KR20070004447A

KR20070004447A - 조명 장치 및 프로젝터

Info

Publication number: KR20070004447A
Application number: KR1020060062034A
Authority: KR
Inventors: 마코토 후루사와; 아키라 하시모토; 도루 구리하라; 히로유키 신도
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2005-07-04
Filing date: 2006-07-03
Publication date: 2007-01-09
Also published as: CN1892290A; JP2007011179A; JP4736570B2; TW200702884A; US20070002280A1; US7481538B2; EP1742104A1

Abstract

균일성이 높은 조명광을 조사할 수 있는 소형의 조명 장치 및 이것을 이용한 프로젝터를 제공하는 것.

광원 유닛(51a, 51b)에서 발생한 청색의 광원광은，동시에 직선 편광으로 변환되면서 균일화되어, 극히 균일한 편광으로서 사출되고, 액정표시 패널(31)의 피조사 영역을 조명한다. 마찬가지로 광원 유닛(53a, 53b, 55a, 55b)에서 발생한 녹색 및 적색의 광원광은，동시에 직선 편광으로 변환되면서 균일화되어, 극히 균일한 편광으로서 사출되고, 액정 표시 패널(33, 35)의 피 조사영역을 조명한다. 액정표시 패널(31, 33, 35)을 통과한 상광은, 투사 광학계인 투사 렌즈(40)에 입사해서 스크린에 적당한 확대율로 투영된다.

Description

조명 장치 및 프로젝터{ILLUMINATOR AND PROJECTOR}

도 1은 제1 실시 형태의 프로젝터를 개념적으로 설명하는 블록도,

도 2는 도 1에 도시하는 청색광 조명 장치의 평면도,

도 3은 도1 에 도시하는 청색광 조명 장치의 측면도,

도 4는 제2 실시 형태의 프로젝터의 조명 장치부분을 설명하는 도면,

도 5는 제3 실시 형태의 프로젝터의 조명 장치부분을 설명하는 도면,

도 6은 제4 실시 형태의 프로젝터를 설명하는 도면.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 프로젝터 20 : 조명부

21, 23, 25 : 각 색광 조명 장치 26a, 26b, 26c : 제 1 편광 필터

27 : 광원 구동장치 30 : 광 변조부

31, 33, 35 : 액정 표시 패널 36a, 36b, 36c : 제 2 편광 필터

37 : 크로스 다이크로익 프리즘 38 : 소자 구동장치

40 : 투사 렌즈 51a, 51b : 청색광용 광원유닛

53a, 53b : 녹색광용 광원유닛 55a, 55b : 적색광용 광원유닛

61a, 61b, 63a, 63b, 65a, 65b : 편광 변환장치

71a, 71b, 73a, 73b, 75a, 75b : 도광부

72a : 제1 로드부 72b : 제2 로드부

72d : 편광 분리막 72e : 파장판

72f : 반사 미러 78 : 합성 로드부

80 : 제어장치 SA : 시스템 광축

본 발명은, 액정 라이트 밸브 기타의 광변조 장치를 조명하기 위한 조명 장치, 및 이것을 짜 넣은 프로젝터에 관한 것이다.

제 1의 프로젝터로서, 광원 램프에 대향하는 편광 빔 스플리터로부터 사출되는 2개의 편광성분을 집광하여 로드 인테그레이터의 일단에 입사시키고, 타단측으로부터의 사출광 중 한쪽의 편광성분이 통과하는 주기적인 위치에 위상차 판을 배치함으로써, 단일 편광 성분의 균일한 조명광을 얻는 것이 존재한다(특허문헌 1 참조).

제 2의 프로젝터로서, 광원 램프로부터 사출되는 광원광을 집광하여 로드 인테그레이터의 일단에 입사시키고, 타단측에서의 사출광을 편광 빔 스플리터 등으로 이루어지는 편광 변환장치로 편광 변환함으로써, 단일 편광 성분의 균일한 조명광 을 얻는 것도 존재한다(특허문헌 2 참조).

제 3의 프로젝터로서, 광원 램프로부터의 광원광을 집광하고, 반사경의 중심에 설치한 개구를 거쳐서 로드 인테그레이터의 일단에 입사시키고, 타단에 설치한 편광 분리 소자를 거쳐서 단일 편광 성분의 조명광을 얻는 것이 존재한다(특허문헌 3 참조). 이 경우, 편광 분리 소자로부터의 반사광을 반사경에 의해 왕복시킬 때에, 광로상에 설치한 파장판으로 편광방향을 변화시키는 것에 따라 편광 분리 소자를 투과시킨다.

[특허문헌 1] 일본 특허공개 2000-56266 호 공보의 도 1

[특허문헌 2] 일본 특허공개 2000-56266 호 공보의 도 14

[특허문헌 3] 일본 특허공개 2003-205523 호 공보

그러나, 상기 중의 제1 내지 제2의 프로젝터에서는, 로드 인테그레이터에 의해 조명광을 균일화하므로, 로드 인테그레이터를 길게 하지 않으면 목표의 균일화를 달성할 수 없고, 조명 장치부분이 대형화하기 쉽다. 더구나, 제 1의 프로젝터에서는, 로드 인테그레이터의 입사단의 공역 위치에 위상차 판을 스트라이프 형상으로 배열할 필요가 있고, 조명 장치 부분의 제작이 곤란해져 비용이 증대한다.

또, 제 3의 프로젝터에서는, 편광 분리 소자를 최초에 통과하는 대략 반의 성분에 관해서 충분한 균일화가 달성되지 않는다.

