KR100704203B1

KR100704203B1 - 조명 장치 및 이를 이용한 투사형 화상 표시 장치

Info

Publication number: KR100704203B1
Application number: KR1020047020786A
Authority: KR
Inventors: 하타케야마아츠시
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2003-10-08
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2023-10-08
Also published as: US20050146891A1; CA2487853A1; WO2004034143A1; TW200420139A; KR20050014870A; EP1550908A1; EP1550908A4; EP1550908B1; TWI325278B; US7316484B2

Abstract

2개의 광원부(101, 102)와, 로드 인테그레이터(1)와, 로드 인테그레이터(1)로부터 출사된 광속을 인도하는 릴레이 렌즈 시스템(4)을 구비하고, 로드 인테그레이터(1)는 입사 단면(130F)을 위쪽 바닥, 출사 단면(130B)을 아래쪽 바닥으로 하는 기둥 형상 광학 소자이고, 4면의 측면 중, 한쪽의 대향하는 측면은, 평면끼리 서로 평행하게 대향한 부분을 형성하고 있고, 다른 쪽의 대향하는 측면은, 상기 입사 단면(130F)으로부터 출사 단면(130B)을 향해 양 측면이 서로 떨어지도록, 평면끼리 서로 소정 각도의 기울기를 가지고 대향하는 테이퍼면을 형성하고 있고, 2개의 광원부(101, 102)로부터의 광은 로드 인테그레이터(1)의 입사 단면(130F) 근방에 수속 조사된다.

Description

조명 장치 및 이를 이용한 투사형 화상 표시 장치{ILLUMINATOR AND PROJECTION IMAGE DISPLAY EMPLOYING IT}

본 발명은, 조명 장치 및 이를 이용한 투사형 화상 표시 장치에 관한 것이다.

종래, 대화면 영상을 표시하는 방법으로서, 영상 신호에 따른 화상을 표시하는 소형의 라이트 밸브를 조명하고, 그 화상을 투사 렌즈에 의해 확대 투사하는 투사형 화상 표시 장치가 알려져 있다. 라이트 밸브에는 투과형 또는 반사형의 액정 패널을 이용한 것이나, 미세한 미러의 집합체인 디지털 미러 디바이스를 이용한 것이 있고, 이들을 이용한 투사형 화상 표시 장치가 실용화되어 있다. 이하, 종래의 투사형 화상 표시 장치에 관해서 설명한다.

도 21은 특허문헌 1에 개시된 종래의 기둥 형상 광학 소자(이하, 「로드 인테그레이터」라고 한다)와 라이트 밸브를 이용한 투사형 화상 표시 장치를 도시하는 광학 시스템 개념도이다. 도면 중, 2는 램프, 3은 타원 오목면 거울, 4는 릴레이 렌즈 시스템, 5는 필드 렌즈, 6은 투과형 라이트 밸브, 7은 투사 렌즈, 15는 유리 재료로 이루어지는 로드 인테그레이터이다.

다음에 동작에 관해서 설명한다. 램프(2)의 발광 중심은 타원 오목면 거울 (3)의 제1 초점 근방에 배치되고, 램프(2)로부터 출사되는 광속(光束)은 타원 오목면 거울(3)에서 반사된 후, 타원 오목면 거울(3)의 제2 초점 근방에 집광된다. 로드 인테그레이터(15)의 입사면은 상기의 제2 초점 근방에 배치되어 있고, 입사한 광속은 로드 인테그레이터(15)의 길이 방향의 측면에서 적당하게 전(全) 반사되어 로드 인테그레이터(15)로부터 출사된다.

여기서, 종래의 로드 인테그레이터(15)의 기본 동작을 설명한다. 도 22는 입사한 광선의 동작을 도시하는 상면도이고, 도 23은 입사한 광선의 동작을 도시하는 측면도이다. 도면 중, 각도(θ)로 입사한 광선은, 로드 인테그레이터(15)의 길이 방향의 측면에서 적당하게 전 반사되어, 각도가 보존 전달되어 각도(θ)로 출사 된다. 따라서, 예를 들면 타원 오목면 거울(3)의 집광각의 최대치가 30도이면, 이에 대응한 최대 30도의 광선이 로드 인테그레이터(15)로부터 출사된다.

또한, 입사하는 광선의 각도가 상이하면, 로드 인테그레이터(15)의 길이 방향의 측면에서 적당하게 전 반사되는 회수가 상이하고, 이들은 출사면에서 혼합되므로, 입사면에서는 불균일한 조도 분포라도 출사면에서 중첩되어, 결과적으로 로드 인테그레이터(15)의 출사면에서는 균일성이 우수하고, 또한 원하는 조명 영역과 대략 동일한 형상의 조명 광속을 얻는 것이 가능해진다. 단, 반사 회수가 많을수록 균일성이 우수하므로 로드 인테그레이터(15)의 길이가 충분히 취해져 있는 것은 말할 필요도 없다.

또한, 로드 인테그레이터(15)로부터 출사된 광속은, 적어도 1매로 구성되는 릴레이 렌즈 시스템(4) 및 필드 렌즈(5)를 통해 투과형 라이트 밸브(6)를 조명한 다. 투과형 라이트 밸브(6)는 구동 회로(도시하지 않음)로부터 출력되는 전기 신호에 의해서 화상을 표시한다. 투과형 라이트 밸브(6)에 표시된 화상은, 투사 렌즈(7)를 통해 확대 투사되어 스크린(도시하지 않음)에 투사된다.

또한, 한편으로 이와 같은 투사형 화상 표시 장치에서는, 투사 화상의 고휘도화에 대한 요망이 높고, 다수의 광원을 이용한 투사형 화상 표시 장치가 개시되어 있다. 예를 들면, 특허문헌 2와 같이 다수의 광원의 출사 광속을 광 화이버 등의 광 가이드 수단에 의해 합성하는 방법 및 광원을 소정의 위치에 위치시켜, 반사 미러, 반사 프리즘 등에 의해 반사된 광을 합성하는 방법이 개시되어 있다.

또한, 하기 특허문헌 3에는, 광원은 상기 특허문헌 1과 마찬가지로 1개이지만, 로드 인테그레이터에, 입사 단면(端面)으로부터 출사 단면(端面)을 향해 단면(斷面) 형상이 연속적으로 증대하는 테이퍼부를 형성하고 있다. 이 구성은, 테이퍼부의 테이퍼각의 제어에 의해, 램프로부터의 집광 광속의 평행도를 원하는 값으로 하는 것이다.

이상에 나타낸 종래의 투사형 화상 표시 장치의 구성에 있어서는, 밝기를 향상시키기 위해서, 램프의 소비 전력을 올리거나, 점 광원에 가까운 램프, 예를 들면 초고압 수은등의 전극간 거리가 1.3㎜ 이하인 것을 이용하여 집광율을 향상시켜 밝기를 향상시키는 방법이 이용된다.

그러나, 상기와 같은 2개의 방법을 이용한 경우, 동일한 전극간 거리 그대로 소비 전력을 올리면 광원의 수명이 현저하게 짧아져 버린다. 또한, 소비 전력은 그대로 두고, 전극간 거리를 더 짧게 한 경우에도 광원의 수명은 현저하게 짧아져 버린다. 따라서, 상기 특허문헌 1, 3과 같이 광원이 1개인 구성에 있어서는, 광원의 수명을 짧게 하지 않고 장치의 밝기를 더욱 향상시키는 것이 과제로 된다.

한편, 다수개의 광원을 이용함으로써 밝기를 향상시키고자 하는 상기 특허문헌 2에 개시된 방법은, 광원과 타원 오목면 거울로 이루어지는 광원부로부터 출사되는 광선의 집광각이 그대로 출사되는 합성 방법이다. 예를 들면 2개의 광원부로부터의 광속을 합성한 경우, 집광각 15도 정도까지의 타원 오목면 거울으로부터 출사되는 광선은, 합성되어 출사되는 최대 퍼짐각이 30도 정도가 된다.

이 때문에, 반사 미러, 반사 프리즘으로 이루어지는 합성부 후단에 이용되는 집광 렌즈는 실현 가능하다고 생각할 수 있는데, 집광각 15도 정도의 타원 오목면 거울로 집광율을 충분히 취하고자 하면 타원 오목면 거울의 제1 초점 위치와 제2 초점 위치를 충분히 떨어지게 하고, 또한 타원 오목면 거울 자체를 크게 할 필요가 있으므로 장치를 소형화할 수 없다는 문제가 있었다.

또한, 현재는 밝기 향상과 장치의 소형화를 중시한 집광각 30도 정도의 타원 오목면 거울을 사용하는 것이 주류로 되어 있지만, 이를 2개 이용한 경우, 반사 미러, 반사 프리즘으로 이루어지는 합성부에서 반사되는 광선의 집광각에 대응한 최대 퍼짐각은 60도 정도로 되어, 합성부 후단에 이용되는 집광 렌즈를 실현하는 것은 곤란하여 실용적이지 않다.

상기 특허문헌 3의 구성에 의하면, 로드 인테그레이터의 테이퍼부에 의해, 출사 단면의 퍼짐각을 제어할 수 있다. 그러나, 이 기술은 광원이 1개인 구성에 있어서, 로드 인테그레이터의 수평, 수직의 양 방향에 형성된 테이퍼면에 의해, 수 평, 수직의 양 방향의 광속의 평행도를 제어하는 것이다. 즉, 특허문헌 3에는, 광원을 2개 이용한 경우에, 최대 퍼짐각이 커지는 것에 대응한 기술은 개시되어 있지 않았다.

