KR100909926B1 - 조명 광학계 및 프로젝터 - Google Patents

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Abstract

45°다이클로익면에 있어서의 분광 특성의 편광 의존성을 경감하여 45°다이클로익면을 사용한 색분리 합성 광학계에 의한 프로젝터의 고화질화를 도모하기 위해서, 조명 광학계에서, 색광 방향 변경 소자(40)에 의해서 녹색광과 청+적색광으로 분리하고, 편광 변환 소자(50)에 의해서 그들의 편광 방향을 조정한다.

Description

조명 광학계 및 프로젝터{ILLUMINATION OPTICAL SYSTEM AND PROJECTOR}
본 발명은 광원으로부터 사출된 광의 면내 조도 분포를 균일화하는 조명 광학계 및 그러한 광학계를 갖는 프로젝터에 관한 것이다.
액정 프로젝터로서, 3개의 반사형 액정 패널을 사용하는 이른바 3판식의 반사형 액정 프로젝터가 알려져 있다. 3판식의 반사형 액정 프로젝터는, 광원으로부터 발생된 광을, 색분리계에 의해서 광의 3원색인 적(R), 녹(G), 청(B)의 색광으로 분광하고, 분광된 색광에 의해서 색광마다 3개의 반사형 액정 패널을 조명하고, 각 반사형 액정 패널에 의해서 변조된 3원색의 광을 색합성하고, 그것에 의해 얻어지는 컬러 화상을 투사 렌즈에 의해서 스크린상에 확대 투사한다.
상술한 반사형 액정 프로젝터에서는, 장치의 소형화를 중시하여, 광축에 대하여 45°로 배치된 다이클로익면을 구비한 광학 소자를 색분리나 색합성에 이용하는 경우가 많다. 그러나, 이러한 프로젝터에서는, 다이클로익면의 분광 특성의 편광 의존성에 의해서 색 불균일이 발생하기 쉬워, 고화질화가 어렵다고 하는 문제가 있다.
그래서, 다이클로익면의 특성을 고려하여, 색 불균일이 잘 발생하지 않고, 고화질화를 실현하는 광학계가 몇가지 제안되어 있다. 예컨대, 특개평 7-84218 호 공보, 특개평 11-64794 호 공보에는, 다이클로익면에 대신하여, 파장 선택 위상차판이나 분광 기능을 구비한 편광 빔 스플리터를 사용하여 분광을 행하는 광학계가 제안되어 있다. 그러나, 파장 선택 위상차판이나 분광 기능을 구비한 편광 빔 스플리터에 있어서, 급격하게 변화되는 분광 특성을 실현하는 것은 어려워, 고가로 되어 버린하고 하는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 특정 색광의 편광 방향이 다른 색광의 그것에 대하여 약 90°다른 조명광을 효율적으로 생성하고, 그러한 조명광으로 피조명 영역을 균일한 조도 분포로 조명할 수 있는 조명 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다. 더욱이, 그러한 조명 광학계를 적용하는 것에 의해, 색분리·합성 광학계를 구성하는 다이클로익면에 있어서의 분광 특성의 편광 의존성을 경감하여, 고화질의 투사 화상을 표시하는 프로젝터를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
발명의 개요
본 발명에 의한 제 1 조명 광학계는, 광원으로부터의 광을 복수의 부분 광속(光束)으로 분할하여 각 부분 광속을 집광하는 광속 분할 광학 소자와, 각각의 상기 부분 광속을 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속으로 분리하여, 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속을 각각 다른 방향으로, 또는 평행한 상태로 사출하는 색광 분리 광학 소자와, 복수의 편광 분리막과 복수의 반사막이 교대로 배열된 편광 빔 스플리터 어레이와, 상기 편광 분리막을 투과한 광이 사출되는 위치 또는 상기 반사막에 의해서 반사된 광이 사출되는 위치에 마련된 편광 방향 회전 소자를 구비하고, 상기 편광 분리막에 입사되는 상기 제 1 색의 부분 광속을 제 1 편광 방향으로 가지런히 하고, 상기 반사막에 입사되는 상기 제 2 색의 부분 광속을 제 2 편광 방향으로 가지런히 하여 사출하는 편광 변환 소자와, 상기 편광 변환 소자의 입사측 또는 사출측에 배치되어, 상기 광속 분할 광학 소자에 의해서 형성되는 상을 피조명 영역에 전달하는 전달 광학 소자와, 상기 편광 변환 소자로부터 사출되는 부분 광속을 피조명 영역에서 중첩시키는 중첩 광학 소자 를 갖고 있는 것이다.
이 구성에 의하면, 광원으로부터의 광이, 우선, 광속 분할 광학 소자에 의해서 복수의 부분 광속으로 분할 및 집광되고, 그 복수의 부분 광속의 각각이, 색광 분리 광학 소자에 의해서 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속으로 분리된다. 분리된 제 1 색, 제 2 색의 색광은, 편광 빔 스플리터 어레이와 편광 방향 회전 소자를 구비한 편광 변환 소자에 입사되어, 색광마다 소망하는 편광 상태를 갖는 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속으로 변환된다. 여기서, 편광 빔 스플리터 어레이는 한 쌍의 편광 분리막과 반사막을 복수 쌍 배치한 구조를 갖고 있고, 편광 분리막 또는 반사막의 위치에 대응시켜 편광 방향 회전 소자가, 편광 빔 스플리터 어레이의 사출측에 위치 선택적으로 배치되어 있다. 예컨대, 편광 분리막의 사출측에만 편광 방향 회전 소자가 배치된다. 따라서, 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속 중, 한쪽은 편광 분리막에 입사되고, 다른쪽은 반 사막에 선택적으로 입사된다. 더욱이, 제 1 색, 제 2 색의 부분 광속은, 각각, 편광 빔 스플리터 어레이에 있어서 2종류의 편광 광속, 즉, 편광 분리막을 투과하는 제 1 편광 방향을 갖는 부분 광속과 편광 분리막에서 반사되어 제 2 편광 방향을 갖는 부분 광속으로 분리된다. 이 2종류의 편광 광속 중, 한쪽의 편광 광속의 편광 방향이 λ/2 파장판과 같은 위상차판(편광 방향 회전 소자)을 통과하는 것에 의해서 약 90°회전된다. 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속은 서로 다른막(편광 분리막과 반사막)에 입사되기 때문에, 제 1 색의 부분 광속은 제 1 편광 방향으로, 제 2 색의 부분 광속은 제 2 편광 방향으로 라는 식으로, 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속은 서로 다른 편광 방향으로 가지런히 되게 된다.
예컨대, 제 1 색의 부분 광속은 모두 S 편광, 제 2 색의 부분 광속은 모두 P 편광의 광으로 가지런히 된다. 그리고, 이들 부분 광속은, 중첩 광학 소자를 거쳐서 피조명 영역에서 중첩된다. 전달 광학 소자는, 각 부분 광속을 피조명 영역으로 전달하는 기능을 갖고 있다. 이 전달 광학 소자는, 편광 변환 소자의 입사측에 배치하는 것도, 사출측에 배치하는 것도 가능하다. 전달 광학 소자를 편광 변환 소자의 입사측에 배치하면, 각 부분 광속을 편광 변환 소자에 대하여 소정의 각도로 입사시키는 것이 가능해져, 편광 분리막에 있어서의 편광 분리 성능을 높이기 쉽다. 따라서, 조명 효율이라는 점에서는, 전달 광학 소자를 편광 변환 소자의 입사측에 배치한 쪽이 유리하다. 한편, 전달 광학 소자를 편광 변환 소자의 사출측에 배치하면, 전달 광학 소자에 중첩 광학 소자의 기능을 갖게 하는 것에 의해, 중첩 광학 소자와 전달 광학 소자를 일체의 광학 소자로 구성하는 것도 가능하 다. 따라서, 부품수를 삭감하고 싶은 경우에는, 전달 광학 소자를 편광 변환 소자의 사출측에 배치한 쪽이 유리하다. 본 발명에 의한 제 1 조명 광학계는, 이상 설명한 바와 같이, 광원으로부터의 비편광인 광을, 미리 색광마다 편광 방향이 가지런한 편광 광속으로 변환하고 있기 때문에, 조명 광학계보다도 광로 하류측에 배치되는 다이클로익 프리즘이나 편광 빔 스플리터 등의 광학 요소의 편광 의존성을 경감할 수 있다. 따라서, 조명 효율을 높일 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의한 제 2 조명 광학계는, 광원으로부터의 광을 제 1 색광과 제 2 색광으로 분리하여, 제 1 색광과 제 2 색광을 각각 다른 방향으로, 또는 평행한 상태로 사출하는 색광 분리 광학 소자와, 상기 제 1 색광을 복수의 제 1 색의 부분 광속으로 분할하고, 상기 제 2 색광을 복수의 제 2 색의 부분 광속으로 분할하여 각 부분 광속을 집광하는 광속 분할 광학 소자와, 복수의 편광 분리막과 복수의 반사막이 교대로 배열된 편광 빔 스플리터 어레이와, 상기 편광 분리막을 투과한 광이 사출되는 위치 또는 상기 반사막에 의해서 반사된 광이 사출되는 위치에 마련된 편광 방향 회전 소자를 구비하고, 상기 편광 분리막에 입사되는 상기 제 1 색의 부분 광속을 제 1 편광 방향을 갖는 편광광으로 가지런히 하고, 상기 반사막에 입사되는 상기 제 2 색의 부분 광속을 제 2 편광 방향을 갖는 편광광으로 가지런히 하여 사출하는 편광 변환 소자와, 상기 편광 변환 소자의 입사측 또는 사출측에 배치되어, 상기 광속 분할 광학 소자에 의해서 형성되는 상을 피조명 영역에 전달하는 전달 광학 소자와, 상기 편광 변환 소자로부터 사출되는 부분 광속을 피조명 영역에서 중첩시키는 중첩 광학 소자를 갖고 있는 것이다.
이 구성에 의하면, 광원으로부터의 광이, 우선, 색광 분리 광학 소자에 의해서 제 1 색광과 제 2 색광으로 분리된다. 제 1 색광과 제 2 색광은, 광속 분할 광학 소자에 의해서 각각 복수의 부분 광속으로 분할 및 집광된다. 즉, 제 1 색광은 제 1 색의 부분 광속으로 분할되고, 제 2 색광은 제 2 색의 부분 광속으로 분할된다. 이들 각 부분 광속은, 편광 빔 스플리터 어레이와 편광 방향 회전 소자를 구비한 편광 변환 소자에 입사되어, 색광마다 소망하는 편광 상태를 갖는 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속으로 변환된다. 여기서, 편광 빔 스플리터 어레이의 구성은 상술한 제 1 조명 광학계와 동일하다. 따라서, 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속 중, 한쪽은 편광 분리막에 입사되고, 다른쪽은 반사막에 입사된다. 그 후의 작용은, 앞에서의 제 1 조명 광학계와 동일하다.
제 2 조명 광하계의 경우도, 광원으로부터의 비편광인 광을, 미리 색광마다 편광 방향이 가지런히 된 편광 광속으로 변환하고 있기 때문에, 제 1 조명 광학계와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 더욱이, 제 2 조명 광학계에서는, 색광 분리 광학 소자가 광원과 광속 분할 소자의 사이에 배치되기 때문에, 색광 분리 광학 소자에 평행성이 높은 광을 입사시킬 수 있다. 따라서, 색광 분리 광학 소자에 있어서, 색광의 분리를 한층 높은 효율로, 확실하게 행할 수 있게 된다. 또, 제 2 조명 광학계에 있어서도, 제 1 조명 광학계의 경우와 마찬가지로, 전달 광학 소자를, 편광 변환 소자의 입사측에 배치하는 것도, 사출측에 배치하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명에 의한 제 3 조명 광학계는, 광원으로부터의 광을 복수의 부 분 광속으로 분할하여 각 부분 광속을 집광하는 광속 분할 광학 소자와, 각각의 상기 부분 광속을 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속으로 분리하여, 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속을 각각 다른 방향으로, 또는 평행한 상태로 사출하는 색광 분리 광학 소자와, 복수의 편광 분리막이 소정의 간격으로 배열된 편광 빔 스플리터 어레이와, 상기 소정의 간격으로 배열되고, 상기 편광 빔 스플리터 어레이의 사출측에 마련된 편광 방향 회전 소자를 구비하고, 상기 편광 분리막의 사출측에 상기 편광 방향 회전 소자가 마련되어 있지 않은 입사측 단면에 입사되어, 상기 편광 분리막을 투과하는 상기 제 1 색의 부분 광속과, 상기 편광 분리막에서 반사된 후 인접하는 상기 편광 분리막에서 재차 반사되어 상기 편광 방향 회전 소자를 투과하는 상기 제 1 색의 부분 광속을 제 1 편광 방향으로 가지런히 하고, 상기 편광 분리막의 사출측에 상기 편광 방향 회전 소자가 마련되어 있는 입사측 단면에 입사되어, 상기 편광 분리막을 투과한 후 상기 편광 방향 회전 소자를 투과하는 상기 제 2 색의 부분 광속과, 상기 편광 분리막에서 반사된 후 인접하는 상기 편광 분리막에서 재차 반사되는 상기 제 2 색의 부분 광속을 제 2 편광 방향으로 가지런히 하여 사출하는 편광 변환 소자와, 상기 편광 변환 소자의 입사측 또는 사출측에 배치되어, 상기 광속 분할 광학 소자에 의해서 형성되는 상을 피조명 영역에 전달하는 전달 광학 소자와, 상기 편광 변환 소자로부터 사출되는 부분 광속을 피조명 영역에서 중첩시키는 중첩 광학 소자를 갖고 있는 것이다.
이 구성에 의하면, 광원으로부터의 광이, 우선, 광속 분할 광학 소자에 의해서 복수의 부분 광속으로 분할 및 집광되고, 그 복수의 부분 광속의 각각이, 색광 분리 광학 소자에 의해서 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속으로 분리된다. 분리된 제 1 색, 제 2 색의 색광은, 편광 빔 스플리터 어레이와 편광 방향 회전 소자를 구비한 편광 변환 소자에 입사되어, 색광마다 소망하는 편광 상태를 갖는 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속으로 변환된다. 여기서, 편광 빔 스플리터 어레이는 편광 분리막을 복수 배치한 구조를 갖고 있고, 편광 방향 회전 소자가, 특정의 편광 분리막의 위치에 대응하여 편광 빔 스플리터 어레이의 사출측에 위치 선택적으로 배치되어 있다. 예컨대, 하나 걸러의 편광 분리막의 사출측에만 편광 방향 회전 소자가 배치된다. 여기서, 사출측에 편광 방향 회전 소자를 구비한 편광 분리막을 편광 분리막 A, 사출측에 편광 방향 회전 소자를 구비하지 않은 편광 분리막을 편광 분리막 B라고 편의상 부르기로 한다. 따라서, 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속 중, 한쪽은 편광 분리막 B에 입사되고, 다른쪽은 편광 분리막 A에 선택적으로 입사된다. 편광 분리막 A, B에서는, 상술한 편광 분리막과 마찬가지로, 입사된 부분 광속을 투과하는 제 1 편광 방향을 갖는 부분 광속과 반사하는 제 2 편광 방향을 갖는 부분 광속으로 분리된다. 편광 분리막 B를 투과한 부분 광속은 제 1 편광 방향을 갖는 부분 광속으로서 편광 변환 소자로부터 사출된다. 또한, 편광 분리막 B에서 반사된 부분 광속은 제 2 편광 방향을 갖는 부분 광속이지만, 인접하는 편광 분리막 A에서 재차 반사된 후, λ/2 파장판과 같은 위상차판(편광 방향 회전 소자)을 통과하는 것에 의해 편광 방향이 약 90˚회전되어, 제 1 편광 방향을 갖는 부분 광속으로서 편광 변환 소자로부터 사출된다. 이것에 반하여, 편광 분리막 A을 투과한 부분 광속은 제 1 편광 방향 을 갖는 부분 광속이지만, λ/2 파장판과 같은 위상차판을 통과하는 것에 의해 편광 방향이 약 90°회전되어, 제 2 편광 방향을 갖는 부분 광속으로서 편광 변환 소자로부터 사출된다. 또한, 편광 분리막 A에서 반사된 부분 광속은 인접하는 편광 분리막 B에서 재차 반사된 후, 제 2 편광 방향을 갖는 부분 광속으로서 편광 변환 소자로부터 사출된다.