그래서, 본 발명은, 균일성이 높은 조명광을 조사 할 수 있는 소형의 조명 장치, 및 이것을 이용한 프로젝터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 제1의 조명 장치는, (a) 광원광을 제1 편광으로 변환하는 편광 변환장치와, (b) 편광 변환장치로부터의 제1 편광과, 제1 편광는 다른 제2 편광을 반사 및 투과에 의해 분리하는 편광 분리 부재와, (c) 편광 분리 부재를 거친 제1 편광을 반사하는 동시에 제2 편광에 편광하는 편광 전환 부재와, (d) 편광 변환장치 및 편광 분리 부재 사이에 배치되는 제1의 로드부와, 편광 분리 부재 및 편광 전환 부재 사이에 배치되는 제2의 로드부와, 편광 분리 부재에 의해 분리되는 제2 편광의 광로상에 배치되는 제3의 로드부를 갖는 도광 수단을 구비한다.

상기 조명 장치에서는, 제1의 로드부에 있어서 편광 변환장치로부터의 제1 편광을 전파시키고, 제2의 로드부에 있어서 편광 분리 부재를 거친 제1 편광을 왕복시키고, 제3의 로드부에 있어서 편광 분리 부재에 의해 분리되는 제2 편광을 외부로 유도할 수 있다. 따라서, 제1∼제3의 로드부를 포함하는 도광 수단을 비교적 좁은 공간에 수납할 수 있어, 공간 절약에서 균일화를 달성한 소형의 조명 장치를 제공할 수 있다.

또, 본 발명의 구체적인 실시형태 또는 관점에서는, 상기 조명 장치에 있어서, 편광 변환장치와 편광 전환 부재가, 편광 분리 부재를 협지하여 직선상에 배치되고, 제3의 로드부가, 편광 분리 부재측에서, 직선상에 배치되는 제1 및 제2의 로드부에 직교하는 방향으로 연장된다. 이 경우, 직선상의 제1 및 제2의 로드부 사이에 끼워진 편광 분리 부재로부터 분기하도록 배치된 제3의 로드부에서 조명광을 취출할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에서는, 편광 변환장치와 편광 전환 부재가, 편광 분리 부재를 협지하여 직교하는 방향에 배치되고, 제3의 로드부는, 편광 분리 부재측에서, 제2의 로드부의 전체 길이방향으로 연장된다. 이 경우, L자 형상의 제1 및 제2의 로드부 사이에 끼워진 편광 분리 부재로부터 분기하도록 배치된 제3의 로드부에서 조명광을 취출할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시형태에서는, 편광 분리 부재가, 제1의 로드부의 연장방향에 대하여 경사해서 배치되는 편광 분리막이며, 편광 전환 부재가, 편광 분리 막을 거친 제1 편광에 해당하는 광속을 제2의 로드내에서 왕복시키는 미러와, 제2의 로드내에서 왕복하는 광속을 제1 편광으로부터 제2 편광으로 편광하는 위상 소자를 갖는다. 이 경우, 편광 분리 막, 미러, 및 위상소자를 제1 및 제2의 로드부의 경계선이나 단부 등에 적당히 배치하는 것만으로, 광원광을 제2의 로드내에서 왕복시킬 수 있고, 간단한 구성으로 조명광의 효율적 균일화를 도모할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시형태에서는, 편광 변환장치가, 랜덤 편광인 광원광을 제1 편광과 제2 편광으로 각각 분리하는 편광 분리 막과, 제2 편광의 편광방향을 제1 편광에 평행하게 하는 위상 소자를 구비한다. 이 경우, 광원광을 공간 절약으로 단일 편광성분의 광속으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 제1의 조명 장치는, (a) 제1 광원광을 제1 편광으로 변환하는 제1 편광 변환장치와, (b) 제1 편광 변환장치로부터의 제1 편광과, 제1 편광는 다른 제2 편광을 반사 및 투과에 의해 분리하는 제1 편광 분리 부재와, (c) 제1 편 광 분리 부재를 거친 제1 편광을 반사하는 동시에 제2 편광에 편광 하는 제1 편광 전환 부재와, (d) 제1 편광 변환장치 및 제1 편광 분리 부재 사이에 배치되는 제1의 로드부와, 제1 편광 분리 부재 및 제1 편광 전환 부재 사이에 배치되는 제2의 로드부를 갖는 제1 도광부와, (e) 제2 광원광을 제1 편광으로 변환하는 제2 편광 변환장치와, (f) 제1 편광 전환 부재에 근접해서 배치되는 동시에, 제2 편광 변환장치로부터의 제1 편광과, 제1 편광는 다른 제2 편광을 반사 및 투과에 의해 분리하는 제2 편광 분리 부재와, (g) 제2 편광 분리 부재를 거친 제1 편광을 반사하는 동시에 제2 편광으로 편광하는 제2 편광 전환 부재와, (h) 제2 편광 변환장치 및 제2 편광 분리 부재 사이에 배치되는 제3의 로드부와, 제2 편광 분리 부재 및 제2 편광 전환 부재 사이에 배치되는 제4의 로드부를 갖는 제2 도광부와, (i) 제1 및 제2 편광 분리 부재에 의해 분리되는 제2 편광의 광로상에 배치되는 합성용의 제5의 로드부를 구비한다.

상기 조명 장치에서는, 제1의 로드부에 있어서 제1 편광 변환장치로부터의 제1 편광을 전파시켜, 제2의 로드부에 있어서 제1 편광 분리 부재를 거친 제1 편광을 왕복시킬 수 있고, 또한, 제3의 로드부에 있어서 제2 편광 변환장치로부터의 제1 편광을 전파시켜, 제4의 로드부에 있어서 제2 편광 분리 부재를 거친 제1 편광을 왕복시킬 수 있다. 그리고, 제5의 로드부에 있어서 제1 및 제2 편광 분리 부재에 의해 분리되는 제2 편광을 외부로 유도할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2의 도광부나 제5의 로드부를 포함하는 도광수단을 비교적 좁은 공간에 수납할 수 있는, 대략 공간에서 균일화를 달성한 소형의 조명 장치를 제공 할 수 있다.

본 발명에 따른 프로젝터는, (a) 상술한 것 중 어느 하나의 조명 장치와, (b) 조명 장치로부터의 조명광을, 화상 정보에 따라 변조하는 광변조 장치와, (c) 광변조 장치광에서 형성된 상광을 투사하는 투사 광학계를 구비한다.

