KR20000070278A - 조명광학계 및 투사형 표시장치 - Google Patents

Abstract

소정의 광학장치의 광입사면을 조명영역으로 하여 조명하기 위한 광원과, 광원에서 출사되는 광속을 복수개의 부분광속으로 분할함과 같이, 복수개의 부분광속을 조명영역상에서 중첩시키는 분할중첩수단을 구비한다. 분할중첨수단에는, 입사광속을 입사광속의 광원의 폭보다 작은 광속의 폭을 가지는 출사광속으로 변환하는 어포칼광학계의 기능을 가지는 광속축소수단이 구비되고, 조명영역에서 중첩되는 복수개의 부분광속의 조명영역으로의 입사각을 작게 한다. 이것에 의하여 인케르게리터광학계를 포함하는 조명광학계에 있어서, 광원에서 조명영역까지의 광로길이를 그다지 증대시키지 않고, 조명영역으로의 입사각을 작게할 수 있다.

Description

조명광학계 및 투사형 표시장치{ILLUMINATING OPTICAL SYSTEM AND PROJECTION TYPE DISPLAY}

투사형 표시장치에서는, 라이트밸브라고 하는 광변조장치를 사용하여, 광변조장치에 조사된 조명광을 표시하고자 하는 화상정보에 따라 변조하고, 이러한 변조광속을 스크린 상에 투사하여 화상표시를 실현하고 있다. 이러한 광변조장치로서는, 통상 액정 패널이 사용되고 있다. 그런데 투사형 표시장치에 의하여 표시되는 화상은 균일하게 밝은 것이 바람직하고, 이것에 조립되는 조명장치(조명광학계)에서 출사된 조명광의 광이용효율이 높은 것이 요구된다. 조명광의 광이용효율을 높이는 수단으로서, 액정 패널의 1화소마다에 대응하도록 복수개의 마이크로렌즈를 액정패널의 광의 입사면 상에 배치하는 방법이 고려될 수 있다.

도 15는 액정패널의 광의 입사면측에 마이크로렌즈를 배치한 경우에, 액정패널로 입사되는 광속을 보이는 설명도이다. 그리고 도 15는, 액정패널(100) 및 복수개의 마이크로렌즈(1110)으로 구성되는 마이크로렌즈어레이(1100)의 단면의 개략을 보이고 있다. 액정패널(1000)은, 액정층(1010)이 "블랙매트릭스"라고 불리는 차광층(1020)에 격자상으로 둘러싸이도록 구성되어 있다. 그리고 마이크로렌즈어레이(1100)은, 액정패널(1000)의 1화소의 액정층(1010)의 중심과 하나의 마이크로렌즈(1110)의 광축이 거의 일치하도록, 액정패널의 입사면측에 배치되어 있다. 도 15의 (A)에 도시한 바와 같이, 마이크로렌즈(1110)의 광축에 거의 평행하게 입사한 광속은 마이크로렌즈(1110)에 의하여 집광되어 액정측(1010)을 통과한다. 그 결과 마이크로렌즈(1110)이 없으면, 차광층(1020)에 의하여 차단되는 광속도 이용 가능하게 된다. 따라서 마이크로렌즈를 사용하는 것에 의하여 광의 이용효율을 높이는 것이 가능하다.

한편, 도 15의 (B)에 도시한 바와 같이 마이크로렌즈(1110)의 광축에 경사지게 입사한 광속도 마이크로렌즈(1110)에 의하여 집광되지만, 액정층(1010)을 통과할 수 없어서, 차광층(1020)에서 차단되고 마는 광속이 발생하는 것으로 된다. 그 결과, 마이크로렌즈를 사용하는 것에 의하여 광의 이용효율을 나쁘게 하는 것으로 된다. 그 현상은, 광축에 대한 광속의 각도(입사각)이 클수록 현저하다.

상기와 같은 문제는 액정 패널로의 광의 입사각을 작게하면 경감되고, 광의 이용효율은 향상된다. 또한 마이크로렌즈를 사용하지 않는 경우에도, 액정패널 이외의 다른 광학요소(예를 들면 액정패널에서 출사된 변조광속을 스크린상에 투사하기 위한 투사렌즈)로의 입사각도 작게 되어서, 그 광학요소에 있어서의 광의 이용효율이 향상되고, 투사형표시장치 전체의 광의 이용효율을 향상시키는 것이 가능하다.

조명영역으로의 입사각을 작게하기 위해서는 광원에서 조명영역까지의 광경로(특히 조명영역의 직전에 있는 광학요소에서 광원까지의 광경로)를 증대시키면 된다. 그러나 이것은 조명광학계의 사이즈를 증대시키는 것이 되어 바람직하지 못하다.

인테그레이터광학계에서는 광원의 광속을 복수개의 부분광속으로 분할하여, 그 후, 복수개의 부분광속으로 조명영역을 중첩하여 조명하도록 하고 있다. 따라서 인테그레이터 광학계를 포함하는 조명광학계에 있어서는, 광경로를 그리 증대시키지 않고 조명영역으로의 입사각을 작게하는 것은 곤란하다.

본 발명은 종래 기술에 있어서 상술한 과제를 해결하기 위한 것으로, 인테그레이터광학계를 포함하는 조명광학계에 있어서, 광원에서 조명영역까지의 광경로를 그리 증대시키는 것 없이 조명영역으로의 입사각을 작게하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 광원의 출사광속을 복수개의 부분광속으로 분할한 후, 동일 조명영역상에서 중첩시키는 조명광학계에 관한 것이다. 또한 본 발명은, 이러한 조명광학계를 이용하여 균일하게 밝은 투사화상을 형성할 수 있는 투사형 표시장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예로서의 조명광학계의 요부를 평면적으로 본 개략구성도.

도 2는 제1렌즈어레이(30)의 외관을 보인 사시도.

도 3은 제1렌즈어레이(30) 및 집광렌즈(60)의 다른 구성과, 제2렌즈어레이 (40) 및 발산렌즈(70)의 다른 구성을 보인 설명도.

도 4는 제1실시예로서의 조명광학계의 변형예를 보인 개략 구성도.

도 5는 어포컬광학계의 다른 구성을 보인 설명도.

도 6은 조명광학계(100)을 편광조명광학계로 한 경우의 요부를 평면적으로 보인 개략 구성도.

도 7은 편광발생소자(180)의 구성을 보인 설명도.

도 8은 본 발명의 제3실시예로서의 조명광학계의 요부를 평면적으로 본 개략구성도.

도 9는 본 발명의 제4실시예로서의 조명광학계의 요부를 평면적으로 본 개략구성도.

도 10은 본 발명의 제5실시예로서의 조명광학계의 요부를 평면적으로 본 개략구성도.

도 11은 본 발명의 제6실시예로서의 조명광학계의 요부를 평면적으로 본 개략구성도.

도 12는 본 발명의 제7실시예로서의 조명광학계의 요부를 평면적으로 본 개략구성도.

도 13은 본 발명의 제8실시예로서의 조명광학계의 요부를 평면적으로 본 개략구성도.

도 14는 본 발명의 조명광학계를 이용한 투사형 표시장치의 요부를 평면저으로 본 개략구성도.

도 15는 액정패널의 광의 입사면측에 마이크로렌즈를 배치한 경우에, 액정패널에 입사되는 광속을 보인 설명도.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 조명광학계는,

소정의 광학장치의 광입사면을 조명영역으로 조명하기 위하여, 광원에서 출사된 광속을 복수개의 부분광속으로 분할하는 것과 동시에 상기 복수개의 부분광속을 상기 조명영역상에 거의 중첩시키는 조명광학계에 있어서,

입사광속을 상기 입사광속의 광속의 폭보다 작은 광속의 폭을 가지는 출사광속으로 변환하는 어포컬광학계의 기능을 구비하는 광속축소수단을 구비하고,

상기 광속축소수단은, 상기 어포컬광학계를 실현하기 위한 집광기능과 광을 평행화하는 기능을 구비하는 것을 요지로 한다.

상기 조명광학계에서 출사된 광속의 폭은, 어포칼광학계의 기능을 구비하는 광속축소수단에 의하여 축소되어 있다. 따라서 광원에서 조명영역까지의 광경로를 그리 증대시키는 것 없이 조명영역을 조사하는 광속의 입사각을 작게하는 것이 가능하다. 일반적으로 광학요소로 입사되는 광속의 입사각이 작은편이 그 광학요소에 있어서의 광의 이용효율이 좋다. 따라서 본 발명의 조명광학계를 이용하면 광의 이용효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 조명광학계에 있어서,

거의 평행한 광속을 출사하는 광원과,

상기 광원에서 출사되는 광속을 복수개의 부분광속으로 분할함과 같이 상기 복수개의 부분광속을 상기 조명영역상에서 거의 중첩시키는 분할중첩수단을 구비하고,

상기 광속축소수단은 상기 분할중첩수단에 포함되도록 하는 것이 가능하다.

상기 구성에 있어서도, 광원에서 출사되는 겅의 평행한 광속이 분할중첩수단에 의하여 그 광속의 폭이 전체로서 축소되는 복수개의 부분광속으로 변환되는 것과 같이 조명영역상에서 중첩되기 때문에, 각 부분광속의 조명영역으로의 입사각을 작게하는 것이 가능하다. 이것에 의하여 조명광학계에서 출사되는 광의 이용효율을 향상시키는 것이 가능하다.

또한 상기 조명광학계에 있어서, 상기 분할중첩수단은,

상기 거의 평행한 광속을 복수개의 부분광속으로 분할하기 위한 복수개의 소렌즈를 구비하는 제1렌즈어세이의 기능과, 상기 집광기능을 구비하는 제1광속분할 수단과,

제1렌즈어레이에 대응하여 복수개의 소렌즈를 구비하는 제2렌즈어레이의 기능과, 상기 광을 평행화하는 기능을 구비하는 제2광속분할수단과,

상기 제2광속분할수단에서 출사된 상기 복수개의 부분광속을 조명영역상에서 중첩시키는 중첩수단을 구비하도록 하는 것이 가능하다.

상기 조명광학계에 있어서, 분할중첩수단을 상기와 같이 구성하면, 제2광속분할수단에서 출사되는 복수개의 부분광속의 전체로서 광속의 폭을, 광속축소수단에 의하여 축소하는 것이 가능하다. 이것에 의하여 조명영역상에서 충첩되는 각부분광속의 조명영역으로의 입사각을 작게하는 것이 가능하여서, 조명광학계에서 출사되는 광의 이용효율을 향상시키는 것이 가능하다. 또한 제2광속분할수단에서 중첩수단까지의 각 구성요소를 소형으로 하는 것도 가능하게 된다.

그리고 상기 제1광속분할수단은, 독립한 광학요소로서, 각각 형성된 상기 제1렌즈어레이와 상기 집광기능을 가지는 제1광학요소를 구비하도록 하여도 좋다. 또한 상기 제1렌즈어레이의 기능과 상기 집광기능이 광학적으로 일체로 구성되는 광학요소이어도 좋다. 여기서 광학적으로 일체로 구성한다는 것은, 각 광학요소가 상호 밀착되어 있는 것이나, 복수개의 기능을 함께 가지는 하나의 광학요소로 하는 것을 의미한다. 각 광학요소를 접착제로 부착하거나, 혹은 일체로 성형하는 것에 의하여 광학적으로 일체로 구성하는 것이 가능하다. 또한 상기 제1광속분할수단은, 제1렌즈어레이의 기능과 집광기능을 함께 가지는 복수개의 편심렌즈로 구성된 팬심렌즈어레이로 형성하는 것도 가능하다.

