KR20010090891A - 편광 조명 장치 및 투사형 표시 장치 - Google Patents

Abstract

편광 조명 장치(1)에서는, 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)로부터 사출된 랜덤인 편광 광을 편광 분리·합성 광학 소자(201)에서 각각 2종류의 편광 광으로 방향 분리한 후, x 방향으로 편향된 2차 광원상을 형성시켜 편광 방향을 일치시킨다. 이 때, 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)로부터의 사출광에 의해서 형성되는 z 편광 광(편광 방향이 z 방향으로 평행한 광)에 의한 2차 광원상끼리, 및 x 편광 광(편광방향이 x 방향에 평행한 광)에 의한 2차 광원상끼리가 겹치도록, 제 1 내지 제 3 집광 미러판(301, 302, 303)중의 2개 이상의 집광 미러판이 편광 분리·합성 광학 소자(201)의 대략 중심축에 대하여 평행 이동되어 배치되어 있다. 따라서, 복수의 광원을 사용하면서도 조명각을 크게 하지 않고서, 또한, 양쪽의 편광 성분을 이용하는 것이 가능한 편광 조명 장치를 제공할 수 있다.

Description

편광 조명 장치 및 투사형 표시 장치{Polarized Light Illumination Apparatus And Projection Type Display Device}

액정 소자와 같이 특정한 편광 광을 변조하는 형태의 변조 소자를 사용한 액정 표시 장치에서는 광원으로부터 사출되는 광이 갖는 2종류의 편광 성분 중, 한쪽의 편광 성분 밖에 이용할 수 없다. 따라서, 밝은 투사 화상을 얻기 위해서는 광의 이용 효율을 높일 필요가 있다. 그렇지만, 유일한 광원을 사용한 투사형 표시 장치로 광의 이용 효율을 높이기에는 한계가 있기 때문에, 복수의 광원을 사용하여 광량(光量)을 증가하는 것도 밝은 투사 화상을 얻기 위한 하나의 수단이다.

그렇지만, 단지 광원을 복수 병행한 것만으로는 광원 상(像)의 면적이 복수배로 되고, 피조명 영역을 조명하는 광의 각도 분포가 확대될 뿐이며(조명각의 증대), 어떤 일정한 면적에서의 광량은 유일한 광원을 사용한 경우와 같다. 따라서, 이 경우는 복수의 광원을 사용하여도 실질적으로 일정 면적당의 광량은 증가하지 않게 된다.

또한, 광원을 복수 사용하여 광량을 증가시켰다 해도, 광원으로부터 사출되는 광이 갖는 2종류의 편광 성분 중, 한쪽의 편광 성분 밖에 이용할 수 없으면, 그 광량의 절반은 쓸모 없게 되어, 그 효과는 반감된다.

본 발명은 편광 방향을 일치시킨 편광 광을 사용하여 직사각형 조명 영역 등을 균일하게 조명하는 편광 조명 장치, 및 상기 편광 조명 장치를 사용한 투사형 표시 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 2개의 광원부로부터 사출된 광의 편광 방향을 일치시키면서 합성하기 위한 구조 기술에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광 조명 장치에 구성한 광학계의 개략 구성도.

도 2는 편광 분리·합성 광학 소자(201)의 상세한 구조를 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광 조명 장치에 구성한 광학계의 기본 구성을 도시한 개략 구성도.

도 4는 도 1에 도시한 편광 조명 장치의 집광 미러 판의 사시도.

도 5는 도 1에 도시한 편광 조명 장치에서의 편광 동작을 도시한 설명도.

도 6은 도 1에 도시한 편광 조명 장치의 렌즈판의 사시도.

도 7은 도 1에 도시한 편광 조명 장치의 집광 렌즈판에 있어서의 2차 광원 상의 형성 위치를 도시한 설명도.

도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광 조명 장치에 구성한 광학계의 개략 구성도.

도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 편광 조명 장치에 구성한 광학계의 기본 구성을 도시한 개략 구성도.

도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 편광 조명 장치에 구성한 광학계의 기본 구성을 도시한 개략 구성도.

도 11은 제 5 실시예로서, 제 1 실시예 내지 제 4 실시예에 따른 편광 조명 장치에 사용할 수 있는 집광 미러 판의 사시도.

도 12는 도 1, 도 3에 도시한 편광 조명 광학계를 구비한 투사형 표시 장치예의 광학계의 xz 평면에서의 개략 구성도.

도 13은 도 12에 도시한 투사형 표시 장치의 광학계의 yz 평면에서의 개략 구성도.

도 14a 내지 도 14c는 편광 조명 장치의 광원 램프의 발광 스펙트럼에 대해 도시한 설명도.

도 15는 도 1, 도 3에 도시한 편광 조명 광학계를 구비한 투사형 표시 장치의 다른 예의 광학계의 xz 평면에서의 개략 구성도.

본 발명의 과제는 복수의 광원을 사용하면서도 조명각을 크게 하지 않고, 또한 양쪽의 편광 성분을 이용하는 것이 가능한 편광 조명 장치를 제공하고, 또한 극히 밝은 투사 화상을 투사하는 것이 가능한 투사형 표시 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는,

제 1, 제 2 광원부와,

상기 제 1 광원부로부터 사출된 광 중 편광 방향이 입사면과 평행한 직선 편광 광을 투과하며 편광 방향이 입사면과 직교하는 직선 편광 광을 반사하는 제 1 편광 분리막과, 상기 제 2 광원부로부터 사출된 광 중 편광 방향이 입사면과 직교하는 직선 편광 광을 투과하며 편광 방향이 입사면과 평행한 직선 편광 광을 반사하는 제 2 편광 분리막을 갖는 편광 분리· 합성 광학 소자와,

상기 제 1 편광 분리막을 투과한 상기 직선 편광 광의 진행 방향을 반전시킴과 동시에 집광상을 형성하는 복수의 미소 집광 반사 소자를 구비한 제 1 집광 반사 광학 소자와,

상기 제 1 편광 분리막 및, 상기 제 2 편광 분리막에 의해서 반사된 상기 직선 편광의 진행 방향을 반전시킴과 동시에 집광상을 형성하는 복수의 미소 집광 반사 소자를 구비한 제 2 집광 반사 광학 소자와,

상기 제 2 편광 분리막을 투과한 상기 직선 편광의 진행 방향을 반전시킴과 동시에 집광상을 형성하는 복수의 미소 집광 반사 소자를 구비한 제 3 집광 반사 광학 소자와,

상기 편광 분리·합성 광학 소자와 상기 제 1 집광 반사 광학 소자 사이에 배치된 제 1 편광 상태 변환 광학 소자와,

상기 편광 분리·합성 광학 소자와 상기 제 2 집광 반사 광학 소자 사이에 배치된 제 2 편광 상태 변환 광학 소자와,

상기 편광 분리·합성 광학 소자와 상기 제 3 집광 반사 광학 소자 사이에 배치된 제 3 편광 상태 변환 광학 소자와,

상기 편광 분리·합성 광학 소자에 의해서 합성된 직선 편광 광의 편광 방향을 일치시키는 편광 변환 광학 소자를 구비하는 편광 조명 장치에 있어서,

상기 제 1 편광 반사 광학 소자 및 상기 제 3 집광 반사 광학 소자의 상기 미소 집광 반사 소자에 의해서 반사되어 상기 편광 변환 광학 소자에 입사하는 광속의 중심축과, 상기 제 2 집광 반사 광학 소자의 상기 미소 집광 반사 소자에 의해서 반사되어 상기 편광 변환 광학 소자에 입사하는 광속의 중심축은 서로 평행하며, 또한 겹치지 않는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 편광 조명 장치의 구성을 보다 상세히 설명하면, 이하와 같게 된다.

먼저, 제 1 광원부로부터 사출된 편광 방향이 랜덤인 광(이하,「랜덤인 편광 광」이라고 한다)중 편광 방향이 입사면과 평행한 직선 편광 광은 제 1 편광 분리막을 투과하며, 편광 방향이 입사면과 직교하는 직선 편광 광은 제 1 편광 분리막에 의해서 반사된다. 한편, 제 2 광원부로부터 사출된 랜덤인 편광 광중 편광 방향이 입사면과 직교하는 직선 편광 광은 제 2 편광 분리막을 투과하며, 편광 방향이 입사면과 평행한 직선 편광 광은 제 2 편광 분리막에 의해서 반사된다. 여기서, 「입사면」이란, 광학의 분야에 있어서 사용되는 기술 용어이며, 막에 대하여 입사하는 광속의 중심축과 막에 대한 법선을 포함하는 가상 평면을 의미한다.

제 1 편광 분리막을 투과한 직선 편광 광은 제 1 편광 상태 변환 광학 소자를 통과하여 제 1 집광 반사 광학 소자에 의해서 반사되며, 다시 제 1 편광 상태 변환 광학 소자를 통과하여 편광 분리·합성 광학 소자로 향한다. 이 때, 이 광은 제 1 집광 광학 반사 소자에 의해서 복수의 중간 광속으로 분리됨과 동시에, 제 1 편광 상태 변환 광학 소자를 2회 통과하는 것에 의해 그 편광 방향이 약 90도 상이한 직선 편광 광으로 변환된다. 따라서, 이 광이 편광 분리·합성 광학 소자로 되돌아가면, 제 1 편광 분리막에 의해서 반사되고 편광 변환 광학 소자로 향한다. 이렇게 하여 편광 변환 광학 소자로 향하는 편광 광을 제 1 편광 광속으로 한다.

제 1 편광 분리막 및, 제 2 편광 분리막에 의해서 반사된 직선 편광 광은 제 2 편광 상태 변환 광학 소자를 통과하여 제 2 집광 반사 광학 소자에 의해서 반사되며, 다시 제 2 편광 상태 변환 광학 소자를 통과하여 편광 분리·합성 광학 소자로 향한다. 이 때, 이들 광은 제 2 집광 광학 반사 소자에 의해서 복수의 중간 광속으로 분리됨과 동시에, 제 2 편광 상태 변환 광학 소자를 2회 통과하는 것에 의해 그 편광 방향이 약 90도 상이한 직선 편광 광으로 변환된다. 따라서, 이 광이 편광 분리·합성 광학 소자로 되돌아가면, 제 1, 제 2 편광 분리막을 투과하여 편광 변환 광학 소자로 향한다. 이렇게 하여 편광 변환 광학 소자로 향하는 편광 광은 제 1 편광 광속과 편광 방향이 거의 직교하는 편광 광이다. 이것을 제 2 편광 광속으로 한다.

제 2 편광 분리막을 투과한 직선 편광 광은 제 3 편광 상태 변환 광학 소자를 통과하여 제 3 집광 반사 광학 소자에 의해서 반사되며, 다시 제 3 편광 상태 변환 광학 소자를 통과하여 편광 분리·합성 광학 소자로 향한다. 이 때, 이 광은 제 3 집광 광학 반사 소자에 의해서 복수의 중간 광속으로 분리됨과 동시에, 제 3 편광 상태 변환 광학 소자를 2회 통과하는 것에 의해 그 편광 방향이 약 90도 상이한 직선 편광 광으로 변환된다. 따라서, 이 광이 편광 분리·합성 광학 소자로 되돌아가면, 제 2 편광 분리막에 의해서 반사되며 편광 변환 광학 소자로 향한다. 이 편광 광은 제 1 편광 광속과 같은 편광 방향을 갖는다. 따라서, 이것도 제 1 편광 광속으로 한다.

제 1 편광 광속의 중심축과 제 2 편광 광속의 중심축은 서로 평행하며, 또한 겹치지 않는다. 따라서, 제 1 편광 광속에 의한 집광 상(像)과 제 2 편광 광속에 의한 집광 상은 서로 다른 위치에 형성되게 된다. 따라서, 편광 변환 광학 소자에의해서, 제 1 편광 광속의 편광 방향과 제 2 편광 광속의 편광 방향을 일치시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 구성에 의해, 본 발명의 편광 조명 장치에서는, 2개의 광원부를 사용하고 있음에도 불구하고, 조명광의 피조명 영역에 대한 입사 각도(조명각)를 크게 하지 않고서, 조명하는 면적을 거의 1개의 광원부가 조명하는 면적과 같게 할 수 있다. 이 때문에, 일정 면적당의 광량을 1개의 광원부를 사용한 경우와 비교하여 약 2배로 할 수 있기 때문에, 조명 영역을 매우 밝게 조명하는 것이 가능해진다. 또한, 각각의 집광 반사 광학 소자에 의해서 분리된 중간 광속을 1개소의 피조명 영역상에서 중첩하도록 하면, 피조명 영역을 균일하게 조명하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명의 편광 조명 장치를 표시 장치의 광원으로서 사용하면, 극히 균일한 화상을 얻을 수 있다. 더욱이, 본 발명의 편광 조명 장치에서는, 제 1 및 제 2 광원부로부터 사출된 랜덤인 편광 광을 거의 손실을 동반하지 않고 1종류의 편광 광에 일치시켜 합성할 수 있다. 따라서, 액정 소자와 같은 특정 편광 광을 변조하는 형태의 변조 소자를 사용한 표시 장치에 본 발명의 편광 조명 장치를 채용하면, 극히 밝은 화상을 얻는 것이 가능해진다.

