KR100688673B1

KR100688673B1 - 조명 장치 및 프로젝터

Info

Publication number: KR100688673B1
Application number: KR1020040097272A
Authority: KR
Inventors: 사카타히데후미; 아루가스스무
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2007-03-02
Also published as: US7484850B2; CN1621891A; JP2005157059A; US20050157263A1; KR20050051559A; TW200519412A

Abstract

본 발명은 특정의 진동 방향의 편광광을 효율적으로 공급할 수 있고, 액정형 공간 광변조 장치를 이용하는 프로젝터에 적절한 조명 장치 등을 제공하는 것에 관한 것이다. 광을 공급하는 광원(101)과, 광원(101)으로부터의 광을 대략 평행화하는 평행화 광학계(102)와, 평행화 광학계(102)로부터의 광중 특정의 진동 방향의 편광광을 투과시켜서, 특정의 진동 방향과는 상이한 다른 진동 방향의 편광광을 반사하는 반사형 편광판(104)을 구비하고, 광원(101)은 반사형 편광판(104)에 의해 반사되어 광원(101)의 방향으로 진행하는 광을, 평행화 광학계(102)의 방향으로 반사하는 반사부(212)를 구비한다.

Description

조명 장치 및 프로젝터{ILLUMINATING DEVICE AND PROJECTOR}

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 프로젝터의 개략 구성도,

도 2는 조명 장치의 일부 구성과 광로의 설명도,

도 3은 반사형 편광판의 평면도,

도 4는 반사형 편광판의 단면도,

도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 프로젝터의 개략 구성도,

도 6은 실시예 2의 변형예에 따른 프로젝터의 개략 구성도,

도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 프로젝터의 개략 구성도,

도 8은 실시예 3의 조명 장치의 변형예의 개략 구성도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 프로젝터 101 : LED

102 : 콜리메이터 렌즈 103 : λ/4 위상판

104 : 반사형 편광판 105 : 집광 렌즈

110 : 조명 장치 120 : 로드 인티그레이터

132 : 컬러 필터 134 : 액정형 공간 광변조 장치

140 : 투사 렌즈 150 : 스크린

212 : 반사부 313 : 와이어

415 : 기판 500 : 프로젝터

506 : 리플렉터 510 : 조명 장치

600 : 프로젝터 602 : 콜리메이터 렌즈

606 : 리플렉터 610 : 조명 장치

700 : 프로젝터 701R : R광용 LED

701G : G광용 LED 701B : B광용 LED

702R, 702G, 702B : 콜리메이터 렌즈 703R, 703G, 703B : λ/4 위상판

704R, 704G, 704B : 반사형 편광판 710 : 조명 장치

734 : 액정형 공간 광변조 장치 805R, 805G, 805B : 집광 렌즈

810 : 조명 장치 d : 폭

p : 피치

본 발명은 조명 장치 및 프로젝터, 특히 액정형 공간 광변조 장치(liquid crystal type spatial light modulator)와 조합하여 사용되는 조명 장치의 기술에 관한 것이다.

프로젝터에서는, 광원과 공간 광변조 장치를 포함시킨 광학계에 있어서, 유효하게 취급할 수 있는 광속이 존재하는 공간적인 넓이를 면적과 입체각의 곱[넓이, 기하학적 범위(etendue, Geometrical Extent)]으로서 표시할 수 있다. 이 면적과 입체각의 곱은 광학계에 있어서 보존된다. 공간 광변조 장치가 유효하게 변조 가능한 광의 취입 각도에는 한계가 있다. 이 때문에, 광원의 공간적인 넓이가 커지면, 광원으로부터의 광속을 유효하게 이용하는 것이 어려워진다.

액정형 공간 광변조 장치를 구비하는 프로젝터의 조명 장치에는, 편광 변환을 실행하기 위한 부재로서, 예컨대 PBS 어레이가 설치된다. PBS 어레이는 1개의 광속을 진동 방향이 대략 직교하는 2개의 편광광으로 분리하고, 그 한쪽을 위상판으로 변환한다. 이 때문에, PBS 어레이를 사용하면 광속이 대략 2배로 커진다. 특히, 광원에 고체 발광 소자인 발광 다이오드 소자(이하, 「LED」라 함)를 어레이형으로 설치하는 경우, 광원의 발광 면적이 커진다. 이에 의해, 어레이형의 LED와 PBS 어레이를 조합하여 사용하면, 광속이 커져 조명 효율의 저하를 초래하는 것으로 사료된다. 따라서, LED를 어레이형으로 하는 구성에 있어서는, 넓이를 크게 하지 않고 특정의 진동 방향의 편광광을 공급할 것이 요구된다. 넓이를 크게 하지 않고 특정의 진동 방향의 편광광을 공급하기 위한 기술로는, 예컨대 일본 특허 공개 제 2000-221499 호 및 제 2003-57445 호에 제안되어 있는 것이 있다.

그러나, 일본 특허 공개 제 2000-221499 호에 제안되어 있는 기술은, LED 내부에 편광 변환 소자를 설치하는 것이다. LED 내부에 편광 변환 소자를 설치하면, LED의 제조가 어려워질 뿐더러, LED로부터의 열에 의해 반사형 편광 필름이 변질되 고, 편광 변환을 실행하는 것이 어려워지는 경우가 있다. 또한, 일본 특허 공개 제 2003-57445 호에 제안되어 있는 기술은, 로드 인티그레이터(rod integrator)의 입사 단면에 반사면, 로드 인티그레이터의 사출측에 편광 변환 소자를 설치하는 것이다. 로드 인티그레이터의 입사 단면에는 광원으로부터의 광을 입사시키는 개구부를 설치하기 때문에, 반사형 편광판에 의해 반사된 광이 개구부로부터 사출하고, 로드 인티그레이터에 의한 광의 리사이클 효율이 저하하는 경우가 있다. 또한, 어레이형의 LED로부터의 광을 효율적으로 로드 인티그레이터에 입사시키기 위해서는, LED를 배치하는 영역에 대응하여 로드 인티그레이터를 대형으로 하는 것, LED에 대응하여 복수의 개구부를 로드 인티그레이터에 설치하는 등의 조치를 취할 필요가 생긴다.