더욱이 상기 제2광속분할수단은, 독립한 광학요소로서, 각각 형성된 상기 제2렌즈어레이와 상기 광을 평행화하는 기능을 구비하는 제2광학요소를 구비하도록 하여도 좋다. 또한 상기 제2렌즈어레이의 기능과 상기 광을 평행화하는 기능이 광학적으로 일체로 구성되는 광학요소이어도 좋다. 또한 상기 제2광속분할수단은, 상기 편심렌즈를 구비하는 편심렌즈어레이로 하는 것도 가능하다.

상기와 같이 제1광속분할수단, 제2광속분할수단은, 각 기능을 각각의 광학요소로 구성하거나 광학적으로 일체로 구성하는 것도 가능하지만, 광학적으로 일체로 구성하는 것에 의하여, 각 광학요소의 계면에서 발생하는 광의 손실을 방지하여, 광의 이용효율을 향상시키는 것이 가능하다. 또한 조명광학계의 구성요소를 삭감하는 것도 가능하다.

상기 조명광학계에 있어서, 상기 분할중첩수단은,

제1광속분할수단과 제2광속분할수단을 구비하고,

상기 제1광속분할수단은,

상기 거의 평행한 광속을 복수개의 부분광속으로 분할하기 위한 복수개의 소렌즈를 구비하는 제1렌즈어레이의 기능과, 상기 집광기능과, 상기 제1광속분할수단에서 출사되는 복수개의 부분광속을 상기 제광속분할수단을 통하여 상기 조명영역상에서 중첩시키는 기능을 구비하고,

상기 제2광속분할수단은,

상기 제1렌즈어레이에 대응하여 복수개의 소렌즈를 구비하는 제2렌즈어레이의 기능과, 상기 광을 평행화하는 기능을 구비하도록 하는 것도 가능하다.

분할중첩수단을 상기와 같이 구성하여도, 제1광속분할수단에서 출사되는 광속의 폭을 광속축소수단에 의하여 축소하는 것이 가능하다. 이것에 의하여 조명영역에서 중첩되는 각 부분광속의 조명영역으로의 입사각을 작게하는 것이 가능하여서, 조명광학계에서 출사되는 광의 이용효율을 향상시키는 것이 가능하다. 또한 중첩수단으로서의 기능을 광속분할수단에 구비하고 있기 때문에 중첩수단을 독립하여 구비할 필요가 엾고, 조명광학계의 구성요소를 삭감하는 것이 가능하다.

그리고 상기 제1광속분할수단은, 독립한 광학요소로서 각각 형성된 상기 제1렌즈어레이와, 상기 집광기능을 구비하는 제1광학요소와, 상기 제1광속분할수단에서 출사되는 복수개의 부분광속을 상기 제1광속분할수단을 통하여 상기 조명영역상에서 중첩시키는 중첩렌즈를 구비하도록 하여도 좋다. 또한 상기 제1렌즈어레이의 기능과, 상기 집광기능과, 상기 제1광속분할수단에서 출사되는 복수개의 부분광속을 상기 제2광속분할수단을 통하여 상기 조명영역상에서 중첩시키는 기능이 광학적으로 일체로 구성되는 광학요소라도 가능하다. 상기 제1광속분할수단은, 복수개의 편심렌즈를 구비하는 편심렌즈어레이로 하는 것도 가능하다.

더욱이 상기 제2광속분할수단은, 독립한 광학요소로서 각각 형성되는 상기 제2렌즈어레이와 상기 광을 평행화하는 기능을 구비하는 제2광학요소를 구비하도록 하여도 된다. 또한 상기 제2렌즈어레이의 기능과, 상기 광을 평행화하는 기능이 광학적으로 일체로 구성되는 광학요소이어도 종다. 상기 제2광속분할수단은, 복수개의 편심렌즈를 구비하는 편심렌즈어레이로 하는 것도 가능하다.

상기와 같이 제1광속분할수단, 제2광속분할수단은, 각 기능을 각각의 광학요소로 구성하거나 광학적으로 일체로 구성하는 것도 가능하지만, 광학적으로 일체로 구성하는 것에 의하여, 각 광학요소의 계면에서 발생하는 광의 손실을 방지하여, 광의 이용효율을 향상시키는 것이 가능하다. 또한 조명광학계의 구성요소를 삭감하는 것도 가능하다.

또한 상기 조명광학계에 있어서, 상기 분할중첩수단은,

상기 광원에서 출사되는 거의 평행한 광속을 복수개의 부분광속으로 분할하는 제1 및 제2광속분할수단과,

상기 복수개의 부분광속을 상기 조명영역상에서 거의 중첩시키는 중첩수단을 구비하고,

상기 광속축소수단은, 상기 광원에서 상기 제1광속분할수단이 출사면에서의 광로상에 설치되도록 하는 것도 가능하다.

그리고 상기 집광기능을 구비하는 제1광속요소가, 광원과 상기 제1광속분할 수단의 중간의 위치에 설정되어 있고,

상기 광을 평행화하는 기능은, 상기 제1광속분할수단에 포함되도록 하는 것도 좋다.

상기 중첩수단을 상기와 같이 구성하여도, 광원에서 출사되는 광속의 폭을 광속축소수단에 의하여 축소하고, 상기 제1광속분할수단에서 출사되는 복수개의 부분광속의 전체로서의 광속의 폭을 축소하는 것이 가능하다. 이것에 의하여 조명영역상에서 중첩되는 각 부분광속의 조명영역으로의 입사각을 작게하는 것이 가능하여서, 조명광학계에서 출사되는 광의 이용효율을 향상시키는 것이 가능하다. 또한 상기 제1광속분할수단에서 중첩수단까지의 각 구성요소를 소형으로 하는 것도 가능하다.

여기서 상기 제1광속분할수단은, 상기 광을 평행화하는 기능을 포함하는 하나의 광학요소로 하는 것도 가능하다. 상기 제1광속분할수단은, 복수개의 편심렌즈를 구비하는 편심렌즈어레이로 하는 것도 가능하다. 이와 같이 하면, 각 광학요소의 계면에서 발생하는 광의 손실을 방지하여, 광의 이용효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한 조명광학계의 구성요소를 삭감하는 것도 가능하다.

또한 상기 조명광학계에 있어서, 상기 분할중첩수단은,

상기 광원에서 출사되는 거의 평행한 광속을 복수개의 부분광속으로 분할하는 제1 및 제2광속분할수단과,

상기 복수개의 부분광속을 상기 조명영역상에 거의 중첩시키는 중첩수단을 구비하고,

상기 광축소수단은, 상기 제2광속분할수단의 입사면에서 상기 충첩수단의 출사면까지의 광경로상에 설치되도록 하는 것도 가능하다.

그리고 상기 집광기능은, 상기 제2광속분할수단에 포함되어 있고,

상기 광을 평행화하는 기능은, 상기 중첩수단에 포함되도록 하면 된다.

분할중첩수단을 상기와 같이 구성하여도, 제1광속분할수단에서 출사된 복수개의 부분광속을 제2광속분할수단의 입사면에서 중첩수단의 출사면까지의 광경로상에 구비된 광속축소수단에 의하여, 중첩수단에서 출사된 복수개의 부분광속의 전체로서의 광속의 폭을 축소하는 것이 가능하다. 이것에 의하여 조명영역상에서 중첩되는 각 부분광속의 조명영역으로의 입사각을 작게 하는 것이 가능하여서, 조명광학계에서 출사되는 광의 이용효율을 향상시키는 것이 가능하다.

여기서 상기 제1광속분할수단은, 상기 집광기능을 포함하는 하나의 광학요소로 하여도 된다. 또한 상기 중첩수단은, 상기 광을 평행화하는 기능을 포함하는 하나의 광학요소로 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 각 광학요소의 계면에서 발생하는 광의 손실을 방지하여, 광의 이용효율을 향상시키는 것이 가능하다. 또한 조명광학계의 구성요소를 삭감하는 것도 가능하다.

또한 상기 조명광학계에 있어서, 상기 분할중첩수단은,

상기 광원에서 출사되는 거의 평행한 광속을 복수개의 부분광속으로 분할하는 제1 및 제2광속분할수단과,

상기 복수개의 부분광속을 상기 조명영역 상에 거의 중첩시키는 중첩수단을 구비하고,

상기 광속축소수단은, 상기 중첩수단의 입사면에서 상기 조명영역 꺼자의 광로상에 설치되도록 하는 것도 가능하다.

그리고 상기 집광기능은, 상기 중첩수단에 포함되어 있고,

상기 광을 평행화하는 기능을 구비하는 제2광학요소는, 상기 중첩수단과 상기 조명영역과의 중간위치에 설치되도록 하면 된다.

분할중첩수단을 상기와 같이 구성하여도, 중첩수단에서 출사되는 복수개의 부분광속을, 중첩수단의 입사면에서 조명영역까지의 광로상에 구비된 광속축소수단에 의하여 중첩수단에서 출사되는 복수개의 부분광속의 전체로서의 광속의 폭을 축소하는 것이 가능하다. 이것에 의하여, 조명영역상에서 중첩되는 각부분광속의 조명영역으로의 입사각을 작게 하는 것이 가능하여서, 조명광학계에서 출사되는 광의 이용효율을 향상시키는 것이 가능하다.

여기서 상기 주첩수단은, 상기 집광기능을 포함하는 하나의 광학요소로 구성하여도 좋다. 이와 같이 하면, 각 광학요소의 계면에서 발생하는 광의 손실을 방지하여 광의 이용효율을 향상시키는 것이 가능하다. 또한 조명광학계의 구성요소를 각감하는 것이 가능하다.

본 발명의 조명광학계에 있어서,

상기 집광기능을 구비하는 제1광학요소로서의 리플렉터를 구비하고, 수속하는 광속을 출사하는 광원과,

상기 수속광속을 복수개의 부분광속으로 분할함과 같이 상기 복수개의 부분광속을 상기 조명영역상에서 거의 중첩시키는 분할중첩수단을 구비하고,

상기 광을 평행화하는 기능은 상기 분할중첩수단에 포함되어 있도록 하는 것도 가능하다.

상기 구성에 있어서도, 광원에서 출사되는 수속광속이 분할중첩수단에 의하여, 그 광속의 폭이 전체로서 축소된 복수개의 부분광속으로 변환됨과 같이 조명영역상에서 중첩된다. 이것에 의하여 각 부분광속의 조명영역으로의 입사각을 작게하는 것이 가능하여서, 조명광학계에서 출사되는 광의 이용효율을 향상시키는 것이 가능하다.

상기 조명광학계에 있어서, 상기 분할중첩수단은,

상기 수속광속을 복수의 부분광속으로 분할하는 제1 및 제2광속분할수단과,

상기 복수개의 부분광속을 조명영역상에 거의 중첩시키는 중첩수단을 구비하고,

상기 광을 평행화하는 기능은, 상기 제1광속분할수단에 포함되도록 하는 것도 가능하다.

