KR20210122785A - 광학 시스템 - Google Patents

Abstract

본 개시의 광학 시스템은, 각각이 서로 다른 편광 작용을 갖는 복수의 분할 영역을 포함하는 제1 광학 소자를 갖고, 광학계 내의 제1 퓨필 위치에 제1 광학 소자가 배치되고, 서로 파장 대역이 다른 복수의 색광을 포함하는 조명광을 생성하는 제1 광학계와, 각각이, 조명광에 포함되는 복수의 색광 중 적어도 하나의 색광을 변조하는 복수의 라이트 밸브와, 각각이 서로 다른 편광 작용을 갖는 복수의 분할 영역을 포함하는 제2 광학 소자를 갖고, 제1 퓨필 위치에 공역인 제2 퓨필 위치에 제2 광학 소자가 배치되어, 복수의 라이트 밸브에 의해 변조된 후의 복수의 색광이 입사하는 제2 광학계를 구비한다.

Description

광학 시스템

본 개시는, 프로젝터 등에 적합한 광학 시스템에 관한 것이다.

풀 컬러 표시를 행하는 프로젝터의 방식으로서, 예를 들면 R(적색), G(녹색), B(청색)의 각 색광에 공통의 1개의 라이트 밸브를 사용하는 단판 방식이나, 3개의 색광에 별도의 라이트 밸브를 사용하는 3판 방식 등이 있다(특허문헌 1∼4 참조). 한편, 파장이 짧은 청색광을 1개의 라이트 밸브에 계속하여 입사시키면, 라이트 밸브의 열화를 초래한다. 특허문헌 1에서는, 청색광용의 라이트 밸브를 2개 사용함으로써 라이트 밸브의 장수명화를 도모하는 것이 제안되어 있다.

특허문헌 1: 일본공개특허 2018-13655호 공보 특허문헌 2: 일본공개특허 2001-324762호 공보 특허문헌 3: 일본공개특허 2008-165058호 공보 특허문헌 4: 일본공개특허 2006-343721호 공보

예를 들면 청색광용의 라이트 밸브를 2개 사용함으로써 라이트 밸브의 장수명화를 도모하고자 한 경우, 단순히 청색광을 2분기하는 구성으로는, 콘트라스트의 증대를 꾀하기 어렵다.

콘트라스트의 향상을 도모하는 것이 가능한 광학 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.

본 개시의 일 실시형태에 따른 광학 시스템은, 각각이 서로 다른 편광 작용을 갖는 복수의 분할 영역을 포함하는 제1 광학 소자를 갖고, 광학계 내의 제1 퓨필 위치에 제1 광학 소자가 배치되어, 서로 파장 대역이 다른 복수의 색광을 포함하는 조명광을 생성하는 제1 광학계와, 각각이, 조명광에 포함되는 복수의 색광 중 적어도 하나의 색광을 변조하는 복수의 라이트 밸브와, 각각이 서로 다른 편광 작용을 갖는 복수의 분할 영역을 포함하는 제2 광학 소자를 갖고, 제1 퓨필 위치에 공역인 제2 퓨필 위치에 제2 광학 소자가 배치되어, 복수의 라이트 밸브에 의해 변조된 후의 복수의 색광이 입사하는 제2 광학계를 구비한다.

본 개시의 일 실시형태에 따른 광학 시스템에서는, 제1 광학계에 있어서, 제1 퓨필 위치에, 각각이 서로 다른 편광 작용을 갖는 복수의 분할 영역을 포함하는 제1 광학 소자가 배치된다. 제2 광학계에 있어서, 제1 퓨필 위치에 공역인 제2 퓨필 위치에, 각각이 서로 다른 편광 작용을 갖는 복수의 분할 영역을 포함하는 제2 광학 소자가 배치된다.

도 1은 본 개시의 제1 실시형태에 따른 광학 시스템의 전체 구성예를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 제1 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 형광체 휠의 일례를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 3은 제1 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판의 구성 및 작용의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 4는 제1 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판의 구성 및 작용의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 5는 제1 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 형광체 휠에 사용되는 YAG 형광체의 형광 스펙트럼의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 6은 제1 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판의 B 영역, 및 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판의 B′ 영역의 파장 선택 특성의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 7은 제1 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판의 A 영역, 및 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판의 A′ 영역의 파장 선택 특성의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 8은 제1 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 노치 필터의 특성의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 9는 제1 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 노치 필터 작용 후의 형광 스펙트럼의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 10은 제2 실시형태에 따른 광학 시스템의 전체 구성예를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 11은 제2 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 PS 컨버터 및 다이크로익 컨버터의 일 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 12는 제2 실시형태에 따른 광학 시스템의 조명 광학계의 퓨필에 있어서의 편광 상태의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 13은 제2 실시형태에 따른 광학 시스템의 투영 광학계의 퓨필에 있어서의 편광 상태의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 14는 제2 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 제1 및 제2 라이트 밸브에 도달하는 광의 스펙트럼의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 15는 제3 실시형태에 따른 광학 시스템의 전체 구성예를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 16은 제2 실시형태에 따른 광학 시스템의 조명 광학계 또는 투영 광학계의 퓨필 형상의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 17은 제3 실시형태에 따른 광학 시스템의 조명 광학계 또는 투영 광학계의 퓨필 형상의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 18은 제4 실시형태에 따른 광학 시스템의 전체 구성예를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 19는 제4 실시형태에 따른 광학 시스템의 조명 광학계 또는 투영 광학계의 퓨필 형상의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 20은 제5 실시형태에 따른 광학 시스템의 전체 구성예를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 21은 제5 실시형태에 따른 광학 시스템의 조명 광학계의 퓨필에 있어서의 편광 상태의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 22는 제5 실시형태에 따른 광학 시스템의 투영 광학계의 퓨필에 있어서의 편광 상태의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 23은 제6 실시형태에 따른 광학 시스템의 전체 구성예를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 24는 제6 실시형태에 따른 광학 시스템의 조명 광학계의 퓨필에 있어서의 편광 상태의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 25는 제6 실시형태에 따른 광학 시스템의 투영 광학계의 퓨필에 있어서의 편광 상태의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 26은 제7 실시형태에 따른 광학 시스템의 전체 구성예를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 27은 제8 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 영역 분할 파장판의 제1 분할예를 개략적으로 나타내는 설명도이다.
도 28은 제8 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 영역 분할 파장판의 제2 분할예를 개략적으로 나타내는 설명도이다.
도 29는 제8 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 영역 분할 파장판의 제3 분할예를 개략적으로 나타내는 설명도이다.
도 30은 제8 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 영역 분할 파장판의 제4 분할예를 개략적으로 나타내는 설명도이다.
도 31은 PS 컨버터에 통합된 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판의 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 32는 제9 실시형태에 따른 광학 시스템의 전체 구성예를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 33은 제10 실시형태에 따른 광학 시스템의 전체 구성예를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 34는 제10 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 PS 컨버터 및 다이크로익 컨버터의 일 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 35는 제10 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 다이크로익 컨버터의 막 특성의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 36은 제10 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 제2 색 플레이트의 막 특성의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 37은 제10 실시형태에 따른 광학 시스템의 조명 광학계에 있어서의 최종적인 형광 스펙트럼의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 38은 제10 실시형태에 따른 광학 시스템의 색역의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 39는 제11 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 영역 분할 파장 선택성 파장판의 일 구성예를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 40은 제12 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 PS 컨버터 및 다이크로익 프리즘 어레이의 일 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 41은 제12 실시형태에 따른 광학 시스템의 제1 전체 구성예를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 42는 제12 실시형태에 따른 광학 시스템의 제2 전체 구성예를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 43은 제13 실시형태에 따른 광학 시스템의 전체 구성예를 개략적으로 나타내는 구성도이다.

이하, 본 개시 실시형태에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 한편, 설명은 이하의 순서로 행한다.

0. 비교예

1. 제1 실시형태(도 1∼도 4)

1.1 광학 시스템의 구성 및 작용

1.2 효과

2. 제2 실시형태(도 5∼도 14)

3. 제3 실시형태(도 15∼도 17)

4. 제4 실시형태(도 18∼도 19)

5. 제5 실시형태(도 20∼도 22)

6. 제6 실시형태(도 23∼도 25)

7. 제7 실시형태(도 26)

8. 제8 실시형태(도 27∼도 30)

9. 제9 실시형태(도 31∼도 32)

10. 제10 실시형태(도 33∼도 38)

11. 제11 실시형태(도 39)

12. 제12 실시형태(도 40∼도 42)

13. 제13 실시형태(도 43)

14. 그 밖의 실시형태

<0. 비교예>

(비교예에 따른 광학 시스템의 개요와 과제)

프로젝터 등에 사용되는 광학 시스템에 있어서, 복수의 라이트 밸브를 구비하는 구성이 알려져 있다. 이러한 광학 시스템에 있어서, 복수의 라이트 밸브에 대해 조명광을 나누는 경우, 파장 또는 편광 중 어느 하나의 작용을 사용하는 것이 일반적이다. 예를 들면 특허문헌 1(일본공개특허 2018-13655호 공보)에서는, 파장 선택성 파장판을 사용하여, 2개의 라이트 밸브에 청색 대역의 광을 나누는 구성예가 개시되어 있다. 이에 의해 라이트 밸브의 열화에 기여하기 쉬운 청색 대역광을 반감시켜, 광학 시스템 전체의 장수명화를 도모하고 있다.

그러나, 특허문헌 1에 개시되어 있는 구성예에서는 청색 대역의 광을 2개의 라이트 밸브로 나눌 수는 있지만, 각 라이트 밸브로부터의 사출광의 편광은 서로 직교하고 있다. 이는, 이후의 투영 광학계에서 포스트 편광자를 사용하여 콘트라스트를 증대시키는 것이 불가능하다는 것을 의미하며, 높은 콘트라스트를 실현함에 있어서의 기술적 과제로 되고 있다. 한편, 파장 선택성 파장판이 아니라 다이크로익 미러나 다이크로익 프리즘을 사용하여 유사한 구성으로 하는 것도 가능하다. 그러나, 다이크로익 미러를 사용한 파장 분리(색 분리)는, 분리 파장 영역 근방에서 가파른 분리 특성을 필요로 하여, 제조상 난이도가 매우 높다.

또한, 특허문헌 2(일본공개특허 2001-324762호 공보)에서 제안되어 있는 기술과 같이, 퓨필의 분포를 이용하여 높은 파장 분리 효율을 실현하는 수법도 알려져 있다. 그러나 이 수법에서는, 각 색의 필터를 통해 필드 시퀀셜하게(field-sequentially) 단판(단일의 라이트 밸브)을 구동하기 때문에, 파장 분리 효율은 양호하더라도 전체로서의 광 이용 효율은 낮게 된다.

상기와 같은 사정을 감안하여, 본 개시에서는 광 분기의 수법으로서, 퓨필 공역을 이용한 광 분리 및 광 합성의 신규한 기술을 제시한다. 본 기술은 다양한 사용 방법을 생각할 수 있는바, 하기와 같은 장점이 있다.

1. 각 라이트 밸브로부터의 사출광의 직교 상태를 해소하여, 편광 방향을 정렬할 수 있다. 이 때문에, 포스트 편광자나 포스트 1/4 파장판을 배치함으로써, 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.

2. 효율을 크게 높일 수 있다. 특히, 파장 분리 효율을 파장 선택 파장판보다 높게 유지할 수 있기 때문에, 전체로서의 광 이용 효율을 높일 수 있다. 또한, 그 상태에서 각 라이트 밸브로부터의 사출광에 선택적으로 포스트 편광자 작용을 줄 수 있어, 콘트라스트를 증대시킬 수 있다.

이하의 각 실시형태에서는, 본 개시의 기술에 의한 광학 시스템을 프로젝터에 적용한 구성예를 설명하지만, 본 개시의 기술은, 프로젝터에 한하지 않고, 노광 장치 등에도 적용 가능하다.

<1. 제1 실시형태>

[1.1 광학 시스템의 구성 및 작용]

(광학 시스템의 개요)

도 1은, 본 개시의 제1 실시형태에 따른 광학 시스템의 전체 구성예를 개략적으로 나타내고 있다.

제1 실시형태에서는, 라이트 밸브를 2개 사용한 구성예를 제시한다. 제1 실시형태에서는, 청색광에 의한 라이트 밸브의 열화를 억제하기 위해, 청색광을 2개의 라이트 밸브로 분기함으로써 청색광량을 반감시켜, 장수명화한다. 이에 더해 콘트라스트를 증대시키는 것을 목적으로 한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 제1 실시형태에 따른 광학 시스템은, 조명 광학계(1)와, 투영 광학계(2)를 구비하고 있다. 또한, 제1 실시형태에 따른 광학 시스템은, 조명 광학계(1)와 투영 광학계(2)의 사이의 광로 상에, 제1 라이트 밸브(31) 및 제2 라이트 밸브(32)와, PBS(편광 빔 스플리터)(41)를 구비하고 있다.

조명 광학계(1)는, 청색 광원(10)과, 형광체 휠(11)과, 집광 렌즈(12)와, QWP(1/4 파장판)(13)와, 파장 선택성 PBS(14)와, 노치 필터(15)와, 렌즈 어레이(16)와, PS 컨버터(17)와, 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)과, 릴레이 렌즈(18)를 갖고 있다.

투영 광학계(2)는, 복수의 렌즈(21)와, 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)과, 포스트 편광자(22)를 갖고 있다.

한편, 도 1에서, 지면에 직교하는 방향을 PBS(41)에서의 S 편광, 광축에 직교하고, 지면 내에 평행한 방향을 PBS(41)에서의 P 편광으로 한다. 또한, 적절히, PBS(41)에서의 S 편광에 상당하는 방향을 Z 방향, PBS(41)에서의 P 편광에 상당하는 방향을 Y 방향이라 기재한다. 이후의 다른 도면에 있어서도 마찬가지이다. 또한, 이후의 다른 실시형태에 있어서도 마찬가지이다.

조명 광학계(1)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제1 광학계」의 일 구체예에 상당한다. 투영 광학계(2)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제2 광학계」의 일 구체예에 상당한다. 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)은, 본 개시의 기술에 있어서의 「제1 광학 소자」의 일 구체예에 상당한다. 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)은, 본 개시의 기술에 있어서의 「제2 광학 소자」의 일 구체예에 상당한다.

조명 광학계(1)는, 서로 파장 대역이 다른 복수의 색광을 포함하는 조명광을 생성한다. 조명 광학계(1)는, 적어도 하나의 파장 대역의 광을 복수의 색광으로 분리하는 파장 분리 작용을 갖는다. 조명 광학계(1)는, 복수의 색광으로서 R, G, B의 각 색광을 생성하고, PBS(41)를 향해 사출한다.

제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)은, 조명 광학계(1)의 퓨필 위치(P1)에 배치되어 있다. 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)은, 각각이 서로 다른 편광 작용을 갖는 복수의 분할 영역을 포함한다. 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)에 있어서의 복수의 분할 영역은, 예를 들면 후술하는 도 3에 나타내는 A 영역 및 B 영역이다.