반사형 편광판은 반사형 편광판에 대하여 대략 수직한 방향으로부터 입사하는 광을 효율적으로 분리할 수 있다. 이에 비하여, 상기 일본 특허 공개 제 2000-221499 호 및 제 2003-57445 호에 제안되어 있는 구성 중 어느 것도, 일부의 광은 반사형 편광판에 대하여 비스듬히 입사하는 것이다. 이 때문에, 광을 효율적으로 분리하는 것이 어려워진다. 이와 같이, 종래의 기술에 의하면, 효율적으로 특정의 진동 방향의 편광광을 공급하는 것이 어려워지는 경우가 있기 때문에 문제이다. 본 발명은 상술한 문제를 감안하여 이루어진 것이고, 특정의 진동 방향의 편광광을 효율적으로 공급할 수 있으며, 액정형 공간 광변조 장치를 이용하는 프로젝터에 적절한 조명 장치, 및 그 조명 장치를 사용하는 프로젝터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의하면, 광을 공급하는 광원과, 광원으로부터의 광을 대략 평행화하는 평행화 광학계와, 평행화 광학계로부터의 광중 특정의 진동 방향의 편광광을 투과시키고, 특정의 진동 방향과는 상이한 다른 진동 방향의 편광광을 반사하는 반사형 편광판과, 반사형 편광판에 의해 반사되어 광원의 방향으로 진행하는 광을, 평행화 광학계의 방향으로 반사하는 반사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치를 제공할 수 있다.

반사형 편광판에 입사한 광중, 특정의 진동 방향의 편광광은 반사형 편광판을 투과한다. 이에 비하여, 특정의 진동 방향 이외의 다른 진동 방향의 광은, 반사형 편광판에 의해 반사되어서 광원의 방향으로 복귀한다. 예컨대, 반사부가 광원에 설치되어 있는 경우, 반사형 편광판으로부터 광원의 방향으로 복귀하는 광은 반사부에 의해 반사되고, 다시 반사형 편광판의 방향으로 진행한다. 광원과 반사형 편광판 사이에 평행화 광학계를 설치함으로써, 반사형 편광판에 의해 반사된 광은, 반사형 편광판의 방향으로 진행 할 때와 대략 동일한 광로를 진행한다. 이 때문에, 반사형 편광판에 의해 반사된 광을 효율적으로 광원으로 복귀시킬 수 있다. 이에 의해, 반사부와 반사형 편광판 사이의 광로를 편광광이 순환(리사이클)하는 과정에 있어서, 반사형 편광판에 의해 특정의 진동 방향의 편광광을 순서대로 취출할 수 있다. 이 결과, 높은 이용 효율로 특정의 진동 방향의 편광광을 얻을 수 있다.

