KR20040023561A

KR20040023561A - 반사형 액정 프로젝터

Info

Publication number: KR20040023561A
Application number: KR10-2003-7000580A
Authority: KR
Inventors: 가토시게루; 가메야마히로키
Original assignee: 사노 후지 고키 가부시키가이샤
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2004-03-18
Also published as: JP2003029331A; US20030189676A1; WO2003007073A1; CN1463384A; US6980260B2

Abstract

백색 조명광을 다이크로익 미러에 의하여 제 1 파장성분 조명광을 제 2, 제 3 파장성분 조명광으로부터 분리시켜 제 1 액정 표시소자에 반사시키고, 나아가 제 1 파장성분 이미지광으로 하고, 이 제 1 파장성분 이미지광을 제 1 편광빔 스플리터의 편광면에서 반사 또는 투과시키는 한편, 제 2, 제 3 파장성분 조명광은, 1/2 위상차판으로 한쪽의 파장성분 조명광의 편파면을 90°변환하고, 다른 파장성분 조명광은 편파면을 변환시키지 않고 투과시키고, 다시 제 2 편광빔 스플리터에 의하여 제 2, 제 3 파장성분을 분리하여 각각 제 2, 제 3 액정 표시소자에 반사시켜 얻은 제 2, 제 3 파장성분 이미지광을 다시 합성하고, 또한 다이크로익 프리즘으로 3개의 파장성분 이미지광을 합성하도록 하고, 제 1, 제 2 편광빔 스플리터의 편광면은 s 편광광을 반사시키고, p 편광광을 투과시키는 것이 사용되고, 다이크로익 프리즘은 제 2 파장성분 이미지광이 p 편광광으로 투과시키는 것이고, 제 1, 제 3 파장성분 이미지광은 s 편광광으로 한다.

Description

반사형 액정 프로젝터{REFLECTION TYPE LIQUID CRYSTAL PROJECTOR}

반사형 액정 프로젝터에 있어서의 광학시스템은, 백색 광원으로부터의 조명광을 R, G, B의 3색으로 분해하기 위한 색분해 광학계와, 이들 R, G, B의 각 파장성분의 조명광을 반사시켜, 각각 각 파장성분의 이미지광을 생성하는 3매의 반사형 액정 표시소자와, 이들 각 액정 표시소자로부터 반사한 이미지광을 합성하는 색합성 광학계를 포함하는 것으로 구성된다. 색분해 광학계로서는, 다이크로익 미러나 편광빔 스플리터 등으로 이루어지는 광학소자가 사용되고, 색합성 광학계로서는, 편광빔 스플리터나 다이크로익 프리즘 등의 광학소자가 사용된다. 이와 같은 종류의 광학 시스템으로서는 종래부터 여러가지의 것이 제안되고 있고, 예를 들면 일본국 특개 2001-92005호 공보, 특개2001-100155호 공보, 특개평11-326861호 공보 등에 개시되어 있는 것이 있다.

여기서 상기한 종래기술에 의한 반사형 액정 프로젝터의 광학시스템에서는어느 것이나 조명광을 R, G, B의 3색의 파장성분 조명광으로 분리하기 위하여, 또는 다이크로익 미러에 의하여 1색의 조명광을 분리한 후, 다시 2색의 파장성분 조명광으로 분리하기 위한 광학소자로서, 편광빔 스플리터가 사용되고 있다. 또 3매의 반사형 액정 표시소자에서 반사한 R, G, B의 각 파장성분의 이미지광을 합성하기 위해서도 편광빔 스플리터와 다이크로익 프리즘이 사용된다.

그런데 편광빔 스플리터나 다이크로익 프리즘은, 일반적으로는 p 편광광을 투과시켜 s 편광광을 반사시키는 데 적합한 광학소자이다. 물론 p 편광광을 반사시켜 s 편광광을 투과시키는 특성을 가지는 것도 없는 것은 아니다. 일반적으로 편광빔 스플리터나 다이크로익 프리즘은 다층막으로 형성되나, p 편광광을 반사시키고, s 편광광을 투과시키는 광학소자는, p 편광광을 투과시키고, s 편광광을 반사시키는 것과 비교하여 2배 이상의 층수가 필요하게 되어 광학소자로서 아주 고가의 것이 된다. 그러나 상기한 종래기술의 구성에서는 일부의 편광빔 스플리터나 다이크로익 프리즘으로 p 편광광을 반사시키고, s 편광광을 투과시키도록 구성하고 있고, 이 때문에 광학시스템 전체가 아주 고가의 것으로 되어 있다.