삭제

특허문헌 2

특개평 9-50082호 공보

특허문헌 3

특개평 11-142780호 공보

(발명의 개시)

본 발명은, 상기와 같은 종래의 문제를 해결하는 것으로, 다수의 광원부로부터 피조사 영역을 고휘도 및 균일하게 할 수 있는 조명 장치 및 이를 이용한 투사형 화상 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 조명 장치는, 램프 및 오목면 거울을 포함하는 광원부와, 로드 인테그레이터와, 상기 로드 인테그레이터로부터 출사된 광속을 인도하는 릴레이 렌즈 시스템을 구비한 조명 장치로서, 상기 로드 인테그레이터는, 입사 단면을 위쪽 바닥, 출사 단면을 아래쪽 바닥으로 하는 기둥 형상 광학 소자이고, 상기 출사 단면의 장변 방향을 수평 방향, 단변 방향을 수직 방향으로 하면, 상기 기둥 형상 광학 소자의 상기 위쪽 바닥 및 상기 아래쪽 바닥 이외 의 4면의 측면 중, 1쌍의 대향하는 측면은, 상기 입사 단면으로부터 상기 출사 단면을 향해 양 측면이 상호 상기 수평 방향 또는 상기 수직 방향으로 떨어지도록, 평면끼리 서로 소정 각도의 경사를 가지고 대향한 테이퍼면을 형성하고 있고, 상기 광원부로부터의 광은, 상기 로드 인테그레이터의 입사 단면 근방에 수속 조사되고, 상기 광원부는, 상기 수평 방향 또는 상기 수직 방향으로 2개 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

다음에, 본 발명의 투사형 화상 표시 장치는, 램프 및 오목면 거울을 포함하는 광원부와, 로드 인테그레이터와, 상기 로드 인테그레이터로부터 출사된 광속을 인도하는 릴레이 렌즈 시스템과, 상기 릴레이 렌즈 시스템으로부터 인도된 광속을 변조하여, 화상을 형성하는 라이트 밸브와, 상기 라이트 밸브가 형성한 화상을 투사하는 투사 렌즈를 구비한 투사형 화상 표시 장치로서, 상기 로드 인테그레이터는, 입사 단면을 위쪽 바닥, 출사 단면을 아래쪽 바닥으로 하는 기둥 형상 광학 소자이고, 상기 출사 단면의 장변 방향을 수평 방향, 단변 방향을 수직 방향으로 하면, 상기 기둥 형상 광학 소자의 상기 위쪽 바닥 및 상기 아래쪽 바닥 이외의 4면의 측면 중, 1쌍의 대향하는 측면은, 상기 입사 단면으로부터 상기 출사 단면을 향해 양 측면이 서로 상기 수평 방향 또는 상기 수직 방향으로 떨어지도록, 평면끼리 서로 소정 각도의 경사를 가지고 대향한 테이퍼면을 형성하고 있고, 상기 광원부로부터의 광은, 상기 로드 인테그레이터의 입사 단면 근방에 수속 조사되고, 상기 광원부는, 상기 수평 방향 또는 상기 수직 방향으로 2개 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 광학 시스템 개념도의 상면도,

도 2는 본 발명의 일실시 형태에 따른 로드 인테그레이터의 사시도,

도 3a는 본 발명의 일실시 형태에 따른 로드 인테그레이터의 상면도,

도 3b는 본 발명의 일실시 형태에 따른 로드 인테그레이터의 측면도,

도 4는 본 발명의 일실시 형태에 따른 로드 인테그레이터의 상면도,

도 5는 본 발명의 일실시 형태에 따른 로드 인테그레이터의 측면도,

도 6은 본 발명의 일실시 형태에 따른 로드 인테그레이터의 치수(H)의 결정을 설명하는 도면,

도 7은 본 발명의 실시 형태 2에 따른 광학 시스템 개념도의 상면도,

도 8은 본 발명의 실시 형태 2에 따른 광학 시스템 개념도의 측면도,

도 9는 본 발명의 실시 형태 3에 따른 광학 시스템 개념도의 상면도,

도 10A는 본 발명의 실시 형태 3에 따른 광원부 및 합성부의 상세도,

도 10B는 본 발명의 실시 형태 3에 따른 로드 인테그레이터의 입사 단부의 확대도,

도 11은 본 발명의 실시 형태 4에 따른 광학 시스템 개념도의 상면도,

도 12는 본 발명의 실시 형태 4에 따른 광원부 및 합성부의 상세도,

도 13은 본 발명의 일실시 형태에 따른 미러의 배치를 도시하는 사시도,

도 14A는 본 발명의 실시 형태 5에 따른 투사형 화상 표시 장치의 상면도,

도 14B는 도 14A의 측면도,

도 15는 본 발명의 실시 형태 5에 따른 로드 인테그레이터의 사시도,

도 16A는 본 발명의 실시 형태 5에 따른 로드 인테그레이터의 상면도,

도 16B는 도 16A에 도시한 로드 인테그레이터의 측면도 및 좌우 측면도,

도 17은 본 발명의 실시 형태 5에 따른 로드 인테그레이터의 입사한 광선의 동작을 도시하는 상면도,

도 18은 본 발명의 실시 형태 5에 따른 로드 인테그레이터의 입사한 광선의 동작을 도시하는 측면도,

도 19는 본 발명의 실시 형태 6에 따른 광학 시스템 개념도의 상면도,

도 20은 집광 효율과 입사각의 관계를 도시하는 도면,

도 21은 종래의 투사형 화상 표시 장치의 일례의 광학 시스템 개념도,

도 22는 종래의 로드 인테그레이터의 일례의 상면도,

도 23은 종래의 로드 인테그레이터의 일례의 측면도이다.

본 발명의 조명 장치 또는 투사형 화상 표시 장치에 의하면, 로드 인테그레이터의 한 쌍의 테이퍼면에 의해, 출사 단면의 광의 퍼짐각을 제어할 수 있고, 2개 이상의 광원부를 이용한 경우, 입사 단면의 광의 퍼짐각이 수평 방향과 수직 방향에서 상이하더라도, 출사 단면의 광의 퍼짐각을 수평 방향과 수직 방향에서 대략 동일하게 할 수 있다. 이 때문에, 고휘도이며 또한 균일한 광을 얻을 수 있다. 또한, 장치의 소형화를 실현할 수 있다.

상기 본 발명의 조명 장치 또는 투사형 화상 표시 장치에 있어서는, 상기 기 둥 형상 광학 소자의 위쪽 바닥 및 아래쪽 바닥 이외의 4면의 측면 중, 한쪽의 대향하는 측면은, 평면끼리 서로 평행하게 대향하는 부분을 형성하고 있고, 다른 쪽의 대향하는 측면은, 상기 입사 단면으로부터 상기 출사 단면을 향해 양 측면이 서로 떨어지도록, 평면끼리 서로 소정 각도의 경사를 가지고 대향하는 테이퍼면을 형성하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 평면끼리 평행하게 대향하는 측면을 반사하는 광은, 입사 단면의 광의 퍼짐각과 출사 단면의 광의 퍼짐각이 동일하게 되고, 테이퍼면을 반사하는 광은 입사 단면의 광의 퍼짐각과 출사 단면의 광의 퍼짐각이 상이하게 된다. 이 때문에, 합계 2개의 광원부를 이용한 경우, 입사 단면에서 광의 퍼짐각이 수평 방향과 수직 방향에서 상이하더라도, 출사 단면의 광의 퍼짐각을 수평 방향과 수직 방향에서 대략 동일하게 할 수 있다.

또한, 상기 2개의 광원부에 병렬로, 2개의 광원부가 더 배치되어 있고, 상기 기둥 형상 광학 소자의 위쪽 바닥 및 아래쪽 바닥 이외의 4면의 측면 중, 2쌍의 대향하는 측면은 모두 상기 입사 단면으로부터 상기 출사 단면을 향해 양 측면이 서로 떨어지도록, 평면끼리 상호 소정 각도의 경사를 가지고 대향하는 테이퍼면을 형성하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 합계 4개의 광원부를 이용한 경우, 출사 단면의 광의 퍼짐각을 수평 방향과 수직 방향에서 대략 동일하게 할 수 있고, 출사 단면의 광의 퍼짐각을 입사 단면의 광의 퍼짐각보다 작게 할 수 있다. 이 때문에, 특히 고휘도인 광을 원하는 경우에 유리하다.

또한, 상기 2개의 광원부를, 각각 제1 광원부, 제2 광원부로 하면, 상기 제1 광원부로부터의 광을 상기 로드 인테그레이터의 입사 단면에 인도하는 제1 반사 수 단과, 상기 제2 광원부로부터의 광을 상기 로드 인테그레이터의 입사 단면에 인도하는 제2 반사 수단을 더 구비한 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 제1, 제2 반사 수단을 구비하고 있으므로, 2개의 광원부의 배치의 자유도를 높일 수 있다.

또한, 상기 로드 인테그레이터의 상기 출사 단면으로부터 출사되는 광의 퍼짐 각도는, 수평 방향의 최대치와 수직 방향의 최대치가 대략 동일한 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 고휘도이며 또한 균일한 광을 얻는데 보다 유리하다.

또한, 상기 한 쌍의 상호 평행한 평면의 법선 방향을 제1 방향, 상기 로드 인테그레이터의 중심선과 직교하고, 또한 상기 제1 방향과 직교하는 방향을 제2 방향으로 하면, 상기 로드 인테그레이터의 상기 입사 단면으로 들어가는 광의 퍼짐 각도는, 제1 방향의 최대치에 비해, 제2 방향의 최대치가 커지도록, 상기 2개의 광원부가 배치되어 있고, 제2 방향의 최대치에 대응한 광은 상기 로드 인테그레이터의 상기 테이퍼면에서 반사되고, 제1 방향의 최대치에 대응한 광은, 상기 로드 인테그레이터의 상호 평행한 평면에서 반사되며, 상기 출사 단면의 광의 퍼짐 각도는, 제1 방향의 최대치가, 상기 입사 단면의 제1 방향의 최대치와 대략 동일하고, 제2 방향의 최대치가, 상기 입사 단면의 제2 방향의 최대치보다 작게 되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 로드 인테그레이터의 평행면을 이용하여 입사 단면의 수직 방향의 광의 퍼짐각과 대략 동일하게 하면서, 로드 인테그레이터의 테이퍼면을 이용하여 출사 단면의 수평 방향의 광의 퍼짐각을, 입사 단면의 수평 방향의 광의 퍼짐각과 상이하도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 제1 광원부의 출사 방향으로 상기 제2 광원부가 있도록 대향하여 배치되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 투사 렌즈를 더 구비하고 있고, 상기 2개의 광원부의 오목면 거울의 광축과 상기 투사 렌즈의 광축이 수직인 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 광원부의 광축은 설치 조정각이 변화해도 기울어지지 않도록 할 수 있어, 광원의 수명을 손상시킬 가능성이 적고, 신뢰성을 높일 수 있다.