PBS(41)는, 조명 광학계(1)로부터의 각 색광을 편광 방향에 따라, 제1 라이트 밸브(31) 및 제2 라이트 밸브(32)의 적어도 일방에 입사시킨다. PBS(41)는, 예를 들면, 청색광을 편광의 차이에 의해 분기함으로써, 제1 라이트 밸브(31) 및 제2 라이트 밸브(32)에 입사시킨다. 또한, PBS(41)는, 예를 들면, 녹색광을 제1 라이트 밸브(31) 및 제2 라이트 밸브(32) 중 일방의 라이트 밸브(제1 라이트 밸브(31))에 입사시킨다. 또한, PBS(41)는, 예를 들면, 적색광을 제1 라이트 밸브(31) 및 제2 라이트 밸브(32) 중 타방의 라이트 밸브(제2 라이트 밸브(32))에 입사시킨다. 또한, PBS(41)는, 제1 라이트 밸브(31) 및 제2 라이트 밸브(32)에 의해 변조된 각 색광을, 편광 방향에 따라 투영 광학계(2)를 향해 사출한다.

제1 라이트 밸브(31) 및 제2 라이트 밸브(32)는 각각, 복수의 색광 중 적어도 하나의 색광을, 예를 들면 화상 신호에 따라 변조한다.

투영 광학계(2)에는, PBS(41)를 통해, 제1 라이트 밸브(31) 및 제2 라이트 밸브(32)에 의해 변조된 후의 각 색광이 입사된다. 투영 광학계(2)는, 제1 라이트 밸브(31) 및 제2 라이트 밸브(32)에 의해 생성된 화상을 도시하지 않는 스크린 등의 투영면에 투영한다.

제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)은, 투영 광학계(2)의 퓨필 위치(P2)에 배치되어 있다. 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)은, 각각이 서로 다른 편광 작용을 갖는 복수의 분할 영역을 포함한다. 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)에 있어서의 복수의 분할 영역은, 예를 들면 후술하는 도 4에 나타내는 A′ 영역 및 B′ 영역이다.

조명 광학계(1)의 퓨필 위치(P1)와 투영 광학계(2)의 퓨필 위치(P2)는 서로 공역으로 되어 있다. 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)에 있어서의 복수의 분할 영역의 각각과, 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)에 있어서의 복수의 분할 영역의 각각은, 서로 공역으로 되어 있다.

조명 광학계(1)의 퓨필 위치(P1)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제1 퓨필 위치」의 일 구체예에 상당한다. 투영 광학계(2)의 퓨필 위치(P2)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제2 퓨필 위치」의 일 구체예에 상당한다.

포스트 편광자(22)는, 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)의 사출 광로 상에 배치되어 있다.

(각 부의 상세한 구성 및 작용)

도 2는, 형광체 휠(11)의 일 구성예를 개략적으로 나타내고 있다. 도 3은, 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)의 구성 및 작용의 일례를 나타내고 있다. 도 4는, 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)의 구성 및 작용의 일례를 나타내고 있다.

청색 광원(10)은, 예를 들면 청색 레이저로 되어 있다. 형광체 휠(11)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 형광체 영역(111)과, 편광 유지 확산판 영역(112)을 갖고 있다. 형광체 영역(111)에 여기광으로서 청색광을 조사함으로써 황색(Ye)광이 얻어진다. 편광 유지 확산판 영역(112)은 청색광에 대해 편광 작용이 없고 반사 작용이 있다. 이 때문에, 형광체 휠(11)로부터는, 황색, 청색, 황색, 청색, ??의 시간적 반복으로 이루어지는 시간 평균적인 백색광이 사출된다.

청색 광원(10)로부터 사출된 청색광은, 파장 선택성 PBS(14)에 의해 반사된 후, 1/4 파장판(13)을 통과하여 원 편광으로 된 후 집광 렌즈(12)을 거쳐 형광체 휠(11)로 입사한다. 형광체 휠(11)로부터의 사출광은 다시, 1/4 파장판(13)을 통과함으로써, 파장 선택성 PBS(14)에 있어서의 P 편광으로 변환된다. 그 후, 파장 선택성 PBS(14)에 의해 투과측으로 사출된다. 또한 형광체 휠(11)로부터 추출된 황색광도 마찬가지로 반사 후, 파장 선택성 PBS(14)에 의해 투과측으로 사출된다. 형광체 휠(11)에 의해 발생한 황색광은 무편광 상태이고, 파장 선택성 PBS(14)은 황색광을 모두 투과시키는 작용을 갖고 있다.

파장 선택성 PBS(14)로부터 사출된 청색광 및 황색광은 노치 필터(15), 및 렌즈 어레이(16)를 통과한 후, PS 컨버터(17)를 통과함으로써 편광 상태가 한 방향 (예를 들면 여기서는 Y 방향의 편광(P 편광))으로 정렬된다. 그 직후의 조명 광학계(1)의 퓨필(제1 퓨필)이 형성되는 부분에, 도 3에 도시된 바와 같은 특성의 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)이 배치되어 있다. 이 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)은, 예를 들면 위쪽 절반부(A 영역)가 녹색에만 작용하는 경사 45deg로 배치된 1/2 파장판이고, 아래쪽 절반부(B 영역)이 녹색과 청색에 작용하는 경사 45deg로 배치된 1/2 파장판으로 되어 있다. 한편, 도 3에서, 희고 작은 원형 형상의 부분은, 이 퓨필에 있어서의 조명 분포이다. 다른 퓨필 부분에 관한 도면에 있어서도 마찬가지이다. 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)에 있어서, 파장판 작용이 조명광에 미치면 적색광의 편광은 어느 쪽의 영역에서도 회전하지 않고 Y 방향의 편광(P 편광)이 된다. 또한, 녹색광의 편광은 어느 쪽의 영역에서도 90deg 회전하여, Z 방향의 편광(S 편광)이 된다. 또한, 청색광의 편광은 회전하지 않는 편광(Y 방향의 편광(P 편광))과 회전한 편광(Z 방향의 편광(S 편광))의 혼재 상태가 된다.

제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)을 통과한 후, 각 색의 광속은 릴레이 렌즈(18)를 거쳐 PBS(41)에 도달하면, 각 편광 상태에 따라 각 색광이 선택적으로 제1 라이트 밸브(31) 및 제2 라이트 밸브(32)로 가이드된다. 적색광은 P 편광으로 제2 라이트 밸브(32)에 도달하고, 녹색광은 S 편광으로 제1 라이트 밸브(31)에 도달한다. 청색광은 P 편광과 S 편광과의 혼재 상태로, 제1 라이트 밸브(31) 및 제2 라이트 밸브(32)에 반반씩 도달한다. 제1 라이트 밸브(31) 및 제2 라이트 밸브(32)에 반사형 액정을 사용한 경우에는, 각 라이트 밸브로 백 표시를 행하면 각각의 편광 회전이 생기고, 각 입사 편광은 직교 상태의 사출 편광으로 변화된다. 따라서, 제1 라이트 밸브(31)에서는 적색광 및 청색광이 S 편광으로서 사출되고, 제2 라이트 밸브(32)에서는 청색광 및 적색광이 P 편광으로서 사출된다. 따라서, 백 표시를 행하면 PBS(41)를 통한 광은 모두 투영 광학계(2) 측으로 사출하게 된다.

일반적으로, PBS(41)는 편광막의 특성상, Ts(투과 S 편광 성분)보다 Rp(반사 P 편광 성분)이 약간 크게 되는 경향에 있다. 따라서, 제2 라이트 밸브(32) 측은 제1 라이트 밸브(31) 측보다 콘트라스트가 나타나기 어려운 경향이 있다. 이는 흑 표시 시에 제1 라이트 밸브(31)에서 발생하는 S 편광의 광보다, 제2 라이트 밸브(32)에서 발생하는 P 편광의 광 쪽이 보다 많이 투영 광학계(2) 측으로 누설되기 때문이다. 1개의 라이트 밸브만을 사용하는 1판 구성의 경우에는 콘트라스트가 높게 되는 제1 라이트 밸브(31) 측만을 사용하여 구성하지만, 2개의 라이트 밸브를 사용하는 2판 구성의 경우에는, 콘트라스트를 크게 손상시키는 요인이 된다. 이 때문에, 조명 광학계(1)의 F 넘버가 F/2.5∼3정도 (또한 노치 필터(15)가 있는 경우)에 있어서 1000:1정도의 콘트라스트를 달성하기 위해서는, 포스트 편광자(22)(PBS(41) 사출 후의 검광자)에 의해 편광 방향을 정렬하고, 콘트라스트를 개선할 필요가 있다.

제1 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서, 포스트 편광자(22)를 가령 PBS(41)의 직후에 특별한 고려없이 배치한 경우, 청색광의 편광 상태가 직교하고 있기 때문에 광량이 반감하게 된다. 이를 퓨필의 공역 작용을 이용함으로써 개선하는 것이 제1 실시형태에 따른 광학 시스템의 최대의 특징이다.

즉, 제1 실시형태에 따른 광학 시스템에서는, PBS(41)로부터의 사출 후, 투영 광학계(2)의 퓨필(제2 퓨필) 위치(P2)에, 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)을 배치한다. 이 때의 분할법을, 도 4에 도시하였다. 투영 광학계(2)의 퓨필은, 조명 광학계(1)의 퓨필과 공역이며, 라이트 밸브 반사를 거치고 있기 때문에 영역적으로는 상하 반전이 각각의 공역 부분에 대응하고 있다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)의 A 영역에 공역인 영역은, 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)의 하부의 A’영역이고, 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)의 B 영역에 공역인 영역은, 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)의 상부의 B’영역이다. 공역이라는 것은 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)의 A 영역을 통과한 광은 반드시 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)의 A’영역을 통과하고, 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)의 B 영역을 통과한 광은 반드시 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)의 B’영역을 통과한다. 따라서, 혼재하고 있던 청색광 중 P 편광은 선택적으로 B’영역에, S 편광은 선택적으로 A’ 영역에 입사한다. 그 후, A’ 영역에서는 청색광의 편광은 변환되지 않고, B’ 영역에서는 청색광의 편광은 90deg 회전된다. 또한 어느 쪽의 영역에서도 적색광은 편광이 회전하지 않고, 녹색광은 편광이 90deg 회전되기 때문에, 결과적으로 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)을 통과한 후의 각 색광의 편광은 S 편광으로 통일되게 된다.

제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)을 거친 후, P 편광을 컷하도록 포스트 편광자(22)를 배치함으로써, 콘트라스트 향상을 도모할 수 있다. 이 제1 실시형태에 따른 광학 시스템을 모방한 실험계에서는, 백색의 콘트라스트로서 F/2.5에서 약 1000:1의 실험 결과가 얻어지고 있고, 또한 청색광의 광량도 거의 절반씩 제1 라이트 밸브(31)와 제2 라이트 밸브(32)로 분기되고 있어, 상정하였던 작용을 나타내고 있는 것을 확인할 수 있었다.

제1 실시형태에 따른 광학 시스템에서는, 형광체 휠(11)에 있어서의 황색 발광시에 제1 라이트 밸브(31) 측으로 선택적으로 녹색광이 가이드 됨과 함께, 제2 라이트 밸브(32) 측으로 선택적으로 적색광이 가이드된다. 또한, 청색광이 형광체 휠(11)로부터 사출되는 타이밍에서는, 제1 라이트 밸브(31)와 제2 라이트 밸브(32)로 반반씩 청색광이 가이드된다. 각 라이트 밸브에서는 각각의 색광에 대응한 시간 동안, 각각의 색광에 대한 계조 출력이 행해진다. 즉, 청색광을 2개로 나눈 후 콘트라스트를 높이기 위해 퓨필 공역을 사용하는 것이 된다. 그 주목적은 전술한 바와 같이, 특히 라이트 밸브의 수명을 짧게 하는 원인인 청색광을 2개로 나눔으로써 입사 광량을 반감시켜 광학 시스템 전체의 수명을 대폭으로 향상시키는 것이며, 이러한 의미에서 2개로 나누는 광은 500nm 이하인 것이 바람직하다.

한편, 제1 실시형태에 따른 광학 시스템의 구성에 대한 비교예로서, 특허문헌 3(일본공개특허 2008-165058호 공보)에 기재된 프로젝터를 들 수 있다. 특허문헌 3에 기재된 프로젝터에서는, 투영 광학계 내의 퓨필 근방에 영역 분할된 위상차 판을 배치하고, 투영 광학계 내에 있어서 편광에 의해 광을 2분할하고 있다. 그러나, 단순히 투영 광학계 내에서 편광에 의해 광을 분할하는 것과, 제1 실시형태에 따른 광학 시스템과 같이, 조명 광학계(1)의 퓨필에서 분할한 영역과 공역이 되는 부분에 영역 분할 편광 작용을 갖게 하는 것과는, 질적인 차이가 있다. 즉, 전자에서는 어느 쪽의 라이트 밸브로부터 발생한 광에도 동등한 편광 작용을 주는 것에 비해, 후자에서는 공역 관계를 이용함으로써 특정한 라이트 밸브에 도달한 광에 대해서만 특정한 편광 작용을 줄 수 있다고 하는 특징을 갖는다.

[1.2 효과]

이상 설명한 바와 같이, 제1 실시형태에 따른 광학 시스템에 의하면, 조명 광학계(1)의 퓨필 위치(P1)에, 각각이 서로 다른 편광 작용을 갖는 복수의 분할 영역을 포함하는 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)을 배치함과 함께, 제1 퓨필 위치에 공역인 투영 광학계(2)의 퓨필 위치(P2)에, 각각이 서로 다른 편광 작용을 갖는 복수의 분할 영역을 포함하는 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)을 배치하도록 하였기 때문에, 콘트라스트의 향상을 도모하는 것이 가능하게 된다.

제1 실시형태에 따른 광학 시스템에 의하면, 콘트라스트 증대가 기대되는 것 외에, 투영 광학계(2)에서의 최종적인 사출광의 편광을 한 방향으로 정렬함으로써, 투영면에서의 색 불균일 방지가 가능하다. 또한, 1개의 PBS(41)에 대해, 2개의 라이트 밸브를 사용한 상태로 콘트라스트를 향상시킬 수 있기 때문에, 결과적으로 광학 시스템 전체를 작게 할 수 있다.

한편, 본 명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시이며 한정되는 것이 아니고, 또한 다른 효과가 있어도 된다. 이후의 다른 실시형태의 효과에 대해서도 마찬가지이다.

<2. 제2 실시형태>

다음으로, 본 개시의 제2 실시형태에 따른 광학 시스템에 대해 설명한다. 한편, 이하에서는, 상기 제1 실시형태에 따른 광학 시스템의 구성 요소와 실질적으로 같은 부분에 대해서는, 동일 부호를 붙여, 적절히 설명을 생략한다.

제1 실시형태에 따른 광학 시스템에서는, 조명 광학계(1)에 있어서 노치 필터(15)가 필수적인 구성으로 되어 있다. 노치 필터(15)의 역할에 대해 도 5∼도 9을 이용하여 설명한다.

도 5에는, 제1 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 형광체 휠(11)에 사용되는 YAG 형광체의 형광 스펙트럼의 일례를 나타낸다. 도 6은, 제1 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)의 B 영역, 및 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)의 B′ 영역의 파장 선택 특성의 일례를 나타내고 있다. 도 7은, 제1 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)의 A 영역, 및 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)의 A′ 영역의 파장 선택 특성의 일례를 나타내고 있다. 도 8은, 제1 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 노치 필터(15)의 특성의 일례를 나타내고 있다.

