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KR20050106128A - 조명 장치 및 투사형 표시 장치 - Google Patents

조명 장치 및 투사형 표시 장치 Download PDF

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KR20050106128A
KR20050106128A KR1020057019827A KR20057019827A KR20050106128A KR 20050106128 A KR20050106128 A KR 20050106128A KR 1020057019827 A KR1020057019827 A KR 1020057019827A KR 20057019827 A KR20057019827 A KR 20057019827A KR 20050106128 A KR20050106128 A KR 20050106128A
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KR
South Korea
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light
fly
light shielding
shielding plate
eye lens
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KR1020057019827A
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KR100656236B1 (ko
Inventor
히데히토 이이사카
쇼이치 우치야마
Original Assignee
세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

램프의 광출력 강도를 변화시키지 않고 광변조 수단으로의 입사 광량을 변화시킬 수 있으며, 영상 표현력이나 사용 환경에 대한 순응성 면에서 우수한 효과를 발휘할 수 있는 투사형 표시 장치에 사용하는 조명 장치가 제공된다. 본 발명의 조명 장치는 광원과, 균일 조명 수단을 구성하는 2개의 플라이 아이 렌즈와, 이들 플라이 아이 렌즈 사이에 설치되어, 광원으로부터의 사출광의 광량을 조절하는 조광 수단을 구성하는 차광판을 구비하고 있다. 그리고, 광변조 수단에 공급되는 영상 신호에 의거하여 차광판의 경사 각도가 제어됨으로써 광량을 조절할 수 있게 되어 있다.

Description

조명 장치 및 투사형 표시 장치{ILLUMINATOR AND PROJECTION DISPLAY}
본 발명은 조명 장치 및 투사형 표시 장치와 그 구동 방법에 관한 것으로서, 특히 영상 표현력이 우수하고, 사용 환경이나 사용자의 기호에 적합한 밝기의 영상이 얻어지는 투사형 표시 장치와 이것에 사용하는 조명 장치에 관한 것이다.
최근, 정보기기의 발달은 놀라우며, 해상도가 높고, 소비전력이 낮으며 박형인 표시 장치의 요구가 증대되어, 연구 개발이 추진되고 있다. 그 중에서도 액정 표시 장치는 액정 분자의 배열을 전기적으로 제어하여, 광학적 특성을 변화시킬 수 있고, 상기의 요구에 대응할 수 있는 표시 장치로서 기대되고 있다. 이러한 액정 표시 장치의 일 형태로서, 액정 라이트 밸브를 사용한 광학계로부터 사출되는 영상을 투사 렌즈를 통과시켜 스크린에 확대 투사하는 투사형 액정 표시 장치(액정 프로젝터)가 알려져 있다.
투사형 액정 표시 장치는 광변조 수단으로서 액정 라이트 밸브를 사용한 것이나, 투사형 표시 장치에는, 액정 라이트 밸브 이외에, 디지털 미러 디바이스(Digital Mirror Device, 이하, DMD라고 약기(略記)함)를 광변조 수단으로 한 것도 실용화되어 있다. 그런데, 이러한 종래의 투사형 표시 장치는 다음과 같은 문제점을 갖고 있다.
(1) 광학계를 구성하는 다양한 광학 요소에서 발생하는 광 누설이나 미광(迷光) 때문에, 충분한 콘트라스트를 얻을 수 없다. 이 때문에, 표시할 수 있는 계조 범위(다이내믹 레인지(Dynamic range))가 좁고, 음극선관(Cathode Ray Tube, 이하, CRT라고 약기함)을 사용한 기존의 텔레비전 수상기와 비교하면, 영상의 품질이나 박력(迫力)의 점에서 뒤떨어지게 된다.
(2) 각종 영상 신호 처리에 의해 영상의 품질 향상을 도모하고자 하여도, 다이내믹 레인지가 고정되어 있기 때문에, 충분한 효과를 발휘할 수 없다.
이러한 투사형 표시 장치의 문제점에 대한 해결책, 즉, 다이내믹 레인지를 확장하는 방법으로서는, 영상 신호에 따라 광변조 수단(라이트 밸브)에 입사시키는 광의 양을 변화시키는 것을 생각할 수 있다. 이것을 실현하는데 가장 간편한 방법은 램프의 광출력 강도를 변화시키는 것이다. 투사형 액정 표시 장치에 있어서, 메탈 할라이드 램프(Metal Halide Lamp)의 출력광의 제어를 행하는 방법이 일본국 특개평3-179886호 공보에 개시되어 있다.