상기 프로젝터에서는, 상술한 특징을 갖는 조명 장치를 사용하고 있으므로, 공간 절약에서 균일화를 달성할 수 있는 소형이고 간단한 구조의 조명 장치에 의해, 소형이고 저렴한 프로젝터를 제공 할 수 있다.

본 발명에 따른 프로젝터는, (a) 각 색광을 조명광으로서 각각 발생하는 상술한 것 중 어느 하나의 각 색용의 조명 장치와, (b)각 색용의 조명 장치로부터의 각 색광을, 화상 정보에 따라 각각 변조하는 각 색용의 광변조 장치와, (c) 각 색용의 광변조 장치에서 각각 변조된 각 색의 상광을 합성해서 사출하는 광합성 광학계와, (d) 광합성 광학계를 거쳐서 합성된 상광을 투사하는 투사 광학계를 구비한다.

상기 프로젝터에서는, 상술한 특징을 갖는 조명 장치를 사용하고 있으므로, 공간 절약에서 균일화를 달성할 수 있는 소형이고 간단한 구조의 각 색용의 조명 장치에 의해, 소형이고 저렴한 프로젝터를 제공할 수 있다.

[제1 실시 형태]

도 1은, 본 발명의 조명 장치를 짜 넣은 제1 실시 형태에 따른 프로젝터의 구조를 개념적으로 설명하는 블럭도이다.

이 프로젝터(10)는, 조명부(20)와, 광변조부(30)와, 투사 렌즈(40)와, 제어장치(80)를 구비한다. 여기서, 조명부(20)는, 청색광 조명 장치(21)와, 녹색광 조명 장치(23)와, 적색광 조명 장치(25)와, 광원 구동장치(27)를 갖는다. 또한, 광변조부(30)는, 광변조 장치인 3개의 액정표시 패널(31, 33, 35)과, 광합성 광학계인 크로스 다이크로익 프리즘(37)과, 각 액정표시 패널(31, 33, 35)에 구동 신호를 출력하는 소자 구동장치(38)를 갖는다.

상술한 조명부(20)에 있어서, 청색광 조명 장치(21)는, 한쌍의 청색광용 광원 유닛(51a, 51b)과, 한쌍의 편광 변환장치(61a, 61b)와, 한쌍의 도광부(71a,71b)와, 합성 로드부(78)를 구비한다. 여기서, 각 청색광용 광원 유닛(51a, 51b)은, 청색의 광원광을 사출하는 청색용의 광원이며, 각 편광 변환장치(61a, 61b)는, 청색의 광원광을 특정 편광성분으로 변환하기 위한 청색용의 편광 변환장치이며, 각도광부(71a, 71b) 및 합성 로드부(78)는, 청색의 광원광을 균일화하기 위한 청색용의 균일화 광학계이다.

도 2는, 도 1에 도시하는 청색광 조명 장치(21)의 평면도이며, 도 3은, 청색광 조명 장치(21)의 측면도이다.

청색광 조명 장치(21)중, 제1의 청색광용 광원유닛(51a)은, 고체광원 혹은 반도체 광원이라 칭하는 발광 소자인 복수의 LED(22f)를 회로기판(22g)상에 적당한 2차원적 배열(예를 들면, 캐트릭스 형상 배열)로 부착한 것으로 이루어지고, 각 LED(22f)의 정면에 빔 정형용의 렌즈 소자를 개별적으로 배치한 집광 렌즈(22b)를 갖고 있다. 각 LED(22f)는, 3원색 중 청색(B)의 범주에 포함되는 청색광을 각각 발생한다. LED(22f)로부터 취출된 청색광, 즉 제1 광원광(LB)은, 집광 렌즈 어레이(22b)를 거친 후, 제1의 편광 변환장치(61a)의 입사단, 즉입사 포트(IPa)에 입사한다. 이 때, 각 LED(22f)로부터의 청색광은, 집광 렌즈 어레이(22b)를 구성하는 각 렌즈 소자에 의해 각각 적당히 발산하는 동시에 소정 위치에 모이는 타원 혹은 직사각형 단면의 빔으로 된다. 즉, 각 LED(22f)로부터의 청색광은, 제1의 편광 변환장치(61a)에 설치한 직사각형의 입사 포트(IPa)에 전체로서 모아지고, 이 입사 포트(IPa)에 중첩한 상태에서 각각 빠짐 없이 입사한다.

제 2의 청색광용 광원 유닛(51b)은, 제1의 청색광용 광원유닛(51a)와 배치가 다른 것 뿐으로, 동일한 구조를 갖고 있다. 상세한 설명은 생략하지만, 제2의 청색광용 광원 유닛(51b)에 있어서, 회로기판(22g)상의 각 LED(22f)로부터의 청색광은, 집광 렌즈 어레이(22b)에 의해 각각 집광되어, 제2의 편광 변환장치(61b)에 설치한 직사각형의 입사 포트(IPb)에, 중첩한 상태에서 각각 빠짐 없이 입사한다.

제 1의 편광 변환장치(61a)는, 제1의 청색광용 광원 유닛(51a)의 사출측에 이것에 대향해서 배치되어 있고, 입사 포트(IPa)로부터 입사한 제1 광원광(LB)의 편광 방향을 가지런히 한다. 이 제1의 편광 변환장치(61a)는, 직각 3각형 프리즘과 평행 사변형 프리즘을 서로 붙이는 것에 의해 형성되어 있고, 양쪽 프리즘에 끼워진 편광 분리막(62a)과, 평행 사변형 프리즘을 협지하여 편광 분리막(62a)의 반대측에 형성된 반사막(62b)과, 이 평행 사변형 프리즘의 도광부(71a)측에 배치된 파장판(62d)을 구비한다.

