KR100427897B1 - 편광조명장치및이것을사용한표시장치및투사형표시장치 - Google Patents

Abstract

입사광속을 집광하여 상호 공간적으로 분리된 특수의 중간광속을 형성하기 위한 제 1 광학요소(200)와, 중간광속을 2개의 편광광속으로 공간적으로 분리하고, 양편광 광속의 편광방향을 일치시켜 한 종류의 편광광속으로 하는 제 2 광학요소 (300)를 가지고 있다. 제 2 광학요소(300)에는 편광분리 유니트 어레이의 반사면에 대응하는 부분에 직접 광이 입사되는 것을 막는 차광판(370)이 배치되고, 중간 광속을 2개의 편광광속으로 분리하는 성능을 높이고 있기 때문에, 편광방향이 일치한 한 종류의 편광광속에 높은 효율로 변환할 수 있다.

Description

편광 조명 장치 및 이것을 사용한 표시 장치 및 투사형 표시 장치

액정 장치와 같이, 편광 광속을 변조하는 타입의 패널을 사용한 표시 장치에서 조명장치로서는 한 종류의 편광 광속을 효율 있게 발생할 수 있는 편광 조명장치가 이상적이다. 그래서, 광원으로부터 발사되는 불규칙한 편광 광속을 한 종류의 편광 광속으로 변환하여, 그 광으로 액정 장치를 조명하여, 밝은 표시를 가능하게 하는 조명 광학계가 제안되어 있는데, 일본 특개평7-294906호 공보에는 그와 같은 조명 광학계를 탑재한 화상 표시 장치의 일례가 개시되어 있다.

상기 특개평7-294906호 공보에 개시되어 있는 조명 광학계의 주요부를 도 15를 참조하여 간단히 설명한다. 이 광학계는 주로 렌즈판(910), 복수의 편광빔 분 할기(920), 복수의 반사 프리즘(930) 및 λ/2 위상차판(940)으로 구성되어 있다. 그 원리는 불규칙한 편광광속인 입사광속을 편광 분리면(331)을 구비한 편광빔 분할기(920)와 반사면(332)을 구비한 반사 프리즘(930)에 의해 두 종류의 편광광속(P편광 광속과 S편광 광속)으로 분리하여, 분리후 한쪽 편광 광속의 편광 방향을 λ/2 위상차판(940)을 사용하여 다른 쪽 편광 광속의 편광 방향과 맞춤으로써 한 종류의 편광 광속을 얻고, 그 광속으로 액정 장치(950)를 조명하는 것이다. 단지, 편광 광속의 분리 과정에 있어서는, 2개의 편광 광속을 형성하는 공간이 필요하므로 일반적으로는 광학계의 확대화를 피할 수 없다. 그래서, 이 광학계에서는 렌즈판(910)에 형성된 미소한 렌즈(911)에 의해 각각의 편광빔 분할기(920)에 입사하는 광속 직경을 미소한 렌즈의 렌즈직경의 약 절반 이하의 크기로 축소하여, 광속직경의 축소로 생긴 공간에 반사 프리즘(930)(반사면)을 배치하는 것으로, 광학계의 확대를 초래하지 않고 한 종류의 편광 광속을 얻고 있다.

그러나, 특개평7-294906호 공보에 개시되어 있는 광학계에는 다음과 같은 문제점이 있다.

일반적으로, 렌즈에 의해 광속 직경을 축소화 할 경우, 최소 광속 직경은 렌즈의 굴절력과 렌즈에 입사하는 광속의 평행성에 의해 거의 일의적으로 결정된다. 즉, 특개평 7-294906호 공보에 개시되어 있는 광학계에 있는 것과 같이, 광속 직경을 반 이하로 축소하기 위해서는, 굴절력이 매우 큰 렌즈 (다시 말해서, F변호가 극히 작은 렌즈)를 사용함과 동시에, 평행성이 매우 높은 광속을 출사할 수 있는 광원을 사용할 필요가 있다. 그러나, 실재하는 광원은 유한의 발광영역을 가지고 있다. 따라서, 광원으로부터 출사되는 광속의 평행성이 반드시 좋다고는 말할 수 없다.

한편, 편광빔 분할기에 형성되는 편광 분리면의 편광 분리성능은 광의 입사각도에 크게 의존한다. 결국, 편광 분리막에 입사하는 광이 큰 각도 성분을 가지고 있는 경우에는 이상적인 편광 분리 성능을 발휘할 수 없고, 편광 분리면을 투과하는 P편광 광속 중에 S편광 광속이 혼입됨과 동시에, 편광 분리면에서 반사되는 S 편광 광속 중에 P편광 광속이 혼입된다. 따라서, 광속 직경을 축소화하기 위해서 사용하는 미소 렌즈의 굴절력을 함부로 크게 할 수는 없다.

이상의 이유로, 편광빔 분할기에 입사하는 광속 직경을 충분히 축소하기는 어렵고, 현실적으로는, 편광빔 분할기에 인접하는 반사 프리즘에도 비교적 많은 광이 직접 입사하게 된다. 반사 프리즘에 직접 입사한 광은 반사면에서 반사되어 인접하는 편광빔 분할기에 입사하고, 편광빔 분할기에 직접 입사한 광속과 동일하게, 편광 분리면에서 두 종류의 편광광속으로 분리된다. 단지, 반사 프리즘을 거쳐서 편광빔 분할기에 입사하는 광속과 편광빔 분할기에 직접 입사하는 광속 사이에서는, 편광빔 분할기에 입사하는 방향이 각각 90도 달라진다. 따라서, 반사 프리즘에 직접 입사하는 광속이 존재하는 결과, 편광빔 분할기 내를 진행방향을 바꾸지 않고 투과하는 P편광 광속 중에는 반사 프리즘에 직접 입사하여 편광빔 분할기를 거쳐서 분리된 S편광 광속이 출입하게 된다. 마찬가지로, 편광빔 분할기에 직접 입사하여 반사 프리즘과 λ/2 위상차판을 거쳐서 출사되는 P편광 광속 중에는, S편광 광속이 혼입하게 된다. 반사 프리즘에 직접 입사하는 광속이 존재함으로써 P편광 광속 중에 혼입한 S편광 광속은 액정장치에는 전혀 불필요한 광속이기 때문에, 편광판으로 흡수, 발열되어, 편광판의 온도를 상승시키는 주요인이 된다.

이와 같이, 특개평7-294906호 공보에 개시되어 있는 종래의 광학계에 있어서는, 광원으로부터 발사되는 불규칙한 편광 광속을 한 종류의 편광 광속으로 변환하는 과정에 있어서, 다른 편광 광속이 비교적 많이 혼입되는 것은 피할 수 없다. 그 결과, 매우 밝은 표시 화상을 얻으려고 한 경우에는, 표시에 불필요한 편광 방향이 다른 편광 광속을 편광판으로 흡수해야만 하고, 또한, 이 흡수에 따라 생기는 편광판의 온도상승을 억제하는 대형 냉각장치가 필요 불가결하게 된다.

본 발명의 과제는, 광원으로부터 발사되는 불규칙한 편광 광속을 한 종류의 편광 광속으로 변환하는 과정에서 편광 방향이 다른 타 편광 광속이 혼입되는 것을 극력 억제함으로써, 상술한 바와 같은 문제점을 해결하는 것에 있다.

본 발명은 불규칙한 편광 광속인 입사 광속으로부터 조명 영역에서 광 강도 분포가 입사 광속의 광 강도 분포보다도 균일하고, 편광 방향이 거의 일치한 조명 광속을 발생시키기 위한 편광 변환 장치 및 편광 조명 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이들을 사용한 표시 장치 및 투사형 표시 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 편광 조명장치의 광학계를 나타내는 개략구성도.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 제 1 광학요소의 사시도.

도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 차광판의 사시도.

도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 편광분리 유니트 어레이의 사시도.

도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 편광분리 유니트의 기능을 설명하기 위한 도면.

도 6은 본 발명의 실시예 1의 변형예 1의 차광판의 사시도.

도 7은 본 발명의 실시예 1의 변형예 2의 차광판의 사시도.

도 8은 본 발명의 실시예 1의 변형예 3의 편광분리 유니트 어레이의 사시도.

도 9는 본 발명의 실시예 1의 변형예 4의 집광 렌즈 어레이의 사시도.

도 10은 본 발명의 실시예 1의 변형예 5의 차광판의 사시도.

도 11은 도 1의 편광 조명장치가 내장된 본 발명의 실시예 2에 따른 표시장치의 일례를 나타내는 광학계의 주요부를 나타내는 개략 구성도.

도 12는 도 1의 편광 조명장치가 내장된 본 발명의 실시예 3에 따른 투사형 표시장치의 일례를 나타내는 광학계의 주요부를 나타내는 개략 구성도.

도 13은 도 1의 편광 조명장치가 내장된 본 발명의 실시예 4에 따른 투사형 표시장치의 일례를 나타내는 광학계의 주요부를 나타내는 개략 구성도.

도 14는 도 1의 편광 조명장치가 내장된 본 발명의 실시예 4에 따른 투사형표시장치의 변형예를 나타내는 광학계의 주요부를 나타내는 개략 구성도.

도 15는 특개평7-294906호 공보에 개시되어 있는 편광 광학계의 개략 구성도.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 편광 변환소자는 P편광 광속 또는 S편광 광속 중 어느 한쪽 편광광속을 투과시키고 다른 쪽 편광 광속을 반사시켜 편광 광속을 분리하는 편광 분리면과, 상기 편광 분리면과 거의 평행하게 배치되어 상기 편광 분리면에서 반사된 편광 광속을 상기 편광 분리면을 투과한 편광 광속의 출사방향을 향하여 반사하는 반사면을 구비한 편광 분리소자와, 상기 편광 분리소자의 광 출사면측에 배치되고, 상기 편광 분리소자에 의해 분리된 S편광 광속 또는 P편광 광속 중 어느 한쪽 편광 광속의 편광 방향과 다른 쪽 편광속의 편광 방향을 일치시키는 선택 위상차판을 갖는 편광 변환장치에 있어서, 상기 편광 분리소자의 광 입사면측에는 광이 상기 반사면에 직접 입사되는 것을 방지하는 차광 수단 또는 광 감쇠 수단이 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 편광 변환소자는 상기의 구성을 채용함으로써, 편광 방향이 일치하는 거의 한 종류의 편광 광속 중에, 편광 방향이 다른 타 편광 광속이 혼입되는 현상을 효과적으로 방지 혹은 감소시킬 수 있다. 따라서, 매우 높은 효율로 특정 편광 광속을 발생시킬 수 있다.