또한, 상기 제1 광원부 및 상기 제2 광원부는, 상기 제1 광원부의 오목면 거울의 광축과 상기 제2 광원부의 오목면 거울의 광축이, 상기 로드 인테그레이터의 중심선과 교차하지 않도록 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 반사 수단을 설치함으로써, 광선의 사용할 수 없는 부분이 생기는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 제1, 및 제2 반사 수단은, 유전체 재료를 코팅한 반사 미러 또는 프리즘으로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 로드 인테그레이터의 중심선과 상기 오목면 거울의 정점을 통과하는 상기 오목면 거울의 광축이 이루는 각도를 입사각으로 하고, 상기 오목면 거울의 유효 개구의 최외주부로부터 출사한 광속이, 상기 입사 단면에서 상기 로드 인테그레이터의 중심선과 이루는 각도를 최대각으로 하고, 상기 최대각과 상기 입사각의 차를 집광각으로 하면, 상기 입사각은 상기 집광각보다 작은 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 장치의 밝기를 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 입사각의 상기 집광각에 대한 비율이, 60% 이상 80% 이하의 범위인 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 집광 효율이 보다 양호하게 된다.

또한, 상기 본 발명의 투사형 화상 표시 장치에 있어서는, 상기 로드 인테그레이터로부터 출사되는 광속을, 상기 로드 인테그레이터의 중심선을 중심으로, 상기 라이트 밸브의 배치에 맞추어 회전시켜 상기 라이트 밸브로 인도하는 광 회전 수단을 구비한 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 광 회전 수단을 구비하고 있으므로, 라이트 밸브의 광 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

(실시의 형태 1)

우선 도 1을 이용하여 실시 형태 1에 따른 투사형 화상 표시 장치의 구성 및 동작에 관해서 설명한다. 도 1은 실시 형태 l에 따른 광학 시스템 개념도의 상면도이다.

도 l에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 투사형 화상 표시 장치는, 2개의 광원부(101, 102)와, 로드 인테그레이터(1)와, 로드 인테그레이터(1)로부터 출사된 광속을 인도하는 릴레이 렌즈 시스템(4)과, 필드 렌즈(5)와, 릴레이 렌즈 시스템(4)으로부터 인도된 광속을 변조하여, 화상을 형성하는 투과형 라이트 밸브(6)와, 라이트 밸브(6)가 형성한 화상을 투사하는 투사 렌즈(7)를 구비하고 있다.

또한, 도 1은, 투사형 화상 표시 장치의 예로 도시하고 있는데, 광속의 진행순으로 2개의 광원부(101, 102)로부터 릴레이 렌즈 시스템(4)까지의 구성은, 조명 장치에도 있어, 이 조명 장치를 독립하여 이용하는 것도 가능하다. 또한, 이 조명 장치에는 투사 렌즈를 더 추가해도 된다. 이는, 이하의 실시의 형태에 있어서도 동일하다.

광원부(101와 102)는 동일한 구성이고, 각각 광원(2)과, 광원(2)으로부터의 광을 집광하는 집광 광학 시스템인 오목면 거울(3)을 구비하고 있다. 광원(2)으로는, 초고압 수은 램프, 메탈 하이드로 램프, 크세논 램프, 할로겐 램프 등의 백색 램프를 이용할 수 있다. 오목면 거울(3)은, 본 도면의 예에서는 타원 오목면 거울이다. 또한, 로드 인테그레이터(1)는 내열성이 양호한 유리 재료로 형성하고 있다.

도 2는 로드 인테그레이터(1)의 사시도이고, 도 3A는 상면도, 도 3B는 측면도 및 좌우 측면도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 로드 인테그레이터(1)는 입사 단면(130F)을 위쪽 바닥으로 하고, 출사 단면(130B)를 아래쪽 바닥으로 하여, 4면의 측면(130T, 130U, 130L, 130R)을 구비한 기둥 형상 광학 소자이다. 상호 대향하는 측면 중, 한쪽 측면(130T 및 130U)은 평행한 평면이다(도 3B 참조). 또한, 다른 쪽의 대향하는 측면(130L 및 130R)은, 입사 단면(130F)으로부터 출사 단면(130B)을 향해, 양 측면(130L 및 130R)이 상호 떨어지도록, 평면끼리 서로 소정 각도의 경사를 가지고 대향하고 있다(도 3A 참조).

또한, 본 실시 형태에 있어서, 「수평 방향」이란, 출사 단면(130B)의 장변 방향(도 2의 화살표 a 방향)이고, 「수직 방향」이란, 출사 단면(130B)의 단변 방향(도 2의 화살표 b 방향)이다. 이는 이하의 실시의 형태에 있어서도 동일하다.

즉, 로드 인테그레이터(1)를 수직 방향에 대해서 보면, 한 쌍의 측면(130T, 130U)이 서로 평행하게 형성되어 있으나, 수평 방향에 대해서 보면, 한 쌍의 측면(130R, 130L)이, 입사 단면(130F)으로부터 출사 단면(130B)을 향해 넓어지도록 테이퍼 형상으로 배치되어 있다.

도 1에서, 램프(2)와 오목면 거울(3)을 포함하는 한 쌍의 광원부(101) 및 광원부(102)의 2개의 광원부가, 수평 방향(화살표 a 방향)으로 배치되어 있다. 또한, 광원부(101) 및 광원부(102)의 각 램프(2)의 발광 중심은, 오목면 거울(3)의 제1 초점 근방에 배치되어 있다.

각 광원부(101), 광원부(102)는 입사 단면(130F)에 대해 입사각(θ)으로 배치되어 있고, 각 램프(2)로부터 출사한 광속은, 오목면 거울(3)에서 반사된 후, 입사 단면(130F) 근방, 즉 오목면 거울(3)의 제2 초점 근방에 수속 조사된다. 여기서, 입사각이란, 로드 인테그레이터의 중심선(103)과 오목면 거울(3)의 정점(3a)을 통과하는 오목면 거울(3)의 광축이 이루는 각도이다. 도 1의 예에서는, 각도(θ)가 입사각에 상당한다.

또한, 입사 단면(130F)과 램프(2)와의 사이에 오목면 거울(3)과는 별도로 반사면을 설치한 경우, 오목면 거울(3)의 정점(3a)과 교차하는 광선이란, 중심선(103)과 입사 단면(130F)의 교점을 통과하여, 반사면을 통해 오목면 거울(3)의 정점(3a)과 교차하는 광선이다.

상기와 같이, 로드 인테그레이터(1)의 입사 단면(130F)은 오목면 거울(3)의 제2 초점 근방에 배치되어 있고, 입사된 광속은 로드 인테그레이터(1)의 수직 방향 및 수평 방향의 측면에서 적당하게 전 반사되어 로드 인테그레이터(1)의 출사면(130B)으로부터 출사된다.

다음에, 로드 인테그레이터(1)의 기본 동작을 설명한다. 도 4는 입사된 광선의 동작을 도시하는 로드 인테그레이터(1)의 상면도이고, 도 5는 입사된 광선의 동작을 도시하는 로드 인테그레이터(1)의 측면도이다.

도 4의 도시는, 최대각(2θ)으로 입사 단면(130F)에 입사된 광선이, 로드 인테그레이터(1) 내에서 반사되어, 출사 단면(130B)으로부터 출사되는 모양을 도시하고 있다. 여기서, 최대각이란, 로드 인테그레이터(1)의 입사 단면(130F)에 입사하는 광 중, 광원 1개분에 대응한 최대각이다.

보다 구체적으로는, 오목면 거울(3)의 유효 개구(도 1의 유효 직경(R))의 최외주부로부터 출사된 광속이, 입사 단면(130F)에서 로드 인테그레이터(1)의 중심선(103)과 이루는 각도이다. 도 1의 예에서는, 각도(θM)이 최대각에 상당한다.

또한, 집광각이라고 할 때는, 최대각으로부터 입사각을 뺀 각도를 말한다.

최대각을 θMAX, 입사각을 θE, 집광각을 θc로 하여, 이상의 관계를 정리하면 하기 식 (1)과 같이 된다.

식 (1) θMAX=θE+θc

도 1의 예에서는, 입사각(θE)과 집광각(θc)이 모두 θ이고, 최대각(θMAX)은 2θ가 된다. 도 4에 도시한 바와 같이, 최대각(2θ)으로 입사한 광선은, 로드 인테그레이터(1)의 한 쌍의 테이퍼면에서 적당하게 전 반사됨으로써, 최대각(2θ)과는 상이한 각도(θ′)로 출사 단면(130B)으로부터 출사하게 된다.

한편, 도 5에서, 각도(θ″)로 입사한 광선은, 로드 인테그레이터(1)의 1쌍의 상호 평행한 측면간에서 적당하게 전 반사하므로, 각도가 보존 전달되어, 입사시와 동일한 각도(θ″)로 출사하게 된다.

도 2, 도 3에 있어서, 예를 들면, 로드 인테그레이터(1)의 출사면의 수평 유 효 치수를 7.6㎜, 테이퍼각을 약 1.63734도, 길이를 56.18624㎜, 길이 방향의 측면에서의 반사 회수를 5회로 하여, 로드 인테그레이터(1)의 유리 재료에 내열성, 광학 특성이 양호한 석영(굴절율 nd를 1.45874)을 이용한 경우, 도 4에서, 최대각인 2θ가 60도로 입사한 광을 약 30도로 출사시킬 수 있다. 또한, 도 5에서, 30도로 입사한 광은, 각도가 보존 전달되어 30도로 출사된다.

