KR20000071356A - 편광 변환 광학계, 조명 광학계, 및 투사기 - Google Patents

편광 변환 광학계, 조명 광학계, 및 투사기 Download PDF

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KR20000071356A
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Abstract

편광 변환 시스템은, 입사하는 비-편광 광을 제 1 및 제 2 유형의 편광 광으로 분리하고 상기 제 1 유형의 편광 광을 투과하고 또한 상기 제 2 유형의 편광 광을 반사하는 편광 광 선택 반사기, 입사하는 광선 빔을 상기 편광 광 선택 반사기에 중계하는 중계 광학 시스템, 상기 편광 광 선택 반사기에 의해 반사된 반사 광선 빔의 광학 경로 상에 배치되고 상기 반사 광선 빔을 상기 편광 광 선택 반사기에 다시 반사하여 상기 제 2 유형의 편광 광을 제 1 유형의 편광 광으로 변환하는 편광 광 반사기를 포함한다.

Description

편광 변환 시스템, 조명 시스템, 및 투사기{POLARIZATION CONVERSION SYSTEM, ILLUMINATION SYSTEM, AND PROJECTOR}
본 발명은 비-편광 광선을 특정 편광 광으로 변환하는 편광 변환 시스템, 및 편광 변환 시스템을 사용한 광학 시스템에 관한 것이다.
액정 패널은 직시 디스플레이 장치 및 투사기에 널리 이용된다. 투사기에서, 예를 들어, 액정 패널(액정 광 밸브)은 영상 정보에 따라 조명 광선을 변조하는데 사용되고, 그리하여 상기 변조된 광선은 영상을 디스플레이 하기 위하여 화면에 투사된다. 일반적으로, 영상은 특정 직선 편광 광을 변조함으로써 디스플레이 되기 때문에, 광원에 의해 방출된 비-편광 광선을 요구되는 직선 편광으로 변환하기 위하여 액정 패널의 광선 입사측에 편광판을 제공할 필요가 있다. 그러나, 이것은 편광판에 의한 흡수로 인하여 절반 이상의 광선을 손실하는 결과를 가져온다. 액정 패널에 대한 조명 시스템의 광선 이용 효율을 증가시키기 위하여, 광학 편광 변환 시스템이 광원으로부터의 광선을 단일 유형의 직선 편광으로 변환하기 위하여 일반적으로 채택된다.
일본 특허 공개 공보(Laid-open Gazette) 번호 8-304739는 편광 변환 시스템을 사용하는 조명 시스템을 개시한다. 이 편광 변환 시스템은 복수의 편광빔 분리기 및 복수의 반사 거울로 구성되는 편광 분리 프리즘 어레이, 및 편광 빔 분리 프리즘 어레이(prism array)의 출구 측에 제공된 λ/2 위상차 필름을 포함한다. 이 편광 변환 시스템에서, 편광 분리 프리즘 어레이는 비-편광 광선을 2가지 유형의 직선 편광 광으로 분리하기 위하여 사용되는데, 상기 2가지 유형의 직선 편광 중 하나의 편광면은 다른 것의 편광면에 수직이고, 그때 λ/2 위상차 필름은 이들 직선 편광 광빔 중 하나의 편광 방향을 다른 직선 편광 광빔의 편광 방향과 정렬하기 위해 사용되는데, 이리하여 광선은 거의 단일 유형의 직선 편광 광으로 변환된다.
종래 기술의 편광 변환 시스템에서의 문제는 비-편광 광선을 2가지 유형의 직선 편광으로 변환하기 위하여 다수의 편광 빔 분리기 및 반사 거울을 포함하는 복잡한 편광 분리 프리즘 어레이를 사용할 필요가 있다는 것이다.
따라서 본 발명의 목적은 종래의 것보다 간단한 구조를 갖는 편광 변환 시스템, 및 이 편광 변환 시스템을 사용하는 광학 시스템을 제공하는데 있다.
적어도 상기 목적의 일부 및 다른 관련 목적은 비-편광 광선을 특정 편광의 광선으로 변환하는 편광 변환 시스템에 의해 얻어진다.
상기 편광 변환 시스템은 입사 비-편광 광선을 제 1 및 제 2 유형의 편광으로 분리하고, 제 1 유형의 편광을 투과하고 제 2 유형의 편광을 반사하는 편광 선택 반사기, 입사 광선 빔을 편광 선택 반사기에 중계하는 중계 광학 시스템, 및 편광 선택 반사기에 의해 반사된 반사 광선 빔의 광 경로 상에 배치되어 반사 광 빔을 편광 선택 반사기에 다시 반사하여 제 2 유형의 편광을 제 1 유형의 편광으로 변환하는 편광 반사기를 포함한다.
상기 구조에 따르면, 이전 것보다 단순한 구조를 갖는 편광 변환 시스템이 성취될 수 있다.
편광 변환 시스템에 따르면, 중계 광학 시스템은 입사 광선 빔을 복수의 부분 광선 빔으로 나누는 복수의 제 1 작은 렌즈를 갖는 제 1 렌즈 어레이, 및 제 1 렌즈 어레이의 광 방출 측에 배치되고, 복수의 제 1 작은 렌즈에 대응하는 복수의 중계 렌즈를 갖는 중계 렌즈 어레이를 포함하는 것이 바람직하다. 제 2 렌즈 어레이는 제 2 작은 렌즈를 나와 편광 선택 반사기에 의해 반사되는 반사된 부분 광선 빔 각각이 상기 편광 선택 반사기에 의해 반사되기 이전에 상기 부분 광선 빔이 나온 동일한 제 2 작은 렌즈에 다시 반사되도록 편광 선택 반사기의 입사 측 근처에 놓여진다. 복수의 중계 렌즈 각각은 대응하는 제 1 작은 렌즈의 출구 측 초점 및 대응하는 제 2 작은 렌즈의 입사 측 초점 근처인 각 특정 위치에 배치되고, 대응하는 제 1 작은 렌즈 및 대응하는 제 2 작은 렌즈는 상기 중계 렌즈의 공액점에 배치된다. 편광 반사기는 복수의 제 2 작은 렌즈로부터 나오는 복수의 반사된 부분 광선 빔의 광 경로 상에 배치되어, 각각이 대응하는 반사된 부분 광선 빔을 반사하고, 대응하는 반사된 부분 광선 빔 내에 있는 제 2 유형의 편광을 제 1 유형의 편광으로 변환하는 복수의 편광 반사부, 및 편광 반사부에 의해 반사된 반사 부분 광선 빔을 상기 편광 반사부에 의해 반사되기 이전에 그 반사된 부분 광선 빔이 나온 동일한 제 2 작은 렌즈로 되돌아가도록 하는 복수의 제 3 작은 렌즈를 포함한다.
따라서 입사 광선 빔을 복수의 부분 광선 빔으로 나누고, 그 빔을 모으기 위하여 제 1 렌즈 어레이를 사용하면 그 부분 광선 빔을 작게 유지시킬 수 있고, 그리하여 중계 렌즈의 크기를 대응하여 작은 크기로 또한 설정되도록 할 수 있다. 게다가, 편광 변환 시스템은 그 중계 렌즈 사이의 공간을 이용하여 배치될 수 있다. 나아가, 편광 반사부는 그들이 제 2 렌즈 어레이로부터의 입사 광선을 제 2 렌즈 어레이에 다시 반사하도록 배열되는데, 상기 제 2 렌즈 어레이는 편광 변환 시스템에 입사하는 광선 빔이 단일 유형의 편광으로 변환되고, 그 입사 빔의 크기에 거의 변화가 없게 방출될 수 있도록 보장한다.
게다가, 중계 광학 시스템은 중계 렌즈 어레이를 포함하는데, 상기 중계 렌즈 어레이는 제 1 렌즈 어레이로부터의 부분 광선 빔을 제 2 렌즈 어레이에 또한 투사할 수 있도록 하고, 그리하여 광선 이용 효율을 증가시킨다.
여기에서, 복수의 편광 반사부는 대응하는 제 2 작은 렌즈의 초점 근처에 각각 위치되고, 복수의 제 3 작은 렌즈 각각이 대응하는 제 2 작은 렌즈의 초점거리와 거의 같은 초점 거리를 갖고, 대응하는 편광 반사부의 근처에 대치되는 것이 바람직하다.
이것은 광선 이용 효율의 추가적인 개선을 제공한다.
상기 구조에 따르면, 제 1 및 제 2 유형의 편광은 상호 직각인 편광면을 갖는 제 1 및 제 2 유형의 직선 편광이고, 복수의 편광 반사부 각각이 반사 거울, 제 3 작은 렌즈와 반사 거울 사이에 놓여진 λ/4 위상차 필름을 포함하는 것이 바람직하다.
제 1 및 제 2 유형의 편광은 회전 방향이 서로 역방향으로 원형 편광된 제 1 및 제 2 유형의 원 편광이고, 복수의 편광 반사부가 반사 거울인 것이 대체로 바람직하다.
이 구조에서, 편광 변환 시스템은 편광 선택 반사기에 의해 투과된 제 1 유형의 원 편광을 사전 결정된 유형의 직선 편광으로 변환하는 λ/4 위상차 필름을 더 포함할 수 있다.
각 경우에서, 입사 비-편광 광선은 단일 유형의 편광으로 변환될 수 있다.
본 발명은 또한 규정된 조명 영역을 조명하는 조명 시스템에 관한 것이다. 조명 시스템은 본 발명의 상기 편광 변환 시스템 중 임의의 하나에 따른 편광 변환 시스템, 및 광선 빔을 편광 변환 시스템을 향하여 방출하는 광원을 포함한다.
조명 시스템이 위에 기술된 본 발명의 편광 변환 시스템을 사용하기 때문에, 액정 패널과 같은 특정 편광을 사용하는 전기-광학 장치가 채택될 때, 광선 이용 효율은 개선될 수 있다.
상기 조명 시스템에 따르면, 조명 시스템은 편광 변환 시스템으로부터의 광선 빔을 복수의 부분 광선 빔으로 나누고 상기 복수의 부분 광선 빔을 조명 영역에 중첩시키는 중첩 렌즈를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이 배열은 균일한 밝기와 색을 갖는 조명 광선을 제공한다.
본 발명은 또한 투사 영상을 디스플레이하는 제 1 투사기에 관한 것이다. 상기 제 1 투사기는 상기 조명 시스템 중 임의의 하나에 따른 조명 시스템, 조명 시스템으로부터 방출된 광선을 변조하는 전기-광학 장치, 및 전기-광학 장치에 의해 변조된 광선을 투사면 상에 투사하는 투사 광학 시스템을 포함한다.
본 발명의 제 1 실시 예에 따른 조명 시스템은 본 발명의 편광 변환 시스템을 사용하기 때문에, 균일한 밝기를 갖는 투사 영상을 얻을 수 있다.
제 1 투사기에 따르면, 편광 선택 반사기에 의해 투과된 투과 광선 빔 및 편광 선택 반사기에 의해 반사되고, 편광 선택 반사기에 다시 입사되도록 하기 위하여 편광 반사기에 의해 또한 반사되는 반사 광선 빔은 편광 선택 반사기에서 투사 광학 시스템에 의해 기울어진 투사의 방향과 일치하는 방향으로 합성되는 것이 바람직하다.
이 배열에 따르면, 편광 변환 시스템에서 나오는 광선은 투사 시스템에 효율적으로 입사되어, 투사 영상의 밝기를 향상시키도록 한다.
이 구조에서, 투과된 광선 빔은 투사 광학 시스템에 의해 기울어진 투사의 방향과 거의 일치하는 방향으로 기울어지는 것이 바람직하다.
투과된 광선 빔은 일반적으로 반사된 광선 빔보다 더 높은 강도를 갖는다. 위 배열에 따르면, 투과된 광선 빔은 투사 시스템에 효율적으로 입사되어, 투사 영상의 밝기를 더 향상시킬 수 있다.
본 발명은 또한 제 2 투사기에 의해 투사 영상을 디스플레이하는 것에 관한 것이다. 제 2 투사기는 상기 조명 시스템 중 임의의 하나에 따른 조명 시스템, 조명 시스템으로부터 방출된 광선을 복수의 색 요소로 분리하는 색 분리기, 각 전기-광학 장치가 색 분리기에 의해 분리된 각 색 요소의 광선을 변조하는 복수의 전기-광학 장치, 전기-광학 장치에 의해 변조된 각 색 요소 광선을 합성하는색 합성기 및 색 합성기에 의해 합성된 광선을 투사면에 투사하는 투사 광학 시스템을 포함한다.
본 발명의 제 2 실시 예에 따른 조명 시스템이 본 발명의 편광 변환 시스템을 사용하기 때문에, 균일한 밝기를 갖는 투사 영상을 얻을 수 있다.
제 2 투사기에 따르면, 3개의 상호 직교하는 방향 축을 x, y, z로 하고, z가 상기 조명 시스템으로부터 방출되는 광선의 광 축에 평행인 방향이라고 가정할 때, 색 분리기는 평면(xz)에 거의 직각이고, 평면(yz)에 대해 소정의 각을 형성하는 색 분리면을 갖고, 편광 선택 반사기에 의해 투과된 투과 광선 빔과 편광 선택 반사기에 의해 반사되고, 편광 선택 반사기 상에 다시 입사되도록 편광 반사기에 의해 또한 반사되는 반사 광선 빔이 방향(y)과 거의 일치하는 방향으로 편광 선택 반사기에서 합성되는 것이 바람직하다.