상기 편광 변환소자에 있어서, 차광 수단 또는 광 감쇠 수단과 편광 분리소자를 일체화하면, 경계면에서 광 손실을 감소할 수 있고, 광의 이용 효율이 높은 편광 변환소자를 제공할 수 있다.

여기에서, 차광 수단은 반사판으로 구성할 수 있다. 차광 수단을 반사판으로 구성하면, 차광 수단에서의 광흡수가 거의 없기 때문에 차광판이 발열될 수 없고, 차광 수단에서 발열에 따르는 열적 영향이 주위 광학요소에 미치는 것을 방지할 수 있다. 특히, 열에 약한 유기물질로 선택 위상차판이 형성되어 있는 경우에 효과적이다.

또한, 차광수단과 편광 분리소자를 일체화 할 경우에는, 차광수단을 반사막으로 하여, 이 반사막을 편광 분리소자의 광 입사면상에 형성하도록 해도 된다. 이와 같이 구성해도, 차광수단을 반사판으로 구성한 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 반사막은 유전체 다층막이나 반사율이 높은 은, 알루미늄 등의 금속 박막으로 형성할 수 있다.

또한, 상기 편광 변환소자에 있어서, 광 감쇠수단은 광 확산판으로 구성할 수 있다. 광 감쇠수단을 광 확산판으로 구성하면 편광 변환소자의 저비용화를 실현할 수 있다.

또한, 차광수단과 편광 분리소자를 일체화 할 경우에는, 광 감쇠수단을 편광분리소자의 광 입사면상에 형성된 광 산란면으로 해도 된다. 이와 같이 구성해도 광 감쇠수단을 광 확산판으로 구성한 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다. 광 산란 면은 편광 분리소자인 광 입사면내의 특정 영역을 침범함으로써 형성할 수 있다.

본 발명의 편광 조명장치는 광원과 상기 광원으로부터 출사된 광속을 복수의 중간 광속으로 분리하는 제 1 광학요소와, 상기 중간 광속이 수속(收束)하는 위치 부근에 배치된 제 2 광학요소를 구비하고, 상기 제 2 광학요소는 상기 중간 광속을 각각 집광하는 복수의 집광 렌즈로 이루어지는 집광 렌즈 어레이과, 상기 중간 광속 각각을 S편광 광속과 P편광 광속에 공간적으로 분리하는 편광 분리소자와 상기 편광 분리소자에 의해 분리된 S편광 광속 또는 P편광 광속 중, 어느 한쪽 편광광속의 편광 방향과 다른 쪽 편광 광속의 편광 방향을 일치시키는 선택 위상차판과 그들의 편광 광속을 중첩 결합시키는 결합 렌즈를 가지며, 상기 편광 분리소자는 상기 P편광 광속 또는 S편광 광속 중 어느 한쪽의 편광광속을 투과시키고 다른 쪽 편광광속을 반사시켜 편광 광속을 분리하는 편광 분리면과, 상기 편광 분리면과 거의 평행하게 배치되고, 상기 편광 분리면에서 반사된 편광 광속을 상기 편광 분리면을 투과한 편광 광속의 출사 방향을 향하여 반사하는 반사면을 가지고, 상기 제 1 광학요소와 상기 편광 분리소자 사이에는 각각 상기 중간 광속이 상기 반사면에 직접입사되는 것을 방지하는 차광수단 또는 광 감쉐수단이 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 편광 조명장치는, 상기의 구성을 채용함으로써, 편광 방향이 일치한 대략 한 종류의 편광 광속 중에, 편광 방향이 다른 타 편광 광속이 혼입되는 현상을 효과적으로 방지 혹은 감소시킬 수 있다. 따라서, 편광도가 매우 높은 편광광속을 조명광으로서 얻을 수 있다.

또한, 상기 구성에 의하면, 일단 입사 광속을 복수의 중간 광속으로 분리한 후, 최종적으로 그들 중간 광속을 일개소의 조명 영역 상에서 중첩 결합시키기 때문에, 입사 광속이 광속 단면 내에서 큰 광강도 분포를 갖고 있는 경우에서도 밝기가 균일하고 얼룩이 지지 않는 편광 광속을 조명광으로서 이용할 수 있다. 또한, 균등한 광강도나 분광 특성으로 중간 광속을 P편광 광속과 S편광 광속으로 분리할 수 없는 경우 및 양 편광 광속의 편광 방향을 일치시키는 과정에서 한쪽 편광광속의 광강도나 그 분광 특성이 변화한 경우에 있어서도 밝기가 균일하고 얼룩이 지지 않는 편광 광속을 조명광으로서 이용할 수 있다.

또한, 대략 한 종류의 편광상태가 된 복수의 편광 광속은 전체로서 집광되면서 일개소의 조명 영역 상에서 중첩 결합하여, 큰 한다발의 광속이 된다. 이 큰 한다발의 광속은, 그 자체가 큰 발산각을 갖는 광속 성분을 수반하지 않기 때문에, 이들의 광속을 사용하여 조명을 행할 경우에는 높은 조명 효율을 얻을 수 있다.

또한, 상기 광원으로서는 광원 램프와 반사경으로 구성된 것을 사용할 수 있다. 광원 램프로서는 메탈 할로이드 램프, 크세논램프, 할로겐 램프 등이, 또한, 반사경으로서는 포물면 반사경, 타원 반사경, 구면 반사경 등이 사용될 수 있다.

상기 편광 조명장치에 있어서, 차광수단 또는 광 감쇠수단을 배치하는 위치는 편광 분리소자와 제 1 광학요소와의 사이면 어디라도 좋다. 그러나, 이 차광수단 또는 광 감쇠수단과 편광 분리소자를 일체화하면 경계면에서 광손실을 감소할수 있고, 광의 이용효율이 높은 편광 조명장치를 제공할 수 있다. 또한, 차광수단 또는 광 감쇠수단과 편광 분리소자를 일체화함으로써, 제 2 광학요소 전체도 일체화할 수 있고, 그 경우에는 제 2 광학요소를 매우 조밀한 것으로 할 수 있다.

또한, 차광수단 또는 광 감쇠수단은 집광 렌즈 어레이와 일체화하는 것도 가능하다 이렇게 하여도, 차광수단 또는 광 감쇠수단과 편광 분리소자를 일체화 한 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이 경우 차광수단 또는 광 감쇠수단과 일체화된 집광 렌즈 어레이를, 제 2 광학요소를 구성하는 다른 광학소자(예를 들면, 편광 분리소자나 선택 위상차판 등)와 공간적으로 분리하여 배치하면, 차광수단 또는 광 감쇠수단이 광흡수에 의해 발열하였다 해도, 이것에 따르는 열적 영향이 해당 타 광학소자에 미치는 것을 방지할 수 있다.

상기 편광 조명장치에 있어서, 차광수단은 반사판으로 구성할 수 있다. 차광수단을 반사판으로 구성하면 차광수단에서의 광 흡수가 거의 없기 때문에 차광수단이 발열하지 않고 차광수단에서 발열에 따르는 열적 영향이 주위 광학요소에 미치는 것을 방지할 수 있다. 특히, 열에 약한 유기물질로 선택 위상차판이 형성되어 있는 경우에는 효과적이다. 또한, 차광수단을 반사판으로 구성하면, 반사판으로 반사된 광을 일단 광원으로 되돌리고, 광원에 설치되어 있는 반사경에 의해 다시 반사시켜 재차 편광 분리소자로 입사시킬 수 있다. 따라서, 광원으로부터의 광을 낭비 없이 유효하게 이용할 수 있다.

또한, 차광수단을 편광 변환소자나 집광 렌즈 어레이와 일체화할 경우는, 차광수단을 반사막으로 하고, 이 반사막을 편광 분리소자의 광 입사면상 또는 집광렌즈 어레이의 광 출사면상에 형성되도록 한다. 이와 같이 구성해도, 차광수단을 반사판으로 구성한 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 반사막은 유전체 다층막이나 반사율이 높은 은, 알루미늄 등의 금속 박막으로 형성할 수 있다.

또한, 상기 편광 조명장치에서, 광 감쇠수단은 광 확산판으로 구성할 수 있다. 광 감쇠수단을 광 확산판으로 구성하면, 편광 조명장치의 저비용화를 실현할 수 있다.

또한, 광 감쇠수단을 편광 변환소자나 집광 렌즈 어레이와 일체화 할 경우는, 광 감쇠수단을 편광 분리소자의 광 입사면상 또는 집광 렌즈 어레이의 광 출사면상에 형성된 광 산란면으로 한다. 이와 같이 구성하여도 광 감쇠수단을 광 확산판으로 구성한 경우 및 광 확산판과 편광 분리소자 또는 집광 렌즈 어레이를 일체화한 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다. 광 산란면은 편광 분리소자의 광 입사면내 또는 집광 렌즈 어레이의 광 출사면내의 특정 영역을 침범함으로서 형성될 수 있다.

본 발명의 표시장치는, 광원과 상기 광원으로부터 출사된 광속을 복수의 중간 광속으로 분리하는 제 1 광학요소와, 상기 중간 광속이 수속하는 위치부근에 배치된 제 2 광학요소와, 상기 제 2 장학요소로부터 출사된 광속을 표시정보에 근거하여 변조하는 변조소자를 구비하고, 상기 제 2 광학요소는 상기 중간광속을 각각 집광하는 복수의 집광 렌즈로 이루어지는 집광 렌즈 어레이와, 상기 중간광속의 각각을 S편광 광속과 P편광 광속에 공간적으로 분리하는 편광 분리소자와, 상기 편광분리소자에 의해 분리된 S편광 광속 또는 P편광 광속 중 어느 한쪽 편광 광속의 편광 방향과 다른 쪽 편광 광속의 편광 방향을 일치시키는 선택 위상차판과, 그들의 편광 광속을 중첩 결합시키는 결합렌즈를 갖고, 상기 편광 분리소자는 상기 P편광광속 또는 S편광 광속 중 어느 한쪽의 편광 광속을 투과시키고 다른쪽 편광 광속을 반사시켜 편광 광속을 분리하는 편광 분리면과, 상기 편광 분리면과 거의 평행하게 배치되어, 상기 편광 분리면에서 반사된 편광 광속을 상기 편광 분리면을 투과한 편광 광속의 출사방향을 향하여 반사하는 반사면을 가지며, 상기 제 1 광학요소와 상기 편광 분리소자 사이에는 각각 상기 중간광속이 상기 반사면에 직접 입사하는 것을 방지하는 차광 수단 또는 광 감쇠수단이 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 표시장치는 상기의 구성을 채용함으로써 편광 방향이 일치된 대략한 종류의 편광 광속 중에, 편광 방향이 다른 타 편광광속이 혼입되는 현상을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 변조소자에 의해서 변조되는 소정의 편광광을 얻기 위해서 편광판을 사용한 경우에는, 불필요한 편광광이 흡수됨으로써 생기는 편광판의 온도상승을 방지할 수 있고, 편광판을 냉각하는 냉각장치의 대폭적인 간략화, 소형화가 가능해 진다. 또한, 변조 소자로서는 액정장치가 사용될 수 있다.