그러나, 투사형 액정 표시 장치에 사용하는 램프로서는 고압 수은 램프가 현재 주류를 이루고 있으나, 고압 수은 램프에 의해 광출력 강도를 제어하는 것은 상당히 곤란한 상황이다. 따라서, 램프의 광출력 강도 자체는 변화시키지 않더라도, 광변조 수단으로의 입사 광량을 영상 신호에 따라 변화시킬 수 있는 방법이 요구되고 있다.
또한, 상기의 문제점에 더하여, 현행의 투사형 표시 장치에서는 광원의 밝기가 고정되어 있기 때문에, 예를 들어, 어두운 감상 환경에서는 화면이 지나치게 밝아지거나, 또한, 투사 거리나 투사 렌즈의 주밍(zooming)에 의해 투사 스크린 사이즈를 변화시켰을 때에, 그에 따라 화면의 밝기가 변화된다는 문제점도 있었다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 램프의 광출력 강도를 변화시키지 않고 광변조 수단으로의 입사 광량을 변화시킬 수 있으며, 영상 표현력이나 사용 환경에 대한 순응성 면에서 우수한 효과를 발휘할 수 있는 투사형 표시 장치와 이것에 사용하는 조명 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 조명 장치는 투사형 표시 장치의 광변조 수단을 조명하기 위해 사용되는 조명 장치로서, 광원과, 상기 광원으로부터 입사되는 광의 조도(照度) 분포를 균일화하는 균일 조명 수단과, 상기 광원으로부터 사출되는 광의 광축 위에 설치되어, 상기 광원으로부터의 사출광의 광량을 조절하는 조광(調光) 수단을 구비하고, 외부로부터의 정보에 의거하여 상기 조광 수단을 제어함으로써 상기 균일 조명 수단으로부터 사출되는 광의 광량을 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명자는 광원의 광출력 강도를 변화시키지 않고, 영상에 따라 피(被)조명 영역에 입사되는 광의 양을 조절하기 위한 수단으로서, 종래의 조명 장치에 대하여 외부로부터의 정보에 의거하여 광량이 조절되는 조광 수단을 부가하면 된다는 것을 발견했다. 상기의 「외부로부터의 정보」에는, 예를 들어, 광변조 수단에 공급되는 영상 신호에 의거한 정보, 투사 확대율에 의거한 정보, 사용 환경 하에서의 밝기 상황에 의거한 정보, 사용자의 기호에 의거한 정보 등을 들 수 있다.
즉, 본 발명의 조명 장치에 의하면, 광원으로부터의 사출광의 광량을 조절하는 조광 수단이 구비되고, 이 조광 수단이 상기 외부로부터의 정보에 의거하여 제어되는 구성으로 되어 있기 때문에, 투사형 표시 장치에 사용했을 때에 조광 수단의 작용에 의해, 예를 들어, 외부로부터의 정보가 영상 신호에 의거한 정보인 경우, 그 때의 영상 신(scene)이 밝은 장면이면 광량이 많아지도록, 어두운 장면이면 광량이 적어지도록 광원으로부터의 사출광의 광량이 조절된다. 이렇게 하여, 광원의 광출력 강도가 일정한 상태에서도 피조명 영역에서 영상에 따른 밝기의 광을 얻을 수 있고, 투사형 표시 장치의 다이내믹 레인지의 확장에 기여할 수 있다. 마찬가지로, 투사 확대율, 사용 환경 하에서의 밝기 상황, 또는 사용자의 기호 등에 따른 밝기의 광을 얻을 수 있다.
상기 균일 조명 수단의 구체적인 형태로서는, 예를 들어, 로드(rod) 렌즈 등도 있으나, 본 발명의 경우, 광축을 따라 광원에 가까운 측으로부터 차례로 배치된 플라이 아이 렌즈와, 이것에 의해 형성된 복수의 2차 광원상을 조명 면에서 중첩시키기 위한 중첩 렌즈로 구성된 것을 적합하게 사용할 수 있다. 플라이 아이 렌즈를 사용하는 균일 조명 수단에서는, 플라이 아이 렌즈에 의해 복수의 2차 광원상이 형성되고, 이 복수의 2차 광원상이 중첩 렌즈로서 그 후단(後段)에 설치된 제 2 플라이 아이 렌즈나 콘덴서 렌즈에 의해 중첩됨으로써, 원래의 광원광이 갖고 있는 조도 분포를 균일화할 수 있다.
상기 조광 수단의 구체적인 형태로서는, 조광 수단이 상기 광원으로부터의 사출광 중 적어도 일부를 차단할 수 있게 구성된 차광 부재로 이루어지고, 상기 차광 부재에 의한 상기 사출광의 차광 면적을 조절할 수 있게 된 것을 사용할 수 있다.