편광 분리막(62a)과 반사막(62b)은, 각 프리즘의 사면 위에 증착에 의해 형 성된 유전체 다층막으로 이루어지는 편광 분리 부재이며, 시스템 광축(SA)에 대하여 45°경사한 상태로 배치되어 있다. 전자의 편광 분리막(62a)은, 제1의 청색광용 광원유닛(51a)으로부터의 랜덤 편광인 청색광 중 특정 방향의 직선 편광성분(예를 들면 P 편광)을 투과시키는 동시에 이것에 직교하는 방향의 직선 편광성분(예를 들면 S 편광)을 반사시켜, 결과적으로 직교하는 2개의 직선 편광성분을 효율적으로 분리한다. 또한, 후자의 반사막(62b)은, 편광 분리막(62a)에서 반사된 한편의 직선 편광성분(상기의 경우 S 편광)을 반사해서 광로를 절곡한다. 이 반사막(62b)은, 금속 막의 증착 미러로 대체할 수도 있다. 이상으로부터, 편광 분리막(62a)을 통과한 제1의 직선 편광성분(상기의 경우 P 편광)이 직각 3각형 프리즘측에 설치한 사출 포트(OP1)로부터 사출되고, 편광 분리막(62a) 및 반사막(62b)에서 반사된 제2의 직선 편광성분(상기의 경우 S 편광)이 평행 사변형 프리즘측에 설치한 사출 포트(OP2)로부터 사출된다. 사출 포트(OP2)에 대향해서 배치되는 파장판(62d)은, 1/2 파장판으로 형성된 위상 소자이며, 상기 반사막(62b)에서 반사되어 평행 사변형 프리즘으로부터 시스템 광축(SA)방향으로 사출된 제2의 직선 편광성분(상기의 경우 S 편광)을 이것에 직교하는 제1의 직선 편광성분(즉 P 편광)으로 변환한다. 결과적으로, 제1의 편광 변환장치(61a)는, 입사 포트(IPa)에 입사한 제1 광원광(LB)을 제1의 직선편광(이 경우, P 편광)으로만 효율적으로 변환해서 양쪽 사출 포트(OP1, OP2')로부터 사출시킬 수 있다.

제2의 편광 변환장치(61b)는, 제1의 편광 변환장치(61a)와 배치가 다른 것 뿐으로, 동일한 구조를 갖고 있으므로, 상세한 설명은 생략한다. 제2의 편광 변환 장치(61b)는, 입사 포트(IPb)에 입사한 제2 광원광(LB)을 제1의 직선편광(이 경우, P 편광)으로만 효율적으로 변환해서 제2의 도광부(71b)측에 사출시킬 수 있다.

제1의 도광부(71a)는, 제1 로드부(72a)와, 제2 로드부(72b)와, 편광 분리막(72d)과, 1/4파장판(72e)과, 반사 미러(72f)를 구비하는 도광 수단이다. 제1 로드부(72a)는, 유리재, 플라스틱재 등으로 형성된 각 기둥형상의 로드 인테그레이터이다. 이 제1 로드부(72a)는, 제1의 편광 변환장치(61a)의 사출 포트(OP1, OP2')에 대향하는 입사 포트(IP2)를 갖고, 그 사출측의 단면(EF1)은, 시스템 광축(SA)에 대하여 45°경사한 상태가 되어 있다. 제2로드부(72b)도, 유리재, 플라스틱재 등으로 향성된 각 기둥 형상의 로드인테그레이터이다. 제 2의 로드부(72b)는, 제1 로드부(72a)의 사출측의 단면(EF1)에 대향하는 제1의 단면(EF2)을 갖고 있고, 이 단면(EF2)은, 시스템 광축(SA)에 대하여 45°경사한 상태가 되어 있다. 이 제2 로드부(72b)는, 제1의 단면(EF2)의 반대측에 제2의 단면(EF3)을 갖고 있고, 이 단면(EF3)은, 시스템 광축(SA)에 대하여 직교한 상태가 되어 있다.

제1 로드부(72a)의 단면(EF1)과, 제2로드부(72b)의 단면(EF2)의 사이에는, 편광 분리막(72d)이 삽입되어 있다. 편광 분리막(72d)은, 제1의 편광 변환장치(61a)로부터의 제1의 직선 편광성분(상기의 경우 P 편광)을 투과시키는 동시에, 이것에 직교하는 방향의 제2의 직선 편광성분(상기의 경우 S 편광)을 반사시켜, 결과적으로 직교하는 2개의 직선 편광성분을 효율적으로 분리한다. 제2 로드부(72b)의 단면(EF3)에는, 편광 전환 부재로서, 1/4 파장판(72e)과 반사 미러(72f)를 부착할수 있고, 편광 분리막(72d)을 투과해 제2로드부(72b)내를 전파해서 단면(EF3)에 도달한 제1의 직선편광을 되돌려서 편광 분리막(72d)에 복귀한다. 즉, 반사 미러(72f)에 의해, 제2로드부(72b) 내에 왕복 경로가 형성된다. 이 왕복 경로에는, 1/4 파장판(72e)이 설치되므로, 제2로드부(72b)의 단면(EF2)에 입사한 제1의 직선편광 성분(상기의 경우 P 편광)은, 단면(EF3)에서 되돌려져서 두 번째 단면(EF3)으로부터 사출할 때에 제2의 직선 편광성분(상기의 경우 S 편광)이 되어 있다. 여기서, 제2 로드부(72b)의 단면(EF2)에는 편광 분리막(72d)이 형성되어 있으므로, 제2 로드부(72b)를 거친 복귀 광, 즉 제2의 직선 편광성분(상기의 경우 S편광)은, 편광 분리막(72d)에서 반사되어서, 합성 로드부(78)에 입사한다. 또, 1/4 파장판(72e)은, 반사 미러(72f)의 근방에 한정되지 않고 제2 로드부(72b)내의 적소에 배치할 수 있다.

