KR20010040315A

KR20010040315A - 조명장치 및 투사형표시장치

Info

Publication number: KR20010040315A
Application number: KR1020007007337A
Authority: KR
Inventors: 아키타카 야지마
Original assignee: 야스카와 히데아키; 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 1998-12-21
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2001-05-15
Also published as: US6517208B1; EP1061408A1; TW459144B; US6669345B2; US20030025883A1; KR100381426B1; CN1291299A; EP1061408A4; JP2000241882A; WO2000038004A1; JP3269494B2

Abstract

투사화상의 색 얼룩을 줄여서, 콘트라스트의 향상을 꾀하는 것을 가능하게 한다. 투사형표시장치는, 화상정보에 따라 광을 변조하는 광변조수단을 조명하기 위한 조명장치를 구비한다. 조명장치는, 광원광축을 따라 광을 사출하는 광원장치와, 광원장치로부터 사출된 광을 복수의 부분광선속으로 분할하기 위한 복수의 소 렌즈를 가지는 제1 렌즈 어레이와, 제1 렌즈 어레이로부터 사출된 복수의 부분광선속을, 광변조수단에 있어서 거의 균일한 광의 강도분포가 되도록 중첩하기 위한 중첩수단과, 중첩수단과 광변조수단과의 사이에 배치된 흡수각 감소화수단을 구비한다. 흡수각 감소화수단은, 흡수각 감소화수단을 배치하지 않는 경우보다도, 중첩수단으로부터 사출되어 광변조수단으로 입사하는 광의 흡수각을 작게 한다.

Description

조명장치 및 투사형표시장치{ILLUMINATION DEVICE AND PROJECTION DISPLAY APPARATUS}

도 10은, 종래의 투사형표시장치의 일례를 나타낸 도면이다. 광원(10)으로부터 사출된 광은, 균일조명 광학계(20)를 통과한 후, 도시되지 않은 색분리 광학계에 의해 적(R),녹(G),청(B)의 3색의 광으로 분리된다. 이들의 3색의 조명광은, 각 색(R,G,B)용의 액정 패널(51)에서 화상정보에 따라 각각 변조된다. 변조된 3색의 광은 프리즘(61)에 의해서 합성되어, 합성된 광은 투사렌즈(71)를 통해서 스크린(S) 상에 투사되어, 화상을 확대 투사한다.

균일조명 광학계(20)는, 제1 렌즈 어레이(21)와, 제2 렌즈 어레이(22)와, 집속 렌즈(23)로 구성되어 있다. 광원(10)으로부터 사출된 광선속(光線束)은, 제1 렌즈 어레이(21)에 의해서 복수의 부분광선속으로 분할되며, 각 부분광선속은, 제2 렌즈 어레이(22)와 집속 렌즈(23)와의 움직임에 의해서 액정 패널(51)상에서 중첩된다. 즉, 균일조명 광학계(20)는, 액정 패널(51)에 조사되는 광의 강도를 균일화하는 기능을 가지고 있다.

액정 패널(51)의 광학특성은, 입사광의 각도에 크게 의존한다. 종래의 투사형표시장치에서는, 균일조명 광학계(20)를 이용하고 있기 때문에, 액정 패널(51)에 입사하는 광의 각도차(이하, 이 각도차를, 「흡수각(θ)」이라고 한다)가 크고, 투사화상의 색 얼룩이 발생하거나, 콘트라스트가 저하하는 문제가 있었다.

또한, 액정 패널(51)에 대한 입사각도가 큰 광은, 투사 렌즈의 동공내에 입사할 수 없는 가능성이 높고, 투사화상의 밝기가 떨어질 염려도 있었다.

본 발명은, 화상정보에 대응시켜 광변조하는 광변조장치에 조명광을 조사하는 데 적합한 조명장치 및 그 조명장치로부터의 광을 광변조장치에서 변조하여 확대 투사하는 투사형표시장치에 관한 것이다.

도 1은, 본 발명에 의한 조명 장치 및 투사형표시장치의 제1실시예를 나타내는 모식도이다.

도 2는, 제1실시예에 관한 조명장치 및 투사형표시장치를 간략화 한 등가의 광학계를 이용하여 나타내는 도면이다.

도 3은, 도 2의 광학계의 주요부를 나타내는 설명도이다.

도 4는, 액정 패널(51')에 마이크로 렌즈 어레이(51m)가 포함되고 있는 경우의 광선의 궤적을 나타내는 설명도이다.

도 5는, 본 발명에 의한 투사형표시장치의 제2실시예를 나타내는 모식도이다.

도 6은, 제2실시예에 관한 투사형표시장치의 변형예를 나타내는 도면이다.

도 7은, 본 발명에 의한 투사형표시장치의 제3실시예를 나타내는 모식도이다.

도 8은, 본 발명에 의한 투사형표시장치의 제4실시예를 나타내는 모식도이다.

도 9는, 본 발명에 의한 투사형표시장치의 제5실시예를 나타내는 모식도이다.

도 10은, 종래의 투사형표시장치의 일례를 나타내는 도면이다.

본 발명의 목적은, 투사화상의 색 얼룩을 줄임과 동시에, 콘트라스트의 향상을 꾀하여, 밝고 질 좋은 투사화상을 얻을 수 있는 조명장치 및 투사형표시장치를 제공하는 것이다.

상술한 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1의 장치는, 화상정보에 따라 광을 변조하는 광변조수단을 조명하기 위한 조명장치로서, 광원광 축을 따라 광을 사출하는 광원장치와, 상기 광원장치로부터 사출된 광을 복수의 부분광선속으로 분할하기 위한 복수의 소 렌즈를 갖는 제1 렌즈 어레이와, 상기 제1 렌즈 어레이로부터 사출된 상기 복수의 부분광선속을, 상기 광 변조수단에 있어서 거의 균일한 광의 강도분포가 되도록 중첩하기 위한 중첩수단과, 상기 중첩수단과 상기 광변조수단과의 사이에 배치된 흡수각 감소화수단을 구비하고, 상기 흡수각 감소 화수단은, 상기 흡수각 감소화수단을 배치하지 않는 경우보다도, 상기 중첩수단으로부터 사출되어 상기 광 변조수단에 입사하는 광의 흡수각을 작게 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 조명장치는, 흡수각 감소화수단을 구비하고 있기 때문에, 광변조 수단에 입사하는 광의 흡수각을 작게 할 수 있다. 이 결과, 광변조수단으로부터 사출되는 광에 의해서 나타나는 화상의 색 얼룩을 줄일 수 있고, 또한, 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.