제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속은 편광 방향 회전 소자의 유무에 의해서 구별된 편광 분리막에 입사되기 때문에, 제 1 색의 부분 광속은 제 1 편광 방향으로, 제 2 색의 부분 광속은 제 2 편광 방향으로 라는 식으로, 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속은 다른 편광 방향으로 가지런히 되게 된다.
예컨대, 제 1 색의 부분 광속은 모두 P 편광, 제 2 색의 부분 광속은 모두 S 편광의 광으로 가지런히 된다. 그리고, 이들 부분 광속은, 중첩 광학 소자를 거쳐서 피조명 영역에서 중첩된다. 그 후의 작용은, 앞에서의 제 1 조명 광학계와 동일하다.
제 3 조명 광학계에 있어서는, 앞에서의 제 1 및 제 2 조명 광학계의 경우에 비하여, 편광 변환 소자내에 있어서의 제 1 색 및 제 2 색의 부분 광속 중, 최단 광로 길이를 갖는 부분 광속과 최장 광로 길이를 갖는 부분 광속 사이의 광로 길이차를 작게 할 수 있다. 이 때문에, 피조명 영역에 있어서, 제 1 색의 부분 광속의 확대율과 제 2 색의 부분 광속의 확대율을 용이하게 일치시킬 수 있다. 이 결과, 조명 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상술한 제 1 및 제 2 조명 광학계에 있어서의 편광 빔 스플리터 어레이는 편광 분리막과 반사막을 구비하고 있는 것에 반하여, 제 3 조명 광학계에 있어서의 편광 빔 스플리터 어레이는 편광 분리막만을 구비하여 구성되어 있기 때문에, 편광 빔 스플리터 어레이의 구조가 간단하여, 제조가 용이하다.
또한, 본 발명에 의한 제 4 조명 광학계는, 광원으로부터의 광을 제 1 색광과 제 2 색광으로 분리하여, 제 1 색광과 제 2 색광을 각각 다른 방향으로, 또는 평행한 상태로 사출하는 색광 분리 광학 소자와, 상기 제 1 색광을 복수의 제 1 색의 부분 광속으로 분할하고, 상기 제 2 색광을 복수의 제 2 색의 부분 광속으로 분할하여 각 부분 광속을 집광하는 광속 분할 광학 소자와, 복수의 편광 분리막이 소정의 간격으로 배열된 편광 빔 스플리터 어레이와, 상기 소정의 간격으로 배열되고, 상기 편광 빔 스플리터 어레이의 사출측에 마련된 편광 방향 회전 소자를 구비하고, 상기 편광 분리막의 사출측에 상기 편광 방향 회전 소자가 마련되어 있지 않은 입사측 단면에 입사되어, 상기 편광 분리막을 투과하는 상기 제 1 색의 부분 광속과, 상기 편광 분리막에서 반사된 후 인접하는 상기 편광 분리막에서 재차 반사되어 상기 편광 방향 회전 소자를 투과하는 상기 제 1 색의 부분 광속을 제 1 편광 방향으로 가지런히 하고, 상기 편광 분리막의 사출측에 상기 편광 방향 회전 소자가 마련되어 있는 입사측 단면에 입사되어, 상기 편광 분리막을 투과한 후 상기 편광 방향 회전 소자를 투과하는 상기 제 2 색의 부분 광속과, 상기 편광 분리막에서 반사된 후 인접하는 상기 편광 분리막에서 재차 반사되는 상기 제 2 색의 부분 광속을 제 2 편광 방향으로 가지런히 하여 사출하는 편광 변환 소자와, 상기 편광 변환 소자의 입사측 또는 사출측에 배치되어, 상기 광속 분할 광학 소자에 의해서 형 성되는 상을 피조명 영역에 전달하는 전달 광학 소자와, 상기 편광 변환 소자로부터 사출되는 부분 광속을 피조명 영역에서 중첩시키는 중첩 광학 소자를 갖고 있는 것이다.
이 구성에 의하면, 광원으로부터의 광이, 우선, 색광 분리 광학 소자에 의해서 제 1 색광과 제 2 색광으로 분리된다. 제 1 색광과 제 2 색광은, 광속 분할 광학 소자에 의해서 각각 복수의 부분 광속으로 분할 및 집광된다. 즉, 제 1 색광은 제 1 색의 부분 광속으로 분할되고, 제 2 색광은 제 2 색의 부분 광속으로 분할된다. 이들 각 부분 광속은, 편광 빔 스플리터 어레이와 편광 방향 회전 소자를 구비한 편광 변환 소자에 입사되어, 색광마다 소망하는 편광 상태를 갖는 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속으로 변환된다. 여기서, 편광 빔 스플리터 어레이의 구성은 상술한 제 3 조명 광학계와 동일하다. 따라서, 제 1 색의 부분 광속은 편광 분리막 B에, 제 2 색의 부분 광속은 편광 분리막 A에, 각각 위치 선택적으로 입사된다. 그 후의 작용은, 상술한 제 3 조명 광학계와 동일하다.
제 4 조명 광학계에서는, 상술한 제 3 조명 광학계와 마찬가지로, 앞에서의 제 1 및 제 2 조명 광학계의 경우에 비하여, 편광 변환 소자내에 있어서의 제 1 색 및 제 2 색의 부분 광속 중, 최단 광로 길이를 갖는 부분 광속과 최장 광로 길이를 갖는 부분 광속 사이의 광로 길이차를 작게 할 수 있다. 이 때문에, 피조명 영역에 있어서, 제 1 색의 부분 광속의 확대율과 제 2 색의 부분 광속의 확대율을 용이하게 일치시킬 수 있다. 이 결과, 조명 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 제 3 조명 광학계에 있어서의 편광 빔 스플리터 어레이와 마찬가지로, 편광 빔 스플리터 어레이의 구조가 간단하여, 제조가 용이하다.
상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 조명 광학계에서 사용하는 색광 분리 광학 소자는, 2개의 미러, 2개의 미러를 구비한 1개의 광학 부품, 반사형 홀로그램, 또는, 투과형 홀로그램에 의해서 구성할 수 있다.
색광 분리 광학 소자를 2개의 미러에 의해서 구성하는 경우는, 제 1 미러를 색분리를 행하는 다이클로익 미러로 하고, 제 2 미러를 반사 미러로 하면 좋다. 다이클로익 미러나 반사 미러는, 일반적으로 반사율이 높다. 따라서, 이러한 미러를 이용한 구성으로 하면, 색광의 분리를 높은 효율로, 확실하게 행할 수 있게 된다. 여기서, 반사 미러는, 알루미늄 등의 금속막에 의해서 형성된 일반적인 반사 미러 뿐만 아니라, 특정의 색광을 반사하는 다이클로익 미러에 의해서도 구성할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 색광 분리 광학 소자에 의해서 조명광으로부터 불필요한 광(예컨대, 적외광, 자외광, 황색광 등의 특정 색광)을 배제할 수 있기 때문에, 이들 조명 광학계를 프로젝터에 이용하는 경우에는, 프로젝터에 이용되는 광변조 장치의 신뢰성 향상이나 투사 화상의 고화질화가 가능해진다. 또, 제 2 미러의 기능은, 제 1 미러를 투과하여 온 특정의 색광을 반사하는 것이므로, 반드시 제 2 미러를 다이클로익 미러로 할 필요는 없다. 그러나, 다이클로익 미러를 이용하면, 일반적인 반사 미러에 비하여 높은 반사율을 얻기 쉬우므로, 색광 분리 광학 소자에 있어서의 광 이용 효율을 높이는 데에는 펀리하다.
더욱이, 2개의 미러를 이용하는 경우, 제 1 미러와 제 2 미러는, 이하와 같이 배치하는 것이 바람직하다.
(1) 상기 제 1 미러와 상기 제 2 미러는 서로 비평행이며, 상기 제 1 미러는 상기 광원의 광축에 대하여 45°의 각도로 배치되고, 상기 제 2 미러는 상기 광원의 광축에 대하여 (45-α)°의 각도로 배치되어 있다.
(2) 상기 제 1 미러와 상기 제 2 미러는 서로 비평행이며, 상기 제 1 미러는 상기 광원의 광축에 대하여 (45+α)°의 각도로 배치되고, 상기 제 2 미러는 상기 광원의 광축에 대하여 45°의 각도로 배치되어 있다.
(3) 상기 제 1 미러와 상기 제 2 미러는 서로 비평행이며, 상기 제 1 미러는 상기 광원의 광축에 대하여 (45+β)°의 각도로 배치되고, 상기 제 2 미러는 상기 광원의 광축에 대하여 (45-β)°의 각도로 배치되어 있다.
(4) 상기 제 1 미러와 상기 제 2 미러는, 소정의 간격을 두고 서로 평행하게, 상기 광원의 광축에 대하여 45°의 각도로 배치되어 있다.
특히, (3)이나 (4)와 같은 배치로 하면, 색광을 소정의 축에 대하여 대칭으로 분리할 수 있어, 전달 광학 소자의 구성을 간소화하는데 바람직하다.
또한, (1) 내지 (3)의 경우에는, 색광 분리 광학 소자의 기능은 편광 변환 소자를 향해서 사출되는 광속의 방향을 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속 사이에서 다르게 하는 것이므로, 이 기능을 실현하기 위해서는, 제 1 미러와 제 2 미러를 서로 비평행인 상태로 배치하면 좋기 때문에, 제 1 미러와 제 2 미러의 배치 각도는 상기 예에 한정되지 않는다. 단, 전달 광학 소자에 대한 색광의 입사 각도에 대응시켜, 전달 광학 소자의 광학 특성을 적절히 설정할 필요가 있다.
다음에, 색광 분리 광학 소자를 2개의 미러를 구비한 1개의 광학 부품으로 구성하는 경우에 대하여 설명한다. 2개의 미러를 구비한 1개의 광학 부품으로서는, 다음과 같은 것을 들 수 있다.
(A) 판형상의 투광성 부재와, 상기 투광성 부재의 대향하는 2개의 면 중 한쪽 면에 마련된 다이클로익 미러와, 다른쪽 면에 마련된 반사 미러를 구비한 광학 부품.
(B) 판형상의 투광성 부재와, 상기 투광성 부재의 대향하는 2개의 면 중 한쪽 면에 고착된 직각 프리즘과, 다른쪽 면에 마련된 반사 미러와, 상기 투광성 부재와 상기 직각 프리즘과의 사이에 마련된 다이클로익 미러를 구비한 광학 부품.
(C) 판형상의 투광성 부재와, 상기 투광성 부재의 대향하는 2개의 면 중 한쪽 면에 고착된 복수개의 작은 치수의 직각 프리즘과, 다른쪽 면에 마련된 반사 미러와, 상기 투광성 부재와 상기 직각 프리즘과의 사이에 마련된 다이클로익 미러를 구비한 광학 부품.
색광 분리 광학 소자를 이러한 1개의 광학 부품으로 하면, 광학계의 조립을 용이화할 수 있게 된다. 또한, (B)나 (C)와 같은 광학 부품을 이용하면, 굴절율이 1보다도 큰 직각 프리즘을 거쳐서 다이클로익 미러에 광이 입사되기 때문에, 다이클로익 미러로의 광의 입사 각도가 좁아져, 다이클로익 미러의 분광 특성을 높일 수 있고, 또한 광로 시프트를 없앨 수 있다. 더욱이, (C)와 같은 광학 부품을 이용하면, 프리즘 부분의 소형화를 도모할 수 있기 때문에, 색광 분리 광학 소자를 소형·경량화할 수 있다. 또, 반사 미러는, 알루미늄 등의 금속막에 의해서 형성된 일반적인 반사 미러 뿐만 아니라, 특정의 광원을 반사하는 다이클로익 미러에 의해서도 구성할 수 있어, 상술한 효과를 얻을 수 있다. 제 2 미러의 기능은, 제 1 미러를 투과하여 온 특정의 색광을 반사하는 것이므로, 반드시 제 2 미러를 다이클로익 미러로 할 필요는 없다. 그러나, 다이클로익 미러를 이용하면, 일반적인 반사 미러에 비하여 높은 반사율을 얻기 쉬우므로, 색광 분리 광학 소자에 있어서의 광 이용 효율을 높이는 데에는 편리하다.
더욱이, (A) ∼ (C)의 광학 부품에 있어서, 다이클로익 미러가 마련되는 한쪽 면과, 반사 미러가 마련되는 다른쪽 면은, 이하와 같이 배치하는 것이 바람직하다.
(a) 상기 한쪽 면과 상기 다른쪽 면은 서로 비평행이며, 상기 한쪽 면은 상기 광원의 광축에 대하여 45°의 각도로 배치되고, 상기 다른쪽 면은 상기 광원의 광축에 대하여 (45-α)°의 각도로 배치되어 있다.
(b) 상기 한쪽 면과 상기 다른쪽 면은 서로 비평행이며, 상기 한쪽 면은 상기 광원의 광축에 대하여 (45+α)°의 각도로 배치되고, 상기 다른쪽 면은 상기 광원의 광축에 대하여 45°의 각도로 배치되어 있다.
(c) 상기 한쪽 면과 상기 다른쪽 면은 서로 비평행이며, 상기 한쪽 면은 상기 광원의 광축에 대하여 (45+β)°의 각도로 배치되고, 상기 다른쪽 면은 상기 광원의 광축에 대하여 (45-β)°의 각도로 배치되어 있다.
(d) 상기 한쪽 면과 상기 다른쪽 면은, 소정의 간격을 두고 서로 평행하게, 상기 광원의 광축에 대하여 45°의 각도로 배치되어 있다.
특히, (c)나 (d)와 같은 배치로 하면, 색광을 소정의 축에 대하여 대칭으로 분리할 수 있어, 전달 광학 소자의 구성을 간소화하는데 바람직하다.
또한, (1) 내지 (3)의 경우에는, 색광 분리 광학 소자의 기능은 편광 변환 소자를 향하여 사출되는 광속의 방향을 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속 사이에서 다르게 하는 것이므로, 이 기능을 실현하기 위해서는, 한쪽 면과 다른쪽 면을 교대로 비평행인 상태로 배치하면 좋기 때문에, 한쪽 면과 다른쪽 면의 배치 각도는 상기 예에 한정되지 않는다. 단, 전달 광학 소자에 대한 색광의 입사 각도에 대응시켜, 전달 광학 소자의 광학 특성을 적절히 설정할 필요가 있다.
마지막으로, 색광 분리 광학 소자를, 반사형 홀로그램 소자나 투과형 홀로그램 소자에 의해서 구성하는 경우에 대하여 설명한다. 이 경우는, 색광 분리 광학 소자를 1개의 판형상의 홀로그램에 의해서 구성할 수 있기 때문에, 색광 분리 광학 소자의 부품수를 감소시킬 수 있고, 또한 조명 광학계의 소형·경량화를 도모할 수 있게 된다.
본 발명에 의한 조명 광학계에서 사용하는 광속 분할 광학 소자는, 렌즈 어레이, 미러 어레이, 복수의 반사면을 구비한 도광 로드(rod) 등에 의해 구성할 수 있다. 미러 어레이를 이용하면, 렌즈 어레이나 도광 로드를 이용한 경우보다 비용이 저렴하게 된다. 또한, 미러 어레이나 도광 로드를 이용하면, 렌즈 어레이에 수반되는 구면 수차가 발생하지 않기 때문에, 집광성을 높여, 조명 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 조명 광학계에 있어서, 더욱이, 상기 편광 빔 스플리트 어레이의 입사측에 불필요한 색광의 입사를 차단하기 위한 다이클로익 필터 어 레이를 마련하는 것이 바람직하다. 이렇게 다이클로익 필터 어레이를 마련하면, 분광 특성에 있어서의 입사각 의존성이 비교적 큰 색광 분리 광학 소자를 이용한 경우에도, 편광 빔 스플리터 어레이에 대하여 불필요한 색광이 입사하는 것을 회피할 수 있어, 제 1 색광과 제 2 색광의 분리를 확실하게 행할 수 있다. 또, 전달 광학 소자를 편광 변환 소자의 입사측에 배치하는 경우, 다이클로익 필터 어레이는, 전달 광학 소자와 편광 변환 소자의 사이 뿐만 아니라, 전달 광학 소자의 입사측에 배치하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명에 의한 조명 광학계에 있어서, 상기 색광 분리 광학 소자는, 녹색광과 적색광 및 청색광을 분리하는 색분해 특성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 색광 분리 광학 소자에 있어서의 녹색광의 선택 특성을 최적화하기 쉽게 된다. 따라서, 이러한 구성으로 한 조명 광학계를 프로젝터에 채용하면, 녹색광의 콘트라스트와 이용 효율을 보다 한층 높이기 쉽게 되어, 보다 높은 콘트라스트로 밝은 투사 화상을 표시할 수 있게 된다.