광원으로부터의 광을 평행 광학계에 의해 대략 평행화하기 위해서, 광원으로부터의 광은 반사형 편광판에 대하여 대략 수직한 방향으로부터 입사하게 된다. 광원으로부터의 광을 반사형 편광판에 대하여 대략 수직한 방향으로부터 입사시킴으로써, 광원으로부터의 광을 효율적으로 분리할 수 있다. 또한, 반사형 편광판을 광원의 외부에 배치하기 위해서, 광원으로부터의 열에 의한 반사형 편광판의 변질을 방지할 수 있을 뿐더러, 광원의 제조도 용이하게 할 수 있다. 본 발명의 조명 장치는 광원으로부터의 광속을 두배로 증가시키지 않고 특정의 진동 방향의 편광광을 공급 가능하다. 이 때문에, 프로젝터의 광학계에 있어서 광원으로부터의 광속을 유효하게 이용할 수 있다. 광원으로부터의 광속을 유효하게 이용할 수 있기 때문에, 예컨대 복수의 광원을 어레이형으로 배치하는 구성에도 용이하게 대응하는 것이 가능하다. 이에 의해, 특정의 진동 방향의 편광광을 효율적으로 공급할 수 있고, 액정형 공간 광변조 장치를 이용하는 프로젝터에 적절한 조명 장치를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 평행화 광학계는 콜리메이터 렌즈(collimator lens), 리플렉터, 콜리메이터 렌즈와 리플렉터의 조합체중 어느 하나인 것이 바람직하다. 평행화 광학계로서 콜리메이터 렌즈, 리플렉터, 콜리메이터 렌즈와 리플렉터의 조합체중 어느 하나를 설치함으로써, 광원으로부터의 광을 대략 평행광으로 변환할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 복수의 광원이 어레이형으로 설치되고, 복수의 평행화 광학계와, 복수의 반사형 편광판이 광원에 대응하여 각각 어레이형으로 설치되는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 조명 장치는, 복수의 광원을 어레이형으로 배치하는 구성에도 용이하게 대응하는 것이 가능하다. 평행화 광학계와 반사형 편광판을 광원에 대응시켜서 설치함으로써, 복수의 광원으로부터의 광을 효율적으로 공급할 수 있다. 이에 의해, 복수의 광원으로부터의 광을 효율적으로 공급 가능한 조명 장치를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시형태로는, 평행화 광학계와 반사형 편광판 사이에 위상판을 구비하는 것이 바람직하다. 위상판은 반사형 편광판에 의해 반사된, 예컨대 직선 편광을 원 편광으로 변환한다. 광원의 방향으로 진행한 원 편광은 광원에 설치된 반사부에서 평행화 광학계의 방향으로 반사된 후 다시 위상판을 투과함으로써 직선 편광으로 변환된다. 예컨대 λ/4 위상판을 이용하면, 반사형 편광판에 의해 반사된 직선 편광은 2회 위상판을 투과함으로써 위상이 λ/2 변화하게 된다. 이 때문에, 반사형 편광판에 의해 반사된 직선 편광중 일부의 직선 편광을, 다시 반사형 편광판으로 입사될 때까지 특정의 진동 방향의 직선 편광으로 변환할 수 있다. 특정의 진동 방향의 직선 편광으로 변환된 광은 반사형 편광판을 투과할 수 있다. 이에 비하여, 다시 위상판을 투과함으로써 특정의 진동 방향과는 상이한 다른 진동 방향으로 변환된 직선 편광은 반사형 편광판에 의해 반사되어, 상술의 재순환을 반복한다. 이와 같이, 위상판을 설치함으로써, 더 효율적으로 소망하는 직선 편광 성분을 취출할 수 있다. 본 발명의 구성에 의하면, 위상판에 대하여 광을 대략 수직한 방향으로부터 입사시키는 것이 가능하다. 위상판에 대하여 광을 대략 수직한 방향으로부터 입사 가능하기 때문에, 직선 편광과 원 편광의 변환을 효율적으로 실행할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시형태는 반사형 편광판을 투과한 편광광을 집광하는 렌즈계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 렌즈계를 이용하여 편광광을 집광함으로써, 특정의 영역에 효율적으로 편광광을 진행시킬 수 있다. 또한, 렌즈계가 특정의 영역에 편광광을 진행시키는 구성으로 함으로써, 복수의 광원을 어레이형으로 설치하는 경우도 효율적으로 특정의 영역에 광을 진행시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 특정의 진동 방향의 편광광을 공급하는 조명 장치와, 조명 장치로부터의 편광광의 강도 분포를 대략 균일화하는 도광 광학계와, 도광 광학계로부터의 광을 화상 신호에 따라 변조하는 공간 광변조 장치와, 공간 광변조 장치로부터의 광을 투사하는 투사 렌즈를 포함하고, 조명 장치는 상기 조명 장치인 것을 특징으로 하는 프로젝터를 제공할 수 있다. 본 발명의 프로젝터는 상술한 조명 장치를 이용하고 있기 때문에, 높은 광 이용 효율로 밝은 화상을 얻을 수 있다. 또한, 복수의 광원을 어레이형으로 배치하는 구성으로 해도, 도광 광학계를 대형으로 하는 것, 광원에 대응하여 도광 광학계의 입사 단면에 복수의 개구부를 설치하는 것 등의 조치를 취할 필요도 없다. 이 때문에, 프로젝터를 소형 또한 간단한 구성으로 할 수 있다.

이하에 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

실시예 1

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 프로젝터(100)의 개략 구성을 도시한다. 본 실시예에서는, 우선 프로젝터(100)의 전체 구성에 대하여 설명하고, 다음에 조명 장치(110)에 의해 특정의 진동 방향의 편광광을 공급하는 구성에 대하여 설명한다. 프로젝터(100)는 조명 장치(110)와, 도광 광학계인 로드 인티그레이터(120)와, 공간 광변조 장치인 액정형 공간 광변조 장치(134)와, 투사 렌즈(140)를 구비한다. 조명 장치(110)는 LED(101), 콜리메이터 렌즈(102), λ/4 위상판(103), 반사형 편광판(104), 집광 렌즈(105)로 구성된다. 광원인 LED(101)는 백색광을 공급한다. LED(101)로부터 공급되는 백색광은 평행화 광학계인 콜리메이터 렌즈(102)에 입사한다.

콜리메이터 렌즈(102)는 LED(101)로부터의 광을 대략 평행화한다. 콜리메이터 렌즈(102)에 의해 대략 평행화된 광은 λ/4 위상판(103)을 투과한 후, 반사형 편광판(104)에 입사한다. 반사형 편광판(104)은 콜리메이터 렌즈(102)로부터의 광중 특정의 진동 방향의 편광광, 예컨대 p 편광광을 투과시킨다. 또한, 반사형 편광판(104)은 콜리메이터 렌즈(102)로부터의 광중 특정의 진동 방향과는 상이한 다른 진동 방향의 편광광을 반사한다. 예컨대, 반사형 편광판(104)은 p 편광광 이외의 편광광을 반사한다.

반사형 편광판(104)을 투과한 편광광은 집광 렌즈(105)에 의해 로드 인티그레이터(120)의 입사 단면 근방의 영역에 집광된다. 이렇게 하여 조명 장치(110)는 특정의 진동 방향의 편광광을 공급한다. 또한, 콜리메이터 렌즈(102)와 집광 렌즈(105)는 모두 프레넬 렌즈(Fresnel lenses)에 의해 구성하는 것으로 할 수도 있다. 콜리메이터 렌즈(102)와 집광 렌즈(105)를 프레넬 렌즈에 의해 구성하는 경우도, 조명 장치(110)는 상술한 바와 같이 특정의 진동 방향의 편광광을 공급할 수 있다.