상기의 조명장치에 있어서, 상기 중첩수단과 상기 흡수각 감소화수단은, 상기 광원광축과 거의 평행하게 상기 중첩수단에 입사하는 광을, 상기 광변조수단에 있어서 집광시키는 것과 같은 텔레 포토 렌즈계를 구성하는 것이 바람직하다.

이렇게 하면, 광변조수단에 입사하는 광의 흡수각을 용이하게 작게 하는 것이 가능하다.

상기의 조명장치에 있어서, 상기 흡수각 감소화수단은, 오목 렌즈를 포함하도록 해도 좋다.

혹은, 상기의 조명장치에 있어서, 상기 흡수각 감소화수단은, 메니스커스 렌즈를 포함하도록 해도 좋다.

흡수각 감소화수단으로서 오목 렌즈나 메니스커스 렌즈를 이용하면, 중첩수단과 동시에 텔레 포토 렌즈계를 구성하는 것이 가능하기 때문에, 흡수각을 용이하게 작게 하는 것이 가능하다.

또한, 상기의 조명장치에 있어서, 상기 흡수각 감소화수단은, 볼록거울을 포함하도록 하더라도 좋다.

이와 같이, 흡수각 감소화수단으로서 볼록거울을 이용하더라도, 광변조수단에 입사하는 광의 흡수각을 작게 할 수가 있다. 또한, 조명장치에 광로를 굴절하는 반사경을 포함하는 것과 같은 경우에는, 볼록거울이 반사경의 기능도 가지기 때문에, 부품점수를 줄일 수 있는 이점도 있다.

상기의 조명장치에 있어서, 상기 중첩수단은, 상기 제1 렌즈 어레이와 대응하여 설치된 복수의 소 렌즈를 갖는 제2 렌즈 어레이를 포함하며, 상기 제2 렌즈 어레이는, 편심된 소 렌즈를 포함하도록 해도 좋다.

이와 같이, 편심된 소 렌즈를 포함하는 제2 렌즈 어레이를 이용하면, 제2 렌즈 어레이를 중첩수단으로서 기능시킬 수 있다. 또한, 제2 렌즈 어레이를 중첩수단으로서 이용하면, 중첩수단으로서 집속 렌즈가 이용되고 있는 것과 같은 조명장치에 있어서, 집속 렌즈를 얇게 하여, 장치를 경량화 하는 것이 가능하다.

또한, 상기의 조명장치에 있어서, 상기 광원장치는, 상기 광원광축을 따라 집광하면서 진행하는 광을 사출하는 회전타원면형상의 반사면을 갖는 리플렉터를 구비하며, 상기 중첩수단은, 상기 제1 렌즈 어레이와 대응하여 설치된 복수의 소 렌즈를 갖는 제2 렌즈 어레이이고, 상기 제2 렌즈 어레이의 각 소 렌즈의 치수는, 상기 제1 렌즈 어레이의 각 소 렌즈의 치수보다 작도록 해도 좋다.

이렇게 하면, 조명장치를 소형화하는 것이 가능해진다.

상기의 조명장치에 있어서, 상기 중첩수단으로부터 사출되는 광선속은, 전체로서 집광되도록 사출되어, 상기 흡수각 감소화수단으로부터 사출되는 광선속은, 전체로서 평행한 광선속이 되도록 사출해도 좋다.

본 발명의 제2의 장치는, 투사형표시장치로서, 광원광축을 따라 광을 사출하는 광원장치와, 상기 광원장치로부터 사출된 광을 3색광으로 분리하는 색분리수단과, 상기 색분리수단에 의해서 분리된 3개의 색광을, 화상정보에 따라서 변조하는 제1 내지 제3의 광변조수단과, 상기 제1 내지 제3의 광변조수단에 의해서 변조된 변조광을 합성하는 색합성수단과, 상기 색합성수단에 의해서 합성된 합성광을 확대 투사하는 투사수단을 구비하고, 더욱이 상기 광원장치로부터 사출된 광을 복수의 부분광선속으로 분할하기 위한 복수의 소 렌즈를 갖는 제1 렌즈 어레이와, 상기 제1 렌즈 어레이로부터 사출된 상기 복수의 부분광선속을, 상기 제1 내지 제3의 광변조수단에 있어서 거의 균일한 광의 강도분포가 되도록 중첩하기 위한 중첩수단과, 상기 중첩수단과 상기 제1 내지 제3의 광변조수단과의 사이에 배치된 흡수각 감소화수단을 구비하며, 상기 흡수각 감소화수단은, 상기 흡수각 감소화수단을 배치하지 않는 경우보다도, 상기 중첩수단으로부터 사출되어 상기 제1 내지 제3의 광변조수단에 입사하는 광의 흡수각을 작게 하는 것을 특징으로 한다.

본 투사형표시장치에서는, 본 발명의 제1의 장치와 같은 조명장치가 이용되고 있기 때문에, 제1 내지 제3의 광변조수단에 입사하는 광의 흡수각을 작게 할 수 있다. 이 결과, 투사 표시되는 화상의 색 얼룩을 줄일 수 있고, 또한, 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.

상기의 투사형표시장치에 있어서, 상기 색분리수단은, 상기 광원장치로부터 사출된 광을, 제1의 색광과 기타의 색광으로 분리하는 제1의 색분리요소와, 상기 기타의 색광을, 제2의 색광과 제3의 색광으로 분리하는 제2의 색분리요소를 구비하며, 상기 흡수각 감소화수단은, 상기 제1의 색분리 광학계에 의해서 분리되는 상기 제1의 색광의 광로중에 배치되는 제1의 흡수각 감소화요소와, 상기 제1의 색분리광학계에 의해서 분리되는 상기 기타의 색광의 광로중에 배치되는 제2의 흡수각 감소화요소를 구비하도록 해도 좋다.