분할중첩수단을 상기와 같이 구성하면, 제1광속분할수단에서 출사된 복수의 부분광속의 전체로서의 광속의 폭을, 광원의 리플렉터 및 광을 평행화하는 기능에 의한 광속축소수단에 의하여 축소되는 것이 가능하다. 이것에 의하여 조명영역상에서 중첩되는 각 부분광속의 조명영역으로의 입사각을 작게하는 것이 가능하여서, 조명광학계에서 출사되는 광의 이용효율을 향상시키는 것이 가능하다. 또한 제1광속분할수단에서 중첩수단까지의 각 구성요소를 소형으로 하는 것이 가능하ㄷ.

그리고 상기 제1광속분할수단은, 상기 광을 평행화하는 기능을 포함하는 하나의 광학요소이어도 좋다. 상기 제1광속분할수단은, 복수개의 편심렌즈를 구비하는 편심렌즈어레이로 하는 것도 가능하다. 이와 같이 하면, 각 광학요소의 계면에서 발생하는 광의 손실을 방지하여, 광의 이용효율을 향상시키는 것이 가능하다. 또한 조명광학계의 구성요소를 삭감할 수 있다.

또한 상기 조명광학계에 있어서, 상기 분할중첩수단은,

상기 수속광속을 복수의 부분광속으로 분할하는 제1 및 제2광속분할수단과,

상기 복수의 부분광속을 상기 조명영역상에서 거의 중첩시키는 중첩수단을 구비하며,

상기 광을 평행화하는 기능은, 상기 제2광속분할수단에 포함되도록 하는 것도 가능하다.

분할중첩수단을 상기와 같이 구성하여도, 제2광속분할수단에서 출사되는 복수의 부분광속의 전체로서 광속의 폭을, 광원의 리플렉터 및 광을 평행화하는 기능에 의한 광속축소수단에 의하여 축소하는 것이 가능하다. 이것에 의하여, 조명영역상에서 중첩되는 각 부분광속의 조명영역으로의 입사각을 작게 하는 것이 가능하기 때문에, 조명광학계에서 출사되는 광의 이용효율을 향상시키는 것이 가능하다. 또한 제2광속분할수단에서 중첩수단까지의 각 구성요소를 소형으로 하는 것이 가능하다.

그리고 상기 제2광속분할수단은, 상기 광을 평행화하는 기능을 포함하는 하나의 광학요소로 하여도 된다. 상기 제2광속분할수단은, 복수의 편심렌즈를 구비하는 편심렌즈어레이로 하는 것도 가능하다. 이와 같이 하면, 각 광학요소의 계면에서 발생하는 광의 손실을 방지하여, 광의 이용효율을 향상시킬 수 있다. 또한 조명광학계의 구성요소를 삭감하는 것이 가능하다.

또한 상기 각 조명광학계에 있어서, 더욱이,

상기 조명광학계의 어느 하나의 위치에 램덤한 편광방향을 구비하는 광속을 편광방향이 구비된 1종류의 편광광속으로 변환하여 출사하는 편광발생수단을 구비하고,

상기 편광발생수단은, 입사광속을 서로 편광방향이 다른 2종류의 편광광속으로 분리하는 편광분리수단과,

상기 편광분리수단에 의하여 얻어진 일방의 편광광속의 편광방향을 타방의 편광광속의 편광방향과 동일하게 하도록 편광변환하는 편광변환수단을 구비하고,

상기 편광발생수단에 의하여 얻어진 상기 편광방향이 구비된 1종류의 편광광속에 의하여 상기 조명영역을 조명하도록 하는 것도 가능하다.

상기의 구성에 의하면, 편광방향이 구비된 1종류의 편광광속만을 조명광으로 사용하는 것이 가능하기 때문에, 후술하는 바와 같이 조명장치를 투사형표시장치 등에 조립하는 경우 광의 이용효율을 향상시키는 것이 가능하다.

본 발명의 상기 각 조명광학계는, 투사형 표시장치의 조명광학계로서 이용하는 것이 가능하다. 투사형 표시장치로서는,

본 발명의 상기 각 조명광학계와,

상기 조명광학계에서의 출사광을 화상정보에 따라 변조하는 광변조수단과,

상기 광변조수단에서 얻어진 변조광속을 투사면 상에 투사하는 투사광학계를 구비하도록 하는 것이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명의 조명광학계는, 조명영역인 광변조수단을 조명하는 광속의 입사각을 작게 하는 것이 가능하여서, 조명광학계에서 출사되는 광의 이용효율을 향상시키는 것이 가능하다. 따라서 본 발명의 조명광학계가 조립된 투사형 표시장치 등에서는, 투사화상의 밝기를 향상시키는 것이 가능하다.

그리고 본 발명의 조명광학계는 인테그레이터광학계를 구비하고 있어서, 광원에서 출사되는 광속이 광속의 단면 내에서 그 광강도분포에 큰 편심을 구비하고 있는 경우에도, 밝기가 균일하게 발기나 색얼룩이 없는 조명광을 얻는 것이 가능하게 되기 때문에, 투사면 전체에 걸쳐 밝기 균일하게 밝기나 색얼룩이 없는 투사화상을 얻을 수 있다.

더욱이 본 발명의 조명광학계에 있어서, 전술한 바와 같은 편광분리수단과 편광변조수단을 구비하는 편광발생수단을 구비하도록 하는 경우에는, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

광변조수단으로서 이용되는 액정패널에 있어서는, 편광판 등의 편광선택수단에 의하여 표시에 불필요한 편광방향이 다른 편광광속을 흡수한 광속을 이용하기 때문에, 광의 이용효율이 극히 저하된다. 또한 편광선택수단으로서 편광판을 이용하는 경우에는 광의 흡수에 의하여 편광판의 온도가 현저하게 상승하기 때문에, 편광판을 냉각하기 위한 큰 냉각장치가 필요하다. 그러나 편광발생수단을 구비하고 있으면 광원에서 출사되는 편광방향이 랜덤한 광속을, 전체로서 거의 1종류의 편광방향을 구비하는 편광광속으로 변환하는 것이 가능하고, 편광방향이 거의 1종류의 편광솽속만을 광변조수단에서 이용 가능한 조명광으로 사용할 수 있다. 따라서 광원에서 출사되는 광속의 대부분을 이용하는 것이 가능하게 되고, 극히 밝은 투사화상을 얻을 수 있다. 또한 표시에 불필요한 편광방향이 다른 편광광속이 조명광에는 거의 포함되기 않기 때문에 편광판에 있어서 광흡수는 작게 되고, 편광판의 온도상승을 제어하는 것이 가능하고, 냉각장치의 간이화를 도모하는 것이 가능하다. 그리고 상기 투사형표시장치는, 더욱이,

조명광학계에서의 출사광을 적어도 2색의 색광속으로 분리하는 색광분리수단과,

상기 색광분리수단에 의하여 분리된 각 색광속을 각각 변조하는 복수개의 광변조수단과, 각각의 광변조수단에서 변조된 후, 각 색의 변조광속을 합성하는 색광합성수단을 구비하고,

상기 색광합성수단에 의하여 얻어진 합성광속이 상기 투사광학계를 통하여 투사되도록 할 수 있다.

상기와 같이 투사형 표시장치를 구성하면, 극히 밝고 균일하며 얼룩이 없는 칼라화상을 투사표시하는 것이 가능하다.

다음에는 도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예를 설명한다. 이하의 각 실시예에 있어서는 특히 한정이 없는 한 상호 직교하는 세개의 방향을 편의적으로 x축방향(횡방향), y축방향(종방향), Z축방향(광축과 평행한 방향)으로 한다.

A. 제1실시예

도 1은, 본 발명의 제1실시예로서의 조명광학계의 요부를 평면적으로 본 개략구성도이다. 본 조명광학계(100)는 거의 평행한 광속을 출사하는 광원(20)과, 제1렌즈어레이(30)와, 집광렌즈(60)와, 발산렌즈(70)와, 제2렌즈어레이(40)와, 중첩렌즈(50)를 구비한다. 각각의 구성요소는 시스템광축(100LC)를 따라 순차적으로 배치되어 있다. 조명광학계(100)는, 조명영역(80)을 균일하게 조명하기 위한 인테그레이터광학계이다.

광원(20)은 방사상의 광선을 출사하는 방사광원으로서의 광원램프(22)와, 광원램프(22)에서 출사된 방사광을 거의 평행한 광선속으로 출사하는 요면경(24)를 구비하고 있다. 요면경(24)로서는 포물선형 거울을 이용하는 것이 바람직하다.

인테그레이터광학계의 기능은, 이들의 각 구성요소 가운데, 제1렌즈어레이 (30)와, 제2렌즈어레이(40)와, 중첩렌즈(50)에 의하여 실현되고 있다. 제1 및 제2렌즈어레이(30,40)는, 본 발명에 있어서의 광속분할수단으로서의 기능을 가진다. 그 가운데, 제1렌즈어레이(30)는, 광원(20)에서의 방출광을 복수의 부분광속으로 분할하는 것과 함께, 각 부분광속을 각각 제2렌즈어레이(40)의 근방에서 집광시키는 기능을 가진다. 또한 제2렌즈어레이(40)는, 제1렌즈어레이(30)의 각 소렌즈(31)에서 출사되는 광을 조명영역(80)으로 조사하는 기능을 가진다. 중첩렌즈(50)는, 시스템광축에 평행한 중심축을 가지는 복수의 부분광속을 조명영역(80) 상에서 중첩시키는 기능을 가진다.

도 2는, 제1렌즈어레이(30)의 외관을 보인 사시도이다. 제1렌즈어레이(30)는, 거의 구형(矩形)형상의 윤곽을 가지는 소렌즈(31)가 M행 N열을 보이고 있다. 제2렌즈어레이(40)(도 1 참조)는, 제2렌즈어레이(30)의 소렌즈(31)에 대응하도록 소렌즈가 M행 N열의 매트릭스상으로 배열된 구성을 가지고 있다. 단 제2렌즈어레이(40)는 후술하는 바와 같이 제2렌즈어레이(30)에 비하여 작다.

제1렌즈어레이(30)의 각 소렌즈(31)는, 광원(20)(도 1)에서 출사되는 광속을 복수의(즉 M x N개의)부분광속으로 분할하고, 각 부분광속을 제2렌즈어레이(40)의 근방에서 집광시킨다. 각 소렌즈(31)를 z방향에서 본 외형형상은, 통상 조명영역(80)에 있어서 실제로 광을 조사하는 영역의 형상과 거의 상이형을 이루도록 설정되어 있다. 예를 들면 조명영역으로서 액정패널을 상정하고, 화상의 표시영역의 아스펙트비(가로와 세로의 치수의 비율)이 4:3이면 소렌즈(31)의 아스펙트비도 4:3으로 설정된다.

제1렌즈어레이(30)와 제2렌즈어레이(40)와의 사이에 배치되어 있는 비광렌즈(60)와 발산렌즈(70)는, 입사광속의 광속의 폭보다 작은 광속의 폭을 가지는 출사광속으로 변환하는 어포칼(afocal)광학계를 구성하고 있다. 이들 렌즈(60,70)는, 본 발명에 있어서 광속축소수단에 상당한다. 집광렌즈(60)와 발산렌즈(70)는 어포칼광학계를 구성하고 있어서, 확산렌즈(70)에서의 출사광속의 각도는 집광렌즈(60)의 입사광속의 각도와 동일하고, 광속의 폭만이 축소되어 있다. 발산렌즈(70)에서 출사된 부분광속(SL)은, 제2렌즈어레이(40)를 통과하고 중첩렌즈(50)에 의하여 조명영역(80)을 조명한다. 그리고 제2렌즈어레이(40)의 최외측의 소렌즈(41)를 통과하는 부분광속(SL)이 조명영역(80)을 조사할 때의 중심광로의 입사각을 θ1으로 한다.

