KR100839108B1 - 조명 광학계 및 화상 투사장치 - Google Patents

Abstract

액정 표시소자에 표시된 화상을 균일하게 조명할 수가 있고, 밝고 높은 콘트라스트로 화상을 투사할 수 있는 조명 광학계를 개시한다. 조명 광학계는, 광원으로부터의 광속을 특정의 편광방향을 갖는 광속으로 변환하는 편광 변환소자와, 상기 편광 변환소자로부터의 광속을 편광상태에 의거하여 분리하는 편광 빔 스플리터와, 편광 빔 스플리터로부터의 광속에 위상차를 부여하는 위상판을 갖는다. 상기 조명 광학계는, 상기 위상판을 거친 광속으로 상기 피조명을 조명하고, 이하의 조건을 만족한다.

θx < θy

O도 < φy < θy

단, 상기 위상판의 빠른 축 또는 느린 축과 직교하며 상기 편광 빔 스플리터로 광속을 반사해 분리하는 방향을 x방향으로 하고, 상기 위상판의 빠른 축 또는 느린 축과 직교하며 상기 x방향과 직교하는 방향을 y방향으로 하고, 상기 화상표시소자에 입사하는 조명광속의 x방향에 있어서의 최대 입사각도를 θx, y방향에 있어서의 최대 입사각도를 θy로 하며, 상기 위상판을 통과하는 상기 광속의 주파장에 있어서의 위상차가 90도가 되는 입사각도를 φy로 한다.

조명 광학계, 투사장치, 빔 스플리터

Description

조명 광학계 및 화상 투사장치{ILLUMINATION OPTICAL SYSTEM AND IMAGE PROJECTION APPARATUS}

도 1은 본 발명의 실시 예1의 주요부 개략도.

도 2는 본 발명의 실시 예1의 조명 광학계의 설명도.

도 3은 도 1에 있어서 반사형 액정 표시소자에 입사하는 조명광의 각도 분포의 설명도.

도 4는 위상판의 입사각도 특성의 설명도.

도 5는 본 발명에 의한 수직 입사에 있어서의 위상차의 설명도.

도 6은 도 1의 화상 투사장치의 분광 분포의 설명도.

도 7은 본 발명에 따른 위상차를 설정하는 주 파장의 설명도.

도 8은 본 발명의 실시 예2의 주요부 개략도.

도 9는 본 발명의 실시 예3의 주요부 개략도.

도 10은 본 발명의 조명 광학계의 변형 예의 설명도.

도 11은 조명 광학계의 다른 변형 예의 설명도.

도 12는 본 발명에 따른 편광 분리 소자의 설명도.

본 발명은 조명 광학계 및 그것을 갖는 화상 투사장치에 관한 것으로, 예를 들면 액정 패널(화상 표시 소자)에 근거하는 투영상 원화를 스크린면 위에 확대 투영하는 액정 프로젝터에 적합한 것이다.

종래, 액정 표시소자(액정 패널) 등의 화상 표시 소자에 근거하는 투영상 원화를 스크린면 위에 확대 투영하도록 한 화상 투사장치(액정 프로젝터)가 여러 가지 제안되어 있다.

액정 표시소자로서, 반사형의 액정 표시소자를 사용한 화상 투사장치가 널리 알려져 있다(일본국 공개특허 특개평 02-250026호 공보). 일본국 공개특허 특개평 02-250026호 공보에서는, 조명광을 반사형의 액정 표시소자로 인도하는 한편, 반사형의 액정 표시소자로부터의 광을 검출하는 수단으로서 편광 빔 스플리터를 사용하고 있다.

더 나아가서, 편광 빔 스플리터에 있어서의 편광의 기울기의 차이에 의한 콘트라스트의 저하를 막는 수단으로서 편광 빔 스플리터와 반사형의 액정 표시소자 사이에 1/4 위상판이 설치되어 있다.

한편, 컬러 액정 프로젝터에서는, R광, G광, B광용의 3개의 화상 표시소자(액정 표시소자)를 광원으로부터의 광을 색 분해한 색광으로 각각 조명하고 있다. 그리고 3개의 화상 표시소자를 투과한 각각의 색광을, 색 합성수단을 통해서 하나 의 투사 렌즈로 스크린면 위 등에 투사하는 구성이 알려져 있다(예를 들면, 일본국 공개특허 특개 2000-305171호 공보).

최근, 화상 투사장치에 있어서는 투사화상의 밝기가 밝아지는 경향이 있다. 특히 최근에는, 콘트라스트 중시 때문에 반사형의 액정 표시소자에 입사하는 광의 입사 각도를 작게 하는(Fno이 어둡다) 조명계에 비해 보다 밝은 조명계가 요구되게 되었다.