이 구성에 의하면, 차광 부재의 작용에 의해 광원으로부터의 사출광을 차광하는 정도를 용이하게 조절할 수 있고, 본 발명의 조명 장치에 적합한 조광 수단을 실현할 수 있다.
상기 차광 부재의 설치 위치로서는, 플라이 아이 렌즈와 중첩 렌즈 사이, 중첩 렌즈의 사출 측, 플라이 아이 렌즈와 광원 사이의 3종류를 생각할 수 있다.
특히 제 1 플라이 아이 렌즈와 중첩 렌즈 사이에 설치할 경우, 또는 중첩 렌즈의 사출 측에 설치할 경우에는, 차광 부재를 플라이 아이 렌즈를 구성하는 각 렌즈의 초점 근방에 배치하는 것이 바람직하다.
플라이 아이 렌즈로부터 사출된 광속(光束)은 플라이 아이 렌즈를 구성하는 각 렌즈의 초점 근방에서 일단 집광(集光)되나, 차광 부재를 여기에 배치한 경우, 광속이 집광된 영역에서 감광(減光)이 실행되기 때문에, 피조명 영역에서의 조도 분포에 영향을 주지 않고, 조광을 행할 수 있다. 또한, 이 부분에는 플라이 아이 렌즈의 초점거리에 따른 갭이 미리 마련되어 있기 때문에, 그 사이에 차광 부재를 배치하여도, 기타 부품의 광학 배치를 변경할 필요가 없다.
상기 차광 부재의 구체적인 형태로서는, 차광 부재가 그 주면(主面)과 평행한 방향으로 이동할 수 있게 구성된 차광판으로 이루어지고, 차광판의 이동량에 따라 광량을 조절할 수 있게 된 것을 예시할 수 있다.
이 구성에 의하면, 예를 들어, 차광판에 어떠한 차광판 구동 기구를 설치하거나 하여, 차광판을 평행 이동 가능하게 구성함으로써, 차광판에 의해 차단하는 광의 양을 변화시키고, 차광판의 설치 개소를 투과하는 광량을 용이하게 조절할 수 있다.
또는, 차광 부재가 그 주면과 평행한 방향으로 연장되는 회동축을 중심으로 하여 회동 가능하게 구성된 차광판으로 이루어지고, 차광판의 회동 각도에 따라 광량을 조절할 수 있게 된 것을 예시할 수 있다.
이 구성에 의하면, 예를 들어, 회동축에 스테핑 모터를 접속하거나 하여, 차광판을 회동시킴으로써 차광판의 설치 개소를 투과하는 광의 양을 용이하게 양호한 응답성으로 조절할 수 있다. 예를 들면, 차광판의 판면(板面)이 광축과 평행해지도록 배치하면, 광의 투과율을 100%에 가까운 값으로 할 수 있고, 차광판의 판면이 광축에 대하여 소정 각도로 될 때까지 회동시키면, 설정한 범위 내에서 최소의 투과율로 감광시킬 수 있어, 피조명 영역에서 원하는 밝기의 광을 얻을 수 있다.
또한, 차광 부재가 플라이 아이 렌즈로부터 사출되는 광속 각각에 대하여 선대칭으로 차광을 행하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 각 광속의 중심에 대하여 중심 대칭으로 차광을 행하는 것이 좋다.
상술한 바와 같이, 플라이 아이 렌즈를 구성하는 각 렌즈의 초점 근방에서는, 플라이 아이 렌즈에 의해 형성된 복수의 2차 광원상에 의한 광속이 집광되어 있다. 그러나, 여기서 광속을 상기 차광 부재를 사용하여 차광할 경우, 무턱대고 차광을 행하면, 조도 분포의 균일화 작용이 저해된다. 구체적으로 설명하면, 예를 들어, 모든 광속에 대하여 한쪽으로부터 차광하면, 피조명 영역의 한쪽만이 밝고, 나머지 한쪽이 어둡다고 하듯이 조도 분포가 편중되는 경우가 있다. 이 문제의 대책으로서, 광속의 중심을 통과하는 축에 대하여 선대칭으로 차광을 행하면, 피조명 영역에서의 조도 분포도 피조명 영역의 중심을 통과하는 축에 대하여 선대칭으로 된다. 따라서, 균일 조명 수단을 투과한 후의 광이 아직 약간의 조도 분포를 갖고 있다고 하여도, 피조명 영역에서의 조도 분포가 편중되는 경우에 비하여 투사된 영상의 외관을 양호하게 할 수 있다.