제1 실시형태에 따른 광학 시스템에서는, 도 6 및 도 7에 나타낸 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51) 및 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)의 파장 선택 특성의 작용에 의해 각 색의 편광을 선택적으로 회전시키고 있다. 여기서, 도 6에 나타낸 B 영역 및 B′ 영역에 있어서 문제가 되는 것은 575nm∼610nm의 적색과 녹색의 스위칭 영역이다. 이 부분의 변환 효율은 어느 쪽 편광에 대해서도 100%가 아니며, 따라서, 의도하지 않는 편광 성분이 출현하는 것으로 이어진다. 의도하지 않는 편광 성분은 포스트 편광자(22)로 차단할 수 없는 편광이 되고, 콘트라스트를 급격하게 악화시키는 원인이 된다. 예를 들면 도 8에 나타내는 특성의 노치 필터(15)가 없는 경우, 콘트라스트는 대략 1000:1에서 100:1 미만으로 대폭 감소된다. 따라서, 높은 콘트라스트 실현을 위해서는 노치 필터(15)는 필수적인 구성이 된다. 그러나 단점도 커서, 도 5에 나타낸 형광 스펙트럼에 대해 노치 필터(15)를 작용시킨 만큼의 광은 버릴 수밖에 없어, 30%에 약간 못 미치는 정도의 광량 손실이 된다. 도 9에, 이 노치 필터(15)의 작용 후의 형광 스펙트럼의 일례를 나타낸다. 도 5에 비해, 상당한 스펙트럼 손실이 있음을 알 수 있다. 또한, 도 7에 나타낸 A 영역 및 A′ 영역에서도, 대략 575nm∼610nm의 영역에서 적색과 녹색의 스위칭이 발생하고 있어, 이 부위의 차폐가 중요하다.

이에, 제2 실시형태에 따른 광학 시스템으로서, 제1 실시형태에 따른 광학 시스템에 대해 광 이용 효율을 개선한 시스템을 제시한다.

(제2 실시형태에 따른 광학 시스템의 개요)

도 10은, 제2 실시형태에 따른 광학 시스템의 전체 구성예를 개략적으로 나타내고 있다.

도 10에 나타낸 바와 같이, 제1 실시형태에 따른 광학 시스템은, 조명 광학계(1A)와, 투영 광학계(2A)를 구비하고 있다.

조명 광학계(1A)는, 제1 실시형태에 있어서의 조명 광학계(1)(도 1)의 구성에 대해, 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51) 대신에, 조명 광학계(1A)의 퓨필 위치(P1)에 다이크로익 컨버터(61)를 배치한 구성으로 되어 있다. 또한, 조명 광학계(1A)는, 제1 실시형태에 있어서의 조명 광학계(1)의 구성에 대해, 노치 필터(15)를 생략하고, 파장 선택성 PBS(14)의 뒤에 1/2 파장판(19)을 배치한 구성으로 되어 있다. 다이크로익 컨버터(61)는, 각각이 서로 다른 편광 작용을 갖는 복수의 분할 영역을 포함한다. 조명 광학계(1A)의 퓨필 위치(P1)에 있어서의 복수의 분할 영역의 각각에 있어서의 파장 분포는 서로 다르다. 다이크로익 컨버터(61)에 있어서의 복수의 분할 영역은, 예를 들면 후술하는 도 12에 나타내는 C 영역 및 D 영역이다.

투영 광학계(2A)는, 제1 실시형태에 있어서의 투영 광학계(2)(도 1)의 구성에 대해, 포스트 편광자(22)를 생략하고, 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52) 대신에, 투영 광학계(2A)의 퓨필 위치(P2)에 영역 분할 편광자(62)를 배치한 구성으로 되어 있다. 영역 분할 편광자(62)는, 각각이 서로 다른 편광 작용을 갖는 복수의 분할 영역을 포함한다. 영역 분할 편광자(62)는, 복수의 분할 영역의 각각이 서로 다른 편광 방향의 광을 투과하는 작용을 갖는다. 영역 분할 편광자(62)에 있어서의 복수의 분할 영역은, 예를 들면 후술하는 도 13에 나타내는 C′ 영역 및 D′ 영역이다. 영역 분할 편광자(62)는, 영역 분할된 포스트 편광자로서의 작용을 갖는다.

조명 광학계(1A)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제1 광학계」의 일 구체예에 상당한다. 투영 광학계(2A)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제2 광학계」의 일 구체예에 상당한다. 다이크로익 컨버터(61)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제1 광학 소자」의 일 구체예에 상당한다. 영역 분할 편광자(62)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제2 광학 소자」의 일 구체예에 상당한다.

(각 부의 상세한 구성 및 작용)

1/2 파장판(19)은, 입사한 청색광의 Y 방향의 편광(P 편광)을 Y=Z 가 되는 방향의 편광 상태로 변환한다. 이에 의해, 1/2 파장판(19)은, 청색광의 편광 상태를, Y 방향의 편광(P 편광)과 Z 방향의 편광(S 편광)이 동등한 상태가 되게 변환할 수 있다. 이에 의해 PS 컨버터(17)에 들어가는 각 색광은 P 편광과 S 편광이 동등한 상태가 되도록 하는 편광 상태가 된다.

도 11은, 제2 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 PS 컨버터(17) 및 다이크로익 컨버터(61)의 일 구성예를 개략적으로 나타내고 있다.

PS 컨버터(17)는, 편광막(171)이 형성된 복수의 프리즘 블록을 갖고 있다. PS 컨버터(17)의 X 방향을 따른 광 입사면에는, 복수의 프리즘 블록 중 Y 방향으로 하나 걸러 차폐 영역(173)이 형성되어 있다. 또한, PS 컨버터(17)의 X 방향을 따른 광사출면에는, 복수의 프리즘 블록 중 Y 방향으로 하나 걸러 1/2 파장판(172)이 형성되어 있다. 차폐 영역(173)과 1/2 파장판(172)은, 복수의 프리즘 블록 중 동일한 프리즘 블록에 형성되어 있다.

다이크로익 컨버터(61)는, 복수의 프리즘 블록을 갖고 있다. 복수의 프리즘 블록은, 다이크로익 막(611)이 형성된 제1 프리즘 블록과, 전반사막(614)이 형성된 제2 프리즘 블록을 갖고, 이들 제1 프리즘 블록과 제2 프리즘 블록이 Y 방향으로 교대로 배치된 구성으로 되어 있다. 다이크로익 막(611)이 형성된 제1 프리즘 블록의 X 방향을 따른 광사출면에는, 1/2 파장판(612)이 형성되어 있다. 전반사막(614)이 형성된 제2 프리즘 블록의 X 방향을 따른 광 입사면에는, 차폐 영역(613)이 형성되어 있다.

다이크로익 컨버터(61)는 PS 컨버터(17)에 인접하여 배치된다. PS 컨버터(17)에서는 무편광의 광을 받는데, 그 중 P 편광 성분을 투과하고, S 편광 성분을 반사한다. PS 컨버터(17) 내의 프리즘 블록은 편광 프리즘이기 때문에, 어떤 프리즘 블록의 편광막(171)에 의해 반사된 S 편광 성분은 다른 프리즘 블록의 편광막(171)에 의해 더 반사되어, 1/2 파장판(172)을 통과함으로써 P 편광 성분으로 다시 변환된다. 이 결과로서, PS 컨버터(17)는 편광을 변환할 수 있다. 이 PS 컨버터(17)는 렌즈 어레이(16)의 사출 측에 배치되어, 형성되는 점상(点像; point images) 사이에 차폐 영역(173)을 설치함으로써 광량 손실을 억제하면서도 편광 변환을 실현하고 있다. 또한, 다이크로익 컨버터(61)는 PS 컨버터(17)를 통과한 광에 대해 색 변환 작용을 가져온다. 다이크로익 컨버터(61)를 형성하는 프리즘 블록에는, 다이크로익 막(611)과 전반사막(614)이 교대로 형성되어 있다. 다이크로익 막(611) 측에서는 적색광을 반사하고 50%의 청색광을 반사함과 함께, 녹색광을 투과하고, 나아가 50%의 청색광을 투과하도록 구성되어 있다. 전반사막(614)는, 모든 광을 반사하는 작용을 갖는다. 다이크로익 컨버터(61)에서는, 다이크로익 막(611)을 반사하고, 다시 전반사막(614)을 반사하여 온 광에 대해, 편광 방향을 90deg 돌리는 1/2 파장판(612)을 통과시킴으로써 녹청색 광과 적청색 광을 서로 직교 편광으로 할 수 있다.

도 12는, 제2 실시형태에 따른 광학 시스템의 조명 광학계(1A)의 퓨필에 있어서의 편광 상태의 일례를 나타내고 있다.

도 12에 나타낸 바와 같이, 조명 광학계(1A)의 퓨필 위치(P1)에서는, 분할된 C 영역과 D 영역이 종방향으로 서로 다르게 이루어져 있다. C 영역은, 도 11에 나타낸 다이크로익 컨버터(61)에 있어서의 1/2 파장판(612)이 형성된 영역에 상당한다. D 영역은, 도 11에 나타낸 다이크로익 컨버터(61)에 있어서의 1/2 파장판(612)이 형성되지 않는 영역에 상당한다. C 영역을 통과하는 광은, 광량 100%의 적색광 및 광량 50%의 청색광으로 구성되고, 편광 방향은 Y 방향(P 편광)으로 되어 있다. 또한, D 영역을 통과하는 광은, 광량 100%의 녹색광 및 광량 50%의 청색광으로 구성되고, 편광 방향은 Z 방향(S 편광)으로 되어 있다. C 영역으로부터 나온 광은, 편광 방향이 Y 방향이기 때문에 제2 라이트 밸브(32)에 도달한다. D 영역으로부터 나온 광은, 편광 방향이 Z 방향이기 때문에 제1 라이트 밸브(31)에 도달한다. 그 후, 제1 라이트 밸브(31) 및 제2 라이트 밸브(32)에 있어서 각각 직교 방향 편광으로 변환된 광은 투영 광학계(2A)의 퓨필 내에서, 영역 분할 편광자(62)에 의해 각 분할 영역별로의 작용을 받는다.

도 13은, 제2 실시형태에 따른 광학 시스템의 투영 광학계(2A)의 퓨필에 있어서의 편광 상태의 일례를 나타내고 있다.

도 13에 나타낸 바와 같이, 투영 광학계(2A)의 퓨필 위치(P2)에서는, 분할된 C′ 영역과 D′ 영역이 종방향으로 서로 다르게 이루어져 있다. 조명 광학계(1A)의 퓨필 위치(P1)에 있어서의 C 영역과 공역인 것이 투영 광학계(2A)의 퓨필 위치(P2)에 있어서의 C’영역의 부분이고, 조명 광학계(1A)의 퓨필 위치(P1)에 있어서의 D 영역의 부분에 공역인 것이 투영 광학계(2A)의 퓨필 위치(P2)에 있어서의 D’영역의 부분이다. 따라서, C’영역에는 반드시 Y 방향(P 편광)만이, D’영역에는 Z 방향(S 편광)만이 도달하고 있다. 이 상태에서 C’영역에는 Y 방향 편광 투과, Z 방향 편광 차폐의 편광자 효과를, D’영역에는 Z 방향 편광 투과, Y 방향 편광 차폐의 편광자 효과를 주도록 영역 분할 편광자(62)를 작용시키면, 제1 라이트 밸브(31) 및 제2 라이트 밸브(32)에 대해 각각의 포스트 편광자로서의 효과를 줄 수 있게 되어, 콘트라스트를 증대시킬 수 있다.

제2 실시형태에 따른 광학 시스템의 구성에서의 유리한 점은 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)을 사용하지 않기 때문에 노치 필터(15)를 필요로 하지 않는다는 점이다. 제1 실시형태에 따른 광학 시스템의 경우, 본래는 각 라이트 밸브로부터의 광에 대해 원하는 편광 방향을 차단하는 포스트 편광자(22)를 배치하고자 한다. 그러나, 상술한 바와 같이 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51) 및 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)에서의 파장 선택 특성에 의하면 적색과 녹색의 스위칭 영역에서는 포스트 편광자(22)로 차단할 수 없는 다른 방향의 편광이 생성되어 버리기 때문에, 완전한 포스트 편광자로서 기능하지 않게 된다. 한편, 제2 실시형태에 따른 광학 시스템의 구성의 경우에는, 적색과 녹색의 스위칭 영역에서는 마찬가지로 편광 방향에 따른 반사 및 투과의 변환은 완전하지 않지만, 조명 광학계(1A)의 퓨필에 있어서, C 영역으로 가이드되었는지, D 영역으로 가이드되었는지에 따라 생성되는 편광 방향이 결정되는 구성으로 되어 있다. C 영역을 사출한 광은 반드시 투영 광학계(2A)의 퓨필의 C’영역으로, D 영역을 사출한 광은 반드시 투영 광학계(2A)의 퓨필의 D' 영역으로 가이드되기 때문에, 각 편광에 대해 타겟 포스트 편광자(영역 분할 편광자(62))를 반드시 배치할 수 있어, 콘트라스트 증대를 위해 노치 필터(15)가 불필요함을 알 수 있다. 바꿔 말하면 적색과 녹색의 스위칭 영역에 있어서의 변환의 불완전함을, 편광에는 부과하지 않는 구성으로 되어 있는 것이 유리한 점이다.

도 14는, 제2 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 제1 및 제2 라이트 밸브(31, 32)에 도달하는 광의 스펙트럼의 일례를 나타내고 있다. 적색과 녹색의 스위칭 영역의 광이 혼합하면서 각 라이트 밸브에 할당되어 있는 모습을 알 수 있다. 제2 실시형태에 따른 광학 시스템에서는, 각 라이트 밸브의 편광은 한 방향이며, 편광의 혼합이 원리적으로 일어나지 않는다. 그 결과, 제1 실시형태에 따른 광학 시스템에서 사용되고 있던 노치 필터(15)에 기인하는 광량 손실은 해소되고, 대략 30%에 약간 못미치는 정도의 휘도 향상을 실현하고, 나아가 콘트라스트 향상과 패널 내광성 대책을 겸할 수 있다. 본 구성에서는 원리적으로 제1 실시형태에 따른 광학 시스템과 마찬가지의 1000:1의 콘트라스트가 기대된다.

이상과 같이, 제2 실시형태에 따른 광학 시스템에 의하면, 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)을 다이크로익 컨버터(61)로 대체함으로써, 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)에 의한 변환 손실을 해소하고, 밝기를 크게 높이면서도 높은 콘트라스트를 유지할 수 있다.

그 밖의 구성, 작용 및 효과는, 상기 제1 실시형태에 따른 광학 시스템과 대략 마찬가지이어도 된다.

<3. 제3 실시형태>

다음으로, 본 개시의 제3 실시형태에 따른 광학 시스템에 대해 설명한다. 한편, 이하에서는, 상기 제1 또는 제2 실시형태에 따른 광학 시스템의 구성 요소와 대략 같은 부분에 대해서는, 동일 부호를 붙여, 적절히 설명을 생략한다.

도 15는, 제3 실시형태에 따른 광학 시스템의 전체 구성예를 개략적으로 나타내고 있다.

제2 실시형태에서는, 광량 손실을 억제하면서, 콘트라스트를 향상시킬 수 있는 광학 시스템의 구성예를 나타냈지만, PS 컨버터(17)에는 차폐 영역(173)이 있기 때문에, 실제로는 PS 컨버터(17)에 접하는 다이크로익 컨버터(61)는 에텐듀(etendue)의 관점에서, 각도 성분의 손실이 커지기 쉽다. 어떤 일정한 에텐듀를 유지하기 위해서는 렌즈 어레이(16)로 입사시키는 광속 직경을 증가시킬 필요가 있기 때문에, 전체 사이즈의 관점에서는 바람직하지 못한 케이스도 존재한다. 이 경우, 도 15와 같은 광학계를 구성하는 것도 가능하다.