이와 같이, 흡수각 감소화수단에, 복수의 흡수각 감소화요소가 포함되는 경우에도, 제1 내지 제3의 광변조수단에 입사하는 광의 흡수각을 더 작게 하는 것이 가능하다.

상기의 투사형표시장치에 있어서, 상기 광변조수단은 액정 패널이고, 상기액정 패널은 마이크로 렌즈 어레이를 포함하는 것이라도 좋다.

이와 같이, 마이크로 렌즈 어레이를 포함하는 액정 패널을 이용하는 경우에는 통상, 액정 패널로부터 사출되는 광의 각도차가 액정 패널에 입사하는 광의 흡수각보다도 커진다. 그러나, 본 발명의 투사형표시장치에서는 흡수각 감소화수단이 구비되고 있기 때문에, 액정 패널로부터 사출되는 광의 각도차를 비교적 작게 할 수가 있다. 이것에 의해, 투사화상의 밝기가 떨어지는 것을 방지하는 것이 가능해진다.

본 발명의 제3의 장치는 투사형표시장치로서, 조명장치와, 상기 조명장치로부터 사출된 광을, 화상정보에 따라 변조하는 광변조수단과, 상기 광변조수단으로부터 사출된 변조광을 확대 투사하는 투사수단을 구비하며, 상기 조명장치는, 광원광축을 따라 광을 사출하는 광원장치와, 상기 광원장치로부터 사출된 광을 복수의 부분광선속으로 분할하기 위한 복수의 소 렌즈를 갖는 제1 렌즈 어레이와, 상기 제1 렌즈 어레이로부터 사출된 상기 복수의 부분광선속을, 상기 광변조수단에 있어서 거의 균일한 광의 강도분포가 되도록 중첩하기 위한 중첩수단과, 상기 중첩수단과 상기 광변조수단과의 사이에 배치된 흡수각 감소화수단을 구비하며, 상기 흡수각 감소화수단은, 상기 흡수각 감소화수단을 배치하지 않는 경우보다도, 상기 중첩수단으로부터 사출되어 상기 광변조수단에 입사하는 광의 흡수각을 작게 하는 것을 특징으로 한다.

이 투사형표시장치도, 본 발명의 제2의 장치인 투사형표시장치와 같은 작용 ·효과를 가진다.

이하, 도면 등을 참조하여, 본 발명의 실시예에 관하여, 더욱 상세히 설명한다.

(제1실시예)

도 1은, 본 발명에 의한 조명장치 및 투사형표시장치의 제1실시예를 나타내는 모식도, 도 2는, 제1실시예에 관한 조명장치 및 투사형표시장치를 간략화 한 등가의 광학계를 이용하여 나타내는 도면이다. 제1실시예의 조명장치(1A)(도 2)는, 광원(10)과, 균일조명 광학계(20)와, 흡수각 감소화 광학계(80)로 구성되어 있다.

광원(10)은, 광원 램프(11)와, 회전 포물면 형상의 반사면을 갖는 곡면반사경(리플렉터)(12)으로 구성되어 있다. 광원 램프(11)로서는 할로겐 램프, 메탈 할라이드 램프, 크세논 램프 등을 이용할 수 있다.

균일조명 광학계(20)는, 제1 렌즈 어레이(21)와, 제2 렌즈 어레이(22)와, 집속 렌즈(23)를 구비하고 있다. 이 균일조명 광학계(20)는, 광원(10)으로부터 사출된 광을 복수의 부분광선속으로 분할하여, 각각의 부분광선속을 액정 패널(51 R),(51G),(51B)위에 중첩시킴으로써, 액정 패널(51R),(51G),(51B)위를 거의 균일한 조도로 조명하는 기능을 가지고 있다.

제1 렌즈 어레이(21)는, 매트릭스형상으로 배치된 복수의 구형(矩形) 렌즈(21a)를 가지고 있고, 광원(1O)에서 사출된 광선속을 복수의 부분광선속으로 분할하여, 각 부분광선속을 제2의 렌즈 어레이(22)의 근방으로 집광시킨다.

제2 렌즈 어레이(22)는, 매트릭스형상으로 배치된 복수의 구형 렌즈(22a)를 가지고 있고, 제1 렌즈 어레이(21)로부터 사출된 각 부분광선속의 중심 광로를, 광원광축(광원으로부터 사출되는 광의 중심축)(L)에 대하여 평행하게 가지런히 하는 기능을 가지고 있다. 광원(10)으로부터 사출되는 광선속이 광원광축(L)에 평행한 광인 경우에는, 제1 렌즈 어레이(21)로부터 사출되는 부분광선속 또한, 그 중심 광로가 광원광축에 평행하게 된다. 따라서, 광원(10)으로부터 사출되는 광선속의 평행도가 높은 경우에는, 제2 렌즈 어레이(22)를 생략하더라도 좋다.

또, 본 실시예의 균일 조명광학계(20)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 과 제2 렌즈 어레이(21),(22)의 사이에, 광원광축(L)을 장치의 정면방향(스크린 S 방향)으로 굴곡하는 반사 미러(24)를 구비하고 있다. 제2 렌즈 어레이(22)의 사출면 측에는, 중첩 렌즈로서의 집속 렌즈(23)가 배치되어 있다. 집속 렌즈(23)는, 각 부분광선속을 액정 패널(51R),(51G),(51B) 위에 중첩시키는 기능을 가지고 있다.

이와 같이, 이 투사형표시장치(2A)에서는, 균일조명 광학계(20)에 의해, 액정 패널(51R),(51G),(51B)위를 거의 균일한 조도의 광으로 조명할 수가 있기 때문에, 조도 얼룩이 없는 투사화상을 얻을 수 있다.

흡수각 감소화 광학계(80)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 균일조명 광학계(20)로부터 사출된 광이 액정 패널(51R),(51G),(51B)로 입사할 때의「흡수각 (θ)」을 작게 하는 기능을 가지고 있다. 여기서, 「흡수각(θ)」은, 상술한 바와 같이, 액정 패널로 입사하는 광의 입사각의 각도차를 의미한다. 도 1의 예로서는, 흡수각 감소화 광학계(80)는, 후술하는 색분리광학계(40)내에 배치된 2개의 오목 렌즈(81),(82)의 각각에 의해 실현되고 있다. 흡수각 감소화 광학계(80)를 이용함으로써, 액정 패널(51R),(51G),(51B)로 입사하는 광의「흡수각(θ)」이 작게 되기 때문에, 색 얼룩을 줄일 수 있고, 또한, 콘트라스트의 향상을 꾀할 수 있다.