더욱이, 이상 상술한 바와 같은 조명 광학계를 이용하여, 이 조명 광학계로부터 사출된 광을 변조하는 광변조 장치와, 상기 광변조 장치에 의해서 변조된 광을 투사하는 투사 렌즈를 갖는 프로젝터를 구성하면, 조명 광학계보다도 광로 하류측에 배치된 광학 소자의 편광 의존성을 경감할 수 있어, 투사 화상의 고화질화와 밝기 향상을 실현할 수 있게 된다.
특히, 본 발명에 의한 조명 광학계는, 다음과 같은 프로젝터에 채용하는 것이 바람직하다.
(I) 상술한 바와 같은 조명 광학계와, 상기 조명 광학계로부터 사출된 상기 제 1 색의 광을 변조하는 제 1 반사형 광변조 장치와, 상기 조명 광학계로부터 사출된 상기 제 2 색의 광에 포함되는 제 3 색광을 변조하는 제 2 반사형 광변조 장치와, 상기 조명 광학계로부터 사출된 상기 제 2 색의 광에 포함되는 제 4 색광을 변조하는 제 3 반사형 광변조 장치와, 상기 조명 광학계로부터 사출된 광을 상기 제 1 색의 광과 상기 제 2 색의 광으로 분리하는 편광 빔 스플리터와, 상기 제 2 색의 광을 상기 제 3 색광과 상기 제 4 색광으로 분리하고, 또한 상기 제 2 반사형 광변조 장치로부터 사출된 광과 상기 제 3 반사형 광변조 장치로부터 사출된 광을 합성하여 상기 편광 빔 스플리터를 향해서 사출하는 색광 분리·합성 소자를 갖고, 상기 제 1 반사형 광변조 장치로부터 사출된 광과 상기 색광 분리·합성 소자로부터 사출된 광 중, 상기 편광 빔 스플리터에 의해서 선택된 광을 투사하는 투사 렌즈를 갖는 프로젝터.
(II) 상술한 바와 같은 조명 광학계와, 상기 조명 광학계로부터 사출된 광에 포함되는 상기 제 1 색의 광을 변조하는 제 1 반사형 광변조 장치와, 상기 조명 광학계로부터 사출된 상기 제 2 색의 광에 포함되는 제 3 색광을 변조하는 제 2 반사형 광변조 장치와, 상기 조명 광학계로부터 사출된 상기 제 2 색의 광에 포함되는 제 4 색광을 변조하는 제 3 반사형 광변조 장치와, 제 1 ∼ 제 4 편광 빔 스플리터와, 상기 제 1 편광 빔 스플리터와 상기 제 3 편광 빔 스플리터의 사이에 마련된 제 1 파장 선택 위상차판과, 상기 제 3 편광 빔 스플리터와 상기 제 4 편광 빔 스플리터의 사이에 마련된 제 2 파장 선택 위상차판과, 상기 제 4 편광 빔 스플리터 로부터 사출된 광을 투사하는 투사 렌즈를 구비하고, 상기 제 1 편광 빔 스플리터는 상기 조명 광학계로부터 사출된 광을 상기 제 1 색의 광과 상기 제 2 색의 광으로 분리하고, 상기 제 2 편광 빔 스플리터는, 상기 제 1 편광 빔 스플리터에 의해서 분리된 상기 제 1 색의 광을 상기 제 1 반사형 광변조 장치로 인도하고, 또한 상기 제 1 반사형 광변조 장치에 의해서 변조된 상기 제 1 색의 색광을 상기 제 4 편광 빔 스플리터로 인도하며, 상기 제 1 파장 선택 위상차판은, 상기 제 1 편광 빔 스플리터에 의해서 분리된 상기 제 2 색의 광에 포함되는 상기 제 3 색광과 상기 제 4 색광 중, 상기 제 3 색광의 편광 방향만을 약 90° 회전시키고, 상기 제 3 편광 빔 스플리터는, 상기 제 1 파장 선택 위상차판으로부터 사출된 상기 제 3 색광과 상기 제 4 색광을 상기 제 2 반사형 광변조 장치와 상기 제 3 반사형 광변조 장치로 인도하고, 또한 상기 제 2 반사형 광변조 장치 및 상기 제 3 반사형 광변조 장치에 의해서 변조된 상기 제 3 색광 및 상기 제 4 색광을 상기 제 2 파장 선택 위상차판으로 인도하며, 상기 제 2 파장 선택 위상차판은, 상기 제 3 편광 빔 스플리터로부터 사출된 상기 제 3 색광과 상기 제 4 색광 중, 상기 제 3 색광의 편광 방향만을 약 90° 회전시키고, 상기 제 4 편광 빔 스플리터는, 상기 제 2 편광 빔 스플리터로부터 사출된 상기 제 1 색의 광과, 상기 제 2 파장 선택 위상차판으로부터 사출된 상기 제 3 색광과 상기 제 4 색광을 합성하여 상기 투사 렌즈를 향해서 사출하는 프로젝터.
(III) 상술한 바와 같은 조명 광학계와, 상기 조명 광학계로부터 사출된 광을 제 1 색의 광과 제 2 색의 광과 제 3 색의 광으로 분리하는 색분리 광학계와, 상기 색분리 광학계에 의해 분리된 상기 제 1 색의 광을 화상 신호에 따라 변조하는 제 1 투과형 광변조 장치와, 상기 색분리 광학계에 의해 분리된 상기 제 2 색의 광을 화상 신호에 따라 변조하는 제 2 투과형 광변조 장치와, 상기 색분리 광학계에 의해 분리된 상기 제 3 색의 광을 화상 신호에 따라 변조하는 제 3 투과형 광변조 장치와, 상기 제 1 투과형 광변조 장치, 상기 제 2 투과형 광변조 장치, 및 상기 제 3 투과형 광변조 장치에 의해 각각 변조된 상기 제 1 색의 광, 상기 제 2 색의 광, 및 상기 제 3 색의 광을 합성하는 색합성 광학계와, 상기 색합성 광학계에 의해 합성된 광을 투사하는 투사 렌즈를 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
(I), (II), (III)과 같은 프로젝터를 구성하면, 다이클로익 미러, 다이클로익 프리즘, 편광 빔 스플리터 등에 있어서의 분광 특성의 편광 의존성이 경감되어, 투사 화상의 고화질화와 고휘도화, 색광의 분리나 합성을 행하는 광학계의 저비용화를 동시에 실현할 수 있게 된다. 또한, (II)와 같은 구성의 프로젝터에서는, 각 색광이 모두 2개의 편광 빔 스플리터를 통과하여 투사 렌즈에 도달하므로, 프로젝터의 투사 화상의 콘트라스트를 더욱 높일 수 있다. 또한, 제 1과 제 4의 편광 빔 스플리터를 다이클로익 미러나 다이클로익 프리즘으로 치환할 수 있으며, 그 경우에는 저비용화를 달성할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 의한 상술한 조명 광학계는, 제 1 색광, 제 2 색광, 및 제 3 색광의 3개의 색광 중, 1개의 색광의 편광 상태를 다른 2개의 색광의 편광 상태와 다르게 하여 사출할 수 있다. 이 때문에, 통상, 제 1 색의 광, 제 2 색의 광, 및 제 3 색의 광의 광을 각각 변조하는 3개의 투과형 광변조 장치와, 이들 투과형 변조 장치에 의해 변조된 제 1 색의 광, 제 2 색의 광, 및 제 3 색의 광을 합성하는 색합성 광학계를 구비한, 소위 3판식의 프로젝터에 있어서는, 색합성 광학계에 있어서의 색광의 합성 효율을 향상시키기 위해서 투과형 광변조 장치의 직전 또는 직후에 λ/2 파장판을 배치하여, 색합성 광학계에 입사되는 적어도 1개의 색광의 편광 상태를 다른 색광의 편광 상태와 다르게 하고 있지만, 본 발명의 조명 광학계를 이용하면, 그러한 목적으로 사용되는 λ/2 파장판을 생략할 수 있다. 이 결과, 저비용화를 달성할 수 있다.
예컨대, 조명 광학계가, 녹색광을 S 편광광, 청색광 및 적색광을 P 편광광으로서 사출하는 구성의 경우, 투과형 광변조 장치의 직전 또는 직후의 λ/2 파장판은 불필요하다. 또한, 조명 광학계가, 녹색광을 P 편광광, 청색광 및 적색광을 S 편광광으로서 사출하는 구성의 경우, 제 1 ∼ 제 3의 전체의 투과형 광변조 장치의 직전 또는 직후에 각 투과형 광변조 장치마다 동일한 수의 λ/2 파장판이 필요해지지만, 각 색마다의 광로중에 있어서, 각각 동일한 수의 λ/2 파장판을 배치하고 있기 때문에, 색 불균일을 저감할 수 있다.
더욱이, 투과형 광변조 장치가 갖는 표시 특성에 따라서는, 이 투과형 광변조 장치에 입사되는 광의 편광 상태가 한정되어 있는 경우도 있다. 예컨대, 녹색광을 S 편광광, 청색광 및 적색광을 P 편광광으로서 투과형 광변조 장치에 입사시키는 경우, (III)에 기재된 프로젝터의 구성은 효과적이다.
도 1은 본 발명에 의한 조명 광학계를 포함하는 프로젝터의 실시예 1을 도시 하는 개략 구성도이고,
도 2는 본 발명에 의한 조명 광학계에서 사용되는 편광 변환 소자의 상세 구성을 도시하는 단면도이고,
도 3은 본 발명에 의한 조명 광학계를 포함하는 프로젝터의 실시예 2를 도시하는 개략 구성도이고,
도 4는 본 발명에 의한 조명 광학계를 포함하는 프로젝터의 실시예 3을 도시하는 개략 구성도이고,
도 5는 본 발명에 의한 조명 광학계를 포함하는 프로젝터의 실시예 4를 도시하는 개략 구성도이고,
도 6은 본 발명에 의한 조명 광학계를 포함하는 프로젝터의 실시예 5를 도시하는 개략 구성도이고,
도 7은 본 발명에 의한 조명 광학계의 실시예 6을 도시하는 개략 구성도이고,
도 8은 편광 변환 소자의 변형예의 상세 구성을 도시하는 단면도이고,
도 9(a), (b)는 본 발명에 의한 조명 광학계에서 사용되는 색광 분리 광학 소자의 다른 실시예를 도시하는 도면이고,
도 10(a), (b)는 본 발명에 의한 조명 광학계에서 사용되는 색광 분리 광학 소자의 다른 실시예를 도시하는 도면이고,
도 11(a), (b)는 본 발명에 의한 조명 광학계에서 사용되는 색광 분리 광학 소자의 다른 실시예를 도시하는 도면이고,
도 12는 본 발명에 의한 조명 광학계에서 사용되는 색광 분리 광학 소자의 다른 실시예를 도시하는 도면이고,
도 13은 본 발명에 의한 조명 광학계에서 사용되는 색광 분리 광학 소자의 다른 실시예를 도시하는 도면이고,
도 14는 본 발명에 의한 조명 광학계에서 사용되는 색광 분리 광학 소자의 다른 실시예를 도시하는 도면이고,
도 15는 본 발명에 의한 조명 광학계에서 사용되는 광속 분할 광학 소자와 색광 분리 광학 소자의 다른 실시예를 도시하는 도면이고,
도 16은 본 발명에 의한 조명 광학계에서 사용되는 다이클로익 미러의 반사 특성을 도시하는 설명도이고,
도 17은 본 발명에 의한 조명 광학계에서 사용되는 다이클로익 프리즘의 분광 특성을 도시하는 설명도이고,
도 18은 본 발명에 의한 조명 광학계를 이용한 프로젝터에서 사용되는 파장 선택 위상차판의 광학적 특성을 도시하는 설명도이다.
이하에 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 조명 광학계 및 프로젝터의 실시예를 상세히 설명한다.

(실시예 1)
도 1은 본 발명에 의한 조명 광학계를 포함하는 프로젝터의 일실시예를 도시하고 있다. 이 프로젝터는, 조명 광학계(10)와, 색분리·합성 광학계(100)와, 광변조 장치로서의 3개의 반사형 액정 패널(200R, 200G, 200B)과, 투사 렌즈(210)를 갖고 있다.
조명 광학계(10)는, 거의 평행한 광속을 사출하는 광원(20)과, 광속 분할 광학 소자를 이루는 제 1 렌즈 어레이(30)와, 색광 분리 광학 소자(40)와, 편광 변환 소자(50)와, 전달 광학 소자를 이루는 제 2 렌즈 어레이(60)와, 중첩 광학 소자인 중첩 렌즈(70)를 구비하고 있고, 색광마다 편광 방향이 거의 가지런한 조명 광속을 생성하는 기능을 갖고 있다.
광원(20)은, 광원 램프(21)와 오목면 거울(22)을 갖고 있다. 광원 램프(21)로부터 방사된 광은, 오목면 거울(22)에 의해서 한 방향으로 반사되고, 거의 평행한 광선속으로 되어 제 1 렌즈 어레이(30)에 입사된다. 여기서, 광원 램프(21)로서는, 메탈 할라이드 램프, 크세논 램프, 고압 수은 램프, 할로겐 램프 등을, 오목면 거울(22)로서는, 포물면 리플렉터, 타원면 리플렉터, 구면 리플렉터 등을 사용할 수 있다.
제 1 렌즈 어레이(30)는, 피조명 영역과 거의 상사(相似) 관계에 있는 윤곽(輪郭) 형상을 갖는 복수의 소형 렌즈(31)를 M행 N열의 매트릭스 형상으로 배열한 구성을 갖고 있다. 본 실시예의 경우, 피조명 영역은 반사형 액정 패널의 표시 영역이고, 그 윤곽은 직사각형 형상이기 때문에, 소형 렌즈(31)도 직사각형 형상의 윤곽 형상으로 설정되어 있다. 각 소형 렌즈(31)는, 광원(20)으로부터 입사된 거의 평행한 광속을 복수(M×N 개)의 부분 광속으로 분할하고, 편광 변환 소자(50)의 근방에서 각 부분 광속을 개별적으로 집광한다. 환언하면, 제 1 렌즈 어레이(30)의 부분 광속이 집광하는 위치에 편광 변환 소자(50)가 배치되어 있다.
색광 분리 광학 소자(40)는, 제 1 렌즈 어레이(30)와 제 2 렌즈 어레이(60)의 사이에 배치되고, 제 1 미러로서의 다이클로익 미러(41)와, 제 1 미러(41)의 배면측에 배치된 제 2 미러로서의 반사 미러(42)를 구비하고 있다. 다이클로익 미러(41)는, 도 16에 도시되어 있는 바와 같은 분광 특성을 갖고 있고, 적색광(R)과 청색광(B)을 반사하며, 녹색광(G)을 투과한다. 반사 미러(42)는 알루미늄 등의 금속막에 의해 형성된 일반적인 반사 미러, 또는, 녹색광(G)을 반사하는 다이클로익 미러에 의해 구성되어 있다. 반사 미러(42)의 기능은, 다이클로익 미러(41)를 투과하여 온 특정의 색광을 반사하는 것이므로, 반드시 다이클로익 미러를 이용할 필요는 없지만, 일반적인 반사 미러에 비하여 다이클로익 미러에서는 높은 반사율을 얻기 쉬우므로, 색광 분리 광학 소자(40)에 있어서의 광 이용 효율을 높이기 위해서는 유리하다. 또, 다이클로익 미러는 유전체 다층막에 의해 형성할 수 있다.
이것에 의해, 다이클로익 미러(41)는, 제 1 렌즈 어레이(30)로부터 사출된 부분 광속의 전체를, 녹색광(G)인 제 1 색의 부분 광속과, 적색광(R)과 청색광(B)의 합성색인 제 2 색의 부분 광속으로 분리한다.