이들 종래기술 중, 일본국 특개평11-326861호 공보에 나타낸 반사형 액정프로젝터에는 s 편광광으로 한 조명광을 다이크로익 미러로 먼저 녹색의 파장성분 조명광을 청색 및 적색의 파장성분 조명광으로부터 분리하고, 이들 청색 및 적색의 파장성분 조명광을 1/2 위상차판에 통과시킴으로써, 적색의 파장성분 조명광을 p 편광광이 되도록 편파면을 90°회전시키도록 하고 있다. 또 s 편광광 그대로인 녹색의 파장 조명광은 1개의 편광빔 스플리터에서 반사시켜 액정 표시소자에 입사시킨다. 그리고 p 편광광의 적색 파장성분 조명광 및 s 편광광의 청색 파장성분 조명광은 또 하나의 편광빔 스플리터로 분리한다. 이 때에 p 편광광의 적색 파장성분 빛은 그 편광면을 투과시키고, s 편광광인 청색 파장성분 빛을 편광면에서 반사시켜, 각각 액정 표시소자에 입사시키는 구성으로 하고 있다. 따라서 2개 사용되는 편광빔 스플리터에서는 반드시 s 편광광이 반사하고, p 편광광이 투과하게 된다.

그러나 이 일본국 특개평11-326861호 공보의 광학시스템에서는, 최종적으로 3색의 이미지광을 합성하기 위하여, 다이크로익 프리즘을 사용하고 있으나, 이 다이크로익 프리즘에서는 p 편광광인 녹색 파장성분 이미지광을 투과시키고, s 편광광 인 적색 파장성분 이미지광과 p 편광광인 청색 파장성분 이미지광을 반사시키게 된다.

여기서, 다이크로익 프리즘은 일반적으로 입사각에 의하여 투과특성에 불균일이 생기는 것을 억제할 수는 없다. 통상 반사형 액정 프로젝터에 있어서는, 그 광원부에 집광렌즈가 설치되어 있고, 따라서 다이크로익 프리즘에 입사되는 빛의 광속은 조절되어 소정의 각도범위를 가지고 입사되게 된다. 상기한 종래기술과 같이 다이크로익 프리즘에 녹색 파장성분 이미지광을 p 편광광으로서 투과시키고, 또한 적색 파장성분 이미지광을 p 편광광으로서 반사시키면, 어느 하나의 색의 이미지광이 입사각에 의하여 투과율이 크게 저하하여, 출사광의 출력효율이 저하하게 된다. 따라서 다이크로익 프리즘에의 입사각을 작게 하지 않으면 안되고, 이 때문에 집광렌즈로서 f 값이 큰 어두운 렌즈밖에 사용할 수 없어, 이 점으로부터도 이미지광의 출력효율이 저하한다는 문제점이 있다.

본 발명은 편파면이 갖추어진 백색 조명광을 3색으로 분해하여, 각각의 파장성분의 조명광을 각각 반사형 액정 표시소자에 반사시켜 R, G, B의 파장성분에 의한 이미지광으로 하고, 이들 각 파장성분 이미지광을 합성하여 출사하는 반사형 액정 프로젝터에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 있어서의 제 1 실시형태를 나타내는 반사형 액정 프로젝터의 구성 설명도,

