하도록 하고 이 광선들을 디스플레이 장치 상으로 보내는 회전 다면체 반사기를 포함한다. 회전 다면체 반사기가 회전하고 그 반사 평면이 하나의 반사면으로부터 다음 반사면으로 순서대로 변화할 때, 회전 다면체 반사기로부터 디스플레이 장치 상에 발사된 R, G 및 B 광선은 장치 상에서 소정 방향으로 스크롤한다.
본 실시예의 또다른 목적, 장점 및 신규 실시예는 이하의 상세한 설명에서 일부 기술하기로 하며, 일부는 다음의 설명과 첨부 도면에 의해 기술분야의 당업자에게 명백하게 되거나 실시예에 대한 제조나 작업에 의해 알게 될 수 있다. 본 발명의 목적과 장점은 특히 특허청구범위에서 지적한 방법론, 수단 및 조합에 의해 실현되어 얻어질 수 있다.
도면은 제한이 아닌 예로서의 양호한 실시예를 도시한다. 도면에서, 유사한 도면 부호는 동일한 또는 유사한 요소를 가리킨다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하기로 한다.
도1 내지 도3은 제1 실시예에 대한 예시적인 도면이다. 도1은 제1 실시예로서 투사식 화상 디스플레이 장치의 예시적 구조를 도시한다. 도2a 및 도2b는 도1에 도시된 회전 다면체 반사기의 예시적 구조를 도시한다. 도3a는 어떤 위치의 회전 다면체 반사기가 회전중에 R, G 및 B 광선을 반사하는 방법을 도시하며, 도3b는 다른 위치의 회전 다면체 반사기가 회전중에 R, G 및 B 광선을 반사하는 방법을 도시한다.
제1 실시예에서, 컬러 분리의 결과로서 R, G 및 B 광선은 일단 회전 다면체 반사기에 의해 반사되고 디스플레이 장치 상에 투사된다.
도1에서, 도면 부호 1은 광원으로서 램프(도시 안됨)를 포함하는 램프 유닛을 나타내며 1a는 램프로부터 나온 광을 소정 방향으로 반사하는 타원형, 포물선형 또는 비구형 반사면을 갖는 반사기를 나타낸다. 도면 부호 2는 복수개의 마이크로 집속기 렌즈로 구성되고 비임 단면에서의 균일한 조명 분포를 보장하기 위한 보조 광원으로서 작용하는 제1 렌즈 어레이를 나타낸다. 도면 부호 3은 복수개의 마이크로 집속기 렌즈로 구성되고 제1 렌즈 어레이의 각 렌즈의 화상을 형성하는 제2 렌즈 어레이를 나타낸다. 도면 부호 4는 편광 비임 스플리터(PBS)와 반파(half-wave) 지연판으로 구성되고 제2 렌즈 어레이(3)로부터의 광을 P 편광광 및 S 편광광으로 분할하고 어느 한 편광광이 다른 편광광과 일치하도록 어느 한 편광광을 회전시키는 편광 컨버터를 지시한다. 도면 부호 5a, 5b 및 5c는 종합해서 컬러 분리기로 지칭되는 것으로서, 반사 및 투과에 의해 편광광을 컬러 분리하는 다이크로익 거울을 나타낸다. 다이크로익 거울(5a)은 적색광을 반사하고 청색광 및 녹색광을 투과하는 적색광 반사 다이크로익 거울이며, 다이크로익 거울(5b)은 청색광을 반사하고 녹색광을 투과하는 청색광 반사 다이크로익 거울이며, 다이크로익 거울(5c)은 녹색광을 반사하는 녹색광 반사 다이크로익 거울이다. 다이크로익 거울(5a, 5b, 5c)은 서로 평행하지 않으며 위치 순서는 스크린과 같은 화상 투사면 상의 컬러 밸런스를 고려해서 램프의 분광 특성에 기초해서 결정된다. 도면 부호 6a 및 6b는 다이크로익 거울로부터 나오는 R, G 및 B 광선을 시준하는 시준기 렌즈를 나타낸다. 도면 부호 7은 C가 중심축으로서 위치한 회전 다면체 반사기를 나타낸다. 도면 부호 8은 편광 비임 스플리터(PBS)를 나타내며 8a는 PBS(8)에 설치된 것으로서 P 편광광이나 S 편광광중 어느 하나를 반사하고 다른 것을 투과하는 분석 필름을 나타낸다. 도면 부호 9는 화상 신호에 따라 R, G 및 B 광선을 변조해서 이 광선들을 방사하는 반사식 디스플레이 장치(예컨대, 반사식 액정 패널)를 나타낸다. 도면 부호 10은 PBS(8)로부터 방사된 광선을 스크린상에 확대된 형상으로 투사하는 투사기를 나타낸다. 도면 부호 20은 전력 공급 회로를 나타내며, 21은 외측으로부터 들어온 화상 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 나타내며, 22는 화상 처리 회로(21)로부터의 신호에 따라 디스플레이 장치(9)를 구동하는 구동 회로를 나타낸다. 도면 부호 25는 회전 다면체 반사기(7)를 회전시키는 모터를 나타낸다. 도면 부호 100은 화상 디스플레이 장치를 나타낸다.
회전 다면체 반사기(7)는 중심축(C) 둘레의 내측면 상에 (중심축(C)에 대면하는) 반사면의 환체를 갖는다. 이들 반사면은 중심축(C)에 대해 대칭이고 종방향을 따라 중심축(C)에 대해 경사지며, 여기에서 인접한 반사면들에 의해 형성된 각도 또는 인접한 반사면 접선들에 의해 형성된 각도는 광 입사/출사측 상에서 180도보다 작다. 모터에 의해 구동된 회전 다면체 반사기(7)는 중심축(C) 둘레에서 소정 속도로 회전하며, 회전 다면체 반사기(7)의 복수개의 반사면은 중심축(C) 둘레에서 회전하는 동안 시준기 렌즈(6a, 6b)로부터의 R, G 및 B 광선을 순서대로 반사하고 이 광선들을 PBS(8)로 방사한다. PBS(8)로부터의 R, G 및 B 광선은 반사식 디스플레이 장치(9) 상으로 발사된다. 회전 다면체 반사기(7)가 회전하고 그 반사 평면이 하나의 반사면으로부터 다음 반사면으로 변할 때, 디스플레이 장치(9) 상으로 발사된 R, G 및 B 광선은 디스플레이 장치(9) 상에서 소정 방향으로 스크롤한다. 램프 유닛(1)으로부터 투사기(10)까지 상술한 다양한 구성 요소를 포함하는 광학 시스템은 제1 렌즈 어레이(2)로부터 PBS(8)까지 범위의 광학 시스템부가 반사식 디스플레이 장치(9)를 위한 조명 광학 시스템으로서 작용하는 화상 디스플레이 장치(100)의 광학 유닛을 구성한다.
도2a는 도1에 도시된 회전 다면체 반사기의 예시적 단면도이다. 도2b는 회전 다면체 반사기의 예시적 사시도이다. 회전 다면체 반사기(7)는 그 내측면 상에서 중심축(C) 둘레에 여덟 개의 반사면(7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h)으로 된 환체를 갖는다. 여덟 개의 반사면은 등변 8각형을 형성한다. 여덟 개 반사면의 인접한 반사면들에 의해 형성된 각도(즉, 7a 및 7b, 7b 및 7c, 7c 및 7d, 7d 및 7e, 7e 및 7f, 7f 및 7g, 7g 및 7h에 의해 형성된 각도)는 대략 135도이다. 다이크로익 거울(5a, 5b, 5c)에 의해 반사된 컬러 광선은 시준기 렌즈(6a, 6b)에 의해 시준되어 회전 다면체 반사기(7)의 내측면 상의 반사면 상에 발사되어 반사면에 의해 반사된다. 회전 다면체 반사기(7)가 회전할 때, 반사 평면(입사광을 반사시키는 표면)은 시간에 따라 하나의 반사면으로부터 다음 반사면(7a-7b-7c-7d-7e-7f-7g-7h)으로 변화하고, 따라서 광 입사/반사점과 각각의 반사면 상의 각도도 변화한다. 반사 평면이 변화하고 각 반사면 상의 입사/반사점 및 각도가 변함에 따라, 반사된 광의 방향은 변화하고 PBS(8)로 방사된 광의 방향은 시간과 함께 변화한다. 여덟 개의 반사면(7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h)과 관련해서, 인접한 반사면들에 의해 형성된 각도는 180도보다 작고, 따라서 서로 다른 컬러로 된 반사 광선은 R, G 및 B 광선이 동일한 반사면 상에서 반사될 때 교차하지 않는다. 여덟 개의 반사면(7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h)은 자외선과 원적외선을 투과할 수 있다. 상술한 배열은 반사된 광 컬러의 순도를 증가시킨다.
도3a 및 도3b는 회전 다면체 반사기(7)가 회전하는 동안 R, G 및 B 광선을 반사하는 방법을 도시한다.
도3a 및 도3b는 도1, 도2a 및 도2b에 도시된 회전 다면체 반사기(7)가 그 반사면중 하나의 반사면 상에서 광을 반사하는 방법을 도시한다. 도3b는 도3a에 도시된 선행 위치로부터 변위된 또는 화살표에 이해 지시된 방향으로 회전된 회전 다면체 반사기(7)를 도시한다. 도3a에서, 시준기 렌즈(6b)로부터 반사면(7a)에 도달한 R, G 및 B 광선은 표면(7a)에 의해 반사되고 지시된 방향으로 방사된다. 반사된 R, G 및 B 광선은 회전 다면체 반사기(7)가 회전함에 따라 상부 위치로부터 하부 위치로 변위한다. 회전 다면체 반사기(7)가 중심축(C) 둘레에서 회전할 때, 반사면과 입사 광선 사이의 위치 관계는 도3b에 도시된 바와 같이 되며, 여기에서 R 광 및 B 광은 반사면(7a)에 의해 발사되어 반사된 상태로 남지만 G 광에 대한 반사(입사) 평면은 반사면(7a)으로부터 반사면(7b)으로 변화한다. 도3b에 도시된 바와 같이, G 광선은 G 광선에 대한 반사면이 변화될 때 최하 위치로부터 최고 위치까지 PBS(8) 상의 위치를 변화시킨다. 마찬가지로, 회전 다면체 반사기(7)가 중심축(C) 둘레에서 더욱 회전하고 B 광선에 대한 반사 평면이 반사면(7a)으로부터 반사면(7b)으로 변화할 때, 반사면(7a) 상에서 반사한 후의 B 광선은 최고 위치가 된다.
도1, 도2a, 도2b, 도3a 및 도3b에 도시된 제1 실시예에서, 램프 유닛(1)의 램프(도시 안됨)로부터 나온 광은 반사기(1a)의 타원형, 포물선형 또는 비구면형 반사면에 의해 반사되고 집속되어 복수개의 보조 램프 화상이 나타나는 제1 렌즈 어레이(2)로 보내지고, 이어서 제2 렌즈 어레이(3)는 복수개의 보조 램프 화상을 형성하며, 이어서 보조 램프 화상은 편광 컨버터(4)의 PBS(도시 안됨)에 의해 P 편광광과 S 편광광으로 분할되며, 어느 한 편광광, 예컨대 P 편광광은 반파 지연판(도시 안됨)에 의해 회전되어 S 편광광으로 전환되고 PBS에 의한 분할의 결과인 S 편광광과 결합되어 편광 컨버터(4)로부터 방사된다. 상술한 경우와 달리, 편광 컨버터(4)의 반파 지연판은 P 편광광이 편광 컨버터(4)로부터 방사되도록 PBS에 의한 분할의 결과로서 S 편광광을 회전시켜서 이것을 P 편광광으로 전환할 수 있다. 편광 컨버터(4)로부터의 백색 S 편광광은 컬러 분리를 위해 다이크로익 거울(5a, 5b, 5c)에 도달한다. 우선, 적색광 반사 다이크로익 거울(5a)은 입사한 백색 S 편광광의 적색 성분(이하, R 광)을 반사해서 적색 성분을 광의 나머지 성분으로부터 분리하고, 이어서 청색광 반사 다이크로익 거울(5b)은 입사한 백색 S 편광광의 청색 성분(이하, B 광)을 반사해서 청색 성분을 녹색 성분과 분리하며, 마지막으로 녹색광 반사 다이크로익 거울(5c)은 입사한 백색 S 편광광의 녹색 성분(이하, G 광)을 반사한다. 컬러 분리된 S 편광광으로서의 R, G 및 B 광선은 시준기 렌즈(6a, 6b)에 의해 시준되고 회전 다면체 반사기(7)의 반사면으로 보내진다.