이 때문에 반사형의 액정 표시소자에 입사하는 광의 각도를 크게 해서 조명계를 밝게 하고, 동시에 콘트라스트를 향상시키는 것이 필요해지고 있다.

일본국 공개특허 특개평 02-250026호 공보에 있어서, 위상판은 빠른 축(fast axis) 방향과 느린 축(slow axis) 방향과의 광의 위상차를 이용하고 있고, 이 위상차는 위상판의 두께에 관계하고 있다. 어두운 조명계일 때에는 위상판을 투과하는 광의 각도 범위도 좁기 때문에 광학 성능상 문제는 없었다.

그렇지만 밝은 조명계에서는 수직 입사하는 광의 위상판을 통과하는 거리(광로 길이)와, 큰 각도로 입사하는 광의 위상판을 통과하는 거리가 달라, 단일의 위상판에 있어서의 위상차가 각도에 따라 다른 현상이 발생한다.

이것에 의해, 편광 빔 스플리터에 있어서의 편광의 기울기의 보정이 충분히 행해지지 않아, 화상의 콘트라스트의 저하를 초래한다.

본 발명은, 액정 표시소자 등의 피조명 면을, 균일하게 조명할 수 있는 조명 광학계를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다. 또한, 본 발명은, 상기 조명 광학계 를 사용하여, 밝고 높은 콘트라스트를 갖는 화상을 투사할 수 있는 화상 투사장치를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.

본 발명의 일측면으로서의 조명 광학계는, 광원으로부터의 광속으로 피조명 면을 조명하는 조명 광학계에서, 상기 광원으로부터의 광속을 특정한 편광방향을 갖는 광속으로 변환하는 편광 변환소자와, 상기 편광 변환소자로부터의 광속을 편광 상태에 의거하여 분리하는 편광 빔 스플리터와, 편광 빔 스플리터로부터의 광속에 위상차를 부여하는 위상판을 갖는다. 상기 조명 광학계는, 상기 위상판을 거친 광속으로 상기 피조명 면을 조명하고, 이하의 조건을 만족한다.

θx < θy

θ도 < φy ≤ θy

단, 상기 위상판의 빠른 축 또는 느린 축과 직교하고, 상기 편광 빔 스플리터로 광속을 반사해 분리하는 방향을 x방향으로 하며, 상기 위상판의 빠른 축 또는 느린 축과 직교하고, 상기 x방향과 직교하는 방향을 y방향으로 하고, 상기 피조명 면에 입사하는 조명광속의 x방향에 있어서의 최대 입사각도를 θx, y방향에 있어서의 최대 입사각도를 θy로 하며, 상기 위상판으로의 상기 광속의 입사각도로서 상기 위상판을 통과하는 광속의 주파장에 있어서의 위상차가 90도가 되는 입사각도를 φy로 한다.

또한, 본 발명의 다른 측면으로서의 화상 투사장치는, 화상 표시 소자와, 상기 화상 표시 소자를 조명하는 조명 광학계와, 상기 화상 표시 소자로부터의 광속을, 피투사 면 위에 투사하는 투사 광학계를 갖는다. 상기 조명 광학계는, 광원과, 상기 광원으로부터의 광속을 특정한 편광방향을 갖는 광속으로 변환하는 편광 변환소자와, 상기 편광 변환소자로부터의 광속을 그 편광상태에 의거하여 분리하는 편광 빔 스플리터와, 편광 빔 스플리터로부터의 광속에 위상차를 부여하는 위상판을 포함한다. 상기 조명 광학계는, 상기 위상판을 거친 광속으로 상기 화상 표시 소자를 조명하고, 이하의 조건을 만족한다.

θx < θy

θ도 < φy ≤ θy

단, 상기 위상판의 빠른 축 또는 느린 축과 직교하고, 해당 편광 빔 스플리터로 광속을 반사해 분리하는 방향을 x방향으로 하고, 상기 위상판의 빠른 축 또는 느린 축과 직교하고, 상기 x방향과 직교하는 방향을 y방향으로 하며, 상기 피조명면에 입사하는 조명광속의 x방향에 있어서의 최대 입사각도를 θx, y방향에 있어서의 최대 입사각도를 θy로 하고, 상기 위상판으로의 상기 광속의 입사각도로서 상기 위상판을 통과하는 광속의 주파장에 있어서의 위상차가 90도가 되는 입사각도를 φy로 한다.