도 15에 나타낸 바와 같이, 제3 실시형태에 따른 광학 시스템은, 조명 광학계(1B)와, 투영 광학계(2B)를 구비하고 있다.

조명 광학계(1B)는, 제2 실시형태에 있어서의 조명 광학계(1A)(도 10)의 구성에 대해, 렌즈 어레이(16) 대신에, 제1 렌즈 어레이(16A)와 제2 렌즈 어레이(16B)를 갖고 있다. 또한, 조명 광학계(1B)는, 제2 실시형태에 있어서의 조명 광학계(1A)의 구성에 대해, 릴레이 렌즈 렌즈(18) 대신에, 제1 릴레이 렌즈(18A)와 제2 릴레이 렌즈(18B)를 갖고 있다. 또한, 조명 광학계(1B)는, 제2 실시형태에 있어서의 조명 광학계(1A)의 구성에 대해, 1/2 파장판(19)을 생략한 구성으로 되어 있다.

투영 광학계(2B)는, 제2 실시형태에 있어서의 투영 광학계(2A)(도 10)와 마찬가지의 구성으로 되어 있다.

조명 광학계(1B)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제1 광학계」의 일 구체예에 상당한다. 투영 광학계(2B)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제2 광학계」의 일 구체예에 상당한다.

제3 실시형태에 따른 광학 시스템은, 제2 실시형태에 따른 광학 시스템의 구성에 대해, PS 컨버터(17)와 다이크로익 컨버터(61)를 분리하고, 그 사이를 제2 릴레이 렌즈(18B)와 제2 렌즈 어레이(16B)로 연결하는 시스템으로 하고 있다. 이 시스템에서는 한번, 제1 렌즈 어레이(16A), PS 컨버터(17), 및 제2 릴레이 렌즈(18B)에 의해 균일 조명을 형성하고, 또 다시, 제2 렌즈 어레이(16B), 다이크로익 컨버터(61), 및 제1 릴레이 렌즈(18A)에 의해 제1 라이트 밸브(31) 및 제2 라이트 밸브(32)에 대한 균일 조명을 생성한다. 이 이후의 구성 및 작용은 제2 실시형태에 따른 광학 시스템과 마찬가지이고, 퓨필 공역을 이용하여 콘트라스트를 증대시킬 수 있다. 제3 실시형태에 따른 광학 시스템에서는, PS 컨버터(17)와 다이크로익 컨버터(61)의 피치를 맞출 수 있고, 결과적으로, PS 컨버터(17)의 차폐 영역(173)을 작게 할 수 있기 때문에, 전술한 에텐듀의 문제는 거의 없기 때문에, 전체 시스템의 체적을 억제하면서 광 이용 효율을 크게 높일 수 있다.

도 16은, 제2 실시형태에 따른 광학 시스템의 조명 광학계(1A) 또는 투영 광학계(2A)의 퓨필 형상의 일례를, 제3 실시형태에 따른 광학 시스템에 대한 비교예로서 나타내고 있다. 도 17은, 제3 실시형태에 따른 광학 시스템의 조명 광학계(1B) 또는 투영 광학계(2B)의 퓨필 형상의 일례를 나타내고 있다.

도 16에 나타낸 바와 같이, 제2 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 퓨필 형상은 대략 원형 형상으로 되어 있다. 이에 대해, 도 17에 나타낸 바와 같이, 제3 실시형태에 따른 광학 시스템에서는, 제1 렌즈 어레이(16A)가 형성하는 제2 렌즈 어레이(16B) 앞의 상이 퓨필 형상으로 되어 버리기 때문에, 대략 정사각형이 되어 있다. 이는 경우에 따라서는 레이저 안전 규격 등에 악영향을 미친다. 이를 해결하기 위해, 후술하는 제4 실시형태에 따른 광학 시스템의 구성으로 하는 것이, 더 바람직하다.

한편, 제3 실시형태에 따른 광학 시스템에서는, 형광체 휠(11)에 있어서의 편광 유지 확산판 영역(112)을 단순한 전반사 구성으로 한 경우에도, 청색광에 대한 퓨필 분포를 황색광의 퓨필 분포와 동일하게 할 수 있어, 저비용화나 제조 프로세스를 간략화할 수 있다고 하는 이점도 있다.

그 밖의 구성, 작용 및 효과는, 상기 제2 실시형태에 따른 광학 시스템과 대략 마찬가지일 수 있다.

<4. 제4 실시형태>

다음으로, 본 개시의 제4 실시형태에 따른 광학 시스템에 대해 설명한다. 한편, 이하에서는, 상기 제1 내지 제3 중 어느 하나의 실시형태에 따른 광학 시스템의 구성 요소와 대략 같은 부분에 대해서는, 동일 부호를 붙여, 적절히 설명을 생략한다.

도 18은, 제4 실시형태에 따른 광학 시스템의 전체 구성예를 개략적으로 나타내고 있다.

도 18에 나타낸 바와 같이, 제4 실시형태에 따른 광학 시스템은, 조명 광학계(1C)와, 투영 광학계(2C)를 구비하고 있다.

조명 광학계(1C)는, 제2 실시형태에 있어서의 조명 광학계(1A)(도 10)의 구성에 대해, 렌즈 어레이(16) 대신에, 제1 렌즈 어레이(16A)와 제2 렌즈 어레이(16B)와 제3 렌즈 어레이(16C)를 갖고 있다. 또한, 조명 광학계(1C)는, 제2 실시형태에 있어서의 조명 광학계(1A)의 구성에 대해, 릴레이 렌즈 렌즈(18) 대신에, 제1 릴레이 렌즈(18A)와 제2 릴레이 렌즈(18B)와 제3 릴레이 렌즈(18C)를 갖고 있다. 또한, 조명 광학계(1C)는, 제2 실시형태에 있어서의 조명 광학계(1A)의 구성에 대해, 1/2 파장판(19)을 생략한 구성으로 되어 있다.

투영 광학계(2C)는, 제2 실시형태에 있어서의 투영 광학계(2A)(도 10)와 마찬가지의 구성으로 되어 있다.

조명 광학계(1C)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제1 광학계」의 일 구체예에 상당한다. 투영 광학계(2C)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제2 광학계」의 일 구체예에 상당한다.

제4 실시형태에 따른 광학 시스템은, 제3 실시형태에 따른 광학 시스템의 구성에 있어서의 퓨필 형상(도 17)의 대책을 위해, 도 18에 나타낸 바와 같이, 조명 광학계(1C)의 릴레이 렌즈계를 3단으로 하고 있다. 조명 광학계(1C)에 있어서, 제1 렌즈 어레이(16A)는 사각형, 제2 렌즈 어레이(16B)는 6각형, 제3 렌즈 어레이(16C)는 사각형의 렌즈 어레이로서 구성한다. 이와 같이 함으로써, 제1 렌즈 어레이(16A), PS 컨버터(17), 및 제3 릴레이 렌즈(18C)는 편광 정류 작용을 갖는다. 또한, 제2 렌즈 어레이(16B), 및 제2 릴레이 렌즈(18B)는 6각형의 조명을 생성한다(이것이 이후의 퓨필이 된다). 또한, 제3 렌즈 어레이(16C), 다이크로익 컨버터(61), 및 제1 릴레이 렌즈(18A)는 색의 분리와 각 라이트 밸브에 적합한 편광 변환 작용 및 각 라이트 밸브에의 균일 사각형 조명 생성 기능을 갖는다. 이 이후의 구성, 작용은 제2 실시형태와 마찬가지이며, 퓨필 공역을 사용하여 콘트라스트를 증대시킬 수 있다.

도 19는, 제4 실시형태에 따른 광학 시스템의 조명 광학계(1C) 또는 투영 광학계(2C)의 퓨필 형상의 일례를 나타내고 있다. 제4 실시형태에 따른 광학 시스템에서는, 도 19에 나타낸 바와 같이, 퓨필 형상을 6각형에 가까운 구성으로 할 수 있고, 전술한 제3 실시형태에서 문제가 된 4각 형상의 퓨필이 되는 것을 피할 수 있다. 또한, 제4 실시형태에 따른 광학 시스템은, 제3 실시형태에 따른 광학 시스템과 마찬가지로, 형광체 휠(11) 상의 편광 유지 확산판 영역(112)을 단순 반사로 하는 구성을 취하는 것이 가능하다.

그 밖의 구성, 작용 및 효과는, 상기 제2 또는 제3 실시형태에 따른 광학 시스템과 대략 마찬가지이어도 된다.

<5. 제5 실시형태>

다음으로, 본 개시의 제5 실시형태에 따른 광학 시스템에 대해 설명한다. 한편, 이하에서는, 상기 제1 내지 제4 중 어느 하나의 실시형태에 따른 광학 시스템의 구성 요소와 대략 같은 부분에 대해서는, 동일 부호를 붙여, 적절히 설명을 생략한다.

도 20은, 제5 실시형태에 따른 광학 시스템의 전체 구성예를 개략적으로 나타내고 있다.

도 20에 나타낸 바와 같이, 제5 실시형태에 따른 광학 시스템은, 조명 광학계(1D)와, 투영 광학계(2D)를 구비하고 있다.

조명 광학계(1D)는, 제1 실시형태에 있어서의 조명 광학계(1)(도 1)의 구성에 대해, 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51) 대신에, 조명 광학계(1D)의 퓨필 위치(P1)에 영역 분할 파장판(71)을 배치한 구성으로 되어 있다. 또한, 조명 광학계(1D)는, 제1 실시형태에 있어서의 조명 광학계(1)의 구성에 대해, 노치 필터(15)를 생략하고, 파장 선택성 PBS(14)의 뒤에 1/2 파장판(19)을 배치한 구성으로 되어 있다. 영역 분할 파장판(71)은, 각각이 서로 다른 편광 작용을 갖는 복수의 분할 영역을 포함한다. 영역 분할 파장판(71)에 있어서의 복수의 분할 영역은, 예를 들면 후술하는 도 21에 나타내는 D 영역 및 E 영역이다.

투영 광학계(2D)는, 제1 실시형태에 있어서의 투영 광학계(2)(도 1)의 구성에 대해, 포스트 편광자(22)를 생략하고, 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52) 대신에, 투영 광학계(2D)의 퓨필 위치(P2)에 영역 분할 편광자(62)를 배치한 구성으로 되어 있다. 영역 분할 편광자(62)는, 각각이 서로 다른 편광 작용을 갖는 복수의 분할 영역을 포함한다. 영역 분할 편광자(62)는, 복수의 분할 영역의 각각이 서로 다른 편광 방향의 광을 투과하는 작용을 갖는다. 영역 분할 편광자(62)에 있어서의 복수의 분할 영역은, 예를 들면 후술하는 도 22에 나타내는 D′ 영역 및 E′ 영역이다. 영역 분할 편광자(62)는, 영역 분할된 포스트 편광자로서의 작용을 갖는다.

조명 광학계(1D)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제1 광학계」의 일 구체예에 상당한다. 투영 광학계(2D)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제2 광학계」의 일 구체예에 상당한다. 영역 분할 파장판(71)은, 본 개시의 기술에 있어서의 「제1 광학 소자」의 일 구체예에 상당한다. 영역 분할 편광자(62)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제2 광학 소자」의 일 구체예에 상당한다.

제5 실시형태에 따른 광학 시스템은, 편광 안경(4)과, 편광 유지 스크린(5)을, 더 구비함으로써, 3D(3차원) 표시 장치로서 구성하는 것이 가능하다. 편광 유지 스크린(5)에는, 투영 광학계(2D)를 통해 오른쪽 눈용 화상, 및 왼쪽 눈용 화상이 투영된다.

제5 실시형태에 따른 광학 시스템에서는, PS 컨버터(17)에 입사하는 광은 1/2 파장판(19)을 미리 넣음으로써, 모든 색에 대해 Y 방향의 편광(P 편광)과 Z 방향의 편광(S 편광)이 동등한 상태가 된다. 또한, 제5 실시형태에 따른 광학 시스템에서는, 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51) 대신에, 파장 선택성이 없는 광대역의 영역 분할 파장판(71)을 사용하고, 각 라이트 밸브로의 광의 분할은 3차원 표시를 위해 적색, 녹색, 및 청색의 모든 색광에 대해 행하는 구성이 되어 있다. 또한, 콘트라스트 증대를 위해, 투영 광학계(2D)의 퓨필 위치(P2)에 영역 분할 편광자(62)를 배치하고, 오른쪽 눈용, 왼쪽 눈용의 편광을 유지하면서 콘트라스트를 증대시키는 구성으로 되어 있다. 편광 안경(4)은, 직교 편광자 안경이고, 사용자는, 편광 유지 스크린(5)에 투영된 오른쪽 눈용 화상 및 왼쪽 눈용 화상을 편광 안경(4)을 장착함으로써 3차원 화상으로서 관찰하는 것이 가능하게 된다.

도 21은, 제5 실시형태에 따른 광학 시스템의 조명 광학계(1D)의 퓨필에 있어서의 편광 상태의 일례를 나타내고 있다.

도 21에 나타낸 바와 같이, 조명 광학계(1D)의 퓨필 위치(P1)에서는, 영역 분할 파장판(71)이 상하로 D 영역과 E 영역으로 분할되어 있다. D 영역에서는, 모든 색광의 편광을 90deg 회전시키고, E 영역에서는, 모든 색광의 편광을 일체 회전시키지 않도록 구성되어 있다. 이 구성에 의해, D 영역을 통과하는 광은 모두 제1 라이트 밸브(31)에, E 영역을 통과하는 광은 모두 제2 라이트 밸브(32)에 도달시킬 수 있고, 예를 들면, 제1 라이트 밸브(31)을 오른쪽 눈용 채널, 제2 라이트 밸브(32)을 왼쪽 눈용 채널로서 사용할 수 있다.

도 22는, 제5 실시형태에 따른 광학 시스템의 투영 광학계(2D)의 퓨필에 있어서의 편광 상태의 일례를 나타내고 있다.

도 22에 나타낸 바와 같이, 투영 광학계(2D)의 퓨필 위치(P2)에서는, 영역 분할 편광자(62)가 상하로 E′ 영역과 D′ 영역으로 분할되어 있다. 조명 광학계(1D)의 퓨필 위치(P1)에 있어서의 D 영역과 공역인 것이 투영 광학계(2D)의 퓨필 위치(P2)에 있어서의 D' 영역의 부분이며, 조명 광학계(1D)의 퓨필 위치(P1)에 있어서의 E 영역의 부분에 공역인 것이 투영 광학계(2D)의 퓨필 위치(P2)에 있어서의 E’영역의 부분이다. 투영 광학계(2D) 내에서는 제1 라이트 밸브(31)로부터의 광은 모두 D' 영역에 도달하고, Y 방향의 편광(P 편광)만을 투과하는 편광자 작용에 의해 콘트라스트 증대가 이루어진다. 또한, 제2 라이트 밸브(32)로부터의 광은 모두 E’영역에 도달하고, Z 방향의 편광(S 편광)만 투과하는 편광자 작용에 의해 콘트라스트 증대가 이루어진다. 제5 실시형태에 따른 광학 시스템은, 2판 광학계로 소형이면서 콘트라스트를 실용 영역으로 증대시킬 수 있고, 이에 더해 편광 3차원 표시를 할 수 있기 때문에, 편광 안경(4)을 간이화 및 경량화할 수 있고, 시스템 전체를 저렴하게 구성하는 것이 가능하다.