색 분리기의 색 분리 특성은 광선 입사각에 높은 의존성을 갖고, 상기 의존성은 색 분리 방향에 직교하는 방향보다 색 분리 방향에서 더 높다. 위 시스템 구조에 따르면, 투과 및 반사된 빔이 배열(합성)되는 방향은 색 분리가 색 분리기의 색 분리면에서 발생하는 방향에 거의 수직이다. 따라서, 색 분리면 상에서의 입사 빔의 확산 각도(각도 분포의 폭)는 보다 높은 입사각 의존성을 갖는 색 분리 방향에서 비교적 작게 만들어질 수 있다. 이것은 색 분리 시스템으로부터 들어오는 각 색 요소의 광선에서 색 편차를 감소시켜, 그 결과 균일한 밝기의 투사 영상이 만들어진다.
3개의 상호 직교하는 방향 축을 x, y, z로 하고, z가 상기 조명 시스템으로부터 방출되는 광선의 광 축에 평행인 방향이라고 가정할 때, 색 합성기는 평면(xz)에 거의 수직이고, 평면(yz)에 대해 소정의 각을 형성하는 색 합성면을 갖고, 편광 선택 반사기에 의해 투과된 투과 광선 빔과 편광 선택 반사기에 의해 반사되고, 편광 선택 반사기 상에 다시 입사되도록 편광 반사기에 의해 또한 반사되는 반사 광선 빔이 방향(y)과 거의 일치하는 방향으로 편광 선택 반사기에서 합성되는 것이 바람직하다.
색 분리기에서 처럼, 색 합성기의 색 합성 특성은 입사각에 높은 의존성을 나타내고, 상기 의존성은 색 합성 방향에 직교하는 방향 보다 색 합성 방향에서 더 높아진다. 위 시스템 구조에 따르면, 투과 및 반사된 빔이 배열(합성)되는 방향은 색 요소가 색 합성기의 색 합성면에서 합성되는 방향에 거의 수직이다. 다시 말해, 따라서, 색 합성면 상에서의 입사 빔의 확산 각도(각도 분포의 폭)는 보다 높은 입사 각 의존성을 갖는 색 합성 방향에서 비교적 작게 만들어질 수 있어서, 색 분리기로부터 들어오는 각 색 요소의 광선에서 색 편차를 감소시켜, 그 결과 균일한 밝기의 투사 영상이 만들어진다.
본 발명은 또한 투사 영상을 디스플레이하기 위한 제 3 투사기에 관한 것이다. 제 3 투사기는 상기 조명 시스템 중 임의의 하나에 따른 조명 시스템, 수신된 영상 정보에 따라 입사 광선을 변조하고, 상기 변조된 광선을 반사하는 반사형 전기-광학 장치, 상기 반사형 전기-광학 장치로부터 수신된 광선을 투사면에 투사하는 투사 광학 시스템, 조명 시스템으로부터 반사형 전기-광학 장치에 들어오는 제 1 편광과 반사형 전기-광학 장치로부터 투사 광학 시스템에 들어오는 제 2 편광을 제 1 편광과 제 2 편광 사이의 편광 특성의 차이에 따라 상이한 방향으로 공간적으로 분리하는 편광 분리기를 포함한다.
제 3 실시 예에 따른 조명 시스템은 본 발명의 편광 변환 시스템을 사용하여, 그 결과로 균일한 밝기를 갖는 투사 영상을 만든다.
제 3 투사기에 따르면, 3개의 상호 직교하는 방향 축을 x, y, z로 하고, z가 상기 조명 시스템으로부터 방출되는 광선의 광 축에 평행인 방향이라고 가정할 때, 편광 분리기는 평면(xz)에 거의 수직이고, 평면(yz)에 대해 소정의 각을 형성하는 편광 분리면을 갖고, 편광 선택 반사기에 의해 투과된 투과 광선 빔과, 편광 선택 반사기에 의해 반사되고, 편광 선택 반사기에 다시 입사되도록 편광 반사기에 의해 또한 반사되는 반사 광선 빔이 방향(x)과 거의 일치하는 방향으로 편광 선택 반사기에서 합성되는 것이 바람직하다.
편광 분리기의 편광 분리 특성은 광선 입사각에 높은 의존성을 갖는다. 편광 분리면의 광 특성은 편광 분리 방향에서 이 의존성의 정도를 감소시키기 위하여 사용될 수 있다. 그러나, 편광 분리 방향에 직각에서 의존성의 정도는 편광 분리면과 그 위에 입사하는 광선 빔 사이의 기하학적 관계에 의해 결정되기 때문에, 그러한 감소를 성취하는 것은 매우 어렵다. 편광 분리면에 입사하는 광선이 yz 평면에 대해 z 방향으로 경사를 가질 때, 이것은 편광 축의 현저한 회전을 일으켜, 전기-광학 장치에 있어서 광선 이용 효율을 감소시킨다. 이 발명의 상기 배열을 채택함으로써, 투과 및 반사된 광선 빔이 배열(합성)되는 방향은 편광이 편광 분리기에서 분리되는 방향과 거의 동일하다. 이것은 입사각에의 의존성이 편광 분리면의 광 특성을 개선함으로써 쉽게 감소될 수 있고, 그리하여 광선 이용 효율의 저하를 방지할 수 있도록 한다는 것을 의미한다. 이것은 보다 높은 계조를 갖는 보다 밝은 투사 영상을 성취할 수 있도록 한다.
본 발명은 또한 투사 영상을 디스플레이하는 제 4 투사기에 관한 것이다. 제 4 투사기는 상기 조명 시스템 중 임의의 하나에 따른 조명 시스템, 복수의 화소 각각이 복수의 색 요소 각각의 광선에 대응하는 복수의 서브-화소(sub-pixels)를 포함하는 복수의 화소를 포함하는 전기-광학 장치, 및 각 화소에 대응하는 복수의 작은 집광 요소를 포함하는 집광 광 시스템을 포함한다. 전기-광학 장치는 주어진 영상 정보에 응답하여 각 화소에서 광선을 변조한다. 제 4 투사기는 조명 시스템으로부터 나오는 광선을 복수의 색 요소로 분리하고, 또한 상기 복수의 색 요소에 대응하는 복수의 서브-화소에 충돌시키기 위하여 복수의 색 요소를 서로 상이한 방향으로 향하게 하는 색 분리기, 및 전기-광학 장치에 의해 그렇게 변조된 각 색 요소의 광선을 투사면에 투사하는 투사 광학 시스템을 포함한다.
제 4 실시 예에 따른 조명 시스템은 본 발명의 편광 변환 시스템을 사용하여, 균일한 밝기를 갖는 투사 영상을 제공한다.
제 4 투사기에 따르면, 3개의 상호 직교하는 방향 축을 x, y, z로 하고, z가 상기 조명 시스템으로부터 방출되는 광선의 광 축에 평행인 방향이라고 가정할 때, 색 분리기는 평면(xz)에 거의 수직이고, 평면(yz)에 대해 상이한 소정의 각을 형성하는, 광선을 복수의 색으로 선택적으로 분리하는 복수의 색 분리면을 갖고, 및 편광 선택 반사기에 의해 투과된 투과 광선 빔과 편광 선택 반사기에 의해 반사되고, 편광 선택 반사기에 다시 입사되도록 편광 반사기에 의해 또한 반사되는 반사 광선 빔이 방향(y)과 거의 일치하는 방향으로 편광 선택 반사기에서 합성되는 것이 바람직하다.
색 분리기의 색 분리 특성은 광선 입사각에 높은 의존성을 나타내고, 이 의존성은 색 분리기에 직교하는 방향 보다 색 분리 방향에서 더 높다. 위 시스템 구조에 따르면, 투과 및 반사된 빔이 배열(합성)되는 방향은 색 분리가 색 분리기의 색 분리면에서 발생하는 방향에 거의 수직이다. 따라서, 색 분리면에서의 입사 빔의 확산 각도(각도 분포의 폭)는 입사각 의존성이 보다 높은 색 분리 방향에서 비교적 작게 만들어질 수 있다. 색 분리기로부터 들어오는 각 색 요소의 광선에서 색 편차를 감소시킴으로서, 그 결과 균일한 밝기의 투사 영상이 만들어진다.
편광 선택 반사기에 의해 투과된 투과 광선 빔과 편광 선택 반사기에 의해 반사되고, 편광 선택 반사기에 다시 입사되도록 편광 반사기에 의해 또한 반사되는 반사 광선 빔이 각 화소에 포함된 복수의 서브-화소가 정렬된 방향에 수직인 방향으로 편광 선택 반사기에서 합성되는 것이 바람직하다.
이 전기-광학 장치에서, 서브-화소는 모양이 연장된다. 따라서, 만일 각 색 요소의 광선 빔이 대응하는 각 화소에 정밀하게 입사되도록 하기 위하여 작은 집광 요소에 의해 정확하게 초점에 모아지지 않으면, 이들 색 요소는 인접하는 대응하지 않는 서브-화소에 또한 입사될 것이고, 이것은 투사된 영상의 질을 떨어뜨릴 것이다. 빔 확산 각과 빔 집광성 사이에는 반비례 관계가 있고, 큰 확산 각(즉, 빈약한 평행성)을 갖는 광선 빔이 작고 정확하게 초점이 맞춰진 빔으로 모아질 수 없음을 의미한다. 본 발명에 따른 위에 기술된 배열(합성)을 채택함으로써, 투과 및 반사된 광선 빔이 배열(합성)되는 방향은 화소의 서브-화소들이 (서브-화소들 보다 긴 측에 따라) 정렬되는 방향에 수직이다. 특정 모양의 서브-화소를 이용함으로써, 그 광선을 필요 이상의 정밀한 빔으로 초점을 맞출 필요없이 각 색 요소의 광선 빔이 대응하는 서브-화소에 바로 입사되도록 만들 수 있다. 그 결과 높은 밝기 및 계조를 나타내는 고품질의 투사 영상이 성취된다.
본 발명의 이들 및 기타 목적, 특징, 양상, 및 장점은 첨부 도면과 함께 바람직한 실시 예의 다음 자세한 설명으로부터 보다 자명하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 편광 변환 시스템의 주요 부분의 개략적인 구조를 도시하는 측면도.
도 2는 제 1 렌즈 어레이(50)의 사시도.
도 3(a) 및 도3(b)은 제 2 렌즈 어레이(80), 중계 렌즈 어레이(60) 및 편광 반사기 어레이(70)가 어떻게 관련되는가를 도시하는 전면도.
도 4(a)에서 도 4(c)는 편광 변환 시스템(30)의 변형을 도시하는 도면.
도 5(a)에서 도5(c)는 편광 변환 시스템(30)의 변형을 도시하는 도면.
도 6은 제 1 작은 렌즈(52)와 중계 렌즈(62) 사이의 광 거리(L1)가 중계 렌즈(62)와 제 2 작은 렌즈(82) 사이의 광 거리(L2)의 2배가 되도록 설정된 구조를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 다른 편광 변환 시스템의 주요 부분의 개략적인 구조의 측면도.
도 8은 본 발명의 편광 변환 시스템을 채택하는 조명 시스템의 주요 부분의 개략적인 구조의 측면도.
도 9는 본 발명의 조명 시스템을 채택하는 투사기의 주요 부분의 개략적인 구조의 측면도.
도 10은 본 발명의 조명 시스템을 사용하는 투사기의 주요 부분의 개략적인 구조의 평면도.
도 11(a) 및 도 11(b)은 조명 시스템(100)에서 다이크로익 프리즘(320)을 거쳐 제 1 다이크로익 거울(202)로 이동하는 광선에 관한 설명도,
도 12는 제 1 다이크로익 거울(202)의 색 분리 특성을 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 조명 시스템을 사용하는 다른 투사기의 주요 부분의 개략적인 구조의 평면도.
도 14는 편광 분리 프리즘(420)에 입사하는 광선에 관한 설명도.
도 15는 본 발명의 조명 시스템을 사용하는 다른 투사기의 주요 부분의 개략적인 구조의 평면도.
도 16(a) 및 도 16(b)은 단일-패널형 색 액정 광 밸브(520)의 한 화소 구조의 확대도.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
20 : 광원 22 : 광원 램프
24 : 오목 거울
30, 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h : 편광 변환 시스템
40 : 중첩 광학 시스템 50, 50a : 제 1 렌즈 어레이
52, 52a : 제 1 작은 렌즈 56 : 중첩 렌즈
60, 60a, 60b : 중계 렌즈 어레이 62, 62a, 62b : 중계 렌즈
70, 70a, 70c, 70h : 편광 반사기 어레이
72, 72a, 72h : 편광 반사부 74, 74a : 제 3 작은 렌즈
78 : 반사 거울 80, 80a, 80b, 80c : 제 2 렌즈 어레이
82, 82a, 82b, 82c : 제 2 작은 렌즈
90, 90h : 편광 선택 반사판 100, 100a, 100b : 조명 시스템
110 : 제 4 렌즈 어레이 112 : 제 4 작은 렌즈
120 : 제 5 렌즈 어레이 122 : 제 5 작은 렌즈
130 : 중첩 렌즈 150 : 조명 영역
1000, 2000: 투사기
300 : 액정 광 밸브 200 : 색 분리기
202 : 제 1 다이크로익 거울 204 : 제 2 다이크로익 거울
208, 224, 228 : 반사 거울 220 : 유도 광학 시스템
222 : 입사측 렌즈 226 : 중계 렌즈
230 : 출구 측 렌즈 232, 234 : 필드 렌즈
300R, 300G, 300B : 액정 광 밸브 320 : 교차 다이크로익 프리즘
321 : 적색광 반사 다이크로익 면 322 : 청색광 반사 다이크로익 면
340 : 투사 광 시스템 3000 : 투사기
420 : 편광 분리 프리즘 422, 424, 426 : 측면
428 : 편광 분리 필름 440 : 액정 광 밸브
460 : 투사 광 시스템 4000 : 투사기
500B : 청색 반사 다이크로익 거울
500G : 녹색 반사 다이크로익 거울
500R : 적색 반사 다이크로익 거울
520 : 단일-패널형 색 액정 광 밸브 530 : 광 밸브부
531 : 화소 531R, 531G, 531B : 서브-화소
540 : 마이크로-렌즈 어레이 541 : 마이크로-렌즈
본 발명의 실시 예는 도면을 참조하여 이제 설명될 것이다. 다음 실시 예의 각각에서, 별도로 언급되지 않으면, 광선 전파 방향은 z 축(광 축에 평행인 방향)에 따라 설정되고, 관찰자가 광선 전파 방향을 향할 때, 관찰자의 12시 방향은 y 축(수직 방향)으로 취해지고, 관찰자의 3시 방향은 x 축(수평 방향)으로 취해진다.