제2의 도광부(71b)는, 제1의 도광부(71a)와 배치가 다른 것 뿐으로, 동일한 구조를 갖고 있으므로, 상세한 설명은 생략한다. 제2의 도광부(71b)는, 도광수단으로서, 제2의 편광 변환장치(61b)으로부터의 제1 광원광(LB)을, 제1 로드부(72a) 를 거쳐서 제2 로드부(72b)에서 왕복시켜, 편광 분리 부재인 편광 분리막(72d)에서 반사시켜서 합성 로드부(78)에 입사시킨다.

합성 로드부(78)는, 유리재, 플라스틱재 등으로 형성된 각기둥형상의 로드 인테그레이터이다. 이 합성 로드부(78)는, 제1 및 제2의 도광부(71a,71b)에 설치한 제1의 편광 분리막(72d)에 근접해서 단면(EF4)을 갖고 있고, 이 단면(EF4)을 거쳐서 제2로드부(72b)에 접합되어 있다. 합성 로드부(78)는, 제1 및 제2로드부(72a, 72b)에 직교하는 방향으로 연장되어 있고, 편광 분리막(72d)에서 반사된 제2의 직선 편광성분(상기의 경우 S 편광)을 제1 조명광(LB2)으로서 사출 포트(OP4)로부터 사출시킬 수 있다.

청색광 조명 장치(21)에 있어서의 광의 작용에 대해서 설명하면, 제1의 청색광용 광원 유닛(51a)에서 발생한 제1 광원광(LB)은, 제1의 편광 변환장치(61a)를 거치는 것에 따라 특정 방향의 직선편광으로 되어, 제1의 도광부(71a)의 내측면에서 전반사되면서 진행한다. 이 때, 제1 광원광(LB)은, 제1로드부(72a)를 편로, 제2로드부(72b)를 왕복, 합성 로드부(78)를 편로와 균일화되면서 전파하고, 사출 포트(OP4)로부터 원래에 대하여 직교하는 방향의 직선편광으로서 사출된다. 한편, 제2의 청색광용 광원 유닛(51b)에서 발생한 제1 광원광(LB)은, 제2의 편광 변환장치(61b)를 거치는 것에 따라 특정 방향의 직선편광으로 되어, 제2의 도광부(71b)의 내측면에서 전반사되면서 진행한다. 이 때, 제1 광원광(LB)은, 제1로드부(72a)를 편로, 제2로드부(72b)를 왕복, 합성 로드부(78)를 편로와 균일화되면서 전파하고, 사출 포트(OP4)로부터 원래에 대하여 직교하는 방향의 직선편광으로서 사출된다. 즉, 제1 및 제2의 청색광용 광원유닛(51a, 51b)에서 발생한 제1 광원광(LB)은，동시에 직선 편광으로 변환되면서 균일화되어, 사출 포트(OP4)로부터 극히 균일한 편광의 제1 조명광(LB2)으로서 사출된다.

도 1로 되돌아와서, 녹색광 조명 장치(23)는, 한쌍의 녹색광용 광원 유닛(53a, 53b)과, 한쌍의 편광 변환장치(63a, 63b)와, 한쌍의 도광부(73a, 73b)와, 합성 로드부(78)를 구비한다. 이 중, 녹색광용 광원유닛(53a, 53b)은, 청색광용 광원유닛(51a, 51b)과 같은 구조를 갖지만, 내장하는 LED가 3원색 중 녹색(G)의 범 주에 포함되는 녹색광을 각각 발생하고, 이 녹색광으로 이루어지는 제2 광원광(LG)은, 도시를 생략하는 집광 렌즈 어레이를 거쳐서 편광 변환장치(63a, 63b)의 입사 포트(IPa, IPb)에 빠짐 없이 중첩해서 입사한다. 각 편광 변환장치(63a, 63b)는, 도2의 편광 변환장치(61a)와 같은 구조를 갖고 있고, 이 편광 변환장치(63a, 63b)를 거친 제2 광원광(LG)은, 편광 변환장치(61a, 61b)의 경우와 같이 편광 분리, 광로 절곡, 및 편광 전환에 의해 효율적으로 단일성분의 직선편광으로 변환되어 있고, 도광부(73a, 73b)에 도입되어 더욱 합성 로드부(78)에 결합된다. 도광부(73a, 73b) 및 합성 로드부(78)를 거친 제2 조명광(LG2)은, 로드 내면에서의 반사를 이용한 파면 분할 및 중첩에 의해 로스 없이 균일화 되어 있고, 합성 로드부(78)의 사출 포트(OP4)에 대향 배치된 제1 편광 필터(26b)를 거쳐서 광변조부(30) 중 녹색광용의 액정표시 패널(33)에 입사한다. 이로써, 액정표시 패널(33)상의 피조사 영역이 녹색의 편광에 의해 균일에 조명된다.

적색광 조명 장치(25)는, 한쌍의 적색광용 광원유닛(55a, 55b)과, 한쌍의 편광 변환장치(65a, 65b)와, 한쌍의 도광부(75a, 75b)와, 합성 로드부(78)를 구비한다. 이 중, 적색광용 광원유닛(55a, 55b)은, 청색광용 광원유닛(51a,51b)과 같은 구조를 갖지만, 내장하는 LED가 3원색 중 적색(R)의 범주에 포함되는 적색광을 각각 발생하고, 이 적색광으로 이루어지는 제2 광원광(LR)은, 도시를 생략하는 집광 렌즈 어레이를 거쳐서 편광 변환장치(65a, 65b)의 입사 포트(IPa, IPb)에 빠짐 없이 중첩해서 입사한다. 각 편광 변환장치(65a, 65b)는, 도 2의 편광 변환장치(61a)와 같은 구조를 갖고 있고, 이 편광 변환장치(65a, 65b)를 거친 제3 광원 광(LR)은, 편광 변환장치(61a, 61b)의 경우와 같이 편광 분리, 광로 절곡 및 편광 전환에 의해 효율적으로 단일 성분의 직선편광으로 변환되어 있고, 도광부(75a, 75b)에 도입되어 더욱 합성 로드부(78)에 결합된다. 도광부(75a, 75b) 및 합성 로드부(78)를 거친 제3 조명광(LR2)은, 로드 내면에서의 반사를 이용한 파면분할 및 중첩에 의해 로스 없이 균일화 되어 있고, 합성 로드부(78)의 사출 포트(OP4)에 대향 배치된 제1 편광 필터(26c)를 거쳐서 광변조부(30) 중 적색광용의 액정표시 패널(35)에 입사한다. 이로써, 액정표시 패널(35)상의 피조사 영역이 적색의 편광에 의해 균일하게 조명된다.