다이클로익 미러(41)와 반사 미러(42)는 서로 비평행인 상태에 있고, 다이클로익 미러(41)는 광원(20)의 광축 La에 대하여 45°의 각도로 배치되고, 반사 미러(42)는 광원(20)의 광축 La에 대하여 (45-α)°의 각도로 배치되어 있다(단, α> 0). 다이클로익 미러(41)를 광원(20)의 광축 La에 대하여 (45+α)°의 각도로 배치하고, 반사 미러(42)를 광원(20)의 광축 La에 대하여 45°의 각도로 배치하도록 하여도 좋다.
색광 분리 광학 소자(40)는, 다이클로익 미러(41)와 반사 미러(42)의 배치 각도의 차이로부터, 제 1 색의 부분 광속(G)과 제 2 색의 부분 광속(B+R)을, 제 2 렌즈 어레이(60)를 향해서 각각 다른 방향으로 사출한다. 바꿔 말하면, 색광 분리 광학 소자(40)의 기능은, 제 2 렌즈 어레이(60)를 향해서 사출되는 광속의 방향을 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속의 사이에 다르게 하는 것이므로, 이 기능을 실현하기 위해서는, 다이클로익 미러(41)와 반사 미러(42)를 서로 비평행인 상태로 배치하면 좋다. 따라서, 다이클로익 미러(41)와 반사 미러(42)는 상기 이외의 각도로 배치하는 것도 가능하다. 단, 후술한 바와 같이, 제 2 렌즈 어레이(60)에 대한 색광의 입사각에 대응시켜, 제 2 렌즈 어레이(60)를 구성하는 렌즈(61, 62)의 형상이나 광학 특성을 설정하는 것이 필요하게 된다.
제 2 렌즈 어레이(60)는, 제 2 색의 부분 광속(B+R)의 각각에 대응하는 동심 렌즈(61)와, 제 1 색의 부분 광속(G)의 각각에 대응하는 편심 렌즈(62)의 쌍을, M행 N열의 매트릭스 형상으로 배열한 구성을 갖고 있다. 제 2 렌즈 어레이(60)는, 동심 렌즈(61)에 의해서 제 2 색의 부분 광속(B+R)의 각각을 편광 변환 소자(50)의 후술하는 편광 분리막(54)에 입사시키고, 편심 렌즈(62)에 의해서 제 1 색의 부분 광속(G)의 각각을 편광 변환 소자(50)의 후술하는 반사막(55)에 입사시킨다.
여기서, 동심 렌즈(61)는 렌즈체의 물리적 중심에 광축을 갖는 렌즈이고, 편심 렌즈(62)는 렌즈체의 물리적 중심으로부터 떨어진 곳에 광축을 갖는 렌즈이다. 이들 렌즈(61, 62)는, 입사되는 부분 광속을 효율적으로 피조명 영역인 액정 패널에 전달하는 기능과, 각 부분 광속을 편광 변환 소자(50)에 대하여 소정의 각도로 입사시키는 기능을 갖고 있다. 본 실시예의 경우는, 각 부분 광속을 편광 변환 소자(50)에 대하여 거의 수직으로 입사시키고 있다. 다이클로익 미러(41)와 광축 La가 이루는 각도는 45°이기 때문에, 제 2 색의 부분 광속(B+R)은 편광 변환 소자(50)에 대하여 거의 수직으로 입사된다. 따라서, 이들 부분 광속에 대한 렌즈는 동심 렌즈(61)로 되어 있다. 한편, 반사 미러(42)와 광축 La가 이루는 각도는 (45-α)°이기 때문에, 제 1 색의 각 부분 광속(G)은 편광 변환 소자(50)에 대하여 약간 비스듬이 입사된다. 따라서, 이들 부분 광속에 대한 렌즈는 편심 렌즈(62)로 되어 있다. 즉, 편심 렌즈(62)에서 부분 광속의 광축을 구부려, 편광 변환 소자(50)에 대하여 거의 수직으로 입사되도록 구성되어 있다.
다이클로익 미러(41)를 광원(20)의 광축 La에 대하여 (45+α)°의 각도로 배치하고, 반사 미러(42)를 광원(20)의 광축 La에 대하여 45°의 각도로 배치하도록 하는 경우는, 동심 렌즈(61)의 위치와 편심 렌즈(62)의 위치를 재배치하여, 편심 렌즈(62)의 방향을 도 1과는 반대로(렌즈 두께가 얇은 부분이 광원(20)측에 옴) 설정하면 좋다. 또, 후술하는 편광 분리막(54)에 있어서의 편광 분리 성능을 높이기 쉬우므로, 각 부분 광속을 편광 변환 소자(50)에 대하여 거의 수직으로 입사시키는 설정이 바람직하지만, 편광 분리막(54)의 편광 분리 특성은 막설계에 의해서 변화시킬 수 있다. 따라서, 편광 분리막(54)이나 반사막(55)의 광학 특성에 따라서는, 제 2 렌즈 어레이(60)를 편광 변환 소자(50)의 사출측에 배치할 수 있다. 이 경우, 제 2 렌즈 어레이(60)는, 입사되는 부분 광속을 피조명 영역인 액정 패널에 전달하는 기능만을 갖는다. 또한, 이 경우, 제 2 렌즈 어레이(60)에 후술하는 중첩 렌즈(70)의 기능을 함께 갖게 할 수도 있다.
편광 변환 소자(50)는, 편광 빔 스플리터 어레이(51)와, 편광 빔 스플리터 어레이(51)의 사출측에 배치된 편광 방향 회전 소자로서의 λ/2 파장판(52)에 의해 구성되어 있다.
편광 빔 스플리터 어레이(51)는, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 단면 형상이 평행사변형의 주상(柱狀) 투광성 부재(53)를 복수개 접합시킨 구성으로 되어 있다. 투광성 부재(53)로서는, 광학 유리를 이용하는 것이 일반적이지만, 그 밖의 재료(예컨대, 프라스틱이나 결정)이더라도 상관없다. 인접하는 투광성 부재(53)가 접합된 계면에는, 편광 분리막(54)과 반사막(55)을 교대로 배치하고 있다. 편광 분리막(54)과 반사막(55)은, 편광 변환 소자(50)의 입사 단면(51a)에 대하여 약 45°경사져 있다. 또한, 편광 분리막(54)과 반사막(55)은 쌍을 이루고 있고, 그 쌍의 수는, 제 1 렌즈 어레이(30)의 열수 N 또는 행수 M에 대응하고 있다.
편광 분리막(54)는, 유전체 다층막 등에 의해 구성되고, 비편광인 광을 편광 방향이 서로 직교하는 2종류의 직선 편광광으로 분리한다. 예컨대, P 편광광을 투과하고, S 편광광을 반사하는 편광 분리 특성을 갖고 있다. 또한, 반사막(55) 은, 유전체 다층막이나 금속막 등에 의해 구성된다.
λ/2 파장판(52)은, 편광 분리막(54)을 투과한 광이 사출되는 위치에 마련되어 있어, 투과하는 편광광의 편광 방향을 90°회전시킨다. 이것은, P 편광광을 S 편광광으로, S 편광광을 P 편광광으로 변환하는 것을 의미한다.
본 실시예에서는, 편광 변환 소자(50)는, 편광 빔 스플리터 어레이(51)와 λ/2 파장판(52)의 조합에 의해, 편광 분리막(54)에 입사되는 제 2 색의 부분 광속(B+R)을 모두 제 2 편광 방향을 갖는 편광광으로서의 S 편광광으로 변환하고, 반사막(55)에 입사되는 제 1 색의 부분 광속(G)을 모두 제 1 편광 방향을 갖는 편광광으로서의 P 편광광으로 변환한다. 또, 변환의 과정에 대해서는 후술한다. 물론, λ/2 파장판(52)을 반사막(55)에서 반사된 광이 사출되는 위치에 마련하여, 제 1 색의 부분 광속(G)을 S 편광광으로, 제 2 색의 부분 광속(B+R)을 P 편광광으로 변환하는 구성을 채용할 수도 있다.
중첩 렌즈(70)는, 편광 변환 소자(50)의 사출측에 배치되어, 편광 변환 소자(50)로부터 사출되는 부분 광속의 모두를 피조명 영역, 즉, 3개의 반사형 액정 패널(200R, 200G, 200B)상에서 중첩시킨다. 색분리·합성 광학계(100)의 입광부 근방에는, 평행화 렌즈(99)가 배치되어, 피조명 영역에 도달하는 각 부분 광속의 중심 광로가 조명 광축 L과 거의 평행으로 되도록 변환하여, 피조명 영역에 있어서의 조명 효율을 향상시키고 있다.
다음에, 색분리·합성 광학계(100)에 대하여 설명한다. 색분리·합성 광학계(100)는, 편광 빔 스플리터(110)와, 색광 분리·합성 소자를 이루는 다이클로익 프리즘(120)을 갖고 있다. 편광 빔 스플리터(110)는, 2개의 직각 프리즘(111, 112)의 서로의 접합면에 편광광 분리막(113)이 형성된 광학 소자이고, 1개의 입사 단면(114)과, 1개의 사출 단면(115)과, 2개의 입사·사출 단면(116, 117)을 갖고 있다. 편광광 분리막(113)은, 유전체 다층막 등에 의해 구성되어, 예컨대 P 편광광을 투과하고, S 편광광을 반사하는 편광 분리 특성을 갖고 있다.
편광 빔 스플리터(110)의 입사 단면(114)은 평행화 렌즈(99)와 대향하여 조명 광학계(10)로부터의 광의 입구면으로 되어 있다. 편광 빔 스플리터(110)의 사출 단면(115)에 투사 렌즈(210)가 대향 배치되고, 입사·사출 단면(116)에 반사형 액정 패널(200G)이 대향 배치되어 있다.
다이클로익 프리즘(120)은, 2개의 직각 프리즘(121, 122)의 서로의 접합면에 다이클로익면(123)이 형성된 광학 소자이고, 3개의 입사·사출 단면(124, 125, 126)을 갖고 있다. 다이클로익면(123)은, 유전체 다층막 등에 의해 형성되어, 적어도 적색광을 반사하는 색분리 특성을 갖고 있다. 다이클로익 프리즘(120)의 입사·사출 단면(124)은 편광 빔 스플리터(110)의 입사·사출 단면(117)과 접합되어 있고, 입사·사출 단면(125)에 반사형 액정 패널(200B)이, 또 하나의 입사·사출 단면(126)에 반사형 액정 패널(220R)이, 각각 대향 배치되어 있다.
다음, 상술한 구성에 의한 프로젝터의 광학계의 기능에 대하여 설명한다. 광원(20)으로부터의 광은, 제 1 렌즈 어레이(30)의 각 소형 렌즈(31)에 의해 복수의 부분 광속으로 분할되어, 색광 분리 광학 소자(40)에 입사된다. 각 부분 광속은 색광 분리 광학 소자(40)의 다이클로익 미러(41)에 의해, 녹색광(G)인 제 1 색 의 부분 광속과, 적색광(R)과 청색광(B)의 합성색인 제 2 색의 부분 광속으로 분리되고, 제 2 색의 각 부분 광속은 다이클로익 미러(41)에서 반사되어 제 2 렌즈 어레이(60)의 동심 렌즈(61)를 통과하여 편광 빔 스플리터 어레이(51)의 편광 분리막(54)에 입사된다. 한편, 제 1 색의 각 부분 광속은 다이클로익 미러(41)을 투과하고, 반사 미러(42)에서 반사되어 제 2 렌즈 어레이(60)의 편심 렌즈(62)를 통과하여 편광 빔 스플리터 어레이(51)의 반사막(55)에 입사된다.
편광 빔 스플리터 어레이(51)의 편광 분리막(54)에 입사된 제 2 색의 부분 광속(B+R)은, 편광 분리막(54)을 투과하는 P 편광광과 반사하는 S 편광광으로 분리된다. 편광 분리막(54)을 투과한 P 편광광은 λ/2 파장판(52)을 통과하는 것에 의해 편광 방향을 90°회전하여, S 편광광으로 변환된다. 이것에 반하여, 편광 분리막(54)에서 반사된 S 편광광은 인접하는 반사막(55)에서 재차 반사되어, 편광 분리막(54)을 투과한 편광광과 거의 동일한 방향으로 향하지만, 이 편광광은 λ/2 파장판(52)을 통과하지 않기 때문에, 편광 방향은 변화되지 않아, S 편광광의 그대로이다. 따라서, 편광 분리막(54)에 입사된 제 2 색의 부분 광속(B+R)은, S 편광광으로 가지런히 되어 편광 변환 소자(50)로부터 사출된다.
한편, 편광 빔 스플리터 어레이(51)의 반사막(55)에 입사된 제 1 색의 부분 광속(G)은, 반사막(55)을 통과하여 편광 분리막(54)에 입사되기 때문에, 제 1 색의 부분 광속(G)이 편광 분리막(54)에 입사되는 방향은, 상기 제 2 색의 부분 광속(B+R)에 대하여 90°다르게 되어 있다. 따라서, 반사막(55)을 통과하여 편광 분리막(54)에서 반사된 S 편광광은 λ/2 파장판(52)을 통과하는 것에 의해 편광 방 향을 90°회전하여, P 편광광으로 변환된다. 이것에 반하여, 반사막(55)을 통과하여 편광 분리막(54)을 투과한 P 편광광은 인접하는 다른 반사막(55)에서 반사되어, 편광 분리막(54)에서 반사된 편광광과 거의 동일한 방향으로 향하지만, 이 편광광은 λ/2 파장판(52)을 통과하지 않기 때문에, 편광 방향은 변화되지 않아, P 편광광의 그대로이다. 따라서, 반사막(55)에 입사된 제 1 색의 부분 광속(G)은, P 편광광으로 가지런히 되어 편광 변환 소자(50)로부터 사출된다.
또, 도 2에 있어서, 실선에 의한 광선 표시는 P 편광광을, 파선에 의한 광선 표시는 S 편광광을 각각 나타내고 있다. 이 규칙은, 도 1의 색분리·합성 광학계(100) 부분에 있어서의 광선 표시에 대해서도, 마찬가지이다.
편광 변환 소자(50)로부터 사출되는 제 1 색의 각 부분 광속(G)과 제 2 색의 부분 광속(B+R)은 중첩 렌즈(70)에 의해서 피조명 영역인 3개의 반사형 액정 패널(200R, 200G, 200B)상에서 중첩된다.
입사 단면(114)을 통과하여 색분리·합성 광학계(100)의 편광 빔 스플리터(100)에 입사된 광속 중, 제 1 색의 부분 광속(G)은, 모두 P 편광광이므로, 편광 빔 스플리터(110)의 편광광 분리막(113)을 투과하여 직진하여, 입사·사출 단면(116)으로부터 반사형 액정 패널(200G)에 입사된다. 제 1 색의 부분 광속(G)은, 반사형 액정 패널(200G)에 의해서 도시하지 않은 외부로부터의 화상 정보에 따라 변조되고, 변조의 정도에 따라서 부분적으로 S 편광광을 포함한 광속으로 변환되고, 또한 반사형 액정 패널(200G)에서 반사되어 입사·사출 단면(116)으로 되돌아와, 편광 빔 스플리터(110)의 편광광 분리막(113)에 입사된다. 제 1 색 의 부분 광속(G) 중, 변조되어 S 편광광으로 변환된 광속은, 편광광 분리막(113)에서 반사되어 사출 단면(115)을 통과하여 투사 렌즈(210)에 입사된다. 또, 반사형 액정 패널(220R, 200G, 200B)에 대해서는 잘 알려져 있기 때문에, 그 구조나 동작에 관한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 입사 단면(114)을 통과하여 색분리·합성 광학계(100)의 편광 빔 스플리터(110)에 입사된 광속 중, 제 2 색의 부분 광속(B+R)은, 모두 S 편광광이므로, 편광 빔 스플리터(110)의 편광광 분리막(113)에 의해 반사되어, 다이클로익 프리즘(120)의 다이클로익면(123)에 입사된다. 다이클로익 프리즘(120)의 다이클로익면(123)에 입사된 제 2 색의 부분 광속(B+R) 중, 적색광은, 다이클로익면(123)에서 반사되어, 입사·사출 단면(126)으로부터 반사형 액정 패널(200R)에 입사된다. 적색광은, 반사형 액정 패널(200R)에 의해서 변조되고, 변조의 정도에 따라 부분적으로 P 편광광을 포함한 광속으로 변환되며, 또한 반사형 액정 패널(200R)에서 반사되어 입사·사출 단면(126)으로 되돌아와, 다이클로익면(123)에서 반사되어, 편광 빔 스플리터(110)의 편광광 분리막(113)에 입사된다. 적색광 중, 변조되어 P 편광광으로 변환된 광속은, 편광광 분리막(113)을 투과하여 사출 단면(115)을 통과하여 투사 렌즈(210)에 입사된다.