A. 제 1 실시 예:
도 1은 본 발명의 편광 변환 시스템의 주요 부분의 개략적인 구조를 도시하는 측면도이다. 편광 변환 시스템(30)은 제 1 렌즈 어레이(50), 중계 렌즈 어레이(60), 편광 반사기 어레이(70), 제 2 렌즈 어레이(80) 및 편광 선택 반사판(90)을 포함한다. 중계 렌즈 어레이(60) 및 편광 반사기 어레이(70)는 단일 유닛으로 형성된다. 상기 시스템(편광 변환 시스템) 광 축(30LC)은 z 축에 평행되게 배열된다.
도 2는 제 1 렌즈 어레이(50)의 사시도이다. 제 1 렌즈 어레이(50)는 거의 장방형 모양의 곡면을 갖는 평철 제 1 작은 렌즈(52)의 M행 N열의 행렬로 배열된다. 제 1 렌즈 어레이는 xy 평면에 평행으로 배열된다. 도 2에 도시된 예에서, M = 4이고 N = 4이다. 도 1에 도시된 제 2 렌즈 어레이(80)는 또한 제 1 렌즈 어레이(50)의 제 1 작은 렌즈(52)에 대응하는 평철(plano-convex) 제 2 작은 렌즈(82)의 M행 N열의 행렬로 배열된다. 제 2 렌즈 어레이(80)는 제 2 렌즈 어레이(80)의 시스템 광 축(82LC)이 시스템 광 축(30LC)과 거의 일치하도록 xy 평면에 거의 평행하게 배치된다. 제 1 렌즈 어레이(50)는 y 방향으로 제 1 작은 렌즈(52)의 폭(DL)의 반과 같은 양만큼 +y 방향으로 시스템 광 축(30LC)으로부터 떨어져 제 1 렌즈 어레이(50)의 시스템 광 축(50LC)에 배치된다. 제 1 및 제 2 렌즈 어레이(50 및 80)의 장방형 모양의 작은 렌즈들은 그 모양에 제한이 없고, 대신에 예를 들어 육각형이 될 수도 있다. 상기 작은 렌즈들을 그 렌즈들이 서로 가깝게 배열되게 허용하는 그러한 모양이 되는 것이 바람직하다. 동시에, 제 1 작은 렌즈(52)가 서로 가깝게 배치되는 것은 필수 사항이 아니다. 그러나, 광선 이용 효율의 관점에서 볼 때, 그 렌즈들이 서로 가깝게 있는 것이 바람직하다. 이러한 점은 제 2 렌즈 어레이(80)에 또한 적용된다.
편광 선택 반사판(90)은 제 2 렌즈 어레이(80)의 출구면에 부착된다. 편광 선택 반사판(90)으로서, 상호 직교 편광면을 갖는 2개의 직선 편광 요소 중 하나를 투과하고, 다른 직선 편광 요소를 반사하는 반사형 평광판이 사용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 3M사에 의해 만들어진 RDF-C는 반사형 편광판으로 사용될 수 있다. 이 제 1 실시 예에서, s 편광 요소를 투과하고 p 편광 요소를 반사하는 반사형 편광판이 사용된다. 편광 선택 반사판(90)은 제 2 렌즈 어레이(80)로부터 떨어져 위치될 수 있으나, 광선 이용 효율을 위해 편광 선택 반사판(90)이 제 2 렌즈 어레이(80)의 출구면에 접착되는 것이 바람직하다.
중계 렌즈 어레이(60)는 M행 N열의 행렬로 배열된 양 볼록 중계 렌즈(62)를 포함한다. 중계 렌즈(62) 각각은 제 1 작은 렌즈(52)의 중심을 대응하는 제 2 작은 렌즈(82)의 중심과 연결하는 중심 축(32LC)의 선의 광학적 중간점에 배치된다.
편광 반사기 어레이(70)는 M행 N열의 행렬로 배열된 복수의 편광 반사부(72)를 포함한다. 편광 반사부(72) 각각은 평철 제 3 작은 렌즈(74), 제 3 작은 렌즈(74)의 편편한 출구면에 부착된 λ/4 위상차 필름(76), 및 λ/4 위상차 필름(76)에 부착된 반사 거울(78)을 포함한다. 편광 반사부(72) 각각은 정상 라인(축)(72LC)이 반사 거울(78)의 중앙으로부터 제 3 작은 렌즈(74)의 중심을 거쳐 통과하고, 또한 제 2 작은 렌즈(82)의 중심을 통과하도록 비스듬히 배열된다. 또한, 각 중계 렌즈(62)의 중심(62C) 및 각 반사 거울(78)의 중심(72C)은 제 2 작은 렌즈(82)의 축(82LC)에 대해 y축을 따라 대칭으로 놓여진다. 만일 제 3 작은 렌즈(74)의 렌즈 특성이 변경되면, 편광 반사부(72)는 기울어지는 대신에 xy 평면에 평행하게 설정될 수 있다. 이것은 나중에 설명된다.
도 3(a) 및 도 3(b)은 제 2 렌즈 어레이(80), 중계 렌즈 어레이(60) 및 편광 반사기 어레이(70)가 어떻게 관계되는가를 도시하는 전면도이다. 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 중계 렌즈 어레이(60) 및 편광 반사기 어레이(70)는 편광 반사부(72) 및 중계 렌즈(62)가 y 방향으로 교대로 나타나도록 배열된다. 하나의 중계 렌즈(62)와 y 방향으로 인접한 하나의 편광 반사부(72)의 각 쌍에 대해 하나의 제 2 작은 렌즈(82)가 존재하는 것이 도 3(a)에 도시된다. 따라서, 중계 렌즈(62) 및 편광 반사부(72)는 각각 x 방향으로 제 2 작은 렌즈(82)와 거의 동일한 크기이고, y 방향으로 거의 반 크기이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 작은 렌즈(52)와 중계 렌즈(62) 사이의 거리는 L1으로 표기되고, 중계 렌즈(62)와 제 2 작은 렌즈(82) 사이의 거리는 L2로 표기된다. 제 1 작은 렌즈(52)의 초점 거리(f1)는 거리(L1)와 동일하게 되도록 설정되고, 제 2 작은 렌즈의 초점 거리(f2)는 거리(L2)와 동일하게 되도록 설정된다. L1과 L2가 같다는 것은 필수 요구 사항이 아니지만, 이 실시 예에서 L1과 L2는 같다. 중계 렌즈(62)의 초점 거리(fr)는 제 1 작은 렌즈(52)와 제 2 작은 렌즈(82)의 위치가 중계 렌즈(62)의 공액점이 되도록 설정된다. 즉, fr = (L1 x L2)/(L1 + L2)이다. 이 실시 예에서, L1 = L2이기 때문에, fr = L1 x 1/2이다. 제 3 작은 렌즈(74)의 초점 거리는 제 3 작은 렌즈(74)와 제 2 작은 렌즈(82) 사이의 거리(L2)로 설정된다. 그러나, 제 3 작은 렌즈(74)의 초점 거리는 편광 변환 시스템(30)에 입사하는 광선 빔의 평행성 정도, 편광 변환 시스템(30)의 아래쪽에 있는 다른 광학 요소의 특성, 등에 따라 설정될 수 있다. 또한, 제 3 작은 렌즈(74)는 만일 입사 빔의 평행성이 높으면 생략될 수 있다.
중계 렌즈 어레이(60) 및 편광 반사기 어레이(70)는 아래에 기술된 바와 같이 제작될 수 있다. 먼저, 중계 렌즈(62)와 제 3 작은 렌즈(74)의 행렬은 한 개의 주조물로 형성된다. 그때, λ/4 위상차 필름(76) 및 반사 거울(78)은 제 3 작은 렌즈(74)의 평평한 면에 부착된다.
작은 렌즈(52, 62 및 82)를 거쳐 중심 축(32LC)에 거의 평행인, 제 1 렌즈 어레이(50)에 입사하는 비-편광 빔은 제 1 작은 렌즈(52)의 모습과 거의 동일한 모습을 갖는 복수의 부분 광선 빔으로 나누어진다. 작은 렌즈(52)는 대응하는 중계 렌즈(62)에 영상을 형성하기 위하여 각 부분 광선 빔을 집광하고, 상기 광선 빔이 제 2 작은 렌즈(82)에 입사되도록 하기 위하여 작은 렌즈(52)로부터 발산한다. 제 2 작은 렌즈(82)에 입사하는 부분 광선 빔의 모습은 {비록 축(32LC)를 중심으로 180도 회전되었지만} 제 1 작은 렌즈(52)에 입사에서의 모습과 거의 동일하다. 복수의 부분 광선 빔은 축(32LC)에 거의 평행되게 제 2 렌즈 어레이(80)로부터 나온다.
부분 광선 빔은 제 2 렌즈 어레이(80)로부터 편광 선택 반사판(90)에 입사되고, s 및 p 편광 요소로 각각 분리된다. s 편광 빔은 통과하여 나가고, 반면에 각 p 편광 부분 광선 빔은 대응하는 편광 반사부(72)에 입사하기 위하여 다시 반사되는데, 편광 반사부(72)에서, p 편광 부분 광선 빔은 반사 거울(78)에 의해 반사되고, 제 2 렌즈 어레이(80)를 거쳐 편광 선택 반사판(90)으로 되돌아간다.
이 처리에서, 부분 광선 빔은 반사 거울(78)에 의해 반사되었을 때 λ/4 위상차 필름(76)을 2번 통과한다. λ/4 위상차 필름(76)의 편광 축은 p 편광에 대해 45도 각도로 설정된다. 따라서, 부분 광선 빔이 λ/4 위상차 필름(76)의 통과에서, p 편광은 s 편광으로 변환되고, 그러면 상기 s 편광은 편광 선택 반사판(90)에 의해 투과된다.
만일 제 1 렌즈 어레이(50)에 들어오는 광선 빔이 중심 축(32LC)과 평행인 이상적인 평행 빔이면, 중계 렌즈(62) 및 제 3 작은 렌즈(74)는 필요 없을 수 있다. 그러나, 이상적인 평행 빔의 입사를 실현하기는 매우 어렵다. 중계 렌즈(62)가 없을 때, 제 2 작은 렌즈(82)에 들어갈 수 없는 제 1 작은 렌즈(52)로부터의 일부 광선, 또는 제 3 작은 렌즈(74)에 들어갈 수 없는 제 2 작은 렌즈(82)로부터의 광선이 있을 수 있다. 그러한 상황은 바람직하지 않은데, 왜냐하면 편광 변환 시스템(30)의 광선 이용 효율을 저하시키기 때문이다. 중계 렌즈(62)의 초점 거리는 제 1 작은 렌즈(52) 및 제 2 작은 렌즈(82)가 중계 렌즈(62)의 공액점에 위치되도록 설정된다. 또한, 제 3 작은 렌즈(74)의 초점 거리는 제 3 작은 렌즈(74)와 제 2 작은 렌즈(82) 사이의 거리(L2)와 동일하게 되도록 설정된다. 따라서, 비록 제 1 렌즈 어레이(50)에 입사하는 광선 빔이 축(32LC)에 평행이 아니라 할지라도, 중계 렌즈(62)의 굴절력은 제 2 작은 렌즈(82)를 통과하는 광선의 강도를 증가시킬 수 있다. 또한, 제 3 작은 렌즈(74)의 굴절력은 편광 선택 반사판(90)에 의해 반사되어 제 2 작은 렌즈(82)를 통과해 나가는 거의 모든 광선이 제 2 작은 렌즈(82)를 거쳐 선택 반사판(90)에 되돌아 갈 수 있도록 하여, 편광 변환 시스템(30)의 광선 이용 효율을 증가시킨다.