도광 광학계인 로드 인티그레이터(120)는 조명 장치(110)로부터의 편광광의 강도 분포를 대략 균일화한다. 로드 인티그레이터(120)는 단면이 대략 직사각형인 투명한 유리 부재로 이루어진다. 로드 인티그레이터(120)에 입사한 광은, 유리 부재와 공기의 계면에 있어서 전반사를 반복하면서 로드 인티그레이터(120)의 내부를 진행한다. 로드 인티그레이터(120)로는 유리 부재로 구성하는 것으로 한정되지 않고, 내면을 반사면으로 하는 공중 구조로 할 수도 있다. 내면을 반사면으로 하는 로드 인티그레이터의 경우, 로드 인티그레이터에 입사한 광은 반사면에 있어서 반사를 반복하면서 로드 인티그레이터의 내부를 진행한다. 또한, 로드 인티그레이터는 유리 부재와 반사면을 조합하는 구성으로 할 수도 있다. 집광 렌즈(105)를 사용하여 로드 인티그레이터(120)의 입사 단면 근방에 편광광을 집광함으로써, 효율적으로 로드 인티그레이터(120)에 특정의 진동 방향의 편광광을 입사시킬 수 있다. 또한, 로드 인티그레이터(120)의 출사 단면측에 출사 단면으로부터의 출사광이 확산하지 않도록 그 출사 방향을 규제하여 집광하는 집광 렌즈, 로드 인티그레이터의 출사 단면을 액정형 공간 광변조 장치(134)상에 결상하는 결상 렌즈 등을 배치할 수도 있다.

로드 인티그레이터(120)에 의해 강도 분포를 대략 균일화된 광은 컬러 필터(132)에 입사한다. 컬러 필터(132)는 액정형 공간 광변조 장치(134)의 입사측에 설치되어 있다. 컬러 필터(132)는 조명 장치(110)로부터의 백색광을 적색광(이하, 「R광」이라 함)과, 녹색광(이하, 「G광」이라 함)과, 청색광(이하, 「B광」이라 함)으로 분리한다. 컬러 필터(132)는 어느 것도 도시하지 않은 R광 투과 컬러 필터와, G광 투과 컬러 필터와, B광 투과 컬러 필터를 어레이형으로 배치하고 있다. 각 색광 투과 컬러 필터에 대응하여, 액정형 공간 광변조 장치(134)에도, 어느 것도 도시하지 않은 R광용 액정층과, G광용 액정층과, B광용 액정층이 설치되어 있다. 컬러 필터(132)중 R광 투과 컬러 필터를 실시한 부분은 백색광중 R 성분의 광이 투과한다. 이에 비하여, R광 투과 컬러 필터에 입사한 G 성분 및 B 성분의 광은 R광 투과 컬러 필터를 투과하지 않고 흡수된다.

R광 투과 컬러 필터를 투과한 R 성분의 광은 액정형 공간 광변조 장치(134)의 R광용 액정층에 입사한다. 액정형 공간 광변조 장치(134)는 화상 신호에 따라 액정층에 광을 투과시키는, 소위 투과형 액정 표시 장치이다. 여기서, R광용 액정층에 공급되는 R광은 특정의 진동 방향의 편광광, 예컨대 p 편광광이다. R광용 액정층에 입사한 R 성분의 p 편광광은 화상 신호에 따른 변조에 의해 s 편광광으로 변환된다. 변조에 의해 s 편광광으로 변환된 R광은 액정형 공간 광변조 장치(134)로부터 사출된다. G광, B광에 대해서도, R광과 마찬가지로 하여, 화상 신호에 따라 변조되고, 액정형 공간 광변조 장치(134)로부터 사출된다. 이와 같이 하여, 풀 컬러상을 얻을 수 있다. 액정형 공간 광변조 장치(134)로부터의 광은 투사 렌즈(140)에 의해 스크린(150)에 투사된다.

다음에, 조명 장치(110)의 구성을 상세하게 설명한다. 도 2는 조명 장치(110)의 일부의 구성과, LED(101)로부터의 광의 광로의 예를 나타낸다. 상술한 바 와 같이, 반사형 편광판(104)은 특정의 진동 방향의 편광광, 예컨대 p 편광광을 투과하고, 특정의 진동 방향과는 상이한 다른 진동 방향의 편광광, 예컨대 s 편광광을 반사한다. 이 때, 반사형 편광판(104)에 입사하는 광은 콜리메이터 렌즈(102)에 의해 대략 평행화되어 있기 때문에, 반사형 편광판(104)에 의해 반사된 광은 반사형 편광판(104)에 입사할 때와 대략 동일한 광로를 역으로 진행한다. 반사형 편광판(104)에 의해 반사된 광중 s 편광광은 λ/4 위상판(103)을 투과함으로써 원 편광으로 변환된다. λ/4 위상판(103)을 투과한 광은 콜리메이터 렌즈(102)를 투과하여 LED(101)로 복귀한다.

LED(101)에는 반사부(212)가 설치된다. 반사부(212)로서는 광택성을 갖는 부재, 예컨대 알루미늄이나 은 등의 금속 부재에 의해 구성할 수 있다. 반사부(212)를 금속 부재로 구성하면, 반사부(212)를 내열성이 우수한 구성으로 할 수 있다. LED(101)로 복귀한 광은 반사부(212)에 의해 반사되어서 다시 콜리메이터 렌즈(102)의 방향으로 진행한다. 콜리메이터 렌즈(102)를 투과하여 다시 λ/4 위상판(103)에 입사하는 광중 원 편광은, 예컨대 직선 편광인 p 편광광으로 변환된다. 특정의 진동 방향의 편광광인 p 편광광은 반사형 편광판(104)을 투과할 수 있다. 이에 비하여, 다시 λ/4 위상판(103)을 투과함으로써 특정의 진동 방향과는 상이한 다른 진동 방향으로 변환된 직선 편광은 반사형 편광판(104)에 의해 반사되어, 상술한 순환을 반복한다.