보다 구체적으로는, 상기와 같이 각 오목면 거울(3)의 입사각이 30도인 경우, 각 오목면 거울(3)의 최대각은, 상기 식(1)에 의하면, 60도로 된다. 도 1의 구성과 같이, 2개의 오목면 거울(3)을 수평 방향으로 배치한 경우는, 최대 120도의 광이 로드 인테그레이터(1)의 입사 단면(130F)에 입사하게 되는데, 출사 단면(103B)의 최대 출사 각도는 약 60도로 제어하는 것이 가능해진다.

한편, 수직 방향에 대해서 보면, 오목면 거울(3)을 2개 배치한 경우라도, 입사하는 광의 입사 단면의 각도의 최대치는, 오목면 거울(3)이 하나인 경우와 변함없이, 이 최대치는 60도이고, 평행면 간에서 반사하면서 각도가 보존 전달되어 60도로 출사되게 된다.

이에 따라, 로드 인테그레이터(1)로 입사하는 광의 입사 단면(130F)의 각도의 최대치가 수평 방향에서 120도, 수직 방향에서 60도라고 해도, 출사 단면(130B)에서의 출사각은 수평 방향 및 수직 방향 모두 약 60도로 하는 것이 가능해진다.

즉, 입사 단면(130F)에 입사하는 광속의 퍼짐 각도는 수평 방향의 최대치가, 수직 방향의 최대치보다 커지더라도, 출사 단면(130B)으로부터 출사되는 광속의 퍼짐 각도는 수평 방향의 최대치와 수직 방향의 최대치를 대략 동일하게 하는 것이 가능해진다.

또한, 로드 인테그레이터(1)의 출사부 근방에 적어도 적색, 청색, 녹색의 3원색을 투과시키는 다이크로익 필터로 이루어지고, 또한 회전함으로써 백색광을 시분할로 색 분해하는 컬러 휠(color wheel)(도 1에는 도시하지 않음)을 배치시킴으로써 컬러 표시도 가능하게 할 수 있다.

또한, 상기 컬러 휠은, 구성되는 다이크로익 미러에 코팅되는 박막의 특성상, 입사각 30도 정도에 대응하는 사양의 것이 주류이고, 이 경우 이 30도가 오목면 거울(3)의 입사각이 원하는 각도이다.

또한, 입사하는 광선의 각도가 상이하면, 로드 인테그레이터(1)의 수직 방향 및 수평 방향의 한 쌍의 각각의 측면에서 적절하게 전 반사되는 회수가 상이하고, 출사면에서 혼합되므로, 입사면에서는 불균일한 조도 분포라도 출사면에서 중첩되고, 결과적으로 로드 인테그레이터(1)의 출사 단면(130B)에서는 균일성이 뛰어나고, 또한 원하는 조명 영역과 거의 같은 형상의 조명 광속을 얻는 것이 가능해진다.

단, 반사 회수가 많을수록 균일성이 우수한 것이 일반적인데, 테이퍼각과 입사 광선의 반사 회수에 의해 최대의 출사각이 결정되는 것을 고려하여, 로드 인테그레이터(1)의 형상을 결정할 필요가 있는 것은 말할 필요도 없다.

다음에, 도 6을 이용하여 로드 인테그레이터(1)의 형상의 결정에 대해서 설명한다. 도 6은, 로드 인테그레이터(1)의 상면도이다. 로드 인테그레이터(1)의 형상을 결정하기 위해서는, 상세한 것은 수식을 참조하면서 순차 설명하는데, 입사 단면(130F)에 입사하는 광 중, 최대각으로 입사하는 광선의 테이퍼면(130R, 130L)에서의 반사 회수(이하, 「반사 회수」라고 한다)를 결정하고, 테이퍼각(θT), 입사 단면(130F)의 수평 방향의 치수(L′)를 도출하는 것이 필요해진다.

또한, 출사 단면(130B)의 수평 방향의 치수(L), 광원의 최대각(θMAX), 로드 인테그레이터(1)의 굴절율(nd)의 값이 필요해지는데, 이들은 정수이다. 즉, 치수(L)는 라이트 밸브의 형상 등에 따라 결정되고, 최대각(θMAX)은, 각 광원부의 입사각에 따라 결정되며, 굴절율(nd)은 로드 인테그레이터를 구성하는 재료로부터 결정되기 때문이다. 또한, 출사각(θE)의 값도 필요해지는데, 이 값은, 최대각(θMAX)에 따라서 결정하는 요구치이고, 이것도 정수이다.

도 6에서, 최대각(θMAX)(도)으로 입사 단면(130F)에 입사한 광 중, 굴절 직후의 출사각을 θ′MAX(도)로 하면, 스넬의 법칙으로부터, 하기의 식(2)가 성립한다.

식(2) 1×sinθMAX=nd×sinθ′MAX

또한, 최대각(θMAX)으로 입사 단면(130F)에 입사한 광 중, 출사 단면(130B)에서의 굴절 직전의 출사각을 θ′E(도)로 하고, 출사 단면(130B)에서의 굴절 직후의 출사각을 θE(도)로 하면, 마찬가지로 스넬의 법칙으로부터, 하기의 식(3)이 성립한다.

식(3) 1×sinθE=nd×sinθ′E

또한, 도 6과 같이, 반사면(130R, 130L)의 법선을 기준으로 하여, 초기 입사각(θR1)(도)을 설정하면, θR1은 하기의 식(4)로 표시된다.

식(4) θR1=90-(θ′MAX-θT)

또한, 도 6과 같이, 반사면(130R, 130L)의 법선을 기준으로 하여, 반사 회수 n(n=2, 3, 4…)에서의 입사각(θRn)(도)을 설정하면, θRn은 하기의 식(5)로 표시된다.

식(5) θRn=θR1+2×θT×(n-1)

식(4), (5)에서, θR1를 소거하면, 하기의 식(6)이 얻어진다.

식(6) θRn=90-(θ′MAX-θT)+2×θT×(n-1)

한편, 출사 단면(130B)에서의 굴절 전의 출사각(θ′E)은 하기의 식(7)로 표시된다.

식(7) θ′E= 90-θRn-θT

식(7)을 변형하면, 하기의 식(8)이 얻어진다.

식(8) θRn= 90-θT-θ′E

식(6), (8)의 θRn 끼리는 같으므로, 하기 식(9)가 얻어지고, θT를 구할 수 있다.

식(9) θT=(θ′MAX-θ′E)/2n

한편, 입사 단면(130F)의 수평 방향의 치수(L′)(㎜)는, 공지인 조명 광학 시스템의 전후에서 조명 영역의 면적과 조명광의 입체각의 곱이 일정한 것과 마찬가지로 생각하여, 로드 인테그레이터(1)의 출사면의 면적과 조명광의 출사각의 곱과, 투과형 라이트 밸브(6)의 면적과 조명광의 입체각의 곱이 같게 되어 있으므로, 하기와 같이 표시된다.

π×L′×V×sinθMAX×sinθV=π×L×V×sinθE×sinθV

단, V(㎜)는 로드 인테그레이터의 수직 방향의 치수이고, θV(도)는 수직 방향의 입사 최대각, L(㎜)은 출사 단면(130B)의 수평 방향의 치수이다.

이 관계에 의해, L′는 하기의 식 (l0)에 의해 결정된다.

식(10) L′=L×sinθE/sinθMAX

이와 같이, 테이퍼각(θT), 입사 단면(130F)의 수평 방향의 치수(L′)가 결정됨으로써, 로드 인테그레이터(1)의 길이 방향의 치수 H(㎜)는, 하기의 식(11)로 결정되게 된다.

식(11) H=(L-L′)/2tanθT

이상과 같이, 치수(L), 반사 회수(n), 최대각(θMAX), 출사각(θE)을 결정하면, 치수(L′), 테이퍼각(θT), 길이 방향의 치수(H)를 도출할 수 있어, 로드 인테그레이터(1)의 형상을 결정할 수 있다.

또한, 상기와 같이 로드 인테그레이터(1)의 형상은, 상기 각 식에 소정의 수치를 대입하여 이론치를 산출할 수 있다. 그러나, 오목면 거울(3)의 타원 형상, 램프(2)의 관구 형상, 램프의 배광(配光) 특성, 아크의 강도 분포를 고려하면, 치수(H)의 이론치에 대해 조정이 필요한 경우도 있다.

또한, 산출치에 대해서는, 허용 범위가 있고, 상기 식(9)의 θT(도)는 하기의 범위인 것이 바람직하다.

[(θ′MAX-θ′)/2n]-1≤θT≤[(θ′MAX-θ′)/2n]+1

또한, θT(도)의 산출치에 대해 +5′(분) 이내-5′(분)

이상의 범위 내이면 보다 바람직하다. 이러한 범위 내이면, 연마 공차 내에서 작성이 가능하다.

이하, 상기 각 식을 이용한 산출예에 대해서 설명한다. 예를 들면, 현재는 밝기 향상과 장치의 소형화를 중시한 집광각(입사각) 30도 정도의 타원 오목면 거울을 사용하는 것이 주류로 되어 있다. 이로부터, 산출예에 따른 로드 인테그레이터(1)는, 이 타원 오목면 거울을 2개 이용한 것으로 한다. 이 경우, 상기 식(1)에서, 최대각(θMAX)은 60도로 된다. 출사각(θE)의 요구치를 30도로 하면, 상기 식(2)∼(9)에서, 테이퍼각(θT)은 1.63734도로 구해진다.

한편, 라이트 밸브의 크기에 따라 출사 단면(130B)의 수평 방향의 측면의 치수(L)를 7.6㎜로 하면, 식(10)에서 입사 단면(130F)의 치수(L')는 4.38786㎜로 결정할 수 있다.

또한, 식(11)에서, 치수(H)는 56.1862490㎜로 결정할 수 있다.

단, 반사 회수는 5회로 하고, 로드 인테그레이터(1)의 굴절율(nd)은 1.45874로 하여 계산했다.