작은 렌즈(52, 62 및 82)의 중심 축(32LC)에 거의 평행인, 제 1 렌즈 어레이(50)에 입사되는 광선 빔 중에서, 편광 선택 반사판(90)에 의해 투과되는 투과 광선(TL)은 중심선(32LC)에 거의 평행인 방향으로(-y 방향으로 기울어져) 나온다. 한편, 편광 선택 반사판(90) 및 편광 반사기 어레이(70)에 의해 반사된 후 선택 반사판(90)에 의해 투과되는 광선(RTL)(반사된 투과 광선)은 중심선(32LC)에 대해 투과 광선(TL)의 방향과 대칭적으로 반대인 +y 방향으로, 즉 y 방향으로 기울어져 나온다. 그와 같이, 편광 변환 시스템(30)을 나오는 빔에 포함된 광선의 각도 분포는 편광 변환 시스템(30)에 들어가는 광선의 각도 분포 보다 더 크다. 따라서 광학 장치에서 이 편광 변환 시스템(30)을 이용할 때, 이 각도 분포를 고려하여 다른 광학 시스템을 설정하는 것이 바람직하다.
앞선 언급에 따르면, 편광 변환 시스템(30)은 입사 비-편광 광선을 한 유형의 직선 편광으로 효율적으로 변환할 수 있다. 게다가, 종래의 배열에서 사용된 복잡한 유형의 편광 분리 프리즘 어레이가 필요 없다. 대신에, 편광 변환 광 시스템은 선택 반사판(90), λ/4 위상차 필름(76), 및 반사 거울(78)만을 포함하는 간단한 것이다. 또한 편광 변환 시스템(30)에서 제 1 렌즈 어레이(50)에 입사하는 광선 빔이 복수의 부분 광선 빔으로 나누어지고, 그 부분 광선 빔 각각은 집광되기 때문에, 중계 렌즈 어레이(60)에서 각 부분 광선 빔의 크기는 작게 유지될 수 있어서, 중계 렌즈(62)는 또한 대응하는 작은 크기로 설정될 수 있다. 나아가, 편광 반사부(72)는 중계 렌즈(62) 사이의 공간에 배치될 수 있다. 특히, 중계 렌즈(62) 및 관련된 편광 반사부(72)의 크기는 제 2 작은 렌즈(82)와 동일한 크기가 되도록 설정될 수 있다. 따라서 편광 변환 시스템(30)은 중계 렌즈 어레이(60) 및 제 2 렌즈 어레이(80)의 분할 수를 증가시킴으로서 매우 얇게 만들어질 수 있다. 또한, 광선을 제 2 작은 렌즈(82)에 되돌아가도록 반사하기 위한 편광 반사부(72)의 배치는 편광 변환 시스템(30)에 입사하는 빔의 크기에 비교하여 광선 빔의 크기가 거의 증가하지 않도록 직선 편광으로의 변환을 허용한다.
제 1 렌즈 어레이(50), 중계 렌즈 어레이(60) 및 제 2 렌즈 어레이(80)는 본 청구된 발명의 중계 광학 시스템을 구성하고, 편광 반사기 어레이(70)는 청구된 발명의 편광 변환 시스템을 구성한다.
비록 이 실시 예가 제 2 렌즈 어레이(80)에서 나오는 각 부분 광선 빔이 평행 빔으로 형성되는 구조를 참조하여 설명되었다 할지라도, 이것은 한정적이지 않다. 제 2 렌즈 어레이(80)에서 나오는 빔을 평행하게 되도록 구조된 시스템이 없을 지라도, 편광 변환 시스템(30)은 입사 비-편광 광선을 단일 유형의 직선 편광으로 여전히 변환할 수 있다. 그러한 경우에, 그러나 각 편광 반사부(72)가 편광 선택 반사판(90)에 의해 반사되어 제 2 렌즈 어레이(80)에서 나오는 부분 광선 빔이 각각 집광되는 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
편광 변환 시스템(30)은 아래에 기술된 다양한 방식으로 변경될 수 있다. 도 4(a)는 편광 반사기 어레이(70)의 변형을 도시한다. 이 편광 반사기 어레이(70a)에서, 편광 반사부(72a)는 편심 렌즈인 제 3 작은 렌즈(74a)를 포함한다. 도 1에 도시된 편광 반사부(72)에서, λ/4 위상차 필름(76) 및 반사 거울(78)은 시스템 광 축(30LC)에 기울어져 있다. 도 4(a)에 도시된 구조에서, 제 3 작은 렌즈(74a)는 편심 렌즈이고, 그래서 λ/4 위상차 필름(76) 및 반사 거울(78)은 시스템 광 축(30LC)에 거의 수직으로 배치될 수 있다. 이 구조는 편광 반사기 어레이(70a)를 제조하기 쉽게 만든다.
도 4(b)는 제 1 렌즈 어레이(50)의 변형을 도시한다. 이 제 1 렌즈 어레이(50a)는 시스템 광 축(30LC)에 거의 평행인 평행 광속을 복수의 부분 광선 빔로 나누는 복수의 제 1 작은 편심 렌즈(52a)를 포함하고, 그 빔을 제 2 렌즈 어레이(80)로 향하게 한다. 제 1 렌즈 어레이(50a) 대신에, 도 4(a)의 제 1 렌즈 어레이(50)는 제 1 렌즈 어레이(50)의 입사 또는 출구 측에 제공된 굴절 프리즘과 함께 사용될 수 있다. 역시 이 경우에서, 시스템 광 축(30LC)에 거의 평행인, 렌즈 어레이(50)에 입사하는 평행 광속은 편광 변환 시스템의 근접 위치에 입사되도록 나누어질 수 있을 것이다. 이 구조는 편광 변환 시스템과 함께 사용되는 광원 램프 및 기타 광학 요소의 배열을 용이하게 한다.
도 4(c)의 배열은 도 4(a)의 편광 반사기 어레이(70a) 및 도 4(b)의 제 1 렌즈 어레이(50a)를 이용한다.
도 5(a)는 중계 렌즈 어레이(60)의 변형을 도시한다. 이 중계 렌즈 어레이(60a)는 편심 렌즈인 복수의 중계 렌즈(62a)를 포함한다. 도 1과의 비교로부터, 도 5(a)의 경우에 y축 상의 제 1 렌즈 어레이(50)의 위치는 제 2 렌즈 어레이(80)의 n 위치와 동일하다. 부분 광선 빔은 대응하는 제 2 작은 렌즈(82)로 향하도록 제 1 작은 렌즈(52)로부터 대응하는 중계 렌즈(62a)로 간다. 시스템 광 축(30LC)에 평행인 평행 광속을 이용하기 위하여, 도 4(b)에 도시된 것과 같은 편심 제 1 렌즈의 제 렌즈 어레이(50a)는 도 5(a)의 구조에서 채택될 것이다. 선택적으로, 굴절 프리즘이 제 1 렌즈(50)의 입사 또는 출구 측에 제공될 것이다. 또한 도 4(a)의 편광 반사기 어레이(70a)는 편광 반사기 어레이(70) 대신에 시스템 광 축(30LC)에 수직으로 배치되는 λ/4 위상차 필름(76) 및 반사 거울(78)과 함께 사용될 수 있을 것이다. 이 구조는 편광 변환 시스템과 함께 사용되는 광원 램프 및 기타 광학 요소의 배열을 용이하게 한다.
도 5(b)는 제 2 렌즈 어레이(80)의 변형을 도시한다. 이 제 2 렌즈 어레이(80a)는 편심 렌즈인 제 2 작은 렌즈(82a)를 포함한다. 제 1 작은 렌즈(52), 중계 렌즈(62) 및 제 2 작은 렌즈(82a)는 그들의 중심 축(32LC)이 시스템 광 축(30LC)에 평행이 되도록 배치된다. 편광 선택 반사판(90)에 의해 반사된 광선은 제 2 작은 렌즈(82a)에 의해 편광 반사부(72)로 향하게 된다. 역시 이 배열에서, 도 4(a)의 편광 반사기 어레이(70a)는 편광 반사기 어레이(70) 대신에 시스템 광 축(30LC)에 수직으로 배치되는 λ/4 위상차 필름(76) 및 반사 거울(78)과 함께 사용될 수 있을 것이다. 이 구조는 편광 변환 시스템과 함께 사용되는 광원 램프 및 기타 광학 요소의 배열을 용이하게 한다.
도 5(c)는 제 2 렌즈 어레이(80) 및 중계 렌즈 어레이(60)의 변형을 도시한다. 중계 렌즈 어레이(60b)는 복수의 편심 중계 렌즈(62b)를 포함하고, 제 2 렌즈 어레이(80b)는 복수의 편심 제 2 작은 렌즈(82b)를 포함한다. 편광 반사기 어레이(70c)를 구성하는 편광 반사부(72)는 시스템 광 축(30LC)에 평행인 편광 반사부(72)의 중심 축에 각각 배치된다. 제 1 작은 렌즈(52), 편광 반사부(72) 및 제 2 작은 렌즈(82b)는 시스템 광 축(30LC)에 평행인 그들의 중심 축(34LC)에 배치된다. 제 1 작은 렌즈(52)로부터 나오는 부분 광선 빔은 중계 렌즈 어레이(60b)에 의해 대응하는 제 2 작은 렌즈(82b)로 향해진다. 편광 선택 반사판(90)에 의해 반사된 광선은 제 2 작은 렌즈(82b)에 의해 편광 반사부(72)로 다시 향해진다. 시스템 광 축(30LC)에 평행인 광선 빔이 편광 변환 시스템(30)으로 향하도록 하는 배열로서, 도 4(b)에 도시된 바와 같은 편심 제 1 작은 렌즈의 제 1 렌즈 어레이(50a)는 도 5(c)의 구조에 채택될 수 있을 것이다. 굴절 프리즘은 제 1 렌즈 어레이(50)의 입사 측에 선택적으로 제공될 수 있을 것이다.
상기 변형(30a에서 30f)의 각각에서, 편광 변환 시스템(30)에서와 같이, 비-편광 광선은 종래 시스템의 구조보다 더 간단한 구조를 사용하여 단일 유형의 직선 편광으로 효율적으로 변경될 수 있다.
도 1의 편광 변환 시스템(30)에서, 제 1 작은 렌즈(52)와 중계 렌즈(62) 사이의 광 거리(L1)는 중계 렌즈(62)와 제 2 작은 렌즈(82) 사이의 광 거리(L2)와 동일하게 설정된다. 그러나, L1 및 L2는 서로 상이하게 설정될 수 있다. 도 6은 거리(L1)가 거리(L2)보다 2배로 긴 배열을 도시한다. 이 구조는 또한 간단한 구조를 사용하여 비-편광 광선을 단일 유형의 직선 편광으로 변환될 수 있도록 한다.
제 2 작은 렌즈(82c)의 입사면 상의 부분 광선 빔의 폭(D2)은 제 1 작은 렌즈(52)의 입사면 상의 부분 광선 빔의 폭(D1)의 거의 절반(L2/L1)이다. 따라서, 각 제 2 작은 렌즈(82c)만이 입사 광선 빔을 수용하기 위하여 충분히 커야만 한다. 작은 렌즈(52, 62 및 82c)를 거쳐 중심 축(32LC)에 대해 각(θL1)에서 입사하는 (점선으로 표시된) 부분 광선 빔은 각{θL1( θL1 x L1/L2 = 2 θL1)} 보다 큰, 중심 축(32LC)에 대한 각(θL2)에서 제 2 작은 렌즈(82c)로부터 나온다. 그 결과로 제 2 작은 렌즈(82c)로부터 나오는 광선 빔의 각도 분포는 제 1 렌즈 어레이(50)에 입사하는 빔의 각도 분포 보다 더 넓다. 따라서 이 편광 변환 시스템(30)을 광학 장치에 적용할 때, 다른 광학 시스템을 이 각도 분포를 고려하여 설정하는 것이 바람직하다. 이것은 아래에서 보다 상세하게 설명된다.
위에 기술된 각 변형은 아래에 기술된 다른 실시 예에 또한 적용될 수 있다.
B. 제 2 실시 예:
도 7은 본 발명에 따른 다른 편광 변환 시스템의 주요 부분의 개략적인 구조의 측면도이다. 도 1의 편광 변환 시스템(30)의 편광 선택 반사판(90) 및 편광 반사기 어레이(70) 대신에, 이 편광 변환 시스템(30h)은 다른 구조를 갖는 대응하는 요소(90h 및 70h)를 갖는다. 이 예에서, λ/4 위상차 필름(92)은 편광 선택 반사판(90h)의 출구 측에 제공된다. 상기 요소 각각의 위치 배열은 편광 변환 시스템(30)에서와 동일하다.
편광 선택 반사판(90h)은 한 유형의 원 편광을 투과시키고, 다른 유형을 반사한다. 선택 반사판(90h)은 콜레스테릭(cholestric) 액정 또는 치랄 스매틱(chiral smetic) 액정으로 형성될 수 있다. 주어진 유형의 굴절 색인 분포는 상기 기능을 성취하기 위하여 상기 액정 배열을 제어함으로써 이들 액정에 첨가될 수 있다.
편광 반사기 어레이(70h)는 도 1의 배열에서 편광 반사부(72)에 사용된 λ/4 위상차 필름(76)을 갖지 않는다. 대신에, 제 3 작은 렌즈(74) 및 반사 거울(78)을 포함하는 복수의 편광 반사부(72h)로 형성된다.