여기서, 반사형 편광판(104)의 구성에 대하여 설명한다. 도 3은 반사형 편광판(104)의 평면도를 도시한다. 도 4는 반사형 편광판(104)의 단면도를 도시한 다. 본 실시예의 반사형 편광판(104)으로는 광학적으로 투명한 유리 부재로 이루어지는 기판(415)상에, 금속, 예컨대 알루미늄으로 구성되는 와이어(313)를 격자형으로 설치한 와이어 그리드(Wire Grid)형 편광자를 이용할 수 있다. 와이어 그리드형 편광자는 폭(d)의 와이어(313)를 피치(p)의 격자형으로 설치하고 있다. 예컨대, 와이어(313)의 피치(p)를 150㎚, 와이어의 폭(d)을 70 내지 80㎚로 할 수 있다. 와이어 그리드형 편광자는 진동 방향이 와이어(313)에 대략 수직한 편광광을 투과하고, 진동 방향이 와이어(313)에 대략 평행한 편광광을 반사한다. 와이어 그리드형 편광자를 특정의 진동 방향의 편광광의 진동 방향에 대하여 와이어(313)가 대략 수직으로 되도록 설치함으로써, 특정의 진동 방향의 편광광만을 투과시킬 수 있다.

LED(101)와 반사형 편광판(104) 사이에 콜리메이터 렌즈(102)를 설치함으로써, 반사형 편광판(104)에 의해 반사된 광은 반사형 편광판(104)의 방향으로 진행할 때와 대략 동일한 광로를 역으로 진행한다. 이 때문에, 광의 손실을 저감하고, 반사형 편광판(104)에 의해 반사된 광을 효율적으로 LED(101)로 복귀시킬 수 있다. 그리고, 반사형 편광판(104)으로부터 LED(101)의 방향으로 복귀하는 광은 반사부(212)에 의해 반사되어, 다시 반사형 편광판(104)의 방향으로 진행한다. 반사부(212)와 반사형 편광판(104) 사이의 광로를 편광광이 순환(리사이클)하는 과정에 있어서, 반사형 편광판(104)에 의해 특정의 진동 방향의 편광광을 순서대로 취출할 수 있다. 이 결과, 높은 이용 효율로 특정의 진동 방향의 편광광을 얻을 수 있다. 이에 의해, 특정의 진동 방향의 편광광을 효율적으로 공급할 수 있고, 액정형 공간 광변조 장치(134)를 이용하는 프로젝터(100)에 적절한 조명 장치(110)를 얻을 수 있다는 효과를 이룬다. 또한, 조명 장치(110)를 이용함으로써, 높은 광 이용 효율로 밝은 화상의 프로젝터(100)를 얻을 수 있다는 효과를 이룬다.

또한, λ/4 위상판(103)을 사용하면, 반사형 편광판(104)에 의해 반사된 직선 편광은 2회 위상판을 투과함으로써 위상이 λ/2 변화하게 된다. 이 때문에, 반사형 편광판(104)에 의해 반사된 직선 편광중 일부의 직선 편광을, 다시 반사형 편광판(104)에 입사될 때까지 특정의 진동 방향의 직선 편광으로 변환할 수 있다. 예컨대, 반사형 편광판(104)에 의해 반사된 광중, 특정의 진동 방향과는 상이한 다른 진동 방향의 s 편광광은 위상이 λ/2 변화함으로써 편광축이 90도 회전하고, 특정의 진동 방향의 p 편광광으로 된다. 이렇게 하여 특정의 진동 방향의 직선 편광으로 변환된 광은, 반사형 편광판(104)을 투과할 수 있다. 이에 비하여, 다시 λ/4 위상판(103)을 투과함으로써 특정의 진동 방향과는 상이한 다른 진동 방향으로 변환된 직선 편광은, 반사형 편광판(104)에 의해 반사되어, 상술한 재순환을 반복한다. 이에 의해, 더욱 효율적으로, 소망하는 직선 편광 성분을 취출할 수 있다는 효과를 이룬다.

예컨대, λ/4 위상판(103)에 대하여 경사 방향으로부터 직선 편광을 입사시키면, 원 편광 이외에 일부 타원 편광이 생기게 된다. λ/4 위상판(103)에 의해 타원 편광을 생성시키게 되면, 직선 편광과 원 편광의 변환을 효율적으로 실행하는 것이 어렵고, 위상의 변화량에 오차가 생기게 하는 경우가 있다. 반사형 편광판(104)에 대해서도, 반사형 편광판(104)에 대하여 대략 수직한 방향으로부터 광을 입사시킬 경우에, 효율적으로 특정의 진동 방향의 편광광을 투과시킬 수 있다. 반사형 편광판(104)에 대해서 경사 방향으로부터 광을 입사시키면, 소망하는 직선 편광광을 효율적으로 투과시키는 것이 어려워진다.

본 발명의 조명 장치(110)는 LED(101)로부터의 광을 콜리메이터 렌즈(102)에 의해 대략 평행화하기 위해서, LED(101)로부터의 광을 λ/4 위상판(103) 및 반사형 편광판(104)에 대하여 대략 수직한 방향으로부터 입사시키는 구성으로 할 수 있다. λ/4 위상판(103)에 대하여 대략 수직한 방향으로부터 광을 입사시킴으로써, 직선 편광과 원 편광의 변환을 효율적으로 실행할 수 있다. 또한, LED(101)로부터의 광을 반사형 편광판(104)에 대하여 대략 수직한 방향으로부터 입사시킴으로써, 특정의 진동 방향의 편광광을 효율적으로 취출할 수 있다. 이와 같이, 콜리메이터 렌즈(102)를 사용하여 광을 대략 평행화함으로써, 효율적으로 특정의 진동 방향의 편광광을 취출할 수 있다.