더욱이, 제 1 집광 반사 광학 소자 및 제 3 집광 반사 광학 소자의 미소 집광 반사 소자에 의해서 반사되어 편광 변환 광학 소자에 입사하는 광속의 중심축과, 제 2 집광 반사 광학 소자의 미소 집광 반사 소자에 의해서 반사되어 편광 변환 광학 소자에 입사하는 광속의 중심축이 서로 평행하다는 것은, 제 1 내지 제 3 집광 반사 광학 소자의 미소 집광 반사 소자에 의해서 반사된 광이 거의 같은 각도로 편광 분리·합성 소자에 입사하는 것을 의미한다. 따라서, 편광 분리·합성 소자의 편광 분리·합성 특성이 광의 입사 각도에 의존하기 쉬운 경우라도, 안정한 편광 분리·합성을 행하는 것이 가능하고, 불균일함이 적은 조명광을 얻는 것이 가능해진다.

또한, 제 1 내지 제 3 집광 반사 광학 소자를 배치하는 위치에 대해서는, 명확히 규정되는 성질의 것은 아니다. 결국, 제 1 중간 광속과 제 3 중간 광속이 편광 변환 광학 소자상에서 겹치도록, 또한 제 1 및 제 3 중간 광속과, 제 2 중간 광속이 편광 변환 광학 소자상에서 겹치지 않도록, 제 1 내지 제 3 집광 반사 광학 소자를 배치하면 된다.

본 발명에 있어서, 상기 미소 집광 반사 소자의 개구 형상은 피조명 영역의 형상과 서로 유사한 형상으로 할 수 있다. 광원부로부터의 광은 집광 반사 광학 소자에 의해서 복수의 광으로 분할되고, 최종적으로 피조명 영역에서 중첩되기 때문에, 상기와 같은 구성을 채용함으로써, 광원부로부터의 광을 낭비없이 피조명 영역으로 유도하는 것이 가능하다.

본 발명에 있어서, 상기 편광 변환 광학 소자의 입사면측 또는 사출면측에는, 상기 편광 분리·합성 광학 소자로부터 사출된 광을 집광하기 위해서 복수의 집광 소자를 구비한 집광 광학 소자를 배치할 수 있다. 이와 같이 집광 광학 소자를 배치함으로써, 집광 반사 광학 소자에 의해서 분할 형성된 복수의 광의 각각을 집광하면서 편광 변환 광학 소자의 소정의 장소에 효과적으로 유도하는 것이 가능해지기 때문에, 편광 변환 광학 소자에 있어서의 편광 변환 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 제 1 내지 제 3 집광 반사 광학 소자를 구성하는 미소 집광 반사 소자의 수가 각각 다른 경우에는, 가장 많은 미소 집광 반사 소자에 의해서 구성되는 집광 반사 광학 소자에 있어서, 그것에 사용되고 있는 미소 집광 반사 소자의 수의 2배의 수의 집광 소자에 의해서 집광 광학 소자를 구성하면 된다.

본 발명에 있어서, 상기 편광 변환 광학 소자의 사출면측에는, 상기 편광 변환 광학 소자로부터 사출된 광을 피조명 영역상에 중첩하는 중첩 광학 소자를 배치할 수 있다. 이와 같이 중첩 광학 소자를 배치함으로써, 집광 반사 광학 소자에 의해서 분할 형성된 복수의 광의 각각을 피조명 영역에 효과적으로 유도하는 것이 가능해지기 때문에, 조명 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 있어서, 상기 편광 변환 광학 소자의 사출면측에는, 상기 편광 변환 광학 소자로부터 사출된 광의 광로를 변경하는 광로 변경 광학 소자를 배치할 수 있다. 치수가 비교적 큰 2개의 광원부의 광축에 의해서 규정되는 평면과 평행한 방향으로 조명광을 사출할 수 있도록 광로 변경 광학 소자를 배치하면, 편광 조명 장치의 한쪽 방향의 두께를 얇게 할 수 있어, 박형의 편광 조명 장치를 실현할 수 있다. 따라서, 이 편광 조명 장치를 투사형 표시 장치 등의 광원으로서 사용한 경우에는, 소형의 투사형 표시 장치를 얻는 것도 가능해진다.

본 발명에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 집광 반사 광학 소자의 상기 미소 집광 반사 소자는 어느것이나 복수의 곡면 반사 미러로 구성할 수 있다. 또한, 상기 제 1 내지 제 3 집광 반사 광학 소자의 상기 미소 집광 반사 소자는 렌즈와, 상기 렌즈의 상기 편광 분리·합성 광학 소자와는 반대측의 면에 설치된 반사면으로구성하는 것도 가능하게 된다. 이와 같이 구성하면, 광원부로부터의 광을 복수의 중간 광속으로 용이하게 분리할 수 있다. 여기서, 곡면 반사 미러를 편심 미러로 하거나, 렌즈를 편심 렌즈로 하면, 상술한 편광 변환 광학 소자나 집광 광학 소자를 소형화 할 수 있는 동시에, 상술한 중첩 광학 소자를 사용하지 않더라도, 효과적으로 광을 피조명 영역으로 유도할 수 있다.

본 발명에 따른 편광 조명 장치는, 편광 조명 장치로부터 사출된 광을 변조하는 광 변조 소자와, 상기 광 변조 소자에 의해서 변조된 광을 투사하는 투사 광학계를 갖는 투사형 표시 장치에 사용할 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따른 편광 조명 장치는, 편광 조명 장치로부터 사출된 광을 복수의 색광으로 분리하는 색광 분리 광학 소자와, 상기 색광 분리 광학 소자에 의해서 분리된 색광을 각각 변조하는 복수의 광 변조 소자와, 상기 복수의 광 변조 소자에 의해서 변조된 광을 합성하는 색광 합성 광학 소자와, 상기 색광 합성 광학 소자에 의해서 합성된 광을 투사하는 투사 광학계를 갖는 컬러 화상을 표시할 수 있는 투사형 표시 장치에 사용할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 편광 조명 장치는, 편광 조명 장치로부터 사출된 광을 변조하는 반사형 광 변조 소자와, 상기 편광 조명 장치로부터 사출된 광 및, 상기 반사형 광 변조 소자에 의해서 변조된 광에 포함되는 복수의 편광 성분을 분리하는 편광 분리 광학 소자와, 상기 반사형 광 변조 소자에 의해서 변조되며, 상기 편광 분리 광학 소자를 통하여 사출된 광을 투사하는 투사 광학계를 갖는 투사형 표시 장치에 사용할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 편광 조명 장치는, 편광 조명 장치로부터 사출된 광을 복수의 색광으로 분리하는 색광 분리 광학 소자와, 상기 색광 분리 광학 소자에 의해서 분리된 색광을 각각 변조하는 복수의 반사형 광 변조 소자와, 상기 색광 분리 광학 소자에 의해서 분리된 각각의 색광 및, 상기 복수의 반사형 광 변조 소자에 의해서 변조된 각각의 색광에 포함되는 복수의 편광 성분을 분리하는 복수의 편광 분리 광학 소자와, 각각의 상기 반사형 광 변조 소자에 의해서 변조되어, 각각의 상기 편광 분리 광학 소자를 통하여 사출된 광을 합성하는 색광 합성 광학 소자와, 상기 색광 합성 광학 소자에 의해서 합성된 광을 투사하는 투사 광학계를 갖는 투사형 표시 장치에 사용할 수도 있다.

이렇게 하여, 본 발명의 편광 조명 장치를 사용한 투사형 표시 장치를 구성하면, 밝고, 또한 밝기가 균일한 투사 화상을 얻을 수 있다. 더욱이, 본 발명의 편광 조명 장치는 편광 방향이 일치된 광속을 사출하기 때문에, 광 변조 소자로서 액정 소자를 사용한 투사형 표시 장치에 적합하다.

상기 투사형 표시 장치에서는 상기 제 1, 제 2 광원부 중 적어도 한쪽이 착탈 가능하게 구성되어 있는 것이 적합하다. 이와 같이 구성하면, 투사형 표시 장치를 운반할 때에 어느 한쪽의 광원부를 떼어내는 것이 가능해져, 가반성(可搬性)이 향상된다.

또한, 상기 투사형 표시 장치에서는 상기 제 1, 제 2 광원부 중 적어도 한쪽이 선택 점등 가능해지는 것이 적합하다. 이와 같이 구성하면, 예를 들면 투사형 표시 장치를 배터리 구동할 때에 한쪽의 광원만을 선택 점등하는 것에 의해 배터리의 수명 시간을 연장시킬 수 있다. 또한, 주위가 밝은 장소에서 투사 화상을 관찰하는 경우에는, 2개의 광원부를 점등시키고, 주위가 어두운 장소에서 투사 화상을 관찰하는 경우에는 한쪽만을 선택 점등시키는 것과 같이 투사 화상의 밝기를 환경이나 관찰자의 기호에 따라서 적절히 변화시키는 것이 가능해진다.

더욱이, 상기 투사형 표시 장치에서는 상기 제 1, 제 2 광원부로부터 사출되는 광의 분광 특성이나 휘도 특성을 서로 다른 특성으로 할 수도 있다. 이와 같이 구성하면, 조명광의 색조를 소정의 색조로 용이하게 설정할 수 있다.

이하에, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

또한, 이하의 각 실시예의 설명 및 첨부 도면에 있어서는, 서로 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그들의 설명의 중복을 피하고 있다. 또한, 서로 직교하는 3개의 공간축을 x축, y축, z축으로 하고, x축에 평행한 2개의 방향을 각각 +x방향 및 -x방향, y축에 평행한 2개의 방향을 각각 +y방향 및 -y방향, z축에 평행한 2개의 방향을 각각 +z방향 및 -z방향으로 한다. 그리고, x축에 평행한 편광 방향의 광을 x편광 광, y축에 평행한 편광 방향의 광을 y편광 광, z축에 평행한 편광 방향의 광을 z편광 광으로 한다.

[제 1 실시예]

도 1은 본 발명의 편광 조명 장치의 제 1 실시예를 도시하는 사시도이다. 본 실시예에서는, 편광 방향이 랜덤인 광(이하, 「랜덤인 편광 광」이라고 칭한다)을 사출하는 제 1 광원부(101)와 제 2 광원부(102)의 2개의 광원부가 설치되어 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 따른 편광 조명 장치(1)는, xy 평면내에서 직각으로 교차하는 시스템 광축(L1, L)을 따라서, 제 1 광원부(101), 편광 분리·합성 광학 소자(201), 제 1 λ/4 위상차 판(351)(제 1 편광 상태 변환 광학 소자)과 제 2 λ/4 위상차 판(352)(제 2 편광 상태 변환 광학 소자), 제 1 집광 미러판(301)(제 1 집광 반사 광학 소자)과 제 2 집광 미러판(302)(제 2 집광 반사 광학 소자), 집광 렌즈부(401)(집광 광학 소자, 편광 변환 광학 소자 및 중첩 광학 소자), 및 반사 미러(501)(광로 변경 광학 소자)를 가지고 있다. 제 1 광원부(101)로부터 사출된 랜덤인 편광 광은, 하기에 설명하는 바와 같이, 편광 분리·합성 광학 소자(201)에서 2종류의 편광 광으로 분리된 후, 제 1 λ/4 위상차 판(351), 제 1 집광 미러판(301), 제 2 λ/4 위상차 판(352), 제 2 집광 미러판(302), 편광 분리·합성 광학 소자(201), 및 집광 렌즈부(401)에 의해 다시 1 종류의 편광 광으로서 합성되어, 반사 미러(501)를 통하여, 직사각형 형상의 피조명 영역(601)에 도달하도록 되어 있다.

또한, yz 평면내에서 직각으로 교차하는 시스템 광축(L2, L)을 따라서, 제 2 광원부(102), 상기 편광 분리·합성 광학 소자(201), 제 3 λ/4 위상차 판(353)(제 3 편광 상태 변환 광학 소자)과 상기 제 2 λ/4 위상차 판(352), 제 3 집광 미러판(303)(제 3 편광 반사 광학 소자)과 상기 제 2 집광 미러판(302), 상기 집광 렌즈부(401), 및 상기 반사 미러(501)가 배치된 구성으로 되어 있다. 제 2 광원부(102)로부터 사출된 랜덤인 편광 광은, 하기에 설명하는 바와 같이, 편광 분리·합성 광학 소자(201)에서 2종류의 편광 광으로 분리된 후, 제 3 λ/4 위상차 판(353), 제 3 집광 미러판(303), 제 2 λ/4 위상차 판(352), 제 2 집광 미러판(302), 편광 분리·합성 광학 소자(201), 및 집광 렌즈부(401)에 의해 다시 1종류의 편광 광으로서 합성되고, 마찬가지로 반사 미러(501)를 거쳐서 직사각형 형상의 피조명 영역(601)에 도달하도록 되어 있다. 또한, 반사 미러(501)에 의해서 그 진행 방향을 약 90도 굴곡된 조명광의 사출 방향은 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)를 포함하는 평면에 대하여 거의 평행하다.