회전 다면체 반사기(7)에서, 회전 다면체 반사기가 회전하는 동안, R, G 및 B 광선은 여덟 개의 반사면(7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h)에 의해 그 내측면 상에서 순서대로 반사되어 PBS(8)로 보내지며, 여기에서 S 편광광으로서의 R, G 및 B 광선은 분석 필름(8a)에 의해 반사되고 반사식 디스플레이 장치(9) 상으로 발사된다. 화상 신호에 따라 구동 회로에 의해 구동된 반사식 디스플레이 장치(9)는 진입하는 R, G 및 B 광선을 화상 신호에 따라 변조해서 S 편광광을 P 편광광의 반사광으로서 다시 PBS(8)로 방사한다. PBS(8)에서, 투사기(10)로 방사된 광의 양과 램프측으로 방사된 광의 양은 입사한 P 편광광의 편광 상태와 전송 및 반사를 위한 PBS(8)의 편광축 사이의 관계에 따라 결정된다. 화상은 외부 입력 화상 신호에 따라 이런 방식으로 투사된다. 디스플레이 장치(9)가 블랙의 디스플레이를 형성할 때, 나가는 광의 편광 상태는 들어오는 광의 편광 상태와 거의 동일하며 나가는 광은 들어오는 광의 경로를 따라 램프측으로 공급된다. PBS(8)로부터 들어오는 광은 투사기(10)로 진입한다. 본 실시예는 PBS(8)로부터 들어오는 R, G 및 B 광선이 모두 P 편광광임을 가정한 것이다. 투사기(10)로 진입한 P 편광광은 상술한 화상 신호에 따라 화상을 투사하기 위해 스크린 등에 확대된 형상으로 투사된다.
제1 실시예에 따르면, 장치는 주로 회전 다면체 반사기(7)와 하나의 디스플레이 장치로 구성됨으로써, 간단하고 콤팩트하고 저렴한 광학 유닛 또는 화상 디스플레이 장치가 실현될 수 있다. 서로 다른 컬러의 반사된 광선은 R, G 및 B 광선이 회전 다면체 반사기(7)의 동일 반사면 상에서 반사될 때 교차하지 않기 때문에, 서로 다른 컬러의 광 스폿은 디스플레이 장치(9) 상에서 오버랩되지 않으며, 이로써 소모된 광은 제거된다. 인접한 반사면들에 의해 형성된 각도가 180도보다 크다면, R, G 및 B 광선을 동일한 영역 상에서 스크롤시키기 위해 R, G 및 B 광선은 동일한 반사면 상에서 반사후 서로 교차해야만 하며, R, G 및 B 광선을 반사후 교차시키기 위해 R, G 및 B 광선 스폿은 동일 표면 상에서 서로 근접하게 될 필요가 있다. R, G 및 B 광선이 동일 표면 상에서 서로 근접하게 되면 R, G 및 B 광선은 오버랩될 가능성이 매우 크다. 이런 오버랩부는 화상 디스플레이 상의 블랙 컬러 스폿을 포함하며 블랙 컬러 스폿은 화상에 도움이 되지 않기 때문에 화상을 디스플레이하는데 기여하지 않으며, 이렇게 오버랩한 광은 거의 소모된다. 반면에, 인접한 반사면들 또는 인접한 반사면 접선들에 의해 형성된 각각의 각도가 광 입사/출사측 상에서 180도보다 작다면, R, G 및 B 광선을 동일 영역 상에서 스크롤하기 위해 R, G 및 B 광선은 동일한 반사면 상에서 반사한 후 서로 교차하지 않으며, 따라서 서로 다른 컬러의 광 스폿은 디스플레이 장치 장치(9) 상에서 오버랩되지 않으며, 이로써 소모된 광은 제거된다. 따라서, 광학 시스템의 F 수는 작을 필요가 없으며 스크린 휘도는 증가될 수 있다. 이런 점에서, 광학 유닛 또는 장치는 또한 콤팩트할 수 있다. 또한, R, G 및 B 광 투사 스폿을 디스플레이 장치(9) 상에서 조절할 필요가 더이상 없다.
도4 및 도5는 제2 실시예의 예시적 도면이다. 즉, 도4는 제2 실시예에 따른 투사식 화상 디스플레이 장치의 예시적 구조를 도시하며, 도5는 도4에 도시된 투사식 화상 디스플레이 장치의 회전 다면체 반사기의 예시적 구조를 도시한다.
제2 실시예에서, 컬러 분리 결과로서의 R, G 및 B 광선은 회전 다면체 반사기에 의해 두 번 반사되어서 디스플레이 장치 상에 투사된다.
도4를 참조하면, 인용 부호 7'은 중심축으로서 C'를 갖는 회전 다면체 반사기을 나타내며, 11은 원통형 렌즈를 나타낸다. 다른 구성 요소는 상술한 제1 실시예의 구성 요소와 동일하다.
회전 다면체 반사기(7')는 주 반사면으로서 중심축(C') 둘레의 내측면 상에 (중심축(C')에 대면하는) 반사면으로 된 환체를 가지며, 보조 반사면으로서 중심축(C')에 수직한 평면 상에 반사면을 갖는다. 주 반사면은 중심축(C')에 대해 대칭이고 축의 종방향을 따라 중심축(C')에 거의 평행하며, 여기에서 인접한 반사면들에 의해 형성된 각도 또는 인접한 반사면 접선들에 의해 형성된 각도는 광 입사/출사측 상에서 180도보다 작다. 회전 다면체 반사기(7')는 모터(25)에 의해 구동되어 중심축(C') 둘레에서 소정 속도로 회전하며, 회전 다면체 반사기(7')가 회전하는 동안, 시준기 렌즈(6a, 6b)로부터 나온 R, G 및 B 광선은 우선 주 반사면에 의해 반사되고 이어서 보조 반사면에 의해 반사되어 PBS(8)로 방사된다. PBS(8)로부터 나온 R, G 및 B 광선은 반사식 디스플레이 장치(9) 상으로 발사된다. 회전 다면체 반사기(7')가 회전하고 그 반사 평면이 하나의 반사면으로부터 다음 반사면으로 변할 때, 디스플레이 장치(9) 상으로 발사된 R, G 및 B 광선은 디스플레이 장치(9) 상에서 소정 방향으로 스크롤한다. 램프 유닛(1)으로부터 투사기(10)까지 상술한 다양한 구성 요소를 포함하는 광학 시스템은 제1 렌즈 어레이(2)로부터 PBS(8)까지 범위의 광학 시스템부가 디스플레이 장치(9)를 위한 조명 광학 시스템으로서 작용하는 화상 디스플레이 장치의 광학 유닛을 구성한다.
도5는 도4에 도시된 회전 다면체 반사기(7')의 예시적 구조를 도시한다. 회전 다면체 반사기(7')는 주 반사면으로서 그 내측면 상에 중심축(C') 둘레에 여덟 개의 반사면(7'a, 7'b, 7'c, 7'd, 7'e, 7'f, 7'g, 7'h)로 된 환체를 가지며, 중심축(C')에 수직한 평면 상에 보조 반사면(7'i)을 갖는다. 여덟 개의 주 반사면은 고리와 같이 서로 인접하고, 등변 8각형을 형성한다. 인접한 주 반사면에 의해 형성된 각도(즉, 7'a 및 7'b, 7'b 및 7'c, 7'c 및 7'd, 7'd 및 7'e, 7'e 및 7'f, 7'f 및 7'g, 7'g 및 7'h에 의해 형성된 각도)는 대략 135도이다. 보조 반사면(7'i)은 단일 반사면이다. 다이크로익 거울(5a, 5b, 5c)에 의해 반사된 R, G 및 B 광선은 시준기 렌즈(6a, 6b)에 의해 시준되어 회전 다면체 반사기(7')의 내측면 상의 주 반사면과 보조 반사면에 의해 반사된다. 도5는 또한 컬러 광선이 주 반사면(7'a)과 보조 반사면(7'i)에 의해 반사되는 방법에 대해 도시한다. 회전 다면체 반사기(7')가 회전할 때, 반사 평면(입사광을 반사하는 표면)은 시간에 따라 순서대로 변하고(7'a-7'b-7'c-7'd-7'e-7'f-7'g-7'h), 광 입사/반사점과 각 반사면 상의 각도도 이에 따라 변한다. 보조 반사면(7'i)은 중심축(C')에 수직한 단일 면이기 때문에, 비록 입사/반사점은 변하지만, 반사기의 회전중에 반사 평면이나 광 입사/반사각이 변하지는 않는다. 반사 평면(주 반사면)이 변하고 광 입사/반사점과 각 반사면 상의 각도가 변함에 따라, PBS(8)로 방사된 광의 방향은 시간에 따라 변한다. 여덟 개의 주 반사면(7'a, 7'b, 7'c, 7'd, 7'e, 7'f, 7'g, 7'h)과 관련해서, 인접한 반사면들에 의해 형성된 각도는 180도보다 작고, 따라서 서로 다른 컬러의 반사된 광선은 R, G 및 B 광선이 동일한 반사면 상에서 반사될 때 교차하지 않는다. 여덟 개의 반사면(7'a, 7'b, 7'c, 7'd, 7'e, 7'f, 7'g, 7'h)과 보조 반사면중 어느 하나 또는 이들 모두는 자외선 및 원적외선을 투과할 수 있다. 상술한 배열은 반사된 광 컬러의 순도를 증가시킨다.
제1 실시예에서와 같이, 도4 및 도5에 의해 도시된 제2 실시예에서, 램프 유닛(1)의 램프(도시 안됨)로부터 나온 광은 반사기(1a)의 타원형, 포물선형 또는 비구면형 반사면에 의해 반사되고 집속되어, 복수개의 보조 램프 화상이 나타나는 제1 렌즈 어레이(2)로 보내지고, 이어서 제2 렌즈 어레이(3)는 편광 컨버터(4)의 PBS에 의해 P 편광광과 S 편광광으로 분할되는 복수개의 보조 램프 화상을 형성하며, 어느 한 편광된 광, 예컨대 P 편광광은 반파 지연판에 의해 회전되어 S 편광광으로 전환되고 PBS에 의한 분할의 결과인 S 편광광과 결합되어 편광 컨버터(4)로부터 방사된다. 편광 컨버터(4)로부터 나온 백색 S 편광광은 비임이 곡률이 형성되는 방향(도4의 경우 수평 방향)으로 좁아지는 원통형 렌즈(11)로 진입한다. 원통형 렌즈(11)로부터의 백색 S 편광광은 컬러 분리를 위해 다이크로익 거울(5a, 5b, 5c)에 도달한다. 우선, 적색광 반사 다이크로익 거울(5a)은 입사한 백색 S 편광광의 R 성분을 반사해서 R 성분을 광의 나머지 성분으로부터 분리하고, 이어서 청색광 반사 다이크로익 거울(5b)은 입사한 백색 S 편광광의 B 성분을 반사해서 B 성분을 G 성분과 분리하며, 마지막으로 녹색광 반사 다이크로익 거울(5c)은 입사한 백색 S 편광광의 G 성분을 반사한다. 컬러 분리된 S 편광광으로서의 R, G 및 B 광선은 시준기 렌즈(6a, 6b)에 의해 시준되고 회전 다면체 반사기(7')로 보내진다.