제1실시예의 투사형표시장치(2A)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 조명장치(1 A)의 균일조명 광학계(20)를 개재하여 사출되는 광(W)을, 적, 녹, 청의 각 색광(R),(G),(B)으로 분리하는 색분리 광학계(40)와, 각 색광을 변조하는 색변조수단으로서의 3개의 액정 패널(51R),(51G),(51B)과, 변조된 광을 합성하는 광합성 광학계(60)로서의 프리즘(61)과, 합성된 광을 스크린(S)위에 확대투사하는 투사광학계로서의 투사 렌즈(71)를 구비하고 있다. 또한, 색분리 광학계(40)에 의해서 분리된 각 색광중, 청색광(B)을 대응하는 액정 패널(51B)로 이끄는 릴레이 렌즈계(90)를 구비하고 있다.

색분리 광학계(40)는, 청색녹색반사 다이클로익 미러(41)와, 녹색반사 다이클로익 미러(42)와, 반사경(43)으로 구성되어 있다. 균일조명 광학계(20)로부터 사출된 광(W)중, 우선, 청색녹색반사 다이클로익 미러(41)에 있어서, 거기에 포함되어 있는 청색광(B) 및 녹색광(G)이 직각으로 반사되어, 녹색반사 다이클로익 미러(42)측으로 향한다. 적색광(R)은, 이 청색녹색반사 다이클로익 미러(41)를 투과하여, 후방의 반사경(43)에서 거의 직각으로 반사되어, 적색광의 사출부(44)로부터 색합성 광학계(프리즘 61)측으로 사출된다.

다음에, 청색녹색반사 다이클로익 미러(41)에 있어서 반사된 청색 및 녹색의 광(B),(G)중, 녹색반사 다이클로익 미러(42)에 있어서, 녹색광(G)만이 거의 직각으로 반사되어, 녹색광의 사출부(45)로부터 프리즘(61)측으로 사출된다. 이 녹색 반사 다이클로익 미러(42)를 투과한 청색광(B)은, 청색광의 사출부(46)로부터 릴레이 렌즈 계(90)측으로 향하여 사출된다. 본 실시예에서는, 균일조명 광학계(20)의 광 사출부로부터, 색분리 광학계(40)에 있어서의 각 색광의 사출부(44),(45),(46)까지의 거리가 거의 동등해지도록 설정되어 있다. 여기서, 본 실시예에 있어서는, 색분리 광학계(40)의 적색광의 사출부(44), 녹색광의 사출부(45)의 사출측에는, 각각, 평볼록 렌즈로 이루어지는 집광 렌즈(101),(102)가 배치되어 있다. 각 사출부(44),(45)로부터 사출한 적색광(R) 및 녹색광(G)은, 이들의 집광 렌즈(101),(102)로 입사하여 평행화된다.

이렇게 하여 평행화된 적색광(R) 및 녹색광(G)은, 도시하지 않는 편광판을 통과하여 편광방향이 가지런하게 된 후, 집광 렌즈(101),(102)의 직후에 배치되어 있는 액정 패널(51R),(51G)로 입사하여 변조된다. 그리고, 각 색광에 대응한 화상정보가 부가된다. 이들의 액정 패널(51R),(51G)은, 도시되지 않은 구동수단에 의해 화상정보에 따라 스위칭 제어가 행하여지고, 이에 의해, 여기를 통과하는 각 색광의 변조가 행하여진다. 이러한 구동수단은 공지의 수단을 그대로 사용할 수가 있어, 본 실시예에 있어서는 그 설명을 생략한다.

한편, 청색광(B)은, 릴레이 렌즈계(90)를 통과하여, 더욱이 도시하지 않은 편광판을 통과하여 편광방향이 가지런하게 된 후, 대응하는 액정 패널(51B)로 이끌어진다. 그리고, 다른 색광과 같이, 화상정보에 따라 변조가 실시된다. 본 실시예의 액정 패널(51R),(51G),(51B)은, 폴리 실리콘 박막트랜지스터(TFT)를 스위칭소자로서 이용한 것을 사용하고 있다.

릴레이 렌즈계(90)는, 입사측 반사경(91)과, 사출측 반사경(92)과, 이들의 사이에 배치된 중간 렌즈(93)와, 집광 렌즈(103)와, 집광 렌즈(104)를 포함하고 있다. 각 색광의 광로길이, 즉, 광원 램프(11)로부터 각 액정 패널까지의 거리는, 청색광(B)이 가장 길어지기 때문에, 이 광의 광량 손실이 가장 많아진다. 그러나, 본 실시예와 같이, 릴레이 렌즈계(90)를 개재시키는 것에 의해, 광량 손실을 억제할 수 있다. 또, 릴레이 렌즈계(90)를 통과시키는 색광은, 적색 또는 녹색의 광으로 하는 것도 가능하다.

다음에, 각 액정 패널(51R),(51G),(51B)을 통해 변조된 각 색광선속중, 도시하지 않은 편광판을 통과한 1종류의 편광방향의 광만이, 프리즘(61)으로 입사되어, 여기서 합성된다. 본 실시예에 있어서, 색합성 광학계(60)(도 2)로 이용되고 있는 프리즘(61)은, 4개의 프리즘의 계면을 따라, 두 종류의 다이클로익막이 X자형상으로 형성된 다이클로익 프리즘이다. 색합성 광학계(60)로서는, 두 종류의 다이클로익 미러를 X자형상으로 배치한 구성의 크로스 미러나, 두 종류의 다이클로익 미러를 별개로 배치한 구성의 미러 합성계를 이용하는 것도 가능하다.