또한, 각 렌즈의 중심에 대하여 중심 대칭으로 차광을 행하면, 원래의 광원광이 갖는 조도 분포에 의해 합치한 차광의 형태로 되어, 조도 분포를 보다 균일화할 수 있다.
또한, 상기 차광 부재가 플라이 아이 렌즈로부터 사출되는 광속 각각의 중심을 통과하는 축에 대하여 선대칭으로 차광을 행하는 구성 대신에, 광속 그룹 전체의 중심을 통과하는 축에 대하여 선대칭으로 차광을 행하는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우도, 보다 바람직하게는, 광속 그룹 전체의 중심에 대하여 중심 대칭으로 차광을 행하는 것이 좋다.
이 구성의 경우도, 상기의 각 렌즈의 중심을 통과하는 축에 대하여 선대칭으로 차광을 행하는 경우와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다. 즉, 하나하나의 2차 광원상에 대해서는 차광에 의해 밝기의 편중이 생기나, 이렇게 함으로써, 이들을 중첩시킨 피조명 영역에서의 조도 분포를 균일하게 할 수 있다.
상기와 같이 대칭적으로 차광을 행하기 위한 구체적인 수단으로서, 예를 들어, 차광 부재가 플라이 아이 렌즈로부터 사출된 인접하는 광속 사이에 배치되고, 또한, 광축과 수직으로 설치된 슬릿 형상의 개구부를 갖는 2개의 차광판으로 이루어지며, 이들 2개의 차광판을 각각의 주면과 평행한 방향에서 서로 반대 방향으로 이동시킬 수 있게 한 구성을 채용할 수 있다. 또는, 차광 부재가 광축과 수직으로 설치된 3개 이상의 차광판으로 이루어지고, 이들 3개 이상의 차광판 중의 1개는 그 위치를 고정시키는 동시에, 광속 그룹 전체의 중심선에 대하여 선대칭의 위치에 있는 나머지 차광판이 서로 반대 방향으로 이동하도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 구성에 더하여, 본 발명의 조명 장치는, 플라이 아이 렌즈를 구성하는 각 렌즈의 초점 위치 근방에 광원으로부터의 사출광의 편광 상태를 일 방향으로 가지런히 하기 위한 편광 빔 스플리터(Polarized Beam Splitter, 이하, PBS라고 약기함) 어레이를 설치할 수도 있다.
이 구성에 의하면, 예를 들어, 일 편광 방향의 광만을 이용하여 표시를 행하는 액정 프로젝터 등의 투사형 표시 장치에 본 발명의 조명 장치를 사용했을 때에, PBS 어레이에 있어서 액정 라이트 밸브에서 이용하는 측의 편광에 가지런히 되도록 광원으로부터의 사출광의 편광 변환을 행할 수 있기 때문에, 광의 이용 효율을 높일 수 있다.
이 경우, 차광 부재로서 평행 이동 가능한 2개의 차광판을 사용하는 것을 채용하면, 그 2개의 차광판 중 적어도 한쪽이 PBS 어레이 위의 반사막에 광원으로부터의 사출광을 직접 입사시키지 않기 위한 차광판을 겸하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, PBS 어레이와 본 발명의 차광 부재에 걸친 장치 구성을 간단화할 수 있다.
상기의 구성에 있어서, 상기 PBS 어레이의 입사 측에 제 2 플라이 아이 렌즈를 설치하고, 이 제 2 플라이 아이 렌즈와 차광판 사이, 또는 PBS 어레이와 차광판 사이의 적어도 어느 한쪽에 갭을 마련하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 상기 갭에, 예를 들어, 냉각용 공기를 흐르게 할 수 있고, 광원으로부터의 강한 광을 차광함으로써 온도가 상승된 차광판을 냉각시킬 수 있다.
차광판의 회동축은 플라이 아이 렌즈로부터 사출되는 광속의 사이로 되는 장소에 배치하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 플라이 아이 렌즈로부터 사출되는 복수의 광속 각각의 사이 부분은 원래 플라이 아이 렌즈에서 집광된 광이 도달하지 않는 부위이기 때문에, 회동축을 이 위치에 배치한 상태에서 차광판의 판면이 광축과 평행해지도록 차광판을 위치시킨 경우에는, 광이 차단되는 일이 거의 없어, 조광을 행하지 않은 경우에 밝기가 저하되지 않는다.