회전 다면체 반사기(7')에서, 회전 다면체 반사기가 회전하는 동안, R, G 및 B 광선은 그 내측면 상에서 여덟 개의 주 반사면(7'a, 7'b, 7'c, 7'd, 7'e, 7'f, 7'g, 7'h)에 의해 그리고 보조 반사면(7'i)에 의해 순서대로 반사되어, PBS(8)로 보내지며, 여기에서 S 편광광으로서의 R, G 및 B 광선은 분석 필름(8a)에 의해 반사되고 반사식 디스플레이 장치(9) 상으로 발사된다. 화상 신호에 따라 구동 회로에 의해 구동된 반사식 디스플레이 장치(9)는 진입하는 R, G 및 B 광선을 화상 신호에 따라 변조해서, S 편광광을 P 편광광의 반사 광으로서 PBS(8)로 다시 방사한다. PBS(8)로부터 나오는 P 편광광은 투사기(10)로 진입한다. 본 실시예는 PBS(8)에서 나온 R, G 및 B 광선이 모두 P 편광광임을 가정한 것이다. 투사기(10)로 진입한 P 편광광은 상술한 화상 신호에 따라 화상을 투사하기 위해 스크린 등에 확대된 형상으로 투사된다.
제2 실시예에 따르면, 제1 실시예에서와 같이, 장치는 주로 회전 다면체 반사기(7')와 하나의 디스플레이 장치로 구성됨으로써, 간단하고 콤팩트하고 저렴한 광학 유닛 또는 화상 디스플레이 장치가 실현될 수 있다. 서로 다른 컬러의 반사된 광선은 R, G 및 B 광선이 회전 다면체 반사기(7')의 동일 반사면 상에서 반사될 때 교차하지 않기 때문에, 서로 다른 컬러의 광 스폿은 디스플레이 장치(9) 상에서 오버랩되지 않으며, 이로써 소모된 광은 제거된다. 따라서, 광학 시스템의 F 수는 작을 필요가 없으며 스크린 휘도는 증가될 수 있다. 이런 점에서, 광학 유닛 또는 장치는 또한 콤팩트할 수 있다. 특히, 회전 다면체 반사기(7')는 광을 반사시키기 위해 주 반사면과 보조 반사면을 사용함으로써 보다 콤팩트할 수 있으며, 주 반사면에 대한 보조 반사면의 각도를 변경함으로써 또는 유사한 방법으로, 보조 반사면으로부터의 R, G 및 B 광선의 방사 방향은 변경될 수 있고, 이로써 설계 상의 재량이 증가된다. 또한, 디스플레이 장치(9) 상에서 R, G 및 B 광 투사 스폿의 조절이 더 이상 필요없게 된다.
도6은 제3 실시예로서 투사식 화상 디스플레이 장치의 예시적인 구조를 도시한다.
본 실시예는 컬러 분리를 위해 서로 평행한 세 개의 작은 다이크로익 거울을 사용한다.
도6에서, 도면 부호 1은 램프를 나타내며 1a는 램프로부터 나온 광을 소정 방향으로 반사하는 타원형, 포물선형 또는 비구형 반사면을 갖는 반사기를 나타내며 1b는 램프로서의 광원을 나타낸다. 도면 부호 2는 복수개의 마이크로 집속기 렌즈로 구성된 제1 렌즈 어레이를 나타내고, 3은 복수개의 마이크로 집속기 렌즈로 구성되고 제1 렌즈 어레이의 각 렌즈의 화상을 형성하는 제2 렌즈 어레이를 나타낸다. 도면 부호 4는 편광 비임 스플리터(PBS)와 반파 지연판으로 구성되고 램프 유닛(1)으로부터의 광을 P 편광광 및 S 편광광으로 분할하고 어느 한 편광광이 다른 편광광과 일치하도록 어느 한 편광광을 회전시키는 편광 컨버터를 지시한다. 도면 부호 5a1, 5b1 및 5c1은 반사 및 투과에 의해 편광광을 컬러 분리하는 다이크로익 거울을 나타내며, 종합해서 컬러 분리기로 지칭된다. 5a1은 적색광을 반사하고 청색광 및 녹색광을 투과하는 적색광 반사 다이크로익 거울이며, 5b1은 청색광을 반사하고 녹색광을 투과하는 청색광 반사 다이크로익 거울이며, 5c1은 녹색광을 반사하는 녹색광 반사 다이크로익 거울이다. 다이크로익 거울(5a1, 5b1, 5c1)의 다이크로익 필름은 서로 평행하며 광이 대략 45도로 다이크로익 필름에 도달하고 나오는 방식으로 배열된다. 도면 부호 6a 및 6b는 다이크로익 거울(5a1, 5b1, 5c1)로부터 들어오는 R, G 및 B 광선을 시준하는 시준기 렌즈를 나타낸다. 도면 부호 7은 제1 실시예(도1, 도2a, 도2b) 또는 제2 실시예(도4, 도5)에서 도시된 구조와 동일한 구조를 가지며 중심축 둘레에서 회전하며 R, G 및 B 광을 반사하기 위해 그 내측면 상에 복수개의 반사면(반사면(7x)의 환체)을 갖는 회전 다면체 반사기를 나타낸다. 도면 부호 6c 및 6d는 회전 다면체 반사기(7)로부터의 광선을 시준하는 시준기 렌즈를 나타낸다. 도면 부호 8은 편광 비임 스플리터(PBS)를 나타내며, 8a는 PBS(8)에 설치된 것으로서 P 편광광이나 S 편광광중 어느 하나를 반사하고 다른 것은 투과하는 분석 필름을 나타낸다. 도면 부호 9는 화상을 형성하기 위해 화상 신호에 따라 R, G 및 B 광선을 변조하는 반사식 디스플레이 장치(예컨대, 반사식 액정 패널)를 나타낸다. 도면 부호 10은 PBS(8)로부터 방사된 광선을 스크린상에 확대된 형상으로 투사하는 투사기를 나타낸다. 도면 부호 11a 및 11b는 각각 제2 렌즈 어레이(3)로부터의 광선을 디스플레이 장치(9) 상으로 집속하는 시준기 렌즈와 집속기 렌즈를 나타낸다. 도면 부호 13a 및 13b는 (S 또는 P) 편광광을 투과시키는 편광판을 나타낸다. 도면 부호 14는 빗나간 광이 디스플레이 장치(9) 상에 형성된 화상광과 혼합되는 것을 방지하기 위해 디스플레이 장치(9)의 광 차폐부에서 반사광을 전환시키는 1/4파 지연판을 나타낸다. 도면 부호 20은 전력 공급 회로를 나타내며, 21은 외측으로부터 들어온 화상 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 나타내며, 22는 화상 처리 회로(21)로부터의 신호에 따라 디스플레이 장치(9)를 구동하는 구동 회로를 나타낸다. 도면 부호 25는 회전 다면체 반사기(7)를 회전시키는 모터를 나타낸다. 도면 부호 100은 화상 디스플레이 장치를 나타낸다.
제1 실시예에서와 같이, 모터에 의해 구동된 회전 다면체 반사기(7)는 중심축 둘레에서 소정 속도로 회전하며, 회전 다면체 반사기(7)의 복수개의 반사면은 중심축 둘레에서 회전하는 동안 시준기 렌즈(6a, 6b)로부터 들어오는 R, G 및 B 광선을 순서대로 반사한다. 반사된 R, G 및 B 광선은 시준기 렌즈(6c, 6d), 편광판(13a), PBS(8) 및 1/4파 지연판(14)을 통과해서 반사식 디스플레이 장치(9) 상에 발사된다. 회전 다면체 반사기(7)가 회전하고 그 반사 평면이 하나의 반사면으로부터 다음 반사면으로 변할 때, 디스플레이 장치(9) 상으로 발사된 R, G 및 B 광선은 디스플레이 장치(9) 상에서 소정 방향으로 스크롤한다. 램프 유닛(1)으로부터 투사기(10)까지 상술한 다양한 구성 요소를 포함하는 광학 시스템은 편광 컨버터(4)로부터 1/4파 지연판(14)까지 범위의 광학 시스템부가 반사식 디스플레이 장치(9)를 위한 조명 광학 시스템으로서 작용하는 화상 디스플레이 장치의 광학 유닛을 구성한다.
제3 실시예에서, 램프 유닛(1)의 램프(1b)로부터 나온 광(백색광)은 반사기(1a)에 의해 반사되고 집속되어 편광 컨버터(4)로 보내진다. 편광 컨버터(4)에서, 백색광은 PBS(도시 안됨)에 의해 P 편광광과 S 편광광으로 분할된다. P 편광광은 반파 지연판(도시 안됨)에 의해 회전되어 S 편광광으로 전환되고 PBS에 의한 분할의 결과인 S 편광광과 결합되어 편광 컨버터(4)로부터 방사된다. 상술한 경우와 달리, 편광 컨버터(4)의 반파 지연판은 P 편광광이 편광 컨버터(4)로부터 방사되도록 S 편광광을 P 편광광으로 전환할 수 있다. 편광 컨버터(4)로부터의 백색 S 편광광은 복수개의 보조 램프 화상이 나타나는 제1 렌즈 어레이(2)로 보내지고, 이어서 복수개의 보조 램프 화상은 제2 렌즈 어레이(3)에 의해 형성되고 형성된 화상의 광은 시준기 렌즈(11a) 및 집속기 렌즈(11b)를 거쳐 컬러 분리를 위한 다이크로익 거울(5a1, 5b1, 5c1)에 도달한다. 우선, 적색광 반사 다이크로익 거울(5a1)은 입사한 S 편광광의 R(적색) 성분을 반사해서 R 성분을 광의 나머지 성분으로부터 분리하고, 이어서 청색광 반사 다이크로익 거울(5b1)은 입사한 S 편광광의 B(청색) 성분을 반사해서 B 성분을 G(녹색) 성분과 분리하며, 마지막으로 녹색광 반사 다이크로익 거울(5c1)은 입사한 G(녹색) 성분을 반사한다. 컬러 분리된 S 편광광으로서의 R, G 및 B 광선은 시준기 렌즈(6a, 6b)에 의해 시준되고 회전 다면체 반사기(7)의 반사면으로 보내진다.
회전 다면체 반사기(7)에서, 회전 다면체 반사기가 회전하는 동안, R, G 및 B 광선은 그 내측면 상에서 반사면에 의해 반사된다. 반사된 광선은 시준기 렌즈(6a, 6b) 및 편광판(13a)을 통과해서 PBS(8)로 진입하며, 여기에서 S 편광광으로서의 R, G 및 B 광선은 분석 필름(8a)에 의해 반사되고 1/4파 지연판(14)을 거쳐 반사식 디스플레이 장치(9) 상에 발사된다. 화상 신호에 따라 구동 회로에 의해 구동된 반사식 디스플레이 장치(9)는 진입 R, G 및 B 광선을 화상 신호에 따라 변조해서 S 편광광을 P 편광광으로 전환하고 이것을 반사광으로서 방사한다. 방사된 광은 1/4파 지연판(14)을 통과해서 PBS(8)로 재진입한다. PBS(8)에서, 투사 렌즈(10)로 방사된 광의 양과 램프측으로 방사된 광의 양은 투과 및 반사에 대한 입사한 P 편광광의 편광 상태와 PBS(8)의 편광축 사이의 관계에 따라 결정된다. 결합된 광으로서 PBS(8)로부터 방사된 P 편광광은 편광판(13b)을 거쳐 투사기(10)로 진입한다. 투사기(10)로 진입한 P 편광광은 상술한 화상 신호에 따라 화상을 투사하기 위해 스크린 등에 확대된 형상으로 투사된다.