또한, 본 발명의 구성에 의하면, λ/4 위상판(103) 및 반사형 편광판(104)을 LED(101)의 외부에 배치한다. λ/4 위상판(103) 및 반사형 편광판(104)을 LED(101)의 내부에 설치할 필요가 없기 때문에, λ/4 위상판(103) 및 반사형 편광판(104)을 열에 의한 변질로부터 방지할 수 있다. 또한, 금속 부재로 이루어지는 반사부(212)는 내열성이 우수하기 때문에, 조명 장치(110)는 효율이 좋은 조명을 장기간 실행하는 것이 가능하다. LED(101)의 반사부(212)로서는 종래 LED(101)에 설치되는 발광 칩을 이용하는 것으로 하면 무방하다. 발광 칩에 의해 발광 기능 및 반사부(212)로서의 기능을 더불어 갖게 함으로써, LED(101)를 간단한 구성으로 하고, 또한 LED(101)를 용이하게 제조할 수 있다.

실시예 2

도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 프로젝터(500)의 개략 구성을 도시한다. 상기 실시예 1의 프로젝터(100)와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다. 본 실시예 2의 프로젝터(500)는 평행화 광학계로서 리플렉터(506)를 사용하는 것을 특징으로 한다. LED(101)는 LED(101)의 중심축 방향으로 큰 강도의 광을 진행시킨다. 예컨대, LED(101)의 선단부에 렌즈 작용을 갖는 투명 수지를 설치함으로써, LED(101)의 중심축 방향으로 큰 강도의 광을 진행시킬 수 있다. LED(101)의 중심축 방향으로 진행하는 광은 그대로 λ/4 위상판(103)에 입사한다.

이에 비하여, LED(101)로부터의 일부 광은 LED(101)의 중심축 방향 이외의 방향으로 진행한다. LED(101)로부터 LED(101)의 중심축 방향 이외의 방향으로 진행하는 광의 일부는 평행화 광학계인 리플렉터(506)에 입사한다. 리플렉터(506)는 광택성을 갖는 금속 부재, 예컨대 알루미늄으로 이루어지는 대략 포물면 형상의 반사면이다. 그리고, 리플렉터(506)는 LED(101)를 중심으로 하여 LED(101) 주위를 둘러싸고, 개구부를 λ/4 위상판(103)의 방향을 향하도록 하여 설치되어 있다.

LED(101)로부터 리플렉터(506)에 입사한 광은 리플렉터(506)에 의해 반사되고, λ/4 위상판(103)의 방향으로 진행한다. 이 때 리플렉터(506)에 의해 반사되어 λ/4 위상판(103)의 방향으로 진행하는 광의 광로는 LED(101)의 중심축 방향으로 진행하는 광의 광로와 대략 평행하게 된다. 이렇게 하여, 리플렉터(506)는 LED(101)로부터의 광을 대략 평행화한다. LED(101)로부터 직접 λ/4 위상판(103)에 입사한 광은 반사형 편광판(104)에 의해 반사된 후에도, λ/4 위상판(103)으로부터 직접 LED(101)로 복귀한다. LED로부터 리플렉터(506)를 거쳐서 λ/4 위상판(103)에 입사한 광은 반사형 편광판(104)에 의해 반사된 후에도, λ/4 위상판(103)으로부터 리플렉터(506)를 거쳐서 LED(101)로 복귀한다.

이와 같이, 반사형 편광판(104)에 의해 반사된 광은, 상기 실시예 1의 조명 장치(110)와 마찬가지로 반사형 편광판(104)에 입사될 때와 대략 동일한 광로를 역으로 진행한다. 이에 의해, 조명 장치(510)는 상기 실시예 1의 조명 장치(110)와 같이 특정의 진동 방향의 편광광을 효율적으로 공급할 수 있다.

LED(101)와 λ/4 위상판(103) 사이에는 콜리메이터 렌즈를 설치할 수도 있다. 콜리메이터 렌즈를 설치함으로써, LED(101)의 중심축 방향 이외의 방향으로 진행하는 광을 대략 평행화하여 λ/4 위상판(103)으로 유도할 수 있다. 리플렉터(506)와 콜리메이터 렌즈를 조합하여 설치함으로써, 더 효율적으로 광을 공급할 수 있다.

도 6은 실시예 2의 변형예에 따른 프로젝터(600)의 개략 구성을 도시한다. 상기 실시예 2의 프로젝터(500)와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다. 본 변형예의 프로젝터(600)의 조명 장치(610)는 평행화 광학계로서 리플렉터(606)와 콜리메이터 렌즈(602)를 갖는 것을 특징으로 한다. LED(101)로부터 LED(101)의 중심축 방향으로 진행하는 광은, 그대로 콜리메이터 렌즈(602)에 입사한다. LED(101)로부터 LED(101)의 중심축 방향 이외의 방향으로 진 행하는 광의 일부는 리플렉터(606)에 입사한다.

리플렉터(606)는 광택성을 갖는 금속 부재, 예컨대 알루미늄으로 이루어지는 대략 타원 형상의 반사면이다. 리플렉터(606)에 입사한 광은 리플렉터(606)에 의해 반사되어, 콜리메이터 렌즈(602)의 방향으로 진행한다. 콜리메이터 렌즈(602)에 입사한 광은 대략 평행화되어서 λ/4 위상판(103)의 방향으로 진행한다. 반사형 편광판(104)에 의해 반사된 광은 상기 실시예 2의 조명 장치(510)와 마찬가지로 반사형 편광판(104)에 입사할 때와 대략 동일한 광로를 역으로 진행한다. 이와 같이, 평행화 광학계로서 대략 타원 형상의 리플렉터(606)와 콜리메이터 렌즈(602)를 이용해도, 특정의 진동 방향의 편광광을 효율적으로 공급할 수 있다.

실시예 3

도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 프로젝터(700)의 개략 구성을 도시한다. 상기 실시예 1의 프로젝터(100)와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다. 본 실시예 3의 프로젝터(700)는 조명 장치(710)에 복수의 LED를 어레이형으로 설치하는 것을 특징으로 한다. 조명 장치(710)는 R광을 공급하는 R광용 LED(701R)와, G광을 공급하는 Ｇ광용 LED(701G)와, B광을 공급하는 B광용 LED(701B)가 어레이형으로 설치되어 있다.