또, 반사 회수(n), 최대각(θMAX)을 변화시킨 경우의 테이퍼각(θT), 치수(L'), 치수(H)의 변화에 관해서는, 이하의 각 표에 표시했다. 표 1은 θMAX와 반사 회수 n으로부터 테이퍼각(θT)을 계산한 결과이고, 표 2는 θMAX와 출사 단면 치수(L)로부터 입사 단면(130F)의 치수(L')를 계산한 결과이고, 표 3은 계산한 테이퍼각(θT), 출사 단면(130B)의 치수(L) 및 입사 단면(130F)의 치수(L')를 이용하여, 반사 회수(n), 최대각(θMAX)을 변화시켜, 치수(H)를 계산한 결과이다.

단, 로드 인테그레이터(1)의 nd는 1.45874, 출사 단면(130B)에서의 출사각(θE)은 30도로 계산하고 있다.

(표 1)

(표 2)

(표 3)

이와 같이 하여 결정된 로드 인테그레이터(1)로부터 출사된 광속은 적어도 1매로 구성되는 릴레이 렌즈 시스템(4) 및 필드 렌즈(5)를 통해 투과형 라이트 밸브(6)를 조명한다.

투과형 라이트 밸브(6)는 구동 회로(도시하지 않음)로부터 출력되는 전기 신호에 의해서 화상을 표시한다. 투과형 라이트 밸브(6)에 표시된 화상은, 투사 렌즈(7)를 통해 확대 투사되어 스크린(도시하지 않음)에 투사된다.

본 실시의 형태에 의하면, 출사 단면(130B)에서의 수직 방향의 광의 퍼짐각을, 입사 단면(130F)의 수직 방향의 광의 퍼짐각과 대략 동일하게 하면서(도 5 참조), 출사 단면(130B)의 수평 방향의 광의 퍼짐각을, 입사 단면(130F)의 수평 방향의 광의 퍼짐각(최대각)과 상이하도록 제어할 수 있다(도 4 참조).

이에 따라, 예를 들면 입사 단면(130F)에서 최대각이 60도(도 4의 2θ), 중심선(103)에 대한 수직 방향의 퍼짐각이 30도(도 5의 θ″)인 광에 대해, 출사 단면(130B)의 수평 방향의 광의 퍼짐각(도 4의 θ')과, 수직 방향의 광의 퍼짐각(도 5의 θ″)을 동일한 30도로 할 수 있다.

따라서, 광원을 2개 이용한 경우에는, 출사 단면(130B)으로부터 출사되는 광의 퍼짐 각도는, 수평 방향의 최대치와 수직 방향의 최대치가 동일한 60도로 되어, 고휘도이며 또한 균일한 광을 얻을 수 있게 된다. 휘도에 관해서는, 1개의 광원부에서 실현되는 경우의 휘도에 비해 1.7∼1.8배 정도로 하는 것이 가능해진다. 또한, 1개의 광원부를 교대로 사용함으로써, 각 광원부의 광원이 끊기기까지의 시간이 길어지므로, 광원이 1개인 장치와 비교해, 광원 수명을 2배 정도로 하는 것도 가능해진다.

또한, 본 실시 형태에서는, 투사형 화상 표시 장치의 예로 설명했는데, 광의 진행순으로 광원(2)으로부터 릴레이 렌즈 시스템(4)까지의 구성을 적어도 구비한 장치를 조명 장치로서 이용하면, 고휘도이고 또한 균일한 광을 조사할 수 있는 조명 장치를 실현할 수 있다. 이는 이하의 실시 형태에 있어서도 동일하다.

(실시 형태 2)

도 7은 실시 형태 2에 관한 투사형 화상 표시 장치의 광학 시스템 개념도를 도시하고 있다. 도 1에 도시한 실시 형태 1에 따른 투사형 화상 표시 장치와 동일한 구성의 것은, 동일한 번호를 붙여 그 상세한 설명은 생략한다. 도 7에 도시한 구성은, 도 1에 도시한 구성에 비해, 2개의 광원부(101, 102)의 배치가 상이하고, 제1 반사 수단(48), 제2 반사 수단(49)이 설치되어 있다.

본 실시 형태에서는, 제1 반사 수단, 제2 반사 수단으로서, 합성용 프리즘(48, 49)을 이용하고 있다. 이 합성용 프리즘(48, 49)은, 내열성이 양호한 유리 재료로 형성되어 있고, 반사면에는 반사율이 양호한 유전체 다층막을 코팅하고 있다.

또한, 유전체 다층막을 코팅한 반사 미러라도 좋다. 단, 알루미늄 또는 은을 증착한 프리즘이나 반사 미러를 이용하는 경우에는, 합성부의 전단(前段)에 자외선을 제거하는 필터를 삽입할 필요가 있다.

제1 반사 수단(48)은, 광원부(102)로부터의 광을 로드 인테그레이터(1)의 입사 단면(130F)에 인도하는 것이고, 제2 반사 수단(49)은 광원부(101)로부터의 광을 로드 인테그레이터(1)의 입사 단면(130F)에 인도하는 것이다. 제1 반사 수단(48), 제2 반사 수단(49)은, 상면으로부터 본 경우, 로드 인테그레이터(1)의 입사 단면(130F)과 반대측에 개구한 대략 〈자형(입사 단면(130F)측에서 보아 대략 V자형)이 되도록 배치되어 있다. 이러한 배치로 함으로써, 제1 반사 수단(48), 제2 반사 수단(49)의 반사면의 경사 각도를, 최대각의 1/2의 각도로 하고 있다.

본 실시의 형태는, 제1 반사 수단(48)과 제2 반사 수단(49)을 이용함으로써, 광원부(101, 102)의 배치의 자유도는 높아지고, 도 7의 예에서 광원부(101)와 광원부(102)는, 수평 방향에서 상호 대향하도록 배치되어 있다. 즉, 광원(2)끼리, 오목면 거울(3)끼리는, 수평 방향에서 서로 대향하고 있다. 각 광원(2)으로부터 출사하는 광속은, 각 오목면 거울(3)에서 반사된 후, 각각, 제1 반사 수단(48), 제2 반사 수단(49)으로 반사된다. 이 반사광은, 로드 인테그레이터(1)의 중심선(103)에 대해 서로 같은 각도(θ)로 입사 단면(130F) 근방, 즉 오목면 거울(3)의 제2 초점 근방에 수속 조사된다.

도 8은 본 실시 형태에 따른 광학 시스템 개념도의 측면도이다. 점선부는, 스크린(도시하지 않음) 위치에 대응시켜 앙각 방향의 설치 조정각(9)을 조정한 상태를 도시한다. 통상, 광원은 광축 방향으로 기울어지면 열 등의 영향에 의해 그 수명이 짧게 된다. 본 실시 형태에서는, 2개의 광원부(101, 102)의 각 오목면 거울(3)의 광축과 투사 렌즈(7)의 광축이 수직이 되도록 배치되어 있으므로, 광원부의 광축은 설치 조정각(9)이 변화해도 기울어지지 않게 된다.

이와 같이, 본 실시의 형태에 의하면, 광원(2) 및 오목면 거울(3)은, 그 광축을 중심으로 설치 조정각(9)의 각도분만큼 회전해도, 광축의 위치는 변화하지 않고, 수평 점등이 계속되어 사양에 변화가 생기지 않는다. 이 때문에, 장치 그 자체를 기울여 설치해도, 광원의 수명을 손상시킬 가능성이 적어, 신뢰성이 높은 장 치로 할 수 있다.

(실시 형태 3)

도 9는 실시 형태 3에 따른 투사형 화상 표시 장치의 광학 시스템 개념도를 도시하고 있다. 도 1에 도시한 실시 형태 1에 따른 투사형 화상 표시 장치와 동일한 구성의 것은, 동일한 번호를 붙여 그 상세한 설명은 생략한다. 단, 광원부(101, 102)의 도시는 보다 구체적인 것으로 하고, 오목면 거울(3)은 단면 상태로 도시했다(이하의 각 도면도 동일).

도 9에 도시한 구성은, 도 1에 도시한 구성에 비해, 2개의 광원부(101, 102)의 배치가 상이하고, 합성용 미러(61)(제1 반사 수단), 합성용 미러(62)(제2 반사 수단)가 설치되어 있다. 합성용 미러(61, 62)는, 예를 들면 유전체 다층막을 코팅한 반사 미러이다.

또한, 로드 인테그레이터(1) 자체의 구성은, 실시 형태 1과 동일하지만, 본 실시 형태에서 로드 인테그레이터(1)는, 실시 형태 1의 배치에 대해, 중심축(103) 회전으로 90도 회전한 상태로 배치되어 있다.

따라서, 실시 형태 3에 있어서도, 「수직 방향」,「수평 방향」의 정의를 실시 형태 1에서 설명한 정의를 이용하면, 도 9의 지면에 수평인 방향이 「수직 방향」, 지면에 수직인 방향이 「수평 방향」으로 된다.

광원(2)끼리, 오목면 거울(3) 끼리는, 수직 방향에서 상호 대향하고 있다. 또한, 합성용 미러(61, 62)의 반사면은, 각각 램프(2)와 대향하고 있다. 또한, 합성용 미러(61, 62)의 반사면은, 각각 수직 방향에서 45도 기울어 배치되어 있고, 합성용 미러(61)와 합성용 미러(62)에서는 기울어지는 방향이 반대로 되어 있다. 이에 따라, 각 램프(2)로부터의 광속은, 합성용 미러(61)의 반사면, 및 합성용 미러(62)의 반사면에 의해 90도 꺾여 휘어져서, 로드 인테그레이터(1)의 입사 단면(130F)으로 인도된다.

또한, 합성용 미러(61)의 반사면은, 수평 방향에서 오목면 거울(3)의 집광각의 1/2인 15도 기울어 (도 9의 화살표 c방향) 배치되어 있고, 합성용 미러(62)의 반사면은, 수평 방향에서 오목면 거울(3)의 집광각의 1/2인 15도 기울어(도 9의 화살표 d 방향) 배치되어 있다.