제3 실시예에 따르면, 제1 실시예에서와 같이, 장치는 주로 회전 다면체 반사기(7)와 하나의 디스플레이 장치(9)로 구성됨으로써, 간단하고 콤팩트하고 저렴한 광학 유닛 또는 화상 디스플레이 장치가 실현될 수 있다. 반사된 R, G 및 B 광선은 R, G 및 B 광선이 회전 다면체 반사기(7)의 동일 반사면 상에서 반사될 때 교차하지 않기 때문에, R, G 및 B 광 스폿은 디스플레이 장치(9) 상에서 오버랩되지 않으며, 이로써 소모된 광은 제거된다. 따라서, 광학 시스템의 F 수는 작을 필요가 없으며 스크린 휘도는 증가될 수 있다. 이런 점에서, 광학 유닛 또는 장치는 또한 콤팩트할 수 있다. 또한, 컬러 분리기로서의 다이크로익 거울(5a1, 5b1, 5c1)이 작고 서로 평행한 다이크로익 필름을 사용하고 광이 이들을 대략 45도로 가격해서 빠져나오는 구성은 소모된 광을 제거하며 컬러 분리의 효율이 콘트라스트 및 컬러 순도를 최종적으로 개선시키도록 한다. 또한, 다이크로익 필름은 서로 평행하기 때문에, 광학 시스템을 설계하기가 용이하다. 또한, 디스플레이 장치(9) 상에서 R, G 및 B 광 투사 스폿의 조절이 더 이상 필요없다.
도7과 도8a 내지 도8d는 제4 실시예에 대한 예시적 도면이다. 도7은 제4 실시예로서 투사식 화상 형성 장치의 예시적 구조를 도시한 도면이며, 도8a 및 도8b는 제4 실시예에서의 렌즈 어레이를 도시한 도면이고, 도8c는 렌즈 어레이가 작업하는 방법을 도시하며, 도8d는 회전 다면체 반사기(7)의 반사면 상에서 반사될 때의 렌즈 화상을 도시한다.
본 실시예에서, 각각의 렌즈 어레이는 수평 방향 및 수직 방향으로 엇갈림 패턴으로 배열된 복수개의 집속기 렌즈로 구성되며, 제3 실시예에서와 같이, 컬러 분리를 위한 소형의 다이크로익 거울들은 서로 평행하다.
도7에서, 도면 부호 1은 램프 유닛을 나타내며, 1a는 반사기를 나타내며, 1b는 광원 또는 램프를 나타낸다. 도면 부호 2'는 수평 방향 및 수직 방향 모두에서 엇갈림 패턴(장측이 세로측)으로 배열된 복수개의 직사각형 마이크로 집속기 렌즈(21)로 구성된 전체적으로 직사각형 형상(장측이 세로측)의 제1 렌즈 어레이를 나타내며, 도면 부호 3'은 수평 방향 및 수직 방향 모두에서 엇갈림 패턴으로 배열된 복수개의 마이크로 집속기 렌즈(31)로 구성된 전체적으로 직사각형 형상(장측이 세로측)이고 제1 렌즈 어레이의 각 렌즈의 화상을 형성하는 제2 렌즈 어레이를 나타낸다. 도면 부호 4는 편광 비임 스플리터(PBS)와 반파 지연판으로 구성되고 램프 유닛(1)으로부터의 광을 P 편광광 및 S 편광광으로 분할하고 어느 한 편광광이 다른 편광광과 일치하도록 어느 한 편광광을 회전시키는 편광 컨버터를 나타내며, 도면 부호 5a1, 5b1 및 5c1은 반사 및 투과에 의해 편광광을 컬러 분리하는 다이크로익 거울을 나타내며, 여기에서 5a1은 적색광을 반사하고 청색광 및 녹색광을 투과하는 적색광 반사 다이크로익 거울이며, 5b1은 청색광을 반사하고 녹색광을 투과하는 청색광 반사 다이크로익 거울이며, 5c1은 녹색광을 반사하는 녹색광 반사 다이크로익 거울이다. 다이크로익 거울(5a1, 5b1, 5c1)의 다이크로익 필름은 서로 평행하며 광이 대략 45도로 다이크로익 필름을 가격하고 나오는 방식으로 배열된다. 도면 부호 7은 제1 실시예 또는 제2 실시예(도4, 도5)에서 도시된 구조와 동일한 구조를 가지며 중심축 둘레에서 회전하며 R, G 및 B 광을 반사하기 위해 그 내측면 상에 복수개의 반사면을 갖는 회전 다면체 반사기를 나타낸다. 도면 부호 6e 및 6f는 회전 다면체 반사기(7)로부터 나오는 광선을 시준하는 시준기 렌즈를 나타낸다. 도면 부호 8은 편광 비임 스플리터(PBS)를 나타내며, 8a는 PBS(8)에 설치된 것으로서 P 편광광이나 S 편광광중 어느 하나를 반사하고 다른 것은 투과하는 분석 필름을 나타낸다. 도면 부호 9는 화상을 형성하기 위해 화상 신호에 따라 R, G 및 B 광선을 변조하는 반사식 디스플레이 장치(예컨대, 반사식 액정 패널)를 나타낸다. 도면 부호 10은 PBS(8)로부터 방사된 광선을 스크린상에 확대된 형상으로 투사하는 투사기를 나타낸다. 도면 부호 11a 및 11b는 각각 제2 렌즈 어레이(3')로부터의 광선을 디스플레이 장치(9) 상으로 집속하는 시준기 렌즈와 집속기 렌즈를 나타낸다. 도면 부호 20은 전력 공급 회로를 나타내며, 21은 외측으로부터 들어온 화상 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 나타내며, 22는 화상 처리 회로(21)로부터의 신호에 따라 디스플레이 장치(9)를 구동하는 구동 회로를 나타낸다. 도면 부호 25는 회전 다면체 반사기(7)를 회전시키는 모터를 나타낸다. 도면 부호 100은 화상 디스플레이 장치를 나타낸다.
제1 실시예에서와 같이, 모터(25)에 의해 구동된 회전 다면체 반사기(7)는 중심축 둘레에서 소정 속도로 회전하며, 회전 다면체 반사기(7)의 복수개의 반사면은 중심축 둘레에서 회전하는 동안 다이크로익 거울(5a1, 5b1, 5c1)로부터 들어오는 R, G 및 B 광선을 순서대로 반사한다. 반사된 R, G 및 B 광선은 시준기 렌즈(6e, 6f) 및 편광판(13a)을 통과해서 반사식 디스플레이 장치(9) 상에 발사된다. 회전 다면체 반사기(7)가 회전하고 그 반사 평면이 하나의 반사면으로부터 다음 반사면으로 변할 때, 디스플레이 장치(9) 상으로 발사된 R, G 및 B 광선은 디스플레이 장치(9) 상에서 소정 방향으로 스크롤한다. 램프 유닛(1)으로부터 투사기(10)까지 상술한 다양한 구성 요소를 포함하는 광학 시스템은 편광 컨버터(4)로부터 PBS(8)까지 범위의 광학 시스템부가 반사식 디스플레이 장치(9)를 위한 조명 광학 시스템으로서 작용하는 화상 디스플레이 장치의 광학 유닛을 구성한다.
도8a 및 도8b는 각각 도7에 도시된 제1 렌즈 어레이(2')와 제2 렌즈 어레이(3')를 도시하며, 도8c는 제1 렌즈 어레이(2')와 제2 렌즈 어레이(3')가 작업하는 방법을 도시하며, 도8d는 회전 다면체 반사기(7)의 반사면 상에 반사된 제2 렌즈 어레이(3')의 렌즈 화상을 도시한다. 본 실시예에서, 제1 렌즈 어레이(2')는 전체적인 렌즈 어레이가 장측을 세로측으로 한 직사각형인 방식으로 장측을 세로측으로 한 엇갈림 패턴으로 수평 방향으로 배열된 복수개의 직사각형 집속기 렌즈를 가지며(도8a), 제2 렌즈 어레이(3')는 제1 렌즈 어레이에서와 같이 전체적인 렌즈 어레이가 장측을 가로측으로 한 직사각형인 방식으로 장측을 가로측으로 한 엇갈림 패턴으로 수직 방향으로 배열된 복수개의 직사각형 집속기 렌즈를 갖는다. 여기에서, 복수개의 보조 램프 화상이 제1 렌즈 어레이(2') 상에 나타나며, 이어서 제2 렌즈 어레이(3')는 다이크로익 거울(5a1, 5b1, 5c1) 상에 그리고 회전 다면체 반사기(7)의 반사면에 근접해서 복수개의 보조 램프 화상을 형성한다(도8c). 렌즈 어레이(2', 3')의 집속기 렌즈는 상술한 바와 같이 장측이 세로측 또는 가로측인 상태에서 수평 방향으로 또는 수직 방향으로 엇갈림 패턴으로 배열되기 때문에, 렌즈 어레이의 개방 면적비는 증가하고, 제1 렌즈 어레이(2')와 동일한 직사각형 형상을 갖는 R, G 및 B 광 스폿은 컬러 오버랩이 없는 상태에서 회전 다면체 반사기(7)의 반사면 상에 나타난다(도8d). 렌즈 어레이의 개방 면적비가 증가함으로써 화상의 휘도가 증가되며, 컬러 스폿 오버랩을 제거함으로써 화상 콘트라스트는 향상된다. 도8d에서, 좌측에 도시된 것은 종래의 렌즈 어레이가 사용될 때 R, G 및 B 광 스폿이 회전 다면체 반사기(7)의 반사면에 오버랩된 것을 도시한다.
제4 실시예에서, 램프 유닛(1)의 램프(1b)로부터 나온 광(백색광)은 반사기(1a)에 의해 반사되고 집속되어 편광 컨버터(4)로 보내진다. 편광 컨버터(4)에서, 백색광은 편광 컨버터(4)의 PBS(도시 안됨)에 의해 P 편광광과 S 편광광으로 분할된다. P 편광광은 반파 지연판(도시 안됨)에 의해 회전되어 S 편광광으로 전환되고 PBS에 의한 분할의 결과인 S 편광광과 결합되어 편광 컨버터(4)로부터 방사된다. 편광 컨버터(4)로부터의 백색 S 편광광은 복수개의 보조 램프 화상이 나타나는 제1 렌즈 어레이(2')로 보내지고, 이어서 복수개의 보조 램프 화상은 제2 렌즈 어레이(3')에 의해 형성되고, 형성된 화상의 광은 시준기 렌즈(11a) 및 집속기 렌즈(11b)를 거쳐 컬러 분리를 위한 다이크로익 거울(5a1, 5b1, 5c1)에 도달한다. 우선, 적색광 반사 다이크로익 거울(5a1)은 입사한 S 편광광의 R(적색) 성분을 반사해서 R 성분을 광의 나머지 성분으로부터 분리하며, 이어서 청색광 반사 다이크로익 거울(5b1)은 입사한 S 편광광의 B(청색) 성분을 반사해서 B 성분을 G(녹색) 성분과 분리하며, 마지막으로 녹색광 반사 다이크로익 거울(5c1)은 입사한 G(녹색) 성분을 반사한다. 컬러 분리된 S 편광광으로서의 R, G 및 B 광선은 회전 다면체 반사기(7)의 내측면 상의 반사면으로 보내진다. 회전 다면체 반사기(7)에서, 회전 다면체 반사기가 회전하는 동안, R, G 및 B 광선은 그 내측면 상에서 반사면에 의해 반사된다. 반사된 광선은 시준기 렌즈(6e, 6f)를 통과해서 PBS(8)로 진입하며, 여기에서 S 편광광으로서의 R, G 및 B 광선은 분석 필름(8a)에 의해 반사되고 반사식 디스플레이 장치(9) 상에 발사된다. 화상 신호에 따라 구동 회로에 의해 구동된 반사식 디스플레이 장치(9)는 진입 R, G 및 B 광선을 변조해서 화상 신호에 따라 S 편광광을 P 편광광으로 전환하고 이를 반사광으로서 방사한다. 방사된 광은 1/4파 지연판(14)을 통과해서 PBS(8)로 재진입한다. PBS(8)에서, 투사 렌즈(10)로 방사된 광의 양과 램프측으로 방사된 광의 양은 투과 및 반사에 대해 입사한 P 편광광의 편광 상태와 PBS(8)의 편광축 사이의 관계에 따라 결정된다. 결합된 광으로서 PBS(8)로부터 방사된 P 편광광은 편광판(13b)을 거쳐 투사기(10)로 진입한다. 투사기(10)로 진입한 P 편광광은 상술한 화상 신호에 따라 화상을 투사하기 위해 스크린 등에 확대된 형상으로 투사된다.