본 발명의 새로운 목적 또는 특징은, 이하의 도면을 참조해서 설명되는 바람직한 실시 예에 의해 밝혀질 것이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명한다.

<실시 예1>

도 1은, 본 발명의 화상 투사장치의 실시 예1의 주요부 개략도다.

도 2a, 2b, 2c는 도 1의 화상 투사장치의 일부의 조명 광학계의 일부분을 추출한 광로 설명도다.

도 2a는 도 1의 단면도(XZ면)에 해당하고, 도 2b는 도 2a에 직교하는 단면도(YZ면)에 해당한다.

도 1에 있어서, 1은 광원이다. 2는 리플렉터다. 3은 복수의 실린드리컬 렌즈(cylindrical lens)로 이루어진 제1 렌즈 어레이이고, 4는 복수의 실린드리컬 렌즈로 이루어진 제2 렌즈 어레이다. 제1, 제2 렌즈 어레이(3, 4)는 광속 분리 부재의 1요소를 구성하고 있다.

6은 무편광 광을 특정의 편광방향을 가진 편광 광으로 변환하는 편광 변환소자다. 7은 제1 실린드리컬 렌즈다. 5는 콘덴서 렌즈다. 8은 제2 실린드리컬 렌즈다.

41은 다이크로익 미러(dichroic mirror)이고, 42, 43, 44는 각각 G(녹색광), R(적색광), B(청색광)의 화상을 표시하는 반사형 액정 표시소자다. 45는 제1 편광 빔 스플리터다. 46은 제2 편광 빔 스플리터다.

47은 제1 편광판이고, 48은 제2 편광판이다. 49는 R의 편광상태를 90도 변환시키고, B의 편광상태를 변환하지 않는 색 선택성 위상판이다. 50은 제3 편광판이고, 51은 제4 편광판이다. 52는 G의 광을 반사하고, B의 광을 투과하며, R의 불필요 편광 성분을 반사하고, R의 투사 광을 투과하는 특성을 갖는 다이크로익 편광 프리즘이다. 53은 투사 렌즈이고, 54, 55, 56은 각각 G, R, B용의 수정으로 이루어지는 위상판이다.

더욱이, 제1, 제2 렌즈 어레이(3, 4)는 도 2b(YZ면)에 있어서만 굴절력을 갖고 있다. 제1, 제2 실린드리컬 렌즈(7, 8)는 도 2a(XZ면)에 있어서만 굴절력을 갖고 있다. 콘덴서 렌즈(5)는 회전 대칭면으로 이루어져 있다.

실시 예1의 조명 광학계는, 광원(1)으로부터의 광속을, 광속 분리 부재(3, 4)로 복수의 광속으로 분리하고 있다.

그리고, 광속 분리 부재(3, 4)로부터의 광속의 편향 방향을, 편광 변환 소자(6)로 가지런히 해서 출사시키고 있다.

다음에, 편광 변환 소자(6)로부터의 광속을, 편광 상태에 의거하여 편광 빔 스플리터(45, 46)로 분리하고 있다.

그리고, 편광 빔 스플리터(45, 46)로부터의 광속에 위상판(54∼56)으로 위상차를 부여하고, 이 위상판(54∼56)을 거친 광속으로, 반사형 액정 표시소자(42∼44)를 조명하고 있다.

이때 위상판의 빠른 축 또는 느린 축과 직교하며 편광 빔 스플리터(45, 46)로 광속을 분리하는 방향을 x방향, 위상판의 빠른 축 또는 느린 축과 직교하며 x방향과 직교하는 방향을 y방향으로 한다.

화상 표시 소자(42∼44)에 입사하는 광속의 x방향에 있어서의 최대 입사 각도를 θx, y방향에 있어서의 최대 입사각도를 θy로 한다.

위상판을 통과하는 광속의 주파장에 있어서의 위상차가 90도가 되는 입사각도를 φy 로 한다. 이때

θx < θy ....(1)

0도 < φy ≤ θy ....(2)

되는 조건을 만족하도록 하고 있다.

특히, 최대 입사각도 θy와 입사각도 φy 가

10도 < θy ...(3)

θy/2 < φy ≤ θy …（4)

을 만족하도록 하고 있다.

조건식(1), (2)을 만족시킴으로써 소정의 퍼짐을 갖는 입사각도의 조명광에 있어서의 누설 광을 최소로 해서, 투사 화상의 콘트라스트를 높게 하는 것을 용이하게 하고 있다. 더욱더 조건식(3)과 같이 입사각도 θy가 10도보다 크게 되도록 하고, 편광 빔 스플리터에 있어서 광이 분리되는 방향과 직교하는 방향의 입사각도 φy 가 조건식(4)을 만족하도록 해서 밝기를 손상하지 않고, 투사 화상의 콘트라스트의 향상을 용이하게 하고 있다.