도 1의 파선은, 한편 어포칼광학계를 구비하지 않는 경우에 사용되는 제2렌즈어레이(40')와, 중첩렌즈(50')와, 이들을 통과하는 부분광속(SL')의 광로를 보이고 있다. 이러한 제2렌즈어레이(40')는 제1렌즈어레이(30)와 동일한 크기이다. 그리고 제2렌즈어레이(40')와 중첩렌즈(50')은 도면을 이해하기 쉽도록 하기 위하여 z축 방향으로 조금 어긋나게 하여 도시하고 있지만, 실제로는 제2렌즈어레이(40) 및 중첩렌즈(50)은 동일한 z축방향으로 배치되어 있다. 이 때 제1렌즈어레이(30)의 일번외측의 소렌즈(31)에서 출사되는 부분광속(SL')이 조명영역(80)에 조사되는 때의 중심광로의 입사각을 θ2라고 한다.

종래예에서 설명한 바와 같이 조명영역(80)의 조사면측에 마이크로렌즈와 같은 광학요소를 배치하도록 하는 경우에 있어서는, 마이크로렌즈로의 입사각이 가능한 한 작은 측이 광의 이용효율을 향상시킬 수 있다. 일반적으로 조명광학계(인테그레이터광학계)에 있어서 조명영역으로의 광속의 입사각을 작게하기 위해서는 조명광학계에서 조명영역까지의 거리를 크게 하는 것에 이하여 실현 가능하다. 그러나 이러한 방법에 의하면, 장치의 대형화를 초래하는 것으로 된다. 또한 조명광학계의 광로가 길게 되는 것에 의한 광의 손실을 초래하는 것으로 된다. 본 실시예에서는 집광렌즈(60) 및 발산렌즈(70)에 의하여 구성되는 어포칼광학계에 의하여 광속전체의 광속의 폭을 축소하고 있어서, 제2렌즈어레이(40)에서 조명영역(80)까지의 거리가 제2렌즈어레이(40)에서 조명영역(80)까지의 거리에 동등한 경우에도, 입사각(θ1)는 입사각(θ2)보다 작게 된다. 따라서 조명영역(80)을 광입사면으로 하는 광학요소를 사용하고자 하는 경우에 있어서는, 종래의 조명광학계에 비하여 장치의 대형화를 초래하지 않고, 조명영역을 유효하게 조사하는 광의 효율을 향상시키는 것이 가능하다. 또한 어포칼광학계에서 출사되는 광속전체의 광속의 폭이 축소되어 있어서, 어포칼광학계보다도 후단에 배치된 광학요소를 소형화하는 것이 가능하다는 잇점이 있다.

도 3은, 제1실시예에 있어서의 제1렌즈어레이(30) 및 집광렌즈(60)의 다른 구성과, 제2렌즈어레이(40) 및 발산렌즈(70)의 다른 구성르 보인 설명도이다. 제1렌즈어레이(30) 및 집광렌즈(60)는 도 1에서는 각각 별도로 배치하고 있지만, 이들을 광학적으로 일체화하도록 구성하여도 좋다. 즉, 도 3의 (A-1)에 도시한 바와 같이 독립광학요소로서 각각 형성된 제1렌즈어레이(30)와 집광렌즈(60)를 접착제로 부착하는 것에 의하여 광학적으로 일체화하여도 좋고, 또한 이들의 기능을 겸비하고 있는 하나의 광학요소를 일체로 성형하도록 하여도 좋다. 예를 들면 제1렌즈어레이(30)와 집광렌즈(60)를 일체로 성형하는 경우에는 도 3의 (A-2)에 도시한 바와같이, 제1렌즈어레이(30) 및 집광렌즈(60)의 기능을 겸비하는 편심렌즈어레이(30a)로 성형하는 것이 가능할 것이다. 도 3의 (A-1), (A-2)와 같이 제1렌즈어레이(30)와 집광렌즈(60)를 광학저으로 일체화하면 각 광학요소의 계면에 있어서 발생하는 광손실을 저감하고 광이용효율을 한층 높이는 것이 가능하다. 그리고 제1렌즈어레이(30)와 집광렌즈(60)의 배치 전후관계 및 렌즈의 방향(돌출한 요면(볼록면)이 광원측을 향하고 되어 있는지 조명영역측을 향하도록 되는있는가)는 도 1 및 도 3의 (A-1), (A-2)에 도시한 바와는 역으로 하는 것도 가능하다.

또한 제2렌즈어레이(40) 및 발산렌즈(70)도, 도 1에는 각가 별도로 배치하고 있지만, 동일하게 이들을 광학적으로 일체화하도록 하여도 좋다. 즉 도 3의 (B-1)에 도시한 바와 같이 독립의 광학요소로서 각각 형성된 제2렌즈어레이(40)와 발산렌즈(70)를 접착제로 부착하는 것에 의하여 광학적으로 일체화하여도 좋고 또한 이들의 기능을 가지는 한개의 광학요소를, 일체로 성형하도록 하는 것도 좋다. 예를들면 제2렌즈어레이(40)와 발산렌즈(70)을 일체로 성형하는 경우에는, 도 3의 (B-2)에 도시한 바와 같이 제2렌즈어레이(40) 및 발산렌즈(70)의 기능을 겸비하는 편심렌즈어레이(40a)로 성형하는 것이 가능할 것이다. 도 3의 (B-1), (B-2)와 같이 제2렌즈어레이(40)와 발산렌즈(70)를 광학적으로 일체화하면, 각 광학요소의 계면에 있어서 발생하는 광손실을 저감하고, 광이용효율을 한층 높이는 것이 가능하다. 그리고 제2렌즈어레이(40)와 발산렌즈(70)의 배치의 전후관계 및 렌즈의 방향(요면, 철면(오목한 면)이 광원측을 향하는가 조명영역측을 향하는가)도 도 1 및 도 3의 (B-1), (B-2)에 도시한 것과는 역으로 하는 것도 가능하다.

도 4는 제1실시예로서의 조명광학계의 변형예를 보이는 개략구성도이다. 상기 조명광학계(100A)는, 조명광학계(100)(도 1)의 집광렌즈(60)와 제1렌즈어레이 (30)의 순서를 바꿔넣는 것과 함께, 각각의 렌즈의 요면의 방향을 반대방향으로 하여 배치하고 있다. 또한 제2렌즈어레이(40)과 발산렌즈(70)을 편심렌즈어레이(40a)에 치환하는 것도 가능함과 같이, 렌즈의 요면을 광의 입사면측을 향하여 배치하고 있다. 그리고 제1렌즈어레이(30)와 집광렌즈(60)은 도 3의 (A-1)에 도시한 바와 같이 접착제로 접착하도록 하여도 되고, 일체로 성형하여도 된다.

상기 조명광학계(100A)는 조명광학계(100)와 동일하게, 광원에서 조명광영역까지의 광로길이를 그다지 증대시키는 것 없이 조명영역으로의 입사각을 작게 하는 것이 가능하여서, 조명영역을 유효하게 조사하는 광의 효율을 향상시키는 것이 가능하다. 특히 조명광학계(100A)는, 광원(20)에서 출사된 광을 집광렌즈(60)에 의하여 편심렌즈어레이(40a)에 입사하도록 집광광(도면에서는 파선)으로 하고, 이러한 집광렌즈(60)에서 출사된 집광광을 제1렌즈어레이(30)에서 복수개의 부분광속으로 분할하도록 하고 있다. 이것에 의하여 제1실시예의 제1렌즈어레이(30)에서 제2렌즈어레이(40 까지의 거리에 비하여 제1렌즈어레이(30)에서 편심렌즈어레이(40a)까지의 거리를 짧게 하는 것도 가능하다. 또한 광원(20)에서 출사되어 편심렌즈어레이(40a)에 입사하는 광의 효율을, 조명광학계(100)의 광원(20)에서 출사하여 제2렌즈어레이(40)에 입사하는 광의 효율에 비하여 향상시키는 것이 가능하다.

도 1에 도시한 제1실시예에서는, 집광렌즈(60)와 발산렌즈(70)를 사용하여 어포칼광학계를 구성하고 있지만, 다른 종류의 광학요소를 사용하여 어포칼광학계를 구성하는 것도 가능하다. 도 5는 다른 종류의 광학요소를 사용하여 어포칼광학계를 구성하는 설명도이다. 도 5는, 비교적 초점거리가 긴 볼록렌즈(60')와 비교적 초점거리가 짧은 볼록렌즈(70')에 의하여 어포칼광학계를 구성하고 있다.

그리고 상술한 바와 같이, 근접하여 배치되어 있는 렌즈끼리의 전후관계를 역으로 하거나, 광학적으로 일체로 하거나 하는 변형예는, 후술하는 다른 실시예에 있어서도 동일하게 적용 가능하다. 또한 도 5에 도시한 바와 같은 어포칼광학계도 다른 실시예에 사용하는 것이 가능하다.

B. 제2실시예

도 1에 도시한 본 발명의 제1조명광학계는, 1종류의 편광광속을 이용하는 편광조명광학계로 하는 것도 가능하다. 도 6은 조명광학계(100)를 편광조명광학계로 하는 경우의 요부를 평면적으로 보인 개략구성도이다. 본 실시예의 조명광학계 (200)는, 도 1에 도시한 조명광학계(100)와 거의 동일한 구성이다. 다른 것은, 제2렌즈어레이(40)와 중첩렌즈(50)의 사이에 편광발생소자(180)를 구비하고 있다는 점이다. 이하, 설명을 용이하게 하기 위하여, 도면에 도시한 광속은 특히 제한이 없는 한, 그 중심광로만을 보이는 것으로 한다.

제2실시예의 조명광학계(200)에 있어서도, 광원(20)에서 출사되는 고아속은, 제1렌즈어레이(30)에서 복수의 부분광속으로 분할된 후, 집광렌즈(60) 및 발산렌즈(70)에 의하여 광속전체의 광속의 폭이 축소되어 제2렌즈어레이(40)에서 출사된다. 그리고 제2렌즈어레이(40)에서 출사된 복수의 부분광속은, 후술하는 바와 같이 편광발생소자(180)에 의하여 랜덤한 편광광속이 편광방향이 일치하는 거의 1종류의 편광광속으로 변환된다. 편광방향이 거의 일치하는 복수개의 부분광속은 중첩렌즈(50)에 의하여 조명영역 상에서 중첩된다. 따라서 전술한 조명광학계(100)와 동일하게, 조명역역(80)을 조명하는 조명광의 입사각을 작게 하는 것이 가능하다. 여기서 광원(20)과, 제1렌즈어레이(30)와, 집광렌즈(60)와, 발산렌즈(70)와, 제2렌즈어레이(40)은, 그들의 광축(20LC)이 시스템광축(200LC)에 대하여 일정한 거리(Dp) 만큼 x축방향으로 형행이동한 상태로 되도록 배치되어 있다. 그리고 거리(Dp)에 대해서는 후술한다.