한편, 제5 실시형태에 따른 광학 시스템에서는 녹색과 적색과의 경계를 상이한 편광으로 하고 있는 것은 아니기 때문에, 노치 필터(15)는 불필요하다.

제5 실시형태에 따른 광학 시스템에 의하면, 3차원 표시 시에도 콘트라스트를 올릴 수 있어 좌우의 눈의 크로스토크(crosstalk)량을 낮출 수 있다.

그 밖의 구성, 작용 및 효과는, 상기 제1 실시형태에 따른 광학 시스템과 대략 마찬가지이어도 된다.

<6. 제6 실시형태>

다음으로, 본 개시의 제6 실시형태에 따른 광학 시스템에 대해 설명한다. 한편, 이하에서는, 상기 제1 내지 제5 중 어느 하나의 실시형태에 따른 광학 시스템의 구성 요소와 대략 같은 부분에 대해서는, 동일 부호를 붙여, 적절히 설명을 생략한다.

도 23은, 제6 실시형태에 따른 광학 시스템의 전체 구성예를 개략적으로 나타내고 있다.

제6 실시형태에서는, 라이트 밸브를 늘린 예로서 4판 구성의 예를 나타낸다. 도 23에 나타낸 바와 같이, 제6 실시형태에 따른 광학 시스템은, 조명 광학계(1E)와, 투영 광학계(2E)를 구비하고 있다. 또한, 제6 실시형태에 따른 광학 시스템은, 조명 광학계(1E)와 투영 광학계(2E)와의 사이의 광로 상에, 2개의 청색용 라이트 밸브(3B1, 3B2)와, 1개의 적색용 라이트 밸브(3R1)와, 1개의 녹색용 라이트 밸브(3G1)와, PBS(41, 42, 43)와, 다이크로익 큐브(44)를 구비하고 있다.

조명 광학계(1E)는, 제1 청색 광원(10A)과, 제2 청색 광원(10B)과, 형광체 휠(11)과, 집광 렌즈(12)와, 1/4 파장판(13)과, 파장 선택성 PBS(14)와, 렌즈 어레이(16)와, PS 컨버터(17)와, 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)과, 릴레이 렌즈(18)를 갖고 있다. 또한, 조명 광학계(1E)는, 제1 색 플레이트(81)와, 제2 색 플레이트(82)와, 전반사 미러(83)를 갖고 있다.

투영 광학계(2E)는, 제1 실시형태에 있어서의 투영 광학계(2)(도 1)과 마찬가지의 구성으로 되어 있다.

조명 광학계(1E)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제1 광학계」의 일 구체예에 상당한다. 투영 광학계(2E)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제2 광학계」의 일 구체예에 상당한다. 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)은, 본 개시의 기술에 있어서의 「제1 광학 소자」의 일 구체예에 상당한다. 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)은, 본 개시의 기술에 있어서의 「제2 광학 소자」의 일 구체예에 상당한다. PBS(41)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「편광 분리 소자」의 일 구체예에 상당한다.

PBS(41)는, 조명 광학계(1E)로부터 사출된 청색광의 광로 상에 설치되고, 청색광을 편광의 차이에 의해 분기함으로써, 청색용 라이트 밸브(3B1) 및 청색용 라이트 밸브(3B2)에 입사시킨다. PBS(42)는, 조명 광학계(1E)로부터 사출된 적색광의 광로 상에 설치되고, 적색광을 적색용 라이트 밸브(3R1)에 입사시킨다. PBS(43)는, 조명 광학계(1E)로부터 사출된 녹색광의 광로 상에 설치되고, 녹색광을 녹색용 라이트 밸브(3G1)에 입사시킨다. 다이크로익 큐브(44)는, 각 라이트 밸브에 의해 변조된 각 색광을 합성하고, 투영 광학계(2E)를 향해 사출한다.

제6 실시형태에 따른 광학 시스템은, 기본 구성은 R, G, B의 3판 구성이며, B채널에 대해서만 내광성 대책으로 2개의 라이트 밸브(청색용 라이트 밸브(3B1, 3B2))를 배치하고 있다. 또한, 제6 실시형태에 따른 광학 시스템에서는, 형광체 휠(11)에는, 편광 유지 확산판 영역(112)(도 2)은 설치되지 않고, 제1 청색 광원(10A)로부터의 청색광이 형광체 영역(111)에 연속적으로 조사된다. 이에 의해, 형광체 휠(11)로부터는 황색광이 시분할이 아니라, 연속 발광한다. 제2 청색 광원(10B)으로부터는 청색광이 연속적으로 사출된다. 제2 청색 광원(10B)으로부터의 청색광은 파장 선택성 PBS(14)에 의해 반사되어, 형광체 휠(11)로부터의 황색광과 합성된다. 제6 실시형태에 따른 광학 시스템에서는, 각 라이트 밸브는 각 색 전용이며, 색의 시분할은 행해지지 않는다.

도 24는, 제6 실시형태에 따른 광학 시스템의 조명 광학계(1E)의 퓨필에 있어서의 편광 상태의 일례를 나타내고 있다.

도 24에 나타낸 바와 같이, 조명 광학계(1E)의 퓨필 위치(P1)에서는, 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)이 상하로 F 영역과 G 영역으로 분할되어 있다. F 영역은 R, G, B의 각 색에 관계없이 편광을 90deg 회전시키고, G 영역에서는 청색광만을 편광 변환하지 않고, 그 이외의 색광을 90deg 편광 회전시킨다. 이와 같이 함으로써, 청색광에 대해서는 2종의 편광을 혼합할 수 있고, 청색용 라이트 밸브(3B1)와 청색용 라이트 밸브(3B2)로 각각 분기시킬 수 있다. 이에 의해 라이트 밸브에 들어가는 청색광을 반감시켜, 시스템의 장수명화를 도모할 수 있다. 적색광 및 녹색광에 대해서는, 제1 색 플레이트(81) 및 제2 색 플레이트(82)에 의해 분기하여, 각각 적색용 라이트 밸브(3R1), 녹색용 라이트 밸브(3G1)로 가이드한다. 적색광 및 녹색광은 S 편광 입사이며 사출광은 P 편광이 된다. 각 라이트 밸브로부터 사출된 R, G, B의 각 색광은 다이크로익 큐브(44)에서 합성되어, 투영 광학계(2E)로 가이드된다. 이 때의 편광 방향은, 투영 광학계(2E)로의 입사시에 적색광 및 녹색광에서는 Y 방향의 편광(P 편광), 청색광에서는 Y 방향의 편광(P 편광)과 Z 방향의 편광(S 편광)이 혼재한 상태이다.

도 25는, 제6 실시형태에 따른 광학 시스템의 투영 광학계(2E)의 퓨필에 있어서의 편광 상태의 일례를 나타내고 있다.

도 25에 나타낸 바와 같이, 투영 광학계(2E)의 퓨필 위치(P2)에서는, 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)이 상하로 G′ 영역과 F′ 영역으로 분할되어 있다. 조명 광학계(1E)의 퓨필 위치(P1)에 있어서의 F 영역과 공역인 것이 투영 광학계(2E)의 퓨필 위치(P2)에 있어서의 F’영역의 부분이고, 조명 광학계(1E)의 퓨필 위치(P1)에 있어서의 G 영역의 부분에 공역인 것이 투영 광학계(2E)의 퓨필 위치(P2)에 있어서의 G’영역의 부분이다. 투영 광학계(2E)의 퓨필 위치(P2)에 있어서, F 영역과 공역인 F’영역에서는, 모든 색광이 90deg 편광 회전되어, Z 방향의 편광(S 편광)으로 변환된다. 또한 G 영역과 공역인 G’영역에서는, 적색광과 녹색광은 90deg 편광 회전되고, 청색광은 편광 변환되지 않아, 결과적으로 모든 색광이 Z 방향의 편광(S 편광)으로 변환된다. 이를 마지막으로 투영 광학계(2E) 내의 포스트 편광자(22)를 사용하여 정류함으로써 콘트라스트를 증대시킬 수 있다. 제6 실시형태에 따른 광학 시스템에서는, 라이트 밸브의 수를 억제하면서도 장수명화를 도모할 수 있는 구성이며, 비교적 염가로 구성할 수 있다고 하는 특징을 갖는다.

제6 실시형태에 따른 광학 시스템의 포인트는 특정한 파장에 대해 직교하는 2편광을 이용하면서도, 포스트 편광자(22)로 콘트라스트를 높일 수 있다는 점이며, 상이한 구성에도 사용할 수 있다.

또한, 제6 실시형태에 따른 광학 시스템에서는 녹색과 적색과의 스위칭 영역은, 영역 분할 파장 선택성 파장판에 의해 스위칭하고 있는 것은 아니기 때문에, 노치 필터(15)는 불필요하다.

그 밖의 구성, 작용 및 효과는, 상기 제1 실시형태에 따른 광학 시스템과 대략 마찬가지이어도 된다.

<7. 제7 실시형태>

다음으로, 본 개시의 제7 실시형태에 따른 광학 시스템에 대해 설명한다. 한편, 이하에서는, 상기 제1 내지 제6 중 어느 하나의 실시형태에 따른 광학 시스템의 구성 요소와 대략 같은 부분에 대해서는, 동일 부호를 붙여, 적절히 설명을 생략한다.

도 26은, 제7 실시형태에 따른 광학 시스템의 전체 구성예를 개략적으로 나타내고 있다.

제7 실시형태에서는, 제6 실시형태에 따른 광학 시스템보다 라이트 밸브를 더 늘린 예로서 6판 구성의 예를 나타낸다. 도 26에 나타낸 바와 같이, 제7 실시형태에 따른 광학 시스템은, 조명 광학계(1F)와, 투영 광학계(2F)를 구비하고 있다. 또한, 제7 실시형태에 따른 광학 시스템은, 조명 광학계(1F)와 투영 광학계(2F)와의 사이의 광로 상에, 2개의 청색용 라이트 밸브(3B1, 3B2)와, 2개의 적색용 라이트 밸브(3R1, 3R2)와, 2개의 녹색용 라이트 밸브(3G1, 3G2)와, PBS(41, 42, 43)와, 다이크로익 큐브(44)를 구비하고 있다.

조명 광학계(1F)는, 제1 청색 광원(10A)과, 제2 청색 광원(10B)과, 형광체 휠(11)과, 집광 렌즈(12)와, 1/4 파장판(13)과, 파장 선택성 PBS(14)와, 렌즈 어레이(16)와, PS 컨버터(17)와, 영역 분할 파장판(71)과, 릴레이 렌즈(18)를 갖고 있다. 또한, 조명 광학계(1F)는, 제1 색 플레이트(81)와, 제2 색 플레이트(82)와, 전반사 미러(83)를 갖고 있다.

투영 광학계(2F)는, 제5 실시형태에 있어서의 투영 광학계(2D)(도 20)과 마찬가지의 구성이며, 그 퓨필 위치(P2)에는 영역 분할 편광자(62)가 배치되어 있다.

조명 광학계(1F)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제1 광학계」의 일 구체예에 상당한다. 투영 광학계(2F)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제2 광학계」의 일 구체예에 상당한다. 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)은, 본 개시의 기술에 있어서의 「제1 광학 소자」의 일 구체예에 상당한다. 영역 분할 편광자(62)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제2 광학 소자」의 일 구체예에 상당한다. 또한, 예를 들면 2개의 청색용 라이트 밸브(3B1, 3B2)가, 본 개시의 기술에 있어서의 「제1 및 제2 라이트 밸브」의 일 구체예에 상당한다. 또한, 예를 들면 2개의 적색용 라이트 밸브(3R1, 3R2)가, 본 개시의 기술에 있어서의 「제3 및 제4 라이트 밸브」의 일 구체예에 상당한다. 또한, 예를 들면 2개의 녹색용 라이트 밸브(3G1, 3G2)가 본 개시의 기술에 있어서의 「제5 및 제6 라이트 밸브」의 일 구체예에 상당한다.

PBS(41)는, 조명 광학계(1F)로부터 사출된 청색광의 광로 상에 설치되고, 청색광을 편광의 차이에 의해 분기함으로써, 청색용 라이트 밸브(3B1) 및 청색용 라이트 밸브(3B2)에 입사시킨다. PBS(42)는, 조명 광학계(1F)로부터 사출된 적색광의 광로 상에 설치되고, 적색광을 편광의 차이에 의해 분기함으로써, 적색용 라이트 밸브(3R1) 및 적색용 라이트 밸브(3R2)에 입사시킨다. PBS(43)는, 조명 광학계(1F)로부터 사출된 녹색광의 광로 상에 설치되고, 녹색광을 편광의 차이에 의해 분기함으로써, 녹색용 라이트 밸브(3G1) 및 녹색용 라이트 밸브(3G2)에 입사시킨다. 다이크로익 큐브(44)는, 각 라이트 밸브에 의해 변조된 각 색광을 합성하고, 투영 광학계(2F)를 향해 사출한다.

제7 실시형태에 따른 광학 시스템은, R, G, B의 각 색에 대해, 2개의 라이트 밸브를 배치하고 있다. 또한, 제7 실시형태에 따른 광학 시스템에서는, 형광체 휠(11)에는, 제6 실시형태에 따른 광학 시스템과 마찬가지로, 편광 유지 확산판 영역(112)(도 2)은 설치되어 있지 않고, 제1 청색 광원(10A)로부터의 청색광이 형광체 영역(111)에 연속적으로 조사된다. 이에 의해, 형광체 휠(11)로부터는 황색광이 시분할이 아니라, 연속 발광한다. 제2 청색 광원(10B)으로부터는 청색광이 연속적으로 사출된다. 제2 청색 광원(10B)으로부터의 청색광은 파장 선택성 PBS(14)에 의해 반사되어, 형광체 휠(11)로부터의 황색광과 합성된다. 제7 실시형태에 따른 광학 시스템에서는, 제6 실시형태에 따른 광학 시스템과 마찬가지로, 각 라이트 밸브는 각 색 전용이며, 색의 시분할은 행해지지 않는다.

제7 실시형태에 있어서의 조명 광학계(1F)의 퓨필에 있어서의 편광 상태는, 제5 실시형태에 따른 광학 시스템과 마찬가지이고, 조명 광학계(1F)의 퓨필 위치(P1)에서는, 영역 분할 파장판(71)이 상하로 D 영역과 E 영역으로 분할되어 있다(도 21). 이에 의해, 각 색에 대해, 조명 광학계(1F)의 위치(P1)에서 직교한 2편광 상태를 만들어 내고, 이를 각각의 편광 상태에 따라 각 색의 라이트 밸브에 입사시킨다.

제7 실시형태에 있어서의 투영 광학계(2F)의 퓨필에 있어서의 편광 상태도, 제5 실시형태에 따른 광학 시스템과 마찬가지이고, 투영 광학계(1F)의 퓨필 위치(P2)에서는, 영역 분할 편광자(62)가 상하로 E′ 영역과 D′ 영역으로 분할되어 있다(도 22). 제7 실시형태에 따른 광학 시스템에서는, 제5 실시형태에 따른 광학 시스템과 마찬가지로 투영 광학계(2F)의 퓨필 위치(P2)에 영역 분할 편광자(62)를 설치하고, 퓨필의 공역 작용을 이용하여, 각 색에 대해, 각 영역에는 한 방향의 편광만 들어오는 것을 이용하여 콘트라스트를 증대시킨다.

이상 설명한 6장 구성은 단순한 휘도 상승 외에, 제5 실시형태에 따른 광학 시스템과 마찬가지로, 편광을 이용한 3차원 표시를 실현하는 것도 가능하다.