제4 실시예에 따르면, 제1 실시예에서와 같이, 장치는 주로 회전 다면체 반사기(7)와 하나의 디스플레이 장치(9)로 구성됨으로써, 간단하고 콤팩트하고 저렴한 광학 유닛 또는 화상 디스플레이 장치가 실현될 수 있다. 반사된 R, G 및 B 광선은 R, G 및 B 광선이 회전 다면체 반사기(7)의 동일 반사면 상에서 반사될 때 교차하지 않기 때문에, R, G 및 B 광 스폿은 디스플레이 장치(9) 상에서 오버랩되지 않으며, 이로써 소모된 광은 제거된다. 따라서, 광학 시스템의 F 수는 작을 필요가 없으며 스크린 휘도는 증가될 수 있다. 이런 점에서, 광학 유닛 또는 장치는 또한 콤팩트할 수 있다. 또한, 컬러 분리기로서의 다이크로익 거울(5a1, 5b1, 5c1)은 작으며, 서로 평행한 다이크로익 필름을 사용하며, 광을 대략 45도로 수광하고 방사함으로써 소모된 광은 제거될 수 있고 컬러 분리의 효율은 콘트라스트 및 컬러 순도를 최종적으로 개선하면서 증가될 수 있다. 또한, 다이크로익 필름은 서로 평행하기 때문에, 광학 시스템을 설계하기가 용이하다. 제4 실시예에서, 렌즈 개방 면적비는 증가됨으로서, 스크린 휘도를 증가시킨다. 또한, R, G 및 B 광 투사 스폿을 디스플레이 장치(9) 상에서 조절할 필요가 더이상 없다. 제1 렌즈 어레이(2')는 수평 방향으로 엇갈림 패턴으로 배열된 복수개의 집속기 렌즈를 특징으로 하며(도8a), 제2 렌즈 어레이(3')는 수직 방향으로 엇갈림 패턴으로 배열된 복수개의 집속기 렌즈를 특징으로 한다(도8b). 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 제1 렌즈 어레이(2')는 수직 방향으로 또는 수평 방향 및 수직 방향 모두에서 엇갈림 패턴으로 배열된 복수개의 집속기 렌즈를 가질 수 있거나, 제2 렌즈 어레이(3')는 수평 방향으로 또는 수평 방향 및 수직 방향 모두에서 엇갈림 패턴으로 배열된 복수개의 집속기 렌즈를 특징으로 한다.
도9는 제5 실시예로서 투사식 화상 디스플레이 장치의 예시적 구조를 도시한다.
본 실시예는 컬러 분리기로서 프리즘 다이크로익 거울을 사용한다.
도9에서, 도면 부호 1은 램프 유닛을 나타내며, 1a는 반사기를 나타내며, 1b는 광원 또는 램프를 나타낸다. 도면 부호 2는 제1 렌즈 어레이를 나타내며, 도면 부호 3은 제1 렌즈 어레이의 각 렌즈의 화상을 형성하는 제2 렌즈 어레이를 나타낸다. 도면 부호 4는 편광 비임 스플리터(PBS)와 반파 지연판으로 구성된 편광 컨버터를 나타내며, 5는 유리 또는 유사한 재료로 제조된 프리즘으로서 컬러 분리를 위한 다이크로익 거울이다. 다이크로익 거울(5)은 유리가 개재된 세 개의 다이크로익 필름으로 구성된다. 세 개의 다이크로익 필름은 서로 평행하며 광은 각각의 이들 필름을 대략 45도로 가격하고 빠져나간다. 도면 부호 11c는 다이크로익 거울(5)로부터의 R, G 및 B 광선을 시준하는 시준기 렌즈를 나타낸다. 도면 부호 7은 제1 실시예(도1, 도2a, 도2b) 또는 제2 실시예(도4, 도5)에서 도시된 구조와 동일한 구조를 가지며 중심축 둘레에서 회전하며 R, G 및 B 광을 반사하기 위해 그 내측면 상에 복수개의 반사면(반사면(7x)의 환체)을 갖는 회전 다면체 반사기를 나타낸다. 도면 부호 6e 및 6g는 회전 다면체 반사기(7)로부터의 광선을 시준하는 시준기 렌즈를 나타낸다. 도면 부호 8a는 PBS에 설치된 것으로서 P 편광광이나 S 편광광중 어느 하나를 반사하고 다른 것은 투과하는 분석 필름을 나타낸다. 도면 부호 9는 화상을 형성하기 위해 화상 신호에 따라 R, G 및 B 광선을 변조하는 반사식 디스플레이 장치를 나타낸다. 도면 부호 10은 투사기를 나타낸다. 도면 부호 11a 및 11b는 각각 제2 렌즈 어레이(3)로부터의 광선을 디스플레이 장치(9) 상으로 집속하는 시준기 렌즈와 집속기 렌즈를 나타낸다. 도면 부호 20은 전력 공급 회로를 나타내며, 21은 외측으로부터 들어온 화상 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 나타내며, 22는 화상 처리 회로(21)로부터의 신호에 따라 디스플레이 장치(9)를 구동하는 구동 회로를 나타낸다. 도면 부호 25는 회전 다면체 반사기(7)를 회전시키는 모터를 나타낸다. 도면 부호 100은 화상 디스플레이 장치를 나타낸다.
제1 실시예에서와 같이, 모터(25)에 의해 구동된 회전 다면체 반사기(7)는 중심축 둘레에서 소정 속도로 회전하며, 회전 다면체 반사기(7)의 복수개의 반사면은 중심축 둘레에서 회전하는 동안 시준기 렌즈(11a)로부터 들어오는 R, G 및 B 광선을 순서대로 반사한다. 반사된 R, G 및 B 광선은 시준기 렌즈(6e, 6g)와 PBS(8)의 분석 필름(8a)을 통과해서 반사식 디스플레이 장치(9) 상에 도달한다. 회전 다면체 반사기(7)가 회전하고 그 반사 평면이 하나의 반사면으로부터 다음 반사면으로 순서대로 변할 때, 디스플레이 장치(9) 상으로 발사된 R, G 및 B 광선은 디스플레이 장치(9) 상에서 소정 방향으로 스크롤한다. 램프 유닛(1)으로부터 투사기(10)까지 상술한 다양한 구성 요소를 포함하는 광학 시스템은 편광 컨버터(4)로부터 PBS까지 범위의 광학 시스템부가 반사식 디스플레이 장치(9)를 위한 조명 광학 시스템으로서 작용하는 화상 디스플레이 장치의 광학 유닛을 구성한다.
제5 실시예에서, 램프 유닛(1)의 램프(1b)로부터 나온 광(백색광)은 반사기(1a)에 의해 반사되고 집속되어 편광 컨버터(4)로 보내진다. 편광 컨버터(4)에서, 백색광은 PBS(도시 안됨)에 의해 P 편광광과 S 편광광으로 분할된다. P 편광광은 반파 지연판(도시 안됨)에 의해 회전되어 S 편광광으로 전환되고 PBS에 의한 광 분할의 결과인 S 편광광과 결합되어 편광 컨버터(4)로부터 방사된다. 상술한 경우와 달리, 반파 지연판(도시 안됨)은 S 편광광을 P 편광광으로 전환함으로써 P 편광광은 편광 컨버터(4)로부터 방사된다. 편광 컨버터(4)로부터의 백색 S 편광광은 복수개의 보조 램프 화상이 나타나는 제1 렌즈 어레이(2)로 보내지고, 이어서 복수개의 보조 램프 화상은 제2 렌즈 어레이(3)에 의해 형성되고 형성된 화상의 광은 시준기 렌즈(11a) 및 집속기 렌즈(11b)를 거쳐 컬러 분리를 위한 프리즘 다이크로익 거울(5)에 도달한다. 다이크로익 거울(5)에서, 우선, 적색광 반사 다이크로익 거울은 입사한 백색 S 편광광의 R(적색) 성분을 반사해서 R 성분을 광의 나머지 성분으로부터 분리하고, 이어서 청색광 반사 다이크로익 거울은 입사한 S 편광광의 B(청색) 성분을 반사해서 B 성분을 G(녹색) 성분과 분리하며, 마지막으로 녹색광 반사 다이크로익 거울은 입사한 G(녹색) 성분을 반사한다. 컬러 분리된 S 편광광으로서의 R, G 및 B 광선은 시준기 렌즈(11c)에 의해 시준되어 회전 다면체 반사기(7)의 내측면 상의 반사면으로 보내진다. 회전 다면체 반사기(7)에서, 회전 다면체 반사기가 회전하는 동안, R, G 및 B 광선은 그 내측면 상에서 반사면에 의해 순서대로 반사된다. 반사된 광선은 시준기 렌즈(6e, 6g)를 통과해서 PBS의 분석 필름(8a)에 도달하며, 여기에서 S 편광광으로서의 R, G 및 B 광선은 분석 필름(8a)에 의해 반사되고 반사식 디스플레이 장치(9) 상에 발사된다. 화상 신호에 따라 구동 회로에 의해 구동된 반사식 디스플레이 장치(9)는 진입하는 R, G 및 B 광선을 화상 신호에 따른 변조해서 S 편광광을 P 편광광으로 전환하고 이것을 반사광으로서 방사한다. 방사된 광은 PBS의 분석 필름(8a)으로 재진입한다. 분석 필름(8a) 상에서, 투사 렌즈(10)로 방사된 광의 양과 램프측으로 방사된 광의 양은 투과 및 반사에 대한 입사한 P 편광광의 편광 상태와 PBS 분석 필름(8a)의 편광축 사이의 관계에 따라 결정된다. 결합된 광으로서 PBS 분석 필름(8)으로부터 방사된 P 편광광은 투사기(10)로 진입하며, 투사기(10)는 P 편광광을 상술한 화상 신호에 따라 화상을 투사하기 위해 스크린 등에 확대된 형상으로 투사된다.
제5 실시예에 따르면, 제1 실시예에서와 같이, 장치는 주로 회전 다면체 반사기(7)와 하나의 디스플레이 장치(9)로 구성됨으로써, 간단하고 콤팩트하고 저렴한 광학 유닛 또는 화상 디스플레이 장치가 실현될 수 있다. 반사된 R, G 및 B 광선은 R, G 및 B 광선이 회전 다면체 반사기(7)의 동일 반사면 상에서 반사될 때 교차하지 않기 때문에, R, G 및 B 광 스폿은 디스플레이 장치(9) 상에서 오버랩되지 않으며, 이로써 소모된 광은 제거된다.