도 7은 편광발생소자(180)의 구성을 보인 설명도이다. 도 7의 (A)는 편광발생소자(180)의 사시도이다. 상기 편광발생소자(180)는 차광판(120)과, 편광빔스프리터어레이(140)와, 선택위상차판(160)을 구비하고 있다. 편광빔스프리터어레이 (140)는, 각각 단면이 평행사변형의 기둥상의 복수개의 투광성판재(143)가 상호 부착된 형상을 가지고 있다. 투광성판재(143)의 계면에는, 편광분리막(144)와 반사막(145)가 교호로 형성되어 있다. 그리고 상기 편광빔스프리터어레이(140)는, 편광분리막(144)와 반사막(145)가 교호로 배치되도록, 이들의 막이 형성된 복수매의 판유리를 부착하여, 소정의 각도로 경사지게 절단하는 것에 의하여 제작된다. 편광분리막(144)는 유전체다층막으로, 또한 반사막(145)는 유전체다층막 혹은 알미늄막으로 형성될 수 있다.

차광판(120)는, 상기 도면에 도시한 바와 같이, 복수개의 차광면(122)과 복수개의 개구면(123)이 스트라이프형상으로 배열되어 구성된 것이다. 차광판(120)의 차광면(122)에 입사한 광속은 차단되고, 개구면(123)으로 입사된 광속은 차광판(120)을 그대로 통과한다. 따라서 차광판(120)은 차광판(120) 상의 위치에 따라 투과하는 광속을 제어하는 기능을 가지고 있고, 차광면(122)과 개구면(123)의 배열의 방법은, 제2렌즈어레이(40)에서 출사되는 부분광속이 편광빔 스플리터어레이(140)의 편광분리막(144)에만 입사하고, 반사막(145)에는 입사하지 않도록 설정되어 있다. 즉, 차광판(120)의 각각의 개구면(123)의 중심과 편광빔스플리터어레이(140)의 편광분리막(144)의 중심이 거의 일치하도록 배치되고, 또한 개구면(123)의 개구횡폭(x방향의 개구폭)은 편광분리막(144)의 x방향의 폭(Wp)에 거의 동등한 크기로 설정되어 있다. 그 결과, 편광분리막(144)를 경유하지 않고 반사막(145)에 직접 입사되는 부분광속은, 이미 차광판(120)의 차광면(122)에서 차단되기 때문에 거의 존재하지 않고, 차광판(120)의 개구면(123)을 통과한 광속은 그 대부분 전체가 편광분리막(144) 만에 입사되는 것으로 된다. 차광판(120)으로서는, 본 실시예와 같이 평판상의 투명체(예를 들면 유리판)에 차관성의 막(예를 들면 크롬막, 알미늄막, 및 유전체다층막)을 부분적으로 형성한 것이나, 혹은 예를 들면 알미늄판과 같은 차광성의 평판에 개구부를 설치한 것 등을 사용할 수 있다.

도 7의 (B)는 편광발생소자의 기능을 보인 설명도이다. 제2렌즈어레이(40)에서 출사되는 광속은 그 주광선(중심광로)가 시스템광축(200LC)에 거의 평행하게 차광판(120)의 개구면(123)을 통과하여, 편광분리막(144)에서 s편광광과 p편광광으로 분리된다. p편광광은, 편광분리막(144)를 그대로 투과한다. 한편 s편광광은 편광분리막(144)에서 반사되고, 더욱이 반사막(145)에서 반사되어, 편광분리막 (144)을 그대로 통과한 p편광광와 거의 평행한 상태로 출사된다. 선택위상차판 (160)의 편광분리막(144)을 통과하는 광의 출사면 부분에는 λ/2위상차층(162)에 의하여 s편광광으로 변환되어 출사된다. 그 결과 편광발생소자(180)에 입사된 램덤한 편광광속은, 거의가 s편광광으로 변환되어 출사된다. 물론 반사막(145)에서 반사되는 광의 출사면 부분만큼 선택위상차판(160)의 λ/2위상차층(162)를 형성하는 것에 의하여, 대부분의 광속을 p편광광으로 변환하여 출사하는 것이 가능하다.

그리고 도 7의 (B)에서 알 수 있는 바와 같이, 편광발생소자(180)에서 출사하는 두개의 s편광광의 중심(두개의 s편광광의 중앙)은, 입사하는 랜덤한 편광광속(s편광광 + p편광광)의 중심보다 x방향으로 어긋나 있다. 이러한 어긋남량은 λ/2위상차층(162)의 폭(Wp)(즉 편광분리막(144)의 x축 방향의 폭)의 반에 해당한다. 이 때문에 도 6에 도시한 바와 같이, 광원(20)의 광축(20LC)는 편광발생소자(180) 이후의 시스템광축(200LC)에서, Wp/2에 해당하는 거리(Dp)만큼 어긋난 위치에 설정되어 있다.

제2실시예의 조명광학계(200)의 기능을 정리하면, 제1렌즈어레이(30)과 제2렌즈어레이(40)과 중첩렌즈(50)에 의하여 인테그레이터광학계가 구성되고, 제1렌즈어레이(30)에서 분할된 복수의 부분광속이 중첩렌즈(50)에 의하여 조명영역(80) 상에서 중첩된다. 이것과 동시에 집광렌즈(60)와 발산렌즈(70)에 의하여 어포칼광학계가 구성되고, 제2렌즈어레이(40)에 입사하는 광속의 광속의 폭을 축소시킨다. 더욱이 편광발생소자(180)에 의하여 랜덤한 편광광속인 부분광속은 거의 편광방향이 일치한 편광광속으로 변환된다. 여기서 편광빔스플리터어레이(140)의 입사측에는 차광판(120)이 배치되고, 편광분리막(144)에 만큼 부분광속이 입사하는 구성으로 되어 있기 때문에 반사막(145)를 경유하여 편광분리막(144)에 입사하는 부분광속은 거의 없고, 편광발생소자(180)에서 출사되는 편광광속의 종류는 거의 1종류에 한정된다. 따라서 조명영역(80)은 거의 1종류의 편광광속으로 거의 균일하게 조명되는 것으로 된다. 광원(20)에서 출사되는 광속의 평행성이 좋은 경우에는, 제2렌즈어레이(40)나 차광판(120)은 생략하는 것도 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 제2실시예의 조명광학계(200)에 의하면, 전술한 조명광학계(100)와 동일하게 조명영역(80)을 조명하는 조명광의 입사각을 작게 하는 것이 가능하다. 따라서 조명영역(80)을 광입사면으로 하도록 광학요소를 사용하는 경우에 있어서는, 종래의 조명광학계에 비하여 장치의 대형화를 초래하지 않고, 광의 이용효율을 향상시키는 것이 가능하다. 또한 어포칼광학계에서 출사된 광속전체의 광속의 폭이 축소되어 있어서, 어포칼광학계보다 후단에 배치되는 광학요소를 소형화하는 것이 가능하다.

이것에 더하여, 제2실시예의 조명광학계(200)에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉 광원(20)에서 출사된 램덤한 편광광속을, 편광발생소자(180)에 의하여 거의 1종류의 편광광속으로 변환함과 같이, 그 편광방향이 일치하는 광속에 의하여 조명영역(80)을 균일하게 조명할 수 있다. 또한 편광광속의 발생과정에 있어서는 광손실을 거의 수반하지 않기 때문에 광원에서 출사되는 광의 거의 전부를 조명영역(80)으로 유도할 수 있다. 따라서 광의 이용효율이 극히 높은 특징을 가진다고 할 수 있다. 편광발생소자(180)에는 차광판(120)이 배치되어 있기 때문에, 조명영역(80)을 조명하는 편광광속 중에는 편광방향이 상이한 다른 편광광속이 섞이는 것이 거의 없다. 따라서 액정장치와 같이 편광광속을 사용하여 표시를 수행하는 변조수단을 조명하는 광학계로서 본 발명의 편광조명광학계를 사용하는 경우에는, 종래 변조수단의 조명광이 입사되는 측에 배치되어 있는 편광판을 불필요하게 할 수 있는 경우가 있다. 또한 종래와 같이 편광판을 필요로 하는 경우에도, 편광판에 있어서의 광흡수량이 극히 낮기 때문에, 편광판 및 변조수단의 발열을 억제하는 것이 가능하고, 종래 편광판의 발열을 제어하기 위하여 필요한 냉각장치를 소형이면서 간이화하는 것이 가능하다.

그리고 도 1에 도시한 제1실시예와 도 6에 도시한 제2실시예를 비교하면 알수 있는 바와 같이 편광발생소자를 포함하지 않는 조명광학계도, 편광발생소자를 포함하는 조명광학계도, 편광발생소자 이외는 거의 동일한 구성을 가질 수 있다. 이것은 이하에 보인 다른 실시예에서도 동일하다.

그리고 제2실시예에 있어서도, 도 3의 (A-1),(A-2)에 도시한 바와 같이, 집광렌즈(60)는 제1렌즈어레이(30)와 광학적으로 일체화하는 것도 가능하다. 또한 도 3의 (B-a), (B-2)에 도시한 바와 같이 발산렌즈(70)는 제2렌즈어레이(40)와 광학적으로 일체화하는 것도 가능하다. 더욱이 발산렌즈(70)에서 중첩렌즈(50)까지의 각 광학요소를 전부 광학적으로 일체화하여도 좋다.

C. 제3실시예

도 8은, 본 발명의 제3실시예로서의 조명광학계의 요부를 평면적으로 보인 개략구성도이다. 이러한 조명광학계(300)는, 거의 평행한 광속을 출사하는 광원(320)과, 집광렌즈(360)와, 발산렌즈(370)와, 제1렌즈어레이(330)와, 제2렌즈어레이(340)와, 편광발생소자(380)와, 중첩 렌즈(350)를 구비하고 있다. 각 구성요소는 시스템광축(300LC)를 따라 순차적으로 배치되어 있다. 상기 조명광학계(300)는 오포칼광학계를 구성하는 집광렌즈(360) 및 발산렌즈(370)를 광원(320)과 제1렌즈어레이(330)의 사이에 배치한 점이 특징이다. 제1렌즈어레이(330), 제2렌즈어레이(340), 편광발생소자(380), 중첩렌즈(350)는, 어폴칼광학계에서 축소된 광속의 폭에 대응하도록 구성되어 있다. 또한 이들의 각 기능은 전술한 조명광학계(100 및 200)에 있어서 제1렌즈어레이(30), 제2렌즈어레이(40) 편광발생소자(180), 중첩렌즈(50)와 동일하여서 자세한 설명은 생략한다.

제3실시예의 조명광학계(300)에는, 광원(320)에서 출사되는 거의 평행한 광속의 광속폭을 우선, 집광렌즈(360) 및 발산렌즈(370)에 의하여 축소되어 있다. 이것에 의하여 어포칼광학계{집광렌즈(360)와 발산렌즈(370)}의 후단에 배치된 각 광학요소를 소형화하는 것이 가능함과 동시에 조명영역(80)을 조명하는 조명광의 입사각을 작게 하는 것이 가능하다.

그리고 발산렌즈(370)은, 제1렌즈어레이(330)의 직후에 배치되어도 좋다. 또한 제3실시예에 있어서도, 발산렌즈(370)는 제1렌즈어레이(330)와 광학적으로 일체화하는 것도 가능하다. 더욱이 제2렌즈어레이(340)에서 중첩렌즈(350)까지의 각 광학요소를 전부 광학적으로 일체화하도록 하여도 좋다.