한편, 제7 실시형태에 따른 광학 시스템에서는 녹색과 적색의 스위칭 영역은, 영역 분할 파장 선택성 파장판에 의해 스위칭하고 있는 것은 아니기 때문에, 노치 필터(15)는 불필요하다.

그 밖의 구성, 작용 및 효과는, 상기 제5 또는 제6 실시형태에 따른 광학 시스템과 대략 마찬가지이어도 된다.

<8. 제8 실시형태>

다음으로, 본 개시의 제8 실시형태에 따른 광학 시스템에 대해 설명한다. 한편, 이하에서는, 상기 제1 내지 제7 중 어느 하나의 실시형태에 따른 광학 시스템의 구성 요소와 대략 같은 부분에 대해서는, 동일 부호를 붙여, 적절히 설명을 생략한다.

도 27은, 제8 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 영역 분할 파장판(71)의 제1 분할예를 개략적으로 나타내고 있다. 도 28은, 제8 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 영역 분할 파장판(71)의 제2 분할예를 개략적으로 나타내고 있다. 도 29는, 제8 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 영역 분할 파장판(71)의 제3 분할예를 개략적으로 나타내고 있다. 도 30은, 제8 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 영역 분할 파장판(71)의 제4 분할예를 개략적으로 나타내고 있다.

상기 제5 및 제7 실시형태에 따른 광학 시스템(도 20, 도 26)에 있어서, 조명 광학계(1D, 1F)의 퓨필 위치(P1)에는, 영역 분할 파장판(71)을 배치하고 있다. 이러한 영역 분할 파장판(71)을 사용하는 구성에 있어서는 영역의 분할 방법에는 상당한 자유도가 있다. 몇 가지의 변형예를 도 27∼도 30에 나타냈지만, 영역의 분할 방법은 이들에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 도 27에 나타낸 바와 같이, 영역의 분할이 세로로 2분할된 구성이어도 된다. 단, 이 경우에는 중심선이 점상(point image)을 2분할하고 있기 때문에, 조명 광학계(1D, 1F)의 퓨필 위치(P1)에 있어서의 소자 배치와 투영 광학계(2D, 2F)의 퓨필 위치(P2)에 있어서의 소자 배치의 서로의 위치 관계의 제조 공차가 엄격해지는 것이 상정된다. 또한 PBS(41) 등에 대해 좌우로 분할하고 있기 때문에 색 쉐이딩(color shading)이 발생할 가능성이 있어, 어느 쪽이냐고 하면 PBS(41) 등에 대해 극성이 존재하지 않는 상하 분할의 쪽이 바람직하다.

또한, 도 28과 같이 사각 스프라이프 형상이나, 도 29과 같이 격자 형상, 또는 도 30과 같이 중심 영역과 외측 영역으로 분할하는 것도 가능하다. 예를 들면 도 30의 분할 방법이면, 퓨필의 중심 영역의 광속은 라이트 밸브에 대해 비교적 얕은 입사각으로 되기 때문에, PBS(41) 등의 설계상 유리할 가능성이 있다. 이들 분할 방법은 완전히 설계의 범주에 속하는 것으로, 제조성이나 PBS(41) 등의 셰이딩, 투영 광학계(2D, 2F)의 퓨필에 있어서의 셰이딩, 또는 투영 편광에 의한 색 불균일 정도 등으로부터 자유롭게 설계를 행할 수 있다. 물론, 그 경우에도 투영 광학계(2D, 2F) 내의 공역 퓨필로 각 부에 대응한 작용소(operator)를 가질 필요가 있다.

그 밖의 구성, 작용 및 효과는, 상기 제5 또는 제7 실시형태에 따른 광학 시스템과 대략 마찬가지이어도 된다.

<9. 제9 실시형태>

다음으로, 본 개시의 제9 실시형태에 따른 광학 시스템에 대해 설명한다. 한편, 이하에서는, 상기 제1 내지 제8 중 어느 하나의 실시형태에 따른 광학 시스템의 구성 요소와 대략 같은 부분에 대해서는, 동일 부호를 붙여, 적절히 설명을 생략한다.

상기 제1 실시형태에 따른 광학 시스템 등에서는, 조명 광학계(1)의 퓨필 위치(P1) 및 그 근방에, 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)과 PS 컨버터(17)를 배치하고 있는데, PS 컨버터(17)는 영역 분할 파장 선택성 파장판과 서로 잘 맞아, 양자를 통합하는 것이 가능하다.

도 31에, PS 컨버터(17A)에 통합된 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51A)의 구성예를 개략적으로 나타낸다. 또한, 도 32에는, 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51A)을 사용한 제9 실시형태에 따른 광학 시스템의 전체 구성예를 개략적으로 나타낸다.

도 32에 나타낸 바와 같이, 제9 실시형태에 따른 광학 시스템은, 조명 광학계(1G)와, 투영 광학계(2G)를 구비하고 있다.

조명 광학계(1G)는, 제1 실시형태에 있어서의 조명 광학계(1)(도 1)의 구성에 대해, 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51) 대신에, 조명 광학계(1G)의 퓨필 위치(P1)에 PS 컨버터(17A)에 통합된 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51A)을 배치한 구성으로 되어 있다. 또한, 조명 광학계(1G)는, 제1 실시형태에 있어서의 조명 광학계(1)의 구성에 대해, 노치 필터(15)와 파장 선택성 PBS(14)의 사이에 1/2 파장판(19)을 배치한 구성으로 되어 있다. 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51A)은, 각각이 서로 다른 편광 작용을 갖는 복수의 분할 영역을 포함한다.

투영 광학계(2G)는, 제1 실시형태에 있어서의 투영 광학계(2)(도 1)의 구성과 마찬가지이며, 투영 광학계(2G)의 퓨필 위치(P2)에 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)을 배치한 구성으로 되어 있다.

조명 광학계(1G)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제1 광학계」의 일 구체예에 상당한다. 투영 광학계(2G)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제2 광학계」의 일 구체예에 상당한다. 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51A)은, 본 개시의 기술에 있어서의 「제1 광학 소자」의 일 구체예에 상당한다. 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)은, 본 개시의 기술에 있어서의 「제2 광학 소자」의 일 구체예에 상당한다.

PS 컨버터(17A)는, 편광막(171)이 형성된 복수의 프리즘 블록을 갖고 있다. PS 컨버터(17A)의 X 방향을 따른 광 입사면에는, 복수의 프리즘 블록 중 Y 방향으로 하나 걸러 차폐 영역(173)이 형성되어 있다.

또한, 복수의 프리즘 블록의 X 방향을 따른 광사출면에는, 제1 파장 선택성 파장판(511)과 제2 파장 선택성 파장판(512)이 Y 방향으로 교대로 형성되어 있다. 차폐 영역(173)과 제2 파장 선택성 파장판(512)은, 복수의 프리즘 블록 중 동일한 프리즘 블록에 형성되어 있다.

통상의 PS 컨버터(17)에서는, 도 11의 구성예와 같이, 복수의 프리즘 블록의 광사출 측에 광대역의 1/2 파장판(172)을 Y 방향으로 하나 걸러 배치하여 편광을 정렬하는 작용을 부여한다. 이에 대해, 도 31의 구성예에서는, 복수의 프리즘 블록의 광사출 측에, 다른 작용을 갖는 제1 파장 선택성 파장판(511)과 제2 파장 선택성 파장판(512)을 교대로 배치하고 있다. 이에 의해, 1/2 파장판(172)을 생략하여 도 28과 같은 영역 분할을 실현할 수 있다. 이 수법은, 각 색광에 대해, 퓨필의 결상점의 사이즈가 커지기 전에 제1 파장 선택성 파장판(511)과 제2 파장 선택성 파장판(512)을 작용시킬 수 있기 때문에, 제조 공차를 완화할 수 있어 제조성을 향상시킬 수 있다고 하는 이점도 갖는다. 또한, 제1 실시형태에 따른 광학 시스템 등에 있어서의 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)과 마찬가지의 영역 분할도 실현할 수 있다. 이 경우, 제1 파장 선택성 파장판(511)과 제2 파장 선택성 파장판(512)을 교대로 배치하는 것은 아니고, 2분할한 영역의 일방 영역에 광대역 1/2 파장판을 배치하는 구성으로 하면 된다.

PS 컨버터(17A)와 영역 분할 파장 선택성 파장판을 통합하는 경우, 입사 편광은 어느 색에 대해서도 Y 방향의 편광(P 편광)과 Z 방향의 편광(S 편광)이 동 등하지 않으면 안 되기 때문에, 도 32에 나타낸 바와 같이, PS 컨버터(17A)의 입사 전에 1/2 파장판(19)을 넣어, 청색광에 대해 경사 45deg 방향의 편광을 만들어 내는 등의 연구가 필요하다. 또는, PS 컨버터(17A)의 입사 전에 1/4 파장판을 넣어 청색광에 대해 원 편광을 생성해도 된다.

또한, 예를 들면 상기 제2 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 조명 광학계(1A) 내의 다이크로익 컨버터(61) 대신에, 케스터(Kester) 타입의 다이크로익 프리즘이나, 삼각 프리즘 어레이, 회절 소자, 회절 렌즈, 또는 편광 의존 렌즈(Pancharatnam phase lens, 편광 분리 후에 편광 대응으로 색 분리) 등을 이용하는 등으로 하여 색 분리를 행하는 것도 생각할 수 있다.

그 밖의 구성, 작용 및 효과는, 상기 제1 실시형태에 따른 광학 시스템과 대략 마찬가지이어도 된다.

<10. 제10 실시형태>

다음으로, 본 개시의 제10 실시형태에 따른 광학 시스템에 대해 설명한다. 한편, 이하에서는, 상기 제1 내지 제9 중 어느 하나의 실시형태에 따른 광학 시스템의 구성 요소와 대략 같은 부분에 대해서는, 동일 부호를 붙여, 적절히 설명을 생략한다.

본 개시 기술의 가장 포인트가 되는 부분은, 어떤 파장 대역에서, 광을 직교한 2개의 편광 성분으로 나누고, 투영 광학계 내에서 선택적으로 편광 작용이 주어진다고 하는 점이다. 이를 응용하면, 예를 들면 밝기를 일정 정도 유지하면서 색역을 확대하면서도 콘트라스트를 증대시키는 것이 가능하다.

도 33은, 제10 실시형태에 따른 광학 시스템의 전체 구성예를 개략적으로 나타내고 있다.

제10 실시형태에서는, R, G, B에 더해 다른 색을 추가하여 색역을 확대한 구성예를 나타낸다. 도 33에는, 다른 색으로 황색광을 추가한 예를 나타낸다. 도 33에 도시된 바와 같이, 제10 실시형태에 따른 광학 시스템은, 조명 광학계(1H)와, 투영 광학계(2H)를 구비하고 있다. 또한, 제10 실시형태에 따른 광학 시스템은, 조명 광학계(1H)와 투영 광학계(2H)의 사이의 광로 상에, 청색용 라이트 밸브(3B1)와, 적색용 라이트 밸브(3R1)와, 녹색용 라이트 밸브(3G1)와, 황색용 라이트 밸브(3Y1)와, PBS(41, 42, 43)와, 다이크로익 큐브(44)를 구비하고 있다.

조명 광학계(1H)는, 제1 청색 광원(10A)과, 제2 청색 광원(10B)과, 형광체 휠(11)과, 집광 렌즈(12)와, 1/4 파장판(13)과, 파장 선택성 PBS(14)와, 1/2 파장판(19)과, 렌즈 어레이(16)와, PS 컨버터(17)와, 다이크로익 컨버터(61)와, 릴레이 렌즈(18)를 갖고 있다. 또한, 조명 광학계(1H)는, 제1 색 플레이트(81)와, 제2 색 플레이트(82)와, 전반사 미러(83)를 갖고 있다.

투영 광학계(2H)는, 제5 실시형태에 있어서의 투영 광학계(2D)(도 20)와 마찬가지의 구성이며, 그 퓨필 위치(P2)에는 영역 분할 편광자(62)가 배치되어 있다.

조명 광학계(1H)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제1 광학계」의 일 구체예에 상당한다. 투영 광학계(2H)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제2 광학계」의 일 구체예에 상당한다. 다이크로익 컨버터(61)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제1 광학 소자」의 일 구체예에 상당한다. 영역 분할 편광자(62)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제2 광학 소자」의 일 구체예에 상당한다.

PBS(41)는, 조명 광학계(1H)로부터 사출된 청색광의 광로 상에 설치되고, 청색광을 청색용 라이트 밸브(3B1)에 입사시킨다. PBS(42)는, 조명 광학계(1H)로부터 사출된 적색광의 광로 상에 설치되고, 적색광을 적색용 라이트 밸브(3R1)에 입사시킨다. PBS(43)는, 조명 광학계(1F)로부터 사출된 녹색광 및 황색광의 광로 상에 설치되고, 녹색광과 황색광을 편광의 차이에 의해 분기함으로써, 각각 녹색용 라이트 밸브(3G1)와 황색용 라이트 밸브(3Y1)에 입사시킨다. 다이크로익 큐브(44)는, 각 라이트 밸브에 의해 변조된 각 색광을 합성하고, 투영 광학계(2H)를 향해 사출한다.

도 34는, 제10 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 PS 컨버터(17) 및 다이크로익 컨버터(61)의 일 구성예를 개략적으로 나타내고 있다.

도 34에 나타낸 PS 컨버터(17)의 구성은, 도 11에 나타낸 PS 컨버터(17)의 구성과 마찬가지이다. 또한, 도 34에 나타낸 다이크로익 컨버터(61)의 구성은, 다이크로익 막(611)의 특성이 다른 것을 제외하고, 도 11에 나타낸 다이크로익 컨버터(61)의 구성과 마찬가지이다.

도 35는, 제10 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 다이크로익 컨버터(61)의 막 특성의 일례를 나타내고 있다. 도 36은, 제10 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 제2 색 플레이트(82)의 막 특성의 일례를 나타내고 있다. 도 37은, 제10 실시형태에 따른 광학 시스템의 조명 광학계(1H)에 있어서의 최종적인 형광 스펙트럼의 일례를 나타내고 있다. 도 38은, 제10 실시형태에 따른 광학 시스템의 색역의 일례를 나타내고 있다.

제10 실시형태에 따른 광학 시스템에서는, 다이크로익 컨버터(61)를 사용함으로써 황색광을 녹색광과는 다른 편광으로 분리하고, 황색광을 황색용 라이트 밸브(3Y1)로 가이드 한다. 다이크로익 컨버터(61)는 도 34에 나타낸 구성으로 되어 있고, 이 다이크로익 막(611)은 도 35와 같은 분리 특성을 갖는다. 또한, 제2 색 플레이트(82)는 도 36과 같은 분리 특성을 갖는다. 결과적으로, 조명 광학계(1H)에 있어서의 최종적인 형광 스펙트럼은 도 37과 같이 된다. 이 경우의 색역을 도 38에 나타낸다. 원래의 RGB구성과 비교하여 크게 색역이 퍼져 있는 것이 도시되어 있다. 또한, 투영 광학계(2H)의 퓨필 위치(P2)에는, 제2 실시형태(도 13)와 마찬가지로 상하로 서로 다르게 영역 분할된 영역 분할 편광자(62)가 배치되어, 다이크로익 컨버터(61)에서 생성된 서로 다른 편광에 대해 공역으로 서로 다른 포스트 편광자 작용을 주도록 되어 있다. 이에 의해 콘트라스트를 크게 향상시킬 수 있다.