또, 본 실시예에 있어서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 균일조명 광학계(20)로부터 사출되는 광선속은, 전체로서 집광되어 있다. 여기서, 「전체로서 집광」이란, 모든 부분광선속을 형성하는 광선중, 최외측의 광선이, 광학계의 광축측에 들러가는 것을 말한다. 또한, 흡수각 감소화 광학계(80)는, 균일조명 광학계(20)로부터 전체로서 집광되도록 사출된 광을, 전체로서 평행한 광선속으로 한다. 여기서, 「전체로서 평행」이란, 모든 부분광선속을 형성하는 광선중, 최외측의 광선이 광학계의 광축에 평행한 것을 말한다.

이와 같이, 본 실시예에 있어서의 조명장치(1A)에서는, 균일조명 광학계(20)로부터 사출되는 광선속은, 전체로서 집광되도록 사출되어 있다. 그러나, 균일조명 광학계(20)로부터 사출되는 광선속은, 전체로서 집광되도록 사출되어 있지 않더라도, 전체로서 잘 발산하도록 사출되어 있어도 좋다. 다만, 균일조명 광학계(20)로부터 사출되는 광선속이 전체로서 집광되도록 하면, 후단에 구비되는 흡수각 감소화 광학계(80)를 소형화할 수 있는 이점이 있다.

또한, 흡수각 감소화 광학계(80)로부터 사출되는 광선속은, 전체로서 평행한 광선속이 되도록 사출되어 있다. 그러나, 흡수각 감소화 광학계(80)로부터 사출되는 광선속의 폭은, 액정 패널(51)로 향함에 따라 커져도 좋고, 작아져도 좋다. 흡수각 감소화 광학계(80)는, 흡수각 감소화 광학계를 배치하지 않는 경우보다도, 중첩 렌즈인 집속 렌즈(23)로부터 사출되어 액정 패널(51)로 입사하는 광의 흡수각을 작게 하는 것이 가능하면 좋다.

도 3은, 도 2의 광학계의 요부를 나타내는 설명도이다. 도 3에서는, 제2 렌즈 어레이(22)와, 집속 렌즈(23)와, 흡수각 감소화 광학계(80)와, 액정 패널(51)만이 도시되어 있다. 또한, 도 3에서는, 광원광축(L)에 평행하고, 제2 렌즈 어레이(22)의 최외주에 배치된 소 렌즈의 중심을 통과하는 광선의 궤적이 도시되어 있다.

도시한 바와 같이, 광원광축(L)과 거의 평행한 광선은, 제2 렌즈 어레이(22)를 그대로 통과하여, 그 후 집속 렌즈(23)를 통과함으로써, 점(P1)에 있어서 집광 되도록 진행한다. 여기서, 집속 렌즈(23)가 배치되어 있는 점(PO)과 점(P1)과의 거리는, 집속 렌즈(23)의 초점 거리(F1)에 상당한다. 집속 렌즈(23)를 통과하여 흡수각 감소화 광학계(오목 렌즈)(80)로 입사한 광은, 오목 렌즈를 통과할 때에 굴절하여, 액정 패널(51)내의 점(P2)에 있어서 집광되도록 진행한다. 즉, 집속 렌즈(23)와 오목 렌즈(80)는, 광원광축(L)과 거의 평행하게 입사하는 광을 점(P2)에 집광하는 텔레 포토 렌즈계를 구성한다. 이 텔레 포토 렌즈계의 초점 거리(F2)는, 점(PO)과 점(P2)사이의 거리와 같다. 도 3으로부터 알 수 있듯이, 흡수각 감소화 광학계(80)를 이용하는 경우에는, 집속 렌즈(23)로부터 사출된 광이 직접 액정 패널(51)을 조명하는 경우의 흡수각(θ1)보다도 작은 흡수각(θ2)으로 액정 패널(51)을 조명할 수 있다.

또, 종래의 투사형표시장치(도 10)와 같이, 흡수각 감소화 광학계(80)를 이용하지 않고 본 실시예와 같은 비교적 작은 흡수각(θ2)(도 3)을 실현시키는 경우에는, 비교적 긴 초점거리(Fl')를 가지는 집속 렌즈(23')를 점(P0')에 배치할 필요가 있다. 그러나, 이 경우에는, 집속 렌즈(23')와 액정 패널(51)과의 거리가 길어지기 때문에, 투사형표시장치 전체가 대형화해 버리는 문제가 있다. 본 실시예와 같이하면, 흡수각을 작게 할 수 있음과 동시에, 투사형 표시장치를 비교적 작게 하는 것이 가능하다.

그런데, 액정 패널에는, 액정 패널로 입사하는 광을 각 화소에 잘 입사시키기 위해서 마이크로 렌즈 어레이가 포함되어 있는 경우가 있다. 도 4는, 액정 패널(51')에 마이크로 렌즈 어레이(51m)가 포함되어 있는 경우의 광선의 궤적을 나타내는 설명도이다. 또, 광선의 궤적은 도 3과 같이, 광원광축(L)에 평행하고, 제2 렌즈 어레이(22)의 최외주에 배치된 소 렌즈의 중심을 통과하는 것에 관하여 나타나 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 액정 패널(51')에는 도 3과 같이, 흡수각(θ2)에서 광이 입사되고 있지만, 액정 패널(51')로부터는, θ2보다도 큰 각도차(θ2')로 광이 사출되고 있다. 이와 같이, 액정 패널(51')안에 마이크로 렌즈 어레이(51 m)가 포함되어 있는 경우에는, 액정 패널(51')로부터 사출되는 광이 입사하는 광보다도 넓어져 버린다. 그러나, 본 실시 예와 같이, 흡수각 감소화 광학계(80)를 이용하는 경우에는, 액정 패널(51')로 입사하는 광의 흡수각(θ2)을 작게 할 수 있기 때문에, 액정 패널(51')로부터 사출되는 광의 각도차(θ2')도 이에 따라 작게 하는 것이 가능하다. 이에 의해, 액정 패널(51')로부터 사출된 광을, 투사 렌즈(71) (도 1)의 동공내에 잘 입사될 수 있기 때문에, 투사화상의 밝기를 유지할 수 있다.

이상, 상세히 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는, 오목 렌즈(81),(82)등의 흡수각 감소화 광학계(80)를 설치하였기 때문에, 액정 패널(51),(51')로 입사하는 광의 「흡수각(θ)」이 작게 되어, 색 얼룩을 줄일 수 있고, 또한, 콘트라스트의 향상을 꾀할 수 있다. 또한, 투사 렌즈(71)의 직경을 작게 할 수가 있다.