또한, 시스템 광축(L1)은 제 1 광원부로부터 사출된 광의 중심축과 거의 일치하고 있으며, 시스템 광축(L2)은 제 2 광원부로부터 사출된 광의 중심축과 거의일치하고 있으며, 시스템 광축(L)은 편광 분리·합성 광학 소자로부터 사출된 합성광의 중심축과 거의 일치하고 있다.

제 1 및 제 2 광원부(101, 102)는 각각 광원 램프(111, 112)와, 포물면 리플렉터(121, 122)로 대략 구성되어 있으며, 광원 램프(111, 112)로부터 방사된 랜덤인 편광 광은 각각 포물면 리플렉터(121, 122)에 의해서 일 방향으로 반사되며, 거의 평행한 광속이 되어 편광 분리·합성 광학 소자(201)에 입사한다. 여기서, 포물면 리플렉터(121, 122) 대신에, 타원면 리플렉터, 구면 리플렉터 등도 사용할 수 있다.

편광 분리·합성 광학 소자(201)는 거의 6면체 형상의 편광 빔 스플리터이며, 유전체 다층막으로 이루어지는 제 1 및 제 2 편광 분리막(211, 212)을 유리제의 프리즘(202)에 내장한 구조로 되어 있다. 제 1 편광 분리막(211)은 제 1 광원부(101)로부터 사출되는 광의 중심축에 대하여 경사지게 배치되며, 편광 분리·합성 광학 소자(201)의 제 1 면(221)에 대하여 각도α1=45도를 이루도록 형성되어 있다. 또한, 제 2 편광 분리막(212)은 제 2 광원부(102)로부터 사출되는 광의 중심축에 대하여 경사지게 배치되며, 편광 분리·합성 광학 소자(201)의 제 2 면(222)에 대하여 각도α2= 45도를 이루도록 형성되어 있다.

도 2는 이 편광 분리·합성 광학 소자(201)의 상세한 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 편광 분리·합성 광학 소자(201)는 2개의 삼각뿔 프리즘(291, 295)과 2개의 사각뿔 프리즘(292, 294)으로 구성되어 있다.

제 1 삼각뿔 프리즘(291)의 측면(BDH)과 제 1 사각뿔 프리즘(292)의측면(BDH)의 사이 및, 제 2 사각뿔 프리즘(294)의 측면(BFH)과 제 2 삼각뿔 프리즘(295)의 측면(BFH)의 사이에는, 각각 제 1 편광 분리막(211)이 형성되어 있다. 이 제 1 편광 분리막(211)은 예를 들면, 제 1 삼각뿔 프리즘(291)의 측면(BDH)과 제 1 사각뿔 프리즘(292)의 측면(BDH)의 중의 어느 한쪽과, 제 2 사각뿔 프리즘(294)의 측면(BFH)과 제 2 삼각뿔 프리즘의 측면(BFH)의 중의 어느 한쪽에 각각 유전체 다층막을 증착함으로써 형성된다. 여기서, 제 1 편광 분리막(211)을 형성하는 면은, 제 1 삼각뿔 프리즘(291)의 측면(BDH)과 제 1 사각뿔 프리즘(292)의 측면(BDH)의 어느쪽이라도 좋으며, 또한, 제 2 사각뿔 프리즘(294)의 측면(BFH)과 제 2 삼각뿔 프리즘(295)의 측면(BFH)의 어느쪽이라도 좋다. 그러나, 2개의 프리즘에 형성되는 제 1 편광 분리막(211)은 평탄한 것이 적합하기 때문에, 제 1 삼각뿔 프리즘(291)의 측면(BDH)과 제 2 사각뿔 프리즘(294)의 측면(BFH)에 형성하거나, 제 1 사각뿔 프리즘(292)의 측면(BDH)과 제 2 삼각뿔 프리즘(295)의 측면(BFH)에 형성하는 것이 적합하다.

한편, 제 1 삼각뿔 프리즘(291)의 측면(ABH)과 제 2 사각뿔 프리즘(294)의 측면(ABH)의 사이 및, 제 1 사각뿔 프리즘(292)의 측면(BGH)과 제 2 삼각뿔 프리즘(295)의 측면(BGH)의 사이에는, 각각 제 2 편광 분리막(212)이 형성되어 있다. 이 제 2 편광 분리막(212)은 제 1 삼각뿔 프리즘(291)의 측면(ABH)과 제 2 사각뿔 프리즘(294)의 측면(ABH)의 중의 어느 한쪽과, 제 1 사각뿔 프리즘(292)의 측면(BGF)과 제 2 삼각뿔 프리즘(295)의 측면(BGH)의 중의 어느 한쪽에, 각각 유전체 다층막을 증착함으로써 형성된다. 여기서, 제 2 편광 분리막(212)을 형성하는 면은, 제 1 삼각뿔 프리즘(291)의 측면(ABH)과 제 2 사각뿔 프리즘(294)의 측면(ABH)의 어느쪽이라도 좋으며, 또한 제 1 사각뿔 프리즘(292)의 측면(BGH)과 제 2 삼각뿔 프리즘(295)의 측면(BGH)의 어느쪽이라도 좋다. 그러나, 2개의 프리즘에 형성되는 제 2 편광 분리막(212)은 평탄한 것이 적합하기 때문에, 제 1 삼각뿔 프리즘(291)의 측면(ABH)과 제 1 사각뿔 프리즘의 측면(BGH)에 형성하거나, 제 2 사각뿔 프리즘(294)의 측면(ABH)과 제 2 삼각뿔 프리즘(295)의 측면(BGH)에 형성하는 것이 적합하다.

더욱이, 제 1 삼각뿔 프리즘(291)과 제 1 사각뿔 프리즘(292)의 제 1 편광 분리막(211)이 형성된 면(BDH)이 접합되는 것에 의해, 제 1 프리즘 합성체(293)가 형성된다. 또한, 제 2 사각뿔 프리즘(294)과 제 2 삼각뿔 프리즘(295)의 편광 분리막(211)이 형성된 면(BFH)이 접합되는 것에 의해, 제 2 프리즘 합성체(296)가 형성된다. 마지막으로, 2개의 프리즘 합성체(293, 296)의 제 2 편광 분리막(212)이 형성된 면(ABGH)이 접합되는 것에 의해, 편광 분리·합성 광학 소자(201)가 완성된다. 물론, 상기에 나타낸 4개의 프리즘의 형성 순서는 일례에 불과하므로, 상기의 순서에 한정되는 것은 아니다.

다시, 도 1에 기초하여 설명한다. 편광 분리·합성 광학 소자(201)의 제 3 면측(231)에는, 이것과 대향하여 제 1 λ/4 위상차 판(351)이, 또한 그 위상차 판의 외측에는 제 1 집광 미러판(301)이 배치되어 있다. 그리고, 본 예에서는, 제 1 λ/4 위상차 판(351)과 제 1 집광 미러판(301)이 제 3 면(231)과 거의 평행하게 배치되어 있다. 또한, 편광 분리·합성 광학 소자(201)의 제 4 면(232)측에는, 이것과 대향하여 제 2 λ/4 위상차 판(352)이, 또한 그 위상차 판의 외측에는 제 2 집광 미러판(302)이 배치되어 있다. 그리고, 본 예에서는, 제 2 λ/4 위상차 판(352)과 제 2 집광 미러판(302)이 제 4 면(232)과 거의 평행하게 배치되어 있다. 또한, 편광 분리·합성 광학 소자(201)의 제 5 면(233)측에는, 이것과 대향하여 제 3 λ/4 위상차 판(353)이, 또한 그 위상차 판의 외측에는 제 3 집광 미러판(303)이 배치되어 있다. 그리고, 본 예에서는, 제 3 λ/4 위상차 판(353)과 제 3 집광 미러판(303)이 제 5 면(233)과 거의 평행하게 배치되어 있다. 제 1 내지 제 3 집광 미러판(301, 302, 303)의 구성의 상세에 대해서는 후술한다. 더욱이, 도 1에서는, 보기 쉬운 것을 우선으로 하여, 제 1 내지 제 3 λ/4 위상차 판(351, 352, 353)은 편광 분리·합성 광학 소자(201)로부터 분리하여 도시되어 있지만, 편광 분리·합성 광학 소자(201)에 밀착시켜 배치하는 쪽이 적합하다.

편광 분리·합성 광학 소자(201)의 제 6 면(234)의 측에는, 하기에서 상세하게 설명하는 집광 렌즈판(411), λ/2 위상차 판(421)(편광 변환 광학 소자), 및 중첩 렌즈(431)(중첩 광학 소자)에 의해 구성된 집광 렌즈부(401)가 시스템 광축(L)에 대하여 수직인 방향에 설치되어 있다.

이상과 같이 구성된 편광 조명 장치(1)에 있어서, 제 1 광원부(101)로부터 사출된 랜덤인 편광 광이 2종류의 편광 광으로 분리되고, 집광 렌즈판(401)에 유도되기까지의 과정에 대하여 설명한다. 도 3은, 도 1의 xy 평면에 있어서의 단면도를 도시한 것이다.

여기서, 상기 과정의 설명에는 직접 관계가 없기 때문에, 반사 미러(501)는생략되고, 따라서 집광 렌즈부(401)로부터 피조명 영역(601)에 도달하는 광로는 직선적으로 표현되어 있다. 한편, 하기에서 설명하는 도 9, 도 10에 있어서도 마찬가지이다.

제 1 광원부(101)로부터 사출된 랜덤인 편광 광은, 편광 방향이 제 1 편광 분리막(211)의 입사면(xy 평면)과 평행한 직선 편광 광과, 편광 방향이 제 1 편광 분리막(211)의 입사면(xy 평면)과 직교하는 직선 편광 광과의 혼합광으로서 생각할 수 있다.

제 1 광원부(101)로부터 사출되어, 편광 분리·합성 광학 소자(201)의 제 1 면(221)에 입사한 혼합광은 제 1 편광 분리막(211)에 의해서 y 편광 광과 z 편광 광의 2종류의 편광 광으로 분리된다. 여기서, 제 1 편광 분리막(211)은 편광 방향이 제 1 편광 분리막의 입사면(xy 평면)과 평행한 직선 편광 광인 y 편광 광을 투과하고, 편광 방향이 제 1 편광 분리막(211)과 직교하는 직선 편광 광인 z 편광 광을 반사한다. 즉, 랜덤인 편광 광에 포함되는 y 편광 광은, 제 1 편광 분리막(211)을 그대로 투과하여 제 3 면(231)으로 향하고, z 편광 광은 제 1 편광 분리막(211)에서 반사되어 편광 분리·합성 광학 소자(201)의 제 4 면(232)으로 진행 방향을 바꾼다. 더욱이, 편광 분리막(211)은, P 편광 광을 투과하여, S 편광 광을 반사하는 편광 분리막으로서 통상 사용되고 있는 것이다.

편광 분리·합성 광학 소자(201)에 의해 분리된 2종류의 편광 광은, 제 1 및 제 2 λ/4 위상차 판(351, 352)을 통과하여, 제 1 및 제 2 집광 미러판(301, 302)에 의해 각각 반사된다.

이들의 집광 미러판(301, 302)은, 그 외관도를 도 4에 도시하는 바와 같이, 피조명 영역(601)과 거의 서로 유사한 관계에 있는 것과 같은, 소정의 직사각형 형상의 외형을 갖는 동일한 미소 집광 미러(311)를 매트릭스형으로 복수 배열하고, 그 표면에 알루미늄의 증착막이나 유전체 다층막 등으로 이루어지는 반사면(312)을 형성하여 구성되는 것이다. 본 실시예에서는, 미소 집광 미러(311)의 반사면(312)은 구면 형상으로 형성되어 있다. 단, 이 반사면(312)의 곡률 형상은, 포물면 형상, 타원면 형상, 또는, 원환체면(toric surface) 형상이라도 좋으며, 그것들은 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)로부터의 입사광의 특성에 따라서 설정할 수 있다. 더욱이, 후술하는 제 3 집광 미러판(303)도 마찬가지이다.