한편, 제10 실시형태에 따른 광학 시스템에서는, 렌즈 어레이(16)로 들어가는 청색광은 Y 방향의 편광(P 편광)과 Z 방향의 편광(S 편광)의 양쪽의 편광 방향이 필요하며, 1/2 파장판(19)을 통함으로써 이를 실현한다.

제10 실시형태에 따른 광학 시스템의 구성에서 특히 유리한 점은, 녹색용 라이트 밸브 녹색(3G1)과 황색용 라이트 밸브(3Y1)의 양 라이트 밸브를 1개의 PBS(43)에서 겸용하면서도 콘트라스트 증대가 가능하다는 점이다. 통상, 1개의 PBS에 대해 2개의 라이트 밸브를 배치하면 콘트라스트가 현저하게 저하된다. 예를 들면 특허문헌 4(일본공개특허 2006-343721호 공보)에 기재된 구성에서는, 콘트라스트 저하가 불가피하다. 한편, 제10 실시형태에 따른 광학 시스템의 구성에서는, 콘트라스트를 회복할 수 있고, 1000:1 이상의 여지가 있다. 1개의 PBS에 양 라이트 밸브 사용이 가능하다는 것은, 전체 시스템을 작게 하는 것에도 기여한다. 특히, 라이트 밸브가 반사형 액정(LCOS; Liquid Crystal On Silicon)인 경우, 라이트 밸브 앞에는 PBS를 배치할 필요 때문에, 4색을 합성하는 경우, 프리즘은 최소 5개는 필요하게 된다. 그 밖에, 복수의 색을 순차 합성하는 방법에서는, 프리즘을 더 필요로 하기 때문에 전체적으로는 매우 큰 시스템이 된다.

한편, 제10 실시형태에 따른 광학 시스템에 대해, 황색뿐만 아니라 시안(cyan) 영역의 확대를 행하도록 다이크로익 컨버터(61)나 색 플레이트를 구성할 수도 있다. 이 경우, 도 33에 있어서의 청색광의 광로에 시안을 섞어 5개째의 라이트 밸브를 배치하는 것이 좋다고 생각된다. 또한, 더 다색의 프로젝터에의 대응도 가능하다.

제10 실시형태에 따른 광학 시스템에 의하면, 높은 콘트라스트를 유지한 채, 황색이나 그 외의 색을 섞으면서 색역을 크게 확대하는 것이 가능하다.

그 밖의 구성, 작용 및 효과는, 상기 제2 또는 제5 실시형태에 따른 광학 시스템 등과 대략 마찬가지이어도 된다.

<11. 제11 실시형태>

다음으로, 본 개시의 제11 실시형태에 따른 광학 시스템에 대해 설명한다. 한편, 이하에서는, 상기 제1 내지 제10 중 어느 하나의 실시형태에 따른 광학 시스템의 구성 요소와 대략 같은 부분에 대해서는, 동일 부호를 붙여, 적절히 설명을 생략한다.

도 39는, 제11 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)의 일 구성예를 개략적으로 나타내고 있다.

제1 실시형태에 따른 광학 시스템 등의 구성에 대해, 도 39에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)에 차폐 영역(53)을 설치해도 된다. 차폐 영역(53)의 설정은 특히 2개의 분할 영역의 접합부에 버(burr)나 유효 영역의 제약이 가해지는 경우에 유효하다. 즉, 접합부 근방에서 파장판의 작용이 본래와 다른 경우, 불요광이 이 영역을 통과하면 콘트라스트의 악화가 일어날 수 있다. 차폐 영역(53)을 마련함으로써 불요광이 애초부터 접합 영역의 근방을 통과하지 않기 때문에, 콘트라스트 악화를 방지할 수 있다. 이 차폐 영역(53)은, 도 39에 나타낸 바와 같이, 필요한 광은 거의 차광하지 않고, 불필요한 부분만을 차광하기 때문에, 광량의 저하도 경미하다.

차폐 영역(53)은 경우에 따라서는 조명 광학계(1) 측의 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)에도 설치해도 된다. 또한, 제8 실시형태에 나타낸 각종 영역 분할 파장판(71)(도 27∼도 30)에 있어서의 각 분할 영역의 경계부에도, 차폐 영역(53)을 설치해도 된다.

그 밖의 구성, 작용 및 효과는, 상기 제1 내지 제10 중 어느 하나의 실시형태에 따른 광학 시스템과 대략 마찬가지이어도 된다.

<12. 제12 실시형태>

다음으로, 본 개시의 제12 실시형태에 따른 광학 시스템에 대해 설명한다. 한편, 이하에서는, 상기 제1 내지 제11 중 어느 하나의 실시형태에 따른 광학 시스템의 구성 요소와 대략 같은 부분에 대해서는, 동일 부호를 붙여, 적절히 설명을 생략한다.

도 40은, 제12 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서의 PS 컨버터(17) 및 다이크로익 프리즘 어레이(91)의 일 구성예를 개략적으로 나타내고 있다.

상기 제1 실시형태에 따른 광학 시스템 등의 구성에 대해, 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51) 대신에, 도 40에 나타낸 것과 같은 다이크로익 프리즘 어레이(91)를 배치하도록 해도 된다.

도 41은, 다이크로익 프리즘 어레이(91)를 사용한 제12 실시형태에 따른 광학 시스템의 제1 전체 구성예를 개략적으로 나타내고 있다.

도 41에 나타낸 광학 시스템은, 조명 광학계(1I)와, 투영 광학계(2I)를 구비하고 있다.

조명 광학계(1I)는, 제1 실시형태에 있어서의 조명 광학계(1)(도 1)의 구성에 대해, 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51) 대신에, 조명 광학계(1I)의 퓨필 위치(P1)에, PS 컨버터(17)에 대해 인접 배치된 다이크로익 프리즘 어레이(91)를 배치한 구성으로 되어 있다. 또한, 조명 광학계(1I)는, 제1 실시형태에 있어서의 조명 광학계(1)의 구성에 대해, 노치 필터(15)와 파장 선택성 PBS(14)의 사이에 1/2 파장판(19)을 배치한 구성으로 되어 있다. 다이크로익 프리즘 어레이(91)는, 각각이 서로 다른 편광 작용을 갖는 복수의 분할 영역을 포함한다.

투영 광학계(2I)는, 제1 실시형태에 있어서의 투영 광학계(2)(도 1)의 구성과 마찬가지이며, 투영 광학계(2I)의 퓨필 위치(P2)에 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)을 배치한 구성으로 되어 있다.

도 41에 나타낸 광학 시스템에 있어서, 조명 광학계(1I)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제1 광학계」의 일 구체예에 상당한다. 투영 광학계(2I)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제2 광학계」의 일 구체예에 상당한다. 다이크로익 프리즘 어레이(91)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제1 광학 소자」의 일 구체예에 상당한다. 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52)은, 본 개시의 기술에 있어서의 「제2 광학 소자」의 일 구체예에 상당한다.

도 40에 나타낸 PS 컨버터(17)는, 편광막(171)이 형성된 복수의 프리즘 블록을 갖고 있다. PS 컨버터(17)의 X 방향을 따른 광 입사면에는, 복수의 프리즘 블록 중 Y 방향으로 하나 걸러 차폐 영역(173)이 형성되어 있다.

다이크로익 프리즘 어레이(91)는, 복수의 다이크로익 프리즘을 갖고 있다. 복수의 다이크로익 프리즘은, 제1 다이크로익 막(911)이 형성된 제1 다이크로익 프리즘과, 제2 다이크로익 막(913)이 형성된 제2 다이크로익 프리즘을 갖고 있다. 제1 다이크로익 막(911)은, 녹색 및 청색 영역의 광을 반사하는 막이다. 제2 다이크로익 막(913)은, 녹색 영역의 광을 반사하는 막이다.

제1 다이크로익 막(911)이 형성된 제1 다이크로익 프리즘은, 예를 들면 다이크로익 프리즘 어레이(91)의 대략 위쪽 절반부의 영역에 복수, 배치되어 있다. 다이크로익 프리즘 어레이(91)의 X 방향을 따른 광사출면에는, 복수의 제1 다이크로익 프리즘 중 Y 방향으로 하나 걸러 광대역 1/2 파장판(912)이 형성되어 있다. 광대역 1/2 파장판(912)은, PS 컨버터(17)의 차폐 영역(173)에 대응하는 위치에 형성되어 있다.

제2 다이크로익 막(913)이 형성된 제2 다이크로익 프리즘은, 예를 들면 다이크로익 프리즘 어레이(91)의 대략 아래쪽 절반부의 영역에 복수 배치되어 있다. 다이크로익 프리즘 어레이(91)의 X 방향을 따른 광사출면에는, 복수의 제2 다이크로익 프리즘 중 Y 방향으로 하나 걸러 광대역 1/2 파장판(912)이 형성되어 있다. 광대역 1/2 파장판(912)은, PS 컨버터(17)의 차폐 영역(173)에 대응하는 위치에 형성되어 있다.

다이크로익 프리즘 어레이(91)에 있어서의 Y 방향의 중앙부(제1 다이크로익 프리즘과 제2 다이크로익 프리즘의 경계부)는 차폐 영역이어도 된다.

도 40에 나타낸 바와 같이 PS 컨버터(17)와 다이크로익 프리즘 어레이(91)를 조합시킴으로써, 예를 들면 대략 아래쪽 절반부의 영역에서는 녹색광의 편광이 Z 방향의 편광(S 편광)이 된다. 또한, 예를 들면 대략 위쪽 절반부의 영역에서는 녹색광과 청색광의 편광이 Z 방향의 편광(S 편광)이 된다. 이는, 도 3에 나타낸 제1 영역 분할 파장 선택성 파장판(51)에 의한 편광 분할 작용과 거의 같다. 이에 의해, 파장 선택성 파장판을 사용하지 않고 제1 실시형태에 따른 광학 시스템과 동등한 작용을 줄 수 있다. 광대역 1/2 파장판(912)을 사용하는 이점은 편광 변환 효율에 있다. 일반적으로 파장 선택성 파장판은 적층 매수가 많아， 지면 내의 각도 어긋남이 축적되면 변환 효율이 악화되어, 불요 편광이 0.5∼1% 정도 발생한다. 이 불요 편광은 흑색 콘트라스트를 악화시키기 때문에, 가능한 한 줄이는 것이 바람직하다. 파장 선택성 파장판보다 광대역 파장판의 적층수를 억제할 수 있으면, 그 만큼 변환 효율은 증대되고, 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.

다이크로익 프리즘 어레이(91)를 사용하는 구성에서는, 도 41에 나타낸 바와 같이 PS 컨버터(17) 앞에 1/2 파장판(19)을 넣는 등으로 하여, 청색광에 대한 편광 방향을 Z 방향 및 Y 방향으로 균등하게 해 두는 것이 바람직하다.

도 42는, 다이크로익 프리즘 어레이(91)를 사용한 제12 실시형태에 따른 광학 시스템의 제2 전체 구성예를 개략적으로 나타내고 있다.

도 42에 나타낸 광학 시스템은, 조명 광학계(1J)와, 투영 광학계(2J)를 구비하고 있다.

조명 광학계(1J)는, 도 41에 나타낸 조명 광학계(1I)(도 1)의 구성에 대해, 노치 필터(15)를 생략한 구성으로 되어 있다.

투영 광학계(2J)는, 제2 실시형태에 있어서의 투영 광학계(2A)(도 10)의 구성과 마찬가지이며, 도 41에 나타낸 투영 광학계(2I)의 구성에 대해, 포스트 편광자(22)를 생략하고, 제2 영역 분할 파장 선택성 파장판(52) 대신에, 투영 광학계(2J)의 퓨필 위치(P2)에 영역 분할 편광자(62)를 배치한 구성으로 되어 있다.

도 42에 나타낸 광학 시스템에 있어서, 조명 광학계(1J)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제1 광학계」의 일 구체예에 상당한다. 투영 광학계(2J)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제2 광학계」의 일 구체예에 상당한다. 다이크로익 프리즘 어레이(91)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제1 광학 소자」의 일 구체예에 상당한다. 영역 분할 편광자(62)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제2 광학 소자」의 일 구체예에 상당한다.

도 42에 나타낸 바와 같이, 투영 광학계(2J) 내에 영역 분할 편광자(62)를 배치하면, 제2 실시형태에 따른 광학 시스템과 유사한 상태가 되고, 조명 광학계(1J) 내에 있어서 노치 필터(15)를 생략하여 광량을 증대시키는 것이 가능하다.

그 밖의 구성, 작용 및 효과는, 상기 제1 또는 제2 실시형태에 따른 광학 시스템 등과 대략 마찬가지이어도 된다.

<13. 제13 실시형태>

다음으로, 본 개시의 제13 실시형태에 따른 광학 시스템에 대해 설명한다. 한편, 이하에서는, 상기 제1 내지 제12 중 어느 하나의 실시형태에 따른 광학 시스템의 구성 요소와 대략 같은 부분에 대해서는, 동일 부호를 붙여, 적절히 설명을 생략한다.

여기서는, 제13 실시형태로서, 상기 제1 내지 제12 중 어느 하나의 실시형태에 따른 광학 시스템에 대한 다양한 변형예를 정리하여 설명한다.

(변형예 1)

도 43은, 제13 실시형태에 따른 광학 시스템의 전체 구성예를 개략적으로 나타내고 있다.

도 43에 나타낸 광학 시스템은, 조명 광학계(1)와, 투영 광학계(2K)를 구비하고 있다.

투영 광학계(2K)는, 제1 실시형태에 있어서의 투영 광학계(2)(도 1)의 구성에 대해, 투영 광학계(2K)의 퓨필 위치(P2) 이후의 출사 광로 상에 배치된 1/4 파장판(23)을 더 구비하고 있다.

도 43에 나타낸 광학 시스템에 있어서, 조명 광학계(1)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제1 광학계」의 일 구체예에 상당한다. 투영 광학계(2K)는, 본 개시의 기술에 있어서의 「제2 광학계」의 일 구체예에 상당한다.

그 외의 구성은, 상기 제1 실시형태에 따른 광학 시스템과 대략 마찬가지이다.

상기 제1 내지 제12 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서, 포스트 편광자(22)를 배치하는 구성의 경우, 도 43에 나타낸 광학 시스템과 같이, 포스트 편광자(22)의 후방에 1/4 파장판(23)을 배치하도록 해도 된다. 또한, 상기 제1 내지 제12 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서, 포스트 편광자(22)에 상당하는 영역 분할 편광자(62)를 배치할 경우에 있어서도, 영역 분할 편광자(62)의 후방에 1/4 파장판(23)을 배치하도록 해도 된다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 1/4 파장판(23)을 통과한 광은 원 편광으로 변환된다. 가령, 투영 광학계 내의 어딘가에서 반사된 광이 라이트 밸브측으로 되돌아가려고 할 경우, 이중으로 1/4 파장판(23)을 통과하게 되어, 포스트 편광자(22) 등의 편광자에 직교하는 편광으로 변환되어, 포스트 편광자(22) 등의 편광자으로 차폐하는 것이 가능하다. 그 결과, 흑색 바탕에 백색를 표시한 경우의 고스트(ghost) 부분이 되돌아오는 것을 방지할 수 있기 때문에, ANSI 콘트라스트를 높이는 것도 가능하다.