D. 제4실시예

도 9는 본 발명의 제4실시예로서의 조명광학계의 요부를 평면적으로 본 개략구성도이다. 본 조명광학계(400)는, 거의 평행한 광속을 출사하는 광원(420)과, 제1렌즈어레이(430)와, 제2렌즈어레이(440)와, 편광발생소자(480)와 중첩 렌즈 (450)와, 집광렌즈(460)와, 발산렌즈(470)를 구비한다. 각 구성요소는 시스템광축(400LC)를 따라 순차적으로 배치되어 있다. 상기 조명광학계(400)는, 어포칼광학계를 구성하는 집광렌즈(460) 및 발산렌즈(470)를 중첩렌즈(450)의 후단, 즉 중첩렌즈(450)와 조명영역(80)과의 사이에 배치된 점을 특징으로 한다. 제1렌즈어레이(430), 제2렌즈어레이(440), 편광발생소자(480), 중첩렌즈(450)는 어포칼광학계의 전단에 배치되어 있어서, 각 광학요소의 기능은 전술한 조명광학계(100 및 200)에 있어서, 제1렌즈어레이(30), 제2렌즈어레이(40), 편광발생소자(180), 중첩렌즈(50)와 동일한 것이어서 자세한 설명은 생략한다.

제4실시예의 조명광학계(400)에는, 집광렌즈(460) 및 발산렌즈(470)의 어포칼광학계로서의 기능에 의하여, 중첩렌즈(450)에서 출사되는 복수의 부분광속의 전체로서의 폭을 축소한다. 그리고 본 실시예에서는, 어포칼광학계를 출사한 복수개의 부분광속은, 중첩되어 조명영역(80)을 조명할 뿐이어서, 어포칼광학계에 의하여 가능한 한 광속전체의 광속의 폭을 축소하는 것이 가능하다. 이것에 의하여, 상술한 각 실시예에 비하여 더욱 조명광의 입사각을 작게하는 것이 가능하게 된다.

그리고 제4실시예에 있어서는 어포칼광학계의 기능을 명확하게 하기 위하여, 집광렌즈(460)과 중첩렌즈(450)를 별도의 광학요소로서 설명하고 있지만, 이들을 광학적으로 일체화 하는 것이 일반적이다. 즉 집광렌즈(460)와 중첩렌즈(450)을 하나의 집광렌즈로 하는 것이 가능하다. 또한 제2렌즈어레이(440)에서 집광렌즈 (460)까지의 각 광학요소를 전부 광학적으로 일체화하도록 해도 좋다.

E. 제5실시예

도 10은, 본 발명의 제5실시예로서의 조명광학계의 요부를 평면적으로 본 개략 구성도이다. 본 조명광학계(500)는 거의 평행한 광속을 출사하는 광원(520)과 제1렌즈어레이(530)과, 제2렌즈어레이(540)과, 편광발생소자(580)과, 집광렌즈 (560)과, 발산렌즈(570)과, 중첩렌즈(550)를 구비하고 있다. 각 구성요소는, 시스템광축(500LC)을 따라 순차적으로 배치되어 있다. 본 조명광학계(500)는, 어포칼광학계를 구성하는 집광렌즈(560) 및 발산렌즈(570)를 중첩렌즈(550)의 전단, 즉 중첩렌즈(550)와 편광발생소자(580)과의 사이에 배치한 점을 특징으로 한다. 제1렌즈어레이(530), 제2렌즈어레이(540), 편광발생소자(580)은 어포칼광학계의 전단에 배치되어 있어서, 각 광학요소의 크기는, 광원(520)의 사이즈에 대응하고 있다. 또한 이들 각 광학요소의 기능은 전술한 조명광학계(100 및 200)에 있어서의 제1렌즈어레이(30), 제2렌즈어레이(40), 편광발생소자(180)과 동일한 것이어서 자세한 설명은 생략한다.

제5실시예의 조명광학계(500)에서는 편광발생소자(580)에서 출사되는 복수개의 부분광속은, 집광렌즈(560) 및 발산렌즈(570)의 어포칼광학계로서의 기능에 의하여, 복수개의 부분광속 전체로서의 광속의 폭이 축소된다. 또한 발산렌즈(570)에서 출사되는 복수개의 부분광속은, 그들 주광선이 시스템광축(500LC)에 거의 평행하게 중첩렌즈(550)으로 입사되고, 조명영역(80) 상에서 중첩된다. 그리고 제5실시예에 있어서도, 제4실시예의 조명광학계(400)과 동일하게 오포칼광학계를 출사한 복수개의 부분광속은 중첩되어 조명영역(80)을 조명할 뿐이어서, 어포칼광학계에 의하여 가능한 한 광속전체의 광속의 폭을 축소하는 것이 가능하게 된다. 이것에 의하여 중첩렌즈(550)를 작게하는 것이 가능함과 동시에 상술한 제1 내지 제3실시예에 비하여 더욱 조명광의 입사각을 작게할 수 있게 된다.

그리고 제5실시예에 있어서 중첩렌즈(550)과 발산렌즈(570)은, 광학적으로 일체화하는 것이 가능하다. 또한 제2렌즈어레이(540)에서 집광렌즈(560) 까지의 각 광학요소를 전부 광학적으로 일체화하도록 하는 것도 가능하다.

F. 제6실시예

도 11은, 본 발명의 제6실시예로서의 조명광학계의 요부를 평면적으로 본 개략 구성도이다. 이러한 조명광학계(600)는, 거의 평행한 광속을 출사하는 광원(620)과, 제1렌즈어레이(630)와, 집광렌즈(660)와, 발샌렌즈(670)와, 제2렌즈어레이(640)와, 편광발생소자(680)를 구비하고 있다. 각 구성요소는, 시스템광축 (600LC)를 따라서 순차적으로 배치되어 있다. 상기 조명광학계(600)는 어포칼광학계를 구성하는 집광렌즈(660) 및 발산렌즈(670)을 제1렌즈어레이와 제2렌즈어레이 (640) 사이에 배치하고, 중첩렌즈를 생략한 점을 특징으로 한다. 어포칼광학계의 후단에 배치된 각 광학요소는, 어포칼광학계에 의하여 축소된 광속의 폭에 대응하여 구성된다. 그리고 제1렌즈어레이(630), 제2렌즈어레이(640), 편광발생소자 (680)의 각 기능은 전술한 조명광학계(100 및 200)에서의 제1렌즈어레이(30), 제2렌즈어레이(40), 편광발생소자(180)와 동일한 것이어서 자세한 설명은 생략한다.

집광렌즈(660) 및 발산렌즈(670)는, 어포칼광학계로서의 기능을 가지고 있고, 집광렌즈(660)는 제1렌즈어레이(630)에서 분할된 복수의 부분광속을 조명영역 (80) 상에 중첩시키는 기능을 가진다. 제1렌즈어레이(630)에서 출사된 복수의 부분광속은, 집광렌즈(660) 및 발산렌즈(670)로 구성되는 어포칼광학계로서의 기능에 의하여, 복수개의 부분광속 전체로서의 광속의 폭이 축소된다. 더욱이 발산렌즈 (670)에서 출사되는 복수개의 부분광속은, 집광렌즈(660)의 중첩기능에 의하여 제2렌즈어레이(640) 및 편광발생소자(680)을 통하여 조명영역(80) 상에서 중첩된다. 이것에 의하여 상술한 각 조명광학계와 동일하게, 조명영역(80)을 조명하는 조명광의 입사각을 작게하는 것이 가능하다. 또한 어포칼광학계에서 출사되는 광속 전체의 광속의 폭이 축소되기 때문에, 어포칼광학계보다 후단에 배치된 광학계를 소형화하는 것이 가능하다.

또한 편광발생소자(680)을 이용하기 때문에, 조명광학계(200)에 있어서 설명한 바와 같이 거의 1종류의 편광광속으로 변환함과 같이 그 편광방향이 일치하는 광속에 의하여 조명영역(80)을 균일하게 조명할 수 있다. 단 편광발생소자(680)에 입사되는 각 부분광속은 조명영역(80) 상에서 중첩되도록, 그들의 주광선이 시스템광축(600LC)에 대하여 경사지게 된다. 편광발생소자(680)에 입사하는 광속은, 편광광의 발생효율을 고려하면, 입사광속이 광축에 대하여 평행한 것이 바람직하다. 따라서 본 실시예에서는 중첩렌즈를 생략하는 것이 가능하다는 잇점이 있으며, 편광광속의 발생과정에 있어서 광손실이 발생하기 때문에, 광의 이용효율이 전술한 각 실시예에 비하여 나쁘게 되는 경우도 있다.

그리고 제6실시예에 있어서도, 집광렌즈(660)는 제1렌즈어레이(630)와 광학적으로 일체화하는 것도 가능하다. 또한 발산렌즈(670)는 제2렌즈어레이(640)과 광학적으로 일체화하는 것도 가능하다. 더욱이 발산렌즈(670)에서 편광발생소자 (680)까지의 각 광학요소를 전부 광학적으로 일체화하는 것도 가능하다.

F. 제7실시예

도 12는, 본 발명의 제7실시예로서의 조명광학계의 요부를 평면적으로 본 개략 구성도이다. 이러한 조명광학계(700)는, 광원(720)과 제1렌즈어레이(730)과, 발산렌즈(770)와, 제2렌즈어레이(740)와, 편광발생소자(780)과, 중첩렌즈(750)를 구비한다. 각 구성요소는, 시스템광축(700LC)를 따라 순차적으로 배치되어 있다.

광원(720)은, 방사상의 광선을 방출하는 방사광원으로서의 광원램프(722)와, 광원램프(722)에서 출사되는 방사광을 반사하여 광원광축(720LC) 상의 소정의 위치에 집광시키는 요면경(724)를 구비한다. 요면경(724)로서는 타원면 거울을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 조명광학계(700)는, 광원(720)의 요면경(724)와 발산렌즈(770)에 의하여 어포칼광학계를 구성하는 점을 특징으로 한다. 제2렌즈어레이(740), 편광발생소자(780), 중첩렌즈(750)은 어포칼광학계에서 축소된 광속의 폭에 대응하도록 구성된다. 그리고 제1렌즈어레이(730), 제1렌즈어레이(740), 편광발생소자(780), 중첩렌즈(750)의 각 기능은 상술한 조명광학계(100 및 200)에 있어서의 제1렌즈어레이(30), 제2렌즈어레이(40), 편광발생소자(180), 중첩렌즈(50)와 동일한 것이어서, 자세한 설명은 생략한다.

제7실시예의 조명광학계(700)에는, 광원(720)에서 출사된 광속은, 집광되면서 제1렌즈어레이(730)를 통과하여 복수개의 부분광속으로 분할된다. 그리고 복수개의 부분광속은, 발산렌즈(770)에 의하여 그들의 주광선이 시스템광축(700LC)에 거의 평행한 광속으로 변환된다. 그 결과 복수개의 부분광속은, 전체로서의 광속의 폭이 축소되어, 제2렌즈어레이(740)으로 입사되고, 편광발생소자(780) 및 중첩렌즈(750)을 통하여 조명영역(80)을 조명한다. 이것에 의하여 발산렌즈(780)의 후단에 배치된 각 광학계를 소형화하는 것이 가능함과 동시에 조명영역(80)을 조명하는 조명광의 입사각을 작게하는 것이 가능하다.