다음에, 실시 예1의 조명 광학계의 광학적 작용을 도 2a, 2b, 2c를 사용하여 설명한다. 광원(1)으로부터 방사된 백색광은, 리플렉터(2)에 의해 반사 집광되어 제1 렌즈 어레이(3)에 입사한다.

입사한 광은 제1 렌즈 어레이(3)를 형성하는 복수의 실린드리컬 렌즈에 의해 복수의 광속으로 분리되어, 제2 렌즈 어레이(4)를 투과하여, 편광 변환소자(6)에 입사한다. 도 2c에 나타낸 바와 같이, 편광 변환소자(6)는, 편광 분리막(6a)과 반사막(6b)과 1/2 위상판(6c)으로 구성된다.

그리고, 입사한 광 Lf을 편광 분리막(6a)으로 P편광 Lp과 S편광 Ls으로 분리 하고, S편광은 반사막(6b)에 의해 P편광과 같은 방향으로 반사되며, P편광의 출사측에 1/2위상판(6c)을 배치해서 S편광과 같은 편광상태로 변환함으로써, 사출광은 소정의 편광상태를 갖는 광으로 변환된다. 도 2a, 2b의 구성에 근거하면, 편광 변환소자에서는 S편광으로 변환되고, 편광 빔 스플리터에는 P편광으로서 입사한다.

도 2b는 제1 렌즈 어레이(3)에 의해 입사 광이 복수의 광속으로 분리되는 단면을 나타내고 있다. 도 2b에 있어서는, 편광 변환소자(6)를 출사한 광은 콘덴서 렌즈(5)에 의해 반사형 액정 표시소자(42) 위에서 각각의 광속이 겹쳐 합쳐진다.

또한, 도 2a의 단면에 있어서는, 이 단면의 방향으로 파워를 갖는 제1 실린드리컬 렌즈(7)로 편광 변환소자(6)로부터의 광을 집광하고 있다.

도 2a의 단면에 있어서, 제1 실린드리칼 렌즈(7)에 의해 수속광(converging light)으로 변환된 광속은, 제2의 실린드리컬 렌즈(8)에 의해 실질적으로 평행 광속으로 변환된다. 여기서, 제2 실린드리컬 렌즈(8)는, 제1 실린드리컬 렌즈(7)에 의한 집광위치보다 멀리(반사형 액정 표시소자(42)측에) 배치되어 있다. 더욱, 제2 실린드리컬 렌즈(8)의 굴절력은, 제1 실린드리컬 렌즈(7)의 굴절력보다 강하다.

이에 따라, 광속의 폭을 리플렉터(2)의 폭으로부터 반사형 액정 표시소자(42)의 폭으로 변환하고, 동시에 조명 광의 반사형 액정 표시소자(42)에 입사하는 각도 θx의 범위가 도 2b의 단면의 각도 θy보다도 작은 각도(θx < θy)가 되는 조명 상태를 만들어 내고 있다.

도 3은, 조명 광학계의 반사형 액정 패널(42)로의 입사 각에 따른 강도 분포를 나타낸다. 도 3에 있어서 흰 부분이 광 강도가 강한 부분이다. 입사각도의 범위 가 좁은 방향(x방향)은 편광 빔 스플리터에 의해 광이 분리되는 XZ 단면에 평행한 방향(x방향)이고, Fno는 약 4이며, 최대 입사각도는 7°가 되고, 입사각도가 큰 방향은 거기에 수직인 방향(y방향)이며, Fno는 약 2이고, 최대 입사각도는 14°이다.

이와 같이 2개의 단면 방향으로 다른 집광작용으로 집광된 광은, 도 1에 있어서 다이크로익 미러(41)에 의해 G와 R, B의 광으로 분리된다.

G의 광은 제1 편광판(47)에 의해 불필요한 편광성분이 컷트되고, 제1 편광 빔 스플리터(45), G의 1/4 위상판(54)을 통과하여, G의 반사형 액정 표시소자(42)로 인도된다.

G의 반사형 액정 표시소자(42)에 의해 편광상태가 G의 화상에 근거해 변조된 광은, 제1 편광 빔 스플리터(45)에 의해 검출되고, 더욱더 제3 편광판(50)에 의해 검출된다. 그리고, 다이크로익 편광 프리즘(52)에 의해 반사해서 투사 렌즈(투사 광학계;53)에 도달한다.