작은 렌즈(52, 62 및 82)를 거쳐 중심 축(32LC)에 거의 평행인 제 1 렌즈 어레이(50)에 입사하는 비-편광 광선 빔은 제 1 렌즈 어레이(50)에 의해 복수의 부분 광선 빔으로 분리된다. 작은 렌즈(52)는 대응하는 중계 렌즈(62)에 영상을 형성하기 위하여 각 부분 광선 빔을 집광하고, 상기 광선 빔은 제 2 작은 렌즈(82)에 입사되기 위하여 중계 렌즈(62)로부터 발산되어 나온다. 제 2 작은 렌즈 각각에 입사된 부분 광선 빔의 형상은 제 1 작은 렌즈(52)에 입사에서의 형상과 거의 동일하다{비록 축(32LC)을 중심으로 180도 회전되었지만}.상기 복수의 부분 광선 빔은 축(32LC)에 거의 평행하게 제 2 렌즈 어레이(80)로부터 나온다.
상기 부분 광선 빔은 제 2 렌즈 어레이(80)로부터 상기 광선을 시계 방향 및 반시계 방향의 원 편광 요소로 분리하는 편광 선택 반사판(90h)에 입사된다. 예를 들어 반시계 방향의 요소인 이들 요소들 중 하나는 편광 선택 반사판(90h)을 통하여 투과되어 나가지만 다른 광선 또는 시계 방향 편광 요소는 편광 반사부(72h)에 입사되도록 다시 반사되는데, 편광 반사부에서 편광 반사부에 입사된 요소는 반사 거울(78)에 의해 반사되어 제 2 렌즈 어레이(80)를 통과하여 편광 선택 반사판(90h)에 도달한다.
반사 거울(78)에 의한 반사는 시계 방향 편광을 반시계 방향 편광으로 변환한다. 이 방식에서, 편광 선택 반사판(90h) 및 반사 거울(78)에 의해 반사된 부분 광선 빔은 그것을 편광 선택 반사판(90)에 의해 투과되도록 허용하는 반시계 방향의 원 편광 빔으로 변환된다.
편광 선택 반사판(90h)으로부터 나오는 반시계 방향 편광의 부분 광선 빔은 λ/4 위상차 필름(92)에 입사되고, λ/4 위상차 필름(92)의 편광 축은 s 편광에 대해 45도 각도로 설정된다. 그 결과로, λ/4 위상차 필름(92)에 입사된 부분 광선 빔은 s 편광 빔으로 변환된다.
편광 선택 반사판(90h)은 대신에 시계 방향 편광을 투과하고, 반시계 방향 요소를 반사하도록 구축될 수 있다. 마찬가지로, λ/4 위상차 필름(92)의 편광 축의 설정은 부분 광선 빔이 p 또는 s 직선 편광으로 나오는지를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
그리하여, 편광 변환 시스템(30h)은 또한 종래의 것보다 간단한 구조를 이용하여 비-편광 광선을 단일 유형의 직선 편광으로 효율적으로 변환시킬 수 있도록 한다.
λ/4 위상차 필름(92)은 편광 변환 시스템(30h)으로부터 생략될 수 있다. 그것은 비-편광 광선을 거의 단일 유형의 원 편광으로 변환될 수 있도록 할 것이다. λ/4 위상차 필름이 제 1 렌즈 어레이(50)의 입사 또는 출구 측에 제공되는 배열이 또한 사용될 수 있다. 편광 선택 반사판(90h)의 광학 특성에 따라, 상기 구조는 원 편광의 분리 효율을 향상시킬 것이다.
제 2 실시 예의 요소의 위치 및 구조는 제 1 실시 예에 기술된 것과 동일한 방식으로 변경될 수 있다.
C. 제 3 실시 예:
도 8은 본 발명의 편광 변환 시스템을 채택하는 조명 시스템의 주요 부분의 개략적인 구조의 측면도이다. 조명 시스템(100)은 광원(20), 편광 변환 시스템(30)(도 1) 및 중첩 광 시스템(40)을 포함한다.
편광 변환 시스템(30) 및 중첩 광 시스템(40)은 그들의 각 광 축이 시스템 광 축(100LC)에 일치하도록 배열된다. 이에 따라, 편광 변환 시스템(30)의 광 축(30LC)은 조명 시스템(100)의 시스템 광 축(100LC)과 일치한다.
광원(20)은 광원 램프(22), 및 광원 램프(22)로부터의 광선을 거의 평행인 광선 빔으로 반사하는 오목 거울(24)을 갖는다. 광원 램프(22)는 금속 할로겐 램프, 수은 램프 또는 기타 그러한 램프일 수 있다. 오목 거울(24)과 같은 포물선형 거울을 사용하는 것이 바람직하다. 타원형 또는 구형 거울 또는 유사한 것이 포물선형 거울 대신에 사용될 수 있을 것이다.
광원(20)은 그 광 축(20LC)이 작은 렌즈(52, 62 및 82)를 통과하는 중심 축(32LC)에 평행이고, 제 1 렌즈 어레이(50)의 중심을 거쳐 통과하도록 배열된다. 이것은 광원(20)에 의해 방출된 평행 광속이 편광 변환 시스템(30)에 효율적으로 입사할 수 있도록 한다.
중첩 광 시스템(40)은 제 4 렌즈 어레이(110), 제 5 렌즈 어레이(120) 및 중첩 렌즈(130)를 포함한다. 제 1 렌즈 어레이(50)(도 2)와 같이, 제 4 렌즈 어레이(110)는 평철 제 4 작은 렌즈(112)의 O행 P열의 장방형 행렬로 배열된다. 이 실시 예에서, O=5이고 P=4이다. z 방향으로부터 관찰될 때, 제 4 작은 렌즈(112)의 외부 형태는 조명 영역(150)의 실제 조명 구역의 형태와 거의 대응한다. 예를 들어, 조명 영역이 액정 패널이고, 화상 형성 영역의 가로-세로 비율이 4:3이라고 가정하면, 제 4 작은 렌즈(112)는 또한 4:3의 가로-세로 비율이 주어질 것이다.
제 5 렌즈 어레이(120)는 제 4 작은 렌즈(112)에 대응하여 배치된 평철 제 5 작은 렌즈(122)의 O행 P열 행렬로 배열된다.
편광 변환 시스템(30)에 의해 방출된 광선 빔은 제 4 렌즈 어레이(110)에 의해 복수의 부분 광선 빔으로 변환된다. 제 4 작은 렌즈(112)는 제 5 작은 렌즈 어레이(120)의 근처에 있는 각 부분 광선 빔을 집광한다. 제 5 작은 렌즈(122)는 각 빔의 중심 축이 시스템 광 축(100LC)에 평행하도록 부분 광선 빔을 정렬하게 한다. 제 5 작은 렌즈 어레이(120)를 나오는 부분 광선 빔은 중첩 렌즈(130)에 의해 조명 영역(150)의 거의 동일 영역으로 향하게 된다. 이에 따라, 조명 영역(150)은 거의 단일 유형의 직선 편광으로 균일하게 조명된다. 설명을 용이하게 하기 위하여, 제 5 렌즈 어레이(120) 및 중첩 렌즈(130)는 별도의 요소로 도시된다. 그러나, 단일 유닛으로 형성된 2 요소를 사용하는 것이 경계 광선 손실을 줄이는 효율적인 방식이다. 제 5 작은 렌즈 어레이(120)는 편심 렌즈를 제 5 작은 렌즈 어레이(120)로 사용함으로써 중첩 렌즈(130)의 기능을 포함하도록 또한 만들어질 수 있으며, 그 경우에, 중첩 렌즈(130)는 제거될 수 있다.
위에 기술된 바와 같이, 독창적인 편광 변환 시스템(30)을 채택하는 본 발명의 조명 시스템(100)은 종래의 것보다 더 간단한 구조로 거의 단일 유형의 직선 편광을 포함하는 조명 광선을 제공한다.
앞서 설명이 편광 변환 시스템(30)을 이용하는 조명 시스템(100)에 관한 것이지만, 임의의 다른 변형과 함께, 제 2 실시 예의 편광 변환 시스템(30h)이 또한 사용될 수 있다.
마찬가지로, 앞서 설명이 조명 영역을 균일하게 조명하기 위하여 중첩 광 시스템(40)을 이용한 조명 시스템(100)을 참조하여 이루어졌으나, 유리 막대 렌즈 및 속이 빈 거울 튜브와 같은 중첩 광학 시스템의 다양한 다른 유형이 또한 사용될 수 있다. 중첩 광학 시스템은 생략될 수 있다.
D. 제 4 실시 예:
도 9는 본 발명의 조명 시스템을 채택하는 투사기의 주요 부분의 개략적인 구조의 측면도이다. 투사기(1000)는 조명 시스템(100a), 액정 광 밸브(300) 및 투사 광 시스템(340)을 포함한다. {화면상의 투사면 중심이 액정 광 밸브(300)의 시스템 광 축(1000LC)보다 높은} 위로 기울어진 투사를 성취하기 위하여, 투사 광 시스템(340)은 그 광 축(340LC)이 시스템 광 축(1000LC)(+y 방향) 위에 설정되도록 배치된다.
조명 시스템(100a)은 광원(20) 및 도 5(b)의 편광 변환 시스템(30e)을 포함한다. 광원(20) 및 편광 변환 시스템(30e)은 시스템 광 축(1000LC)에 정렬된 그들의 각 광 축(30LC 및 20LC)으로 배치된다. 도 5(b)에 도시된 배열과 비교할 때, 편광 변환 시스템(30e)은 선택 반사판(90)을 직접 통과한 투과 광선(TL)이 기울어진 투사 방향으로 진행하도록 수직 방향으로 역전되게 배열된다.
광원 광 축(20LC)에 거의 평행하게 편광 변환 시스템(30e)에 입사한 광원(20)으로부터의 광선 빔 중에서, 선택 반사판(90)에 의해 반사되지 않은 투과 광선(TL)은 +y 방향으로 위로 방출된다. 한편, 선택 반사판(90) 및 편광 반사기 어레이(70)에 의해 반사된 후에 편광 선택 반사판(90)에 의해 투과된 반사된 투과 광선(RTL)은 편광 변환 시스템의 광 축(30LC)에 거의 평행인 방향으로 나온다.
선택 반사판(90)에 의해 투과된 광선은 통상적으로 반사된 광선 보다 더 높은 세기를 갖는다. 따라서, 투사 광 시스템(340)에서 반사 광선 보다 투과 광선을 효율있게 입사하는 것은 광선 이용 효율을 향상시키는 관점에서 보다 효율적이다.
투사기(1000)는 투과 광선의 방향이 기울어진 투사 방향에 가깝도록 배열되어, 투사 광 시스템(340)의 광선 이용 효율을 증가시키는데 기여한다.
요약해서 말하자면, 거의 단일 유형의 편광을 갖는 직선 편광을 방출하는 조명 시스템(100a)을 구비하는 투사기(1000)는 광선 이용 효율, 특히 액정 광 밸브(300)와 같은 액정 광 밸브의 경우 효율을 향상시킨다. 그 결과로 보다 밝은 영상의 디스플레이가 가능해 진다. 게다가, 편광 선택 반사판(90)은 편광 선택 반사판(90)에 의해 반사된 광선 보다 더 높은 세기를 갖는 투과 광선의 방향이 기울어진 투사 방향에 가깝게 배열되도록 하여, 투사 광 시스템(340)의 광선 이용 효율을 향상시켜, 그 결과로 보다 밝은 투사 영상이 이루어진다.
앞서 기술된 다양한 조명 시스템은 투사기(1000)의 조명 시스템으로 또한 사용될 수 있다.
E. 제 5 실시 예:
도 10은 본 발명의 조명 시스템을 사용하는 다른 투사기의 주요 부분의 개략적인 구조를 도시하는 평면도이다. 이 투사기(2000)는 도 8에 도시된 조명 시스템(100)을 사용한다.
투사기(2000)는 조명 시스템(100), 색 분리기(200), 광원 유도 시스템(220), 3개의 액정 광 밸브(액정 패널)(300R, 300G, 300B), 교차 다이크로익 프리즘(320) 및 투사 광 시스템(340)을 포함한다. 투사기(2000)에서, 조명 시스템(100)에 의해 방출된 광선은 색 분리기(200)에 의해 적색(R), 청색(B) 및 녹색(G) 광선으로 분리된다. 각 색 광선은 대응하는 액정 광 밸브(300R, 300G 및 300B)를 통과하여, 영상 정보에 따라 변조된다. 그런 다음 상기 변조된 색 광선은 교차 다이크로익 프리즘(320)에 의해 합성되고, 상기 색 영상은 투사 광 시스템(340)에 의해 화면(SC)에 디스플레이된다.
조명 시스템(100)은 직선 편광(이 예에서는, s 편광)의 조명 빔을 방출하는데, 여기서 편광 요소는 각각이 조명 영역(150)으로 이루어진 액정 광 밸브(300R, 300G, 300B)를 조명하기 위하여 동일한 편광 방향을 갖는다. 통상적으로, 액정 광 밸브(300R, 300G, 300B)의 입사면은 편광판으로 제공되어, 조명 시스템(100)으로부터의 직선 편광의 편광 방향이 편광 판의 투과 축으로 배열된다. 이것은 조명 시스템(100)으로부터의 광선이 조명을 위해 효율적으로 이용될 수 있게 한다.
색 분리기(200)는 조명 시스템(100)으로부터의 광선 빔을 적색, 청색 및 녹색 광선으로 분리하는 역할을 하는 다이크로익 거울(202 및 204) 및 반사 거울 (208)을 포함한다. 제 1 다이크로익 거울(202)은 조명 시스템(100)으로부터의 광선에 포함된 적색 광선 요소를 투과하고, 청색 및 녹색 요소를 반사한다. 제 1 다이크로익 거울(202)에 의해 투과된 적색 광선은 반사 거울(208)에 의해 반사되어, 필드 렌즈(232)를 거쳐 액정 광 밸브(300R)에 도달한다. 필드 렌즈(232)는 조명 시스템(100)으로부터의 부분 광선 빔을 그 중심 축에 평행인 광선 빔으로 변환한다. 다른 액정 광 밸브의 앞에 제공된 필드 렌즈(234 및 230)는 동일한 역할을 수행한다.