각 액정표시 패널(31, 33, 35)은, 광투과형의 광변조 장치이며, 외부로부터 입력된 화상신호에 따라 조명광의 편광방향을 화소단위로 바꾸는 것에 의해, 각 액정표시 패널(31, 33, 35)에 입사한 각 색광 조명 장치(21, 23, 25)로부터의 조명광을 각각 2차원적으로 변조한다. 각 액정표시 패널(31, 33, 35)의 입사측에는, 그 입사면에 대향해서 제1 편광 필터(26a, 26b, 26c)가 배치되어 있고, 각 액정표시 패널(31, 33, 35)을 편광도를 높인 편광성분에 의해 조명할 수 있다. 또한, 각 액정표시 패널(31, 33, 35)의 사출측에는, 그 사출면에 대향해서 제2 편광 필터(36a, 36b, 36c)가 배치되어 있고, 각 액정표시 패널(31, 33, 35)을 통과한 특정 방향에 직교하는 방향의 편광 성분만을 판독할 수 있다. 여기에서, 제1 편광 필터(26a), 액정표시 패널(31) 및 제2 편광 필터(36a)는, 청색용의 액정 라이트 밸브를 구성하고, 제1 편광 필터(26b), 액정표시 패널(33) 및 제2 편광 필터(36b)는, 녹색용의 액정 라이트 밸브를 구성하고, 제1 편광 필터(26c), 액정표시 패널(35) 및 제2 편 광 필터(36c)는, 적색용의 액정 라이트 밸브를 구성한다. 즉, 각 액정표시 패널(31, 33, 35)에 각각 입사한 각 색광 조명 장치(21, 23, 25)로부터의 조명광(LB2, LG2, LR2)은, 이들 액정표시 패널(31, 33, 35)에 의해 각각 2차원적으로 강도 변조된다. 각 액정표시 패널(31, 33, 35)을 통과한 각 색의 상광은, 광합성 광학계로서의 크로스다이크로익 프리즘(37)에서 합성되어, 그 일측면으로부터 사출한다. 크로스 다이크로익 프리즘(37)로부터 사출한 합성광의 상은, 투사 광학계인 투사 렌즈(40)에 입사해서 스크린(도면에 도시 안됨)에 적당한 확대율로 투영된다. 즉, 프로젝터(10)에 의해, 각 액정표시 패널(31, 33, 35)에 형성된 각 색(청색, 녹색 및 적색)의 화상을 합성한 화상이, 동화상 또는 정지 화상으로서 스크린상에 투사된다.

[제 2 실시 형태]

다음에, 도 4를 참조하여, 본 발명의 제2실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시형태의 프로젝터의 기본구성은, 제1 실시 형태와 같지만, 제1 실시 형태는, 조명 장치의 구성이 다르다.

도시한 청색광 조명 장치(21)는, 청색광용 광원유닛(51a)과, 편광 변환장치(61a)와, 도광부(171a)와, 합성 로드부(78)를 구비한다. 이 중, 도광부(171a)는, 제1 로드부(172a)와, 제2 로드부(172b)와, 한쌍의 프리즘부(172c)와, 편광 분리막(72d)과, 1/4 파장판(72e)과, 반사 미러(72f)를 구비한다. 제1로드부(172a)의 사출단측에 설치되는 한쌍의 프리즘부(172c)의 사이에는, 시스템 광축(SA)에 대하여 45°경사한 상태의 편광 분리막(72d)이 편광 분리 부재로서 삽입되어 있다. 제 2 로드부(172b)는, 편광 분리막(72d)측으로부터 제1 로드부(172a)에 직교하는 방향으로 연장되어 있다. 제2 로드부(172b)의 단면에는, 1/4 파장판(72e)과 반사 미러(72f)가 부착되어 있어, 편광 분리막(72d)에서 반사되어 제2로드부(172b)내를 전파하는 직선편광을 되돌리는 동시에 직교하는 직선편광으로 변환해서 편광 분리막(72d)으로 복귀한다. 즉, 도광부(171a)는, 편광 변환장치(61a)로부터의 제1 광원광(LB)을, 제1로드부(172a)를 거쳐서 제2로드부(172b)에서 왕복시켜, 편광 분리막(72d)을 투과시켜서 합성 로드부(78)에 입사된다.

또, 상술한 청색광용 광원 유닛(51a)과 편광 변환장치(61a)와 도광부(171a) 로 이루어지는 균일화 광학계에 대해서는, 이것과 동등한 기능을 갖는 또 하나의 균일화 광학계를 추가로 설치하고, 도 2의 경우와 같이, 이들 균일화 광학계(51a, 61a, 171a)로부터의 광속을 합성 로드부(78)에서 결합할 수 있다.

이상은, 청색광 조명 장치(21)의 설명이었지만, 도1의 녹색광 조명 장치(23)나 적색광 조명 장치(25)도, 도4의 청색광 조명 장치(21)와 같은 구조를 갖는다.

[제 3 실시 형태]

다음에, 도 5를 참조하여, 본 발명의 제3실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시형태의 프로젝터의 기본구성은, 제1실시 형태와 같지만, 제1실시 형태는, 조명 장치의 구성이 다르다.