한편, 다이크로익 미러(41)를 투과한 R, B의 광은, 제2 편광판(48)에 의해 불필요한 편광 성분이 컷트되고, 색 선택성 위상판(49)에 의해 R의 광은 제2 편광 빔 스플리터(46)에 의해 반사되는 편광상태로 변환된다. 그리고, R의 광은 제2 편광 빔 스플리터(46)에 의해 반사되어, R의 1/4 위상판(55)을 통과하여, R의 반사형 액정 표시소자(43)로 인도된다.

또한, B의 광은 제2 편광 빔 스플리터(46), B의 1/4 위상판(56)을 통과여, B의 반사형 액정 표시소자(44)로 인도된다. R의 반사형 액정 표시소자(43)에 의해 편광상태가 R의 화상에 근거해 변조된 광은, 제2 편광 빔 스플리터(46)에 의해 검 출되고, 한층 더 다이크로익 편광 프리즘(52)에 의해 검출되어서 투사 렌즈(53)에 도달한다.

또한, B의 반사형 액정 표시소자(44)에 의해 편광상태가 B의 화상에 근거해 변조된 광은, 제2 편광 빔 스플리터(46)에 의해 검출되고, 한층 더 제4 편광판(51)에 의해 검출되어, 다이크로익 편광 프리즘(52)을 투과해서 투사 렌즈(53)에 도달한다.

그리고, 투사 렌즈(53)에 의해 액정 표시소자(42∼44)에 근거하는 화상 정보를 스크린 S에 투사하고 있다.

여기에서 1/4 위상판(54∼56)은 수정으로 이루어지고, 빠른 축을 90도의 방향으로 비튼 2장의 위상판을 붙여 맞춘 구성으로 이루어져 있다. 수정으로 이루어지는 위상판에서는, 도 4와 같이 입사각도에 의해 2차 곡선적으로 입사광의 위상이 변화하고, 위상차 변화량은 입사방향에 의하여 정, 부가 다르다.

도 4에서는 입사각이 0도일 때 위상차 90도가 되는 경우를 나타내고 있다. 이러한 특성일 때에는 큰 입사각도에서는 위상차가 90도로부터 크게 어긋나게 된다.

위상 판의 주파장에 있어서의 위상차가 1/4 위상(90도)이 되는 입사각도 φy를 y방향으로 14°로 하면, 도 4에 있어서는 위상차 변화량은 35.3도가 된다. 이 결과, 여기에서 사용하는 위상판의 수직 입사에 있어서의 위상차를 54.7(90도- 35.3도)도로 함으로써, φy 에 있어서의 위상차를 90도로 할 수 있다.

위상판이 주파장의 광에 주어지는 위상차가 1/4 위상(90도)이 되는 입사각도 φy를, y방향의 주파장을 550nm으로 하여, 상기와 같이 설정했을 때의 0도 입사에 대한 파장특성을 도 5에 나타낸다.

도 5에서 수직입사(입사각도 0도)일 때 위상차는 54.7도이다. 입사각도가 좁은 x방향에서는 위상차가 1/4 위상으로부터 어긋나지만, 이쪽의 방향은 입사각도가 좁기 때문에 누설 광을 줄일 수 있다.

더욱이, 이때의 입사각도 φy를,

5°＜ φy ＜ 15°

정도로 하는 것이 좋다.

여기에서 주파장으로서는 R, G, B의 각각의 파장 대역에 있어서 조명광의 강도 분포에 비시감도를 곱해서 가장 감도가 높은 파장을 선택하고 있다.

예를 들면 도 6과 같은 파장분포의 R, G, B을 사용하는 경우, 비시감도를 곱하면 도 7과 같은 분광 분포가 된다.

여기에서 B, G, R의 주파장은,

B = 490nm

G = 550nm

R = 595nm

이 된다.

더욱이, 실시 예1 및 후술하는 실시 예에서는 투과형 액정 표시소자를 사용해도 된다.

<실시 예2>

도 8은 본 발명의 화상 투사장치의 실시 예2의 주요부 개략도다. 실시 예2는 실시 예1에 비해서 색 분해 합성계의 구성이 다르고, 그 밖의 구성은 동일하다. 실시 예1과 공통하는 요소에 관해서는, 실시 예과 같은 부호를 부착한다.

이하, 실시 예2를 실시 예1과의 차이를 중심으로 설명한다.

도 8에 있어서, 61은 다이크로익 미러다. 62 , 63, 64는 각각 G, R, B의 화상을 표시하는 반사형 액정 표시소자다. 65는 제1 편광 빔 스플리터이고, 66은 제2 편광 빔 스플리터다.