또한, 상기 구성에 의하면 일단 입사광속을 복수의 중간광속으로 분할한 후, 최종적으로 그들의 중간광속을 변조 소자 상에서 중첩 결합시키기 때문에 광원으로부터 출사된 광속이 광속의 단면내에서 큰 광강도 분포를 가지고 있는 경우에서도 밝기가 균일하고 얼룩이 지지 않는 편광 광속을 조명광으로서 얻을 수 있다. 따라서, 밝고 밝기 얼룩이나 얼룩이 지지 않는 표시가 가능하고, 또한 소형의 표시장치를 실현할 수 있다.

본 발명의 투사형 표시장치는 광원과, 상기 광원으로부터 출사된 광속을 복수의 중간광속으로 분리하는 제 1 광학요소와 상기 중간광속이 수속하는 위치부근에 배치된 제 2 광학요소와, 상기 제 2 광학요소로부터 출사된 광속을 표시정보에 근거하여 변조하는 변조소자와, 상기 변조소자에 의해 변조된 광속을 투사면상에 투사하는 투사 광학계를 구비하고, 상기 제 2 광학요소는 상기 중간광속을 각각 집광하는 복수의 집광 렌즈로 이루어지는 집광 렌즈 어레이와, 상기 중간광속의 각각을 S편광 광속과 P편광 광속에 공간적으로 분리하는 편광 분리소자와, 상기 편광 분리소자에 의해 분리된 S편광 광속 또는 P편광 광속 중 어느 한쪽의 편광 광속의 편광방향과 다른 쪽 편광광속의 편광방향을 일치시키는 선택 위상차판과 그들의 편광광속을 중첩 결합시키는 결합렌즈를 가지며, 상기 편광 분리소자는, 상기 P편광광속 또는 S편광 광속 중 어느 한쪽의 편광 광속을 투과하여 다른 쪽 편광광속을 반사시켜 편광 광속을 분리하는 편광 분리면과, 상기 편광 분리면과 거의 평행하게 배치되어, 상기 편광 분리면에서 반사된 편광 광속을 상기 편광 분리면을 투과한 편광 광속의 출사방향을 향하여 반사하는 반사면을 갖고, 상기 제 1 광학요소와 상기 편광 분리소자 사이에는 각각 상기 중간광속이 상기 반사면에 직접 입사되는 것을 방지하는 차광수단 또는 광 감쇠수단이 설치되어있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 투사형 표시장치는 상기의 구성을 채용함으로써 편광방향이 일치하는 한 종류의 편광광속 중에 편광방향이 다른 타 편광광속이 혼입되는 현상을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 변조소자에 의해 변조되는 소정의 편광광을 얻기 위해서 편광판을 사용한 경우에는, 불필요한 편광광이 흡수됨으로서 생기는 편광판의 온도상승을 방지할 수 있고, 편광판을 냉각하는 냉각장치의 대폭적인 간략화, 소형화가 가능하게 된다. 또한, 변조 소자로서는 액정장치가 사용될 수 있다.

또한, 상기 구성에 의하면, 일단 입사광속을 복수의 중간광속으로 분할한 후, 최종적으로 그들의 중간광속을 변조 소자 상에서 중첩 결합시키기 때문에 광원으로부터 출사된 광속이 광속 단면 내에서 큰 광강도 분포를 가지고있는 경우라도, 밝기가 균일하고 얼룩이 지지 않는 편광 광속을 조명광으로서 얻을 수 있다. 따라서, 밝고 밝기얼룩이나 얼룩이 지지 않는 표시가 가능하고, 또한 소형의 표시장치를 실현할 수 있다.

또한, 상기 제 2 광학요소로부터 출사된 광속을 복수의 색광으로 분리하는 색광 분리수단과, 상기 각각의 색광을 변조하는 복수의 상기 변조소자와, 각각 상기 변조소자에 의해서 변조된 색광을 합성하는 색광 합성수단을 갖고, 상기 색광합성수단에 의해 합성된 광속이 상기 투사 광학계를 통해서 투사면상에 투사됨으로써. 분리된 2개 이상의 색광 각각에 대하여 전용 변조소자를 배치할 수 있기 때문에, 밝고 색의 표현성이 좋으며 해상도가 높은 컬러화상을 투사표시 가능한 소형의 투사형 표시장치를 실현할 수 있다.

또한, 상기 투사형 표시장치에 있어서, 변조소자를 반사형의 액정장치로 구성하는 것도 가능하다. 일반적으로, 반사형 액정장치에서는 화소 밀도를 높이고 있는 경우에 있어서도 비교적 높은 개구율을 용이하게 얻을 수 있는 장점이 있다. 따라서, 상기 구성을 채용함으로써, 보다 밝고 색의 표현성이 좋고 해상도가 높은 컬러화상을 투사표시 가능한 소형의 투사형 표시장치를 실현할 수 있다.

이하에 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 실시예를 들어 설명한다. 또한, 이하의 각 실시예에 있어서는 특히 사전 양해가 없는 한, 상호 직교하는 3개의 방향을 편의적으로 X 방향(가로방향), Y 방향(세로방향), Z 방향으로 한다. 또한, 어느 쪽 실시예에 있어서도, 불규칙한 편광 광속으로부터 한 종류의 편광 광속으로서 S편광 광속을 얻는 구성으로 하고 있지만, 물론 P편광광속을 얻는 구성으로 해도 된다. 또한, 이하에 설명하는 각 실시예에 있어서는 기본적으로 같은 기능을 가지며, 같은 구성을 갖는 부분에는 같은 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.

(실시예 1)

도 1은 실시예 1의 편광 조명장치의 주요부를 평면적으로 본 개략 구성도이다. 또한, 도 1은 후술하는 제 1 광학요소(200)의 중심을 통과하는 XZ 평면에서의 평면도이다 본예의 편광 조명장치(1)는 시스템광축(L)을 따라서 배치한 광원부 (10), 편광 발생장치(20)로부터 대략 구성되어 있다. 광원부(10)로부터 출사된 편광 방향이 불규칙한 광속 (이하, 불규칙한 편광 광속이라고 한다.)은 편광 발생 장치(20)에 의해 편광 방향이 거의 일치하는 한 종류의 편광 광속으로 변환되어 조명영역(90)에 이르도록 되어 있다.

광원부(100)는 광원램프(101)와 포물면 반사경(102)으로부터 대략 구성되어 있고 광원램프로부터 방사된 광은 포물면 반사경(102)에 의해서 한 방향으로 반사되고 거의 평행한 광속이 되어 편광 발생장치(20)에 입사된다. 여기에서 광원부 (10)의 광원광축(R)이 시스템광축(L)에 대하여 일정한 거리(D)만큼 X방향으로 평행시프트한 상태로 되도록 광원부(10)는 배치되어 있다.

다음으로, 편광 발생장치(20)는 제 1 광학요소(200)와 제 2광학요소(300)로 구성되어 있다.

제 1 광학요소(200)는 그 외관을 도 2에 나타내는 것 같이, XY 평면상에서 직사각형 형상의 외형을 갖는 복수의 광속 분할렌즈(201)가 매트릭스형상으로 배열하여 구성되어 있고, 광원광축(R)이 제 1 광학요소(200) 중심에 오도록 광원부(10)와 제1 광학요소(200)와의 위치관계가 설정되어 있다. 제 1 광학요소(200)에 입사한 광은 광속 분할렌즈(201)에 의해 복수의 중간광속(202)으로 분할되고 동시에 광속분할렌즈의 집광작용에 의해 시스템광축(L)과 수직인 평면내 (도 1에서는 XY평면)의 중간광속이 수속하는 위치에 광속 분할렌즈의 수와 동수의 집광상(203)을 형성한다. 또한, 광속 분할렌즈(201)의 XY 평면상에서의 외형형상은 조명영역(90)의 형상과 비슷한 형을 이루도록 설정된다. 본 실시예에서는 XY 평면상에서 X방으로 긴 횡방향 길이의 조명영역을 상정하고 있기 때문에 광속 분할렌즈(201)의 XY 평면상에서 외형형상도 횡방향 길이이다.

제 2 광학요소(300)는 집광 렌즈 어레이(310), 차광판(370), 편광 분리 유니트 어레이(320), 선택 위상차판(380) 및 결합렌즈(390)로부터 대략 구성되는 복합체이고, 제 1 광학요소(200)에 의한 집광상(203)이 형성되는 위치근방의 시스템 광축(L)에 대하여 수직인 평면내 (도 1에서는 XY평면)에 배치된다. 또한, 제 1 광학 요소(200)에 입사하는 광속의 평행성이 매우 양호한 경우에는 제 2 광학요소로부터 집광 렌즈 어레이(310)을 생략한 구성으로 해도 된다. 상기 제 2 광학요소(300)는 중간광속(202)의 각각을 P편광 광속과 S편광 광속에 공간적으로 분리한 후, 한쪽 편광광속의 편광방향과 다른쪽 편광광속의 편광방향을 일치시키고, 편광방향이 거의 일치하는 각각의 광속을 일개소의 조명영역(90)으로 유도하는 기능을 갖고 있다.