제 1 편광 분리막(211)에 의해 분리된 y 편광 광 및 z 편광 광은, 각각 제 1 및 제 2 λ/4 위상차 판(351, 352)을 통과하여, 제 1 및 제 2 집광 미러판(301, 302)에 의해 반사되고, 다시 λ/4 위상차 판(351, 352)을 통과하는 동안에, 편광 광의 진행 방향이 거의 180도 반전되는 동시에 편광 방향이 90도 회전한다. 이 편광 광의 변화의 모양을 도 5에 의해 설명한다. 또한, 이 도면에서는 설명의 간략화를 위해, 집광 미러판(301, 302)을 평면형의 미러판(321)으로서 도시하고 있다. λ/4 위상차 판(351)에 입사한 y 편광 광(322)은, λ/4 위상차 판에 의해 오른쪽 방향의 원편광 광(323)(단, λ/4 위상차 판의 설치 방법에 따라서는 왼쪽 방향의 원 편광 광이 된다)으로 변환되어 미러판(321)에 도달한다. 미러판(321)에 의해 광은 반사되는 동시에 편광 방향의 회전 방향도 변화한다. 즉, 오른쪽 방향의 원 편광 광은 왼쪽 방향의 원 편광 광으로(왼쪽 방향의 원 편광 광은 오른쪽 방향의원 편광 광으로) 변화한다. 미러판(321)에 의해 광의 진행 방향이 거의 180도 반전되고, 동시에 왼쪽 방향의 원 편광 광(324)이 된 편광 광은, 다시 λ/4 위상차 판(351, 352)을 통과할 때에 z 편광 광(325)으로 변환된다. 또한, λ/4 위상차 판(352)에 입사한 z 편광 광(325)은, λ/4 위상차 판에 의해 왼쪽 방향의 원 편광 광(324)(단, λ/4 위상차 판의 설치 방법에 따라서는 오른쪽 방향의 원 편광 광이 된다)으로 변환되어 미러판(321)에 도달한다. 미러판(321)에 의해 광은 반사되는 동시에 편광 방향의 회전 방향도 변화한다. 즉, 왼쪽 방향의 원 편광 광은 오른쪽 방향의 원 편광 광으로(오른쪽 방향의 원 편광 광은 왼쪽 방향의 원 편광 광으로) 변화한다. 미러판(321)에 의해 광의 진행 방향이 거의 180도 반전되고, 동시에 오른쪽 방향의 원 편광 광(323)으로 된 편광 광은, 다시 λ/4 위상차 판(352)을 통과할 때에 x 편광 광(322)으로 변환된다.

다시, 도 3에 기초하여 설명한다. 제 3 면(231)에 도달한 y 편광 광은, 제 1 λ/4 위상차 판(351) 및 제 1 집광 미러판(301)에 의해 편광 광의 진행 방향이 거의 180도 반전되는 동시에 z 편광 광으로 변환되고, 제 1 편광 분리막(211)으로 반사되어 진행 방향을 바꾸고 제 6 면(234)으로 향한다. 한편, 제 4 면(232)에 도달한 z 편광 광은, 제 2 λ/4 위상차 판(352) 및 제 2 집광 미러판(302)에 의해 편광 광의 진행 방향이 거의 180도 반전되는 동시에 x 편광 광으로 변환되며, 이번은 제 1 편광 분리막(211)을 그대로 투과하여, 제 6 면(234)으로 향한다. 즉, 제 1 편광 분리막(211)은 편광 합성막으로서도 기능하기 때문에, 광학 소자(201)는 편광 분리·합성 광학 소자로서 기능한다.

제 1 및 제 2 집광 미러판(301, 302)은 집광 작용을 갖는 미소 집광 미러(311)에 의해 구성되어 있기 때문에, 편광 광의 진행 방향은 거의 반전되는 동시에, 각각의 집광 미러판(301, 302)을 구성하는 미소 집광 미러(311)와 동일한 수의 복수의 집광 상을 형성한다. 이들의 집광 상은 광원 상이 분명하기 때문에, 이하에서는 2차 광원 상이라고 부른다. 본 실시예의 편광 조명 장치(1)에서는, 이러한 2차 광원 상이 형성되는 위치 부근에 집광 렌즈부(401)가 배치되어 있다.

여기서, 제 1 집광 미러판(301)은, x축에 대하여 집광 미러판(301)의 대략 중심이 β1만큼 +y방향으로 이동된 상태에서 배치되어 있다. 또한, 제 2 집광 미러판(302)은, y축에 대하여 집광 미러판(302)의 대략 중심이 β2만큼 -x방향으로 이동된 상태에서 각각 배치되어 있다.

상기한 바와 같이 각각의 집광 미러판은 그 위치가 x축 또는 y축에 대하여 편향되어 있기 때문에, 제 1 집광 미러판(301)의 미소 집광 미러(311)에 의해서 반사되어 집광 렌즈부(401)에 입사하는 z 편광의 광속의 중심축과, 제 2 집광 미러판(302)의 미소 집광 미러(311)에 의해서 반사되어 집광 렌즈부(401)에 입사하는 x 편광의 광속의 중심축은 서로 평행하며, 또한 겹치지 않는다. 즉, 제 1 집광 미러판(301)에 의해서 형성되는 z 편광 광에 의한 2차 광원 상과, 제 2 집광 미러판(302)에 의해서 형성되는 x 편광 광에 의한 2차 광원 상은 도 1에 S1과 P1로 개념적으로 도시되는 바와 같이, x 축방향으로 약간 다른 위치에 형성되게 된다.

다음에, 도 1에 의거하여, 편광 조명 장치(1)에 있어서, 제 2 광원부(102)로부터 사출된 랜덤인 편광 광이 2종류의 편광 광으로 분리되고, 집광 렌즈판(401)으로 유도되기까지의 과정에 대하여 설명한다.

제 1 광원부(102)로부터 사출된 랜덤인 편광 광은, 편광 방향이 제 2 편광 분리막(212)의 입사면(yz 평면)과 평행한 직선 편광 광과, 편광 방향이 제 2 편광 분리막(212)의 입사면(yz 평면)과 직교하는 직선 편광 광과의 혼합광으로서 고려할 수 있다.

제 2 광원부(102)로부터 사출되고, 편광 분리·합성 광학 소자(201)의 제 1 면(221)에 입사한 혼합광은 제 2 편광 분리막(212)에 의해서 x 편광 광과 z 편광 광의 2종류의 편광 광으로 분리된다. 여기서, 제 2 편광 분리막(212)은 제 1 편광 분리막(211)과 상이하며, 편광 방향이 제 2 편광 분리막의 입사면(yz 평면)과 평행한 직선 편광 광인 z 편광 광을 반사하고, 편광 방향이 제 2 편광 분리막(212)과 직교하는 직선 편광 광인 x 편광 광을 투과한다. 즉, 랜덤인 편광 광에 포함되는 x 편광 광이, 제 1 편광 분리막(211)을 그대로 투과하여 제 3 면(231)으로 향하고, z 편광 광이 제 1 편광 분리막(211)으로 반사되어 편광 분리·합성 광학 소자(201)의 제 4 면(232)으로 진행 방향을 바꾼다. 이와 같이, 입사면과 평행한 P 편광 광을 반사하며, 입사면과 직교하는 S 편광 광을 반사하는 편광 분리막은, FTIR(Frustrated Total Internal Reflection)막이라고 부르고 있다. 그리고, 유전체 다층막에 의한 FTIR 막은, 베이스가 되는 유리 등의 재료, 다층막의 재료, 다층막의 구성 등의 조건을 적절하게 설정함으로써 형성할 수 있는 것이 알려져 있다. FTIR 막에 대해서는 공지되어 있으므로, 그 상세한 구성에 대한 설명은 생략한다.

제 2 편광 분리막(212)에 의해 분리된 z 편광 광 및 x 편광 광은, 각각 제 2및 제 3 λ/4 위상차 판(352, 353)을 통과하여, 제 2 및 제 3 집광 미러판(302, 303)에 의해 반사되며, 다시 λ/4 위상차 판(352, 353)을 통과하는 사이에, 편광 광의 진행 방향이 대략 180도 반전되는 동시에 편광 방향이 약 90도 회전한다. 이 편광 광의 변화의 과정은, 먼저 도 5에서 설명한 과정과 같다.

따라서, 제 4 면(232)에 도달한 z 편광 광은, 제 2 λ/4 위상차 판(352) 및 제 2 집광 미러판(302)에 의해 편광 광의 진행 방향이 거의 180도 반전되는 동시에 x 편광 광으로 변환되고, 제 2 편광 분리막(212)을 그대로 투과하여, 제 6 면(234)으로 향한다. 한편, 제 5 면(233)에 도달한 x 편광 광은, 제 3 λ/4 위상차 판(353) 및 제 3 집광 미러판(303)에 의해 편광 광의 진행 방향이 거의 180도 반전되는 동시에 y 편광 광으로 변환되고, 제 2 편광 분리막(212)에 의해서 반사되어 z 편광 광으로 되어 제 6 면(234)으로 향한다.

제 2 및 제 3 집광 미러판(302, 303)은, 앞서 설명한 바와 같이, 집광 작용을 갖는 미소 집광 미러(311)에 의해 구성되어 있기 때문에, 편광 광의 진행 방향은 거의 반전되는 동시에, 각각의 집광 미러판(302, 303)을 구성하는 미소 집광 미러(311)와 동일한 수의 복수의 집광상(2차 광원 상)을 형성한다.

여기서, 제 2 집광 미러판(302)은, y 축에 대하여 집광 미러판(302)의 대략 중심이 β2만큼 -x방향으로 이동된 상태에서 배치되어 있다. 또한, 제 3 집광 미러판(303)은, y축에 대하여 집광 미러판(302)의 대략 중심이 β3만큼 +x방향으로 이동된 상태에서 각각 배치되어 있다.

따라서, 제 2 집광 미러판(302)의 미소 집광 미러(311)에 의해서 반사되어집광 렌즈부(401)에 입사하는 x 편광의 광속의 중심축과, 제 3 집광 미러판(303)의 미소 집광 미러(311)에 의해서 반사되어 집광 렌즈부(401)에 입사하는 z 편광의 광속의 중심축은 서로 평행하며, 또한 겹치지 않는다. 즉, 제 1 집광 미러판(302)에 의해서 형성되는 x 편광 광에 의한 2차 광원 상과, 제 3 집광 미러판(303)에 의해서 형성되는 z 편광 광에 의한 2차 광원 상은 도 1에 P1과 S1로 개념적으로 도시하는 바와 같이, x축 방향에 약간 다른 위치에 형성되게 된다. 단, 이 때 형성되는 2종류의 2차 광원 상(z 편광 광에 의한 2차 광원 상과 x 편광 광에 의한 2차 광원 상)은, 제 1 광원부(101)로부터 사출된 광에 의해서 형성되는 2종류의 2차 광원 상과, 각각 편광 방향이 일치하도록 겹쳐진다. 즉, 제 1 광원부(101)로부터 사출되고, 제 1 편광 분리막(211), 제 1 λ/4 위상차 판(351), 제 1 집광 미러판(301)을 통하여 형성된 z 편광 광에 의한 2차 광원 상과, 제 2 광원부로부터 사출되고, 제 2 편광 분리막(212), 제 3 λ/4 위상차 판(353), 제 3 집광 미러판(303)을 통하여 형성된 z 편광 광에 의한 2차 광원 상과는, 도 1에 개념적으로 도시되는 바와 같이, 겹치도록 동일한 위치(S1)에 형성된다. 또한, 제 1 광원부로부터 사출되고, 제 1 편광 분리막(211), 제 2 λ/4 위상차 판(352), 제 2 집광 미러판(302)을 통하여 형성된 x 편광 광에 의한 2차 광원 상과, 제 2 광원부로부터 사출되고, 제 2 편광 분리막(212), 제 2 λ/4 위상차 판(352), 제 2 집광 미러판(302)을 통하여 형성된 x 편광 광에 의한 2차 광원 상은, 도 1에 개념적으로 도시되는 바와 같이, 겹치도록 동일한 위치(P1)에 형성된다. 그 때문에, 제 3 집광 미러판의 이동량(β3)은 β1과 같아지도록 설정되어 있다.

다음에, 상기한 바와 같이 하여 집광 렌즈부(401)에 유도된 광속의 편광 방향이 일치되고, 피조명 영역(601)에 도달하는 과정을 설명한다.

집광 렌즈부(401)의 집광 렌즈판(411)은, 그 외관을 도 6에 도시하는 바와 같이, 직사각형 형상의 미소 렌즈(412)로 이루어지는 복합 렌즈체이다. 그리고, 집광 렌즈판(411)은 제 1 내지 제 3 집광 미러판(301, 302, 303)을 구성하는 미소 집광 미러(311)의 수의 2배의 수의 미소 렌즈(412)에 의해서 구성되어 있다. 단지, 제 1 내지 제 3 집광 미러판(301, 302, 303)을 구성하는 미소 집광 미러(311)의 수가 각각 다른 경우에는, 가장 많은 미소 집광 미러(311)에 의해서 구성되는 집광 미러판에서, 그 집광 미러판을 구성하는 미소 집광 미러의 수의 2배의 수의 미소 렌즈(412)에 의해서 구성된다.

여기서, 본 실시예의 경우에는, x 편광 광에 의한 2차 광원 상과 z 편광 광에 의한 2차 광원 상의 배열 간격은 β1+β2와 같다. 즉, 피조명 영역(601)측에서 집광 렌즈판(411)을 본 경우에 2종류의 편광 광이 형성하는 2차 광원 상을 도 7에 도시하면, x 편광 광이 형성하는 2차 광원 상(C1)(원형의 상중, 오른쪽 위의 사선을 도시한 영역)과, z 편광 광이 형성하는 2차 광원 상(C2)(원형의 상중, 왼쪽 위의 사선을 도시한 영역)의 2개의 2차 광원 상이 β1+β2의 간격을 막아 x축 방향으로 나란히 배열되는 상태에서 형성되게 된다. 이것에 대하여, 집광 렌즈판(411)의 피조사 영역(601)측의 면에는, x 편광 광에 의한 2차 광원 상(C1)의 형성 위치에 대응하여 위상차 층(422)이 선택적으로 형성된 λ/2 위상차 판(421)이 설치되어 있다. 따라서, x 편광 광은, 위상차 판(422)을 통과할 때에 편광 방향의 회전 작용을 받고, x 편광 광은 z 편광 광으로 변환된다. 한편, z 편광 광은 위상차 층(422)을 통과하지 않기 때문에, 편광 방향의 회전 작용을 받지 않고서 그대로 λ/2 위상차 판(421)을 통과한다. 그 때문에, 집광 렌즈부(401)로부터 사출되는 광의 대부분은 z 편광 광에 일치하게 된다.