67은 제1 편광판이다. 68은 제2 편광판이다. 69는 B의 편광 상태를 90도 변환시키고, R의 편광상태를 변환하지 않는 제1 색 선택성 위상판이다. 70은 제3 편광판이다. 72는 제4 편광판이다.

71은 R의 편광상태를 90도 변환시키고, B의 편광상태를 변환하지 않는 제2 색 선택성 위상판이다. 73은 G의 광을 투과하고, B, R의 광을 반사하는 빔 스플리터다. 74는 투사 렌즈다. 75 , 76， 77은 각각 G, R, B의 수정판으로 이루어진 위상판이다.

여기에서는 다이크로익 미러(61)에 의해 광원(1)으로부터의 광속은 G와 R, B의 광으로 분리된다. 이 중, G의 광은 제1 편광판(67)에 의해 불필요한 편광성분이 컷트되고, 제1 편광 빔 스플리터(65)에 의해 반사되며, G의 1/4 위상판(75)을 통과하여, G의 반사형 액정 표시소자(62)로 인도된다.

G의 반사형 액정 표시소자(62)에 의해 편광상태가 G의 화상에 근거해 변조된 광은, 제1 편광 빔 스플리터(65)에 의해 검출되고, 한층 더 제3 편광판(70)에 의해 검출되며, 편광 빔 스플리터(73)를 투과해서 투사 렌즈(74)에 도달한다.

다이크로익 미러(61)에 의해 반사된 R, B의 광은, 제2 편광판(68)에 의해 불필요한 편광성분이 컷트된다. 그리고, R의 광은 제1 색 선택성 위상판(69)을 그대로 투과해서 제2 편광 빔 스플리터(66)에 의해 반사되며, R의 1/4 위상판(76)을 통과하여, R의 반사형 액정 표시소자(63)로 인도된다.

또한, B의 광은 제1 색 선택성 위상판(69)에 의해 제2 편광 빔 스플리터(66)를 투과하는 편광상태로 변환된다. 그리고, B의 광은 제2 편광 빔 스플리터(66)와 B의 1/4위상판(77)을 통과하여, 반사형 액정 표시소자(64)로 인도된다.

R의 반사형 액정 표시소자(63)에 의해 편광상태가 R의 화상에 근거해 변조된 광은, 제2 색 선택성 위상판(71)로 편광상태를 변경시킨 후, 제4 편광판(72)에 의해 검출되고, 한층 더 편광 빔 스플리터(73)를 투과해서 투사 렌즈(74)에 도달한다.

B의 반사형 액정 표시소자(64)에 의해 편광상태가 B의 화상에 근거해 변조된 광은, 제2 편광 빔 스플리터(66)에 의해 검출되고, 제4 편광판(72)에 의해 검출되며, 한층 더 편광 빔 스플리터(73)를 투과해서 투사 렌즈(74)에 도달한다.

이상이 실시 예2의 색 분해 합성계의 구성이다.

<실시 예3>

도 9는 본 발명의 화상 투사장치의 실시 예3의 주요부 개략도다.

도 9는 색 분해 합성계를 중심으로 나타내고 있다.

조명 광학계(여기에서는 IL로 표시해서 생략하고 있다)로부터의 백색광은 제 1 다이크로익 미러(81)에 의해 B과 RG의 광으로 분리된다. 제1 다이크로익 미러(81)를 투과한 B의 광은, 미러(82)에 의해 반사한 후, 제1 편광판(83)에 도달한다.

제1 편광판(83)에 의해 불필요한 편광성분이 컷트되고, 제1 편광 빔 스플리터(84)에 의해 반사되어서, B의 1/4 위상판(85)을 통과하여, B의 반사형 액정 표시소자(86)로 인도된다.

B의 반사형 액정 표시소자(86)에 의해 편광상태가 B의 화상에 근거해 변조된 광은, 제1 편광 빔 스플리터(84)에 의해 검출되고, 한층 더 제2 편광판(85)에 의해 검출되며, 색 합성 프리즘(87)을 반사하여 투사 렌즈(88)에 도달한다.

제1 다이크로익 미러(81)를 반사한 RG의 광은 제2 다이크로익 미러(89)에 의해 G와 R의 광으로 분리된다.

제2 다이크로익 미러(89)를 반사한 G의 광은, 제3 편광판(90)에 도달한다.

G의 광은, 제3 편광판(90)에 의해 불필요한 편광성분이 컷트되어, 제2 편광 빔 스플리터(91)에 의해 반사되고, G의 1/4 위상판(92)을 통과해서, G의 반사형 액정 표시소자(93)로 인도된다.