각 색광용 LED(701R, 701G, 701B)에 대응하여 평행화 광학계인 콜리메이터 렌즈(702R, 702G, 702B)와, λ/4 위상판(703R, 703G, 703B)과, 반사형 편광판(704R, 704G, 704B)이 설치되어 있다. 콜리메이터 렌즈(702R, 702G, 702B), λ/4 위상판(703R, 703G, 703B), 반사형 편광판(704R, 704G, 704B)은 각각 LED에 대응하 여 어레이형으로 설치되어 있다.

우선, R광용 LED(701R)로부터의 R광의 광로에 대하여 설명한다. 콜리메이터 렌즈(702R)는 R광용 LED(701R)로부터의 R광을 대략 평행화한다. 콜리메이터 렌즈(702R)에 의해 대략 평행화된 광은 λ/4 위상판(703R)을 투과한 후, 반사형 편광판(704R)에 입사한다. 반사형 편광판(704R)은 콜리메이터 렌즈(702R)로부터의 광중 특정의 진동 방향의 편광광, 예컨대 p 편광광을 투과시킨다. 또한, 반사형 편광판(704R)은 콜리메이터 렌즈(702R)로부터의 광중 특정의 진동 방향과는 상이한 다른 진동 방향의 편광광을 반사한다. 예컨대, 반사형 편광판(704R)은 p 편광광 이외의 편광광을 반사한다. 반사형 편광판(704R)을 투과한 편광광은 집광 렌즈(105)에 의해 로드 인티그레이터(120)의 입사 단면 근방의 영역에 집광된다.

반사형 편광판(704R)에 의해 반사된 광은 상기 실시예 1의 조명 장치(110)와 마찬가지로 반사형 편광판(704R)에 입사할 때와 대략 동일한 광로를 역으로 진행하여, R광용 LED(701R)로 복귀한다. R광용 LED(701R)에는 상기 실시예 1의 LED(101)와 같이 반사부(도시하지 않음)가 설치되어 있다. R광용 LED(701R)로 복귀된 광은 반사부에 의해 반사되어서 다시 콜리메이터 렌즈(702R)의 방향으로 진행한다. 이와 같이 하여 반사부와 반사형 편광판(704R) 사이의 광로를 편광광이 순환(리사이클)하는 과정에 있어서, 반사형 편광판(704R)에 의해 특정의 진동 방향의 편광광을 순서대로 취출할 수 있다. G광용 LED(701G)로부터의 G광, B광용 LED(701B)로부터의 B광에 대해서도, R광과 동일하게 해서 특정의 진동 방향의 편광광을 순서대로 취출할 수 있다.

로드 인티그레이터(120)와 대략 균일화된 각 색광은 공간 광변조 장치인 액정형 공간 광변조 장치(734)에 입사한다. 액정형 공간 광변조 장치(734)는 조명 장치(710)로부터의 각 색광을 화상 신호에 따라 변조한다. 여기서, 조명 장치(710)로부터의 각 색광의 변조에 대하여 설명한다. 각 색광용 LED(701R, 701G, 701B)는 점등과 소등을 고속으로 전환하는 것이 가능하다. 이 때문에, 화상 신호에 따라 조명 장치(710)의 각 색광용 LED(701R, 701G, 701B)의 점등 타이밍을 다르게 함으로써, 하나의 액정형 공간 광변조 장치(734)에 의해 각 색광을 변조할 수 있다.

R광, G광, B광을 순차적으로 투사하고, 전체적으로 백색의 투사상을 얻기 위해서는, G광의 광속량이 전체의 광속량중 60 내지 80%인 것을 필요로 한다. 각 색광용 LED(701R, 701G, 701B)의 출력량과 수량이 동일한 경우, G광의 광속량이 부족하게 된다. 이 때문에, G색용 LED(701G)의 점등 시간을 R광용 LED(701R)의 점등 시간 및 B광용 LED(701B)의 점등 시간의 어느 것보다도 길게 한다. 또한, G광용 LED(701G)의 수량을 R광용 LED(701R)의 수량 및 B광용 LED(701B)의 수량 중 어느 것보다도 많게 함으로써, G광용 LED(701G)의 점등 시간을 R광용 LED(701R)의 점등 시간 및 B광용 LED(701B)의 점등 시간과 동일하게 또는 짧게 할 수도 있다. 이렇게 하여, 양호한 컬러 밸런스의 투사상을 얻을 수 있다.

조명 장치(710)는 LED로부터의 광속을 두배로 증가시키지 않고 특정의 진동 방향의 편광광을 공급 가능하다. 이 때문에, 복수의 LED를 어레이형으로 배치하는 구성으로 해도 프로젝터(700)의 광학계에 있어서 광속을 유효하게 이용할 수 있다. 이와 같이, 조명 장치(710)는 복수의 LED를 어레이형으로 배치하는 구성에도 용이하게 대응하는 것이 가능하다. LED(701R, 701G, 701B)를 어레이형으로 설치하는 경우, 조명 장치(710)는 콜리메이터 렌즈, λ/4 위상판, 반사형 편광판을 LED에 대응하여 어레이형으로 설치하는 구성으로 할 수 있다. 콜리메이터 렌즈, λ/4 위상판, 반사형 편광판을 LED에 대응하여 설치함으로써, R광, G광, B광 각각의 파장 특성에 따른 것을 이용할 수도 있고, 복수의 LED로부터의 광을 효율적으로 공급할 수 있다.