제 1 다이크로익 거울(202)에 의해 반사된 청색 및 녹색 광선 요소 중에서, 녹색 광선은 제 2 다이크로익 거울(204)에 의해 편향되어 필드 렌즈(234)를 거쳐 녹색 액정 광 밸브(300G)에 도달한다. 제 2 다이크로익 거울(204)에 의해 투과된 청색 광선 요소는 색 분리기(200)를 나와서 광원 유도 시스템(220)에 입사되고, 거기에서 청색 광선은 입구 렌즈(222), 중계 렌즈(226), 반사 거울(224 및 228) 및 출구 렌즈(필드 렌즈)(230)를 통과해 청색 액정 광 밸브(300B)에 도달한다. 청색 광선을 위해 유도 시스템(220)을 사용하는 이유는 청색 광선의 광학 경로가 다른 색의 광학 경로보다 더 길다는 사실에 의해 야기된 광선 이용 효율의 저하를 방지하기 위한 것이다. 바꿔 말하면, 청색 광선이 출구 렌즈(230)를 변경없이 투과될 수 있도록 하는 것이다. 그 결과로, 액정 광 밸브(300R, 300G, 300B) 각각은 대충 같은 세기 분포의 조명 광선을 수신한다.(엄밀하게 말하면, 청색 광선의 세기 분포는 다른 색의 세기 분포에 비해 180도로 반전된다.)
액정 광 밸브(300R, 300G 및 300B)는 수신된 영상 정보(영상 신호)에 따라 각 색 광선을 변조하는 광선 변조 수단으로 작용한다. 교차 다이크로익 프리즘(320)은 색 영상을 형성하기 위하여 변조된 3개의 색 광선을 합성하는 색 합성기로 작용한다. 교차 다이크로익 프리즘(320)은 교차 형태로 배열된, 다층 유도체 필름 층으로 형성된 적색 광 반사면(321) 및 다층 유도체 필름 층으로 형성된 청색 광 반사면(322)을 포함한다. 적색-반사 다이크로익 면(321) 및 청색-반사 다이크로익 면(322)은 투사될 색 영상을 위해 색 합성이 이루어지도록 한다. 교차 다이크로익 프리즘(320)에 의해 합성된 광선은 투사 광 시스템(340)으로 나오고, 투사 광 시스템(340)은 색 영상을 화면(SC)에 디스플레이하기 위하여 합성된 광선을 투사한다. 투사 광 시스템(340)에서는 텔레센트릭(telecentric) 렌즈를 사용하는 것이 바람직하다.
거의 단일 유형의 편광을 갖는 직선 편광을 방출하는 조명 시스템(100)을 구비하는 투사기(2000)를 사용함으로서, 특히 액정 광 밸브의 경우에 광선 이용 효율을 향상시킨다.
앞서 기술된 다양한 조명 시스템은 투사기(2000)의 조명 시스템으로 또한 사용될 수 있다.
도 11(a) 및 도 11(b)은 조명 시스템(100)으로부터 제 1 다이크로익 거울(202), 제 2 다이크로익 거울(204) 및 교차 다이크로익 프리즘(320)으로 향하는 광선에 관한 설명도이다. 도 11(a) 및 도 11(b)은 편의를 위해 직선으로 배열되게 도시된 제 1 다이크로익 거울(202), 적색 액정 광 발브(300R) 및 교차 다이크로익 프리즘(320)에만 초점을 맞추고 있다. 도 11(a) 및 도 11(b)에 도시된 바와 같이, 제 1 다이크로익 거울(202)은 xz 평면에 거의 수직으로 배치되고, yz 평면에 대해 소정의 각(θM1)을 형성한다.
도 12는 제 1 다이크로익 거울(202)의 색 분리 특성을 도시한다. 광선 빔이 소정의 각(θM1)에서 제 1 다이크로익 거울(202)에 입사할 때, 다이크로익 거울(202)은 도 12에서 실선으로 표시된 바와 같이 적색 요소(약 600 나노미터 이상)만을 투과하고, 다른(청색 및 녹색) 요소를 반사한다. 제 1 다이크로익 거울(202)에 입사하는 광선의 입사각에서의 편차는 색 분리 특성에서의 대응하는 변화를 가져온다. 따라서, 만일 상기 광선이 소정의 각(θM1)에서 제 1 다이크로익 거울(202)에 입사하도록 되어있지 않으면, 적색 액정 광 밸브(300R)에 유도된 적색 광선에 편차가 있을 것이다.
도 11(a)에 도시된 바와 같이, 2개의 광선 빔(LA1, LA2)이 시스템 광 축(2000LC)에 대해 동일한 절대 각(θLA1, θLA2)에서 x 방향의 다른 지점으로부터 방출된다 할지라도, 제 1 다이크로익 거울(202)에 입사하는 광선의 입사각(θA1, θB1)은 여전히 다르고 소정의 각(θM1)으로부터 벗어날 것이다. 예를 들어, 광선 빔(LA1)에 대해 그 결과는 도 12에서 단일-점 쇄선으로 표시된 유형의 특성이 되고, LA2에 대해서는 실선으로 표기된 요구된 색 분리 특성 대신에, 점선으로 표시된 유형의 특성이 될 것이다. 특히, 제 1 다이크로익 거울(202)에의 입사 광선의 시스템 광 축(2000LC)에 대한 각은 제 1 다이크로익 거울(202)의 색 분리 특성에 중요한 영향을 주고, 적색 액정 광 밸브(300R)에 유도된 적색 광선의 x축에 따른 색 편차(색채 변화)를 일으키기 쉬울 수 있다.
한편, 도 11(b)에 도시된 바와 같이, 만일 2개의 광선 빔(LB1, LB2)이 시스템 광 축(2000LC)에 대해 동일한 절대 각(θLB1, θLB2)에서 y 방향의 다른 지점으로부터 방출되면, 제 1 다이크로익 거울(202)에 대한 절대 입사각(θa1, θb1)은 또한 동일할 것이고, 그리하여 광선 빔(LB1 및 LB2)에 대한 색 분리 특성은 또한 동일할 것이다. 비록 제 1 다이크로익 거울(202)의 색 분리 특성이 시스템 광 축(2000LC)에 대한 제 1 다이크로익 거울(202)에 입사한 광선 빔의 각도에 의해 영향을 받을 지라도, 적색-광선 액정 광 밸브(300R)에 유도된 적색 광선의 y축 방향의 색 편차는 x축 방향의 편차보다 적다. 따라서, 제 1 다이크로익 거울(202)을 통해 적색 액정 광 밸브(300R)로 향하는 투과된 적색 광선의 경우에 y축에서의 색 편차의 정도는 x축에서의 그러한 색 편차의 정도보다 적다.
이것은 광선 빔이 시스템 광 축(2000LC)에 대한 조명 시스템으로부터 나온 각에 있어서, 상기 각이 y 방향에서 보다 x 방향에서 더 적은 것이 바람직하다는 것을 나타낸다.
위에서 기술된 바와 같이, 조명 시스템(100)으로부터 방출된 광선은 선택 반사판(90)에 의해 투과된 광선 및 선택 반사판(90)과 편광 반사기 어레이(70)에 의해 반사된 다음 선택 반사판(90)에 의해 투과된 반사된 투과 광선을 포함하고, 이 광선이 중계 렌즈(62) 및 편광 반사부(72)가 배열된 방향으로 제 2 렌즈 어레이(80)에서 합성된다. 따라서 조명 시스템(100)으로부터 나온 광선의 확산 각(각도 분포)은 상기 색이 합성되는 방향(도 8에서 y 방향)에서 더 크고, 색 요소가 합성되는 방향과 직교하는 방향(도 8에서 x 방향)에서 비교적 적게 되는 경향이 있다.
제 1 다이크로익 거울(202)에 대한 상기 설명은 제 2 다이크로익 거울(204)에 또한 적용된다.
투사기(2000)에서, 조명 시스템(100)은 상기 투과 광선 및 상기 반사된 투과 광선이 합성되는 방향, 즉 중계 렌즈(62) 및 편광 반사부(72)가 배열되는 방향이 y 방향이 되도록 배열된다. 이렇게 하면 투사 영상에서의 색 변동을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
다이크로익 거울에 대해 주어진 상기 설명은 교차 다이크로익 프리즘(320)의 적색-반사 다이크로익 면(321) 및 청색-반사 다이크로익 면(322)에 또한 적용된다. 특히, 도 11(a)에 도시된 바와 같이, 2개의 광선 빔(LA1, LA2)이 시스템 광 축(2000LC)에 대해 동일한 절대 각(θLA1, θLA2)으로 x 방향의 다른 지점으로부터 방출된다 할지라도, 적색-반사 다이크로익 면(321)에 입사하는 광선의 입사각(θA2, θB2)은 여전히 서로 다르고 소정의 각(θM2)으로부터 벗어날 것이다. 한편 도 11(b)에 도시된 바와 같이, 만일 2개의 광선 빔(LB1, LB2)이 시스템 광 축(2000LC)에 대해 동일한 절대 각(θLB1, θLB2)으로 y 축의 다른 지점으로부터 적색 -반사 다이크로익 면(321)에 입사되면, 제 1 다이크로익 거울(202)에 대한 절대 입사각(θa2, θb2)는 동일할 것이다.
투사기(2000)에서, 조명 시스템(100)은 투과 광선 및 반사된 투과 광선이 합성되는 방향, 즉 중계 렌즈(62) 및 편광 반사부(72)가 배열되는 방향이 y 방향이 되도록 배열되기 때문에 색 변동은 투사 영상에서 감소될 것이다.
앞서 설명된 바와 같이, 본 발명의 조명 시스템은 교차 다이크로익 프리즘 또는 다이크로익 거울을 구비하는 색 분리기를 포함하는 장치에 적용될 때, 편광이 다이크로익 거울 또는 교차 다이크로익 프리즘에 의해 분리 또는 합성되는 방향이 바람직한데, 왜냐하면 이것은 투사 영상에서의 색 변동을 감소시키기 때문이다.
다이크로익 거울(202 및 204)의 반사/투과면은 본 청구된 발명의 색 분리면에 대응하고, 교차 다이크로익 프리즘(320)의 다이크로익 면(321 및 322)은 본 청구된 발명의 색 합성 면에 대응한다.
F. 제 6 실시 예:
도 13은 본 발명의 조명 시스템을 사용하는 다른 투사기의 주요 부분의 개략적인 구조의 평면도이다. 이 투사기(3000)은 조명 시스템(100)의 중계 렌즈(62) 및 편광 반사부(72)가 x 방향으로 배열된 조명 시스템(100B)을 사용한다.
투사기(3000)는 조명 시스템(100B), 편광 분리 프리즘(420), 반사형 액정 광 밸브(액정 패널)(440) 및 투사 광 시스템(340)을 포함한다. 반사형 액정 광 밸브(440), 편광 분리 프리즘(420) 및 투사 광 시스템(340)은 시스템 광 축(3000LC)에 그 순서로 배치된다.
조명 시스템(100B)으로부터 방출된 s 편광을 갖는 직선 편광은 시스템 광 축(3000LC)에 평행인 측면(422)을 통하여 편광 분리 프리즘(420)에 들어가고, 편광 분리 필름(428)에 입사한다. 편광 분리 필름(428)에 입사된 s 편광은 광 밸브(440)의 측면(424)을 거쳐 반사되어 나간다.
광 밸브(440)에 입사된 광선은 입사 방향의 반대 방향으로 반사되어 나간다. 액정이 완전히 오프(off) 상태일 때, 광 밸브(440)로부터 나오는 광선은 편광 분리 프리즘(420)에 들어가 편광 분리 필름(428)에 의해 조명 시스템(100B)으로 다시 반사되는 s 편광이다. 따라서, 어떠한 광선도 편광 분리 프리즘(420)의 측면(426)을 거쳐 투사 광 시스템(340)에 투사되지 않기 때문에, 그 결과는 어두운 디스플레이 화면(SC)이 된다. 액정이 완전히 온(on) 상태일 때, 광 밸브(440)로부터 나오는 광선은 p 편광으로 변환되기 때문에, 그 광선은 편광 분리 필름(428)에 의해 투과되고, 편광 분리 프리즘(420)의 측면(426)으로부터 나와, 투사 광 시스템(340)에 충돌하여, 밝은 화면 디스플레이를 생성한다. 액정이 온과 오프 사이의 중간 상태에 있을 때, 상기 중간 상태는 s 및 p 편광 모두를 포함하여, 중간 색조 디스플레이를 생성한다.
따라서, 투사기(3000)는 영상을 화면에 디스플레이하기 위하여 광 밸브(440)의 각 화소의 액정을 수신된 영상 정보에 따라 온 및 오프 상태로 전환하기 위하여 조명 시스템(100)으로부터 방출된 광선을 사용한다.
거의 단일 유형의 편광을 갖는 직선 편광을 방출하는 조명 시스템(100B)을 구비하는 투사기(3000)를 사용하면 광선 이용 효율, 특히 편광 분리 프리즘(420)에 대한 광선 이용 효율을 또한 향상시켜, 그 결과로 보다 밝은 투사 영상이 이루어진다.