도 2는 다이크로익 미러의 광투과 특성 선도,

도 3은 편광빔 스플리터의 광투과 특성 선도,

도 4는 1/2 위상차판의 빛의 회전투과 특성 선도,

도 5는 다이크로익 프리즘의 광투과 특성 선도,

도 6은 청색의 파장성분을 반사시키는 데 적합한 다이크로익 프리즘에 s 편광광을 입사하였을 때의 각도 특성 선도,

도 7은 청색의 파장성분을 반사시키는 데 적합한 다이크로익 프리즘에 p 편광광을 입사하였을 때의 각도 특성 선도,

도 8은 다이크로익 프리즘에 있어서의 각 이미지광의 출력 특성 선도,

도 9는 도 1의 광학구성의 변형예를 나타내는 도,

도 10은 도 9의 일체화된 광학유리를 분리하여 나타내는 도,

도 11은 본 발명에 있어서의 제 2 실시형태를 나타내는 반사형 액정 프로젝터의 구성 설명도,

도 12는 본 발명에 있어서의 제 3 실시형태를 나타내는 반사형 액정 프로젝터의 구성 설명도,

도 13은 본 발명에 있어서의 제 4 실시형태를 나타내는 반사형 액정 프로젝터의 구성 설명도,

도 14는 본 발명에 있어서의 제 5 실시형태를 나타내는 반사형 액정 프로젝터의 구성 설명도,

도 15는 본 발명에 있어서의 제 6 실시형태를 나타내는 반사형 액정 프로젝터의 구성 설명도,

도 16은 적색의 파장성분을 반사시키는 데 적합한 다이크로익 프리즘에 s 편광광을 입사하였을 때의 각도 특성 선도,

도 17은 적색의 파장성분을 반사시키는 데 적합한 다이크로익 프리즘에 p 편광광을 입사하였을 때의 각도 특성 선도이다

본 발명은 이상의 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는 반사형 액정 프로젝터를 구성하는 광학시스템에 있어서, 간단한 광학구성으로서, 양질이고, 밝은 영상출력을 얻도록 하는 것에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광원부로부터 조사되는 편광방향이 갖추어진 백색 조명광을, 제 1, 제 2, 제 3의 파장성분 조명광으로 나누어 각각반사형 액정 표시소자에 반사시켜 제 1, 제 2, 제 3의 파장성분 이미지광으로 하고, 이들 각 파장성분 이미지광을 합성하여 출사하도록 한 반사형 액정 프로젝터로서, 상기 백색 조명광 중, 제 1 파장성분 조명광을 제 2, 제 3의 파장성분 조명광으로부터 분리하기 위한 다이크로익 미러와, 제 1 파장성분 조명광을 투과 또는 반사시키고, 제 1 액정 표시소자에 반사시킴으로써 제 1 파장성분 이미지광으로 하고, 이 제 1 파장성분 이미지광을 반사 또는 투과시키는 편광면을 가지는 제 1 편광빔 스플리터와, 제 2, 제 3의 파장성분 조명광 중 어느 하나의 파장성분 조명광의 편파면을 90°변환한 다음에 투과시키는 한편, 다른 파장성분 조명광은 편파면을 변환시키지 않고 투과시키는 1/2 위상차판과, 상기 1/2 위상차판으로부터의 투과광 중, 제 2 파장성분 조명광을 반사 또는 투과시키고, 제 2 액정 표시소자에 반사시켜 제 2 파장성분 이미지광으로 하고, 이 제 2 파장성분 이미지광을 투과 또는 반사시킴과 동시에, 제 3 파장성분 조명광을 투과 또는 반사시켜 제 3 액정 표시소자에 반사시킴으로써 제 3 파장성분 이미지광으로 하고, 이 제 3 파장성분 이미지광을 반사 또는 투과시키는 편광면을 가지는 제 2 편광빔 스플리터와, 상기 제 1, 제 2 편광빔 스플리터로부터 출사된 각 파장성분 이미지광을 합성하기 위한 다이크로익 프리즘을 구비하고, 상기 제 1, 제 2 편광빔 스플리터의 편광면은 s 편광광을 반사시키고, p편광광을 투과시키는 것이고, 상기 다이크로익 프리즘은 제 2 파장성분 이미지광이 p 편광광으로 투과시키는 것이고, 또한 제 1, 제 2 파장성분 이미지광은 s 편광광으로 하는 것을 그 특징으로 하는 것이다.

즉, 본 발명의 반사형 액정 프로젝터는, 기본적으로는 다이크로익 미러와, 2개의 편광빔 스플리터와, 1/2 위상차판과, 다이크로익 프리즘으로 구성된다. 여기서 제 1, 제 2, 제 3의 파장성분은, 예를 들면 제 1 파장성분을 청색의 파장성분이라 하면, 제 2 파장성분은 녹색, 제 3 파장성분은 적색의 파장성분이며, 또 제 1 파장성분을 적색의 파장성분이라고 하면, 제 2 파장성분은 녹색, 제 3 파장성분은 청색의 파장성분이고, 즉 단파장측으로부터 또는 장파장측으로부터 순서대로 제 1, 제 2, 제 3의 파장성분이 된다. 다이크로익 미러는 백색 조명광을 제 1 파장성분과 제 2, 제 3의 파장성분으로 분리하기 위한 것이다. 또 1/2 위상차판에서는 제 2 편광빔 스플리터에서 반사시키는 파장성분을 s 편광광으로 하고, 제 2 편광빔 스플리터를 투과시키는 파장성분을 p 편광광으로 한다.

다이크로익 프리즘에 있어서, 입사광의 각도에 의하여 투과율 및 반사율이 변화하는 것을 최소한으로 억제한다. 여기서 다이크로익 프리즘으로서는 청색 파장성분의 s 편광광을 반사시키는 특성을 가지는 것, 또는 적색 파장성분의 s 편광광을 반사시키는 특성을 가지는 것을 사용한다. 이 경우 청색을 반사시키는 경우에는 반사시키는 적색 파장성분이 s 편광광이면 거의 100% 투과한다. 또 적색을 반사시키는 경우에는 청색 파장성분을 거의 100% 투과시키기 위해서는 s 편광광으로 하면 좋다. 한편 녹색 파장성분에 대해서는 다이크로익 프리즘에 입사시키는 빛은, 어느 정도의 각도로부터 입사시켜도 p 편광광이면 투과율은 100% 또는 그것에 가까운 값이 얻어지나, s 편광광으로 하였을 때에는 입사광의 각도에 의하여 투과율은 크게 변화한다. 따라서 다이크로익 프리즘에서는 제 2 파장성분 이미지광인 녹색 파장성분의 이미지광은 제 2 편광빔 스플리터로부터의 출사시에는 p 편광광으로 하고, 또한 다이크로익 프리즘을 투과시키도록 한다. 또 청색 파장성분 및 적색 파장성분은 어느 것이나 s 편광광으로 하고, 어느 것인가 한쪽을 반사시키고, 다른쪽을 투과시키도록 한다. 이에 의하여 입사각이 커져도 투과(및 반사)효율의 저하를 방지할 수 있기때문에 집광렌즈로서 f 값이 작고, 밝은 렌즈를 사용할 수 있다.