집광 렌즈 어레이(310)은 제 1 광학요소(200)와 거의 같은 구성으로 되어 있고, 즉, 제 1 광학요소(200)를 구성하는 광속 분할렌즈(201)와 같은 수의 집광 렌즈(311)를 매트릭스형상으로 배열한 것이고, 각각의 중간광속을 편광 분리 유니트 어레이(320)의 특정 장소에 집광하면서 유도하는 기능을 가지고 있다. 따라서, 제 1 광학요소(200)에 의해 형성된 중간광속(202)의 특성에 맞추고, 또한, 편광분리 유니트 어레이(320)에 입사하는 광은 그 주 광선의 경사가 시스템 광축(1)과 평행한 것이 이상적인 점을 고려하여 각 집광 렌즈의 렌즈특성은 각각 최적화되는 것이 바람직하다. 단지, 일반적으로는 광학계의 저비용화 및 설계의 용이함을 고려해 제 1 광학요소(200)와 완전히 같은 것을 집광 렌즈 어레이(310)로서 사용할지 혹은, 광속 분할렌즈(201)와 XY평면에서의 형상이 비슷한 집광 렌즈를 사용하여 구성한 집광 렌즈 어레이를 이용해도 되므로, 본 실시예의 경우에는 제 1 광학요소 (200)를 집광 렌즈 어레이(310)로서 사용하고 있다. 또한, 집광 렌즈 어레이(310)은 차광판(370)이나 편광 분리 유니트 어레이(320)로부터 떨어진 위치(제 1 광학요소(200)에 가까운 측)에 배치해도 된다.

차광판(370)은 그 외관을 도 3에 나타낸 바와 같이, 복수의 차광면(371)과 복수의 개구면(372)을 배열하여 구성된 것이며, 상기 차광면(371)과 개구면(372)의 배열 방법은 후술하는 편광 분리 유니트(330)의 배열 방법에 대응하고 있다. 또한, 도 3의 차광판(370)중에 그려지고 있는 X축과 평행한 4개의 절선은 후술하는 편광분리 유니트 어레이과의 대응관계를 나타내기 위해 그려진 것이다. 이 점에 관하여서는, 도 6에 나타내는 반사판(373), 도 7에 나타내는 광 확산판(376)에 있어서도 같다. 차광판(370)의 차광면(371)에 입사한 광속은 차단되고, 개구면(372)에 입사한 광속은 차광판(370)을 그대로 통과한다. 따라서, 차광판(370)은 차광판 (370)상의 위치에 따라서 투과하는 광속을 제어하는 기능을 가지고 있고, 차광면 (371)과 개구면(372)의 배열 방법은 제 1 광학요소(200)에 의한 집광상(203)이 후 술하는 편광 분리 유니트(330)의 편광 분리면(331)상에만 형성되도록 설정되어 있다. 차광판(370)으로서는, 본 예와 같이 유리판 등 평판형상의 투명체에 크롬이나 알루미늄 등으로 이루어지는 차광성 막을 부분적으로 형성한 것이나 알루늄판과 같은 차광성 평판에 개구부를 설치한 것 등을 사용할 수 있다. 특히, 차광성을 갖는 막을 이용하는 경우에는 차광성을 갖는 막을 집광 렌즈 어레이(310)이나 후술하는 편광분리 유니트 어레이(320)상에 직접 형성하여도 같은 기능을 발휘시킬 수 있다.

다음에, 편광분리 유니트 어레이(320)은 그 외관을 도 4에 나타낸 바와 같이, 복수의 편광분리 유니트(330)가 매트릭스형상으로 배열된 구성을 하고 있다.편광분리 유니트(330)의 배열 방법은 제 1 광학요소(200)를 구성하는 광속 분할렌즈(201)의 렌즈특성 및 그들의 배열 방법에 대응하고 있다. 본 실시예에 있어서는 모두 같은 렌즈특성을 갖는 동심계의 광속 분할렌즈(201)를 사용하여 그들의 광속분할렌즈를 직교 매트릭스형상으로 배열하여 제 1 광학요소(200)를 구성하고 있기 때문에, 편광분리 유니트 어레이(320)도 모두 같은 편광분리 유니트(330)를 모두 같은 방향에 직교 매트릭스형상으로 배열하도록 구성되어 있다. 또한, Y방향으로 늘어선 동일 열의 편광분리 유니트가 모두 같은 편광분리 유니트일 경우에는 Y 방향으로 가늘고 긴 편광분리 유니트를 X방향으로 배열하여 구성된 편광분리 유니트 어레이(320)를 사용하는 것이 편광분리 유니트 사이의 제면에서의 광손실을 감소할 수 있음과 동시에, 편광분리 유니트 어레이의 제조비용을 감소할 수 있는 점에서 유리하다.

편광분리 유니트(330)는 그 외관을 도 5에 나타내는 것같이 내부에 편광 분리면(331)과 반사면(332)을 구비한 사각 기둥모양의 구조체이고, 편광분리 유니트에 입사하는 중간광속의 각각을 P편광 광속과 S편광 광속에 공간적으로 분리하는 기능을 가지고 있다. 편광분리 유니트(330)의 XY평면상에서의 외형형상은 광속 분할렌즈(201)의 XY평면상에서 외형형상과 비슷한 형을 이루며, 즉, 횡방향 길이의 직사각형형상이다. 따라서, 편광 분리면(331)과 반사면(332)과는 정 방향(X방향)으로 나란히 배치되어 있다. 여기에서, 편광 분리면(331)과 반사면(332)과는 편광분리면(331)이 시스템 광축(L)에 대하여 약 45도 경사를 이루고, 반사면(332)이 편광 분리면과 평행한 상태를 이루며, 또한, 편광 분리면(331)이 XY평면상에 투영하는단면적 (후술하는 P출사면(333) 면적과 같다)과 반사면(332(이 XY평면상에 투영하는 단면적 (후술하는 S출사면(334) 면적과 같다)이 같게 배치되어 있다. 따라서, 본 실시예에서는 편광 분리면(331)이 존재하는 영역의 XY평면상에서 횡폭(Wp)과 반사면(332)이 존재하는 영역의 XY평면상에서의 횡폭(Wm)과 같아지고, 각각이 편광분리 유니트의 XY평면상에서 횡폭(W)의 반이 되도록 설정되어 있다. 또한, 일반적으로, 편광 분리면(331)은 유전체 다층막이고, 반사면(332)은 유전체 다층막 혹은 알루미늄막으로 형성할 수 있다.

편광분리 유니트(330)에 입사한 광은 편광 분리면(331)에 있어서 진행방향을 바꾸지 않고 편광 분리면(331)을 투과하는 P편광 광속(335)과 편광 분리면(331)에서 반사되어 인접하는 반사면(3320 방향으로 진행방향을 바꾸는 S편광 광속(336)으로 분리된다. P편광 광속(335)은 그대로, P출사면(333)을 거쳐서 편광분리 유니트로부터 출사되고, S편광 광속(336)은 다시 반사면(332)에서 진행방향을 바꾸어 P편광 광속(335)과 거의 평행한 상태로 되어, S출사면(334)을 거쳐서 편광분리 유니트로부터 출사된다. 따라서, 편광분리 유니트(330)에 입사한 불규칙한 편광 광속은 편광분리 유니트에 의해 편광방향이 다른 P편광 광속(335)과 S편광 광속(336) 두 종류의 편광광속으로 분리되고, 편광분리 유니트가 다른 장소(P출사면(333)과 S출사면(334))으로부터 거의 같은 방향을 향하여 출사된다. 편광분리 유니트는 상기와 같은 기능을 가지므로 각각의 편광분리 유니트(330)의 편광 분리면(331)이 존재하는 영역에 각각의 중간광속(202)을 유도할 필요가 있고, 그 때문에 편광분리 유니트 내의 편광 분리면 중앙부에 중간광속이 입사하도록 각각의 편광분리 유니트(330)와 각각의 집장 렌즈(311)의 위치관계나 각각의 집광 렌즈(311)의 렌즈특성이 설정되어 있다. 특히, 본 실시예의 경우에는, 각각의 편광분리 유니트(330)내의 편광분리면(331) 중앙부에 각각의 집광 렌즈 중심축이 오도록 배치되기 때문에, 집광 렌즈 어레이(310)는 편광분리 유니트의 횡폭(W)의 1/4에 상당하는 거리(D)만큼 편광분리 유니트 어레이(320)에 대하여 X방향으로 비킨 상태로 배치되어 있다.

또한, 편광분리 유니트 어레이에 있어서는, 그 내부에 상술한 편광 분리면과 반사면이 규칙적으로 형성된 것이면 되고, 상술한 편광분리 유니트를 기본적인 구성단위로서 반드시 사용할 필요는 없다. 여기에서는, 편광분리 유니트 어레이의 기능을 설명하기 위해 편광분리 유니트라는 구성단위를 도입한 것에 불과하다.

다시, 도 1에 근거하여 설명한다.

차광판(370)은 편광분리 유니트 어레이(320)과 집광 렌즈 어레이(310) 사이에 있어, 차광판(370) 각각의 개구면(372)의 중심과 각각의 편광분리 유니트(330)의 편광분리면(331) 중심이 거의 일치하도록 배치되고, 개구면(372)의 개구 횡폭(X방향의 개구폭)은 편광분리 유니트(330) 횡폭(W)의 약 반 크기로 설정되어 있다. 그 결과, 편광 분리면(331)을 거치지 않고 반사면(332)에 직접 입사되는 중간광속은 미리 차광판(370)의 차광면(371)으로 차단되기 때문에 거의 존재하지 않고 차광판(370)의 개구면(372)을 통과한 광속은 거의 모두가 편광 분리면(331)에만 입사하게된다. 따라서, 차광판(370) 설치에 의해 편광분리 유니트에 있어서, 직접 반사면(332)에 입사되고 반사면(332)을 거쳐서 인접하는 편광 분리면(331)에 입사되는 광속은 거의 존재하지 않는다.

편광분리 유니트 어레이(320)의 출사면측에는 λ/2 위상차판(381)이 규칙적으로 배치된 선택 위상차판(380)이 설치되어 있다. 즉, 편광분리 유니트 어레이 (320)을 구성하는 편광분리 유니트(330)의 P출사면(333) 부분에만 λ/2 위상차판 (381)이 배치되고 S출사면(334) 부분에는 λ/2 위상차판(381)이 설치되어 있지 않다 (도 5를 참조). 이 같은 λ/2 위상차판(381)의 배치상태에 의해 편광분리 유니트(330)로부터 출사된 P편광 광속은 λ/2 위상차판(381)을 통과할 때에 편광방향의 회전작용을 받아 S편광 광속으로 변환된다. 한편, S출사면(334)으로부터 출사된 S편광 광속은 λ/2 위상차판(381)을 통과하지 않기 때문에 편광방향은 변화하지 않고, S편광광속대로 선택 위상차판(380)을 통과한다. 다시 말해서, 편광분리 유니트 어레이(320)과 선택 위상차판(380)에 의해 편광방향이 불규칙한 중간광속은 한 종류의 편광 광속(상기의 경우는 S편광 광속)으로 변환된다.