앞서 기술된 다양한 조명 시스템은 투사기(3000)의 조명 시스템으로 또한 채택될 수 있다.
도 14는 편광 분리 프리즘(420)에 입사된 광선에 관한 설명도이다. 조명 시스템(100B)으로부터 편광 분리 프리즘(420)의 측면(422)에 입사하는 광선의 편광 축은 편광이 편광 분리 필름(428)에 의해 분리되는 방향(z 및 x 방향)에 수직(y 방향)으로 취해진다. 측면(422)에 입사하는 광선 중에서, z 축에 따라 입사되고, 편광 분리 필름(428)에 의해 측면(424)에서 반사되어 나오는 광선(B)의 편광 축은 y 방향으로 향할 것이다. 그러나, z 축으로 기울어져 입사면(422)에 입사하는 광선(A 및 C)은 편광 분리 필름(428)에 45도의 입사각으로 편향되기 때문에, z 방향에서 볼 때, 측면(424)으로부터 방출되는 광선의 편광 축은 y 축으로 +θR{광선(A)}, -θR{광선(C)} 만큼 회전되어, 양 회전으로 반 시계 방향의 회전을 취한다. 만일 광선이 편광이 편광 분리 필름(428)에 의해 분리되는 방향(x 및 y 축 방향)에 수직인 평면{평면(yz)}의 z 축에 대해 기울어진 각도로 편광 분리 필름(428)에 입사하면, 편광 분리 필름(428)에 의해 반사된 광선의 편광 축은 편광 분리 필름(428)의 편광 분리 특성에 관계없이 회전될 것이다. 이것은 편광 축이 사전에 설정된 이후에 직선 편광이 편광 분리 프리즘(420)에 입사한다 할지라도, 측면(424)으로부터 나와 액정 광 밸브(440)에 입사하는 광선이 항상 원하지 않는 직선 편광 요소를 포함하여, 투사 영상의 밝기 및 계조를 저하시킨다는 것을 의미한다. 편광 분리가 일어나는 방향을 포함하는 평면에서, z 축에 대해 비스듬히 입사하는 광선에 대한 편광 축의 회전은 없다.
따라서, 조명 시스템에 의해 방출되어 나오는 광선의 확산 각(각도 분포)이 보다 적은 방향이 편광 분리가 편광 분리 프리즘(420)에 의해 이루어지는 방향과 직교하는 배열을 사용하는 것이 바람직하다.
위에서 기술된 바와 같이, 조명 시스템(100B)으로부터 방출된 광선은 선택 반사판(90)에 의해 투과된 광선 및 선택 반사판(90)과 편광 반사기 어레이(70)에 의해 반사된 다음 선택 반사판(90)에 의해 투과된 반사된 투과 광선을 포함하고, 2가지 유형의 광선은 중계 렌즈(62) 및 편광 반사부(72)가 배열되는 방향으로 제 2 렌즈 어레이(80)에서 합성된다. 따라서, 조명 시스템(100B)으로부터 나오는 광선의 확산 각(각도 분포)은 상기 색이 합성되는 방향(도 8에서 y 방향)에서 보다 크고, 상기 색이 합성되는 방향과 직교하는 방향( 도 8에서 x 방향)에서 비교적 작은 경향이 있다.
이리하여, 편광 분리 프리즘을 채택하는 투사기에 사용된 조명 시스템에서, 중계 렌즈(62) 및 편광 반사부(72)가 배열되는 방향을 의미하는, 투과 및 반사된 광선이 합성되는 방향은 편광 분리가 편광 분리 프리즘에서 이루어지는 방향과 동일하게 되는 것이 바람직하다.
투사기(3000)에서, 중계 렌즈(62) 및 편광 반사부(72)는 편광 분리 방향과 동일한 방향으로 배열되어, 밝고 높은 계조를 갖는 투사 영상을 얻을 수 있도록 한다.
앞서 기술된 편광 분리 프리즘(420)은 본 청구된 발명의 편광 분리기에 대응한다.
G. 제 7 실시 예:
도 15는 본 발명의 조명 시스템을 사용하는 다른 투사기의 주요 부분의 개략적인 구조의 평면도이다. 이 투사기(4000)는 조명 시스템(100)을 사용한다.
투사기(4000)는 조명 시스템(100), 3개의 다이크로익 거울(500R, 500G 및 500B), 투과형 색 액정 광 밸브(액정 패널)(520) 및 투사 광 시스템(340)을 포함한다. 다이크로익 거울(500R, 500G 및 500B)은 각각 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 광선을 반사하고, 기타 색을 투과한다. 거울(500R, 500G 및 500B)은 조명 시스템(100) 근처의 측면에 그 순서로, 상호 비-평행 관계로 배열된다. 다이크로익 거울은 이 순서로 배열되어야 하는 것은 아니고, 그들의 배열은 후에 기술된 단일-패널형 색 액정 광 밸브(520)의 화소 구조를 기초로 하여 결정된다. 또한, 반사 거울(78)은 조명 시스템(100)으로부터 가장 먼 다이크로익 거울{이 실시 예에서 다이크로익 거울(500B)} 대신에 사용될 수 있다.
다이크로익 거울(500R, 500G 및 500B)은 조명 시스템(100)의 시스템 광 축(100LC)과 단일-패널형 색 액정 광 밸브(520)의 중심을 통과하는 투사 시스템 광 축(4000LC) 사이의 교차점 근처에, 녹색-반사 다이크로익 거울(500G)의 거울면의 정상선과 조명 시스템(100)의 광 축(100LC)이 45도 각도를 형성하도록 배치된다. 적색-반사 다이크로익 거울(500R)은 y축을 중심으로 회전되고, 그것을 다이크로익 거울(500G)에 약간 기울어지게 설정한다. 청색-반사 다이크로익 거울(500B)은 그것을 다이크로익 거울(500G)에 약간 기울어지게 설정하기 위하여 y 축을 중심으로 또한 약간 회전된다. 상기 위치 관계는 아래에서 설명된다.
조명 시스템(100)으로부터 방출된 광선 중에서, 적색 광선은 다이크로익 거울(500R)에 의해 광 밸브(520)에 반사된다. 다이크로익 거울(500R)에 의해 투과된 후에, 녹색 광선은 다이크로익 거울(500G)에 의해 반사되고, 다이크로익 거울(500R)을 통과하여 광 밸브(520)에 도달한다. 청색 광선은 다이크로익 거울(500R 및 500G)을 통과한 다음, 광 밸브(520)에 도달하도록 다이크로익 거울(500B)에 의해 또한 반사된다. 3개의 다이크로익 거울이 y축으로 배치된 회전 축으로 하여 다른 각도로 설정되고, 각 다이크로익 거울에 의해 반사된 광선은 광 밸브(520)에 다른 각도로 입사된다.
도 16(a) 및 도 16(b)은 단일-패널형 색 액정 광 밸브(520)의 단일 화소 구조의 확대된 도면이다. 도 16(a)에 도시된 바와 같이, 광 밸브(520)는 복수의 화소로 구성된 광 밸브부(530), 및 광 밸브부(530)의 입사면에 제공된 마이크로-렌즈 어레이(540)를 포함한다. 광 밸브부(530)의 각 화소(531)는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)에 대응하는 3개의 색 서브-화소(531R, 531G, 531B)를 포함한다. 각 화소(531)의 입사면은 단일 마이크로-렌즈(541)로 제공된다. 단일-패널형 색 액정 광 밸브(520)에 상이한 입사각으로 충돌하는 3개의 색의 광선 빔은 마이크로-렌즈 어레이(540)의 각 마이크로-렌즈(541)에 의해 대응하는 서브-화소(531R, 531G, 531B)에 각각 집광되고, 각 서브-화소는 시스템에 가해진 영상 정보 신호에 따라 색 광선을 변조한다.
3개의 다이크로익 거울(500R, 500G 및 500B)의 각도에 대응하는, 광 밸브(520)의 각 색 광선의 입사각은 각 색 광선이 대응하는 화소(531)에 충돌하도록 설정된다. 이들 각도는 서브-화소(531R, 531G, 531B)와 마이크로-렌즈(541)의 초점 거리(fμ)사이의 간격(PD)에 의해 결정된다.
광 밸브(520)의 화소(531) 각각에서 나오는 광선은 색 영상을 화면(SC)에 디스플레이하기 위하여 투사 광 시스템(340)에 의해 투사된다.
자체의 높은 편광 변환 효율을 구비하는 조명 시스템(100)을 사용하면 이 실시 예의 투사기(4000)의 광선 이용 효율을 또한 향상시켜, 보다 밝은 영상을 디스플레이할 수 있게 한다.
기술된 바와 같이, 조명 시스템(100)으로부터 방출된 광선은 선택 반사판(90)에 의해 투과된 광선 및 선택 반사판(90)과 편광 반사기 어레이(70)에 의해 반사된 다음 선택 반사판(90)에 의해 투과된 반사된 투과 광선을 포함하고, 2가지 유형의 광선은 중계 렌즈(62) 및 편광 반사부(72)가 배열되는 방향으로 제 2 렌즈 어레이(80)에서 합성된다. 따라서, 조명 시스템(100)으로부터 나오는 광선의 확산 각(각도 분포)은 상기 색이 합성되는 방향(도 8에서 y 방향)에서 보다 크고, 상기 색이 합성되는 방향과 직교하는 방향( 도 8에서 x 방향)에서 비교적 작은 경향이 있다. 빔 확산 각과 빔 집광성 사이는 역 비례 관계에 있다. 작은 집광 영상은 큰 확산 각을 갖는 광선 빔로 형성될 수 없는데, 이것은 액정 광 밸브를 조명하기 위해 사용된 광선의 확산 각이 클수록, 광 밸브 또는 투사 광 시스템의 광선 이용 효율은 낮아진다.
도 16(b)에 도시된 바와 같이, 광 밸브(520)의 단일 화소(531)을 구성하는 서브-화소(531R, 531G, 531B) 각각은 y 방향으로 확장되어 장방형 모습을 갖는데, 그 결과 z 방향에서 볼 때 거의 정사각형 화소(531)가 된다. 따라서, 서브-화소의 형상이 확산 각 또는 거기에 입사하는 광선 빔의 집광성과 같은 광학 특성과 일치하는 배열을 사용함으로써, 조명 시스템(100)의 경우에서처럼, 조명 시스템에 의해 방출된 빔이 특정 방향으로 비교적 큰 확산 각을 가질 때일지라도 그러한 광선 이용 효율의 감소를 방지할 수 있게 된다. 특히, 조명 시스템(100)으로부터의 빔이 큰 확산 각을 나타내는 방향이 장방형 서브-화소의 긴 쪽과 일치하도록 설치되는 것이 바람직하다. 그러한 배열을 갖는 경우, 집광 영상은 x축으로 작고 y 방향으로 비교적 커서, 각 색 광선을 대응하는 서브-화소에 충돌할 수 있게 한다.
그리하여, 단일-패널형 색 액정 광선 밸브와 같은 색 서브-화소가 공간적으로 분리된 광 밸브를 사용하는 투사기의 경우에, 중계 렌즈(62) 및 편광 반사부(72)가 배열되는 방향을 의미하는, 투과 광선 및 반사된 투과 광선이 합성되는 방향이 서브-화소의 긴 치수로 향하는 방향으로 정렬되는 것이 바람직하다. 투사기(4000)에 의해 사용된 조명 시스템(100)에서, 중계 렌즈(62) 및 편광 반사부(72)는 y 방향으로 배열되고, 조명 시스템(100)으로부터 방출된 광선 빔이 가장 큰 발산을 나타내는 방향이 서브-화소의 긴 치수로 정렬되어, 각 색 광선이 대응하는 서브-화소에만 충돌하여, 그 결과 밝고 색 혼합이 없는 영상이 이루어진다.
상기 설명은 투사기에 적용된 본 발명의 조명 시스템을 참조하여 이루어졌지만, 이것은 제한적이지 않다. 대신에, 본 발명의 조명 시스템은 직시 디스플레이 시스템을 포함하는 다양한 유형의 장치에 적용될 수 있다.
비록 액정 패널이 전기-광학 장치로 사용되었지만, 임의 유형의 전기-광학 장치는 영상을 디스플레이하기 위하여 특정 편광을 이용하는데 사용될 수 있을 것이다.
마찬가지로, 비록 상기 실시예가 편광 변환 시스템을 구성하는 중계 렌즈 광 시스템을 구성하기 위하여 다수의 렌즈 어레이를 사용하는 것을 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제 1 렌즈, 중계 렌즈 및 제 2 렌즈의 어레이를 사용하는 대신에, 편광 변환 시스템은 1개의 제 1 작은 렌즈(52), 1개의 중계 렌즈(62), 1개의 편광 반사부(72), 1개의 제 2 작은 렌즈(82) 및 편광 선택 반사판(90)을 포함할 수 있을 것이다. 그러한 구조는 여전히 유사한 효과를 제공할 것이다. 동시에, 어레이 구조가 보다 얇은 편광 변환 시스템을 구축할 수 있도록 하기 때문에, 광학 시스템의 크기를 감소시키는 관점에서, 제 1 렌즈 어레이, 중계 렌즈 어레이 및 제 2 렌즈 어레이를 포함하는 구조를 사용하는 것이 유리하다.