조명광은 편파면이 구비되어 있으면 p 편광광이든, s 편광광이든 어느 것이더라도 상관없다. 단, 다이크로익 프리즘에서는 제 1 파장성분 이미지광을 s 편광광으로 반사시키는 것이 가장 바람직하고, 이를 위해서는 조명광은 p 편광광에 갖추어지는 것이 바람직하다. 한편 s 편광광의 조명광을 사용하는 경우에는 제 1 편광빔 스플리터의 앞에 1/2 위상차판을 배치하여 p 편광광이 되도록 편파면을 90°회전시키면 좋다.

1/2 위상차판은, 독립된 평행 평면판에 성막함으로써도 형성할 수 있으나, 제 2 편광빔 스플리터의 입사면에 성막에 의하여 형성하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 또 제 1, 제 2 편광빔 스플리터와 다이크로익 프리즘은, 각각 별개의 광학소자로서 구성할 수도 있으나, 이들을 일체화하여 제 1, 제 2 편광빔 스플리터로부터 다이크로익 프리즘에의 입사광의 광로에 경계면을 설치하지 않도록 할 수도 있다.

먼저, 도 1에 본 발명의 일 실시형태를 나타낸다. 도면 중에 있어서, 1은 백색 광원, 2는 편광 변환수단이고, 이들에 의하여 광원부가 구성된다. 편광 변환수단 (2)은 백색 광원(1)으로부터의 조명광의 편파면을 갖추기 위한 것으로, 본 실시형태에 있어서는 조명광은 편광 변환수단(2)에 의하여 p 편광광으로 조절된다.

3은 다이크로익 미러로서, 조명광은 먼저 이 다이크로익 미러(3)에 입사된다. 이 다이크로익 미러(3)는 제 1 파장성분 조명광인 청색 파장성분 조명광(이하, B 조명광이라 함)을 제 2 파장성분 조명광으로서의 녹색 파장성분 조명광(이하, G 조명광이라 함) 및 제 3 파장성분 조명으로서의 적색 파장성분 조명광(이하, R 조명광이라 함)으로부터 분리하기 위한 것이다. 즉, 다이크로익 미러(3)에서는 B 조명광을 투과시키고, G 조명광 및 R 조명광을 반사시킨다.

4는 제 1 편광빔 스플리터(이하, 제 1 PBS라 함)로서, 다이크로익 미러(3)를 투과한 B 조명광은 p 편광광이고, 이 B 조명광은 제 1 PBS(4)의 편광면(4a)을 투과한다. 그리고 이 제 1 PBS(4)의 투과광로에는 청색용의 이미지광을 형성하기 위한 반사형 액정 표시소자(이하, B-LCD라 함)(7B)가 설치되어 있다. 따라서 B 조명광은 이 B-LCD(7B)에 반사하여 청색 파장성분 이미지광(이하, B 이미지광이라 함)이 얻어진다. 이 B 이미지광은 B-LCD(7B)에 반사함으로써 s 편광광이 된다. 그리고 이 B 이미지광은 제 1 PBS(4)의 편광면(4a)에서 반사하여, 광로가 90°굴절한다.

5는 1/2 위상차판(이하, 단지 위상차판이라 함)이고, 이 위상차판(5)은 다이크로익 미러(3)에 반사한 G 조명광과 R 조명광 중, G 조명광의 편파면을 90°회전시켜 s 편광광으로서 투과하고, R 조명광의 편파면은 회전하지 않고, p 편광광인 채로 투과한다.