그리고 본 실시예에 있어서도, 발산렌즈(770)은 제2렌즈어레이(740)과 광학적으로 일체화하는 것도 가능하다. 더욱이 발산렌즈(770)에서 중첩렌즈(750)까지의 각 광학요소를 전부 광학적으로 일체화하여도 좋다.

G. 제8실시예

도 13는 본 발명의 제8실시예로서의 조명광학계의 요부를 평면적으로 본 개략 구성도이다. 상기 조명광학계(800)는, 광원(820)과, 발산렌즈(870)과, 제1렌즈어레이(830)과, 제2렌즈어레이(840)와, 편광발생소자(880)과, 중첩렌즈(850)를 구비하고 있다. 각 구성요소는, 시스템광축(800LC)를 따라 순차적으로 배치되어 있다.

광원(820)은, 광원(720)(도 12)과 동일하게 방사상의 광선을 방사하는 방사광원으로서의 광원램프(822)와, 광원램프(822)에서 방사된 방사광을 반사하여 광원광축(820LC) 상의 소정의 위치에 집광시키는 요면경(824)를 구비하고 있다.

이러한 조명광학계(800)도, 조명광학계(700)(도 12)와 동일하게, 광원(820)의 요면경(824)와 발산렌즈(870)에 의하여 어포칼광학계를 구성하는 점을 특징으로 한다. 제1렌즈어레이(830), 제2렌즈어레이(840), 편광발생소자(880), 중첩렌즈 (850)은, 어포칼(afocal)광학계에서 축소된 광속의 폭에 대응하도록 구성된다. 그리고 이들 각 광학요소의 각 기능은, 상술한 조명광학계(100 및 200)에 있어서의 제1렌즈어레이(30), 제2렌즈어레이(40), 편광발생소자(180), 중첩렌즈(50)와 동일하여서 자세한 설명은 생략한다.

제8실시예의 조명광학계(800)에서는, 광원(820)에서 출사되는 집광광속은, 발산렌즈(870)을 통과하여 그 광속의 폭이 축소된 거의 평핸한 광속으로 변환되어 제1렌즈어레이로 입사되고, 제2렌즈어레이(840), 편광발생소자(88) 및 중첩렌즈 (850)을 통하여 조명영역(80)을 조명한다. 이것에 의하여 발산렌즈(870)의 후단에 배치된 광학계를 소형화하는 것이 가능함과 동시에, 조명영역(80)을 조명하는 조명광의 입사각을 작게하는 것이 가능하다.

그리고 제8실시예에 있어서도, 발산렌즈(870)은 제1렌즈어레이(830)과 광학적으로 일체화하는 것도 가능하다. 또한 제2렌즈어레이(840)에서 중첩렌즈(850)까지의 각 광학요소를 전부 광학적으로 일체화하도록 하여도 좋다.

H. 제9실시예

도 14는 본 발명의 조명광학계를 이용하는 투사형표시장치의 요부를 평면적으로 보인 개략 구성도이다. 이러한 투사형표시장치(900)는, 제2실시예로서의 조명광학계(200)과 기본적으로 동일한 구성의 조명광학계(200')를 이용한다. 조명광학계(200)과 다른 점은 중첩렌즈(50)의 출사측에, 반사미러(90)를 구비하고, 후술하는 다이크로익미러(912)에 중첩렌즈(50)에서 출사되는 광속을 안내하도록 하고 있다는 점이다.

이러한 투사형표시장치(900)는, 조명광학계(200')와, 다이크로익미러 (912,914)와, 반시미러(918,922,924)와 입사측렌즈(930)과 릴레이렌즈(932)와 3매의 필드렌즈(940,942,944)와 3매의 액정라이트밸브(액정패널)(950,952,954)와 크로스다이크로익프리즘(960)과, 투사렌즈계(970)을 구비하고 있다.

조명광학계(200')는, 상술한 바와 같이 편광방향이 일치하는 직선편광광(상술한 예에서는 s편광광)의 조명광을 출사하고, 조명영역(80)인 액정라이트밸브 (950,952,954)를 조명한다. 그리고 액정 라이트밸브(950,952,954)의 광의 입사면에는, 통상 편광판이 설치되어 있기 때문에, 조명광학계(200')에서 출사되는 직선 편광광의 편광방향을, 이들의 편광판이 투과 가능한 편광방향으로 한다. 이와 같이 하면, 조명광학계(200')에서 출사되는 조명광을 효과적으로 이용할 수 있다.

2매의 다이크로익미러(912,914)는, 조명광학계에서 출사된 조명광(백색광)을 적, 녹, 청의 3색의 색광으로 분리하는 색광분리수단으로서의 기능을 가진다. 제1다이크로익미러(912)는, 조명광학계(200')에서 출사되는 백색광속의 적샌광성분을 투과시킴과 같이 청색광성분과 녹색광성분을 반사한다. 제1다이크로익미러(912)를 통과한 적색광은, 반사미러(918)에서 반사되고,필드렌즈(940)을 통하여 적색용의 액정 라이트밸브(950)에 도달한다. 상기 필드렌즈(940)은, 중첩렌즈(50)에서 출사된 각 부분광속을 그 주광축에 대하여 거의 평행한 광속으로 변환한다. 다른 액정라이트밸브의 전에 설치된 필드렌즈(942,944)도 동일하다. 제1다이크로익미러(912)에서 반사되는 청색광과 녹색광 가운데, 녹색광은 제2다이크로익미러(914)에 의하여 반사되고, 필드렌즈(942)를 통하여 녹색용의 액정라이트밸브(952)에 도달한다. 한편, 청색광은, 제2다이크로익미러(914)를 통과하고, 입사측렌즈(930), 릴레이렌즈(932) 및 반사미러(922,924)를 구비한 릴레이렌즈계를 통과하고, 더욱이 필드렌즈(출사측 렌즈)(944)를 통하여 청색광용의 액정 라이트밸브(954)에 도달한다. 그리고 청색광에 릴레이렌즈계가 사용되는 것은, 청색광의 광로의 길이가 다른 색광의 광로의 길이보다 길기 때문에, 광의 이용효율의 저하를 방지하기 위한 것이다. 즉, 입사측렌즈(930)에 입사된 부분광속을 그대로 출사측 렌즈(944)로 전달하기 때문이다.

3매의 액정 라이트밸브(950,952,954)는, 부여된 화상정보(화상신호)를 따라, 3색의 색광을 각각 변조하여 화상을 형성하는 광변조수단으로서의 기능을 가진다. 그리고 액정 라이트밸브(950,952,954)의 입사면측에는, 액정패널의 1화소 마다에 대응하여 도시하지는 않았지만, 마이크로렌즈가 배치되어 있다. 크로스다이크로익프리즘(960)은, 3색의 색광을 합성하여 칼라화상을 형성하는 색광합성수단으로서의 기능을 가진다. 크로스다이크로익프리즘(960)에는, 적광을 반사하는 유전체다층막과, 청광을 반사하는 유전체다층막이, 4개의 직각 프리즘의 계면에 약 X자형으로 형성되어 있다. 이들의 유전체다층막에 의하여 3개의 색광이 합성되어 칼라화상을 투사하기 위한 합성광이 형성된다. 크로스다이크로익프리즘(960)에서 생성되는 합성광은, 투사렌즈계(970)의 방향으로 출사된다. 투사렌즈계(970)는 투사광학계로서의 기능을 가지고, 크로스다이크로익프리즘(960)에서 생성된 합성광을 투사스크린(900) 상에 확대 투사하여 칼라화상을 표시한다.

이러한 투사형 표시장치(900)는, 조명광학계(200')를 사용하는 것에 의하여 제2실시예에 있어서 설명한 바와 같이 액정 라이트밸브(950,952,954)의 입사면측에 배치된 마이크로렌즈에 입사하는 광속의 입사각을 작게 하는 것이 가능하여서, 마이크로렌즈에 입사된 광속을 효율 높게 집광하여 액정 라이트밸브(950,952,954)에 있어서 효율 높게 이용할 수 있다. 또한 조명광학계(200')의 후단에 배치된 각 렌즈, 예를 들면 필드렌즈(940,942,944)나 입사측렌즈(930), 릴레이렌즈(932), 투사렌즈(970)에 입사되는 광속의 주광선의 입사각도 작게 하는 것이 가능하여서, 각 렌즈에 있어서 광의 이용효율을 향상시키는 것도 가능하다. 이것에 의하여 보다 밝고 균일하며 얼룩없는 투사화상을 실현할 수 있게 된다.

또한 조명광학계(200')에서는 일방의 편광광속, 예를 들면 s편광방향이 일치되는 광속이 출사된다. 그 결과 편광방향이 일치하는 거의 1종류의 편광광속이 3개소의 액정 라이트밸브(950,952,954)에 안내되어서, 이들에 구비되어 있는 편광판에 의한 광흡수는 극히 작게 되기 때문에, 광의 이용효율이 향상되어 박은 투사화상을 얻을 수 있다. 또한 광흡수에 의한 발열량도 극히 작기 때문에 편광판이나 액정패널의 온도상승을 억제할 수 있다.

또한 상기 투사형 표시장치(900)의 조명광학계로서의 상술한 다른 실시예에 있어서의 조명광학계를 이용하여도 거의 동일한 효과를 얻을 수 있다.

그리고 본 발명은 상기 실시예와 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 실시하는 것이 가능하고, 예를 들면 다음과 같은 변형도 가능하다.

(1) 상기 각 실시예에서 설명한 조명광학계는, 집광렌즈 및 발산렌즈의 두개의 광학요소를 사용하여 어포칼광학계를 구성하고, 광원과 제1렌즈어레이의 사이, 제1렌즈어레이와 제2렌즈어레이 사이, 등에 정리하여 배치하는 예를 보이고 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니고, 어포칼광학계의 각 구성요소를, 조명광학계의 어느하나의 개소에 별개로 배치하도록 하여도 된다. 중요한 것은 조명광학계엇 출사되는 광속이, 조명영역으로 입사되는 각도가 작게 되도록 하면 되는 것이다.

(2) 상술한 제9실시예에서는, 투과형의 투사형 표시장치에 본 발명의 조명광학계를 적용한 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 반사형 투사형 표시장치에도 적용할 수 있다. 여기서 투과형이란 액정 라이트밸브 등의 광변조수단이 광을 투과하는 타입을 의미하고, 반사형이란 광변조수단이 광을 반사하는 타입을 의미한다. 반사형 투사형표시장치에서는, 크로스다이크로익프리즘은, 백색광을 적, 녹, 청의 3색의 광으로 분리하는 색광분리수단으로서 시용할 수 있음과 동시에 변조되는 3색의 광을 다시 합성하여 동일한 방향으로 출사하는 색광합성수단으로서도 이용 가능하다. 반사형의 투사형 표시장치에 본 발명을 적용하는 경우에도, 투과형의 투사형표시장치와 거의 동일한 효과를 얻을 수 있다.

(3) 또는 제9실시예에서는 칼라화상을 표시하는 투사형표시장치를 예로 설명하고 있지만, 모노그램화상을 표시하는 투사형표시장치에도 적용 가능함은 당연하다. 이러한 경우에는, 상기 투사형표시장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명이 의한 조명광학계는, 각종의 투사형 표시장치에 적용 가능하다. 또한 본 발명에 의한 투사형 표시장치는, 예를 들면 컴퓨터에서 출력되는 화상이나 비디오레코더에서 출력되는 화상을 스크린 상에 투사하여 표시하기 위해서도 적용할 수 있다.