더욱이, 다이클로익 프리즘(120)의 다이클로익면(123)에 입사된 제 2 색의 부분 광속(B+R) 중, 청색광은, 다이클로익면(123)을 투과하여, 입사·사출 단면(125)을 통과하여 반사형 액정 패널(200B)에 입사된다. 적색광과 마찬가지로 청색광은, 반사형 액정 패널(200B)에서 변조되고, 또한 반사되어 입사·사출 단면(125)으로 되돌아와, 다이클로익면(123)을 투과하여 편광 빔 스플리터(110)의 편광광 분리막(113)에 입사된다. 청색광 중, 변조되어 P 편광광으로 변환된 광속은 편광광 분리막(113)을 투과하여 사출 단면(115)을 통과하여 투사 렌즈(210)에 입사된다.
다이클로익 프리즘(120)으로서는, 도 17에 예시하는 바와 같은, 분광 특성에 있어 큰 편광 의존성을 갖고 있는 것을 사용할 수 있다. 다이클로익 프리즘(120)에서 분광되는 것은, 적색광(R)과 청색광(B)이기 때문에, 입사되지 않은 녹색광(G)의 파장에 상응하는 파장 영역을 큰 편광 의존성을 나타내는 과도적인 파장 영역으로 할당할 수 있다. 그 때문에, 다이클로익 프리즘(120)에 있어서 적색광(R)과 청색광(B)의 분리와 합성을 효율적으로 행하여, 고화질과 고휘도화를 실현할 수 있다. 물론, 다이클로익면의 구성의 방식에 따라서는, 편광 의존성이 작은 분광 특성을 갖는 다이클로익 프리즘을 실현하는 것도 가능하지만, 특수한 성막 재료를 사용하거나, 성막수가 많아지므로, 저비용화가 어렵다.
이상과 같은 구성에 의해, 다이클로익 프리즘(120)에 있어서의 분광 특성의 편광 의존성을 경감할 수 있어, 다이클로익 프리즘(120)을 색분리·합성 광학계에 사용한 프로젝터에 있어서, 투사 화상의 고화질화와 색분리·합성 광학계의 저비용화를 동시에 실현할 수 있게 된다. 또한, 제 1 색의 부분 광속(G)은 편광 빔 스플리터(110)만을 통과하는 구성이기 때문에, 밝기에 대한 영향이 큰 녹색광의 광 이용 효율이 높아, 고휘도화를 용이하게 실현할 수 있다. 더욱이, 조명 광학계(10)에 있어서는, 광원(20)으로부터의 비편광인 광속을, 미리 색광마다 편광 방향이 가지런한 편광 광속으로 변환한 후, 색분리·합성 광학계(100)에 입사시키고 있기 때문에, 조명 효율을 높일 수 있게 된다.
(실시예 2)
도 3은 본 발명에 의한 조명 광학계를 포함하는 프로젝터의 다른 실시예를 도시하고 있다. 본 실시예는, 앞에서 설명한 실시예 1과, 색광 분리 광학 소자(40)의 미러(41, 42)의 배치, 및, 다이클로익 필터 어레이(56)가 마련되어 있는 점에 있어서 다르다. 그 밖의 구성에 대해서는, 실시예 1과 마찬가지이다. 또, 본 실시예를 포함하여, 이하에 설명하는 각 실시예에 있어서, 이미 앞서 설명한 각 구성 요소와 마찬가지의 구성 요소에 대해서는, 도 1 및 도 2에 부여한 부호와 동일의 부호를 부여하여, 그 설명을 생략한다. 또한, 도 3의 색분리·합성 광하계(100)에 있어서, 실선에 의한 광선 표시는 P 편광광을, 파선에 의한 광선 표시는 S 편광광을 각각 나타내고 있다.
본 실시예에서는, 색광 분리 광학 소자(40)의 다이클로익 미러(41)와 반사 미러(42)는 서로 비평행이고, 다이클로익 미러(41)는 광원(20)의 광축 La에 대하여 (45+β)°의 각도로 배치되고, 반사 미러(42)는 광원(20)의 광축 La에 대하여 (45-β)°의 각도로 배치되어 있다(단, β> 0).
또한, 편광 빔 스플리터 어레이(51)의 입사측에는, 편광 분리막(54)과 반사막(55)의 각각에 소정의 색광이 아닌 불필요한 색광이 입사하는 것을 방지하기 위한 다이클로익 필터 어레이(56)가 마련되어 있다. 본 실시예에서는, 제 2 색의 부분 광속(B+R)은 편광 분리막(54)에, 제 1 색의 부분 광속(G)은 반사막(55)에 입사되도록 설정되어 있기 때문에, 편광 빔 스플리터 어레이(51)의 편광 분리막(54)에 대응하는 입사 개구부(54A)에는, 제 2 색의 부분 광속(B+R)만을 투과시키고, 제 1 색의 부분 광속(G)을 차단하는 필터(58)가, 또한, 반사막(55)에 대응하는 입사 개구부(55A)에는, 제 1 색의 부분 광속(G)만을 투과시키고, 제 2 색의 부분 광속(B+R)을 차단하는 필터(57)가 각각 배치되어, 다이클로익 필터 어레이(56)를 구성하고 있다.
본 실시예에 있어서도, 실시예 1과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 더욱이, 본 실시예에서는, 다이클로익 미러(41)가 광원(20)의 광축 La에 대하여 (45+β)°의 각도로 배치되고, 반사 미러(42)가 광원(20)의 광축 La에 대하여 (45-β)°의 각도로 배치되어, 다이클로익 미러(41)와 반사 미러(42)가, 광원(20)의 광축 La와 45°의 각도를 이루는 축 Lc에 대하여 각각의 교각이 같아지도록 배치되는 것으로부터, 색광 분리 광학 소자(40)에 있어서 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속의 2개의 색광을 광축 La와 직교하는 광축 Lb에 대하여 대칭인 각도로 분리할 수 있다. 따라서, 제 2 렌즈 어레이(60)의 렌즈(63)를, 상술한 실시예 1에 있어서의 동심 렌즈(61)와 편심 렌즈(62)를 하나로 통합한 것으로 구성할 수 있다. 이것에 의해, 제 2 렌즈 어레이(60)를 제 1 렌즈 어레이(30)와 동등품으로 구성할 수 있어, 한층 더 비용 절감을 도모할 수 있다. 더욱이, 다이클로익 미러(41)로의 부분 광속의 입사 각도 (45-β)°를 45°보다도 작게 할 수 있기 때문에, 다이클로익 미러(41)의 분광 특성에 있어서의 입사각 의존성을 저감할 수 있어, 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속의 분리를 보다 정밀하게 확실히 행할 수 있다.
또한, 편광 빔 스플리터 어레이(51)의 입사측에는, 다이클로익 필터 어레이(56)가 마련되어 있다. 따라서, 분광 특성에 있어서의 입사각 의존성이 비교적 큰 다이클로익 미러(41)을 이용한 경우에도, 편광 빔 스플리터 어레이(51)에 대하여 불필요한 색광이 입사되는 것을 회피할 수 있어, 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속과의 분리를 확실히 행할 수 있다. 또, 다이클로익 필터 어레이(56)는 제 2 렌즈 어레이(60)의 전면(前面)에 배치할 수도 있다.
(실시예 3)
도 4는 본 발명에 의한 조명 광학계를 포함하는 프로젝터의 다른 실시예를 도시하고 있다. 본 실시예는, 앞에서 설명한 실시예 2와, 주로 색광 분리 광학 소자(40)의 미러(41, 42)의 배치와 제 2 렌즈 어레이(60)의 구성이 다르다. 그 밖의 구성에 대해서는, 실시예 2와 마찬가지이다. 또, 도 4의 색분리·합성 광학계(100)에 있어서, 실선에 의한 광선 표시는 P 편광광을, 파선에 의한 광선 표시는 S 편광광을 각각 나타내고 있다.
본 실시예에서는, 색광 분리 광학 소자(40)의 다이클로익 미러(41)와 반사 미러(42)는 서로 평행이고, 광축 La의 방향을 따라, 소정량 t의 간격을 두고 배치되어 있다. 여기서, 소정량 t는 편광 빔 스플리터 어레이(51)를 구성하는 편광 분리막(54)과 반사막(55)의 편광 빔 스플리터 어레이(51)의 입사 단면(51a)을 따른 방향에 있어서의 간격과 거의 동일하다. 다이클로익 미러(41)와 반사 미러(42)는, 모두, 광원(20)의 광축 La에 대하여 45°의 각도로 배치되어 있다.
본 실시예에 있어서도, 상술한 실시예 1과 같은 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 실시예에서는, 이러한 구성의 색광 분리 광학 소자(40)를 이용하는 것에 의해, 제 1 색의 부분 광속(G)과 제 2 색의 부분 광속(B+R)을 서로 평행인 상태로, 각각 다른 위치에 사출할 수 있다. 따라서, 제 1 색의 부분 광속(G)과 제 2 색의 부분 광속(B+R)의 양쪽을 제 2 렌즈 어레이(60)에 대하여 수직으로 입사시킬 수 있기 때문에, 제 2 렌즈 어레이(60)는 동심 렌즈(61)만에 의해서 구성한 것을 이용할 수 있다. 이것에 의해, 제 2 렌즈 어레이(60)의 구성을 간략화할 수 있기 때문에, 한층 더 비용 절감을 도모할 수 있다.
(실시예 4)
도 5는 본 발명에 의한 조명 광학계를 포함하는 프로젝터의 다른 실시예를 도시하고 있다. 본 실시예는, 앞에서 설명한 실시예 2와, 색분리·합성 광학계의 구성이 다르다. 또한, 편광 변환 소자(50)의 λ/2 파장판(52)의 위치도 다르다. 그 밖의 구성에 대해서는, 실시예 2와 마찬가지이다. 또한, 도 5의 후술하는 색분리·합성 광학계(130)에 있어서, 실선에 의한 광선 표시는 P 편광광을, 파선에 의한 광선 표시는 S 편광광을 각각 나타내고 있다.
본 실시예에서는, 편광 변환 소자(50)의 λ/2 파장판(52)은, 반사막(55)에서 반사된 광이 사출되는 위치에 마련되어 있고, 반사막(55)으로부터 사출된 광의 편 광면을 90°회전시킨다. 이것에 의해, 제 1 색의 부분 광속(G)은, 모두 S 편광광으로 되고, 제 2 색의 부분 광속(B+R)은, 모두 P 편광광으로 된다.
본 실시예에서는, 색분리·합성 광학계(130)는 전(田)자형으로 배치된 직방체 형상의 제 1 내지 제 4 편광 빔 스플리터(140, 150, 160, 170)와, 제 1 편광 빔 스플리터(140)와 제 3 편광 빔 스플리터(160)의 사이에 배치된 파장 선택 위상차판(180)과, 제 3 편광 빔 스플리터(160)와 제 4 편광 빔 스플리터(170)의 사이에 배치된 파장 선택 위상차판(181)을 갖고 구성되어 있다.
제 1 편광 빔 스플리터(140)는, 2개의 직각 프리즘(141, 142)의 서로의 접합면에 편광광 분리막(143)이 형성된 직방체 형상의 광학 소자이고, 편광광 분리막(l43)은, 유전체 다층막 등에 의해 구성되어, 예컨대 P 편광광만을 투과하고, S 편광광을 반사하는 편광 분리 특성을 갖고 있다. 다른 제 2 내지 제 4 편광 빔 스플리터(150, 160, 170)도, 제 1 편광 빔 스플리터(140)와 마찬가지의 구성과 유사한 편광 분리 특성을 갖고 있다. 또, 도면에 있어서, 151, 152, 161, 162, 17l, 172는 직각 프리즘을 나타낸다.
파장 선택 위상차판(180, 181)은, 도 18에 도시되어 있는 바와 같은 광학적 특성을 갖고 있고, 적어도, 투과하는 적색광에 대해서는 위상 변화를 부여하지 않고 투과하는 청색광에 대하여 λ/2의 위상 변화를 부여하는 것에 의해 청색광의 편광 방향을 90°회전시키는 것이다. 색분리·합성 광학계(l30)에서는, 제 1 편광 빔 스플리터(140)의 입사 단면(144)은 평행화 렌즈(99)와 대향하여 조명 광학계(10)로부터의 광의 입구면으로 되어 있고, 제 2 편광 빔 스플리터(150)의 입 사·사출 단면(154)에 반사형 액정 패널(200G)이 대향 배치되고, 제 3 편광 빔 스플리터(160)의 2개의 입사·사출 단면(164, 165)에 2개의 반사형 액정 패널(200B, 200R)이 대향 배치되고, 제 4 편광 빔 스플리터(170)의 사출 단면(174)에 투사 렌즈(210)가 대향 배치되어 있다.
조명 광학계(10)로부터 사출된 광 중, P 편광광인 제 2 색의 부분 광속(B+R)은 제 1 편광 빔 스플리터(140)의 편광광 분리막(143)을 투과하여 파장 선택 위상차판(180)에 입사되고, S 편광광인 제 1 색광(G)은 편광광 분리막(143)에서 반사되어 제 2 편광 빔 스플리터(150)에 입사된다.
제 2 편광 빔 스플리터(150)는, 제 1 편광 빔 스플리터(140)로부터의 S 편광광인 제 1 색의 부분 광속(G)을 반사형 액정 패널(200G)로 인도하고, 또한 반사형 액정 패널(200G)에 의해서 광변조되어 P 편광광으로 된 제 1 색의 부분 광속(G)을 제 4 편광 빔 스플리터(170)로 인도한다.
파장 선택 위상차판(180)은, 제 1 편광 빔 스플리터(140)로부터의 제 2 색의 부분 광속(B+R)에 포함되는 청색광과 적색광 중, 청색광의 편광 방향만을 약 90°회전시킨다. 이것에 의해, 제 3 편광 빔 스플리터(160)에는, P 편광광의 적색광과, S 편광광의 청색광이 입사되어, 편광 방향의 차이에 의해서 분리된다. 즉, P 편광광의 적색광은 편광 빔 스플리터(160)의 편광광 분리막(163)을 투과하여 반사형 액정 패널(200R)에 도달하고, S 편광광의 청색광은 편광광 분리막(163)에서 반사되어 반사형 액정 패널(200B)에 도달한다. 반사형 액정 패널(200R), 반사형 액정 패널(200B)에 의해서 광변조된 적색광과 청색광은, 제 3 편광 빔 스플리터(160) 로 되돌아가 합성되어, 파장 선택 위상차판(181)에 입사된다.
파장 선택 위상차판(181)은, 제 3 편광 빔 스플리터(160)로부터의 청색광(P 편광광)과 적색광(S 편광광) 중, 청색광의 편광 방향만을 약 90°회전시킨다. 이것에 의해, 제 4 편광 빔 스플리터(170)에는, S 편광광의 적색광과, S 편광광의 청색광이 입사된다. 제 4 편광 빔 스플리터(170)의 편광광 분리막(173)은, 제 2 편광 빔 스플리터(150)로부터의 P 편광광의 녹색광을 투과하고, 제 3 편광 빔 스플리터(160)로부터의 S 편광광의 적색광과 S 편광광의 청색광을 반사하여, 이들 3색광을 합성하여 투사 렌즈(210)를 향해서 사출한다.