이렇게 하여 z 편광 광에 일치된 광은, λ/2 위상차 판(421)의 피조사 영역(601)측의 면에 배치된 중첩 렌즈(431)에 의해서, 1개소의 피조명 영역(601)상에서 중첩된다. 이 경우, 중첩 렌즈(431)와 피조명 영역(601)과의 사이에 배치된 반사 미러(501)에 의해서, 조명광은 그 진행 방향이 약 90도 굴곡되고, 피조명 영역(601)에 도달한다. 즉, 제 1 내지 제 3 집광 미러판(301, 302, 303)의 미소 집광 미러(311)에 의해서 절단된 복수의 이미지 면은 집광 렌즈판(411)과 중첩 렌즈(431)에 의해서 1개소에 중첩되는 동시에, λ/2 위상차 판(421)을 통과할 때에 1종류의 편광 광으로 변환되어 대부분의 모든 광이 피조명 영역(601)에 도달한다. 따라서, 피조명 영역(601)은 대개 1종류의 편광 광으로 조명된다. 동시에, 피조명 영역(601)은 복수의 2차 광원 상에 의해서 조명되기 때문에, 조명 강도의 불균일함이 대단히 적고, 피조명 영역(601)은 균일하게 조명된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예의 편광 조명 장치(1)에 의하면, 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)로부터 사출된 랜덤인 편광 광을 편광 분리·합성 광학 소자(201)에서 2종류의 편광 광으로 분리한 후, 각 편광 광을 λ/2 위상차 판(421)의 소정의 영역으로 유도하여 1종류의 편광 방향에 일치시킨다. 따라서, 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)로부터 사출된 랜덤인 편광 광을 손실하지 않고서, 거의 1종류의 편광 광에 일치된 상태에서 합성할 수 있기 때문에, 피조명 영역(601)을 밝게 조명할 수 있다는 효과를 갖는다.

또한, 2개의 광원부(101, 102)를 사용하고 있음에도 불구하고, 조명광의 피조명 영역에 대한 입사 각도(조명색)를 크게 하지 않고서, 2개의 광원부(101, 102)로부터의 조명광을 합성할 수 있기 때문에, 조명광의 단면적은 1개의 광원부를 사용한 경우와 같고, 따라서, 일정 면적당의 광량을 1개의 광원부를 사용한 경우와 비교하여 약 2배로 할 수 있다. 더욱이, 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)로 이루어지는 2개의 광원부를 설치한다고 하더라도, 쌍방을 xz 평면상에 배치할 수 있다. 이 경우, 집광 렌즈부(401)로부터 사출된 조명광의 진행 방향을 바꾸는 반사 미러(501)가 배치되어 있기 때문에, 2개의 광원부가 배치되어 있는 xz 평면과 조명광의 사출 방향을 평행으로 할 수 있다. 그 때문에, 조명 장치의 박형화나 낮은 높이화에 적합하다. 결국, 집광 렌즈부(401)의 후단에 배치된 반사 미러(501)에 의해서 편광 조명 장치의 소형화를 위한 설계의 자유도는 더욱 향상한다.

더욱이, 2종류의 편광 광을 각각 λ/2 위상차 판(421)의 소정의 영역에 유도하기 위해서는, 편광 분리·합성 광학 소자(201)의 편광 분리 성능이 높은 것이 필요하지만, 본 실시예에 있어서는, 유리제의 프리즘과, 무기 재료로 이루어지는 유전체 다층막을 이용하여 편광 분리·합성 광학 소자(201)를 구성하고 있는 것으로, 편광 분리·합성 광학 소자(201)의 편광 분리 성능은 열적으로 안정하다. 그 때문에, 큰 광출력이 요구되는 조명 장치에 있어서도 항상 안정한 편광 분리 성능을 발휘할 수 있기 때문에, 만족스러운 성능을 갖는 편광 조명 장치를 실현할 수 있다.

더욱이, 본 실시예에서는, 가로로 긴 직사각형 형상인 피조명 영역(601)의 형상에 맞추어서, 제 1 내지 제 3 집광 미러판(301, 302, 303)의 미소 집광 미러(311)를 가로로 긴 직사각형 형상(피조명 영역의 형상과 거의 서로 유사한 형상)으로 하고, 동시에 편광 분리·합성 광학 소자(201)로부터 사출된 2종류의 편광 광의 분리의 방향(2종류의 편광 광에 의해서 형성되는 2차 광원 상이 나란히 배열되는 방향)도 피조명 영역(601)의 형상에 맞추어서 가로 방향(x 방향)에 설정되어 있다. 이 때문에, 가로로 긴 직사각형 형상을 갖는 피조명 영역(601)을 형성하는 경우라도, 광량을 낭비없이 조명 효율을 높일 수 있다.

또한, 제 1 집광 미러판(301) 및 제 3 집광 미러판(303)의 미소 집광 반사 소자에 의해서 반사되어 집광 렌즈부(401)에 입사하는 z 편광의 광속의 중심축과, 제 2 집광 반사 광학 소자의 미소 집광 반사 소자에 의해서 반사되어 집광 렌즈부(401)에 입사하는 x 편광의 광속의 중심축이 서로 평행하다는 것은, 제 1 내지 제 3 집광 반사 광학 소자의 미소 집광 반사 소자에 의해서 반사된 광이 거의 동일한 각도로 편광 분리·합성 소자(201)에 입사하는 것을 의미한다. 따라서, 편광 분리·합성 소자(201)의 편광 분리·합성 특성이 광의 입사 각도에 의존하기 쉬운 경우에도, 안정된 편광 분리·합성을 행하는 것이 가능하고, 불균일함이 적은 조명광을 얻는 것이 가능해진다.

본 실시예에 있어서 설명한 제 1 내지 제 3 집광 미러판(301, 302, 303)의 x축, y축, z축으로부터의 이동량(β1, β2, β3)과 그것들의 이동 방향은, 본 실시예에 한정되는 것이 아니다. 요컨데, z 편광 광에 의한 2차 광원 상과 x 편광 광에 의한 2차 광원 상이, 각각 공간적으로 분리된 위치에 형성되는 동시에, 제 1 광원부(101)의 사출광으로부터 형성되는 z 편광 광에 의한 2차 광원 상과 제 2 광원부(102)의 사출광으로부터 형성되는 z 편광 광에 의한 2차 광원 상이 겹치도록, 또한, 제 1 광원부(101)의 사출광으로부터 형성되는 x 편광 광에 의한 2차 광원 상과 제 2 광원부(102)의 사출광으로부터 형성되는 x 편광 광에 의한 2차 광원 상이 겹치도록, 제 1 내지 제 3 집광 미러판의 이동량(β1, β2, β3)과 그것들의 이동 방향을 각각 설정하면 된다.

따라서, 제 1 내지 제 3 집광 미러판의 모두를 대응하는 각각의 축(x축, y축, z축)에 대하여 반드시 평행 이동시킬 필요는 없다. 예를 들면, 제 2 집광 미러판(302)만을 평행 이동시키고, 제 1 및 제 3 집광 미러판(301, 303)은 평행 이동시키지 않고서, 각각의 집광 미러판의 대략 중심을 x축 또는 z축이 통과하도록 배치하여도 된다. 반대로, 제 1 및 제 3 집광 미러판(301, 303)만을 평행 이동시키고, 제 2 집광 미러판(302)은 평행 이동시키지 않고서, 제 2 집광 미러판(302)의 대략 중심을 y축이 통과하도록 배치하여도 된다. 단, 제 1 내지 제 3 집광 미러판의 이동량과 그것들의 이동 방향에 따라서는, 집광 렌즈부(401)를 y축에 대하여 동일하게 이동시킬 필요가 있는 경우도 있다.

또한, 본 실시예에 있어서는, λ/2 위상차 판(421)을 집광 렌즈판(411)의 피조명 영역측에 배치하였지만, 2차 광원 상이 형성되는 위치 부근이면 다른 위치라도 좋으며, 한정이 없다. 예를 들면, λ/2 위상차 판(421)을 집광 렌즈판(411)의 광원부측에 배치하여도 된다.

또한, 집광 렌즈판(411)을 구성하는 미소 렌즈(412)가 편심 렌즈이면, 각각의 미소 렌즈(412)를 사출하는 광의 방향을 피조명 영역(601)으로 향할 수 있기 때문에, 집광 렌즈판(411)에 중첩 렌즈(431)의 기능을 겸비시킬 수 있다. 또는, 제 1 내지 제 3 집광 미러판(301, 302, 303)을 구성하는 미소 집광 미러(311)가 편심 미러이면, 미소 집광 미러(311)를 사출하는 광의 방향을 피조명 영역(601)으로 향하는 것이 가능하기 때문에, 마찬가지로 제 1 내지 제 3 집광 미러판(301, 302, 303)에 중첩 렌즈(431)의 기능을 겸비시키는 것도 가능하다. 그러한 경우에는, 중첩 렌즈(431)를 생략할 수 있기 때문에, 편광 조명 장치의 저비용화가 가능해진다. 단, 후자의 경우에는, 도 7에서 도시한 x 편광 광에 의해서 형성되는 2차 광원 상과 z 편광 광에 의해서 형성되는 2차 광원 상과의 간격은 β1+β2보다도 좁아진다.

또한, 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)로부터 사출되는 광의 평행성이 높은 경우에는, 집광 렌즈판(411)을 생략하는 것도 가능하다.

더욱이, 집광 렌즈판(411)을 구성하는 미소 렌즈(412)는 가로로 긴 직사각형 렌즈로 하였지만, 그 형상에 대해서는 특히 한정이 없다. 단, 도 7에 도시하는 바와 같이, x 편광 광이 형성하는 2차 광원 상(C1)과 z 편광 광이 형성하는 2차 광원 상(C2)은 가로 방향으로 나란히 배열되는 상태에서 형성되기 때문에, 각각의 2차 광원 상의 형성 위치에 대응시켜, 집광 렌즈판(411)을 구성하는 미소 렌즈(412)의 형상은 결정되는 것이 적합하다.

또한, 특성이 다른 2종류의 위상차 층을, x 편광 광에 의한 2차 광원 상의 형성 위치와 z 편광 광에 의한 2차 광원 상의 형성 위치의 각각에 배치하고, 어떤특정한 편광 방향을 갖는 1종류의 편광 광에 일치시켜도 좋으며, 위상차 층(422)을 z 편광 광에 의한 2차 광원 상(C2)이 형성되는 위치에 배치하여, 조명광을 x 편광 광으로 하는 구성으로 하여도 된다.

[제 2 실시예]

도 1에 도시하는 편광 조명 장치(1)에서는, x 편광 광이 형성하는 2차 광원 상과 z 편광 광이 형성하는 2차 광원 상이 x 축에 거의 평행하게 나란히 배열되도록, 제 1 내지 제 3 집광 미러판(301, 302, 303)을 배치하였지만, 도 8에 도시하는 편광 조명 장치(2)와 같이, x 편광 광이 형성하는 2차 광원 상과 z 편광 광이 형성하는 2차 광원 상이 z축에 평행하게 나란히 배열되도록, 제 1 내지 제 3 집광 미러판(301, 302, 303)을 배치하여도 된다. 도 8에서, P2, S2는, 각각, x 편광 광, z 편광 광에 의한 2차 광원 상이 형성되는 위치를 개념적으로 도시하는 것이다. 그리고, 이 경우에는, 예를 들면, 제 1 집광 미러판(301)은 그 대략 중심이 x축에 대하여 γ1만큼 -z방향으로, 제 2 집광 미러판(302)은 그 대략 중심이 y축에 대하여 γ2만큼 +z방향으로, 제 3 집광 미러판(303)은 그 대략 중심이 z축에 대하여 γ3만 +y방향으로, 각각 평행 이동된 상태에 설정하여도 된다. 더욱이, 이 경우에 있어서도, 편광 조명 장치로서의 기본적인 원리에 대해서는, 편광 조명 장치(1)와 같기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.