여기서, 도 10A는, 도 9에 도시한 장치를 로드 인테그레이터(1)의 출사 단면(130B)측에서 본 도면을 도시하고 있다. 본 도면에 도시한 바와 같이, 광원부(101) 및 광원부(102)는 광원부(101)의 오목면 거울(3)의 광축과 광원부(102)의 오목면 거울(3)의 광축이, 로드 인테그레이터(1)의 중심선(103)과 교차하지 않도록 배치되어 있다. 즉, 양 광축은 서로 평행하게 되도록 떨어져 있고, 양 광축은 모두 로드 인테그레이터(1)의 중심선(103)과 교차하지 않는다. 이러한 광원부(101, 102)의 배치에, 합성용 미러(61, 62)의 배치를 대응시키고 있다.

도 10B는, 로드 인테그레이터(1)의 입사 단면(130F) 근방의 측면도를 도시하고 있다. 또한, 도 13은, 합성용 미러(61, 62)의 배치의 일례의 사시도이고, 합성용 미러(61, 62)의 배치의 이해를 용이하게 하기 위해 도시한 것이다. 이들 각 도면에 의해, 광원부(101, 102)로부터의 광속은, 합성용 미러(61, 62)의 경사면에서 반사되는 것을 알 수 있다.

상기와 같은 합성용 미러(61, 62)의 반사면의 경사 및 합성용 미러(61, 62), 좌우 2개의 램프(2)의 수평 방향의 어긋남에 의해, 램프(2)로부터의 광은, 합성용 미러(61, 62)에서 반사되어, 중심선(103)에 대해 서로 동일한 입사각(θ)(30도)으로 입사 단면(130F) 근방, 즉 오목면 거울(3)의 제2 초점 근방에 수속 조사되게 된다.

이 경우, 입사 단면(130F)에는, 각 오목면 거울(3)로부터 각각 최대각(2θ)(60도)의 광이 입사하고, 최대 120도의 광이 로드 인테그레이터(1)의 입사 단면(130F)에 입사하게 된다. 본 실시 형태는, 로드 인테그레이터(1)의 테이퍼면이 수평 방향으로 배치되어 있으므로, 최대 120도의 광이 테이퍼면에서 반사되고, 상기 실시 형태 1과 마찬가지로, 출사 단면(130B)의 최대 출사 각도를 약 60도로 제어하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시 형태는, 상기와 같이, 광원부(101, 102)를, 광원부(101)의 오목면 거울(3)의 광축과 광원부(102)의 오목면 거울(3)의 광축이, 로드 인테그레이터(1)의 중심선(103)과 교차하지 않도록 배치하고, 이에 대응시켜 합성용 미러(61, 62)를 배치하고 있다. 이에 따라, 상기 실시 형태 2의 합성용 프리즘에서 생기는 광선의 사용할 수 없는 부분(도 7의 사선부)이 해소되어, 더욱 고휘도이고 또한 균일한 화상이 얻어지는 장치를 실현할 수 있다.

또한, 2개의 광원부의 각 오목면 거울의 광축과 투사 렌즈(7)의 광축이 수직이 되도록 배치함으로써, 장치 그 자체를 기울여 설치해도, 광원의 파열 위험성이 적어, 신뢰성이 높게 실현할 수 있는 것은, 상기 실시 형태 2와 같다.

(실시 형태 4)

도 11은, 실시 형태 4에 따른 투사형 화상 표시 장치의 광학 시스템 개념도를 도시하고 있다. 도 1에 도시한 실시 형태 1에 따른 투사형 화상 표시 장치와 동일한 구성의 것은, 동일한 번호를 붙여 그 상세한 설명은 생략한다. 도 12는 도 11에 도시한 장치를 로드 인테그레이터(1)의 출사 단면(130B)측에서 본 도면을 도시하고 있다. 도 11, 도 12에 도시한 바와 같이, 광속의 진행순으로, 광원(2)으로부터의 로드 인테그레이터(1)까지의 구성은, 상기 실시 형태 4와 동일하다.

도 11에 도시한 바와 같이, 로드 인테그레이터(1)로부터 출사된 광속은, 컬러 휠(11), 적어도 1매로 구성되는 릴레이 렌즈 시스템(4), 전 반사 미러(12), 필드 렌즈(5) 및 전반사 프리즘(13)을 거쳐 반사형 라이트 밸브(14)를 조명한다. 라이트 밸브(14)에 의해, 광학 이미지를 형성하는 변조광이 출사된다. 라이트 밸브(14)로부터의 광속은, 전 반사 프리즘(13)을 거쳐 투사 렌즈(7)에 도달하고, 투사 렌즈(7)는, 라이트 밸브(14)가 형성한 광학 이미지를 투사하게 된다.

로드 인테그레이터(1)의 출사 단면(130B) 근방에 배치된 컬러 휠(11)은 컬러 표시를 가능하게 하게 하는 것이다. 컬러 휠(11)은, 적어도 적색, 청색, 녹색의 3원색을 투과시키는 다이크로익 필터로 이루어지고, 또한 회전함으로써 백색광을 시분할로 색 분해할 수 있다. 컬러 휠(11)은, 구성되는 다이크로익 미러에 코팅되는 박막의 특성상, 입사각 30도 정도에 대응하는 사양의 것이 주류이고, 이 경우 이 30도가 입사각의 원하는 각도이다.

전 반사 미러(12) 및 전 반사 프리즘(13)은 광 회전 수단을 구성하고 있고, 로드 인테그레이터(1)로부터 출사되는 광속을, 로드 인테그레이터의 중심선(103)의 방향에서 본 경우에, 중심선(103)을 중심으로 하여 회전시키도록 배치되어 있다. 이 회전 각도는, 반사형 라이트 밸브(14)의 배치에 맞추어 결정되고, 본 도면의 예에서는 90도이다.

이 구성에 의해, 로드 인테그레이터(1)의 출사면(130B)로부터 출사되는 조명광은, 90도 회전한 상태에서 반사형 라이트 밸브(14)를 조명하게 된다. 회전 각도는, 전 반사를 이용하여 반사형 라이트 밸브(14)에 광속을 인도하는 전 반사 프리즘(13)의 공기와의 계면 각도와, 전 반사 미러(12)의 각도를 원하는 각도로 함으로써 조정할 수 있다.

이와 같이 광 회전 수단을 설치한 것은, 집광 효율을 더욱 향상시키기 위해서이다. 예를 들면, 반사형 라이트 밸브(14)의 면적이 충분한 경우, 즉 로드 인테그레이터(1)의 출사면의 단변 치수가 충분한 길이를 취하는 것이 가능한 경우에는 문제가 되지 않지만, 세트의 사이즈를 소형화하기 위해서 라이트 밸브의 사이즈도 소형화되고, 예를 들면 대각 치수 17.78㎜의 반사형 라이트 밸브를 사용하고, 조명광의 집광각을 F 넘버 2에 상당시킨 경우, 로드 인테그레이터(1)의 출사면의 단변 치수는, 약 6㎜으로 할 필요가 있다. 이 경우, 출사면의 단변 치수의 약 6㎜을 기준으로 테이퍼각을 정함으로써, 더욱 입사면의 치수가 짧게 되어 집광 효율이 감소한다.

이 문제를 해결하기 위해서, 로드 인테그레이터(1)의 장변 치수측에 테이퍼각을 구비하여 집광 효율을 향상시키고, 또한 전 반사 미러(12)와 전 반사 프리즘 (13)으로 조명광을, 반사형 라이트 밸브의 배치에 맞추어 회전시킨 구성을 취함으로써, 반사형 라이트 밸브의 광 이용 효율을 최대로 하고, 나아가, 고휘도이고 또한 균일화시킨 조명 장치를 실현할 수 있어, 상기 조명 장치를 구비한 투사형 화상 표시 장치를 실현할 수 있다.

단, 조명 광학 시스템의 전후에서 조명 영역의 면적과 조명광의 입체각의 곱이 일정한 것은 공지이며, 로드 인테그레이터(1)의 출사면의 면적과 조명광의 출사각의 곱과, 반사형 라이트 밸브(14)의 면적과 조명광의 입체각의 곱이 같게 되어 있는 것은 말할 필요도 없다.

또한, 도 12에 도시한 바와 같이, 상기 실시 형태 3과 마찬가지로, 광원부(101, 102)를, 광원부(101)의 오목면 거울(3)의 광축과 광원부(102)의 오목면 거울(3)의 광축이, 로드 인테그레이터(1)의 중심선(103)과 교차하지 않도록 배치하고, 이에 대응시켜 합성용 미러(61, 62)를 배치하고 있다. 이에 따라, 보다 고휘도이고 또한 균일한 화상을 실현할 수 있다.

여기서, 본 실시 형태와 같이, 로드 인테그레이터를, 중심선(103)을 중심으로 하여 회전시켜 배치한 경우는, 이 회전 각도에 따라, 좌우 2개의 램프(2)의 배치도 변화하게 된다. 이 경우에도, 도 12에 도시한 광원부(101, 102)와 합성용 미러(61, 62) 사이의 위치 관계를 유지한 채로, 이들을 중심선(103)을 중심으로 하여 회전시켜 배치하면, 상기와 같이 회전한 로드 인테그레이터의 배치에도 대응할 수 있게 된다.

또한, 반사형 라이트 밸브(14)는, 미세한 미러의 집합체인 디지털 미러 디바 이스로 이루어지고, 구동 회로(도시하지 않음)로부터 출력되는 전기 신호에 의해서 화상을 표시한다. 반사형 라이트 밸브(14)에 표시된 화상은, 전 반사 프리즘(13) 및 투사 렌즈(7)를 통해 확대 투사되어 스크린(도시하지 않음)에 투사된다.

(실시 형태 5)

상기 각 실시 형태는, 광원부가 2개인 실시 형태인데, 실시 형태 5는 광원부가 4개인 예이다. 도 14A는, 실시 형태 5에 따른 투사형 화상 표시 장치광의 상면도이고, 도 14B는 측면도이다.