본 실시예에 있어서도, 상술한 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 각 색광이 모두 2개의 편광 빔 스플리터를 통과하여 투사 렌즈(210)에 도달하므로, 프로젝터의 투사 화상의 콘트라스트를 높일 수 있다. 또, 제 1 색의 부분 광속(G)을 P 편광광, 제 2 색의 부분 광속(B+R)을 S 편광광으로 하여, 제 2 편광 빔 스플리터(150)의 측에 청색광용과 적색광용의 2개의 반사형 액정 패널(200B, 200R)을, 제 3 편광 빔 스플리터(160)의 측에 녹색광용의 반사형 액정 패널(200G)을 배치한 구성으로 하여도 좋다. 그 경우에는, 녹색광의 콘트라스트를 보다 한층 높이는 것이 가능해지기 때문에, 보다 높은 콘트라스트의 투사 화상을 표시할 수 있다. 본 실시예에서는, 색광 분리 광학 소자(40)의 다이클로익 미러(41), 반사 미러(42)를 실시예 2에서 설명한 각도로 배치하고 있지만, 실시예 1이나 실시예 3에서 설명한 각도로 배치하도록 하더라도 좋다.
또한, 제 1 편광 빔 스플리터(140)는, 녹색광(G)만을 반사하고, 적색광(R)과 청색광(B)을 투과시키는 다이클로익 미러나 다이클로익 프리즘으로, 또한, 제 4 편광 빔 스플리터(170)는, 녹색광(G)만을 투과하고, 적색광(R)과 청색광(B)을 반사시키는 다이클로익 미러나 다이클로익 프리즘으로, 각각 치환할 수 있다. 또한, 후자를 채용한 경우에는, 파장 선택 위상차판(181)을 생략할 수도 있다. 이러한 구성을 채용하면, 저비용화를 실현하기 쉬운 점에서 바람직하다.
(실시예 5)
도 6은 본 발명에 의한 조명 광학계를 포함하는 프로젝터의 실시예 5를 도시하고 있다. 본 실시예는, 투과형의 광변조 장치, 및 그것에 대응한 색분리 광학계 및 색합성 광학계를 이용하는 점이 앞에서 설명한 실시예 1∼4와 다르다. 본 실시예의 조명 광학계(10)로서, 상기 실시예 l∼4 중 어느 하나의 실시예에 이용되고 있는 조명 광학계(10)도 적용할 수 있다. 본 실시예에서는, 대표 예로서 실시예 1의 조명 광학계(10)를 적용한 구성을 설명한다. 단지, λ/2 파장판(52)의 위치는, 도 1의 조명 광학계(10)에서 나타내는 위치로부터 인접하는 위치로 시프트시켜 배치하고 있다. 이것에 의해, 제 1 색의 부분 광속(G)을 S 편광광, 제 2 색의 부분 광속(B+R)을 P 편광광으로서 사출할 수 있다. 또, 본 실시예에 있어서 실시예 1과 마찬가지인 부분은 도 1에 부여한 부호와 동일의 부호를 부여하여, 중복하는 설명을 생략한다. 또한, 도 6에 있어서, 실선에 의한 광선 표시는 P 편광광을, 파선에 의한 광선 표시는 S 편광광을 각각 나타내고 있다.
우선, 조명 광학계(10)로부터 사출된 광 중, S 편광광인 제 1 색의 부분 광 속(G)에 대하여 설명한다. 조명 광학계(l0)로부터의 제 1 색의 부분 광속(G)은, 다이클로익 미러(501)에 입사된다. 여기서, 다이클로익 미러(501)는, 적색광을 투과하고, 녹색광 및 청색광을 반사시키는 광학 특성으로 설정되어 있다. 다이클로익 미러(501)에서 반사된 녹색광은, 다이클로익 미러(503)에 입사된다. 여기서, 다이클로익 미러(503)는, 청색광을 투과하고, 녹색광을 반사시키는 광학 특성으로 설정되어 있다. 다이클로익 미러(503)에서 반사된 녹색광은, 평행화 렌즈(510G)를 경유하여 녹색광용의 투과형 광변조 장치(520G)에 입사되고, 투과형 광변조 장치(520G)에 의해서 도시하지 않은 외부로부터의 화상 정보에 따라 변조되고, 변조의 정도에 따라서 P 편광광으로서 사출된다. 또, 후술하는 3개의 투과형 광변조 장치의 전후에는, 입사측으로의 입사광의 편광도를 높이고 사출측에 불필요한 편광광을 배제하기 위한 한 쌍의 편광판이 각각 배치되어 있지만, 도 6에서는 그 표기를 생략하고 있다.
다음에, 제 2 색광의 부분 광속(B+R) 중 적색광에 대하여 설명한다. 조명 광학계(10)로부터의 제 2 색의 부분 광속(B+R)은, 다이클로익 미러(501)에 입사된다. 다이클로익 미러(501)를 투과한 적색광은, 반사 미러(502)에서 광로가 약 90°구부려진 후, 평행화 렌즈(510R)를 경유하여 적색광용의 투과형 광변조 장치(520R)에 입사된다. 투과형 광변조 장치(520R)에 입사된 P 편광광인 적색광은, 투과형 광변조 장치(520R)에 의해서 도시하지 않은 외부로부터의 화상 정보에 따라 변조되고, 변조의 정도에 따라서 S 편광광으로서 사출된다.
다음에, 제 2 색광의 부분 광속(B+R) 중 청색광에 대하여 설명한다. 조명 광학계(10)로부터의 제 2 색의 부분 광속(B+R)은, 다이클로익 미러(501)에 입사된다. 다이클로익 미러(501)에서 반사된 청색광은, 다이클로익 미러(503)를 투과한 후, 제 1 릴레이 렌즈 L1, 반사 미러(504), 제 2 릴레이 렌즈 L2, 반사 미러(505)로 이루어지는 릴레이 광학계와 평행화 렌즈(510B)를 경유하여 청색광용의 투과형광변조 장치(520B)에 입사된다. 투과형 광변조 장치(520B)에 입사된 P 편광광인 청색광은, 적색광과 마찬가지로 화상 신호에 따라 변조되어, S 편광광으로서 사출된다. 여기서, 청색 광로에 릴레이 광학계를 이용하는 이유는, 다른 2개의 색광의 광로와, 광학적인 광로의 길이를 대략 동일하게 함으로써, 색 불균일이나 밝기 불균일의 발생을 억제하기 위해서이다.
각 색광용의 투과형 광변조 장치(520R, 520G, 520B)로부터 사출된 광은, 각각 다른 입사 단면으로부터 크로스 다이클로익 프리즘(530)에 입사된다. 크로스 다이클로익 프리즘(530)은, 청색광 반사 다이클로익막(530B)과, 적색광 반사 다이클로익막(530R)을 각각 입사 광축에 대하여 45°의 각도를 갖고, 또한 서로 직교하도록 X 형으로 배치한 것이다.
색합성 광학계인 크로스 다이클로익 프리즘(530)에 입사된 3개의 색광은 합성되어, 색합성된다. 그리고, 합성광은 투사 렌즈(540)에 의해 도시하지 않은 스크린상에 풀 컬러상을 투사 표시한다.
3개의 투과형 광변조 장치를 이용하는 프로젝터에서는, 색합성 광학계로서 크로스 다이클로익 프리즘을 이용하는 경우가 많다. 이 경우, 크로스 다이클로익 프리즘의 다이클로익막에서 반사되는 색광은 S 편광광으로, 또한, 다이클로익막을 투과하는 색광은 P 편광광으로 설정하면, 색합성시의 광 이용 효율을 향상시키는 점에서 바람직하다. 따라서, 본 실시예에서는, 녹색광용의 투과형 광변조 장치(520G)로부터 사출되는 광은 P 편광광, 적색광 및 청색광용의 투과형 광변조 장치(520R, B)로부터 사출되는 광은 S 편광광으로 되도록 구성되어 있기 때문에, 밝은 투사 화상을 얻을 수 있다.
(실시예 6)
도 7은 본 발명에 의한 조명 광학계의 다른 실시예를 도시하고 있다. 본 실시예에 따른 조명 광학계(10A)는, 도 1, 도 3, 도 4에 도시한 바와 같은 색분리·합성 광학계(l00), 도 5에 도시한 바와 같은 색분리·합성 광학계(130), 도 6에 도시한 바와 같은 투과형의 광변조 장치를 전제로 한 색분리 광학계 및 색합성 광학계 중 어느 것과도 조합이 가능하다. 본 실시예에 따른 조명 광학계(10A)는, 광원(20)과 광속 분할 광학 소자인 제 1 렌즈 어레이(30)의 사이에 색광 분리 광학 소자(40)가 마련되어 있는 점에서, 실시예 2에 따른 조명 광학계(10)와 다르다. 그 밖의 구성에 대해서는, 실시예 2에 따른 조명 광학계(10)와 마찬가지이다. 본 실시예에 따른 조명 광학계(10A)에서는, 광원(20)으로부터의 광은, 우선, 색광 분리 광학 소자(40)에 의해서 제 1 색광(G)과 제 2 색광(B+R)으로 분리되고, 이들 제 1 색광(G)과 제 2 색광(B+R)은 각각 조금 다른 방향으로 사출된다.
제 1 렌즈 어레이(30)에 입사된 제 1 색광(G)과 제 2 색광(B+R)은 각 소형 렌즈(31)에 의해서 각각 복수의 부분 광속으로 분할되고 집광되며, 제 2 렌즈 어레 이(60)를 통과하여, 제 1 색의 부분 광속(G)은 편광 변환 소자(50)의 편광 빔 스플리터 어레이(51)의 반사막(55)에, 제 2 색의 부분 광속(B+R)은 편광 빔 스플리터 어레이(51)의 편광 분리막(54)에 입사된다. 이들 부분 광속은 λ/2 파장판(52)에 의해서, 제 2 색의 부분 광속(B+R)은 S 편광광으로, 제 1 색의 부분 광속(G)은 P 편광광으로 가지런히 된 후, 중첩 렌즈(70)에 의해서 피조명 영역상에서 중첩된다.
본 실시예에 따른 조명 광학계(10A)는, 상술한 실시예 2에 따른 조명 광학계(10)와 마찬가지의 작용, 효과가 얻어진다. 부가하여, 색광 분리 광학 소자(40)를 광원(20)과 제 1 렌즈 어레이(30)의 사이에 배치하여, 색광 분리 광학 소자(40)에는 평행성이 높은 광속이 입사되는 구성으로 되어 있기 때문에, 다른 실시예와 비교하여, 색광 분리 광학 소자(40)에 있어서는, 색광의 분리를 한층 높은 효율로 확실히 행할 수 있다. 또, 본 실시예에서는, 색광 분리 광학 소자(40)의 다이클로익 미러(41)와 반사 미러(42)를 실시예 2에서 설명한 바와 같은 각도로 배치하고 있지만, 실시예 1이나 실시예 3에서 설명한 바와 같은 각도로 배치하도록 하더라도 좋다.
(편광 변환 소자의 변형예)
도 8은 본 발명에 의한 조명 광학계의 변형예에 따른 편광 변환 소자(50A)의 구성을 도시하는 도면이다. 이 편광 변환 소자(50A)는, 반사막(55)(도 2)을 이용하지 않고서 편광 분리막(54)만으로 구성되어 있는 점이 도 2에 도시된 편광 변환 소자(50)와 다르다. 그 밖의 구성에 대해서는, 실시예 2에 따른 조명 광학계(10) 와 마찬가지이다. 또, 도 8에 있어서, 도 2에 대응하는 부분에는, 도 2에 부여한 부호와 동일의 부호를 부여하여, 그 설명을 생략한다.
우선, 이 변형예에 따른 편광 변환 소자(50A)의 구성을 설명한다. 편광 빔 스플리터 어레이(51)는, 도 2와 마찬가지로, 단면 형상이 평행 사변형의 주상의 투광성 부재(53)를 복수개 접합한 구성으로 되어 있다. 인접하는 투광성 부재(53)의 접합 계면에는, 편광 분리막(54)이 소정의 간격 d로 마련되어 있다. 여기서, 소정의 간격 d는 상술한 편광 변환 소자(50)에 있어서의 편광 분리막(54)과 반사막(55)의 간격과 같다. 편광 분리막(54)은, 편광 변환 소자(50A)의 입사 단면(51a)에 대하여 약 45°경사져 있다. 또한, 편광 분리막(54)의 수는, 제 1 렌즈 어레이(30)의 열수 N 또는 행수 M의 약 2배에 대응하고 있다. 바꿔 말하면, 편광 변환 소자(50A)의 편광 분리막(54)의 수는, 편광 변환 소자(50)에 있어서의 편광 분리막(54)과 반사막(55)의 수의 총합과 대략 동일하다.
λ/2 파장판(52)은, 하나 걸러의 편광 분리막(54)에 대응시켜, 소정의 간격 d를 두고, 2d의 피치로 배치되어 있다.
이 변형예에서는, 편광 변환 소자(50A)는, 편광 분리막(54)의 후방(사출측)에 λ/2 파장판(52)이 배치되어 있는 입사 단면 AA에 입사되는 제 2 색의 부분 광속(예컨대 B+R)을 모두 제 2 편광 방향을 갖는 편광광으로서의 S 편광광으로 변환한다. 또한, 편광 변환 소자(50A)는, 편광 분리막(54)의 후방(사출측)에 λ/2 파장판(52)이 배치되어 있지 않은 입사 단면 BB에 입사되는 제 1 색의 부분 광속(예컨대 G)을 모두 제 1 편광 방향을 갖는 편광광으로서의 P 편광광으로 변환한다.
다음에, 편광 변환 소자(50A)의 기능을 설명한다. 편광 빔 스플리터 어레이(51)의 입사 단면 AA로부터 편광 분리막(54)에 입사된 제 2 색의 부분 광속(B+R)은, 편광 분리막(54)을 투과하는 P 편광광과 반사하는 S 편광광으로 분리된다. 편광 분리막(54)을 투과한 P 편광광은 λ/2 파장판(52)을 통과함으로써 편광 방향을 90°회전하여, S 편광광으로 변환된다. 이것에 반하여, 편광 분리막(54)에서 반사된 S 편광광은 인접하는 편광 분리막(54)에서 재차 반사되어, λ/2 파장판(52)을 통과하지 않고서 사출된다. 이 때문에, 편광 방향은 변화되지 않아, S 편광광 그대로이다. 따라서, 입사 단면 AA로부터 편광 분리막(54)에 입사된 제 2 색의 부분 광속(B+R)은, S 편광광으로 가지런히 되어 편광 변환 소자(50A)로부터 사출된다.
한편, 편광 빔 스플리터 어레이(51)의 입사 단면 BB로부터 편광 분리막(54)에 입사된 제 1 색의 부분 광속(G)은, 편광 분리막(54)을 투과하는 P 편광광과 반사하는 S 편광광으로 분리된다. 편광 분리막(54)을 투과한 P 편광광은 λ/2 파장판(52)을 통과하지 않고서 사출된다. 이 때문에, 편광 방향은 변화되지 않아, P 편광광 그대로이다. 이것에 반하여, 편광 분리막(54)에서 반사된 S 편광광은, 인접하는 편광 분리막(54)에서 재차 반사되어, λ/2 파장판(52)을 통과함으로써 편광 방향을 90°회전하여, P 편광광으로 변환된다. 따라서, 입사 단면 BB로부터 편광 분리막(54)에 입사된 제 1 색의 부분 광속(G)은, P 편광광으로 가지런히 되어 편광 변환 소자(50A)로부터 사출된다.
또, 도 8에 있어서, 실선에 의한 광선 표시는 P 편광광을, 파선에 의한 광선 표시는 S 편광광을 각각 나타내고 있다.
물론, 입사 단면 AA에 제 1 색의 부분 광속(예컨대 G)을 입사시켜, 편광 변환 소자(50A)로부터 사출되는 제 1 색의 부분 광속을 전부 S 편광광으로, 또한, 입사 단면 BB에 제 2 색의 부분 광속(예컨대 B+R)을 입사시켜, 편광 변환 소자(50A)로부터 사출되는 제 2 색의 부분 광속을 전부 P 편광광으로 변환하는 구성이라도 좋다. 요컨대, λ/2 파장판(52)의 배치의 유무에 대응하여 인접하는 입사 단면 AA, BB에 대하여, 제 1 색 및 제 2 색의 부분 광속을 선택적으로 입사시키는 것에 의해, 색광마다 편광 방향을 가지런히 하는 것이 가능해진다. 편광 변환 소자(50A)에서는, 전술한 편광 변환 소자(50)에 비하여, 편광 변환 소자내에 있어서의 제 1 색 및 제 2 색의 부분 광속 중, 최단 광로 길이를 갖는 부분 광속과 최장 광로 길이를 갖는 부분 광속 사이의 광로 길이차를 작게 할 수 있다. 이 때문에, 피조명 영역에 있어서, 제 1 색의 부분 광속의 확대율과 제 2 색의 부분 광속의 확대율을 용이하게 일치시킬 수 있어, 이 결과, 높은 조명 효율로 부분 광속을 중첩 결합할 수 있다. 또한, 편광 변환 소자(50)에 있어서의 편광 빔 스플리터 어레이(51)는 편광 분리막과 반사막을 구비하고 있는데 반하여, 편광 변환 소자(50A)에 있어서의 편광 빔 스플리터 어레이(51)는 편광 분리막만을 구비하여 구성되어 있기 때문에, 편광 빔 스플리터 어레이의 구조가 단순하여, 제조가 용이하다.