〔제 3 실시예〕

도 9(xy 평면에서의 단면도를 도시하고 있다)에 도시한 편광 조명 장치(3)에서는 각각의 광학계의 배치는 제 1 실시예과 거의 동일하지만, 벽면을 구성하는 6장의 투명판(252)으로 프리즘 구조체(251)를 구성하고, 그 내부에 제 1 편광 분리막(211)이 형성되어 있는 평판 형상의 제 1 편광 분리판(253)과 제 2 편광 분리막(도시하지 않음)이 형성되어 있는 평판 형상의 제 2 편광 분리판{도시하지 않음. 또한, 제 2 편광 분리판은 제 1 편광 분리판(253)에 의해 분리되기 때문에, 정확하게는 2장 필요}을 배치하고, 또한 액체(254)를 충전하여 이루어지는 구조체를 편광 분리·합성 광학 소자(201)로서 사용하고 있는 점에 특징이 있다. 여기서, 투명판, 제 1 및 제 2 편광 분리판 및 액체의 각각의 굴절률을 거의 일치시켜 두는 것이 필요하다. 이로써, 편광 분리·합성 광학 소자(201)의 저비용화 및 경량화를 도모할 수 있다.

또한, 편광 조명 장치(3)에서는 제 1 실시예에서 설명한 바와 같이, 집광 렌즈부(401)의 집광 렌즈판(411)을 구성하는 미소 렌즈를 편심계의 렌즈로 함으로써, 집광 렌즈판(411)에 중첩 렌즈의 기능을 겸비하게 하여, 중첩 렌즈를 생략한 구성으로 하고 있다. 이로 인해, 편광 조명 장치의 저비용화 및 경량화를 도모할 수 있다.

[제 4 실시예]

도 10에 도시한 편광 조명 장치(4)에서는 각각의 광학계의 배치는 제 1 실시예과 동일하지만, 편광 분리·합성 광학 소자(201)를 평판 형상의 구조체로 하고있는 점에 특징이 있다. 즉, 편광 분리막(262)을 2장의 유리 기판(263)으로 지지한 구조의 2장(한쪽의 편광 분리판은 다른쪽 편광 분리판에 의해 분리되기 때문에, 정확하게는 3장)의 편광 분리판(261)을 시스템 광축(L)(L1, L2)에 대하여 α= 45도의 각도를 이루도록 배치함으로써, 6면체 형상의 프리즘을 사용한 편광 분리·합성 광학 소자(201)(도 1 참조)와 거의 동일한 기능을 발휘시키고 있다. 이로써, 편광 분리·합성 광학 소자(201)의 저비용화 및 경량화를 도모하는 것이 가능하다. 또, 본 실시예의 편광 분리·합성 광학 소자(201)에서는 제 1 내지 제 3 실시예에서의 편광 분리·합성 광학 소자(201)와 같이, 제 1 내지 제 6 면은 실재하지 않는다. 그렇지만, 도면 중 점선으로 도시된 바와 같이 가상적으로 제 1 내지 제 6 면을 갖는다고 생각할 수 있다. 따라서, 이 가상적인 제 1 내지 제 6 면에 대하여, 상술한 제 1 내지 제 3 실시예와 같이, 제 1 및 제 2 광원부(101, 102), 제 1 내지 제 3 λ/4 위상차 판(351, 352, 353), 제 1 및 제 2 집광 미러 판(301, 302), 반사 미러 소자(309), 집광 렌즈부(401) 등을 배치하면 된다.

[제 5 실시예]

이상 설명한 편광 조명 장치(1 내지 4)에 있어서, 제 1 내지 제 3 집광 미러판(301, 302, 303)의 일부 또는 전부를 도 11에 도시하는 바와 같은 집광 미러판(304)으로 하여도 된다. 집광 미러판(304)은, 복수의 미소 렌즈(305)와 반사 미러판(306)으로 구성된 것이다.

더욱이, 이 구성에 있어서, 복수의 미소 렌즈(305)의 각각이 편심 렌즈이면,미소 렌즈(305)를 사출하는 광의 방향을 피조명 영역(601)으로 향할 수 있기 때문에, 제 1 내지 제 3 집광 미러판에 중첩 렌즈(431)의 기능을 겸비시키는 것이 가능하다. 그 경우에는, 중첩 렌즈(431)를 생략할 수 있기 때문에, 편광 조명 장치의 저 비용화가 가능해진다.

[제 6 실시예]

도 12, 도 13에는 제 1 실시예 내지 제 5 실시예에 따른 편광 조명 장치 중, 제 1 실시예에 따른 편광 조명 장치(1)를 사용하여, 그 투사 화상의 밝기를 향상시킨 투사형 표시 장치의 일례가 도시되어 있다. 본 실시예의 투사형 표시 장치(5)에 있어서는 광 변조 소자로서 투과형 액정 라이트 밸브를 사용함과 동시에, 편광 조명 장치(1)의 2개의 광원부에 발광 스펙트럼이 다른 2종류의 광원 램프를 사용하여, 그들의 광원 램프를 선택적으로 점등이 가능한 구성으로 하고 있다. 한편, 도 12는 투사형 표시 장치(5)의 xz 평면에서의 단면도이고, 도 13은 투사형 표시 장치(5)의 yz 평면에서의 단면도이다. 또한, 도 12에 있어서는 집광 렌즈부(401)나 광로 변경 광학 소자인 반사 미러(501) 등은 생략되어 있다.

도 12, 도 13에 있어서, 본 실시예의 투사형 표시 장치(5)에 내장된 편광 조명 장치(1)는, 랜덤인 편광 광을 일 방향으로 사출하는 제 1 광원부(101), 및 제 2 광원부(102)를 가지고, 이들의 광원부로부터 사출된 랜덤인 편광 광은, 편광 분리·합성 광학 소자(201)에 있어서 2종류의 편광 광으로 분리된 후, 편광 방향이 일치되어 집광 렌즈부로부터 사출된다. 본 실시예에서는, 편광 방향은 z 방향에 일치되고 있다. 집광 렌즈부로부터 사출된 편광 광은, 반사 미러(501)에 의해서 사출 방향을 -z방향으로 바뀌어지고, 청색 녹색 반사 다이클로익 미러(701)에 입사하도록 되어 있다.

이 편광 조명 장치(1)로부터 사출된 조명 광은 우선, 청색 광 녹색 광 반사 다이크로익 미러(701)(색광 분리 광학 소자)에 있어서 적색 광이 투과하고, 청색 광 및 녹색 광이 반사된다. 적색 광은 반사 미러(702)로 반사되어, 평행화 렌즈(716)를 거쳐, 제 1 액정 라이트 밸브(703)에 도달한다. 한편, 액정 라이트 밸브의 입사측 및 사출측에는 편광 판이 배치되어 있지만, 도 12에는 도시되어 있지 않다. 한편, 청색 광 및 녹색 광 중의 녹색 광은 녹색 광 반사 다이크로익 미러(704)(색광 분리 광학 소자)에 의해 반사되어, 평행화 렌즈(716)를 거쳐, 제 2 액정 라이트 밸브(705)에 도달한다. 제 1 및 제 2 액정 라이트 밸브(703, 705)의 입사측에 배치된 평행화 렌즈(716)는 액정 라이트 밸브를 조명하는 광의 확대를 억제하여 조명 효율의 향상을 도모함과 동시에, 액정 라이트 밸브로부터 후술하는 투사 렌즈에 효과적으로 유도하는 기능을 갖는다. 또한, 제 3 액정 라이트 밸브(711)의 입사측에는 후술하는 바와 같이 광 유도 수단(750)을 구성하는 사출측 렌즈(710)가 배치되어 있고, 그곳에서는 사출측 렌즈(710)가 평행화 렌즈(716)의 기능도 담당하고 있다. 단지, 이들의 평행화 렌즈는 생략하는 것도 가능하다.

여기서, 청색 광은 다른 2색 광에 비해 광로의 길이가 길기 때문에, 청색 광에 대해서는 입사측 렌즈(706), 릴레이 렌즈(708) 및 사출측 렌즈(710)로 이루어지는 릴레이 렌즈계로 구성한 광 유도 수단(750)을 형성하고 있다. 즉, 청색 광은녹색 광 반사 다이크로익 미러(704)를 투과한 후에, 우선, 입사측 렌즈(706) 및 반사 미러(707)를 거쳐 릴레이 렌즈(708)에 유도되고, 이 릴레이 렌즈(708)로 집속된 후에, 반사 미러(709)에 의해 사출측 렌즈(710)에 유도된다. 그런 후에, 제 3 액정 라이트 밸브(711)에 도달한다.

제 1 내지 제 3 액정 라이트 밸브(703, 705, 711)는 각각의 색광을 변조하여, 각각의 색에 대응한 화상 정보를 포함시킨 후에, 변조한 색광을 크로스 다이크로익 프리즘(713)(색광 합성 광학 소자)에 입사한다. 크로스 다이크로익 프리즘(713)은 그 내부에 적색 광 반사의 유전체 다층막과, 청색 광 반사의 유전체 다층막이 십자 형상으로 형성된 구성을 갖고 있고, 각각의 변조된 색광을 합성한다. 합성된 광은 투사 렌즈(714)(투사 광학계)를 통과하여 스크린(715) 상에 화상을 형성한다.

이와 같이 구성된 투사형 표시 장치(5)에서는 1종류의 편광 광을 변조하는 형태의 액정 라이트 밸브가 사용되고 있다. 따라서, 종래의 조명 장치를 사용하여 랜덤인 편광 광을 액정 라이트 밸브에 유도하면, 랜덤인 편광 광 중의 절반 이상(약 60%)의 광은 편광 판으로 흡수되어 열로 변해 버리기 때문에, 광의 이용 효율이 낮음과 동시에, 편광 판의 발열을 억제하는 대형이며 소음이 큰 냉각 장치가 필요하다는 문제점이 있었지만, 본 실시예의 투사형 표시 장치(5)에서는 이러한 문제점이 대폭 해소되어 있다.

즉, 본 실시예의 투사형 표시 장치(5)에서는 편광 조명 장치(1)에 있어서, 한쪽의 편광 광(예를 들면, x편광 광)에 대해서만, λ/2 위상차 판(421)에 의해 편광 축의 회전 작용을 부여하며, 다른쪽의 편광 광(예를 들면, z편광 광)과 편광 축이 일치된 상태로 한다. 그러므로, 편광 방향이 일치된 편광 광이 제 1 내지 제 3 액정 라이트 밸브(703, 705, 711)로 유도되므로, 광의 이용 효율이 향상하여, 밝은 투사 화상을 얻을 수 있다. 또한, 편광 판에서의 광 흡수량이 저감되므로, 편광 판에서의 온도 상승이 억제된다. 따라서, 냉각 장치의 소형화나 저소음화를 실현할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)로 이루어지는 2개의 광원부를 구비하며, 어느 하나의 광원부로부터의 사출 광에 대해서도 손실없이 편광 방향을 일치시키게 되므로, 밝은 투사 화상을 얻을 수 있다. 더구나, 편광 조명 장치(1)에서는 편광 분리막으로서 열적으로 안정한 유전체 다층막을 사용하고 있기 때문에, 편광 분리·합성 광학 소자(201)의 편광 분리 성능은 열적으로 안정하다. 따라서, 큰 광 출력이 요구되는 투사형 표시 장치(5)에 있어서도 항상 안정한 편광 분리 성능을 발휘할 수 있다.

또한, 2개의 광원부(101, 102)를 사용하고 있음에도 불구하고, 조명 광의 피조명 영역에 대한 입사 각도(조명색)를 크게하지 않고, 2개의 광원부(101, 102)로부터의 조명 광을 합성할 수 있기 때문에, 조명 광의 단면적은 1개의 광원부를 사용한 경우와 같으며, 따라서, 일정 면적 당의 광량을 1개의 광원부를 사용한 경우와 비교하여 2배로 할 수 있다. 따라서, 보다 밝은 투사 화상을 실현할 수 있다.

또한, 편광 조명 장치(1)에서는 피조명 영역인 액정 라이트 밸브의 가로로 긴 표시 영역에 대응시켜, 편광 분리·합성 광학 소자(201)로부터 사출된 2종류의 편광 광은 가로 방향으로 분리되어 있기 때문에, 광량을 허비하지 않고 가로로 긴직사각형을 갖는 피조명 영역을 효율적으로 조명할 수 있다. 그러므로, 편광 조명 장치(1)는 보기쉽고, 또한, 박력이 있는 화상을 투사할 수 있는 가로로 긴 액정 라이트 밸브용으로 적합하다.

이것에 부가하여, 본 실시예에서는 색광 합성 광학 소자로서 크로스 다이크로익 프리즘(713)을 사용하고 있으므로, 소형화가 가능함과 동시에, 액정 라이트 밸브(703, 705, 711)와 투사 렌즈(714) 사이의 광로의 길이를 짧게 할 수 있다. 따라서, 비교적 소구경의 투사 렌즈를 사용하여도, 밝은 투사 화상을 실현할 수 있는 특징이 있다. 또한, 각각의 색광은 3광로 중의 1광로만 그 광로의 길이가 다르지만, 본 실시예에 있어서는 광로의 길이가 가장 긴 청색 광에 대하여는 입사측 렌즈(706), 릴레이 렌즈(708) 및 사출측 렌즈(710) 등으로 이루어지는 릴레이 렌즈계로 구성한 광 유도 수단(750)을 형성하고 있기 때문에, 색 얼룩 등이 생기지 않는다.