선택 위상차판(380)의 출사면측에는 결합렌즈(390)가 배치되어 있고, 선택위상차판(380)에 의해 S편광 광속에 가지런히 된 광속은 결합렌즈(390)에 의해 조명영역(90)으로 유도되어 조명 영역 상에서 중첩 결합된다. 여기에서, 결합렌즈 (390)는 1개의 렌즈체일 필요는 없고, 제 1 광학요소(200)와 같이, 복수의 렌즈 집합체이어도 된다.

제 2 광학요소(300)의 기능을 정리하면, 제 1 광학요소(200)에 의해 분할된 중간광속(202)(즉, 광속 분할렌즈(201)에 의해 잘려진 이미지면)은 제 2 광학요소 (300)에 의해 조명영역(90)상에서 중첩 결합된다. 이와 동시에, 도중의 편광분리 유니트 어레이(320)에 의해, 불규칙한 편광광속인 중간광속은 편광방향이 다른 두종류의 편광광속에 공간적으로 분리되어 선택 위상차판(380)을 통과할 때에 거의 한 종류의 편광광속으로 변환된다. 여기에서, 편광분리 유니트 어레이(320)의 입사측에는 차광판(370)이 배치되고 편광분리 유니트(330)의 편광 분리면(331)에만 중간광속이 입사하는 구성으로 되어 있기 때문에 반사면(332)을 거쳐서 편광 분리면(331)에 입사되는 중간광속은 거의 없고, 편광분리 유니트 어레이(320)로부터 출사되는 편광광속의 종류는 거의 한 종류에 한정된다. 따라서, 조명영역(90)은 거의 한 종류의 편광광속으로 균일하게 조명된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예의 편광 조명장치(1)에 의하면, 광원부(10)로부터 출사된 불규칙한 편광광속을 제 1 광학요소(200)와 제 2 광학요소(300)에 의해 구성되는 편광 발생장치(20)에 의해 거의 한 종류의 편광광속으로 변환함과 동시에, 그 편광방향이 일치하는 광속에 의해 조명영역(90)을 균일하게 조명할 수 있는 효과를 가진다. 또한, 편광광속의 발생과정에 있어서는 광 손실을 거의 수반하지 않기 때문에 광원부로부터 출사되는 광의 대부분을 조명영역(90)으로 유도할 수 있고, 따라서, 광 이용효율이 매우 높은 특징을 갖는다. 또한, 제 2 광학요소(300)내에는 차광판(370)이 배치되어 있기 때문에 조명영역(90)을 조명하는 한 종류의 편광광속 중에는 편광방향이 다른 타 편광광속이 섞이는 일이 거의 없다. 따라서, 액정장치와 같이 편광광속을 사용하여 표시를 행하는 변조소자를 조명하는 장치로서 본 발명의 편광 조명장치를 사용한 경우에는, 종래, 변조소자의 조명광이 입사되는 측에 배치되어 있던 편광판을 불필요로 할 수 있다. 혹은, 종래대로 편광판을 설치한 경우라도, 편광판에서 광 흡수량이 매우 적기 때문에 편광판 및 변조 소자의 발열을 억제하는데 필요한 냉각장치를 대폭 소형화할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제 1 광학요소(200)에 의해 형성되는 집광상(203)의 크기는 제 1 광학요소에 입사되는 광속(조명장치를 상정한 경우에는 광원에서 출사되는 광속)의 평행성에 영향을 받는다. 평행성이 나쁜 경우에는 치수가 큰 집광상밖에 형성할 수 없기 때문에, 편광분리 유니트의 편광 분리면을 거치지 않고 반사면에 직접 입사되는 중간광속이 많이 존재하여 편광방향이 다른 타 편광광속이 조명광속에 혼입되는 현상을 피할수 없다. 따라서, 본 발명의 편광 조명장치 구성은, 평행성이 나쁜 광속을 출사하는 광원을 이용하여 편광 조명장치를 구성하는 경우에, 특히 우수한 효과를 발휘한다.

또한, 본 실시예에서는 제 2 광학요소(300)를 구성하는 집광 렌즈 어레이 (310), 차광판(370), 편광분리 유니트 어레이(320), 선택 위상차판(380) 및 출사측 렌즈(390)는 광학적으로 일체화되어 있고, 그들의 계면에 있어서 발생하는 광손실을 감소하고, 광 이용효율을 한층 더 높이는 효과를 발휘하고 있다. 이들의 광학소자는 반드시 광학적으로 일체화되어 있을 필요는 없지만, 조명광에의 편광방향이 다른 타 편광광속의 혼입을 효과적으로 방지하기 위해서는, 차광판(370)을 편광분리 유니트 어레이(320)의 광입사면과 광학적으로 일체화하든지 편광분리 유니트 어레이(320)의 광입사면상에 고정하는 것이 바람직하다. 차광판(370)을 편광분리 유니트 어레이(320)의 광 입사면과 광학적으로 일체화하는 방법으로서는 차광판(370)을 접착층을 통해 편광분리 유니트 어레이(320)의 광 입사면상에 부착하는 방법이나 후술하는 바와 같이 편광분리 유니트 어레이(320)의 광 입사면상에 차광면(371)을 직접 형성하는 방법 등이 고려된다. 한편, 차광판(370)을 편광분리 유니트 어레이(320)의 광 입사면상에 고정하는 방법으로서는, 차광판(370) 주변부를 양면 테이프 등을 사용하여 편광분리 유니트 어레이(320)의 광 입사면상의 주변부에 접착하는 방법이 생각된다. 이 경우, 차광판(370) 주변부 전체를 접착할 필요는 없고, 적어도 2개소가 접착되어 있으면 된다. 여기에서, 편광분리 유니트 어레이(320)의 광 입사면에 대하여 차광판(370)이 평행하게 고정되도록 하기 위해서는, 접착장소를 차광판(370) 중심에 대하여 대략 점대칭이 되는 위치에 설치하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 직사각형형상인 조명영역(90)의 형상에 맞추어서, 제 1 광학요소(200)를 구성하는 광속 분할렌즈(201)를 횡길이 형상으로 하고, 동시에, 편광분리 유니트 어레이(320)로부터 출사되는 두종류의 편광광속을 횡방향(X방향)으로 분리하는 형태로 하고 있다. 이 때문에, 직사각형형상을 가지는 조명영역(90)을 조명할 경우에도 광량을 낭비하지 않고 조명효율(광 이용효율)을 높일 수 있다.

일반적으로, 편광방향이 불규칙한 광속을 P편광 광속과 S편광 광속으로 단순히 분리하면, 분리후의 광속전체의 폭은 2배로 넘어지고, 그에 따라서 광학계도 대형화한다. 그러나, 본 발명의 편광 조명장치에서는, 제 1 광학요소(200)에 의해 미소한 복수의 집광상(203)을 형성하고, 그들의 형성과정에서 발생한 광이 존재하지 않는 공간을 잘 이용하여, 그 공간에 편광분리 유니트(330)의 반사면(332)을 배치함으로서 2개의 편광광속으로 분리함에 기인하여 생기는 광속의 횡방향으로의 폭의 넓이를 흡수하고 있기 때문에, 광속 전체의 폭은 넓어지지 않고, 소형의 광학계를 실현할 수 있는 특징이 있다.

(실시예 1의 변형예 1)

실시예 1에 있어서, 차광판(370)을 구성하는 차광면(371)은 광을 거의 반대 방향으로 반사시키는 반사면이어도 된다. 즉, 실시예 1에 있어서, 차광판(370) 대신에 도 6에 나타내는 것 같이, 복수의 반사면(374)과 복수의 개구면(375)을 구비한 차광판(373)을 채용할 수 있다. 반사면(374)은 유전체 다층막이나 반사율이 높은 은, 알루미늄 등의 금속박막, 혹은 그 양자 조합에 의하여 용이하게 실현할 수 있고, 막 종류에 의해서는 90수% 이상 매우 높은 반사율을 얻을 수 있다. 또한, 반사면(374)을 도 1의 집광 렌즈 어레이(310)이나 편광분리 유니트 어레이(320)상에 직접 형성하여도 같은 기능을 발휘시킬 수 있다.

차광면(371)의 경우와는 달리, 반사면(374)에 있어서는 광 흡수가 거의 없다. 따라서, 반사판(373)을 채용하면, 반사판(373)에서 발열에 따르는 열적 영향이 주위의 광학요소에 미치는 것을 방지할 수 있다. 또한, 반사면(374)에서 반사된 광은 광원(10)에 설치되어 있는 포물면 반사경(102)으로 반사되어, 편광 발생장치(20)에 재차 입사되어, 차광판(373) 개구부(375)에 유도해 들어갈 수 있기 때문에, 광원으로부터의 광을 낭비 없이 유효하게 이용할 수 있다.

(실시예 1의 변형예 2)

실시예 1에 있어서, 차광판을 구성하는 차광면은 광을 산란시키는 광산란면이어도 차광면의 경우와 거의 같은 효과를 발휘시킬 수 있다. 즉, 실시예 1에 있어서 차광판(370) 대신에, 도 7에 나타낸 바와 같이, 복수의 광산란면(377)과 복수의 개구면(378)을 배열하여 형성되는 광 확산판(376)을 채용할 수 있다. 광산란면(377)에 입사한 광은 산란되기 때문에, 편광분리 유니트의 편광 분리면을 거치지 않고 반사면에 직접 입사하는 광 강도를 대폭 저하시킬 수 있고, 편광방향이 일치하는 한 종류의 편광광속으로 이루어지는 조명 광속 중에, 편광방향이 다른 타 편광광속이 혼입되는 현상을 효과적으로 방지할 수 있다. 광산란면(377)은 평판형상의 투명기판 표면이나 그 내부에 광 산란체를 형성하기도 하고, 혹은, 투명기판 표면에 요철형상을 형성하기도 하고, 또한, 표면을 단지 거칠게 함으로서 용이하게 실현할 수 있다. 또한, 광 산란면(377)을 도 1의 집광 렌즈 어레이(310)이나 편광분리 유니트 어레이(820)상에 직접 형성하여도 같은 기능을 발휘시킬 수 있다.

광 산란판(376)을 채용하면, 유전체 다층막이나 금속박막 등을 사용한 차광판(370)이나 반사판(373)을 채용한 경우와 비교하여 저비용화를 실현할 수 있다.