도시한 청색광 조명 장치(21)는, 청색광용 광원유닛(51a)과, 편광 변환장치(61a)와, 도광부(271a)와, 합성 로드부(78)를 구비한다. 이 중, 도광부(271a)는, 제1로드부(272a)와, 제2 로드부(272b)와, 제3 로드부(272c)와, 편광 분리 막(72d)과, 1/4 파장판(72e, 272e)과, 반사 미러(72f, 272f)를 구비한다. 제1로드부(272a)와 제2 로드부(227b)의 사이에는, 시스템 광축(SA)에 대하여 45°경사한 상태의 편광 분리막(72d)이 편광 분리 부재로서 삽입되어 있다. 제3 로드부(272c)는, 편광 분리막(72d)측으로부터 제1로드부(272a)나 제2 로드부(272b)에 대하여 직교하는 방향으로 연장되어 있다. 제2로드부(72b)의 단면에는, 1/4 파장판(72e)과 반사 미러(72f)가 부착되어 있어, 편광 분리막(72d)을 투과해 제2로드부(72b)내를 전파하는 직선편광을 되돌리면서 직교하는 직선편광으로 변환해서 편광 분리막(72d)에 복귀한다. 또한, 제3 로드부(272c)의 단면에는, 1/4 파장판(272e)과 반사 미러(27f)가 부착되어 있어, 제2 로드부(272b)를 거쳐 편광 분리막(72d)에서 반사되어 제3 로드부(272c)를 전송하는 직선 편광을 반사하면서 직교하는 직선 편광으로 변환하여 편광 분리막(72d)으로 복귀한다. 이러한 편광 분리막(72d)에 복귀된 직선 편광은, 편광 분리막(72d)을 투과하여 합성 로드부(78)에 유도된다.

또, 상술한 청색광용 광원유닛(51a)과 편광 변환장치(61a)와 도광부(271a) 로 이루어지는 균일화 광학계 균일화 광학계에 대해서는, 이것과 동등한 기능을 갖는 또 하나의 균일화 광학계를 더 구비하고, 도 2의 경우 와 같이, 이들 균일화 광학계(51a, 61a, 271a)로부터의 광속을 합성 로드부(78)에서 결합할 수도 있다.

이상은, 청색광 조명 장치(21)의 설명이었지만, 도1의 녹색광 조명 장치(23)나 적색광 조명 장치(25)도, 도 5의 청색광 조명 장치(21)와 같은 구조를 갖는다.

[제 4 실시형태]

다음에, 도 6을 참조해서 제4 실시형태에 대해서 설명한다. 본 실시형태의 프로젝터는, 도 1에 도시하는 프로젝터(10)에 있어서, 제1실시 형태의 조명부(20)와, 광변조부(30) 등을 적당히 변경한 것이며, 소위 단판식의 프로젝터로 되어 있다.

이 프로젝터(310)는, 조명부(320)와, 광변조부(330)와, 투사 렌즈(40)를 구비한다. 여기에서, 조명부(320)는, 대략 백색의 광원광을 발생하는 조명 장치(321)와, 광원 구동장치(27)를 갖는다. 또한, 광변조부(330)는, 광변조 장치인 액정표시 패널(331)과, 액정표시 패널(331)에 구동 신호를 출력하는 소자 구동장치(38)를 갖는다.

조명 장치(321)는, 한쌍의 백색광용 광원 유닛(351a, 351b)과, 한쌍의 편광 변환장치(61a, 61b)와, 한쌍의 도광부(71a,71b)와, 합성 로드부(78)를 구비한다. 여기에서, 백색광용 광원유닛(351a, 351b)은, 백색의 광원광(LW)를 사출하는 광원이며, 각 편광 변환장치(61a, 61b)는, 광원광(LW)을 특정 편광성분으로 변환하기 위한 편광 변환장치이며, 도광부(71a,71b) 및 합성 로드부(78)는, 광원광(LW)을 균일화하기 위한 균일화 광학계이다.

백색광용 광원유닛(351a, 351b)은, 파장에 관한 수단을 제외하고 도 2의 청색광용 광원 유닛(51a)과 같은 구조를 갖고 있다. 상세한 설명은 생략하지만, 각 백색광용 광원 유닛(351a, 351b)에 있어서, LED로부터의 백색광은, 집광 렌즈 어레이에 의해 각각 집광되어, 각 편광 변환장치(61a, 61b)에 설치한 입사 포트(IPa, IPb)에, 중첩한 상태로 각각 빠짐 없이 입사한다. 편광 변환장치(61a, 61b)나 도광부(71a,71b)에 대해서는, 도 1, 2등에 도시하는 것과 같으므로 설명을 생략한다.

도시한 조명 장치(321)에 의해, 백색광용 광원유닛(351a, 351b)에서 발생한 광원광(LW)은，모두 직선편광으로 변환되면서 균일화되어, 극히 균일한 편광으로서 사출되고, 액정표시 패널(331)의 피 조사영역을 조명한다. 액정표시 패널(331)을 통과한 상광은, 투사 광학계인 투사 렌즈(40)에 입사해서 스크린(도면에 도시 안됨)에 적당한 확대율로 투영된다. 즉, 본 프로젝터(310)에 의해, 액정표시 패널(331)에 형성된 화상이, 동화상 또는 정지 화상으로서 스크린상에 투사된다.

이상 실시 형태에 의거해서 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 상기 실시 형태에서는, 액정 표시 패널(31, 33, 35)을 이용하여 광변조를 실행하고 있지만, 액정 표시 패널(31, 33, 35) 대신에 마이크로미러 디바이스를 이용하여 광변조를 실행할 수도 있다.

또, 편광 변환장치(61a, 61b, 63a, 63b, 65a, 65b)도 예시의 것에 한정되지 않고, 랜덤 편광등으로 직선 편광을 얻을 수 있는 한, 다양한 구조의 편광 변환 수단을 사용할 수 있다.