또한, 본 실시예에서는 편광 변환 광학 소자인 집광 렌즈부(401)와 청색 광 녹색 광 반사 다이크로익 미러(701) 사이에, 광로 변경 광학 소자인 반사 미러(501)를 배치하고 있으므로, 편광 변환 광학 소자로부터 사출된 편광 광의 진행 방향을 바꿀 수 있다. 이로 인해, 색광 분리 광학 소자, 색광 합성 광학 소자, 광 변조 소자 및 투사 광학계 등이 배치되는 평면과, 치수가 비교적 큰 2개의 광원부를 갖는 편광 조명 장치(1)를 포함하는 평면을 평행한 상태로 배치할 수 있어, 1 방향의 두께를 얇게 한 박형의 투사형 표시 장치를 실현할 수 있다.

또한, 본 실시예의 투사형 표시 장치(5)에 내장된 편광 조명 장치(1)에 있어서, 제 1, 제 2 광원부(101, 102) 중 어느 한쪽을 착탈 가능하게 하여도 된다. 이와 같이 구성함으로써, 예를 들면 투사형 표시 장치(5)를 운반 시에, 어느 한쪽의 광원부를 떼어내는 것이 가능하게 되어 가반성이 향상한다.

본 실시예의 투사형 표시 장치(5)에 내장된 편광 조명 장치(1)의 2개의 광원부(101, 102)에는 발광 스펙트럼이나 휘도 특성이 상이한 2종류의 광원 램프를 사용할 수 있으며, 또한, 그들의 광원 램프는 선택적으로 점등할 수 있는 구성으로 되어 있다. 이러한 구성을 채용함으로써, 이하와 같은 효과를 얻는 것이 가능하다.

1) 발광 스펙트럼이 상이한 2종류의 광원 램프를 조합하여 사용함으로써, 이상적인 조명 장치, 또는 투사형 표시 장치에 이상적인 조명 장치를 실현할 수 있다. 이 점에 대해서 일례를 들어 설명한다. 예를 들면, 투사형 표시 장치에 사용되는 광원 램프에 대하여는 청색 광, 녹색 광, 적색 광의 모든 파장역에 있어서 광 출력이 크며, 또한, 그들의 비율이 균형 잡힌 것이 이상적이지만, 현상태에서는 그와 같은 이상적인 광원 램프는 거의 없다. 도 14a 내지 도 14c는 광원 램프와 편광 조명 장치로부터 사출되는 광의 스펙트럼에 대해 도시한 설명도이다. 예를 들면, 광원 램프로서는 도 14a에 도시된 바와 같이, 발광 효율은 비교적 높지만 적색 광의 강도가 상대적으로 낮은 램프(일반적인 고압 수은 램프가 이 경우에 상당한다)이거나, 도 14b에 도시된 바와 같이, 적색 광의 발광 강도는 비교적 크지만 전체의 발광 효율이 상대적으로 낮은 램프(어느 종류의 할로겐화 금속 램프가 이 경우에 상당한다) 등이 일반적으로 많이 존재한다. 이러한 광원 램프의 현상태에 있어서, 도 14a 와 도 14b에 나타낸 발광 스펙트럼을 갖는 2종류의 광원 램프를 본 예의 투사형 표시 장치(5)의 편광 조명 장치(1)에 사용하여 동시 점등한 상태로 사용하면, 편광 조명 장치(1)로부터 사출되는 광의 스펙트럼은 도 14c에 도시한 바와 같은 이상적인 것으로 할 수 있으며, 밝게 고품질의 투사 화상을 얻을 수 있는 투사형 표시 장치를 용이하게 실현하는 것이 가능해진다.

2) 발광 스펙트럼이 다른 2종류의 광원 램프를 선택적으로 점등 가능하게 함으로써, 투사 화상의 색조를 관찰자의 기호에 따라 적절히 변화시키는 것이 가능해진다.

3) 2개의 광원 램프를 선택적으로 점등 가능하게 함으로써, 투사형 표시 장치를 사용하는 주변 환경에 따라서, 또는 관찰자의 기호에 따라 투사 화상의 밝기를 적절히 변화시키는 것이 가능해진다. 예를 들면, 주위가 밝은 장소에서 투사 화상을 관찰하는 경우에는 2개의 광원부를 점등시키고, 주위가 어두운 장소에서 투사 화상을 관찰하는 경우에는 한쪽만을 선택 점등시키는 상태이다.

4) 2개의 광원 램프를 선택적으로 전환하여 사용하는 형태로 하면, 광원 램프 자체의 수명을 연장시킬 수 있는 동시에, 예를 들면, 한쪽의 광원 램프가 수명이나 고장 등으로 점등할 수 없게 된 경우에도, 다른쪽의 광원 램프를 사용함으로써, 투사 화상을 계속해서 표시하는 것이 가능해지는 등, 사용의 편리함이 향상한다. 더우기, 예를 들면 투사형 표시 장치(5)를 배터리 구동 시에, 한쪽의 광원 램프만을 선택 점등함으로써 배터리의 수명 시간을 길게 유지시킬 수 있다.

또한, 편광 조명 장치(1) 대신에, 앞에서 기술한 편광 조명 장치(2 내지 4)를 사용 가능함은 물론이다.

[제 7 실시예]

본 발명의 편광 조명 장치는, 광 변조 소자로서 반사형의 액정 라이트 밸브를 사용한 투사형 표시 장치에 대해서도 적용할 수 있다.

즉, 도 15(투사형 표시 장치의 xz 평면에 있어서의 단면도)에 도시하는 투사형 표시 장치(6)에서는, 제 1 실시예에 나타낸 편광 조명 장치(1)가 사용되고 있고, 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)로부터 사출된 랜덤인 편광 광은, 편광 분리·합성 광학 소자(201)에 있어서 2종류의 편광 광으로 분리된 후, 편광 방향이 일치되어 집광 렌즈부로부터 사출된다. 본 실시예에서는, 편광 방향은 z 방향에 일치되고, 이 편광 광에 의해서, 3개소의 반사형 액정 라이트 밸브(801, 802, 803)를 조명하는 구성으로 되어 있다.

이러한 편광 조명 장치(1){본 실시예에 있어서도, 상기의 투사형 표시 장치(5)의 경우와 같이, 집광 렌즈부나 광로 변경 광학 소자인 반사 미러 등을 구비하고 있지만, 그것들은 생략되어 도시되어 있다}로부터 사출된 광은, 우선, 청색 광 녹색 광 반사의 유전체 다층막과 적색 광 반사의 유전체 다층막이 십자 형상으로 형성되어 이루어지는 색광 분리용 크로스 다이크로익 프리즘(804)(색광 분리 광학 소자)에 있어서, 적색 광과, 청색 광 및 녹색 광으로 분리된다. 적색 광은 반사 미러(805)와 평행화 렌즈(716)를 거쳐서 제 1 편광 빔 스플리터(808)에 입사한다. 한편, 청색 광 및 녹색 광은 반사 미러(806)에서 반사된 후에, 녹색 광 반사다이크로익 미러(807)(색광 분리 광학 소자)에 의해서 녹색 광(반사광)과 청색 광(투과광)으로 분리되고, 각각의 색광은 평행화 렌즈(716)를 거쳐서, 대응하는 제 2 및 제 3 편광 빔 스플리터(809, 810)에 입사한다. 3개소의 편광 빔 스플리터(808, 809, 810)(편광 분리 광학 소자)는, 그 내부에 편광 분리면(811)을 구비하고, 입사하는 광중의 P 편광 광을 투과시키고, S 편광 광을 반사시키는 것으로, P 편광 광과 S 편광 광을 분리하는 편광 분리 기능을 갖고 있는 광학 소자이다. 편광 조명 장치(1)의 집광 렌즈부(401)(도 1)로부터 사출된 광은 그 대부분이 z 편광 광이다. 이 z 편광 광은, 반사 미러(501)에서 반사되면 y 편광 광이 되지만, y 편광 광은 제 1 내지 제 3 편광 빔 스플리터(808, 809, 810)의 편광 분리면(811)에 대해서는 S 편광 광이다. 따라서, 제 1 내지 제 3 편광 빔 스플리터(808, 809, 810)에 입사한 각각의 색광의 대부분은, 편광 분리면(811)에서 반사되어 진행 방향이 약 90도 바꾸어지고, 인접하는 제 1 내지 제 3 반사형 액정 라이트 밸브(801, 802, 803)에 입사한다. 단, 제 1 내지 제 3 편광 빔 스플리터(808, 809, 810)에 입사한 각각의 색광의 중에는, S 편광 광과 편광 방향이 다른 편광 광(예를 들면, P 편광 광)이 약간이지만 혼입하고 있는 경우가 있다. 그와 같은 편광 방향이 다른 편광 광은 편광 분리면(811)을 그대로 통과하여, 편광 빔 스플리터의 내부에서 진행 방향을 바꾸지 않고서 사출되기 때문에, 반사형 액정 라이트 밸브를 조명하는 광으로는 되지 않는다. 한편, 편광 빔 스플리터의 입사측에 배치되어 있는 평행화 렌즈(716)의 기능은, 제 6 실시예에서 설명한 투사형 표시 장치(5)에 사용되고 있는 평행화 렌즈(716)와 같다. 따라서, 본 실시예 대신에, 편광 빔 스플리터와 반사형 액정라이트 밸브 사이에 평행화 렌즈를 배치하여도 된다. 또한, 이들의 평행화 렌즈를 생략하는 것도 가능하다.

반사형 액정 라이트 밸브에 입사한 광(S 편광 광)은 각각의 액정 라이트 밸브에 있어서 외부로부터의 화상 정보에 따른 광 변조를 받아서, 구체적으로는 각각의 반사형 액정 라이트 밸브로부터 사출되는 광의 편광 방향을 표시 정보에 대응시켜 변화시키며, 또한, 광의 진행 방향이 대략 반전되어, 반사형 액정 라이트 밸브로부터 사출된다. 반사형 액정 라이트 밸브로부터 사출된 광은 다시 편광 빔 스플리터에 입사하지만, 이 때, 각각의 반사형 액정 라이트 밸브로부터의 사출광은 표시 정보에 따라 부분적으로 P 편광 광으로 되어 있기 때문에, 편광 빔 스플리터의 편광 선택 기능에 의해, P 편광 광만이 편광 빔 스플리터를 통과하여(이 단계에서 표시 화상이 형성된다) 색광 합성용 크로스 다이크로익 프리즘(812)에 도달한다. 색광 합성용 크로스 다이크로익 프리즘(812)(색광 합성 광학 소자)에 입사한 각각의 색광은 하나의 광학 상으로 합성되어, 투사 렌즈(714)(투사 광학계)에 의해 컬러 화상으로서 스크린(715) 상에 투사된다.

이와 같이, 반사형 액정 라이트 밸브를 사용하여 구성한 투사형 표시 장치(6)에 있어서도, 1종류의 편광 광을 변조하는 형태의 반사형 액정 라이트 밸브가 사용되고 있기 때문에, 종래의 조명 장치를 사용하여 랜덤인 편광 광을 반사형 액정 라이트 밸브에 유도하면, 랜덤인 편광 광 중의 절반 이상(약 60%)은 편광 판으로 흡수되어 열로 변하게 된다. 따라서, 종래의 조명 장치에서는 광의 이용 효율이 낮음과 동시에, 편광 판의 발열을 억제하는 대형이며 소음이 큰 냉각 장치가필요한 문제점이 있었지만, 본 실시예의 투사형 표시 장치(6)에서는 이러한 문제점이 대폭 해소되어 있다.

즉, 본 실시예의 투사형 표시 장치(6)에서는 편광 조명 장치(1)에 있어서, 한쪽의 편광 광(예를 들면, x편광 광)에 대해서만, λ/2 위상차 판(도시 않음)에 의해 편광 축의 회전 작용을 부여하고, 다른쪽의 편광 광(예를 들면, z편광 광)과 편광 축이 일치된 상태로 한다. 그러므로, 편광 방향이 일치된 편광 광이 제 1 내지 제 3 반사형 액정 라이트 밸브(801, 802, 803)로 유도되므로, 광의 이용 효율이 향상하여 밝은 투사 화상을 얻을 수 있다. 또한, 편광 판에 의한 광 흡수량이 저감하므로, 편광 판에서의 온도 상승이 억제된다. 그러므로, 냉각 장치의 소형화나 저소음화를 실현할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)로 이루어지는 2개의 광원부를 구비하며, 또한, 어느 하나의 광원부로부터의 사출 광에 대해서도 손실없이 편광 방향을 일치시키고 있으므로, 밝은 투사 화상을 얻을 수 있다. 더구나, 편광 조명 장치(1)에서는 편광 분리막으로서 열적으로 안정한 유전체 다층막을 사용하고 있기 때문에, 편광 분리·합성 광학 소자(201)의 편광 분리 성능은 열적으로 안정하다. 그러므로, 큰 광 출력이 요구되는 투사형 표시 장치(6)에 있어서도 항상 안정한 편광 분리 성능을 발휘할 수 있다.