G의 반사형 액정 표시소자(93)에 의해 편광상태가 G의 화상에 근거해 변조된 광은, 제2 편광 빔 스플리터(91)에 의해 검출되고, 한층 더 제4 편광판(94)에 의해 검출되며, 색 합성 프리즘(87)을 투과해서 투사 렌즈(88)에 도달한다.

제2 다이크로익 미러(89)를 투과한 R의 광은, 제5 편광판(95)에 도달한다. 제5 편광판(95)에 의해 불필요한 편광성분이 컷트되어, 제3 편광 빔 스플리터(96) 에 의해 반사되고, R의 1/4 위상판(97)을 통과하여, R의 반사형 액정 표시소자(98)로 인도된다.

R의 반사형 액정 표시소자(98)에 의해 편광상태가 R의 화상에 근거해 변조된 광은, 광빔 스플리터(96)에 의해 검출되고, 한층 더 제6 편광판(99)에 의해 검출되며, 색 합성 프리즘(87)으로 반사해서 투사 렌즈(88)에 도달한다.

이상이 실시 예3의 색 분해 합성계의 구성이다.

더욱이, 각 실시 예에 있어서 위상판은 수정이었지만, 수정 대신에 필름을 연장한 위상판을 사용해도 된다.

다음에 각실시 예의 장치 구성의 변형 예에 관하여 설명한다.

실시 예1, 2에 있어서 도 2a, 도 2b에 나타낸 조명 광학계의 대신에, 도 10에 나타나 있는 바와 같은 구성이어도 된다.

도 10에 있어서, 제1 실린드리컬 렌즈(7)의 집광위치 또는 그 근방에 제3, 제4 렌즈 어레이(15, 16)를 설치한다. 제3, 제4 렌즈 어레이(15, 16)는, 제1 렌즈 어레이(3)와는 다른 단면 방향으로 배치된 다수의 실리드리칼 렌즈로 구성된다.

제3 렌즈 어레이(15)에 의해 분할된 복수의 광속은, 제4 렌즈 어레이(16), 콘덴서 렌즈(5), 제2 실린드리컬 렌즈(8)에 의해, 반사형 액정 표시소자(42) 위에 겹쳐 합쳐져도 된다.

이때도 제1 실린드리컬 렌즈(7)에 의해 집광되는 단면 방향의 액정 표시소자(42)로의 광의 입사각도가 작아지는 조명 광학계로 할 수 있다.

또한, 이상의 설명에서 나타낸 실린드리컬 렌즈, 실린드리컬 렌즈 어레이는, 이 형상에 한정하지 않고 큰 파워를 갖는 단면과 그것과 비교해서 작은 파워를 갖는 단면으로 이루어지는 토릭(toric) 렌즈여도 된다.

또, 도 2a, 도 2b의 변형 예로서 도 11a, 도 11b에 나타낸 구성이어도 된다. 도 11a, 11b에 있어서 21은 광원이고, 22는 리플렉터다. 23은 XZ면에서 파워를 갖는 제1 실린드리컬 렌즈이고, 24는 XZ면에서 파워를 갖는 제2 실린드리컬 렌즈다.

25는 YZ면에서 파워를 갖는 복수의 렌즈로 이루어지는 제1 렌즈 어레이이고, 26은 YZ면에서 파워를 갖는 복수의 렌즈로 이루어진 제2 렌즈 어레이다. 27은 콘덴서 렌즈다.

28은 무편광 광을 소정의 편광 광으로 변환하는 편광 변환소자다. 45는 편광 빔 스플리터이고, 54는 1/4 위상판이며, 42는 반사형 액정 표시소자이고, 47은 제1 편광판이다.

도 11a, 11b의 광학적 작용을 설명한다. 이들의 도면에 있어서, 광원(21)으로부터 방사된 백색광은, 리플렉터(22)에 의해 반사 집광되어 제1 실린드리컬 렌즈(23)에 입사한다. 제1 실린드리컬 렌즈(23)에 의해 광은 소정의 단면방향(x방향)만 집광된다.

제2 실린드리컬 렌즈(24)는 제1 실린드리컬 렌즈(23)로부터의 광속을 거의 평행한 상태로 변환하는 작용을 갖는다. 그리고 소정의 방향만 광속의 폭이 압축된 평행 광이 제1 렌즈 어레이(25)에 입사한다.

입사한 광은 도 11a, 도 11b의 단면에 있어서 제1 렌즈 어레이(25)를 형성하는 렌즈에 의해 복수의 광속으로 분리되어, 제2 렌즈 어레이(26)를 투과하여, 편광 변환소자(28)에 입사한다.