따라서, 광학 시스템의 F 수는 작을 필요가 없으며 스크린 휘도는 증가될 수 있다. 이런 점에서, 광학 유닛 또는 장치는 보다 콤팩트할 수 있다. 또한, 다이크로익 거울은 다이크로익 필름 사이에 유리 또는 유사한 재료를 갖기 때문에, 다이크로익 필름 사이의 거리가 반사된 광 컬러의 혼합을 방지하기에 충분히 길도록 설정되더라도, 이 거리는 광학적으로 짧은 거리이다. 따라서, 회전 다면체 반사기의 반사면 상의 R, G 및 B 광 스폿은 R, G 및 B 광선 중에서 반사된 광 조건의 균일성을 보장하도록 충분히 작을 수 있다. 또한, 다이크로익 거울(5)의 다이크로익 필름은 작고 서로 평행고 광을 대략 45도로 수광하고 방사함으로써, 소모된 광은 제거될 수 있고 컬러 분리의 효율은 콘트라스트 및 컬러 순도를 최종적으로 개선하면서 증가될 수 있다. 또한, 다이크로익 필름을 제조하기가 용이하다. 또한, R, G 및 B 광 투사 스폿을 디스플레이 장치(9) 상에서 조절할 필요가 더이상 없다.
도10은 제6 실시예로서 투사식 화상 디스플레이 장치의 예시적인 구조를 도시한다.
본 실시예에서, 제2 렌즈 어레이로부터 방사된 광은 광학 유닛에서의 광학 경로를 단축하기 위해 시준기나 집속기 렌즈를 통과하지 않고도 광 분리기로서의 다이크로익 거울에 도달한다.
도10에서, 도면 부호 1은 램프 유닛을 나타내며, 1a는 램프로부터 나온 광을 소정 방향으로 반사하는 반사기를 나타내며, 1b는 램프를 나타낸다. 도면 부호 2는 제1 렌즈 어레이를 나타내며, 3은 제1 렌즈 어레이(2)의 각 렌즈의 화상을 형성하는 제2 렌즈 어레이를 나타낸다. 도면 부호 4는 램프 유닛(1)으로부터의 광을 P 편광광 및 S 편광광으로 분할하고 어느 한 편광광이 다른 편광광과 일치하도록 어느 한 편광광을 회전시키는 편광 컨버터를 지시한다. 도면 부호 5a, 5b 및 5c은 반사 및 투과에 의해 편광광을 컬러 분리하는 다이크로익 거울을 나타낸다. 다이크로익 거울(5a, 5b, 5c)은 이들의 다이크로익 필름이 서로 평행하고 광선이 각각의 이들 필름을 대략 45도로 가격하고 나가도록 배열된다. 도면 부호 6a 및 6b는 다이크로익 거울(5a, 5b, 5c)로부터 나오는 R, G 및 B 광선을 시준하는 시준기 렌즈를 나타낸다. 도면 부호 7은 제1 실시예(도1, 도2a, 도2b) 또는 제2 실시예(도4, 도5)에서 도시된 구조와 동일한 구조를 가지며 중심축 둘레에서 회전하며 R, G 및 B 광을 반사하기 위해 그 내측면 상에 복수개의 반사면(반사면(7x)의 환체)을 갖는 회전 다면체 반사기를 나타낸다. 도면 부호 6d는 회전 다면체 반사기(7)로부터 나오는 광선을 시준하는 시준기 렌즈를 나타낸다. 도면 부호 8은 편광 비임 스플리터(PBS)를 나타내며, 8a는 PBS(8)에 설치된 것으로서 P 편광광이나 S 편광광중 어느 하나를 반사하고 다른 것은 투과하는 분석 필름을 나타낸다. 도면 부호 9는 화상을 형성하기 위해 화상 신호에 따라 R, G 및 B 광선을 변조하는 반사식 디스플레이 장치(예컨대, 반사식 액정 패널)를 나타낸다. 도면 부호 10은 PBS(8)로부터의 광선을 스크린상에 확대된 형상으로 투사하는 투사기를 나타낸다. 도면 부호 13a 및 13b는 (S 또는 P) 편광광을 투과하는 편광판을 나타낸다. 도면 부호 14는 빗나간 광이 디스플레이 장치(9) 상에 형성된 화상 광과 혼합되는 것을 방지하기 위해 디스플레이 장치(9)의 광 차폐부에서 반사된 광을 전환하는 1/4파 지연판을 나타낸다. 도면 부호 20은 전력 공급 회로를 나타내며, 21은 외측으로부터 들어온 화상 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 나타내며, 22는 화상 처리 회로(21)로부터의 신호에 따라 디스플레이 장치(9)를 구동하는 구동 회로를 나타낸다. 도면 부호 25는 회전 다면체 반사기(7)를 회전시키는 모터를 나타낸다. 도면 부호 100은 화상 디스플레이 장치를 나타낸다.
상술한 다른 실시예에서와 같이, 모터(25)에 의해 구동된 회전 다면체 반사기(7)는 중심축 둘레에서 소정 속도로 회전하며, 회전 다면체 반사기(7)의 복수개의 반사면은 중심축 둘레에서 회전하는 동안 시준기 렌즈(6a, 6b)로부터 들어오는 R, G 및 B 광선을 순서대로 반사한다. 반사된 R, G 및 B 광선은 시준기 렌즈(6a, 6b), 편광판(13a), PBS(8) 및 1/4파 지연판(14)을 통과해서 반사식 디스플레이 장치(9) 상에 도달한다. 회전 다면체 반사기(7)가 회전하고 그 반사 평면이 하나의 반사면으로부터 다음 반사면으로 순서대로 변할 때, 디스플레이 장치(9) 상으로 발사된 R, G 및 B 광선은 디스플레이 장치(9) 상에서 소정 방향으로 스크롤한다. 램프 유닛(1)으로부터 투사기(10)까지 상술한 다양한 구성 요소를 포함하는 광학 시스템은 편광 컨버터(4)로부터 1/4파 지연판(14)까지 범위의 광학 시스템부가 반사식 디스플레이 장치(9)를 위한 조명 광학 시스템으로서 작용하는 화상 디스플레이 장치의 광학 유닛을 구성한다.
제6 실시예에서, 램프 유닛(1)의 램프(1b)로부터 나온 광(백색광)은 반사기(1a)에 의해 반사되고 집속되어 편광 컨버터(4)로 보내진다. 편광 컨버터(4)에서, 백색광은 편광 컨버터(4)의 PBS(도시 안됨)에 의해 P 편광광과 S 편광광으로 분할된다. P 편광광은 반파 지연판(도시 안됨)에 의해 회전되어 S 편광광으로 전환되고 PBS에 의한 광 분할의 결과인 S 편광광과 결합되어 편광 컨버터(4)로부터 방사된다. 상술한 경우와 달리, 반파 지연판은 P 편광광이 편광 컨버터(4)로부터 방사되도록 S 편광광을 P 편광광으로 전환할 수 있다. 편광 컨버터(4)로부터의 백색 S 편광광은 복수개의 보조 램프 화상이 나타나는 제1 렌즈 어레이(2)로 보내지고, 이어서 복수개의 보조 램프 화상은 제2 렌즈 어레이(3)에 의해 형성되고 형성된 화상의 광은 컬러 분리를 위한 다이크로익 거울(5a, 5b, 5c)에 도달한다. 우선, 적색광 반사 다이크로익 거울(5a)은 입사한 S 편광광의 R(적색) 성분을 반사해서 R 성분을 광의 나머지 성분으로부터 분리하고, 이어서 청색광 반사 다이크로익 거울(5b)은 입사한 S 편광광의 B(청색) 성분을 반사해서 B 성분을 G(녹색) 성분과 분리하며, 마지막으로 녹색광 반사 다이크로익 거울(5c)은 입사한 G(녹색) 성분을 반사한다. 컬러 분리된 S 편광광으로서의 R, G 및 B 광선은 시준기 렌즈(6a, 6b)에 의해 시준되고 회전 다면체 반사기(7)의 반사면으로 보내진다. 회전 다면체 반사기(7)에서, 회전 다면체 반사기가 회전하는 동안, R, G 및 B 광선은 그 내측면 상에 제조된 여덟 개의 반사면에 의해 반사된다. 반사된 광선은 시준기 렌즈(6a, 6b)와 편광판(13a)를 지나 PBS(8)로 진입하며, 여기에서 S 편광광으로서의 R, G 및 B 광선은 분석 필름(8a)에 의해 반사되고 1/4파 지연판(14)을 거쳐 반사식 디스플레이 장치(9) 상에 발사된다. 화상 신호에 따라 구동 회로에 의해 구동된 반사식 디스플레이 장치(9)는 진입 R, G 및 B 광선을 화상 신호에 따라 변조해서 S 편광광을 P 편광광으로 전환하고 이를 반사광으로서 방사한다. 방사된 광은 1/4파 지연판(14)을 통과해서 PBS(8)로 재진입한다. PBS(8)에서, 투사 렌즈(10)로 방사된 광의 양과 램프측으로 방사된 광의 양은 투과 및 반사에 대해 입사한 P 편광광의 편광 상태와 PBS(8)의 편광축 사이의 관계에 따라 결정된다. 결합된 광으로서 PBS(8)로부터 방사된 P 편광광은 편광판(13b)을 거쳐 투사기(10)로 진입한다. 투사기(10)로 진입한 P 편광광은 상술한 화상 신호에 따라 화상을 투사하기 위해 스크린 등에 확대된 형상으로 투사된다.
제6 실시예에 따르면, 상술한 다른 실시예에서와 같이, 장치는 주로 회전 다면체 반사기(7)와 하나의 디스플레이 장치(9)로 구성됨으로써, 간단하고 콤팩트하고 저렴한 광학 유닛 또는 화상 디스플레이 장치가 실현될 수 있다. 반사된 R, G 및 B 광선은 R, G 및 B 광선이 회전 다면체 반사기(7)의 동일 반사면 상에서 반사될 때 교차하지 않기 때문에, R, G 및 B 광 스폿은 디스플레이 장치(9) 상에서 오버랩되지 않으며, 이로써 소모된 광은 제거된다. 따라서, 광학 시스템의 F 수는 작을 필요가 없으며 스크린 휘도는 증가될 수 있다. 이런 점에서, 광학 유닛 또는 장치는 또한 콤팩트할 수 있다. 또한, 컬러 분리를 위한 다이크로익 거울(5a, 5b, 5c)은 서로 평행하고 광을 대략 45도로 수광하고 방사하는 다이크로익 필름을 사용함으로써 컬러 분리 효율은 콘트라스트 및 컬러 순도를 최종적으로 개선하면서 증가될 수 있다. 또한, 광학 시스템을 설계하기가 용이하다. 제2 렌즈 어레이(3)와 다이크로익 거울(5a) 사이에는 시준기 렌즈나 집속기 렌즈가 없고 광학 경로는 짧기 때문에, 보다 콤팩트한 광학 유닛이나 장치를 실현할 수 있고 광 손실을 줄이고 스크린 휘도를 증가시킬 수 있다. 또한, 디스플레이 장치(9) 상에서의 R, G 및 B 광 투사 스폿의 조절이 더이상 필요없다.
도11은 제7 실시예로서 투사식 화상 형성 장치의 예시적 구조를 도시한다.
본 실시예에서, 조명 광학 시스템은 렌즈 어레이의 전후에 편광 컨버터 대신 일체형 광 파이프를 갖는다.