또한, 2개의 광원부(101, 102)를 사용하고 있음에도 불구하고, 조명 광의 피조명 영역에 대한 입사 각도(조명각)를 크게하지 않고, 2개의 광원부(101, 102)로부터의 조명 광을 합성할 수 있기 때문에, 조명 광의 단면적은 1개의 광원부를 사용한 경우와 같으며, 따라서 일정 면적 당의 광량을 1개의 광원부를 사용한 경우와비교하여 2배로 할 수 있다. 따라서, 보다 밝은 투사 화상을 실현할 수 있다.

또한, 본 실시예의 투사형 표시 장치(6)에 있어서도, 편광 변환 광학 소자인 집광 렌즈부(도시하지 않음)와 색광 분리용 크로스 다이크로익 프리즘(804) 사이에, 광로 변경 광학 소자인 반사 미러(도시하지 않음)를 배치하고 있기 때문에, 제 6 실시예에서 설명한 바와 같이, 일 방향의 두께를 얇게 한 박형의 투사형 표시 장치를 실현할 수 있다.

또한, 본 실시예의 투사형 표시 장치(6)에 있어서도, 상술한 바와 같이, 제 1 및 제 2 광원부(101, 102) 중 어느 한쪽을 착탈 가능하게 하거나, 제 1 및 제 2 광원부(101, 102)에 발광 스펙트럼이나 휘도 특성이 서로 다른 2종류의 광원 램프를 사용하기도 하며, 2개의 광원 램프를 선택적으로 점등 가능하게 하는 구성으로 하는 것이 가능하고, 상술한 바와 같은 효과를 얻을 수 있다.

또, 각각의 편광 빔 스플리터(808, 809, 810)의 입사측과, 각각의 편광 빔 스플리터(808, 809, 810)의 사출측 또는 색광 합성용 크로스 다이크로익 프리즘의 사출측의 어느 하나에 편광 판을 배치하여도 되며, 그러한 경우에는 표시 화상의 콘트라스트비를 향상할 수 있는 가능성이 있다.

본 실시예와 같이 반사형 라이트 밸브를 사용한 투사형 표시 장치에서는 색 분리 및 색 합성의 광학계를 1개의 편광 빔 스플리터와, 1개의 색 분리·합성 프리즘의 조합으로 구성하는 것이 알려져 있다. 이 경우는 편광 조명 장치로부터 사출된 편광 광을 편광 빔 스플리터에 의해 색 분리·합성 프리즘으로 유도하여, 이 색 분리·합성 프리즘에 의해 색 분리된 광을 반사형 라이트 밸브로 사출한다. 그리고, 반사형 라이트 밸브에 의해 변조된 광을 다시 색 분리·합성 프리즘으로 입사시켜 합성하고, 편광 빔 스플리터를 통해 투사하게 된다.

또, 편광 조명 장치(1) 대신에, 상술한 편광 조명 장치(2 내지 4)를 사용하여도 가능함은 물론이다.

[기타 실시예]

투과형 액정 라이트 밸브를 사용한 투사형 표시 장치에 있어서는 제 6 실시예의 투사형 표시 장치(5)에서 사용한 크로스 다이크로익 프리즘(713)을 대신하여, 2장의 다이크로익 미러에 의해 색광 합성 광학 소자를 구성한 소위 미러 광학계에 대하여도, 본 발명의 편광 조명 장치를 적용할 수 있다. 미러 광학계의 경우에는 3개소의 액정 라이트 밸브와 편광 조명 장치 사이의 광로의 길이를 같게 할 수 있기 때문에, 제 1 실시예에 예시된 바와 같은 광 유도 수단(750)을 사용하지 않아도, 밝기 불균일이나 색 불균일이 적은 효과적인 조명을 행할 수 있는 특징이 있다.

상기의 어떠한 실시예에 있어서도, 집광 렌즈부(401)에 있어서는 x 편광 광을 z 편광 광으로 변환하고, 편광 방향이 z 방향에 일치된 광을 조명광으로서 사용하고 있지만, 반대로 z 편광 광을 x 편광 광으로 변환하여, 편광 방향이 x 방향에 일치된 광을 조명광으로서 사용하여도 된다. 이 경우에는 λ/2 위상차 판(421)의 위상차 층(422)을 z 편광 광에 의한 2차 광원 상이 형성되는 위치에 배치하면 된다. 또한, z 편광 광 및 x 편광 광의 쌍방에 대하여 편광 방향의 회전 작용을 부여하는 것에 의해, 편광 방향을 일치시켜도 된다. 이 경우에는 쌍방의 편광 광에 의한 2차 광원 상이 형성되는 위치에 위상차 층을 배치하면 된다.

또한, 상기의 예에서는 λ/2 위상차 판, λ/4 위상차 판으로서 일반적인 고분자 필름으로 이루어지는 것을 예시하고 있다. 그러나, 이들의 위상차 판을 트위스트·네마틱 액정(TN 액정)을 사용하여 구성하여도 된다. TN 액정을 사용한 경우에는 위상차 판의 파장 의존성을 작게 할 수 있으므로, 일반적인 고분자 필름을 사용한 경우와 비교하여, λ/2 위상차 판 및 λ/4 위상차 판의 편광 변환 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기의 실시예에서는, 모두, 제 2 편광 분리막을 유전체 다층막으로 구성하고 있지만, FTIR 막은 소정의 액정 재료에 의해서 구성할 수 있는 것도 알려져 있다. 따라서, 제 2 편광 분리막을 이러한 액정 재료에 의한 액정층으로 구성하는 것도 가능하다.

또, 상기 실시예에 따른 편광 조명 장치는 액정 라이트 밸브와 같은 특정 편광 광을 이용하는 라이트 밸브를 구비한 투사형 표시 장치에 특히 유효하다. 그러나, DMD(미국 텍사스 인스트루먼트 사의 등록 상표) 등, 특정 편광 광을 이용하지 않도록 한 라이트 밸브를 구비한 투사형 표시 장치에 본원 발명을 적용하는 경우에도, 상기 실시예에 따른 투사형 표시 장치와 같은 효과를 얻는 것이 가능하다.

Claims (14)

1. 제 1, 제 2 광원부와,

   상기 제 1 광원부로부터 사출된 광 중, 편광 방향이 입사면과 평행한 직선 편광 광을 투과하며 편광 방향이 입사면과 직교하는 직선 편광 광을 반사하는 제 1 편광 분리막과, 상기 제 2 광원부로부터 사출된 광 중, 편광 방향이 입사면과 직교하는 직선 편광 광을 투과하며 편광 방향이 입사면과 평행한 직선 편광 광을 반사하는 제 2 편광 분리막을 갖는 편광 분리·합성 광학 소자와,

   상기 제 1 편광 분리막을 투과한 상기 직선 편광 광의 진행 방향을 반전시킴과 동시에 집광 상을 형성하는 복수의 미소 집광 반사 소자를 구비한 제 1 집광 반사 광학 소자와,

   상기 제 1 편광 분리막 및, 상기 제 2 편광 분리막에 의해 반사된 상기 직선 편광의 진행 방향을 반전시킴과 동시에 집광 상을 형성하는 복수의 미소 집광 반사 소자를 구비한 제 2 집광 반사 광학 소자와,

   상기 제 2 편광 분리막을 투과한 상기 직선 편광의 진행 방향을 반전시킴과 동시에 집광 상을 형성하는 복수의 미소 집광 반사 소자를 구비한 제 3 집광 반사 광학 소자와,

   상기 편광 분리·합성 광학 소자와 상기 제 1 집광 반사 광학 소자 사이에 배치된 제 1 편광 상태 변환 광학 소자와,

   상기 편광 분리·합성 광학 소자와 상기 제 2 집광 반사 광학 소자 사이에배치된 제 2 편광 상태 변환 광학 소자와,

   상기 편광 분리·합성 광학 소자와 상기 제 3 집광 반사 광학 소자 사이에 배치된 제 3 편광 상태 변환 광학 소자와,

   상기 편광 분리·합성 광학 소자에 의해 합성된 직선 편광 광의 편광 방향을 일치시키는 편광 변환 광학 소자를 구비한 편광 조명 장치에 있어서,

   상기 제 1 집광 반사 광학 소자 및 상기 제 3 집광 반사 광학 소자의 상기 미소 집광 반사 소자에 의해 반사되어 상기 편광 변환 광학 소자에 입사하는 광속의 중심축과, 상기 제 2 집광 반사 광학 소자의 상기 미소 집광 반사 소자에 의해 반사되어 상기 편광 변환 광학 소자에 입사하는 광속의 중심축과 서로 평행하며, 또한 겹치지 않는 것을 특징으로 하는 편광 조명 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 미소 집광 반사 소자의 개구 형상은 피조명 영역의 형상과 서로 유사한 형상인 것을 특징으로 하는 편광 조명 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 편광 변환 광학 소자의 입사면측 또는 사출면측에는, 상기 편광 분리·합성 광학 소자로부터 사출된 광을 집광하기 위해, 복수의 집광 소자를 구비한 집광 광학 소자가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 편광 조명 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 편광 변환 광학 소자의 사출면측에는, 상기 편광 변환 광학 소자로부터 사출된 광을 피조명 영역상에 중첩하는 중첩 광학 소자가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 편광 조명 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 편광 변환 광학 소자의 사출면측에는, 상기 편광 변환 광학 소자로부터 사출된 광의 광로를 변경하는 광로 변경 광학 소자가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 편광 조명 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 1 내지 제 3 집광 반사 광학 소자의 상기 미소 집광 반사 소자는 곡면 반사 미러로 이루어지는 것을 특징으로 하는 편광 조명 장치.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 1 내지 제 3 집광 반사 광학 소자의 상기 미소 집광 반사 소자는 렌즈와, 상기 렌즈의 상기 편광 분리·합성 광학 소자와는 반대측의 면에 설치된 반사면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 편광 조명 장치.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 편광 조명 장치와,

   상기 편광 조명 장치로부터 사출된 광을 변조하는 광 변조 소자와,

   상기 광 변조 소자에 의해 변조된 광을 투사하는 투사 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 투사형 표시 장치.
9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 편광 조명 장치와,

   상기 편광 조명 장치로부터 사출된 광을 복수의 색광으로 분리하는 색광 분리 광학 소자와,

   상기 색광 분리 광학 소자에 의해 분리된 색광을 각각 변조하는 복수의 광 변조 소자와,

   상기 복수의 광 변조 소자에 의해 변조된 광을 합성하는 색광 합성 광학 소자와,

   상기 색광 합성 광학 소자에 의해 합성된 광을 투사하는 투사 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 투사형 표시 장치.
10. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 편광 조명 장치와,

    상기 편광 조명 장치로부터 사출된 광을 변조하는 반사형 광 변조 소자와,

    상기 편광 조명 장치로부터 사출된 광 및, 상기 반사형 광 변조 소자에 의해 변조된 광에 포함되는 복수의 편광 성분을 분리하는 편광 분리 광학 소자와,

    상기 반사형 광 변조 소자에 의해 변조되며, 상기 편광 분리 광학 소자를 통해 사출된 광을 투사하는 투사 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 투사형 표시 장치.
11. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 편광 조명 장치와,

    상기 편광 조명 장치로부터 사출된 광을 변조하는 복수의 반사형 광 변조 소자와,

    상기 편광 조명 장치로부터 사출된 광 및, 상기 복수의 반사형 광 변조 소자에 의해 변조된 광에 포함되는 복수의 편광 성분을 분리하는 편광 분리 광학 소자와,

    상기 편광 분리 광학 소자와 상기 복수의 반사형 광 변조 소자 사이에 배치되며, 상기 편광 조명 장치로부터 사출된 광을 복수의 색광으로 분리하는 동시에, 상기 복수의 반사형 광 변조 소자로부터 사출된 색광을 합성하는 색광 분리 합성 광학 소자와,

    상기 반사형 광 변조 소자에 의해 변조되며, 상기 색광 분리 합성 광학 소자와 상기 편광 분리 광학 소자를 통해 사출된 광을 투사하는 투사 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 투사형 표시 장치.
12. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 편광 조명 장치와,

    상기 편광 조명 장치로부터 사출된 광을 복수의 색광으로 분리하는 색광 분리 광학 소자와,

    상기 색광 분리 광학 소자에 의해 분리된 색광을 각각 변조하는 복수의 반사형 광 변조 소자와,

    상기 색광 분리 광학 소자에 의해서 분리된 각 색광 및, 상기 반사형 광 변조 소자에 의해 변조된 각 색광에 포함되는 복수의 편광 성분을 분리하는 복수의 편광 분리 광학 소자와,

    각각의 상기 반사형 광 변조 소자에 의해 변조되며, 각각의 상기 편광 분리광학 소자를 통해 사출된 광을 합성하는 색광 합성 광학 소자와,

    상기 색광 합성 광학 소자에 의해 합성된 광을 투사하는 투사 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 투사형 표시 장치.
13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 1, 제 2 광원부 중, 적어도 한쪽이 착탈 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 투사형 표시 장치.
14. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 1, 제 2 광원부 중, 적어도 한쪽이 선택 점등 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 투사형 표시 장치.