6은 제 2 편광빔 스플리터(이하, 제 2 PBS라 함)이고, 위상차판(5)을 투과한 s 편광광인 G 조명광과 p 편광광인 R 조명광 중, 이 제 2 PBS(6)의 편광면(6a)에서 G 조명광이 반사하고, R 조명광이 투과한다. 그 결과, 이들 G 조명광과 R 조명광이 분리된다. 그리고 G 조명광의 광로에는 녹색용의 반사형 액정 표시소자(이하, G-LCD라 함)(7G)가 배치되어 있고, G 조명광은 이 G-LCD(7G)에 반사하여 녹색 파장성분 이미지광(이하, G 이미지광이라 함)이 얻어진다. G 조명광은 s 편광광이므로, G-LCD(7G)에 반사한 G 이미지광은 p 편광광이 된다. 또 R 조명광은 p 편광광이고, 제 2 PBS(6)의 편광면(6a)을 투과하는 광로에 임하는 적색용의 반사형 액정 표시소자(이하, R-LCD라 함)(7R)에 반사함으로써, 적색 파장성분 이미지광(이하, R 이미지광이라 함)이 얻어진다. R 조명광은 p 편광광이므로 R-LCD(7R)에서 반사한 R 이미지광은 s 편광광이 된다. 또한 G 이미지광은 제 2 PBS(6)의 편광면(6a)을 투과하고, R 이미지광은 제 2 PBS(6)의 편광면(6a)에서 반사하게 되어, 이에 의하여 G 이미지광과 R 이미지광이 합성된다.

8은 다이크로익 프리즘이고, 이 다이크로익 프리즘(8)은 제 1 PBS(4)의 편광면(4a)에서 반사한 B 이미지광과, 제 2 PBS(6)에서 합성된 G 이미지광 및 R 이미지광을 합성하여 출력하는 것이다. 이 다이크로익 프리즘(8)에 있어서의 다이크로익막(8a)의 특성으로서는, B 이미지광을 반사시키고, G 이미지광 및 R 이미지광을 투과시키는 것이다. 이에 의하여 R, G, B의 3색의 이미지광이 합성되어 출력된다.

도 2에 다이크로익 미러(3)의 파장투과 특성을 나타낸다. 상기 도면으로부터 분명한 바와 같이, 다이크로익 미러(3)에 있어서는 파장이 대략 500nm을 경계로 하여 그 이하의 파장은 거의 모두 투과하고, 500nm 이상의 파장성분은 거의 전반사하는 특성을 가지는 것이다. 이에 의하여 단파장측인 B 조명광을 중간 파장인 R 조명광 및 장파장측의 R 조명광으로부터 분리시킬 수 있다. 제 1 PBS(4) 및 제 2 PBS(6)의 특성으로서는, 도 3에 있어서 실선으로 나타낸 p 편광광은 거의 모두 투과하고, 점선으로 나타낸 s 편광광은 거의 전반사(全般事)하는 것이다. 또한 위상차판 (5)에 의한 G 조명광의 회전투과 특성을 도 4에 나타낸다. 이 도면으로부터분명한 바와 같이, 파장이 대략 450nm 내지 570nm 까지의 영역에서는 회전 투과율은 거의 100%가 되고, 위상차판(5)에 입사된 p 편광광인 G 조명광은 그 거의 100%가 s 편광광으로 변환되어 투과한다. 또 그 이상의 파장영역, 즉 장파장측인 R 조명광은 편파면을 회전시키지 않고 투과한다. 또한 위상차판(5)의 특성으로서, 편파면을 회전시키는 대역을 좁게 하고 있으나, 중요한 것은 G 조명광을 s 편광광으로 바꾸고, R 조명광이 p 편광광인 채로 투과하도록 되어 있으면 좋다.

또 다이크로익 프리즘(8)에는 s 편광광인 B 이미지광과, p 편광광인 G 이미지광과, s 편광광인 R 이미지광이 입사된다. 여기서 B 이미지광은 다이크로익 막 (8a)에서 반사하는 것으로, G 이미지광 및 R 이미지광은 다이크로익 막(8a)을 투과한다. 따라서 다이크로익 프리즘(8)으로서는, 도 5에 나타낸 투과특성을 가지는 것을 사용한다. 상기 도면에 있어서 실선은 p 편광광의 투과특성, 점선은 s 편광광의 투과특성을 나타내고 있다. 이 도면으로부터 분명한 바와 같이 p 편광광은 파장이 470nm 정도까지는 안정된 투과특성이 얻어지지 않으나, 470nm 이상의 파장은 거의 100% 투과한다. 한편 s 편광광은 520nm 정도까지는 실질적으로 전반사하고, 그 이상의 파장은 거의 모두 투과한다. 이와 같은 특성을 가지는 청색 반사형의 다이크로익 프리즘(8)을 사용함으로써, s 편광광인 B 이미지광은 다이크로익 프리즘(8)에서 실질적으로 전반사하고, p 편광광인 G 이미지광 및 s 편광광인 R 이미지광은 실질적으로 모두 투과한다.