(실시예 1의 변형예 3)

실시예 1 및 상술한 변형예 1, 2에 있어서는, 차광판(370), 반사판(373) 광 확산판(376)은 그 전후에 배치된 집광 렌즈 어레이(310)이나 편광분리 유니트 어레이(320)에 대하여 물리적으로 독립한 광학요소이지만, 차광판(370)을 구성하는 차광면(371), 반사판(373)을 구성하는 반사면(374), 혹은 광 확산판(376)을 구성하는 광산란면(377)을, 편광분리 유니트 어레이(320)을 구성하는 편광분리 유니트(330)의 광입사면상에 직접 형성하여도 이 들을 사용한 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다.

그 구체예를 도 8를 이용하여 설명한다. 도 8에 그 외관을 나타낸 편광분리 유니트 어레이(320A)는 편광분리 유니트 어레이(320A)를 구성하는 각각의 편광 분리 유니트(330A)의 광 입사면상에 차광면(321)이 직접 형성되어 이루어진 것이고, 차광면이 형성되어있지 않은 영역(322)은 먼저 설명한 차광판(370)에 있어서 광이 통과하는 개구면(372)에 상당한다. 본 예와 같이 차광면(321)을 직접 형성한 편광분리 유니트 어레이(320A)를 사용함으로써 물리적으로 독립한 광학요소인 차광판 (370)을 사용할 필요가 없기 때문에, 제 2 광학요소를 소형화 및 저비용화할 수 있다. 물론, 편광분리 유니트(330A)에는, 차광면(321)을 대신하여 반사면이나 광산란면을 직접 형성할 수 있고, 그 경우에도 본 예의 경우와 같은 효과를 발휘한다.

(실시예 1의 변형예 4)

실시예 1 및 상술한 변형예 1, 2에 있어서는 차광판(370), 반사판(373), 광확산판(376)은 그 전후에 배치된 집광 렌즈 어레이(310)나 편광분리 유니트 어레이 (320)에 대하여 물리적으로 독립한 광학요소이지만, 차광판(370)을 구성하는 차광면(371), 반사판(373)을 구성하는 반사면(373) 혹은, 광 확산판(376)을 구성하는 광산란면(374)을 집광 렌즈 어레이(310)를 구성하는 집광 렌즈(311)에 직접 형성하여도 이들을 사용한 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다.

그 구체예를 도 9를 이용하여 설명한다. 도 9에 그 외관을 나타낸 집광 렌즈 어레이(310A)는 집광 렌즈 어레이(310A)를 구성하는 각각의 집광 렌즈(311A)의 광이 출사하는 면상에 차광면(312)이 직접 형성되어 이루어지는 것이고, 차광면이 형성되어 있지 않은 영역(313)은 먼저 설명한 차광판(370)에 있어서 광이 통과하는 개구면(372)에 상당한다. 차광면(3120을 직접 형성한 집광 렌즈 어레이(310A)를 사용함으로써 물리적으로 독립한 광학요소인 차광판(370)을 사용할 필요가 없기 때문에 제 2 광학요소를 소형화 및 저비용화할 수 있다. 물론, 집광 렌즈(311A)에는 차광면(312)을 대신하여 반사면이나 광 산란면을 직접 형성할 수 있고, 그 경우에도 본 예의 경우와 같은 효과를 발휘한다. 또한, 본 예의 경우, 집광 렌즈 어레이 (310A)를 제 2 광학요소를 구성하는 다른 광학소자인 편광분리 유니트 어레이나 선택 위상차판과 공간적으로 분리해 배치하면 차광면, 반사면, 광산란면에서 광 흡수에 의한 발열의 영향이 다른 광학소자에 미치는 것을 방지할 수 있다.

(실시예 1의 변형예 5)

실시예 1에 있어서는 유리판 등 평판상의 투명체에 크롬이나 알루미늄 등으로 이루어지는 차광성 막을 부분적으로 형성한 차광판(370)을 사용하였지만, 이것은 알루미늄판과 같은 차광성 평판에 개구부를 설치한 것이어도 된다.

그 구체예를 도 10을 이용하여 설명한다. 도 10에 그 외관을 나타낸 차광판 (370A)은 차광성 평판(371A)에 개구부(372A)를 설치한 것이다. 또한, 조명광에의편광방향이 다른 타 편광광속의 혼입을 효과적으로 방지하기 위해서, 차광판(370)을 편광분리 유니트 어레이(320)의 광 입사면상에 고정하는 경우에는 차광판(371A)의 주변부의 2개소에 설치된 접착부위(379a, 379b)를 양면 테이프로 편광분리 유니트 어레이(320)의 광 입사면상에 고정하면 된다. 접착부위(379a, 379b)는 차광판 (370) 중심으로 거의 점대칭이 되는 위치에 설치되어 있기 때문에, 편광분리 유니트 어레이(320)의 광 입사면에 대하여 차광판(370)을 평행하게 고정할 수 있다.

본 예와 같이, 알루미늄판과 같은 차광성 평판(371A)에 개구부(372A)를 설치한 차광판(37OA)을 사용하면 유리판 등 평판상의 투명체에 크롬이라 알루미늄 등으로 이루어지는 차광성 막을 부분적으로 형성한 차광판(370)과 비교하여 저비용화를 실현할 수 있다.

(실시예 2)

실시예 1에 나타낸 편광 조명장치(1)가 설치된 직시형 표시장치인 일례에 관하여 설명한다. 또한, 본 실시예에 있어서는, 편광 조명장치로부터의 출사광속을 표시정보에 근거하여 변조하는 변조소자로서 투과형 액정장치를 사용하고 있다.

도 11은 표시장치(2)인 광학계의 주요부를 나타낸 개략 구성도이고, XZ 평면에서의 단면구조를 나타내고 있다. 상기 표시장치(2)는 실시예 1에 나타낸 편광 조명장치(1), 반사미러(510) 및 액정장치(520)로부터 대략 구성되어 있다.

편광 조명장치(1)는 불규칙한 편광광속을 한 방향으로 출사하는 광원부(10)를 구비하고, 상기 광원부(10)로부터 출사된 불규칙한 편광광속은 편광 발생장치 (20)에 의해 거의 한 종류의 편광광속으로 변환된다. 상기 편광 조명장치(1)로부터 출사된 편광광속은 반사미러(510)에 의해 광의 진행방향을 약 90도 구부려 액정장치(520)를 거의 한 종류의 편광광속에 의해 조명한다. 액정장치(520) 전후에는 편광판(521)이 배치되어 있다. 또한, 시야각의 개선을 목적으로서 광 확산판(도시하지 않음)을 액정장치(520)의 앞(반사미러(510)측)에 배치한 구조로 해도 된다.

이와 같이 구성한 표시장치(2)에서는 한 종류의 편광광속을 변조하는 타입의 액정장치가 사용하고 있다. 따라서, 종래의 조명장치를 사용하여 불규칙한 편광광속을 액정장치로 유도하면 불규칙한 편광광속 중, 약 반의 광은 편광판(521)에서 흡수되어 열로 바뀌어 광의 이용 효율이 나쁜 문제점이 있었다. 그러나,표시장치(2)에서는 이러한 문제점이 대폭 개선되어 있다.

즉, 표시장치(2)에서는 편광 조명장치(1)에 있어서 한쪽 편광광속, 예를 들면 P편광 광속만에 대하여 λ/2 위상차판에 의해서 편광면의 회전작용을 주고, 다른 쪽 편광광속, 예를 들면 S편광 광속과 편광방향이 일치하는 상태로 한다. 그 때문에, 편광방향이 일치하는 거의 한 종류의 편광광속이 액정 장치(520)에 유도되어지기 때문에 편광판(521)에 의한 광 흡수는 매우 적고, 따라서, 광원 광의 이용 효율이 향상되어 밝은 표시 상태를 얻을 수 있다.

특히, 조명장치로서 사용하고 있는 편광 조명장치(1)에 있어서는 제 2 광학 요소(300)의 내부에 차광판(370)을 배치하고 있기 때문에, 편광 조명장치(1)로부터 출사되는 조명광 중에 액정장치에서의 표시에 불필요한 다른 편광광속이 혼입되는 것이 거의 없다. 그 결과, 액정장치(520)의 광이 입사하는 측에 배치된 편광판 (521)에서의 광 흡수량은 극히 적고, 광 흡수에 의한 발열량도 극히 적어짐으로써 편광판(521)이나 액정장치(520)의 온도상승을 억제하기 위한 냉각장치를 생략할 수 있고, 혹은, 생략할 수 없는 경우라도 냉각장치의 대폭적인 소형화를 실현할 수 있다.

(실시예 3)

실시예 1에 나타낸 편광 조명장치(1)가 설치된 투사형 표시장치의 제 1 예에 대하여 설명한다. 또, 본 예에 있어서는, 편광 조명장치로부터 출사광속을 표시정보에 근거하여 변조하는 변조소자로서 투과형 액정장치를 사용하고 있다.

도 12는 투사형 표시장치(3)인 광학계의 주요부를 나타낸 개략 구성도이고,XZ 평면에서의 구성을 나타내고 있다. 투사형 표시장치(3)는 실시예 1에 나타낸 편광 조명장치(1), 백색광속을 3색의 색광으로 분리하는 색광분리수단, 각각의 색광을 표시정보에 근거하여 변조하고 표시화상을 형성하는 3매의 투과형 액정장치, 3색의 색광을 합성하여 컬러화상을 형성하는 색광 합성수단, 그 컬러화상을 투사 표시하는 투사 광학계로 대략 구성되어 있다.

상기 편광 조명장치(1)는 불규칙한 편광광속을 한 방향으로 출사하는 광원부(10)를 구비하고, 상기 광원부(10)로부터 출사된 불규칙한 편광광속은 편광 발생장치(20)에 의하여 거의 한 종류의 편광광속으로 변환된다.

상기 편광 조명장치(1)로부터 출사된 광속은 무선, 색광 분리수판인 청색광녹색광 반사 다이크로익 미러(401)에 있어서 적색광이 투과되고 청색광 및 녹색광이 반사한다. 적색광은 반사미러(403)로 반사되어 적색광용 액정장치(411)에 도달한다. 한편, 청색광 및 녹색광 중, 녹색광은 역시 색광 분리수단인 녹색광 반사 다이크로익 미러(402)에 의해 반사되어 녹색광음 액정장치(412)에 도달한다.