Claims (19)

1. 소정의 광학장치의 광입사면을 조명영역으로서 조명하기 위하여, 광원에서 출사되는 광속을 복수개의 부분광속으로 분할함과 동시에 상기 복수개의 부분광속을 상기 조명영역 상에 거의 중첩시키는 조명광학계로서,

   입사광속을 상기 입사광속의 광속의 폭보다 작은 광속의 폭을 구비하는 출사광속으로 변환하는 어포칼광학계의 기능을 구비하는 광속축소수단을 구비하고,

   상기 광속축소수단은, 상기 어포칼광학계를 실현하기 위한 집광기능과 광을 평행화하는 기능을 구비하는 조명광학계.
2. 제1항에 있어서, 상기 조명광학계는,

   거의 평행한 광속을 출사하는 광원과,

   상기 광원에서 출사되는 광속을 복수개의 부분광속으로 분할함과 같이, 상기 복수개의 부분광속을 상기 조명영역상에 거의 중첩시키는 분할중첩수단과을 구비하고,

   상기 광속축소수단은 상기 분할중첩수단에 포함되는 조명광학계.
3. 제2항에 있어서, 상기 분할중첩수단은,

   상기 거의 평행한 광속을 복수개의 부분광속으로 분할하기 위한 복수개의 소렌즈를 구비하는 제1렌즈어레이의 기능과, 상기 집광기능을 구비하는 제1광속분할수단과,

   상기 제1렌즈어레이에 대응하여 복수개의 소렌즈를 구비하는 제2렌즈어레이의 기능과, 상기 광을 평행화하는 기능을 구비하는 제2광속분할수단과,

   상기 제2광속분할수단에서 출사되는 복수개의 부분광속을 상기 조명영역 상에서 중첩하는 중첩수단을 구비하는 조명광학계.
4. 제2항에 있어서, 상기 분할중첩수단은,

   제1광속분할수단과 제2광속분할수단을 구비하고,

   상기 제1광속분할수단은,

   상기 거의 평행한 광속을 복수개의 부분광속으로 분할하기 위한 복수개의 소렌즈를 구비하는 제1렌즈어레이의 기능과, 상기 집광기능과, 상기 제1광속분할수단에서 출사되는 복수개의 부분광속을 상기 제2광속분할수단을 통하여 상기 조명영역상에서 중첩시키는 기능을 구비하고,

   상기 제2광속분할수단은,

   상기 제1렌즈어레이에 대응하여 복수개의 소렌즈를 구비하는 제2렌즈어레이의 기능과 상기 광을 평행화하는 기능을 구비하는 조명광학계.
5. 제2항에 있어서, 상기 분할중첩수단은,

   상기 광원에서 출사된 거의 펑행한 광속을 복수개의 부분광속으로 분할하는 제1 및 제2광속분할수단과,

   상기 복수개의 부분광속을 상기 조명영역상에서 거의 중첩시키는 중첩수단을 구비하고,

   상기 광속축소수단은, 상기 광원에서 제1광속분할수단의 출사면까지의 광로상에 설치되어 있는 조명광학계.
6. 제2항에 있어서, 상기 분할중첩수단은,

   상기 광원에서 출사된 거의 평행한 광속을 복수개의 부분광속으로 분할하는 제1 및 제2광속분할수단과,

   상기 복수개의 부분광속을 상기 조명영역상에서 거의 중첩시키는 중첩수단을 구비하고,

   상기 광속축소수단은, 상기 제2광속분할수단의 입사면에서 상기 중첩수단의 출사면까지의 광로상에 설치되어 있는 조명광학계.
7. 제2항에 있어서, 상기 분할중첩수단은,

   상기 광원에서 출사되는 거의 평행한 광속을 복수개의 부분광속으로 분할하는 제1 및 제2광속분할수단과,

   상기 복수개의 부분광속을 상기 조명영역상에 거의 중첩시키는 중첩수단을 구비하고,

   상기 광속축소수단은, 상기 중첩수단의 입사면에서 상기 조명영역까지의 광로상에 설치되어 있는 조명광학계.
8. 제1항에 있어서, 상기 조명광학계는,

   상기 집광기능을 구비하는 제1광학요소로서의 리플렉터를 구비하고, 수속하는 광속을 출사하는 광원과,

   상기 수속광속을 복수개의 부분광속으로 분할함과 같이, 상기 복수개의 부분광속을 상기 조명영역상에 거의 중첩시키는 분할중첩수단을 구비하고,

   상기 광을 평행화하는 기능은 상기 분할중첩수단에 포함되어 있는 조명광학계.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 조명광학계의 어느 하나의 위치에, 랜덤한 편광방향을 구비하는 광속을 편광방향이 일치하는 1종류의 편광광속으로 변환하여 출사하는 편광발생수단을 구비하고,

   상기 편광발생수단은, 입사광속을 상호 편광방향이 다른 2종류의 편광광속으로 분리하는 편광분리수단과,

   상기 편광분리수단에 의하여 얻어진 일방의 편광광속의 편광방향을 타방의 편광광속의 편광방향과 동일하게 하도록 편광변환하는 편광변환수단을 구비하고,

   상기 편광발생수단에 의하여 얻어진 상기 편광방향이 일치하는 1종류의 편광광속에 의하여 상기 조명영역을 조명하는 조명광학계.
10. 화상을 투사하여 표시하는 투사형 표시장치로서,

    광원에서 출사된 광속을 복수개의 부분광속으로 분할함과 같이, 상기 복수개의 부분광속을 소정의 조명영역상에서 거의 중첩시키는 조명광학계와,

    상기 조명영역으로서의 광입사면을 구비하고, 상기 조명광학계에서의 입사광을 화상정보에 따라 변조하는 광변조수단과,

    상기 광변조수단에서 얻어진 변조광속을 투사면 상에 투사하는 투사광학계를 구비하고,

    상기 조명광학계는,

    입사광속을 상기 입사광속의 광원의 폭 보다 작은 광속의 폭을 구비하는 출사광속으로 변환하는 어포칼광학계의 기능을 구비하는 광속축소수단을 구비하고,

    상기 광속축소수단은, 상기 어포칼광학계를 실현하기 위한 집광기능과 광을 평행화하는 기능을 구비하는 투사형 표시장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 조명광학계는,

    거의 평행한 광속을 출사하는 광원과,

    상기 광원에서 출사되는 광속을 복수개의 부분광속으로 분할함과 같이, 상기 복수개의 부분광속을 상기 조명영역상에서 거의 중첩시키는 분할중첩수단을 구비하고,

    상기 광속축소수단은 상기 분할 중첩수단에 포함되어 있는 투사형 표시장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 분할중첩수단은,

    상기 거의 평행한 광속을 복수개의 부분광속으로 분할하기 위한 복수개의 소렌즈를 구비하는 제1렌즈어레이의 기능과, 상기 집광기능을 구비하는 제1광속분할수단과,

    상기 제1렌즈어레이에 대응하여 복수개의 소렌즈를 구비하는 제2렌즈어레이의 기능과, 상기 광을 평행화하는 기능을 구비하는 제2광속분할수단과,

    상기 제2광속분할수단에서 출사된 상기 복수개의 부분광속을 상기 조명영역상에서 중첩시키는 중첩수단을 구비하는 투사형 표시장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 분할중첩수단은,

    제1광속분할수단과 제2광속분할수단을 구비하고,

    상기 제1광속분할수단은,

    상기 거의 평행한 광속을 복수개의 부분광속으로 분할하기 위한 복수개의 소렌즈를 구비하는 제1렌즈어레이의 기능과, 상기 집광기능과, 상기 제1광속분할수단에서 출사되는 복수개의 부분광속을 상기 제2광속분할수단을 통하여 상기 조명영역상에서 중첩시키는 기능을 구비하고,

    상기 제2광속분할수단은,

    상기 제1렌즈어레이에 대응하여 복수개의 소렌즈를 구비하는 제2렌즈어레이의 기능과, 상기 광을 평행화하는 기능을 구비하는 투사형 표시장치.
14. 제11항에 있어서, 상기 분할중첩수단은,

    상기 광원에서 출사되는 거의 평행한 광속을 복수개의 부분광속으로 분할하는 제1 및 제2광속분할수단과,

    상기 복수개의 부분광속을 상기 조명영역상에거 거의 중첩시키는 중첩수단을 구비하고,

    상기 광속축소수단은, 상기 광원에서 상기 제1광속분할수단의 출사면까지의 광로상에 설치되어 있는 투사형 표시장치.
15. 제11항에 있어서, 상기 분할 중첩수단은,

    상기 광원에서 출사되는 거의 평행한 광속을 복수개의 부분광속으로 분할하는 제1 및 제2광속분할수단과,

    상기 복수개의 부분광속을 상기 조명영역상에서 거의 중첩시키는 중첩수단을 구비하고,

    상기 광속축소수단은 상기 제2광속분할수단의 입사면에서 상기 중첩수단의 출사면까지의 광로상에 설치되는 투사형 표시장치.
16. 제11항에 있어서,

    상기 분할중첩수단은,

    상기 광원에서 출사되는 거의 평행한 광속을 복수개의 부분광속으로 분할하는 제1 및 제2광속분할수단과,

    상기 복수개의 부분광속을 상기 조명영역상에서 거의 중첩시키는 중첩수단을 구비하고,

    상기 광속축소수단은, 상기 중첩수단의 입사면에서 상기 조명영역까지의 광로상에 설치되는 투사형 표시장치.
17. 제10항에 있어서, 상기 조명광학계는,

    상기 집광기능을 구비하는 제1광학요소로서의 리플렉터를 구비하고, 수속하는 광속을 출사하는 광원과,

    상기 수속광속을 복수개의 부분광속으로 분할함과 같이, 상기 복수개의 부분광속을 상기 조명영역상에서 거의 중첩시키는 분할중첩수단을 구비하고,

    상기 광을 평행화하는 기능은 상기 분할중첩수단에 포함되어 있는 투사형 표시장치.
18. 제10항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 조명광학계의 어느 하나의 위치에 랜덤한 편광방향을구비하는 광속을 편광방향이 일치하는 1종류의 편광광속으로 변환하여 출사하는 편광발생수단을 구비하고,

    상기 편광발생수단은, 입사광속을 서로 편광방향이 상이한 2종류의 편광광속으로 분리하는 편광분리수단과,

    상기 편광분리수단에 의하여 얻어진 일방의 편광광속의 편광방향을 타방의 편광광속의 편광방향과 동일하도록 편광변환하는 편광변환수단을 구비하고,

    상기 편광발생수단에 의하여 얻어진 상기 편광방향이 일치하는 1종류의 편광광속에 의하여 상기 조명영역을 조명하는 투사형 표시장치.
19. 제19항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 조명광학계에서의 출사광을 적어도 2색의 색광속으로 분리하는 색광분리수단과,

    상기 색광분리수단에 의하여 분리된 각 색광속을 각각 변조하는 복수개의 상기 광변조수단과,

    각각의 광변조수단에서 변조된 후의 각 색의 변조광속을 합성하는 색광합성수단을 구비하고,

    상기 색광합성수단에 의하여 얻어진 합성광속이 상기 투사광학계를 통하여 투사되는 투사형 표시장치.