그런데 도시는 생략하였으나, 광원부에는 집광렌즈가 설치되어 있고, 따라서 조명광의 광속은 어느 부위에서는 좁아지게 되고, 또 어느 부위에서는 넓어지게 된다. 따라서 광원부로부터의 출사광은 소정의 각도범위를 가지게 된다. 렌즈의 f 값을 작게 하고, 밝은 렌즈를 사용하면 이 각도범위는 커지고, 예를 들면 대략 ± 15°라는 각도를 가지게 된다. 일반적으로 다이크로익 막은 입사각에 따라 투과특성 및 반사특성이 변화한다. 액정 프로젝터에서는 밝은 영상을 얻기 위하여 광학 시스템에 있어서 광량의 손실을 적게 하여 최대한으로 투과 및 반사시킬 필요가 있다.

본 실시형태에서는 다이크로익 프리즘(8)은 s 편광광인 B 이미지광을 반사시키고, p 편광광의 G 이미지광과, s 편광광의 R 이미지광을 투과시키기 때문에 다이크로익 프리즘(8)으로서는 단파장측을 반사시키는 데 적합한 것이 사용된다. 따라서 이 타입의 다이크로익 프리즘(8)에 있어서의 각도 특성을 도 6 및 도 7에 나타낸다. 도 6에는 s 편광광의 각도 특성이, 도 7에는 p 편광광의 각도 특성이 나타나 있다. 또 이들 도면에 있어서 실선으로 나타낸 것은 입사각이 O°일 때의 투과특성 이고, 점선은 +15°의 입사각에 있어서의 투과특성, 일점쇄선은 -15°일 때의 입사각에 있어서의 투과특성이다. 따라서 도 6에 있어서는 중간파장인 500nm 내지 560nm의 범위에서는 입사각에 의한 투과율이 변동하나, 단파장측에서는 거의 전반사하고, 장파장측에서는 거의 모두 투과한다. 한편 도 7에 있어서는 단파장측에서는 입사각에 의한 투과율의 변동이 커서, 520nm인 중간파장으로부터 장파장측에서는 거의 100%의 투과율이 얻어진다.

다이크로익 프리즘(8)에서는 s 편광광인 B 이미지광을 반사시키고, p 편광광 인 G 이미지광 및 s 편광광인 R 이미지광을 투과시키도록 하고 있다. 따라서 입사각에 의한 투과율의 저하의 요인을 완전히 배제할 수 있게 되어, f 값이 작은 밝은 집광렌즈를 사용하여도 도 8에 나타낸 바와 같이, 다이크로익 프리즘(8)에서 3색을 합성한 이미지광은 아주 높은 효율의 출력특성이 얻어진다.

그렇게 하여 도 1의 광학구성은, 다이크로익 미러(3)와, 1/2 위상차판(5)과, 2개의 편광빔 스플리터(4, 6)와, 다이크로익 프리즘(8)이라고 하는 적은 광학소자로 구성되기 때문에, 구성이 간략화되고, 또한 각 광학소자 사이의 광축 맞춤도 용이하게 되는 등의 이점이 있다. 또 편광빔 스플리터(4, 6)에서는 어느 것이나 s 편광광을 반사시키고, p 편광광을 투과시키도록 하고 있기 때문에, 이들 편광면의 막구성이 간단하게 되어 저렴하게 제조할 수 있다. 또한 3색의 이미지광을 합성하기 위한 다이크로익 프리즘(8)에서는 입사각에 의한 투과율의 저하를 초래하지 않는 등의 이점이 있다.

여기서 1/2 위상차판(5)은, 편광빔 스플리터(6)와는 별개의 광학소자로서 구성할 수도 있으나, 도시한 바와 같이 편광빔 스플리터(6)의 입사면에 성막함으로써 일체적으로 형성하는 것이 바람직하다. 또 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이 제 1, 제 2 PBS(4, 6)와, 다이크로익 프리즘(8)을 일체물로서 구성할 수도 있다. 즉 이들 광학소자를 도 10에 나타낸 바와 같이 4매의 광학유리(G1∼G4)를 접합함으로써 유닛화하도록 구성하고, 이들 중 소요의 면에 성막한다. 이에 의하여 제 1, 제 2 PBS(4, 6)의 출사면과 다이크로익 프리즘(8)의 입사면 사이의 경계면을 없앨 수 있다. 이와 같이 구성함으로써 3개의 광학소자를 광축 맞춤할 필요가 없어지고, 또한 경계면에 반사방지막 등을 형성할 필요가 없는 등의 이점이 있다.

본 발명의 반사형 액정 프로젝터용 광학시스템은 도 1에 나타낸 구성 외에도 각종 구성을 채용할 수 있다. 그 몇가지 예를 도 11 내지 도 15에 나타낸다. 먼저 도 11의 광학구성에서는 광원부로부터의 조명광의 조사방향이 도 1의 구성과는 바뀌고 있다. 이 경우에는 다이크로익 미러(13)를 사용하여 입사된 p 편광광으로 이루어지는 조명광 중, B 조명광을 반사시키고, G 조명광 및 R 조명광을 반사시키도록 구성한다. 또한 이 다이크로익 미러(13) 이외의 구성은 도 1의 것과 동일하다.