또, 본 실시예의 집속 렌즈(23)는 본 발명에 있어서의 중첩수단에 해당한다. 따라서, 본 실시예의 균일조명 광학계(20)는, 본 발명에 있어서의 제1 렌즈 어레이와 중첩수단을 포함하고 있다.

(제2실시예)

도 5는, 본 발명에 의한 투사형표시장치의 제2실시예를 나타내는 모식도, 도 6은, 제2실시예에 관한 투사형표시장치의 변형예를 나타내는 도면이다. 또, 이하에 설명하는 각 실시예에서는, 상술한 제1실시예(도 1,도 2)와 같은 기능을 하는 부분에는, 동일한 부호를 붙여 중복하는 설명을 적절히 생략한다.

제2실시예에서는, 흡수각 감소화 광학계로서, 관찰측(액정 패널 51측)에 볼록하게 되는 요철 렌즈인 부(負)(발산)의 메니스커스 렌즈(83A)를 이용한 것이다.

또, 도 6에 나타낸 바와 같이, 관찰측에 오목하게 되도록 메니스커스 렌즈(83B)를 배치하여도 좋다.

제2실시예에서는, 제1실시예와 같은 효과를 얻을 수 있고, 그 위에 메니스커스 렌즈(83A),(83B)를 이용했기 때문에, 수차(收差)가 감소하여 효율이 좋은 조명이 가능하다고 하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도 5 또는 도 6과 같이, 렌즈배치의 자유도가 늘어나기 때문에, 효율을 좋게 배치할 수가 있고, 다른 광학부품과의 간섭이나 위치의 제약이 없어져, 소형화를 꾀할 수 있다. 예컨대, 도 1의 오목 렌즈(81)와 반사경(43)이 간섭하여 버리는 것과 같은 경우에, 오목 렌즈(81)를 바꿔 반사경(43)측에 볼록면을 갖는 메니스커스 렌즈(83A) (도 5)를 이용하면, 반사경(43)과 간섭을 피하는 것이 가능해진다.

(제3실시예)

도 7은, 본 발명에 의한 투사형표시장치의 제3실시예를 나타내는 모식도이다. 제3실시예는, 도 1의 오목 렌즈(81)와 반사경(43) 대신에, 볼록거울(84)을 설치 한 것이다. 제3실시예에 의하면, 제1실시예와 같은 효과를 얻을 수 있고, 그 위에 광학부품을 줄일 수 있어, 코스트 다운을 꾀할 수 있다.

(제4실시예)

도 8은, 본 발명에 의한 투사형표시장치의 제4실시예를 나타내는 모식도이다. 제4실시예에서는, 광원(10D)의 리플렉터(12D)로서 타원거울이 이용되고 있고, 집광된 광이 사출된다. 이를 위해, 제2 렌즈 어레이(22D)의 각 구형 렌즈의 치수는 제1 렌즈 어레이(21D)의 각 구형 렌즈의 치수보다도 작게 설정하고 있다. 제4실시 예에 의하면, 제1실시예와 같은 효과를 얻을 수 있고, 그 위에 광량이 많아 리플렉터가 큰 광원을 이용한 경우에 조명계를 소형화할 수 있다.

또, 상술한 제1 내지 제3실시예에서, 균일조명 광학계(20)는, 제1 렌즈 어레이(21), 제2 렌즈 어레이(22) 및 집속 렌즈(23)에 의해서 구성되어 있고, 집속 렌즈(23)는 중첩기능을 가지는 렌즈이고, 제2 렌즈 어레이(22)는, 부분광선속의 축을 광학계의 광축에 평행으로 하는 기능을 가지는 렌즈이다. 한편, 제4실시예의 경우에는, 집속 렌즈가 없기 때문에, 제2 렌즈 어레이(22D)가 중첩기능을 가지는 렌즈로 된다.

(제5실시예)

도 9는, 본 발명에 의한 투사형표시장치의 제5실시예를 나타내는 모식도이다. 제5실시예에서는, 도 1의 제1실시예의 투사형표시장치와 비교해서 균일조명 광학계가 변경되어 있다. 제5실시예의 균일조명 광학계(20E)는, 제1 렌즈 어레이(21)와, 제2 렌즈 어레이(22E)와, 집속 렌즈(23E)로 구성되어 있다. 제2 렌즈 어레이(22E)는, 제1∼제4실시예와 같이 제1 렌즈 어레이와 대응하여 설치된 복수의 소 렌즈를 포함하고 있다. 그러나, 제1∼제4실시예에서는, 제1 렌즈 어레이(21) 및 제2 렌즈 어레이(22),(22D)의 각 소 렌즈는 동시에 편심되어 있지 않지만, 제5실시예에서, 제2 렌즈 어레이(22E)의 각 소 렌즈는 편심되어 있다. 제5실시예의 제2 렌즈 어레이(22E)로서는, 예컨대, 프레넬 렌즈의 형상을 제2 렌즈 어레이의 각 소 렌즈에 적용한 바와 같은 형상의 것을 이용할 수 있다. 이러한 편심 렌즈를 포함하는 제2 렌즈 어레이(22E)를 이용하는 경우에는, 집속 렌즈(23E)와 동시에 제2 렌즈 어레이(22E)도 본 발명에 있어서 중첩수단으로서의 기능을 가진다. 이와 같이, 제2 렌즈 어레이(22E)로서 편심 렌즈를 포함하는 렌즈 어레이를 이용하면, 집속 렌즈(23E)를 얇게 할 수 있기 때문에, 장치의 경량화가 가능하다.

또, 제2 렌즈 어레이로서는, 각 소 렌즈의 편심시키는 방법을 바꿔, 구면(球面)수차를 작게 할 수 있는 바와 같은 것을 이용하더라도 좋다.

또한, 제5실시예에서는, 편심 렌즈를 포함하는 제2 렌즈 어레이(22E)와 집속 렌즈(23E)를 이용하여 중첩수단의 기능을 실현하고 있지만, 집속 렌즈를 생략하여, 편심 렌즈를 포함하는 제2 렌즈 어레이만에 의해서 중첩수단의 기능을 실현하는 것이 가능하다. 즉, 본 발명에 있어서의 중첩수단으로서는, 편심된 소 렌즈를 포함하는 제2 렌즈 어레이를 포함하는 것과 같은 것이라도 좋다.