(색광 분리 광학 소자의 각종 실시예)
도 9∼도 14는 색광 분리 광학 소자의 다른 실시예를 도시하고 있다. 이들 색광 분리 광학 소자는, 앞에서 설명한 조명 광학계(10, 10A)에 있어서의 색광 분리 광학 소자(40)와 치환할 수 있다. 도 9(a), (b)에 도시되어 있는 색광 분리 광학 소자는, 대향하는 2개의 면을 갖는 투광성 부재(80)의 한쪽 면에 다이클로익 미러(81)가 마련되고, 다른쪽 면에 반사 미러(82)가 마련된 1개의 광학 부품으로서 구성되어 있다.
도 10(a), (b)에 도시되어 있는 색광 분리 광학 소자는, 대향하는 2개의 면을 갖는 투광성 부재(83)의 한쪽 면에, 직각 프리즘(84)이 고착된 구성으로 되어 있다. 투광성 부재(83)와 직각 프리즘(84)의 사이에, 다이클로익 미러(85)가 마련되어 있고, 투광성 부재(83)의 다른쪽 면에, 반사 미러(86)가 마련되어 있다.
도 11(a), (b)에 도시되어 있는 색광 분리 광학 소자는, 대향하는 2개의 면을 갖는 투광성 부재(87)의 한쪽 면에 복수개의 작은 치수의 직각 프리즘(88)이 계단 형상으로 고착된 구성으로 되어 있다. 투광성 부재(87)와 작은 치수의 직각 프리즘(88)의 사이에는 다이클로익 미러(89)가 마련되어 있고, 투광성 부재(87)의 다른쪽 면에는 반사 미러(90)가 마련되어 있다.
도 9(a), 도 10(a), 도 11(a)의 색광 분리 광학 소자에서는, 다이클로익 미러(81, 85, 89)와 반사 미러(82, 86, 90)가 비평행이며, 광원의 광축 La에 대하여 각각 (45+β)°, (45-β)°로 되도록 배치된다. 다이클로익 미러(81, 85, 89)와 반사 미러(82, 86, 90)는, 광원의 광축 La에 대하여 각각 45°, (45-α)°로 되도 록 배치하더라도 상관없다. 또는, 광원의 광축 La에 대하여 각각 (45+α)°, 45°로 되도록 배치하더라도 상관없다. 한편, 도 9(b), 도 10(b), 도 11(b)의 색광 분리 광학 소자에서는, 다이클로익 미러(81, 85, 89)와 반사 미러(82, 86, 90)가 평행으로 되어 있고, 광원의 광축 La에 대하여 45°로 되도록 배치된다. 다이클로익 미러 및 반사 미러에 대한 상기의 설치 각도의 설정 방법에 대해서는, 상술한 실시예에서 설명한 바와 같다.
제 1 미러로서의 다이클로익 미러(81, 85, 89)는, 색광 분리 광학 소자(40)의 다이클로익 미러(41)와 대응하고 있어, 이것과 동일하게 구성할 수 있다. 또한, 제 2 미러로서의 반사 미러(82, 86, 90)는, 색광 분리 광학 소자(40)의 반사 미러(42)와 대응하고 있어, 이것과 동일하게 구성할 수 있다.
이들 색광 분리 광학 소자는, 1개의 광학 부품으로서 구성되어 있다. 따라서, 이들 색광 분리 광학 소자를 이용하면, 장치의 조립을 용이화할 수 있다. 더욱이, 도 10(a), 도 10(b)의 색광 분리 광학 소자는, 굴절율이 1보다도 큰 직각 프리즘(84)을 거쳐서 다이클로익 미러(85)에 광이 입사되기 때문에, 다이클로익 미러(85)로의 광의 입사 각도가 좁혀져, 다이클로익 미러(85)의 분광 특성을 높일 수 있으며, 또한 직각 프리즘(84)과 투광성 부재(83)의 굴절율을 일치시켜 놓으면, 직각 프리즘(84)으로부터 다이클로익 미러(85)에 광이 입사되는 경우에 계면에서의 굴절을 발생하지 않기 때문에, 계면에서의 광손실을 저감할 수 있다고 하는 효과가 있다. 더욱이, 도 11(a), 도 11(b)의 색광 분리 광학 소자는, 도 10(a), 도 10(b)에 도시한 색광 분리 광학 소자와 마찬가지의 특징에 부가하여, 프리즘 부분 의 소형화가 도모되기 때문에, 색광 분리 광학 소자를 소형·경량화할 수 있다고 하는 특징을 갖는다. 또, 도 9∼도 11에 도시한 색광 분리 광학 소자에서는, 다이클로익 미러와 반사 미러 사이에 굴절율이 1보다도 큰 매질이 개재하기 때문에, 다이클로익 미러와 반사 미러의 간격은 개재하는 매질의 굴절율도 고려하여 설정할 필요가 있다. 특히, 도 9의 색광 분리 광학 소자에서는, 공기중으로부터 매질에 광이 입사되는 경우에 광이 굴절되어 광로 시프트를 발생하기 때문에, 이 점을 고려해야 한다.
도 12에 도시되어 있는 색광 분리 광학 소자는, 반사형 홀로그램 소자(91)에 의해 구성되고, 도 13과 도 14에 도시되어 있는 색광 분리 광학 소자는, 투과형 홀로그램 소자(92)에 의해 구성되어 있다. 도 12∼도 14에 있어서, 도 1이나 도 3에 대응하는 부분에는, 도 1이나 도 3에 부여한 부호와 동일의 부호를 부여하여, 그 설명을 생략한다. 반사형 홀로그램 소자(91), 투과형 홀로그램 소자(92)는, 광속 분할 광학 소자인 제 1 렌즈 어레이(30)의 전후, 어디에도 배치할 수 있다. 또한, 반사형, 투과형을 막론하고, 분리한 광의 방향을 광축 Lb에 대하여 대칭으로도, 비대칭으로도 할 수 있다. 도 12, 도 13은 대칭인 경우의 예, 도 14는 비대칭인 경우의 예를 각각 도시하고 있다. 대칭인 경우는, 도 3에 도시한 바와 같은 동심 렌즈(63)만으로 이루어지는 제 2 렌즈 어레이(60)를 이용할 수 있지만, 비대칭인 경우는, 도 1에 도시한 같은 동심 렌즈(61)와 편심 렌즈(62)로 이루어지는 제 2 렌즈 어레이(60)를 이용하는 것으로 된다. 상술한 바와 같은 홀로그램 소자를 사용하면, 색광 분리 광학 소자의 부품수를 저감할 수 있고, 또한 조명 광학계, 나 아가서는 이것을 이용한 프로젝터의 소형, 경량화를 도모하는 것이 가능해진다.
(광속 분할 광학 소자와 색광 분리 광학 소자의 다른 실시예)
도 15에 도시되어 있는 실시예에서는, 광속 분할 광학 소자로서, 제 1 렌즈 어레이(30)의 대신에 작은 오목면 거울(93)을 매트릭스 형상으로 배치한 미러 어레이(94)가 사용되고 있다. 또한, 색광 분리 광학 소자는, 투과형 홀로그램 소자(92)에 의해 구성되어 있다. 제 2 렌즈 어레이(60)는, 실시예 2에 있어서의 렌즈 어레이(60)와 동일하다. 이 도면에 도시한 부분은, 도 1, 도 3, 도 5, 도 6 등의 제 1 렌즈 어레이(30), 색광 분리 광학 소자(40), 제 2 렌즈 어레이(60)의 부분과 치환할 수 있다. 작은 오목면 거울(93)은 제 1 렌즈 어레이(30)의 소형 렌즈(31)와 동등한 기능을 한다. 이것에 의해, 미러 어레이(94)는 제 1 렌즈 어레이(30)와 동등하게 기능하여, 렌즈 구성에 의한 경우보다, 저렴하게 된다. 또한, 미러 어레이(94)에서는 렌즈 어레이에 수반되는 구면 수차가 발생하지 않기 때문에, 집광성을 높여, 조명 효율을 향상시킬 수 있다.
(그 밖의 실시예)
또, 본 발명은, 상기의 실시예에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지의 형태로 실시하는 것이 가능하고, 예컨대 다음과 같은 변형도 가능하다.
색광 분리 광학 소자에 의한 색광 분리는, 녹색광과 청+적색광과의 분리에 한정되지 않고, 청색광과 녹+적색광과의 분리, 적색광과 녹+청색광과의 분리이더라도 좋다. 이러한 색의 조합은, 다이클로익 미러(41)의 분광 특성의 선정에 의해, 임의로 설정할 수 있다. 예컨대, 다이클로익 미러(41)는 녹색광을 선택적으로 반사하고, 다른 색광을 투과시키는 분광 특성을 갖고 있더라도 좋다.
도 1에 도시한 실시예 1에 따른 프로젝터를 이용하여, 색광 분리의 조합의 효과를 설명한다. 청색광과 녹+적색광과의 분리의 조합의 경우는, 도 1에 있어서 입사·사출 단면(116)의 대향 위치에 녹색광용의 반사형 액정 패널(200G) 대신에 적색광용의 반사형 액정 패널(200R)을 배치한다. 이 경우, 적색광의 이용 효율을 높게 할 수 있다. 따라서, 광원 램프(21)로서, 예컨대 적색광이 적은 고압 수은 램프를 이용한 경우에, 색 밸런스를 용이하게 확보할 수 있다. 이 결과, 프로젝터에 있어서의 색 재현성과 광 이용 효율을 높일 수 있다.
또한, 적색광과 녹+청색광과의 분리의 조합의 경우는, 도 1에 있어서 입사·사출 단면(116)의 대향 위치에 녹색광용의 반사형 액정 패널(200G) 대신에 청색광용의 반사형 액정 패널(200B)을 배치한다. 이 경우, 다이클로익 프리즘(120)에서의 청색광의 흡수가 적어진다. 따라서, 광 탄성 효과에 의한 청색광의 편광 해소를 방지할 수 있다. 이 결과, 프로젝터에 있어서의 색 재현성과 광 이용 효율을 높일 수 있다.
또한, 제 1 색의 광과 제 2 색의 광의 편광 방향의 설정은, 상기의 실시예에 한정되지 않고, 색분리·합성 광학계(100)의 구성에 따라서, 편광 상태를 임의로 설정할 수 있다. 예컨대, 제 1 색의 광을 S 편광광으로, 제 2 색의 광을 P 편광 광으로 가지런히 하도록 한 광학 구성을 채용할 수 있다. 바꿔 말하면, 특정의 색광이 입사되는 편광 분리막의 후방(사출측)에 λ/2 파장판(52)을 배치한 경우는, 이 특정의 색광은 S 편광광으로 변환되어 사출된다. 또한, 특정의 색광이 입사되는 편광 분리막의 후방(사출측)에 λ/2 파장판(52)을 배치하지 않는 경우는, 이 특정 색광의 광은 P 편광광으로 변환되어 사출된다.
더욱이, 상기의 실시예에서는, 색광 분리 광학 소자(40)의 다이클로익 미러(41)에서 반사된 제 2 색의 부분 광속을 편광 변환 소자(50)의 편광 분리막(54)에 입사시키고, 반사 미러(42)에서 반사된 제 1 색의 부분 광속을 반사막(55)에 입사시키는 구성으로 하고 있지만, 제 1 및 제 2 색의 부분 광속과 편광 분리막(54) 및 반사막(55)의 대응 관계는, 상기의 반대이더라도 좋다. 즉, 제 l 색의 부분 광속을 편광 분리막(54)에, 제 2 색의 부분 광속을 반사막(55)에 입사시키는 구성이더라도 좋다. 단, 편광 변환 소자(50)를 이용하는 경우에는, 제 1 렌즈 어레이(30)와 제 2 렌즈 어레이(60)의 사이, 및, 편광 변환 소자(50)와 색분리·합성 광학계(100)의 사이에 있어서 발생하는 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속의 광로의 길이차를 고려하면, 상기의 실시예에서의 대응 관계가 가장 적당하다. 또, 제 1 및 제 2 렌즈 어레이(30, 60)의 렌즈 특성을 적당히 설정하면, 편광 분리막(54)과 반사막(55)의 쌍이 광축 Lb를 대칭축으로 하여 대응하는 위치에 배치된 편광 변환 소자를 이용하는 것도 가능하다.
더욱이, 상기의 실시예 중 일부에서는, 광축 La와 광축 Lb가 이루는 각을 90°로 하고, 색광 분리 광학 소자(40)에 대해서는 약 45°의 각도로 광원(20)으로부 터의 광이 입사되는 구성으로 하고 있지만, 광축 La와 광축 Lb가 이루는 각도를 90°보다도 작게 하고, 광원(20)으로부터의 광이 색광 분리 광학 소자(40)에 대하여 45°보다도 작은 각도로 입사되는 구성으로 하여도 좋다. 그 경우에는, 색광 분리 광학 소자(40)에 사용되는 다이클로익 미러(41)나 반사 미러(42)의 분광 특성이나 반사 특성을 향상시키기 쉬워, 높은 광학 효율을 실현할 수 있다. 또한, 이것과는 반대로, 광축 La와 광축 Lb가 이루는 각도를 90°보다도 크게 하는 구성으로 하여도 좋다. 이것에 의해, 광학계의 레이아웃의 자유도를 증가시킬 수 있다.
또한, 상기의 실시예에 있어서, 광속 분할 광학 소자로서의 렌즈 어레이(30) 대신에, 복수의 반사면을 구비한 도광 로드를 이용하는 것도 가능하다. 이러한 도광 로드는, 특개평 제 10-161237 호 공보 등에 개시되어 있고, 알려져 있기 때문에, 그 상세한 설명은 생략한다. 도광 로드를 이용하면, 미러 어레이(94)의 경우와 마찬가지로, 렌즈 어레이에 수반되는 구면 수차가 발생하지 않기 때문에, 집광성을 높여, 조명 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 조명 광학계는, 앞에서의 실시예에서 도시한 바와 같이, 반사형과 투과형을 막론하고 여러 가지의 광변조 장치를 조명하는 장치로서 사용할 수 있다.
이상의 설명으로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명에 의한 조명 광학계에 의하면, 광원으로부터의 비편광인 광을 미리 색광마다 편광 방향이 가지런한 편광 광속으로 변환하고 있기 때문에, 조명 광학계보다도 광로 하류측에 배치되는 다이클로익 프리즘이나 편광 빔 스플리터 등의 광학 요소의 편광 의존성을 경감할 수 있 다. 따라서, 조명 효율을 높일 수 있다.
더욱이, 이 조명 광학계를 프로젝터에 채용하는 것에 의해, 투사 화상의 고휘도화와 고화질화, 고 콘트라스트화를 도모할 수 있다. 또한, 종래의 조명 광학계를 이용한 경우와 비교하여, 부품수를 삭감할 수 있어, 저비용화를 실현할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 조명 광학계에 의하면, 특정 색광의 편광 방향이 다른 색광의 그것에 대하여 약 90°다른 조명광을 효율적으로 생성하여, 그와 같은 조명광으로 피조명 영역을 균일한 조도 분포로 조명할 수 있다.
또한, 본 발명의 프로젝터에 의하면, 상술한 조명 광학계를 적용함으로써, 색분리·합성 광학계를 구성하는 다이클로익면에 있어서의 분광 특성의 편광 의존성을 경감하여, 밝고 고화질인 투사 화상을 표시할 수 있다. 또한, 종래의 조명 광학계를 이용한 경우와 비교하여, 부품수를 삭감할 수 있어, 저비용화를 실현할 수 있다.