편광 변환소자(28)는, 도 12에 나타나 있는 바와 같이 편광 분리막(28a)과 반사막(28b)과 1/2 위상판(28c)으로 구성된다.

편광 변환소자(28)는, 입사한 광을 편광 분리막(28a)으로 P편광과 S편광으로 분리한다. 그리고, S편광은 반사막(28b)에 의해 P편광과 같은 방향으로 반사되고, P 편광의 출사측에 1/2 위상판(28c)을 배치해서 S편광과 같은 편광상태로 변환함으로써, 사출광은 소정의 편광상태를 갖는 광으로 변환된다.

제1 렌즈 어레이(25)에 의해 분리된 복수의 광속은, 편광 변환소자(28)를 출사한 후에는 콘덴서 렌즈(27)에 의해 반사형 액정 표시소자(42) 위에서 각각의 광속이 겹쳐 합쳐진다. 이에 따라 제1 실린드리컬 렌즈(23)로 집광되는 단면(도 11a)에 있어서의 광이, 그것과 직교하는 단면의 빛보다도 반사형 액정 표시소자(42)에 입사하는 각도가 작은 조명 상태, 즉 θx < θy를 생성한다.

이상과 같이, 각 실시 예에 의하면 액정 표시소자에 표시된 화상을, 균일하게 조명할 수 있고, 밝고, 게다가 높은 콘트라스트를 갖는 화상을 투사할 수 있는 조명 광학계 및 화상 투사장치를 얻을 수 있다.

Claims (5)

1. 광원과,

   상기 광원으로부터의 광속을 특정의 편향 방향을 갖는 광속으로 변환하는 편광 변환소자와,

   상기 편광 변환소자로부터의 광속을 그 편광 상태에 의거하여 분리하는 편광 빔 스플리터와,

   편광 빔 스플리터로부터의 광속에 위상차를 부여하는 위상판을 구비하고,

   조명 광학계는, 상기 위상판을 거친 광속으로 피조명 면을 조명하고,

   상기 위상판의 빠른 축 또는 느린 축과 직교하며, 상기 편광 빔 스플리터로 광속을 반사해 분리하는 방향을 x방향으로 하고, 상기 위상판의 빠른 축 또는 느린 축과 직교하며, 상기 x방향과 직교하는 방향을 y방향으로 하고, 상기 피조명 면에 입사하는 조명광속의 x방향에 있어서의 최대 입사각도를 θx, y방향에 있어서의 최대 입사각도를 θy로 하며, 상기 위상판으로의 상기 광속의 입사각도로서 상기 위상판을 통과하는 광속의 주파장에 있어서의 위상차가 90도가 되는 입사각도를 φy로 할 때,

   θx < θy

   O도 < φy ≤ θy

   되는 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 광원으로부터의 광속을 복수의 광속으로 분리하는 광속 분리 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 최대 입사각도 θy와, 입사각도 φy는,

   10도 < θy

   θy/2 < φy ≤ θy

   되는 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
4. 화상 표시소자와,

   상기 화상 표시소자를 조명하는 조명 광학계와,

   상기 화상 표시소자로부터의 광속을, 피투사면 위에 투사하는 투사 광학계를 구비하고,

   상기 조명 광학계는,

   광원과,

   상기 광원으로부터의 광속을 특정의 편광방향을 갖는 광속으로 변환하는 편광 변환소자와,

   상기 편광 변환소자로부터의 광속을 그 편광상태에 의거하여 분리하는 편광 빔 스플리터와,

   편광 빔 스플리터로부터의 광속에 위상차를 부여하는 위상판을 구비하며,

   상기 조명 광학계는, 상기 위상판을 거친 광속으로 상기 화상 표시 소자를 조명하고,

   상기 위상판의 빠른 축 또는 느린 축과 직교하며, 상기 편광 빔 스플리터로 광속을 반사해 분리하는 방향을 x방향으로 하고, 상기 위상판의 빠른 축 또는 느린 축과 직교하며, 상기 x방향과 직교하는 방향을 y방향으로 하고, 상기 피조명면에 입사하는 조명광속의 x방향에 있어서의 최대 입사각도를 θx, y방향에 있어서의 최대 입사각도를 θy로 하고, 상기 위상판으로의 상기 광속의 입사각도로서 상기 위상판을 통과하는 광속의 주파장에 있어서의 위상차가 90도가 되는 입사각도를 φy로 할 때,

   θx < θy

   O도 < φy ≤ θy

   되는 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 화상 투사장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 화상 표시소자는, 반사형의 액정 표시소자인 것을 특징으로 하는 화상 투사장치.

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