또, 도광부(71a, 71b) 등에 짜 넣어지는 편광 분리막(72d)에 대해서는, 유전체 다층막에 한정되지 않고, 유기 편광막이나 와이어 그리드 편광자 등을 사용할 수도 있다.

또, 제1 실시 형태에 있어서, 조명부(20)는, 청색광 조명 장치(21), 녹색광 조명 장치(23) 및 적색광 조명 장치(25)에 한정되지 않고, 다른 파장을 사용한 2색이상의 색광 조명 장치로 할 수 있고, 각 색광 조명 장치에 있어서, 상술한 각 색광용 광원유닛(51a, 51b, 53a, 53b, 55a, 55b) 등에 대응하는 것으로서, 사용 파장 에 적합시킨 것을 사용하는 것에 의해, 원하는 조명광을 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면, 제1의 로드부에 있어서 편광 변환장치로부터의 제1 편광을 전파시키고, 제2의 로드부에 있어서 편광 분리 부재를 거친 제1 편광을 왕복시키고, 제3의 로드부에 있어서 편광 분리 부재에 의해 분리되는 제2 편광을 외부로 유도할 수 있다. 따라서, 제1∼제3의 로드부를 포함하는 도광 수단을 비교적 좁은 공간에 수납할 수 있어, 공간 절약에서 균일화를 달성한 소형의 조명 장치를 제공할 수 있다.

Claims

광원광을 제1 편광으로 변환하는 편광 변환장치와,

상기 편광 변환장치로부터의 상기 제1 편광과, 상기 제1 편광과 다른 제2 편광을 반사 및 투과에 의해 분리하는 편광 분리 부재와,

상기 편광 분리 부재를 거친 상기 제1 편광을 반사하는 동시에 상기 제2 편광으로 편광하는 편광 전환 부재와,

상기 편광 변환장치 및 상기 편광 분리 부재 사이에 배치되는 제1의 로드부와, 상기 편광 분리 부재 및 편광 전환 부재 사이에 배치되는 제2의 로드부와, 상기 편광 분리 부재에 의해 분리되는 상기 제2 편광의 광로상에 배치되는 제3의 로드부를 갖는 도광 수단을 구비하는

조명 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 편광 변환 장치와 상기 편광 전환 부재는, 상기 편광 분리 부재를 협지하여 직선상에 배치되고, 상기 제3의 로드부는, 상기 편광 분리 부재측으로부터, 직선상에 배치되는 상기 제1 및 제2의 로드부에 직교하는 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는

조명 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 편광 변환장치와 상기 편광 전환 부재는, 상기 편광 분리 부재를 협지하여 직교하는 방향에 배치되고, 상기 제3의 로드부는, 상기 편광 분리 부재측으로부터, 상기 제2의 로드부의 연장 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는

조명 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 편광 분리 부재는, 상기 제1의 로드부의 연장방향에 대하여 경사해서 배치되는 편광 분리막이며, 상기 편광 전환 부재는, 상기 편광 분리막을 거친 상기 제1 편광에 상당하는 광속을 상기 제2의 로드내에서 왕복시키는 미러와, 상기 제2의 로드내에서 왕복하는 광속을 상기 제1 편광으로부터 상기 제2 편광으로 편광하는 위상 소자를 갖는 것을 특징으로 하는

조명 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 편광 변환장치는, 랜덤 편광인 광원광을 상기 제1 편광과 상기 제2 편광으로 각각 분리하는 편광 분리막과, 상기 제2 편광의 편광 방향을 상기 제1 편광에 가지런히 하는 위상 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는

조명 장치.
제1 광원광을 제1 편광으로 변환하는 제1 편광 변환장치와,

상기 제1 편광 변환장치로부터의 상기 제1 편광과, 상기 제1 편광과 다른 제2 편광을 반사 및 투과에 의해 분리하는 제1 편광 분리 부재와,

상기 제1 편광 분리 부재를 거친 상기 제1 편광을 반사하는 동시에 상기 제2 편광으로 편광하는 제1 편광 전환 부재와,

상기 제1 편광 변환장치 및 상기 제1 편광 분리 부재 사이에 배치되는 제1의 로드부와, 상기 제1 편광 분리 부재 및 상기 제1 편광 전환 부재 사이에 배치되는 제2의 로드부를 갖는 제1 도광부와,

제2 광원광을 제1 편광으로 변환하는 제2 편광 변환 장치와,

상기 제1 편광 전환 부재에 근접해서 배치되는 동시에, 상기 제2 편광 변환 장치로부터의 상기 제1 편광과, 상기 제1 편광과 다른 제2 편광을 반사 및 투과에 의해 분리하는 제2 편광 분리 부재와,

상기 제2 편광 분리 부재를 거친 상기 제1 편광을 반사하는 동시에 상기 제2 편광으로 편광하는 제2 편광 전환 부재와,

상기 제2 편광 변환 장치 및 상기 제2 편광 분리 부재 사이에 배치되는 제3의 로드부와, 상기 제2 편광 분리 부재 및 상기 제2 편광 전환 부재 사이에 배치되는 제4의 로드부를 갖는 제2 도광부와,

상기 제1 및 제2 편광 분리 부재에 의해 분리되는 상기 제2 편광의 광로상에 배치되는 제5의 로드부를 구비하는

조명 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 조명 장치와,

상기 조명 장치로부터의 조명광을, 화상 정보에 따라 변조하는 광 변조 장치와,

상기 광 변조 장치광에서 형성된 상광을 투사하는 투사 광학계를 구비하는

프로젝터.
각 색광을 조명광으로서 각각 발생하는 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 각 색용의 조명 장치와,

상기 각 색용의 조명 장치로부터의 각 색광을, 화상 정보에 따라 각각 변조하는 각 색용의 광 변조 장치와,

상기 각 색용의 광 변조 장치로 각각 변조된 각 색의 상광을 합성해서 사출하는 광 합성 광학계와,

상기 광 합성 광학계를 거쳐서 합성된 상광을 투사하는 투사 광학계를 구비하는

프로젝터.