본 실시 형태에 따른 투사형 화상 표시 장치는, 4개의 광원부(201-204)와, 로드 인테그레이터(20)와, 로드 인테그레이터(20)로부터 출사된 광속을 인도하는 릴레이 렌즈 시스템(4)과, 필드 렌즈(5)와, 릴레이 렌즈 시스템(4)으로부터 인도된 광속을 변조하여, 화상을 형성하는 투과형 라이트 밸브(6)와, 라이트 밸브(6)가 형성한 화상을 투사하는 투사 렌즈(7)를 구비하고 있다. 206은 로드 인테그레이터(20)의 중심선이다.

각 광원부(201-204)는 동일한 구성이고, 각각 광원(200)과, 광원(2)으로부터의 광을 집광하는 집광 광학 시스템인 오목면 거울(205)을 구비한다. 도 1의 구성에 비해 광원부의 수가 상이하지만, 각 광원부의 구성은 도 1의 광원부와 동일하다.

도 15는 로드 인테그레이터(20)의 사시도이고, 도 16A는 상면도, 도 16B는 측면도 및 좌우 측면도이다. 도 15에 도시하는 바와 같이, 로드 인테그레이터(20)는 입사 단면(230F)을 위쪽 바닥으로 하고, 출사 단면(230b)을 아래쪽 바닥으로 하 여, 4면의 측면(230T, 230U, 230L, 230R)을 구비한 기둥 형상 광학 소자이다.

상기 실시 형태의 도 2에 도시한 로드 인테그레이터(1)는, 서로 대향하는 2쌍의 측면중, 테이퍼면이 형성되어 있는 것은, 1쌍의 양 측면(130L 및 130R)만인데 대해, 본 실시 형태에서는, 2쌍의 측면의 양쪽에 테이퍼면이 형성되어 있다.

즉, 대향하는 측면(230L 및 230R)은, 입사 단면(230F)으로부터 출사 단면(230B)을 향해, 양 측면(230L 및 230R)이 서로 떨어지도록, 평면끼리 상호 소정 각도의 경사를 가지고 대향하고 있고(도 16A 참조), 이는 대향하는 측면(230T 및 230U)에 대해서도 동일하다(도 16B 참조).

상기와 같이, 로드 인테그레이터(20)의 입사 단면(230F)은 오목면 거울(205)의 제2 초점 근방에 배치되어 있고, 입사된 광속은 로드 인테그레이터(20)의 수직 방향 및 수평 방향의 측면에서 적당하게 전 반사되어 로드 인테그레이터(20)의 출사면(230B)으로부터 출사된다.

도 14A에서, 한 쌍의 광원부(201)와 광원부(202)의 2개의 광원부가, 수평 방향(화살표 a방향)으로 배치되어 있다. 이 경우, 지면의 이면측에 관해서는, 한 쌍의 광원부(203)와 광원부(204)의 2개의 광원부가, 동일하게 배치되어 있다. 또한, 도 14B에서, 한 쌍의 광원부(201)와 광원부(203)의 2개의 광원부가, 수직 방향(화살표 b방향)으로 배치되어 있다. 이 경우, 지면의 이면측에 대해서는, 한 쌍의 광원부(202)와 광원부(204)의 2개의 광원부가, 동일하게 배치되어 있다.

본 실시 형태에서는, 광원부의 개수는 4개이지만, 수평 방향으로 배치되어 있는 것은 2개이고, 수직 방향으로 배치되어 있는 것도 2개이다.

즉, 본 실시 형태 5의 광원부의 구성은, 수평 방향 또는 수직 방향으로 2개의 광원부가 배치된 광원부에 병렬로, 2개의 광원부가 더 배치되어 있게 된다. 본 실시 형태 5에서는, 2쌍의 테이퍼면의 각각에 대응하도록 광원부를 설치하고 있으므로, 광원부의 개수가 합계 4개로 되어 있다.

다음에, 로드 인테그레이터(20)의 기본 동작을 설명한다. 도 17은 입사한 광선의 동작을 나타낸 로드 인테그레이터(20)의 상면도이고, 도 18은 입사한 광선의 동작을 나타낸 로드 인테그레이터(20)의 측면도이다.

도 17의 도시는, 최대각(2θ)으로 입사 단면(230F)에 입사한 광선이, 로드 인테그레이터(20)내에서 반사되고, 출사 단면(230B)으로부터 출사되는 모양을 나타내고 있다. 도 17에 도시한 바와 같이, 최대각(2θ)으로 입사한 광선은, 로드 인테그레이터(20)의 한 쌍의 테이퍼면(230L, 230R)에서 적당하게 전 반사됨으로써, 최대각(2θ)과는 상이한 각도(θ')로 출사 단면(230B)으로부터 출사되게 된다.

이는 도 18에 있어서도 동일하고, 최대각(2θ)으로 입사한 광선은, 로드 인테그레이터(20)의 1쌍의 테이퍼면(230T, 230U)에서 적당하게 전 반사됨으로써, 최대각(2θ)과는 상이한 각도(θ')로 출사 단면(230B)으로부터 출사되게 된다.

즉, 본 실시의 형태에 의하면, 수평 방향으로 2θ로 입사 단면(230F)에 입사된 광선, 수직 방향으로 2θ로 입사 단면(230F)에 입사된 광선의 양쪽에 대해서, 출사 단면(230B)에서 각도(θ')로 출사되게 된다.

본 실시 형태는, 광원부의 수가 합계 4개로 많고, 상기와 같이, 수평 방향, 수직 방향의 양쪽에서, 출사 단면의 광의 퍼짐각을 입사 단면의 광의 퍼짐각보다 작게 할 수 있으므로, 보다 고휘도인 광을 원하는 경우에 유리하다.

(실시 형태 6)

상기 실시 형태 1은 로드 인테그레이터(1)에 입사되는 광의 입사각과 집광각이 동일한 예로 설명했는데, 본 실시 형태 6은 입사각이 집광각보다 작은 실시의 형태이다.

도 19는 실시 형태 6에 따른 광학 시스템 개념도의 상면도를 도시한다. 본 도면의 구성은, 입사각과 집광각의 관계를 제외하면, 실시 형태 1의 도 1에 도시한 구성과 동일한 구성이므로, 도 1과 동일한 부호를 이용하여, 각 부의 설명은 생략한다.

도 19에서, θE는 입사각, θc은 집광각이다. 본 도면의 구성에서는, 입사각(θE)은 집광각(θc)보다 작게 되어 있다.

본 실시 형태에서는, 도 4에서, 입사 단면(130F)의 2θ가 θE+θc로 되는데, 출사 단면(130B)에서는 입사 단면(130F)과는 상이한 각도(θ')로 되는 것은, 실시 형태 1과 동일하다. 또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 입사각(θ″)이 보존 전달되어 출사되는 것도 동일하다.

예를 들면, 최대각인 θE+θc가 51도(θE=21도)로 입사된 광을, 출사각(θ')을 약 30도로 하여 출사시킬 수 있다. 이 경우, 로드 인테그레이터(1)의 출사면의 수평 유효 치수는 7.5㎜, 테이퍼각은 약 1.51848도, 길이는 50.4485㎜, 길이 방향의 측면에서의 반사 회수는 4회로 하고, 로드 인테그레이터(1)의 유리 재료에 내열성, 광학 특성이 양호한 석영(굴절율 nd=1.45859)으로 했다. 또한, 도 5에 있어서 의 입사각(θ″)이 30도인 경우는, 각도가 보존 전달되어 30도로 출사되게 된다.

이하의 표 4에, 입사각을 변화시킨 경우의 테이퍼각(θT), 입사면 치수(L’), 로드 인테그레이터 길이(M) 및 집광 효율의 최대치를 1로 규격화한 계산치를 표시하고 있다. 단, 상기 로드 인테그레이터 출사면의 유효 치수는, 수평 유효 치수 7.5(㎜), 수직 유효 치수 5.8(㎜)이고, 집광 효율의 계산치에는, 거의 이상적인 릴레이 렌즈 시스템을 이용하고 있다. 또한, 반사 회수(n)를 3, 4, 5회로 하였다.

표 4의 예에서는, 집광각(θc)은 30도에 고정하고, 입사각(θE)을 15도로부터 3도씩 증가시켜 30도까지 변화시키고 있다. 입사각(θE)이 30도인 경우를 제외하고, 입사각이 집광각보다 작은 관계로 되어 있다. 표 4중의 E는 집광 효율이다. 집광 효율이란, 광원 및 렌즈, 미러 등의 광학 디바이스를 모델화하고, 광원으로부터 출사되는 원하는 광선이 투사되는 스크린에, 어느 만큼의 광선이 도달하는지를 조명 광학 시스템 평가용 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 계산한 것이다. 표 4에 표시한 값은, 로드 인테그레이터의 각각의 반사 회수마다, 최대치를 1로서 규격화하고 있다.

(표 4)

이 표 4의 수치를 이용하여 집광 효율과 입사각의 관계를 도시한 것이, 도 20이다. 가로축(θ)은 입사각이고, 세로축(E)은 집광 효율이다.

도 19에서, 가로축θ=30도일 때는, 집광각은 이와 동일한 30도이지만, 이 이외에서는 입사각(θ)은 집광각보다 작게 되어 있다. 도 20으로부터 알 수 있듯이, 집광 효율은 입사각과 집광각이 동일한 가로축θ=30도일 때에 가장 작게 되어 있고, 집광각의 70%를 입사각으로 한 θ=21도일 때에 최대치로 되어 있다.

즉, 표 4, 도 20에 의하면, 집광각보다 입사각을 작게 하면, 장치의 밝기를 향상시키는 것이 가능해지는 것을 알았다. 이 경우, 집광 효율은, 입사각(θ)의 집광각에 대한 비율이 60%(θ=18도) 이상 80%(θ=24도) 이하의 범위에서, 특히 양호한 값을 표시하고 있다.

또한, 광원이 2개인 경우로 설명했는데, 본 실시 형태를 상기 실시의 형태 5 와 같은 광원 4개의 구성에 적용해도 된다.