도11에서, 도면 부호 1은 램프 유닛을 나타내며, 1a는 램프로부터의 광을 광 수렴 방향으로 반사하는 타원형 반사면을 갖는 반사기를 나타내며, 1a는 램프와 같은 광원을 나타낸다. 도면 부호 15는 진입하는 광이 반사되며서 통과 진행하는 제1 광 파이프를 나타낸다. 도면 부호 4는 편광 컨버터를 나타낸다. 도면 부호 16은 제1 광 파이프(15)의 단면적의 거의 두배인 단면적을 갖는 제2 광 파이프를 지시하며, 진입하는 광은 반사되는 동안 이를 통해서 진행한다. 비록 직선형 파이프로 도시되지만, 기술 분야의 당업자는 이들 파이프가 만곡될 수 있거나 가요성 광학 섬유가 추가될 수 있음을 알 것이다. 도면 부호 5a, 5b 및 5c는 반사 및 투과에 의해 편광광을 컬러 분리하는 다이크로익 거울을 나타내며, 여기에서 5a는 적색광을 반사하고 청색광 및 녹색광을 투과하는 적색광 반사 다이크로익 거울이며, 5b는 청색광을 반사하고 녹색광을 투과하는 청색광 반사 다이크로익 거울이며, 5c는 녹색광을 반사하는 녹색광 반사 다이크로익 거울이다. 다이크로익 거울(5a, 5b, 5c)의 다이크로익 필름은 서로 평행하지 않으며 광이 대략 45도로 각각의 다이크로익 필름을 가격하고 나오는 방식으로 배열된다. 도면 부호 6a 및 6b는 다이크로익 거울(5a, 5b, 5c)로부터 나오는 R, G 및 B 광선을 시준하는 시준기 렌즈를 나타낸다. 도면 부호 7은 제1 실시예(도1, 도2a, 도2b) 또는 제2 실시예(도4, 도5)에서 도시된 구조와 동일한 구조를 가지며 중심축 둘레에서 회전하며 R, G 및 B 광을 반사하기 위해 그 내측면 상에 복수개의 반사면(반사면(7x)의 환체)을 갖는 회전 다면체 반사기를 나타낸다. 도면 부호 6c, 6d 및 6e는 회전 다면체 반사기(7)로부터 나오는 광선을 시준하는 시준기 렌즈를 나타낸다. 도면 부호 8은 편광 비임 스플리터(PBS)를 나타내며, 8a는 PBS(8)에 설치된 것으로서 P 편광광이나 S 편광광중 어느 하나를 반사하고 다른 것은 투과하는 분석 필름을 나타낸다. 도면 부호 9는 화상을 형성하기 위해 화상 신호에 따라 R, G 및 B 광선을 변조하는 반사식 디스플레이 장치를 나타낸다. 도면 부호 10은 PBS(8)로부터 방사된 광선을 스크린 상에 확대된 형상으로 투사하는 투사기를 나타낸다. 도면 부호 13a 및 13b는 (S 또는 P) 편광광을 투과하는 편광판을 나타낸다. 도면 부호 11a 및 11b는 각각 제2 렌즈 파이프(16)로부터의 광선을 디스플레이 장치(9) 상으로 집속하는 시준기 렌즈와 집속기 렌즈를 나타낸다. 도면 부호 14는 빗나간 광이 디스플레이 장치(9) 상에 형성된 화상 광과 혼합되는 것을 방지하기 위해 디스플레이 장치(9)의 광 차폐부에서 반사된 광을 전환하는 1/4파 지연판을 나타낸다. 도면 부호 20은 전력 공급 회로를 나타내며, 21은 외측으로부터 들어온 화상 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 나타내며, 22는 화상 처리 회로(21)로부터의 신호에 따라 디스플레이 장치(9)를 구동하는 구동 회로를 나타낸다. 도면 부호 25는 회전 다면체 반사기(7)를 회전시키는 모터를 나타낸다. 도면 부호 100은 화상 디스플레이 장치를 나타낸다.
제1 실시예에서와 같이, 모터에 의해 구동된 회전 다면체 반사기(7)는 중심축 둘레에서 소정 속도로 회전하며, 회전 다면체 반사기(7)의 복수개의 반사면은 중심축 둘레에서 회전하는 동안 시준기 렌즈(6c, 6b)로부터 들어오는 R, G 및 B 광선을 순서대로 반사한다. 반사된 R, G 및 B 광선은 시준기 렌즈(6c, 6d), 편광판(13a), PBS(8) 및 1/4파 지연판(14)을 통과해서 반사식 디스플레이 장치(9) 상에 도달한다. 회전 다면체 반사기(7)가 회전하고 그 반사 평면이 하나의 반사면으로부터 다음 반사면으로 순서대로 변할 때, 디스플레이 장치(9) 상으로 발사된 R, G 및 B 광선은 디스플레이 장치(9) 상에서 소정 방향으로 스크롤한다. 램프 유닛(1)으로부터 투사기(10)까지 상술한 다양한 구성 요소를 포함하는 광학 시스템은 제1 광 파이프(15)로부터 1/4파 지연판(14)까지 범위의 광학 시스템부가 반사식 디스플레이 장치(9)를 위한 조명 광학 시스템으로서 작용하는 화상 디스플레이 장치의 광학 유닛을 구성한다.
제7 실시예에서, 램프 유닛(1)의 램프(1b)로부터의 광(백색광)은 반사기(1a)에 의해 반사되고 집속되어 제1 광 파이프(15)로 보내진다. 광은 반사되는 동안 제1 광 파이프(15)를 통해 진행해서 편광 컨버터(4)에 도달한다. 편광 컨버터(4)에서, 백색광은 PBS(도시 안됨)에 의해 P 편광광과 S 편광광으로 분할된다. P 편광광은 반파 지연판(도시 안됨)에 의해 회전되어 S 편광광으로 전환되고 PBS에 의한 광 분할의 결과인 S 편광광과 결합되어 편광 컨버터(4)로부터 방사된다. S 편광광은 그 비임 폭이 제1 광 파이프(15)의 비전환된 비임 폭보다 일 방향으로 거의 2배가 큰 상태로 편광 컨버터(4)를 나간다. 편광 컨버터(4)로부터의 백색 S 편광광은 반사되는 동안 제2 광 파이프(16)로 진입하고 이를 통과해서 진행해서, 파이프 출구를 빠져나간다. 제2 광 파이프(16) 내측의 광 가이드의 폭과 단면적은 편광 컨버터(4)로부터 들어오는 비임에 일치하도록 제1 광 파이프(15) 내측의 광 가이드의 폭과 단면적의 거의 2배이다. 제2 광 파이프(16)로부터 방사된 광은 시준기 렌즈(11a)와 집속기 렌즈(11b)를 통과해서 컬러 분리를 위한 다이크로익 거울(5a, 5b, 5c)에 도달한다. 우선, 적색광 반사 다이크로익 거울(5a)은 입사한 S 편광광의 R(적색) 성분을 반사해서 R 성분을 광의 나머지 성분으로부터 분리하고, 이어서 청색광 반사 다이크로익 거울(5b)은 입사한 S 편광광의 B(청색) 성분을 반사해서 B 성분을 G(녹색) 성분과 분리하며, 마지막으로 녹색광 반사 다이크로익 거울(5c)은 입사한 G(녹색) 성분을 반사한다. 컬러 분리된 S 편광광으로서의 R, G 및 B 광선은 시준기 렌즈(6a, 6b)에 의해 시준되고 회전 다면체 반사기(7)의 반사면으로 보내진다. 회전 다면체 반사기에서, 회전 다면체 반사기가 회전하는 동안, R, G 및 B 광선은 그 내측면 상의 반사면에 의해 반사된다. 반사된 광선은 시준기 렌즈(6c, 6d)와 편광판(13a)를 지나 PBS(8)로 진입하며, 여기에서 S 편광광으로서의 R, G 및 B 광선은 분석 필름(8a)에 의해 반사되고 1/4파 지연판(14)을 거쳐 반사식 디스플레이 장치(9) 상에 발사된다. 화상 신호에 따라 구동 회로에 의해 구동된 반사식 디스플레이 장치(9)는 진입 R, G 및 B 광선을 화상 신호에 따라 변조해서 S 편광광을 P 편광광으로 전환하고 이것을 반사광으로서 방사한다. 방사된 광은 1/4파 지연판(14)을 통과해서 PBS(8)로 재진입한다. PBS(8)에서, 투사 렌즈(10)로 방사된 광의 양과 램프측으로 방사된 광의 양은 투과 및 반사에 대해 입사한 P 편광광의 편광 상태와 PBS(8)의 편광축 사이의 관계에 따라 결정된다. 결합된 광으로서 PBS(8)로부터 방사된 P 편광광은 투사기(10)로 진입한다. 투사기(10)로 진입한 P 편광광은 상술한 화상 신호에 따라 화상을 투사하기 위해 스크린 등에 확대된 형상으로 투사된다.
제7 실시예에 따르면, 상술한 제1 내지 제6 실시예에서와 같이, 장치는 주로 회전 다면체 반사기(7)와 하나의 디스플레이 장치(9)로 구성됨으로써, 간단하고 콤팩트하고 저렴한 광학 유닛 또는 화상 디스플레이 장치가 실현될 수 있다. 반사된 R, G 및 B 광선은 R, G 및 B 광선이 회전 다면체 반사기(7)의 동일 반사면 상에서 반사될 때 교차하지 않기 때문에, R, G 및 B 광 스폿은 디스플레이 장치(9) 상에서 오버랩되지 않으며, 이로써 소모된 광은 제거된다. 따라서, 광학 시스템의 F 수는 작을 필요가 없으며 스크린 휘도는 증가될 수 있다. 이런 점에서, 광학 유닛 또는 장치는 또한 콤팩트할 수 있다. 또한, 광은 컬러 분리를 위한 다이크로익 거울(5a, 5b, 5c)을 대략 45도로 가격하고 빠져나감으로써 컬러 분리 효율은 콘트라스트 및 컬러 순도를 최종적으로 개선하면서 증가될 수 있다. 특히, 제7 실시예에서, 제1 광 파이프(15)로부터의 비임은 일 방향으로 확장됨으로써 비임은 이것이 제2 광 파이프를 빠져나갈 때 거의 2배가 넓어지며, 따라서 디스플레이 장치(9) 상에 스트립 형상의 컬러 광 스폿을 만들기가 용이하다. 또한, 제1 광 파이프(15)의 개구는 진입하는 비임의 단면과 일치하도록 하는 형상과 크기로 될 수 있기 때문에, 광 손실은 최소화되고 스크린 휘도는 증가될 수 있다. 또한, 디스플레이 장치(9) 상에서의 R, G 및 B 광 투사 스폿에 대한 조절이 더이상 필요없다.
상술한 실시예에서, 중심축 둘레에서 환체와 같이 배열된 회전 다면체 반사기의 복수개의 반사면은 편평하고 직선형의 평면이다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 다르게는, 반사면은 도12a 및 도12b에서 도시된 바와 같이 만곡될 수 있다. 도12a는 중심축 둘레에 여덟 개의 만곡된 반사면(7"x)을 갖는 예시적 반사기를 도시하며, 도12b는 주 반사면으로서 중심축 둘레에 여덟 개의 만곡된 반사면(7"'x)을 갖는 예시적 반사기를 도시한다. 이들 경우에, 반사면은 만곡되기 때문에, 디스플레이 장치 상에서 R, G 및 B 광선의 스크롤 속도를 제어할 수 있는 바, 예컨대 스크롤 속도를 거의 일정하게 할 수 있다. 반사면의 수는 여덟 개로 제한되지 않는다. 보조 반사면이 제2 실시예에서와 같이 마련되면, 보조 반사면은 중심축에 대해 수직할 필요는 없으며, 보조 반사면의 수는 한 개로 제한되지 않는다. 또한, 광은 회전 다면체 반사기에서 세 번 이상 반사될 수 있다. 또한, 디스플레이 장치의 수는 비록 상술한 실시예가 하나의 디스플레이 장치를 사용하고 있지만 하나로 제한되지 않는다. 디스플레이 장치는 액정 디스플레이 장치가 아닌, 예컨대 소형 거울을 사용하는 장치와 같은, 반사식 장치일 수 있다. PBS(8) 대신 전체적인 반사 프리즘이 사용될 수 있다. 컬러 분리 거울에 의해 반사된 광의 컬러는 세 개의 컬러(R, G, B)로 제한되지 않는다.