또한, 집광 렌즈(105)를 이용하는 구성으로 함으로써, 복수의 LED를 어레이형으로 설치하는 경우도, 로드 인티그레이터(120)의 입사 단면 근방에 효율적으로 편광광을 진행시킬 수 있다. 이에 의해, 복수의 LED로부터의 광을 효율적으로 공급할 수 있다는 효과를 이룬다. 본 실시예의 구성에 의하면, LED를 설치하는 영역에 대응하여 로드 인티그레이터(120)를 대형으로 하는 것, LED에 대응하여 로드 인티그레이터(120)의 입사 단면에 복수의 개구부를 설치하는 것 등의 조치를 취할 필요도 없다. 이 때문에, 로드 인티그레이터 내에 있어서만 광을 리사이클하는 구성에 비해, 프로젝터(700)를 소형 또한 간단한 구성으로 할 수 있다.

도 8은 본 실시예의 조명 장치(710)의 변형예인 조명 장치(810)의 개략 구성을 도시한다. 본 변형예의 조명 장치(810)는 프로젝터(700)에 적용할 수 있다. 조명 장치(810)는 각 색광용 LED(701R, 701G, 701B)에 대응하여 집광 렌즈(805R, 805G, 805B)를 어레이형으로 설치하는 것을 특징으로 한다. 각 집광 렌즈(805R, 805G, 805B)는 각각 입사광을 로드 인티그레이터(120)의 입사 단면의 근방에 집광 시키도록, 로드 인티그레이터(120)의 입사 단면의 방향에 편심시킨 형상으로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 복수의 LED로부터의 광을 효율적으로 공급할 수 있다.

복수의 LED에 대응하여 평행화 광학계와 반사형 편광판을 설치하는 구성으로는 본 실시예의 구성에 한정되지 않는다. 예컨대, 각 LED에 대하여 상기 실시예 2의 조명 장치(510)와 마찬가지로, 리플렉터 또는 리플렉터와 콜리메이터 렌즈의 조합체중 어느 하나를 설치할 수도 있다. 또한, 본 실시예의 조명 장치(710, 810)는 광원으로서 R광용 LED, G광용 LED, B광용 LED를 이용하는 구성으로 하고 있지만, 상기 실시예 1과 같이 복수의 백색광용 LED를 이용하는 구성으로 할 수도 있다. 복수의 백색광용 LED를 이용하는 경우, 상기 실시예 1과 같이 컬러 필터를 이용하여 백색광의 색분리를 실행하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시예에서는 3색광을 이용하는 구성으로 하고 있지만, 4색광을 이용하는 구성으로 할 수도 있다. 또한, 상술한 실시예에서는 λ/4 위상판과 반사형 편광판을 복수의 LED에 각각 대응하여 설치하는 구성으로 했지만, 이에 한정되지 않고, 복수의 LED에 대하여 단독의 λ/4 위상판과 반사형 편광판을 설치하는 구성으로 할 수도 있다.

상기 각 실시예에 있어서 조명 장치의 광원으로서 LED를 이용하고 있지만, LED 이외의 고체 발광 소자나, 고체 발광 소자 이외의 발광체, 예컨대 초고압 수은 램프나 할로겐 램프 등의 램프를 이용할 수도 있다. 액정형 공간 광변조 장치로서는 투과형 액정 표시 장치를 이용하는 경우에 한정하지 않고, 화상 신호에 따라 광을 반사시키는, 소위 반사형 액정 표시 장치를 이용할 수도 있다. 또한, 프로젝터 는 단독의 액정형 공간 광변조 장치를 이용하는 구성에 한정되지 않고, 3개의 액정형 공간 광변조 장치를 설치한, 소위 3판식의 프로젝터일 수도 있다. 3판식의 프로젝터는 R광, G광, B광에 대하여 각각 조명 장치를 설치하는 구성으로 한다. 3개의 액정형 공간 광변조 장치가 화상 신호에 따라 각각 R광, G광, B광을 변조한다. 그리고, 변조된 각 색광을 합성함으로써 투사상을 얻을 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 조명 장치는 프로젝터의 조명 장치로서 유용하고, 특히 액정형 공간 광변조 장치를 구비하는 프로젝터의 조명 장치로서 적절히 사용할 수 있다.

Claims

광을 공급하는 광원과,

상기 광원으로부터의 광을 평행화하는 평행화 광학계와,

상기 평행화 광학계로부터의 광중 특정의 진동 방향의 편광광을 투과시키고, 상기 특정의 진동 방향과는 상이한 다른 진동 방향의 편광광을 반사하는 반사형 편광판을 포함하며,

상기 평행화 광학계는 상기 광원과 상기 반사형 편광판 사이에 배치된 콜리메이터 렌즈를 갖고,

상기 반사형 편광판에 의해 반사되어 상기 광원의 방향으로 진행하는 광을, 상기 평행화 광학계의 방향으로 반사하는 반사부를 포함하는 것을 특징으로 하는

조명 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 평행화 광학계는 리플렉터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는

조명 장치.
제 1 항에 있어서,

복수의 상기 광원이 어레이형으로 설치되고,

복수의 상기 평행화 광학계와, 복수의 상기 반사형 편광판이 상기 광원에 대응해서 각각 어레이형으로 설치되는 것을 특징으로 하는

조명 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 평행화 광학계와 상기 반사형 편광판 사이에 위상판을 구비하는 것을 특징으로 하는

조명 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 반사형 편광판을 투과한 상기 편광광을 집광하는 렌즈계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는

조명 장치.
특정의 진동 방향의 편광광을 공급하는 조명 장치와,

상기 조명 장치로부터의 상기 편광광의 강도 분포를 균일화하는 도광 광학계와,

상기 도광 광학계로부터의 광을 화상 신호에 따라 변조하는 공간 광변조 장치와,

상기 공간 광변조 장치로부터의 광을 투사하는 투사 렌즈를 포함하며,

상기 조명 장치는 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 조명 장치인 것을 특징으로 하는

프로젝터.