또 도 12의 광학구성에서는 다이크로익 미러(23)로서, R 조명광을 투과시키고, G 조명광 및 B 조명광을 반사시키는 것이 사용되고 있다. 따라서 제 1 PBS (4)측에는 R-LCD(7R)가, 제 2 PBS(6)측에는 B-LCD(7B)가 각각 배치된다. 어쨌든 제 1, 제 2 PBS(4, 6)에서는 s 편광광을 반사시키고, p 편광광을 투과시키는 특성을 가지는 것이고, 또 위상차판(5)에서는 G 조명광의 편파면을 90°회전시켜 투과시키는 것이므로, 도 1과 동일한 광학소자를 사용할 수 있다. 단, 다이크로익 프리즘(28)은 s 편광광인 R 이미지광을 반사시키고, p 편광광인 G 이미지광과, s 편광광인 B 이미지광을 투과시키는 것이다. 따라서 이 다이크로익 프리즘(28)에는 도 16 및 도 17에 나타낸 특성을 가지는 것을 사용한다. 즉 도 16에 나타낸 s 편광광에서는 단파장측에서는 높은 투과율을 가지고, 장파장측에서는 높은 반사율을 가지게 하여, 입사각에 의한 영향을 배제하도록 하고, 또 도 17에 나타낸 p 편광광에서는 단파장측으로부터 중간파장까지의 투과율이 입사각에 영향을 받지 않고 거의 100% 투과시키는 것으로 한다.

또한 도 13의 광학구성에서는 R 조명광을 반사시키고, G 조명광 및 B 조명광을 투과시키는 특성을 가지는 다이크로익 미러(33)를 사용한 점을 제외하고, 도 12의 광학구성과 동일하다.

다시 또 도 14의 광학구성에서는 광원부로부터의 출사광을 s 편광광으로 하고 있다. 이 경우에는 다이크로익 미러(3)를 투과한 B 조명광은 s 편광광이므로 제 1 PBS(4)에 입사 전에 편파면을 90°회전시키기 위하여 1/2 위상차판(49)을 배치한다. 또 제 2 PBS(6)의 입사측에 설치되는 1/2 위상차판(45)은 G 조명광이 아니고, R 조명광의 편파면을 90°회전시키는 특성을 가지는 것을 사용한다. 또한 이 도 14의 광학구성에 있어서, B-LCD(7B)와 R-LCD(7R)를 교체할 수도 있다. 이 경우에는 다이크로익 미러 및 다이크로익 프리즘은 도 12와 동일한 것을 사용한다.

그리고 도 15의 광학구성에서는 도 14와 마찬가지로 광원부로부터의 출사광은 s 편광광으로 한 것이고, 다이크로익 미러(53)는 B 조명광을 반사시키고, G 조명광및 R 조명광을 투과시키도록 하고 있다. 즉, 다이크로익 미러(53)는 도 11의 다이크로익 미러(13)와 실질적으로 동일한 것을 사용한다. 또 제 1 PBS(4)의 앞면에는 도 14와 동일한 1/2 위상차판(49)을 설치하고, 다시 제 2 PBS(6)의 입사면에는 도 14와 동일한 위상차판(45)을 설치한다. 그리고 이 도 15의 광학구성에 있어서도, 도 14의 광학구성과 마찬가지로 B-LCD(7B)와 R-LCD(7R)를 교체하도록 할 수도 있다.

Claims

광원부로부터 조사되는 편광방향이 갖추어진 백색 조명광을, 제 1, 제 2, 제 3의 파장성분 조명광으로 나누어 각각 반사형 액정 표시소자에 반사시켜 제 1, 제 2, 제 3의 파장성분 이미지광으로 하고, 이들 각 파장성분 이미지광을 합성하여 출사하도록 한 반사형 액정 프로젝터에 있어서,

상기 백색 조명광 중, 제 1 파장성분 조명광을 제 2, 제3의 파장성분 조명광으로부터 분리하기 위한 다이크로익 미러와,

제 1 파장성분 조명광을 투과 또는 반사시키고, 제 1 액정 표시소자에 반사시킴으로써 제 1 파장성분 이미지광으로 하고, 이 제 1 파장성분 이미지광을 반사 또는 투과시키는 편광면을 가지는 제 1 편광빔 스플리터와,

제 2, 제 3 파장성분 조명광 중, 어느 한쪽의 파장성분 조명광의 편파면을 90°변환한 다음에 투과시키는 한편, 다른 파장성분 조명광은 편파면을 변환시키지않고 투과시키는 1/2 위상차판과,