상기 실시 예는 단지 설명을 위한 것이며, 어떠한 의미에서도 제한하고자 하는 것이 아니라는 점이 분명히 이해되어야 할 것이다. 본 발명의 범위와 정신은 첨부된 청구항에 의해서만 제한된다.

Claims (22)

  1. 비-편광 광선을 특정 편광 광선으로 변환하는 편광 변환 시스템에 있어서,
    입사 비-편광 광선을 제 1 및 제 2 유형의 편광으로 분리하고, 상기 제 1 유형의 편광을 투과시키고 및 상기 제 2 유형의 편광을 반사하는 편광 선택 반사기,
    주어진 입사 광선 빔을 상기 편광 선택 반사기에 중계하는 중계 광학 시스템, 및
    상기 편광 선택 반사기에 의해 반사된 반사 광선 빔의 광 경로 상의 선택된 위치에 배치되어, 상기 반사 광선 빔을 상기 제 2 유형의 편광을 상기 제 1 유형의 편광으로 변환하여 상기 편광 선택 반사기에 다시 반사하는 편광 반사기를 포함하는, 비-편광 광선을 특정 편광 광선으로 변환하는 편광 변환 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 중계 광학 시스템은,
    입사 광선 빔을 복수의 부분 광선 빔으로 분리하는 복수의 제 1 작은 렌즈를 갖는 제 1 렌즈 어레이, 및
    상기 제 1 렌즈 어레이의 광선 방출 측에 배치되어, 상기 복수의 제 1 작은 렌즈에 대응하는 복수의 중계 렌즈를 갖는 중계 렌즈 어레이를 포함하고,
    상기 제 2 렌즈 어레이가 상기 제 2 작은 렌즈를 나와 상기 편광 선택 반사기에 의해 반사되는 각 반사 부분 광선 빔이 상기 편광 선택 반사기에 의해 반사되기 위하여 상기 부분 광선 빔 각각이 이전에 빠져 나온 동일한 제 2 작은 렌즈에 다시 반사되도록 상기 편광 선택 반사기의 입사 측 근처에 배치되고,
    상기 복수의 중계 렌즈 각각이 상기 대응하는 제 1 작은 렌즈의 출구 측 초점 및 상기 대응하는 제 2 작은 렌즈의 입사 측 초점 근처에 있는 선택된 위치에 배치되고, 상기 대응하는 제 1 작은 렌즈 및 상기 대응하는 제 2 작은 렌즈가 상기 중계 렌즈의 공액점에 배치되고,
    상기 편광 반사기가,
    상기 복수의 제 2 작은 렌즈로부터 나오는 복수의 반사 부분 광선 빔의 광 경로에 배치된 복수의 편광 반사부로서, 상기 편광 반사부 각각이 대응하는 반사 부분 광선 빔을 반사하고 및 상기 제 2 유형의 편광을 상기 제 1 유형의 편광으로 변환하는, 복수의 편광 반사부, 및
    상기 편광 반사부에 의해 반사된 반사 부분 광선 빔을 상기 편광 반사부에 의해 반사되기 위하여 상기 반사 부분 광선 빔이 이전에 빠져 나온 동일한 제 2 작은 렌즈에 다시 돌아가게 하는 복수의 제 3 작은 렌즈를 포함하는, 비-편광 광선을 특정 편광 광선으로 변환하는 편광 변환 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 복수의 편광 반사부는 대응하는 제 2 작은 렌즈의 초점 근처에 각각 배치되고, 상기 복수의 제 3 작은 렌즈 각각이 대응하는 상기 제 2 작은 렌즈의 초점거리와 거의 같은 초점 거리를 갖고, 대응하는 편광 반사부의 근처에 배치되는, 비-편광 광선을 특정 편광 광선으로 변환하는 편광 변환 시스템.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 유형의 편광은 상호 직교하는 편광면을 갖는 제 1 및 제 2 유형의 직선 편광이고, 상기 복수의 편광 반사부 각각이 반사 거울 및 상기 제 3 작은 렌즈와 상기 반사 거울 사이에 위치된 λ/4 위상차 필름을 포함하는, 비-편광 광선을 특정 편광 광선으로 변환하는 편광 변환 시스템.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 유형의 편광은 상호 직교하는 편광면을 갖는 제 1 및 제 2 유형의 직선 편광이고, 상기 복수의 편광 반사부 각각이 반사 거울 및 상기 제 3 작은 렌즈와 상기 반사 거울 사이에 위치된 λ/4 위상차 필름을 포함하는, 비-편광 광선을 특정 편광 광선으로 변환하는 편광 변환 시스템.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 유형의 편광은 서로 회전 방향이 다른 제 1 및 제 2 유형의 원 편광이고, 상기 복수의 편광 반사부가 반사 거울인, 비-편광 광선을 특정 편광 광선으로 변환하는 편광 변환 시스템.
  7. 제 3항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 유형의 편광은 서로 회전 방향이 다른 제 1 및 제 2 유형의 원 편광이고, 상기 복수의 편광 반사부가 반사 거울인, 비-편광 광선을 특정 편광 광선으로 변환하는 편광 변환 시스템.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 편광 선택 반사기에 의해 투과된 상기 제 1 유형의 원 편광을 사전 결정된 유형의 직선 편광으로 변환하는 λ/4 위상차 필름을 더 포함하는, 비-편광 광선을 특정 편광 광선으로 변환하는 편광 변환 시스템.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 편광 선택 반사기에 의해 투과된 상기 제 1 유형의 원 편광을 사전 결정된 유형의 직선 편광으로 변환하는 λ/4 위상차 필름을 더 포함하는, 비-편광 광선을 특정 편광 광선으로 변환하는 편광 변환 시스템.
  10. 규정된 조명 영역을 조명하는 조명 시스템에 있어서,
    청구항 1에서 청구항 9 중 임의의 한 항에 따른 편광 변환 시스템, 및
    상기 편광 변환 시스템을 향해 광선 빔을 방출하는 광원을 포함하는, 규정된 조명 영역을 조명하는 조명 시스템.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 편광 변환 시스템으로부터의 광선 빔을 복수의 부분 광선 빔으로 분리하고, 상기 복수의 부분 광선 빔을 상기 조명 영역에 중첩시키는 중첩 렌즈를 더 포함하는, 규정된 조명 영역을 조명하는 조명 시스템.
  12. 투사 영상을 디스플레이하는 투사기에 있어서,
    청구항 7에 따른 조명 시스템,
    상기 조명 시스템으로부터 방출된 광선을 변조하는 전기-광학 장치, 및
    상기 전기-광학 장치에 의해 변조된 광선을 투사면에 투사하는 투사 광학 시스템을 포함하는, 투사 영상을 디스플레이하는 투사기.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 편광 선택 반사기에 의해 투과된 투과 광선 빔 및 상기 편광 선택 반사기에 의해 반사되고 상기 편광 반사기에 의해 또한 반사되어 상기 편광 선택 반사기에 다시 입사하는 반사 광선 빔은 상기 편광 선택 반사기에서 기울어진 투사 방향과 거의 일치하는 방향으로 상기 투사 광학 시스템에 의해 합성되는, 투사 영상을 디스플레이하는 투사기.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 투과 광선 빔은 상기 투사 광학 시스템에 의해 상기 기울어진 투사 방향과 거의 일치하는 방향으로 기울어지는, 투사 영상을 디스플레이하는 투사기.
  15. 투사 영상을 디스플레이하는 투사기에 있어서,
    청구항 7에 따른 조명 시스템,
    상기 조명 시스템으로부터 방출된 광선을 복수의 색 요소로 분리하는 색 분리기,
    상기 색 분리기에 의해 분리된 각 색 요소의 광선을 각각 변조하는 복수의 전기-광학 장치,
    상기 전기-광학 장치에 의해 변조된 각 색 요소의 광선을 합성하는 색 합성기, 및
    상기 색 합성기에 의해 합성된 광선을 투사면에 투사하는 투사 광학 시스템을 포함하는, 투사 영상을 디스플레이하는 투사기.
  16. 제 15항에 있어서, 3개의 상호 직교하는 방향 축을 x, y, z로 하고, z가 상기 조명 시스템으로부터 방출되는 광선의 광 축에 평행인 방향이라고 가정할 때,
    상기 색 분리기는 평면(xz)에 거의 수직이고, 평면(yz)에 대해 소정의 각도를 이루는 색 분리면을 갖고, 및
    상기 편광 선택 반사기에 의해 투과된 투과 광선 빔 및 상기 편광 선택 반사기에 의해 반사되고, 상기 편광 반사기에 의해 또한 반사되어 상기 편광 선택 반사기에 다시 입사하는 반사 광선 빔이 방향(y)과 거의 일치하는 방향으로 상기 편광 선택 반사기에서 합성되는, 투사 영상을 디스플레이하는 투사기.
  17. 제 15항에 있어서, 3개의 상호 직교하는 방향 축을 x, y, z로 하고, z가 상기 조명 시스템으로부터 방출되는 광선의 광 축에 평행인 방향이라고 가정할 때,
    상기 색 합성기는 평면(xz)에 거의 수직이고, 평면(yz)에 대해 소정의 각도를 이루는 색 합성면을 갖고, 및
    상기 편광 선택 반사기에 의해 투과된 투과 광선 빔 및 상기 편광 선택 반사기에 의해 반사되고, 상기 편광 반사기에 의해 또한 반사되어 상기 편광 선택 반사기에 다시 입사하는 반사 광선 빔이 방향(y)과 거의 일치하는 방향으로 상기 편광 선택 반사기에서 합성되는, 투사 영상을 디스플레이하는 투사기.
  18. 투사 영상을 디스플레이하는 투사기에 있어서,
    청구항 7에 따른 조명 시스템,
    수신된 영상 정보에 따라 입사 광선을 변조하고, 상기 변조된 광선을 반사하는 반사형 전기-광학 장치,
    상기 반사형 전기-광학 장치로부터 수신된 광선을 투사면에 투사하는 투사 광학 시스템, 및
    상기 조명 시스템으로부터 상기 반사형 전기-광학 장치에 들어오는 제 1 편광 및 상기 반사형 전기-광학 장치로부터 상기 투사 광학 시스템에 들어오는 제 2 편광을 상기 제 1 및 제 2 편광 사이의 편광 특성의 차이에 따라 상이한 방향으로 공간적으로 분리하는 편광 분리기를 포함하는, 투사 영상을 디스플레이하는 투사기.
  19. 제 18항에 있어서, 3개의 상호 직교하는 방향 축을 x, y, z로 하고, z가 상기 조명 시스템으로부터 방출되는 광선의 광 축에 평행인 방향이라고 가정할 때,
    상기 편광 분리기는 평면(xz)에 거의 수직이고, 평면(yz)에 대해 소정의 각도를 이루는 편광 분리면을 갖고, 및
    상기 편광 선택 반사기에 의해 투과된 투과 광선 빔 및 상기 편광 선택 반사기에 의해 반사되고, 상기 편광 반사기에 의해 또한 반사되어 상기 편광 선택 반사기에 다시 입사하는 반사 광선 빔이 방향(x)과 거의 일치하는 방향으로 상기 편광 선택 반사기에서 합성되는, 투사 영상을 디스플레이하는 투사기.
  20. 투사 영상을 디스플레이하는 투사기에 있어서,
    청구항 7에 따른 조명 시스템,
    각 화소가 복수의 색 요소 각각의 광선에 대응하는 복수의 서브-화소를 포함하는 복수의 화소 및 각 화소에 대응하는 복수의 작은 집광 요소를 포함하는 집광 광 시스템을 포함하는 전기-광학 장치로서, 주어진 영상 정보에 응답하여 각 화소에서 광선을 변조하는 전기-광학 장치,
    상기 조명 시스템으로부터 방출되는 광선을 복수의 색 요소로 분리하고, 또한 상기 복수의 색 요소를 거기에 대응하는 상기 복수의 서브-화소에 서로 다른 방향으로 충돌하도록 시키는 색 분리기, 및
    상기 전기-광학 장치에 의해 변조된 각 색 요소의 광선을 투사면에 투사하는 투사 광학 시스템을 포함하는, 투사 영상을 디스플레이하는 투사기.
  21. 제 20항에 있어서, 3개의 상호 직교하는 방향 축을 x, y, z로 하고, z가 상기 조명 시스템으로부터 방출되는 광선의 광 축에 평행인 방향이라고 가정할 때,
    상기 색 분리기는 평면(xz)에 거의 수직이고, 평면(yz)에 대해 상이한 소정의 각도를 이루는, 광선을 복수의 색으로 선택적으로 분리하는, 복수의 색 분리면을 갖고, 및
    상기 편광 선택 반사기에 의해 투과된 투과 광선 빔 및 상기 편광 선택 반사기에 의해 반사되고, 상기 편광 반사기에 의해 또한 반사되어 상기 편광 선택 반사기에 다시 입사하는 반사 광선 빔이 방향(y)과 거의 일치하는 방향으로 상기 편광 선택 반사기에서 합성되는, 투사 영상을 디스플레이하는 투사기.
  22. 제 20항에 있어서, 상기 편광 선택 반사기에 의해 투과된 투과 광선 빔 및 상기 편광 선택 반사기에 의해 반사되고, 상기 편광 반사기에 의해 또한 반사되어 상기 편광 선택 반사기에 다시 입사하는 반사 광선 빔을 각 화소에 포함된 상기 복수의 서브-화소가 배열된 방향에 수직인 방향으로 상기 편광 선택 반사기에서 합성되는, 투사 영상을 디스플레이하는 투사기.
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