Claims (27)

  1. 광원으로부터의 광을 복수의 부분 광속(光束)으로 분할하여 각 부분 광속을 집광하는 광속 분할 광학 소자와,
    각각의 상기 부분 광속을 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속으로 분리하여, 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속을 각각 다른 방향으로, 또는 평행한 상태로 사출하는 색광 분리 광학 소자와,
    복수의 편광 분리막과 복수의 반사막이 교대로 배열된 편광 빔 스플리터 어레이와, 상기 편광 분리막을 투과한 광이 사출되는 위치 또는 상기 반사막에 의해서 반사된 광이 사출되는 위치에 마련된 편광 방향 회전 소자를 구비하고, 상기 편광 분리막에 입사되는 상기 제 1 색의 부분 광속을 제 1 편광 방향으로 가지런히 하고, 상기 반사막에 입사되는 상기 제 2 색의 부분 광속을 제 2 편광 방향으로 가지런히 하여 사출하는 편광 변환 소자와,
    상기 편광 변환 소자의 입사측 또는 사출측에 배치되어, 상기 광속 분할 광학 소자에 의해서 형성되는 상을 피조명 영역에 전달하는 전달 광학 소자와,
    상기 편광 변환 소자로부터 사출되는 부분 광속을 피조명 영역에서 중첩시키는 중첩 광학 소자
    를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계(illumination optical system).
  2. 광원으로부터의 광을 제 1 색광과 제 2 색광으로 분리하여, 제 1 색광과 제 2 색광을 각각 다른 방향으로, 또는 평행한 상태로 사출하는 색광 분리 광학 소자와,
    상기 제 1 색광을 복수의 제 1 색의 부분 광속으로 분할하고, 상기 제 2 색광을 복수의 제 2 색의 부분 광속으로 분할하여 각 부분 광속을 집광하는 광속 분할 광학 소자와,
    복수의 편광 분리막과 복수의 반사막이 교대로 배열된 편광 빔 스플리터 어레이와, 상기 편광 분리막을 투과한 광이 사출되는 위치 또는 상기 반사막에 의해서 반사된 광이 사출되는 위치에 마련된 편광 방향 회전 소자를 구비하고, 상기 편광 분리막에 입사되는 상기 제 1 색의 부분 광속을 제 1 편광 방향을 갖는 편광광으로 가지런히 하고, 상기 반사막에 입사되는 상기 제 2 색의 부분 광속을 제 2 편광 방향을 갖는 편광광으로 가지런히 하여 사출하는 편광 변환 소자와,
    상기 편광 변환 소자의 입사측 또는 사출측에 배치되어, 상기 광속 분할 광학 소자에 의해서 형성되는 상을 피조명 영역에 전달하는 전달 광학 소자와,
    상기 편광 변환 소자로부터 사출되는 부분 광속을 피조명 영역에서 중첩시키는 중첩 광학 소자
    를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  3. 광원으로부터의 광을 복수의 부분 광속으로 분할하여 각 부분 광속을 집광하는 광속 분할 광학 소자와,
    각각의 상기 부분 광속을 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속으로 분리하여, 제 1 색의 부분 광속과 제 2 색의 부분 광속을 각각 다른 방향으로, 또는 평행한 상태로 사출하는 색광 분리 광학 소자와,
    복수의 편광 분리막이 소정의 간격으로 배열된 편광 빔 스플리터 어레이와, 상기 소정의 간격으로 배열되고, 상기 편광 빔 스플리터 어레이의 사출측에 마련된 편광 방향 회전 소자를 구비하고,
    상기 편광 분리막의 사출측에 상기 편광 방향 회전 소자가 마련되어 있지 않은 입사측 단면에 입사되어, 상기 편광 분리막을 투과하는 상기 제 1 색의 부분 광속과, 상기 편광 분리막에서 반사된 후 인접하는 상기 편광 분리막에서 재차 반사되어 상기 편광 방향 회전 소자를 투과하는 상기 제 1 색의 부분 광속을 제 1 편광 방향으로 가지런히 하고,
    상기 편광 분리막의 사출측에 상기 편광 방향 회전 소자가 마련되어 있는 입사측 단면에 입사되어, 상기 편광 분리막을 투과한 후 상기 편광 방향 회전 소자를 투과하는 상기 제 2 색의 부분 광속과, 상기 편광 분리막에서 반사된 후 인접하는 상기 편광 분리막에서 재차 반사되는 상기 제 2 색의 부분 광속을 제 2 편광 방향으로 가지런히 하여 사출하는 편광 변환 소자와,
    상기 편광 변환 소자의 입사측 또는 사출측에 배치되어, 상기 광속 분할 광 학 소자에 의해서 형성되는 상을 피조명 영역에 전달하는 전달 광학 소자와,
    상기 편광 변환 소자로부터 사출되는 부분 광속을 피조명 영역에서 중첩시키는 중첩 광학 소자
    를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  4. 광원으로부터의 광을 제 1 색광과 제 2 색광으로 분리하여, 제 1 색광과 제 2 색광을 각각 다른 방향으로, 또는 평행한 상태로 사출하는 색광 분리 광학 소자와,
    상기 제 1 색광을 복수의 제 1 색의 부분 광속으로 분할하고, 상기 제 2 색광을 복수의 제 2 색의 부분 광속으로 분할하여 각 부분 광속을 집광하는 광속 분할 광학 소자와,
    복수의 편광 분리막이 소정의 간격으로 배열된 편광 빔 스플리터 어레이와, 상기 소정의 간격으로 배열되고, 상기 편광 빔 스플리터 어레이의 사출측에 마련된 편광 방향 회전 소자를 구비하고,
    상기 편광 분리막의 사출측에 상기 편광 방향 회전 소자가 마련되어 있지 않은 입사측 단면에 입사되어, 상기 편광 분리막을 투과하는 상기 제 1 색의 부분 광속과, 상기 편광 분리막에서 반사된 후 인접하는 상기 편광 분리막에서 재차 반사되어 상기 편광 방향 회전 소자를 투과하는 상기 제 1 색의 부분 광속을 제 1 편광 방향으로 가지런히 하고,
    상기 편광 분리막의 사출측에 상기 편광 방향 회전 소자가 마련되어 있는 입사측 단면에 입사되어, 상기 편광 분리막을 투과한 후 상기 편광 방향 회전 소자를 투과하는 상기 제 2 색의 부분 광속과, 상기 편광 분리막에서 반사된 후 인접하는 상기 편광 분리막에서 재차 반사되는 상기 제 2 색의 부분 광속을 제 2 편광 방향으로 가지런히 하여 사출하는 편광 변환 소자와,
    상기 편광 변환 소자의 입사측 또는 사출측에 배치되어, 상기 광속 분할 광학 소자에 의해서 형성되는 상을 피조명 영역에 전달하는 전달 광학 소자와,
    상기 편광 변환 소자로부터 사출되는 부분 광속을 피조명 영역에서 중첩시키는 중첩 광학 소자
    를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 색광 분리 광학 소자는 제 1 미러와 제 2 미러를 구비하고 있고, 상기 제 1 미러는 색분리를 행하는 다이클로익 미러이며, 상기 제 2 미러는 반사 미러인 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 미러와 상기 제 2 미러는 서로 비평행이며, 상기 제 1 미러는 상기 광원의 광축에 대하여 45°의 각도로 배치되고, 상기 제 2 미러는 상기 광원의 광축에 대하여 (45-α)°(단, 0<α<180)의 각도로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 미러와 상기 제 2 미러는 서로 비평행이며, 상기 제 1 미러는 상기 광원의 광축에 대하여 (45+α)°(단, 0<α<180)의 각도로 배치되고, 상기 제 2 미러는 상기 광원의 광축에 대하여 45°의 각도로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 미러와 상기 제 2 미러는 서로 비평행이며, 상기 제 1 미러는 상기 광원의 광축에 대하여 (45+β)°(단, 0<β<180)의 각도로 배치되고, 상기 제 2 미러는 상기 광원의 광축에 대하여 (45-β)°(단, 0<β<180)의 각도로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 미러와 상기 제 2 미러는, 서로 평행하게, 상기 광원의 광축에 대하여 45°의 각도로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 색광 분리 광학 소자는, 판형상의 투광성 부재와, 상기 투광성 부재의 대향하는 2개의 면 중 한쪽 면에 마련된 다이클로익 미러와, 다른쪽 면에 마련된 반사 미러를 구비한 광학 부품에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 색광 분리 광학 소자는, 판형상의 투광성 부재와, 상기 투광성 부재의 대향하는 2개의 면 중 한쪽 면에 고착된 직각 프리즘과, 다른쪽 면에 마련된 반사 미러와, 상기 투광성 부재와 상기 직각 프리즘과의 사이에 마련된 다이클로익 미러를 구비한 광학 부품에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  12. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 색광 분리 광학 소자는, 판형상의 투광성 부재와, 상기 투광성 부재의 대향하는 2개의 면 중 한쪽 면에 고착된 복수개의 작은 치수의 직각 프리즘과, 다른쪽 면에 마련된 반사 미러와, 상기 투광성 부재와 상기 직각 프리즘과의 사이에 마련된 다이클로익 미러를 구비한 광학 부품에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 한쪽 면과 상기 다른쪽 면은 서로 비평행이며, 상기 한쪽 면은 상기 광원의 광축에 대하여 45°의 각도로 배치되고, 상기 다른쪽 면은 상기 광원의 광축에 대하여 (45-α)°(단, 0<α<180)의 각도로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 한쪽 면과 상기 다른쪽 면은 서로 비평행이며, 상기 한쪽 면은 상기 광원의 광축에 대하여 (45+α)°(단, 0<α<180)의 각도로 배치되고, 상기 다른쪽 면은 상기 광원의 광축에 대하여 45°의 각도로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 한쪽 면과 상기 다른쪽 면은 서로 비평행이며, 상기 한쪽 면은 상기 광원의 광축에 대하여 (45+β)°(단, 0<β<180)의 각도로 배치되고, 상기 다른쪽 면은 상기 광원의 광축에 대하여 (45-β)°(단, 0<β<180)의 각도로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 한쪽 면과 상기 다른쪽 면은 서로 평행이며, 각각 상기 광원의 광축에 대하여 45°의 각도로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  17. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 색광 분리 광학 소자는 반사형 홀로그램 소자에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  18. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 색광 분리 광학 소자는 투과형 홀로그램 소자에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  19. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광속 분할 광학 소자는 렌즈 어레이에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 광속 분할 광학 소자는 미러 어레이에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  21. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광속 분할 광학 소자는 4개의 반사면을 구비한 도광(導光) 로드(rod)에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  22. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편광 빔 스플리터 어레이의 입사측에 불필요한 색광의 입사를 차단하기 위한 다이클로익 필터 어레이가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  23. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 색광 분리 광학 소자는, 녹색광과 적색광 및 청색광을 분리하는 색분해 특성을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  24. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 조명 광학계와,
    상기 조명 광학계로부터 사출된 광을 변조하는 광변조 장치와,
    상기 광변조 장치에 의해서 변조된 광을 투사하는 투사 렌즈
    를 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  25. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 조명 광학계와,
    상기 조명 광학계로부터 사출된 상기 제 1 색의 광을 변조하는 제 1 반사형 광변조 장치와,
    상기 조명 광학계로부터 사출된 상기 제 2 색의 광에 포함되는 제 3 색광을 변조하는 제 2 반사형 광변조 장치와,
    상기 조명 광학계로부터 사출된 상기 제 2 색의 광에 포함되는 제 4 색광을 변조하는 제 3 반사형 광변조 장치와,
    상기 조명 광학계로부터 사출된 광을 상기 제 1 색의 광과 상기 제 2 색의 광으로 분리하는 편광 빔 스플리터와,
    상기 제 2 색의 광을 상기 제 3 색광과 상기 제 4 색광으로 분리하고, 또한 상기 제 2 반사형 광변조 장치로부터 사출된 광과 상기 제 3 반사형 광변조 장치로부터 사출된 광을 합성하여 상기 편광 빔 스플리터를 향해서 사출하는 색광 분리·합성 소자를 갖고,
    상기 제 1 반사형 광변조 장치로부터 사출된 광과 상기 색광 분리·합성 소자로부터 사출된 광 중, 상기 편광 빔 스플리터에 의해서 선택된 광을 투사하는 투사 렌즈
    를 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  26. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 조명 광학계와,
    상기 조명 광학계로부터 사출된 광에 포함되는 상기 제 1 색의 광을 변조하는 제 1 반사형 광변조 장치와,
    상기 조명 광학계로부터 사출된 상기 제 2 색의 광에 포함되는 제 3 색광을 변조하는 제 2 반사형 광변조 장치와,
    상기 조명 광학계로부터 사출된 상기 제 2 색의 광에 포함되는 제 4 색광을 변조하는 제 3 반사형 광변조 장치와,
    제 1 ∼ 제 4 편광 빔 스플리터와,
    상기 제 1 편광 빔 스플리터와 상기 제 3 편광 빔 스플리터의 사이에 마련된 제 1 파장 선택 위상차판과,
    상기 제 3 편광 빔 스플리터와 상기 제 4 편광 빔 스플리터의 사이에 마련된 제 2 파장 선택 위상차판과,
    상기 제 4 편광 빔 스플리터로부터 사출된 광을 투사하는 투사 렌즈를 구비하고,
    상기 제 1 편광 빔 스플리터는 상기 조명 광학계로부터 사출된 광을 상기 제 1 색의 광과 상기 제 2 색의 광으로 분리하고,
    상기 제 2 편광 빔 스플리터는, 상기 제 1 편광 빔 스플리터에 의해서 분리된 상기 제 1 색의 광을 상기 제 1 반사형 광변조 장치로 인도하고, 또한 상기 제 1 반사형 광변조 장치에 의해서 변조된 상기 제 1 색의 색광을 상기 제 4 편광 빔 스플리터로 인도하며,
    상기 제 1 파장 선택 위상차판은, 상기 제 1 편광 빔 스플리터에 의해서 분리된 상기 제 2 색의 광에 포함되는 상기 제 3 색광과 상기 제 4 색광 중, 상기 제 3 색광의 편광 방향만을 90° 회전시키고,
    상기 제 3 편광 빔 스플리터는, 상기 제 1 파장 선택 위상차판으로부터 사출된 상기 제 3 색광과 상기 제 4 색광을 상기 제 2 반사형 광변조 장치와 상기 제 3 반사형 광변조 장치로 인도하고, 또한 상기 제 2 반사형 광변조 장치 및 상기 제 3 반사형 광변조 장치에 의해서 변조된 상기 제 3 색광 및 상기 제 4 색광을 상기 제 2 파장 선택 위상차판으로 인도하며,
    상기 제 2 파장 선택 위상차판은, 상기 제 3 편광 빔 스플리터로부터 사출된 상기 제 3 색광과 상기 제 4 색광 중, 상기 제 3 색광의 편광 방향만을 90° 회전시키고,
    상기 제 4 편광 빔 스플리터는, 상기 제 2 편광 빔 스플리터로부터 사출된 상기 제 1 색의 광과, 상기 제 2 파장 선택 위상차판으로부터 사출된 상기 제 3 색광과 상기 제 4 색광을 합성하여 상기 투사 렌즈를 향해서 사출하는 것
    을 특징으로 하는 프로젝터.
  27. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 조명 광학계와,
    상기 조명 광학계로부터 사출된 광을 제 1 색의 광과 제 2 색의 광과 제 3 색의 광으로 분리하는 색분리 광학계와,
    상기 색분리 광학계에 의해 분리된 상기 제 1 색의 광을 화상 신호에 따라 변조하는 제 1 투과형 광변조 장치와,
    상기 색분리 광학계에 의해 분리된 상기 제 2 색의 광을 화상 신호에 따라 변조하는 제 2 투과형 광변조 장치와,
    상기 색분리 광학계에 의해 분리된 상기 제 3 색의 광을 화상 신호에 따라 변조하는 제 3 투과형 광변조 장치와,
    상기 제 1 투과형 광변조 장치, 상기 제 2 투과형 광변조 장치, 및 상기 제 3 투과형 광변조 장치에 의해 각각 변조된 상기 제 1 색의 광, 상기 제 2 색의 광, 및 상기 제 3 색의 광을 합성하는 색합성 광학계와,
    상기 색합성 광학계에 의해 합성된 광을 투사하는 투사 렌즈
    를 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
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