또한, 1/4 파장판(23)을 포스트 편광자(22) 등의 편광자의 뒤에 배치하면 투영광이 원 편광으로 됨으로써, 스크린 등의 투영면에 있어서의 편광 의존성을 저감하여 투영 편광에 의한 색 불균일을 저감할 수도 있다. 특히, 제2 실시형태에 따른 광학 시스템 등과 같이, 투영 광학계 내에 영역 분할 편광자(62)를 직교 배열한 경우, 색광에 따라 사출 편광 상태가 다르면 스크린의 편광 의존성이 보이기 쉽게 되기 때문에, 1/4 파장판(23)을 영역 분할 편광자(62)의 후방에 두는 것이 바람직하다. 이 때 1/4 파장판(23)은 영역 분할되어 있지 않아도 된다. 이는 우회전 원 편광과 좌회전 원 편광의 차이 밖에 없기 때문이다. 이러한 목적의 경우, 영역 분할 편광자(62)는 흡수형이 보다 바람직하다.

(변형예 2)

상기 제1 내지 제12 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서, 투영면에서의 색 불균일을 방지하기 위해, 포스트 편광자(22) 등의 편광자의 후방에 편광 스크램블러(scrambler)를 배치해도 된다. 편광 스크램블러는, 일반적으로 두툼한 수정판 또는 복굴절 재료로 이루어지고, 복굴절성을 이용하여 랜덤한 편광 작용을 사출 편광에 준다. 이에 의해 투영면에서의 편광 의존성이 있는 색 불균일을 억제할 수 있다.

(변형예 3)

상기 제1 내지 제12 실시형태에 따른 광학 시스템에서는, 라이트 밸브가 예를 들면 LCOS 등의 반사형 액정인 경우를 예를 들어 설명했으나, 라이트 밸브가 예를 들면 투과형 액정이어도 된다. 예를 들면, 원리적으로는 DMD(Digital Micro Mirror)를 사용하는 것도 가능하다. 그 경우에는, 편광은 콘트라스트에 효과를 주지 않게 되지만, 제5 실시형태에 따른 광학 시스템(도 20)과 같이, 편광을 이용한 3차원 표시 장치의 구성으로 하는 경우, 3차원 표시에 있어서의 좌우 편광의 크로스토크(crosstalk)를 억제하는 것이 가능하게 된다.

(변형예 4)

또 형광체 휠(11)에 있어서의 형광체는 YAG가 아니라 LuAG 등을 사용해도 된다. 특히, 제1 실시형태에 따른 광학 시스템 등과 같이 노치 필터(15)에 의한 광량 손실이 많은 경우, LuAG의 사용은 전체 스펙트럼을 녹색 쪽으로 가져가 광량 손실을 감소시키는 역할을 한다. 또한, 형광체 휠(11)이 아니라, 광원에 각 색의 LD 등을 사용하여 각 색의 LD로부터의 각 색광을 합성하도록 해도 된다. 또는, 램프를 광원으로 하여도 마찬가지의 구성을 취할 수 있다. 이 경우, 필드 시퀀셜의 구동 효율이 나쁘기 때문에, 4판이나 6판 구성이 보다 바람직하다.

(변형예 5)

상기 제1 내지 제12 실시형태에 따른 광학 시스템에서는, 콘트라스트 증대에 주안점을 두었지만, 본 개시의 기술의 본질적 가치는 다른 라이트 밸브로부터의 광에 대해 다른 작용을 줄 수 있는 점에 있다. 따라서, 예를 들면 제1 실시형태에 따른 광학 시스템에 있어서, 투영 광학계(2) 내에 포스트 편광자(22)를 배치하지 않고, 영역 분할한 파장판을 배치함으로써 사출 편광을 직선 편광으로 정렬하여 스크린 상의 색 불균일을 저감할 수 있다.

(변형예 6)

상기 제1 내지 제12 실시형태에 따른 광학 시스템에서 사용되는 파장 선택성 파장판은 다양한 것을 생각할 수 있다. 폴리올레핀이나 폴리카보네이트의 적층 파장판이어도 되고, 이들을 연마 글래스에 개재하여 내구성이나 평면성을 높인 것도 가능하다. 특히 투영 광학계 내에서 필요로 하는 반사 파면 정밀도는 뉴턴링 3개(파장 630nm) 이하이며, 엄격하게는 1.5개에 달한다. 폴리올레핀이나 폴리카보네이트판의 단순 적층이면, 1.5개의 반사 파면 정밀도에는 대응이 어렵지만, 연마 글래스에 끼워 평면성을 높인 것이면 대응도 가능하다. 나아가 파장 선택성 파장판은 수정을 적층하는 것으로도 구성할 수 있고, 특히 광량이 커진 경우에는 폴리카보네이트나 폴리올레핀의 내광성이 충분하지 못하게 되지만, 수정 적층판이라면 문제없이 대응할 수 있다.

그 밖의 구성, 작용 및 효과는, 상기 제1 내지 제12 중 어느 하나의 실시형태에 따른 광학 시스템과 대략 마찬가지이어도 된다.

<14. 그 밖의 실시형태>

본 개시에 의한 기술은, 상기 각 실시형태의 설명에 한정되지 않고 다양한 변형 실시가 가능하다.

예를 들면, 본 기술은 이하와 같은 구성을 취할 수도 있다.

이하의 구성의 본 기술에 의하면, 제1 광학계에 있어서, 제1 퓨필 위치에, 각각이 서로 다른 편광 작용을 갖는 복수의 분할 영역을 포함하는 제1 광학 소자를 배치하고, 제2 광학계에 있어서, 제1 퓨필 위치와 공역인 제2 퓨필 위치에, 각각이 서로 다른 편광 작용을 갖는 복수의 분할 영역을 포함하는 제2 광학 소자를 배치하도록 하였기 때문에, 콘트라스트의 향상을 도모하는 것이 가능하게 된다.

(1)

각각이 서로 다른 편광 작용을 갖는 복수의 분할 영역을 포함하는 제1 광학 소자를 갖고, 광학계 내의 제1 퓨필 위치에 상기 제1 광학 소자가 배치되어, 서로 파장 대역이 다른 복수의 색광을 포함하는 조명광을 생성하는 제1 광학계와,

각각이, 상기 조명광에 포함되는 상기 복수의 색광 중 적어도 하나의 색광을 변조하는 복수의 라이트 밸브와,

각각이 서로 다른 편광 작용을 갖는 복수의 분할 영역을 포함하는 제2 광학 소자를 갖고, 상기 제1 퓨필 위치에 공역인 제2 퓨필 위치에 상기 제2 광학 소자가 배치되어, 상기 복수의 라이트 밸브에 의해 변조된 후의 상기 복수의 색광이 입사하는 제2 광학계를 구비하는 광학 시스템.

(2)

상기 제1 광학 소자에 있어서의 상기 복수의 분할 영역의 각각과, 상기 제2 광학 소자에 있어서의 상기 복수의 분할 영역의 각각이, 서로 공역인 상기 (1)에 기재된 광학 시스템.

(3)

상기 복수의 색광 중 적어도 하나의 색광이, 상기 복수의 라이트 밸브 중 2개의 라이트 밸브에 입사하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 광학 시스템.

(4)

상기 적어도 하나의 색광이, 편광의 차이에 의해 분기됨으로써, 상기 2개의 라이트 밸브에 입사하는 상기 (3)에 기재된 광학 시스템.

(5)

상기 복수의 라이트 밸브는 상기 2개의 라이트 밸브로 구성되어 있는 상기 (3) 또는 (4)에 기재된 광학 시스템.

(6)

상기 복수의 색광은 제1 내지 제3 색광을 포함하고,

상기 제1 색광이 상기 2개의 라이트 밸브에 입사하고,

상기 제2 색광이 상기 2개의 라이트 밸브 중 일방에 입사하고,

상기 제3 색광이 상기 2개의 라이트 밸브 중 타방에 입사하는 상기 (5)에 기재된 광학 시스템.

(7)

상기 적어도 하나의 색광의 파장 대역은, 500nm 보다 짧은 상기 (3) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 광학 시스템.

(8)

상기 제2 광학계는, 상기 제2 광학 소자의 출사 광로 상에 배치된 편광자를 더 갖는 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 광학 시스템.

(9)

상기 제2 광학 소자는, 영역 분할 편광자인 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 광학 시스템.

(10)

상기 제1 광학계는, 적어도 하나의 파장 대역의 광을 상기 복수의 색광으로 분리하는 파장 분리 작용을 갖는 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 광학 시스템.

(11)

상기 제1 퓨필 위치에 있어서의 상기 복수의 분할 영역의 각각에서의 파장 분포가 서로 다른 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 광학 시스템.

(12)

상기 제2 광학 소자는, 상기 복수의 분할 영역의 각각이 서로 다른 편광 방향의 광을 투과하는 작용을 갖는 영역 분할 편광자인 상기 (11)에 기재된 광학 시스템.

(13)

상기 복수의 라이트 밸브에는, 서로 다른 편광 방향의 색광이 입사하는 상기 (11) 또는 (12)에 기재된 광학 시스템.

(14)

상기 복수의 색광은 청색광을 포함하고,

상기 복수의 라이트 밸브는 4개의 라이트 밸브로 구성되고,

상기 4개의 라이트 밸브 중 2개의 라이트 밸브에 상기 청색광이 입사하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 광학 시스템.

(15)

상기 제1 광학계로부터 사출된 상기 청색광의 광로 상에 설치되어, 상기 청색광을 상기 2개의 라이트 밸브를 향해 분기시키는 편광 분리 소자를 더 구비하는 상기 (14)에 기재된 광학 시스템.

(16)

상기 복수의 색광은 제1 내지 제3 색광을 포함하고,

상기 복수의 라이트 밸브는 제1 내지 제6 라이트 밸브로 구성되고,

상기 제1 및 제2 라이트 밸브의 각각에, 서로 다른 편광 방향의 상기 제1 색광이 입사하고,

상기 제3 및 제4 라이트 밸브의 각각에, 서로 다른 편광 방향의 상기 제2 색광이 입사하고,

상기 제5 및 제6 라이트 밸브의 각각에, 서로 다른 편광 방향의 상기 제3 색광이 입사하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 광학 시스템.

(17)

상기 제2 광학계에 있어서의, 상기 제2 퓨필 위치 이후의 출사 광로 상에 배치된 1/4 파장판을 더 구비하는 상기 (1) 내지 (16) 중 어느 하나에 기재된 광학 시스템.

(18)

상기 제1 광학 소자는, 다이크로익 프리즘 어레이를 포함하는 상기 (1) 내지 (17) 중 어느 하나에 기재된 광학 시스템.

(19)

상기 제2 광학계는, 상기 복수의 라이트 밸브에 의해 생성된 화상을 투영면에 투영하는 투영 광학계인 상기 (1) 내지 (18) 중 어느 하나에 기재된 광학 시스템.

본 출원은, 일본 특허청에 2019년 2월 7일에 출원된 일본 특허출원번호 제2019-20864호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 이 출원의 모든 내용을 참조에 의해 본 출원에 원용한다.

당업자라면, 설계상의 요건이나 다른 요인에 따라, 다양한 수정, 콤비네이션, 서브 콤비네이션, 및 변경을 생각해 낼 수 있으며, 이들은 첨부의 청구의 범위나 그 균등물의 범위에 포함되는 것으로 이해된다.

Claims (19)

1. 각각이 서로 다른 편광 작용을 갖는 복수의 분할 영역을 포함하는 제1 광학 소자를 갖고, 광학계 내의 제1 퓨필 위치에 상기 제1 광학 소자가 배치되어, 서로 파장 대역이 다른 복수의 색광을 포함하는 조명광을 생성하는 제1 광학계와,
   각각이, 상기 조명광에 포함되는 상기 복수의 색광 중 적어도 하나의 색광을 변조하는 복수의 라이트 밸브와,
   각각이 서로 다른 편광 작용을 갖는 복수의 분할 영역을 포함하는 제2 광학 소자를 갖고, 상기 제1 퓨필 위치에 공역인 제2 퓨필 위치에 상기 제2 광학 소자가 배치되어, 상기 복수의 라이트 밸브에 의해 변조된 후의 상기 복수의 색광이 입사하는 제2 광학계
   를 구비하는 광학 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 광학 소자에 있어서의 상기 복수의 분할 영역의 각각과, 상기 제2 광학 소자에 있어서의 상기 복수의 분할 영역의 각각이, 서로 공역인 광학 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 색광 중 적어도 하나의 색광이, 상기 복수의 라이트 밸브 중 2개의 라이트 밸브에 입사하는 광학 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 색광이, 편광의 차이에 의해 분기됨으로써, 상기 2개의 라이트 밸브에 입사하는 광학 시스템.
5. 제3항에 있어서,
   상기 복수의 라이트 밸브는 상기 2개의 라이트 밸브로 구성되어 있는 광학 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 복수의 색광은 제1 내지 제3 색광을 포함하고,
   상기 제1 색광이 상기 2개의 라이트 밸브에 입사하고,
   상기 제2 색광이 상기 2개의 라이트 밸브 중 일방에 입사하고,
   상기 제3 색광이 상기 2개의 라이트 밸브 중 타방에 입사하는 광학 시스템.
7. 제3항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 색광의 파장 대역은, 500nm 보다 짧은 광학 시스템.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제2 광학계는, 상기 제2 광학 소자의 출사 광로 상에 배치된 편광자를 더 갖는 광학 시스템.
9. 제1항에 있어서,
   상기 제2 광학 소자는, 영역 분할 편광자인 광학 시스템.
10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광학계는, 적어도 하나의 파장 대역의 광을 상기 복수의 색광으로 분리하는 파장 분리 작용을 갖는 광학 시스템.
11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 퓨필 위치에 있어서의 상기 복수의 분할 영역의 각각에서의 파장 분포가 서로 다른 광학 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 광학 소자는, 상기 복수의 분할 영역의 각각이 서로 다른 편광 방향의 광을 투과하는 작용을 갖는 영역 분할 편광자인 광학 시스템.
13. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 라이트 밸브에는, 서로 다른 편광 방향의 색광이 입사하는 광학 시스템.
14. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 색광은 청색광을 포함하고,
    상기 복수의 라이트 밸브는 4개의 라이트 밸브로 구성되고,
    상기 4개의 라이트 밸브 중 2개의 라이트 밸브에 상기 청색광이 입사하는 광학 시스템.
15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 광학계로부터 사출된 상기 청색광의 광로 상에 설치되어, 상기 청색광을 상기 2개의 라이트 밸브를 향해 분기시키는 편광 분리 소자를 더 구비하는 광학 시스템.
16. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 색광은 제1 내지 제3 색광을 포함하고,
    상기 복수의 라이트 밸브는 제1 내지 제6 라이트 밸브로 구성되고,
    상기 제1 및 제2 라이트 밸브의 각각에, 서로 다른 편광 방향의 상기 제1 색광이 입사하고,
    상기 제3 및 제4 라이트 밸브의 각각에, 서로 다른 편광 방향의 상기 제2 색광이 입사하고,
    상기 제5 및 제6 라이트 밸브의 각각에, 서로 다른 편광 방향의 상기 제3 색광이 입사하는 광학 시스템.
17. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광학계에 있어서의, 상기 제2 퓨필 위치 이후의 출사 광로 상에 배치된 1/4 파장판을 더 구비하는 광학 시스템.
18. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광학 소자는, 다이크로익 프리즘 어레이를 포함하는 광학 시스템.
19. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광학계는, 상기 복수의 라이트 밸브에 의해 생성된 화상을 투영면에 투영하는 투영 광학계인 광학 시스템.

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