(변형예)

이상, 설명한 실시예에 한정되지 않고, 여러 가지의 변형이나 변경이 가능하다.

(1)상술한 실시예는, 투과형의 액정 패널을 이용한 투사형표시장치의 예로서 설명하였지만, 반사형의 액정 패널을 이용한 투사형표시장치에 대해서도 마찬가지로 적용할 수가 있다.

(2)상술한 실시예에서는, 컬러화상을 투사 표시할 수 있는 투사형표시장치의 예에 관하여 설명하였지만, 투사형표시장치는 흑백화상만 표시 가능하더라도 좋다. 흑백화상을 표시하는 투사형표시장치로서는 컬러화상을 표시하는 투사형표시장치에 구비되어 있는 색분리 광학계(40)나 색합성 광학계(60)를 생략할 수가 있다.

(3)제4실시예는, 제1∼제3실시예와 같은 평행광을 사출하는 광원(10)과 제1 렌즈 어레이(21)와의 사이에 집광 렌즈를 배치한 바와 같은 경우나, 평행광을 사출하는 광원을 이용하여 제1 렌즈 어레이(21)와 제2 렌즈 어레이(22)와의 사이에 집광 렌즈를 배치한 바와 같은 경우에도 적용 가능하다.

(4)제4,제5실시예에 있어서의 흡수각 감소화 광학계(80)로서, 제2,제3실시 예와 같은 메니스커스 렌즈나, 볼록거울을 채용하는 것도 가능하다.

(5)제5실시예(도 9)에서는, 제2 렌즈 어레이(22E)로서 편심 렌즈 어레이가 이용되고 있지만, 제2,제3실시예에 있어서도, 마찬가지로 제2 렌즈 어레이로서 편심 렌즈를 이용해도 좋다. 이 경우에도, 제5실시예와 같은 효과, 즉, 얇은 집속 렌즈를 이용할 수 있는 효과를 갖는다.

(6)흡수각 감소화 광학계(80)를 구성하는 렌즈나 볼록거울을, 복수 배치하는 경우에는, 모두 같은 렌즈 혹은 볼록거울로 하여도 좋지만, 일부를 오목 렌즈로 하고, 나머지를 메니스커스 렌즈로 하는 등, 다른 광학소자를 조합하여 이용해도 좋다.

(7)상기의 제1∼제5실시예에서는, 오목 렌즈나 메니스커스 렌즈, 볼록거울이 각각 단독으로 흡수각 감소화 광학계(80)를 구성하고 있지만, 각종의 렌즈나 미러로부터 선택된 복수의 광학요소를 이용하여 흡수각 감소화 광학계(80)를 구성해도 좋다.

그런데, 도 1의 3개의 액정 패널(51R),(51G),(51B)의 광 입사면 근방에는, 각각 집광 렌즈(101),(102),(104)가 배치되어 있다. 이 집광 렌즈(101),(102), (104)는, 상술한 바와 같이, 액정 패널에 입사하는 광을 평행화하는 기능, 바꾸어 말하면, 흡수각을 작게 하는 기능을 갖고 있기 때문에, 흡수각 감소화수단도 생각할 수 있다. 그러나, 집광 렌즈(101),(102),(104)에 의해서 작아지는 흡수각의 각도는, 오목 렌즈(81),(82)에 의해서 작아지는 흡수각의 각도와 비교하여 거의 무시할 수 있다. 즉, 본 명세서에 있어서의 흡수각 감소화수단은, 액정 패널의 광입사면 근방에 배치된 집광 렌즈(101),(102),(104)이외의 렌즈나 볼록거울등을 적어도 1개 포함하는 「협의의 흡수각 감소화수단」을 의미하고 있다.

본 발명의 조명장치는, 여러 가지의 투사형표시장치에 적용 가능하다. 또한, 본 발명의 투사형표시장치는 예컨대, 컴퓨터로부터 출력된 화상이나 비디오 레코더로부터 출력된 화상을 스크린 위에 투사하고 표시하는 데 적용 가능하다.

Claims

화상정보에 따라 광을 변조하는 광변조수단을 조명하기 위한 조명장치로서,

광원광축을 따라 광을 사출하는 광원장치와,

상기 광원장치로부터 사출된 광을 복수의 부분광선속(光線束)으로 분할하기 위한 복수의 소 렌즈를 갖는 제1 렌즈 어레이와,

상기 제1 렌즈 어레이로부터 사출된 상기 복수의 부분광선속을, 상기 광변조수단에 있어서 거의 균일한 광의 강도분포로 되도록 중첩하기 위한 중첩수단과,

상기 중첩수단과 상기 광변조수단과의 사이에 배치된 흡수각 감소화수단을 구비하며,

상기 흡수각 감소화수단은, 상기 흡수각 감소화수단을 배치하지 않는 경우보다도, 상기 중첩수단으로부터 사출되어 상기 광변조수단으로 입사하는 광의 흡수각을 작게 하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제1항에 있어서,

상기 중첩수단과 상기 흡수각 감소화수단은, 상기 광원광축과 거의 평행하게 상기 중첩수단으로 입사하는 광을, 상기 광변조수단에 있어서 집광시키는 것과 같은 텔레 포토 렌즈계를 구성하는 조명장치.
제2항에 있어서,

상기 흡수각 감소화수단은, 오목 렌즈를 포함하는 조명장치.
제2항에 있어서,

상기 흡수각 감소화수단은, 메니스커스 렌즈를 포함하는 조명장치.
제1항에 있어서,

상기 흡수각 감소화수단은, 볼록거울을 포함하는 조명장치.
제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서,

상기 중첩수단은, 상기 제1 렌즈 어레이와 대응하여 설치된 복수의 소 렌즈를 가지는 제2 렌즈 어레이를 포함하고,

상기 제2 렌즈 어레이는, 편심된 소 렌즈를 포함하는 조명장치.
제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서,