따라서, 광학 유닛 또는 화상 디스플레이 장치는 R, G 및 B 광 스폿이 디스플레이 장치 상에서 오버랩되는 것을 방지하며 소모된 광을 제거함으로써, 광의 이용 비율과 스크린 휘도를 개선한다. 디스플레이 장치 상에서의 R, G 및 B 광 스폿의 위치 조절은 더 이상 필요하지 않으며 장치는 보다 콤팩트하고 저렴할 수 있다.
상술한 내용은 최적 모드의 그리고/또는 다른 양호한 실시예로서 고려되는 것들에 대해 설명하였지만, 다양한 개조가 가능하며, 본 발명 또는 본 명세서에서 개시된 발명들은 다양한 형상과 실시예로 실행될 수 있으며, 다양한 적용예로 적용될 수 있으며, 본 명세서에서는 단지 몇몇 적용예만을 설명하였다. 본 발명의 개념의 진정한 범위에 속하는 임의의 그리고 모든 개조예와 변경예에 대해서는 다음의 특허청구범위에 의해 권리 주장하고자 한다.
도1은 제1 실시예를 도시하기 위한 예시적 다이어그램.
도2a는 제1 실시예에 따른 회전 다면체 반사기의 예시적 단면도이고, 도2b는 회전 다면체 반사기의 예시적 사시도.
도3a는 제1 실시예에 따라, 어떤 위치의 회전 다면체 반사기가 회전 동안 R, G 및 B 광선을 반사하는 방법을 도시하며, 도3b는 다른 위치의 회전 다면체 반사기가 회전 동안 R, G 및 B 광선을 반사하는 방법을 도시한 도면.
도4는 제2 실시예를 도시하기 위한 예시적 다이어그램.
도5는 제2 실시예에 따른 회전 다면체 반사기의 예시적 구조를 도시한 도면.
도6은 제3 실시예를 도시하기 위한 예시적 다이어그램.
도7은 제4 실시예를 도시하기 위한 예시적 다이어그램.
도8a 내지 도8c는 제4 실시예에 관한 도면으로서, 도8a는 제1 렌즈 어레이를 도시하고 도8b는 제2 렌즈 어레이를 도시하고 도8c는 렌즈 어레이가 작업하는 방법을 도시하며, 도8d는 회전 다면체 반사기의 반사면 상에서 반사될 때의 렌즈 화상을 도시한 도면.
도9는 제5 실시예를 도시하기 위한 예시적 다이어그램.
도10은 제6 실시예를 도시하기 위한 예시적 다이어그램.
도11은 제7 실시예를 도시하기 위한 예시적 다이어그램.
도12a는 여덟 개의 만곡된 반사면을 갖는 만곡 반사면을 구비한 회전 다면체 반사기를 도시한 도면이고, 도12b는 주 반사면으로서 여덟 개의 만곡 반사면을 갖는 회전 다면체 반사기에 대한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 램프 유닛
2 : 제1 렌즈 어레이
3 : 제2 렌즈 어레이
4 : 편광 컨버터
5a, 5b, 5c : 다이크로익 거울
6a, 6b : 시준기 렌즈
7 : 회전 다면체 반사기
8 : 편광 비임 스플리터(PBS)
8a : 분석 필름
9 : 반사식 디스플레이 장치
10 : 투사기
20 : 전력 공급 회로
21 : 신호 처리 회로
22 : 구동 회로
25 : 모터

Claims (19)

  1. (a) 광원과,
    (b) 화상 신호에 따라 광원으로부터 방사된 광으로부터 광학적 화상을 형성하는 디스플레이 장치와,
    (c) 광원으로부터 방사된 광을 복수개의 컬러의 광선으로 분리하는 컬러 분리기와,
    (d) 중심축 둘레에 복수개의 반사면을 갖고, 인접한 반사면들 또는 인접한 반사면 접선들에 의해 형성된 각각의 각도가 광 입사측 및 광 출사측 상에서 180도보다 작고, 중심축 둘레에서 회전하는 동안 반사면이 컬러 분리기로부터의 컬러 광선을 순서대로 반사하고 이 광선들을 디스플레이 장치 상으로 보내는 회전 다면체 반사기와,
    (e) 디스플레이 장치로부터의 광선을 컬러 화상으로서 투사하는 투사기를 포함하며,
    회전 다면체 반사기로부터 디스플레이 장치 상에 발사된 컬러 광선은 회전 다면체 반사기의 회전에 기초한 반사면의 변화에 따라 디스플레이 장치 상에서 소정 방향으로 스크롤하는 투사식 화상 디스플레이 장치.
  2. (a) 광원과,
    (b) 화상 신호에 따라 광원으로부터 방사된 광으로부터 광학적 화상을 형성하는 디스플레이 장치와,
    (c) 광원으로부터 방사된 광을 복수개의 컬러의 광선으로 분리하는 컬러 분리기와,
    (d) 중심축 둘레에 복수개의 주 반사면과 보조 반사면을 갖고, 인접한 주 반사면들 또는 인접한 주 반사면 접선들에 의해 형성된 각도가 광 입사측 및 광 출사측 상에서 180도보다 작고, 주 반사면들과 보조 반사면에 의해 형성된 각도가 광 입사측 및 광 출사측 상에서 180도보다 작고, 중심축 둘레에서 회전하는 동안 주 반사면과 보조 반사면이 컬러 분리기로부터의 최종 컬러 광선을 반사하고 이 광선들을 디스플레이 장치 상으로 보내는 회전 다면체 반사기와,
    (e) 화상 디스플레이 장치로부터의 광선을 컬러 화상으로서 투사하는 투사기를 포함하며,
    회전 다면체 반사기로부터 디스플레이 장치 상에 발사된 컬러 광선은 회전 다면체 반사기의 주 반사면과 보조 반사면의 회전에 따라 디스플레이 장치 상에서 소정 방향으로 스크롤하는 투사식 화상 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서, 회전 다면체 반사기의 복수개의 반사면은 중심축에 대해 경사지는 투사식 화상 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서, 회전 다면체 반사기의 복수개의 반사면은 그 내측면 상에서 중심축 둘레에 놓이는 투사식 화상 디스플레이 장치.
  5. 제2항에 있어서, 주 반사면과 보조 반사면은 중심축에 대해 대칭인 투사식 화상 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서, 회전 다면체 반사기의 복수개의 반사면은 동일한 형상을 갖는 투사식 화상 디스플레이 장치.
  7. 제2항에 있어서, 회전 다면체 반사기의 복수개의 주 반사면은 동일한 형상을 갖는 투사식 화상 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서, 컬러 분리기의 컬러 분리면은 서로에 대해 경사진 투사식 화상 디스플레이 장치.
  9. 제2항에 있어서, 컬러 분리기의 컬러 분리면은 서로에 대해 경사진 투사식 화상 디스플레이 장치.
  10. 제1항에 있어서, 컬러 분리기의 컬러 분리면은 서로 평행하며, 반사면으로부터 반사된 광선이 투사되는 표면 영역이 오버랩되지 않도록 하는 크기와 공간을 갖는 투사식 화상 디스플레이 장치.
  11. 제2항에 있어서, 컬러 분리기의 컬러 분리면은 서로 평행하며, 반사면으로부터 반사된 광선이 투사되는 표면 영역이 오버랩되지 않도록 하는 크기와 공간을 갖는 투사식 화상 디스플레이 장치.
  12. 제1항에 있어서, 컬러 분리기는 인접한 컬러 분리면들 사이에 광 투과 재료를 갖는 프리즘을 포함하는 투사식 화상 디스플레이 장치.
  13. 제2항에 있어서, 컬러 분리기는 인접한 컬러 분리면들 사이에 광 투과 재료를 갖는 프리즘을 포함하는 투사식 화상 디스플레이 장치.
  14. (a) 광원과,
    (b) 화상 신호에 따라 광원으로부터 방사된 광으로부터 광학적 화상을 형성하는 디스플레이 장치와,
    (c) 광원으로부터의 광을 처리하기 위해 평면 상에서 적어도 수직 방향이나 수평 방향으로 엇갈림 패턴으로 배열된 복수개의 렌즈를 갖는 제1 렌즈 어레이와,
    (d) 평면 상에서 적어도 수직 방향이나 수평 방향으로 엇갈림 패턴으로 배열된 복수개 렌즈를 갖고 제1 렌즈 어레이의 렌즈 화상을 형성하는 제2 렌즈 어레이와,
    (e) 제2 렌즈 어레이로부터의 광을 서로 다른 컬러의 광선으로 분리하는 컬러 분리기와,
    (f) 중심축 둘레에 복수개의 반사면을 갖고, 인접한 반사면들 또는 인접한 반사면 접선들에 의해 형성된 각각의 각도가 광 입사측 및 광 출사측 상에서 180도보다 작고, 중심축 둘레에서 회전하는 동안 반사면이 컬러 분리기로부터의 컬러 광선을 순서대로 반사하고 이 광선들을 디스플레이 장치 상으로 방사하는 회전 다면체 반사기와,
    (g) 디스플레이 장치로부터의 광선을 컬러 화상으로서 투사하는 투사기를 포함하며,
    제1 및 제2 렌즈 어레이를 통과한 광의 컬러 분리기에 의한 컬러 분리의 결과로서의 컬러 광선은 회전 다면체 반사기의 회전에 기초한 반사면의 변화에 따라 디스플레이 장치 상에서 소정 방향으로 스크롤하는 투사식 화상 디스플레이 장치.
  15. (a) 광원과,
    (b) 화상 신호에 따라 광원으로부터의 광으로부터 광학적 화상을 형성하는 디스플레이 장치와,
    (c) 광원으로부터의 진입 광이 반사되는 동안 내부 광 가이드를 통해 진행하도록 하는 제1 광 파이프와,
    (d) 제1 광 파이프로부터의 광선의 편광 상태를 동일하게 만드는 평광 컨버터와,
    (e) 제1 광 파이프의 광 가이드보다 2배가 넓은 내부 광 가이드를 가지며, 편광 컨버터로부터의 편광광이 반사되는 동안 내부 광 가이드를 통해 진행해서 진입하도록 하는 제2 광 파이프와,
    (f) 제2 광 파이프로부터의 광을 서로 다른 컬러의 광선으로 분리하는 컬러 분리기와,
    (g) 중심축 둘레에 복수개의 반사면을 갖고, 인접한 반사면들 또는 인접한 반사면 접선들에 의해 형성된 각도가 광 입사측 및 광 출사측 상에서 180도보다 작고, 중심축 둘레에서 회전하는 동안 반사면들이 컬러 분리기로부터의 컬러 광선을 순서대로 반사하도록 하고, 이 광선들을 디스플레이 장치로 방사하는 회전 다면체 반사기와,
    (h) 화상 디스플레이 장치로부터의 광선을 컬러 화상으로서 투사하는 투사기를 포함하며,
    제2 광 파이프를 통과한 편광광은 컬러 분리기에 도달하고 서로 다른 컬러의 광선으로 분리되며, 최종 컬러 광선은 회전 다면체 반사기의 회전에 기초한 반사면의 변화에 따라 디스플레이 장치 상에서 소정 방향으로 스크롤하는 투사식 화상 디스플레이 장치.
  16. 제1항에 있어서, 회전 다면체 반사기의 광 입사측 및 광 출사측 반사면은 볼록한 만곡면인 투사식 화상 디스플레이 장치.
  17. 제2항에 있어서, 회전 다면체 반사기의 광 입사측 및 광 출사측 반사면은 볼록한 만곡면인 투사식 화상 디스플레이 장치.
  18. 제14항에 있어서, 회전 다면체 반사기의 광 입사측 및 광 출사측 반사면은 볼록한 만곡면인 투사식 화상 디스플레이 장치.
  19. 제15항에 있어서, 회전 다면체 반사기의 광 입사측 및 광 출사측 반사면은 볼록한 만곡면인 투사식 화상 디스플레이 장치.
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