상기 1/2 위상차판으로부터의 투과광 중, 제 2 파장성분 조명광을 반사 또는 투과시키고, 제 2 액정 표시소자에 반사시켜 제 2 파장성분 이미지광으로 하고, 이 제 2 파장성분 이미지광을 투과 또는 반사시킴과 동시에, 제 3 파장성분 조명광을 투과 또는 반사시키고, 제 3 액정 표시소자에 반사시킴으로써 제 3 파장성분 이미지광으로 하고, 이 제 3 파장성분 이미지광을 반사 또는 투과시키는 편광면을 가지는 제 2 편광빔 스플리터와,

상기 제 1, 제 2 편광빔 스플리터로부터 출사된 각 파장성분 이미지광을 합성하기 위한 다이크로익 프리즘을 구비하고,

상기 제 1, 제 2 편광빔 스플리터의 편광면은 s 편광광을 반사시키고, p 편광광을 투과시키는 것이고,

상기 다이크로익 프리즘은 제 2 파장성분 이미지광이 p 편광광으로 투과되는 것이고, 또한 제 1, 제 3 파장성분 이미지광은 s 편광광으로 하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 프로젝터.
제 1항에 있어서,

상기 광원부로부터의 조명광은 p 편광광이고, 상기 다이크로익 미러는 제 1 파장성분 조명광을 투과시키고, 제 2, 제 3 파장성분 조명광을 반사시키는 것이고, 상기 제 1 편광빔 스플리터의 편광면은 제 1 파장성분 조명광을 투과시키고, 상기 제 1 액정 표시소자에 반사시킨 다음에 이 제 1 편광빔 스플리터에서 반사시키는 것이고, 또한 상기 1/2 위상차판은 제 2 파장성분 조명광을 s 편광광으로 하고, 상기 제 3 파장성분 조명광은 p 편광광으로 하여 상기 제 2 편광빔 스플리터에 입사하는 것이고, 또 이 제 2 편광빔 스플리터의 편광면은 s 편광광인 제 2 파장성분 조명광을 반사시켜 제 2 액정 표시소자에 반사시키고, 또 p 편광광인 제 3 파장성분 조명광을 투과시켜 제 3 액정 표시소자에 반사시키고, 각각 액정 표시소자로부터 반사한 제 2, 제 3 파장성분 이미지광 중, 제 2 파장성분 이미지광을 투과시키고, 제 3 파장성분 이미지광을 반사시키는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 프로젝터.
제 2항에 있어서,

상기 제 1 파장성분 조명광은 청색 파장성분, 상기 제 2 파장성분 조명광은 녹색 파장성분, 상기 제 3 파장성분 조명광은 적색 파장성분인 것을 특징으로 하는 반사형 액정 프로젝터.
제 2항에 있어서,

상기 제 1 파장성분 조명광 적색 파장성분, 상기 제 2 파장성분 조명광은 녹색 파장성분, 상기 제 3 파장성분 조명광은 청색 파장성분인 것을 특징으로 하는 반사형 액정 프로젝터.
제 1항에 있어서,

상기 광원부로부터의 조명광은 s 편광광이고, 상기 다이크로익 미러는 제 1 파장성분 조명광을 투과시키고, 제 2, 제 3 파장성분 조명광을 반사시키는 것이고, 상기 제 1 편광빔 스플리터의 앞면부에는 다른 1/2 위상차판을 배치하여 이 제 1 파장성분 조명광을 p 편광광으로 변환하고, 이 제 1 파장성분 조명광을 상기 제 1 편광빔 스플리터를 투과시켜, 상기 제 1 액정 표시소자에 반사시킨 다음에 이 제 1 편광빔 스플리터에서 반사시키는 것이고, 또 상기 제 2 편광빔 스플리터의 앞에 설치한 상기 1/2 위상차판은, 제 2 파장성분 조명광을 s 편광광으로 하고, 상기 제 3파장성분 조명광은 p 편광광으로서 상기 제 2 편광빔 스플리터에 입사하는 것이고, 또한 이 제 2 편광빔 스플리터의 편광면은 s 편광광인 제 2 파장성분 조명광을 반사시켜 제 2 액정 표시소자에 반사시키고, 또한 p 편광광인 제 3 파장성분 조명광을 투과시켜 제 3 액정 표시소자에 반사시키고, 각각 액정 표시소자로부터 반사한 제 2, 제 3 파장성분 이미지광 중, 제 2 파장성분 이미지광을 투과시키고, 제 3 파장성분 이미지광을 반사시키는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 프로젝터.
제 1항에 있어서,

상기 1/2 위상차판은, 상기 제 2 편광빔 스플리터의 입사면에 성막한 것으로 구성한 것을 특징으로 하는 반사형 액정 프로젝터.
제 1항에 있어서,

상기 제 1, 제 2 편광빔 스플리터와 상기 다이크로익 프리즘을 일체화하여, 이들 사이의 경계면을 없애는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 반사형 액정 프로젝터.