상기 광원장치는, 상기 광원광축을 따라 집광하면서 진행하는 광을 사출하는 회전 타원면 형상의 반사면을 가지는 리플렉터를 구비하고,

상기 중첩수단은, 상기 제1 렌즈 어레이와 대응하여 설치된 복수의 소 렌즈를 가지는 제2의 렌즈 어레이이고,

상기 제2 렌즈 어레이의 각 소 렌즈의 치수는, 상기 제1 렌즈 어레이의 각 소 렌즈의 치수보다도 작은 조명장치.
제1항에 있어서,

상기 중첩수단으로부터 사출되는 광선속은, 전체로서 집광되도록 사출되고, 상기 흡수각 감소화수단으로부터 사출되는 광선속은, 전체로서 평행한 광선속이 되도록 사출되는 조명장치.
투사형표시장치로서,

광원광축을 따라 광을 사출하는 광원장치와,

상기 광원장치로부터 사출된 광을 3개의 색광으로 분리하는 색분리수단과,

상기 색분리수단에 의해서 분리된 3개의 색광을, 화상정보에 따라 변조하는 제1내지 제3의 광변조수단과,

상기 제1내지 제3의 광변조수단에 의해서 변조된 변조광을 합성하는 색합성 수단과,

상기 색합성수단에 의해서 합성된 합성광을 확대 투사하는 투사수단을 구비하고,

상기 광원장치로부터 사출된 광을 복수의 부분광선속으로 분할하기 위한 복수의 소 렌즈를 가지는 제1 렌즈 어레이와,

상기 제1 렌즈 어레이로부터 사출된 상기 복수의 부분광선속을, 상기 제1내지 제3의 광변조수단에 있어서 거의 균일한 광의 강도분포가 되도록 중첩하기 위한 중첩수단과,

상기 중첩수단과 상기 제1내지 제3의 광변조수단과의 사이에 배치된 흡수각 감소화수단을 더 구비하며,

상기 흡수각 감소화수단은, 상기 흡수각 감소화수단을 배치하지 않는 경우보다도, 상기 중첩수단으로부터 사출되어 상기 제1내지 제3의 광변조수단으로 입사하는 광의 흡수각을 작게 하는 것을 특징으로 하는 투사형표시장치.
제9항에 있어서,

상기 중첩수단과 상기 흡수각 감소화수단은, 상기 광원광축과 거의 평행하게 상기 중첩수단으로 입사하는 광을, 상기 제1내지 제3의 광변조수단에 있어서 집광시키는 것과 같은 텔레 포토 렌즈계를 구성하는 투사형표시장치.
제10항에 있어서,

상기 흡수각 감소화수단은, 오목 렌즈를 포함하는 투사형표시장치.
제10항에 있어서,

상기 흡수각 감소화수단은, 메니스커스 렌즈를 포함하는 투사형표시장치.
제9항에 있어서,

상기 흡수각 감소화수단은, 볼록거울을 포함하는 투사형표시장치.
제10항 내지 제13항중 어느 한 항에 있어서,

상기 색분리수단은,

상기 광원장치로부터 사출된 광을, 제1의 색광과 기타의 색광으로 분리하는 제1의 색분리요소와,

상기 기타의 색광을, 제2의 색광과 제3의 색광으로 분리하는 제2의 색분리요소를 구비하고,

상기 흡수각 감소화수단은,

상기 제1의 색분리 광학계에 의해서 분리되는 상기 제1의 색광의 광로중에 배치되는 제1의 흡수각 감소화요소와,

상기 제1의 색분리 광학계에 의해서 분리되는 상기 기타의 색광의 광로중에 배치되는 제2의 흡수각 감소화요소를 구비하는 투사형표시장치.
제9항 내지 제14항중 어느 한 항에 있어서,

상기 중첩수단은, 상기 제1 렌즈 어레이와 대응하여 설치된 복수의 소 렌즈를 가지는 제2 렌즈 어레이를 포함하고,

상기 제2 렌즈 어레이는, 편심된 소 렌즈를 포함하는 투사형표시장치.
제9항 내지 제14항중 어느 한 항에 있어서,

상기 광원장치는, 상기 광원광축을 따라 집광하면서 진행하는 광을 사출하는 회전 타원면 형상의 반사면을 가지는 리플렉터를 구비하며,

상기 중첩수단은, 상기 제1 렌즈 어레이와 대응하여 설치된 복수의 소 렌즈를 가지는 제2 렌즈 어레이이고,

상기 제2 렌즈 어레이의 각 소 렌즈의 치수는, 상기 제1 렌즈 어레이의 각 소 렌즈의 치수보다도 작은 투사형표시장치.
제9항 내지 제16항중 어느 한 항에 있어서,

상기 광변조수단은 액정 패널이고,

상기 액정 패널은 마이크로 렌즈 어레이를 포함하는 투사형표시장치
제9항에 있어서,

상기 중첩수단으로부터 사출되는 광선속은, 전체로서 집광되도록 사출되고,

상기 흡수각 감소화수단으로부터 사출되는 광선속은, 전체로서 평행한 광선 속이 되도록 사출되는 투사형표시장치.
투사형표시장치로서,

조명장치와,

상기 조명장치로부터 사출된 광을, 화상정보에 따라 변조하는 광변조수단과,

상기 광변조수단으로부터 사출된 변조광을 확대 투사하는 투사수단을 구비하고,

상기 조명장치는,

광원광축을 따라 광을 사출하는 광원장치와,

상기 광원장치로부터 사출된 광을 복수의 부분광선속으로 분할하기 위한 복수의 소 렌즈를 가지는 제1 렌즈 어레이와,

상기 제1 렌즈 어레이로부터 사출된 상기 복수의 부분광선속을, 상기 광변조수단에 있어서 거의 균일한 광의 강도분포가 되도록 중첩하기 위한 중첩수단과,

상기 중첩수단과 상기 광변조수단과의 사이에 배치된 흡수각 감소화수단을 구비하며,

상기 흡수각 감소화수단은, 상기 흡수각 감소화수단을 배치하지 않는 경우보다도, 상기 중첩수단으로부터 사출되어 상기 광변조수단으로 입사하는 광의 흡수각을 작게 하는 것을 특징으로 하는 투사형표시장치.