여기에서, 청색광은 각 색광 중에서 그 광로의 길이가 가장 걸기 때문에 청색광에 대하여서는 입사렌즈(431), 릴레이 렌즈(432) 및 출사렌즈(433)로 이루어지는 릴레이 렌즈계로 구성된 도광수단(430)을 설치하고 있다. 즉, 청색광은 녹색광 반사 다이크로익 미러(402)를 투과한 후, 먼저, 입사렌즈(431)를 거쳐서 반사미러 (435)에 의해 반사되어 릴레이렌즈(432)로 유도되며, 이 릴레이렌즈에 집속된 후, 반사미러(436)에 의해서 출사렌즈(433)로 유도되고, 그 후, 청색광용 액정장치 (413)에 도달한다. 여기에서, 3개소 액정장치(411, 412, 413)는 각각의 색광을 변조하여 각 색광에 대응한 화상정보를 포함한 후에, 변조한 색광을 색광 합성수단인 크로스 다이크로익 프리즘(450)에 입사한다. 크로스 다이크로익 프리즘(450)에는 적색광 반사의 유전체 다층막과 청색광 반사의 유전체 다층막이 X자 형상으로 형성되어 있고, 각각의 변조광속을 합성하여 컬러화상을 형성한다. 여기에서 형성된 컬러화상은 투사 광학계인 투사렌즈(460)에 의해 스크린(470)상에 확대투영되어 투사화상을 형성한다.

이와 같이 구성한 투사형 표시장치(3)에서는 한 종류의 편광광속을 변조하는 타입의 액정장치가 사용되고 있다. 따라서, 종래의 조명장치를 사용하여 불규칙한 편광광속을 액정장치로 유도하면 불규칙한 편광광속 중 약 반의 광은 편광판(도시하지 않음)에서 흡수되어 열로 변하기 때문에, 광의 이용효율이 나쁨과 동시에, 편광판의 발열을 억제하는 대형으로 소음이 큰 냉각장치가 필요하다는 문제점이 있었다. 그러나, 투사형 표시장치(3)에서는 이러한 문제점이 대폭 개선되어 있다.

즉, 투사형 표시장치(3)에서는 편광 조명장치(1)에 있어서 한쪽의 편광광속, 예를 들면 P편광 광속에 대하여 λ/2 위상차판에 의해서 편광면의 회전작용을 주고, 다른 쪽 편광광속, 예를 들면 S편광 광속과 편광방향이 일치하는 상태로 한다. 그 때문에, 편광방향이 일치하는 거의 한 종류의 편광광속이 3개소의 액정장치 (411, 412, 413)로 유도되기 때문에 편광판에 의한 광흡수는 매우 적고, 따라서, 광의 이용효율이 향상되고 밝은 투사화상을 얻을 수 있다.

특히, 조명장치로서 사용되고 있는 편광 조명장치(1)에 있어서는 제 2 광학 요소(300) 내부에 차광판(370)을 배치하고 있기 때문에, 편광 조명장치(1)로부터출사되는 조명광 중, 액정장치에서 표시에 불필요한 다른 편광광속이 혼입되는 것이 거의 없다. 그 결과, 3개소의 액정장치(411, 412, 413)의 광이 입사하는 측에 각각 배치된 편광판(도시하지 않음)에서 광흡수량은 극히 적고, 광흡수에 의한 발열량도 극히 적어지므로 편광판이나 억정장치의 온도상승을 억제하기 위한 냉각장치를 대폭 소형화할 수 있다. 이상과 같이, 매우 광출력이 큰 광원램프를 사용하여 매우 밝은 투사화상을 표시가능한 투사형 표시장치를 실현하려고 한 경우에도 소형의 냉각장치로 대응가능하고, 따라서 냉각장치의 소음을 낮게 할 수도 있어, 조용하고 고성능 투사형 표시장치를 실현할 수 있다.

또한, 편광 조명장치(1)에서는 제 2 광학요소(300)에 있어서 두종류의 편광광속을 횡방향(X방향)으로 공간적으로 분리하고 있다. 따라서, 광량을 낭비하지 않고 횡길이의 직사각형 형상을 한 액정장치를 조명하는데 적합하다.

실시예 1에서 설명한 바와 같이, 편광 조명장치(1)에서는 편광변환 광학요소를 포함하고 있음에도 불구하고, 편광분리 유니트 어레이(320)를 출사하는 광속의 폭 넓이가 억제되고 있다. 이것은 액정장치를 조명할 때에, 큰 각도로 액정장치에 입사되는 광이 거의 없음을 뜻하고 있다. 따라서, F번호가 작은 구경이 큰 투사 렌즈계를 사용하지 않아도 밝은 투사화상을 실현할 수 있고, 그 결과, 소형의 투사형 표시장치를 실현할 수 있다.

또한, 색광 합성수단으로서 크로스 다이크로익 프리즘(450)을 사용하고 있기 때문에, 장치의 소형화가 가능하다. 또한, 액정장치(411, 412, 413)와 투사렌즈계 사이의 광로 길이가 짧기 때문에, 비교적 작은 구경의 투사 렌즈계를 사용하여도밝은 투사화상을 실현할 수 있다. 또한, 각 색광은 3광로 중 1광로만 그 광로의 길이가 다르지만, 본 예에서는 광로의 길이가 가장 긴 청색광에 대하여는 입사렌즈 (431), 릴레이렌즈(432) 및 출사렌즈(433)로 이루어지는 릴레이 렌즈계로 구성한 도광수단(430)이 설치되어 있으므로, 얼룩 등인 생기지 않는다.

또한, 2매의 다이크로익 미러를 색광 합성수단으로서 사용한 미러 광학계에 의해 투사형 표시장치를 구성할 수도 있다. 물론, 그 경우에 있어서도 본 예의 편광 조명장치를 설치할 수 있고, 본 예의 경우와 같이, 광의 이용효율에 우수한 밝은 고품위 투사화상을 형성할 수 있다.

(실시예 4)

실시예 1에 나타낸 편광 조명장치(1)가 내장된 투사형 표시장치의 제 2 예에 대하여 설명한다. 또한, 본 예에 있어서는, 편광 조명장치로부터 출사광속을 표시 정보에 근거하여 변조하는 변조소자로서 반사형 액정장치를 사용하고 있다.

도 13은 투사형 표시장치(4)의 광학계의 주요부를 평면적으로 본 개략 구성도이다. 투사형 표시장치(4)는 실시예 1에 나타낸 편광 조명장치(1), 편광빔 분할기(480), 색광 분리수단과 색광 합성수판을 겸한 크로스 다이클로익 프리즘(450), 변조소자인 3개의 반사형 액정장치(414, 415, 416) 및 투사 광학계인 투사렌즈 (460)로 대략 구성되어 있다.

편광 조명장치(1)는 불규칙한 편광광속을 한 방향으로 출사하는 광원부(10)를 구비하고, 이 광원부(10)로부터 출사된 불규칙한 편광광속은 편광 발생장치(20)에 의해 거의 한 종류의 편광광속(본 예의 경우는 S편광 광속)으로 변환된다.

상기 편광 조명장치(1)로부터 출사된 광속은 편광빔 분할기(480)에 입사하여, 편광 불리면(481)에서 반사되어 진행방향을 거의 90도 바꾸어, 인접하는 크로스 다이클로익 프리즘(450)에 입사된다. 여기에서, 편광 조명장치(1)로부터 출사되는 광속은 그 대부분이 S편광 광속이지만, 약간은 S편광 광속과는 편광방향이 다른 편광광속 (본 예의 경우는 P편광 광속)이 혼입되어 있는 경우가 있고, 그 편광 방향이 다른 편광광속(P편광 광속)은 편광 분리면(481)을 그대로 투과하여 편광빔분할기(480)로부터 출사된다 (이 P편광 광속은 액정장치를 조명하는 조명광이라고는 하지 않는다).

크로스 다이클로익 프리즘(450)에 입사된 S편광 광속은, 크로스 다이클로익 프리즘(450)에 의해 파장에 따라서 적색광, 녹색광 및 청색광의 3개의 광속으로 분리되어, 각각 대응하는 반사형 적색광용 액정장치(414), 반사형 녹색광용 액정장치 (415) 및 반사형의 청색광용 액정장치(416)에 도달하여, 각각의 액정장치를 조명한다. 즉, 크로스 다이클로익 프리즘(450)은 액정장치를 조명하는 조면광에 대하여는 색광 분리수단으로서 작용하고 있다.

여기서, 본 예에서 사용하고 있는 액정장치(414, 415, 416)는 반사형이기 때문에, 각각의 액정장치에서 각각의 색광을 변조하여, 각 색광에 대응한 외부로부터 표시정보를 포함함과 동시에, 각각의 액정장치로부터 출사되는 광속의 편광방향을 변화시키고, 또한, 광속의 진행방향을 거의 반전시키고 있다. 따라서, 각각의 액정장치로부터의 반사광은 표시정보에 따라서 부분적으로 P편광 상태가 되어 출사된다. 각각의 액정장치(414, 415, 416)로부터 출사된 변조광속(P편광 광속이 주체가된다)은 재차 크로스 다이클로익 프리즘(450)에 입사되어, 한개의 광학상에 합성되고, 인접하는 편광빔 분할기(480)에 재차 입사한다. 즉, 크로스 다이끌로익 프리즘(450)은 액정장치에서 출사되는 변조광속에 대하여는 색광 합성수단으로서 작용하고 있다.

편광빔 분할기(480)에 입사한 광속 중, 액정장치(414, 415, 416)에서 변조된 광속은 P편광 광속으로 되어있기 때문에, 편광빙 불할기(480)의 편광 분리면(481)을 그대로 투파하고, 투사렌즈(460)를 거쳐서 스크린(470)상에 화상을 형성한다.

이와 같이 구성한 투사형 표시장치(4)에 있어서도 앞의 투사형 표시장치(3)인 경우와 같이, 한 종류의 편광광속을 변조하는 타입의 액정장치가 사용되고 있다. 따라서, 불규칙한 편광광속을 조명광으로 하는 종래의 조명장치를 사용한 경우에는 편광빔 분할기(480)로 분리되어 반사형의 액정장치에 유도되는 광속량은 불규칙한 편광광속 중 약 반으로 감소되기 때문에, 광의 이용효율이 나쁘고 밝은 투사화상을 얻기 어려운 문제정이 있었다. 그러나, 투사형 표시장치(4)에서는 이러한 문제점이 대폭 개선되어 있다.