또한, 상기 각 실시 형태 중, 로드 인테그레이터(1)의 한 쌍의 대향하는 측면이 서로 평행한 평면이고, 다른 쪽의 한 쌍의 대향하는 측면이 소정 각도의 경사를 가지고 대향하는 평면인 구성에서, 로드 인테그레이터(1)는 한 쌍의 대향하는 측면은 적어도 일부에 서로 평행한 평면을 가지고, 다른 쪽 한 쌍의 대향하는 측면은 적어도 일부에 소정 각도의 경사를 가지고 대향하는 평면을 갖는 것이어도 된다. 이는 한 쌍의 서로 소정 각도의 경사를 가지고 대향하는 평면 간을 광속이 반사함으로써, 출사각을 원하는 각도로 좁히고, 또한 균일한 조명이 가능하기 때문이다. 이 점은 실시 형태 1 내지 5에 대해서도 동일하다.

또한, 로드 인테그레이터(1)의 출사 단면(130B)은, 제조 상, 연마할 필요가 있다. 그런데 이 연마 공정에서 로드 인테그레이터(1)의 단부, 즉 출사 단면(130B)의 4변의 에지나 4귀퉁이의 코너가 이지러지는 경우가 있다. 이 이지러짐의 크기는 0.1㎜ 이상이 되는 경우도 있다.

출사 단면(130B)에서의 이지러짐은, 균일 조사에 악영향을 미쳐, 조사에 불균일을 만들게 된다.

그래서, 출사 단면(130B)의 4변의 에지 길이를 원하는 기준 길이(L)에 대해, 여유 치수를 부가한 길이(L1)에 기초하여, 로드 인테그레이터의 형상을 결정하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 출사 단면(130B)의 4변의 에지나 4귀퉁이의 코너가 이지러지는 것에 의한 영향이 균일 조사에 나쁘게 작용하는 것을 방지할 수 있다. 여유 치수는, 예를 들면 0.2㎜ 이내의 범위 내이다. 이는, 실시 형태 1부터 5에 대해서도 동일하다.

또한, 상기 각 실시 형태에 있어서, 로드 인테그레이터는, 유리 재료의 예로 설명했는데, 4개의 내벽면을 미러로 형성하고, 내측이 비어 있는 기둥 형상 광학 소자로 해도 된다. 이 구성에 있어서도, 입사된 광속은 내벽면의 미러로 적당하게 전 반사되어 출사되게 된다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 출사 단면의 수평 방향의 광의 퍼짐각을, 입사 단면의 수평 방향의 광의 퍼짐각과 상이하게 제어할 수 있으므로, 고휘도이고 또한 균일한 광을 얻을 수 있다. 이 때문에, 본 발명은, 로드 인테그레이터를 구비한 조명 장치나 투사형 화상 표시 장치에 유용하다.

Claims

램프 및 오목면 거울을 포함하는 광원부와,

로드 인테그레이터와,

상기 로드 인테그레이터로부터 출사된 광속을 인도하는 릴레이 렌즈 시스템을 구비한 조명 장치에 있어서,

상기 로드 인테그레이터는, 입사 단면(入射端面)을 위쪽 바닥, 출사 단면을 아래쪽 바닥으로 하는 기둥 형상 광학 소자이고,

상기 출사 단면의 장변 방향을 수평 방향, 단변 방향을 수직 방향으로 하면,

상기 기둥 형상 광학 소자의 상기 위쪽 바닥 및 상기 아래쪽 바닥 이외의 4면의 측면 중, 상기 수평 방향의 대향하는 측면은, 상기 입사 단면으로부터 상기 출사 단면을 향해 양 측면이 상호 상기 수평 방향으로 떨어지도록, 평면끼리 서로 소정의 각도의 경사를 가지고 대향한 테이퍼면을 형성하고 있고,

상기 수직 방향의 대향하는 측면은, 평면끼리 서로 평행하게 대향한 부분을 형성하고 있으며,

상기 광원부로부터의 광은, 상기 로드 인테그레이터의 입사 단면 근방에 수속 조사되고,

상기 광원부는, 상기 로드 인테그레이터로의 입사각이 상기 수평 방향에 대해 최대가 되는 방향으로 2개 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
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제 1항에 있어서, 상기 2개의 광원부를 각각 제1 광원부, 제2 광원부로 하면, 상기 제1 광원부로부터의 광을 상기 로드 인테그레이터의 입사 단면에 인도하는 제1 반사 수단과, 상기 제2 광원부로부터의 광을 상기 로드 인테그레이터의 입사 단면으로 인도하는 제2 반사 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제 1항에 있어서, 상기 로드 인테그레이터의 상기 출사 단면으로부터 출사되는 광의 퍼짐 각도는 수평 방향의 최대치와 수직 방향의 최대치가 대략 동일한 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 서로 평행한 평면에 수직한 방향을 제1 방향, 상기 로드 인테그레이터의 중심선과 직교하고, 또한 상기 제1 방향과 직교하는 방향을 제2 방향으로 하면,

상기 로드 인테그레이터의 상기 입사 단면으로 들어가는 광의 퍼짐 각도는, 제1 방향의 최대치에 비해, 제2 방향의 최대치가 커지도록, 상기 2개의 광원부가 배치되어 있고,

제2 방향의 최대치에 대응한 광은, 상기 로드 인테그레이터의 상기 테이퍼면에서 반사되고, 제1 방향의 최대치에 대응한 광은, 상기 로드 인테그레이터의 서로 평행한 평면에서 반사되고,

상기 출사 단면의 광의 퍼짐 각도는, 제1 방향의 최대치가, 상기 입사 단면의 제1 방향의 최대치와 대략 동일하고, 제2 방향의 최대치가, 상기 입사 단면의 제2 방향의 최대치보다 작게 되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제 4항에 있어서, 상기 제1 광원부의 출사 방향으로 상기 제2 광원부가 있도록 대향하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제 7항에 있어서, 투사 렌즈를 더 구비하고, 상기 2개의 광원부의 오목면 거울의 광축과 상기 투사 렌즈의 광축이 수직인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제 7항에 있어서, 상기 제1 광원부 및 상기 제2 광원부는, 상기 제1 광원부의 오목면 거울의 광축과 상기 제2 광원부의 오목면 거울의 광축이, 상기 로드 인 테그레이터의 중심선과 교차하지 않도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제 1항에 있어서, 상기 로드 인테그레이터의 중심선과 상기 오목면 거울의 정점을 통과하는 상기 오목면 거울의 광축이 이루는 각도를 입사각으로 하고,

상기 오목면 거울의 유효 개구의 최외주부로부터 출사된 광속이, 상기 입사 단면에서 상기 로드 인테그레이터의 중심선과 이루는 각도를 최대각으로 하고,

상기 최대각과 상기 입사각의 차를 집광각으로 하면,

상기 입사각은 상기 집광각보다 작은 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제 10항에 있어서, 상기 입사각의 상기 집광각에 대한 비율이, 60% 이상 80% 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
램프 및 오목면 거울을 포함하는 광원부와,

로드 인테그레이터와,

상기 로드 인테그레이터로부터 출사된 광속을 인도하는 릴레이 렌즈 시스템과,

상기 릴레이 렌즈 시스템으로부터 인도된 광속을 변조하여, 화상을 형성하는 라이트 밸브와,

상기 라이트 밸브가 형성한 화상을 투사하는 투사 렌즈를 구비한 투사형 화상 표시 장치에 있어서,

상기 로드 인테그레이터는, 입사 단면을 위쪽 바닥, 출사 단면을 아래쪽 바닥으로 하는 기둥 형상 광학 소자이고,

상기 출사 단면의 장변 방향을 수평 방향, 단변 방향을 수직 방향으로 하면,

상기 기둥 형상 광학 소자의 상기 위쪽 바닥 및 상기 아래쪽 바닥 이외의 4면의 측면 중, 상기 수평 방향의 대향하는 측면은, 상기 입사 단면으로부터 상기 출사 단면을 향해 양 측면이 상호 상기 수평 방향으로 떨어지도록, 평면끼리 서로 소정 각도의 경사를 가지고 대향한 테이퍼면을 형성하고 있고,

상기 수직 방향의 대향하는 측면은, 평면끼리 서로 평행하게 대향한 부분을 형성하고 있으며,

상기 광원부로부터의 광은, 상기 로드 인테그레이터의 입사 단면 근방에 수속 조사되고,

상기 광원부는, 상기 로드 인테그레이터로의 입사각이 상기 수평 방향에 대해 최대가 되는 방향으로 2개 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
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제 12항에 있어서, 상기 2개의 광원부를, 각각 제1 광원부, 제2 광원부로 하면, 상기 제1 광원부로부터의 광을 상기 로드 인테그레이터의 입사 단면으로 인도하는 제1 반사 수단과, 상기 제2 광원부로부터의 광을 상기 로드 인테그레이터의 입사 단면으로 인도하는 제2 반사 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
제 15항에 있어서, 상기 제1 광원부의 출사 방향으로 상기 제2 광원부가 있도록 대향하여 배치되는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
제 16항에 있어서, 투사 렌즈를 더 구비하고, 상기 2개의 광원부의 오목면 거울의 광축과 상기 투사 렌즈의 광축이 수직인 것을 특징으로 하는 투사형 광학 표시 장치.
제 16항에 있어서, 상기 제1 광원부 및 상기 제2 광원부는, 상기 제1 광원부의 오목면 거울의 광축과 상기 제2 광원부의 오목면 거울의 광축이, 상기 로드 인테그레이터의 중심선과 교차하지 않도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
제 12항에 있어서, 상기 로드 인테그레이터의 중심선과 상기 오목면 거울의 정점을 통과하는 상기 오목면 거울의 광축이 이루는 각도를 입사각으로 하고,

상기 오목면 거울의 유효 개구의 최외주부로부터 출사된 광속이, 상기 입사 단면에서 이루는 각도를 최대각으로 하고,

상기 최대각과 상기 입사각의 차를 집광각으로 하면,

상기 입사각은 상기 집광각보다 작은 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
제 12항에 있어서, 상기 로드 인테그레이터로부터 출사되는 광속을, 상기 로드 인테그레이터의 중심선을 중심으로, 상기 라이트 밸브의 배치에 맞추어 회전시켜 상기 라이트 밸브로 인도하는 광 회전 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.