즉, 투사형 표시장치(4)에서는 종래의 조명장치를 대신하여 본 발명의 편광 조명장치(1)를 사용함으로써 편광방향이 일치하는 거의 한 종류의 편광광속이 효율적으로 발생할 수 있고, 따라서, 편광임 분할기(480)에 입사하는 광속은 대부분이 조명광속으로서 3개소 반사형 액정장치(414, 415, 416)에 유도된다. 그 결과, 밝고 얼룩이 지지 않는 투사화상을 얻을 수 있다.

특히, 조명장치로서 사용하고 있는 편광 조명장치(1)에 있어서는 제 2 광학요소(300) 내부에 차광판(370)을 배치하고 있기 때문에, 편광 조명장치(1)로부터 출사되는 조명광 중에, 액정장치에서의 표시에 불필요한 다른 편광광속이 혼입되는 일이 거의 없다. 따라서, 편광방향이 일치하는 고품위 조명광을 얻을 수 있고, 그 결과, 밝은 고품위 투사화상을 얻는데 성공한다.

또한, 편광 조명장치(1)에서는 제 2 광학요소(300)에 있어서, 두 종류의 편광광속을 횡방향(X방향)으로 공간적으로 분리하고 있다. 따라서, 광량을 낭비하지 않고, 횡길이의 직사각형 형상을 한 액정장치를 조명하는데 적합하다.

실시예 1에서 설명한 바와 같이, 편광 조명장치(1)에서는 편광변환 광학요소를 포함하고 있음에도 불구하고, 편광분리 유니트 어레이(320)를 출사하는 광속의 폭넓이가 억제되고 있다. 이것은 억정장치를 조명할 때에, 큰 각도로 액정장치에 입사되는 광이 거의 없음을 뜻하고 있다. 따라서, F번호가 작은 대구경의 투사 렌즈계를 사용하지 않아도 밝은 투사화상을 실현할 수 있어, 그 결과, 소형의 투사형 표시장치를 실현할 수 있다.

또한, 투사형 표시장치(4)를 기초로, 크로스 다이클로익 프리즘(450)과 3개소의 액정장치(414, 415, 416)와의 사이에, 각각 콘덴서 렌즈(417)를 배치한 구성으로 할 수 있고, 그 경우 광학계의 개략구성의 일례를 도 14에 나타낸다. 이들 콘덴서렌즈를 배치함으로써, 편광 조명장치(1)로부터 조명광속을 그 넓이를 억제한 상태에서 액정장치에 유도할 수 있기 때문에, 액정장치를 조명하는 경우의 효율과 액정장치에서 반사되어 광속을 투사렌즈(460)에 입사시키는 경우의 입사효율을 더욱더 향상시킬 수 있다. 여기에서, 렌즈계면에서의 광손실을 감소할 수 있는 관점에서, 콘덴서 렌즈는 도 14에 나타낸 바와 같이 액정장치와 일체화, 혹은, 크로스 다이클로익 프리즘과 일체화하도록 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 투사형 표시장치(4)에서는 S편광 광속을 조명광으로서 사용하는 형태로 하고 있지만, P편광 광속을 조명광으로서 사용하는 형태로 해도 되고, 그 경우에는 편광빔 분할기(480)를 사이에 두어, 편광 조명장치(1)와 크로스 다이클로익 프리즘(450)이 상대하는 배치구성으로 하면 된다.

또한, 본 예에서는 색광 분리수단 및 색광 합성수단으로서 크로스 다이클로익 프리즘을 사용하고 있지만, 그것을 대신하여 2매의 다이클로익 미러를 사용함으로써 투사형 표시장치를 구성할 수 있다. 물론, 그 경우에 있어서도 편광 조명 장치를 설치할 수 있고, 본 실시예의 경우와 동일하게, 광의 이용효율에 우수한 고품위 투사화상을 형성할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 조명영역에서 광장도 분포가 입사광속의 그것보다도 균일하고, 동시에, 편광방향이 일치하는 한 종류의 편광광속만을 높은 효율로 발생할 수 있는 편광 변환장치 및 편광 조명장치를 실현할 수 있다. 또한, 본 발명의 편광 변환장치, 편광 조명장치를 사용함으로써, 밝은 고품위 화상을 표시할 수 있는 표시장치나 투사형 표시장치를 용이하게 실현할 수 있다.

Claims (13)

1. 광원과,

   상기 광원으로부터 출사된 광속을 복수의 중간광속으로 분리하는 제 1 광학 요소와,

   상기 중간광속이 수속하는 위치부근에 배치된 제 2 광학요소를 구비하고,

   상기 제 2 광학요소는,

   상기 중간광속을 각각 집광하는 복수의 집광 렌즈로 이루어지는 집광 렌즈 어레이와,

   상기 중간광속의 각각을 S편광 광속과 P편광 광속으로 공간적으로 분리하는 편광 분리소자와,

   상기 편광 분리소자에 의해 분리된 S편광 광속 또는 P편광 광속 중 어느 한 쪽의 편광광속의 편광방향과 다른 쪽의 편광광속의 편광방향을 정렬하는 선택 위상차판과,

   상기 편광광속들을 중첩 결합시키는 결합렌즈를 가지며;

   상기 편광 분리소자는,

   상기 P편광 광속 또는 S편광 광속 중 어느 한쪽의 편광광속을 투과시켜 다른쪽의 편광광속을 반사시켜서 편광광속을 분리하는 편광 분리면과, 상기 편광 분리면과 거의 평행하게 배치되고 상기 편광 분리면에서 반사된 편광광속을 상기 편광 분리면을 투과한 편광광속의 출사방향을 향하여 반사하는 반사면을 가지고,

   상기 제 1 광학요소와 상기 편광 분리소자 사이에는 각각 상기 중간광속이 상기 반사면에 직접 입사하는 것을 방지하는 차광수단 또는 광 감쇠수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 편광 조명장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 차광수단 또는 광 감쇠수단은 상기 편광 분리소자와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 편광 조명장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 차광수단 또는 광 감쇠수단은 상기 집광 렌즈 어레이와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 편광 조명장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차광수단은 반사판인 것을 특징으로 하는 편광 조명장치.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 차광수단은 반사막이고, 상기 반사막은 상기 편광 분리소자의 광 입사면상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 편광 조명장치.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 차광수단은 반사막이고, 상기 반사막은 상기 집광 렌즈 어레이의 광 출사면상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 편광 조명장치.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 감쇠수단은 광 확산판인 것을 특징으로 하는 편광 조명장치.
8. 제 2 항에 있어서, 상기 광 감쇠수단은 상기 편광 분리소자의 광 입사면상에 형성된 광 산란면인 것을 특징으로 하는 편광 조명장치.
9. 제 3 항에 있어서, 상기 광 감쇠수단은 상기 집광 렌즈 어레이의 광 출사면 상에 형성된 광 산란면인 것을 특징으로 하는 편광 조명장치.
10. 광원과,

    상기 광원으로부터 출사된 광속을 복수의 중간광속으로 분리하는 제 1 광학 요소와,

    상기 중간광속이 수속하는 위치부근에 배치된 제 2 광학요소와,

    상기 제 2 광학요소로부터 출사된 광속을 표시정보에 근거하여 변조하는 변조소자를 구비하고;

    상기 제 2 광학요소는,

    상기 중간광속을 각각 집광하는 복수의 집광 렌즈로 이루어지는 집광 렌즈 어레이와,

    상기 중간광속의 각각을 S편광 광속과 P편광 광속으로 공간적으로 분리하는 편광 분리소자와,

    상기 편광 분리소자에 의해 분리된 S편광 광속 또는 P편광 광속 중 어느 한쪽 편광광속의 편광방향과 다른 쪽 편광광속의 편광방향을 정렬하는 선택 위상차판과,

    상기 편광광속들을 중첩 결합시키는 결합렌즈를 가지며;

    상기 편광 분리소자는,

    상기 P편광 광속 또는 S편광 광속 중 어느 한쪽의 편광광속을 투과시켜 다른쪽 편광광속을 반사시켜서 편광광속을 분리하는 편광 분리면과, 상기 편광분리면과 거의 평행하게 배치되고, 상기 편광 분리면에서 반사된 편광광속을 상기 편광분리면을 투과한 편광광속의 출사방향을 향하여 반사하는 반사면을 가지며;

    상기 제 1 광학요소와 상기 편광 분리소자 사이에는 각각 상기 중간광속이 상기 반사면에 직접 입사하는 것을 방지하는 차광수단 또는 광 감쇠수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
11. 광원과,

    상기 광원으로부터 출사된 광속을 복수의 중간광속으로 분리하는 제 1 광학 요소와,

    상기 중간광속이 수속하는 위치부근에 배치된 제 2 광학요소와,

    상기 제 2 광학요소로부터 출사된 광속을 표시정보에 근거하여 변조하는 변조소자와,

    상기 변조소자에 의해 변조된 광속을 투사면상에 투사하는 투사 광학계를 구비하고;

    상기 제 2 광학요소는,

    상기 중간광속을 각각 집광하는 복수의 집광 렌즈로 이루어지는 집광 렌즈 어레이와,

    상기 중간광속의 각각을 S편광 광속과 P편광 광속으로 공간적으로 분리하는 편광 분리소자와,

    상기 편광 분리소자에 의해 분리된 S편광 광속 또는 P편광 광속 중 어느 한쪽 편광광속의 편광방향과 다른쪽 편광광속의 편광방향을 정렬하는 선택 위상차판과,

    상기 편광광속들을 중첩 결합시키는 결합렌즈를 가지며;

    상기 편광 분리소자는,

    상기 P편광 광속 또는 S편광 광속 중 어느 한쪽 편광광속을 투과시켜 다른 쪽 편광광속을 반사시켜서 편광광속을 분리하는 편광 분리면과, 상기 편광 분리면과 거의 평행하게 배치되어, 상기 편광 분리면에서 반사된 편광광속을 상기 편광 분리면을 투과한 편광광속의 출사방향을 향하여 반사하는 반사면을 가지며,

    상기 제 1 광학요소와 상기 편광 분리소자 사이에는 각각 상기 중간광속이 상기 반사면에 직접 입사되는 것을 방지하는 차광수단 또는 광 감쇠수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 광학요소로부터 출사된 광속을 복수의 색광으로 분리하는 색광 분리수단과, 상기 각각의 색광을 변조하는 복수의 상기 변조소자와, 각각 상기 변조소자에 의해서 변조된 색광을 합성하는 색광 합성수단을 더 가지며, 상기 색광 합성수단에 의해 합성된 광속이 상기 투사 광학계를 통하여 투사면상에 투사되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 변조소자는 반사형 액정장치인 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.