차광판은 광의 투과율이 전체적으로 균일한 것이 좋지만, 부분적으로 광의 투과율이 상이한 영역을 갖고 있을 수도 있다. 구체적으로는, 예를 들어, 차광판을 유리 위에 금속 박막을 형성한 판에 의해 구성하고, 그 막 두께에 분포를 부여하거나 할 수도 있다. 또한, 예를 들어, 차광판의 형상을 직사각형 형상으로 했을 때에 에지부를 단순한 직선상으로 형성하는 것이 아니라, 에지부에 요철(凹凸) 형상을 부여하도록 할 수도 있다.
이렇게 하여, 차광판 내에 부분적으로 광의 투과율이 상이한 영역을 마련한 경우, 플라이 아이 렌즈가 만들어내는 복수의 2차 광원상의 각각에 대하여 임의의 분포로 차광이 실행되기 때문에, 그들이 중첩된 것은 이들 분포가 서로 혼합됨으로써 조도 분포가 균일화되어, 피조명 영역에서의 조도의 균일성을 높일 수 있다.
차광판의 수에 대해서는, 1개만 설치할 수도 있고, 광축과 수직인 면을 따라 복수 배치할 수도 있다.
*복수의 차광판을 배치한 경우, 하나하나의 차광판의 치수를 작게 할 수 있기 때문에, 차광판을 플라이 아이 렌즈를 구성하는 각 렌즈의 초점 위치에 보다 가깝게 배치할 수 있게 되어, 피조명 영역에서의 조도 분포에 의해 영향을 주지 않고, 조광을 행할 수 있다. 또한, 작은 차광판의 경우, 기존의 균일 조명 수단의 배치를 바꾸지 않고 이들 사이에 삽입할 수 있어, 조명 장치가 대형화되지도 않는다.
특히, 복수의 차광판을 플라이 아이 렌즈로부터 사출되는 광속의 열마다에 대응하여 배치한 경우, 차광판의 치수를 가장 작게 할 수 있어, 상기 효과를 확실하게 얻을 수 있다.
또한, 복수의 차광판을 플라이 아이 렌즈로부터 사출되는 광속 그룹의 중심선을 경계로 하여, 각각 반대 방향으로 회동시키도록 한 경우, 결과적으로 광속 그룹 전체의 중심에 대하여 선대칭으로 차광하게 되기 때문에, 보다 균일한 조명을 얻을 수 있다.
또한, 복수의 차광판을 설치한 경우, 이들 차광판을 일제히 동일한 각도만큼 회동시키는 구성으로 할 수도 있으나, 예를 들어, 일부의 차광판만을 회동시키고 나머지 차광판은 정지시켜 두는 구성, 또는 복수 차광판의 회전각에 차이를 두어 회동시키는 구성, 또는 이들을 조합시킨 구성 등에 의해 조광을 행할 수도 있다.
이러한 구성에 의하면, 보다 정밀한 조광을 행할 수 있다.
다음으로, 차광판의 설치 위치를 플라이 아이 렌즈와 광원 사이로 한 경우, 광원의 조도 분포가 원래 크기 때문에, 플라이 아이 렌즈와 광원 사이에 차광판을 넣어도 조도 분포에 그다지 큰 영향은 없고, 피조명 영역에서의 조도 분포를 작게 할 수 있다.
또한, 차광판을 이 위치에 배치한 경우도, 상기(플라이 아이 렌즈와 중첩 렌즈 사이)의 경우와 동일하게, 차광판을 광축과 수직인 면을 따라 복수 배치하거나, 복수 차광판 중의 일부 차광판만을 회동시키거나, 복수의 차광판을 회전각에 차이를 두어 회동시키는 구성을 채용할 수 있다. 이들의 경우도 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이 배치에서 복수의 차광판을 사용할 경우, 광원과 균일 조명 수단 사이의 거리를 짧게 할 수 있기 때문에, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 복수의 차광판을 설치할 경우, 이들 차광판을 독립적으로 구동하는 대신에, 1개의 회동축을 중심으로 하여 일체로 회동 가능하게 구성할 수도 있다.
이 구성에 의하면, 차광판의 수가 복수일지라도 회동축이 1개로 충족되기 때문에, 회동 기구를 비롯한 장치 구성을 간략화할 수 있다.
또한, 복수 차광판의 크기나 피치는 모두 일치시킬 수도 있으나, 장소에 따라 상이하게 할 수도 있다.
이렇게 하여 차광판 전체의 설계를 최적화함으로써, 피조명 영역에서의 조도 분포를 양호하게 유지할 수 있다.
또한, 상기와 같이, 플라이 아이 렌즈를 구성하는 복수 렌즈의 경계를 따르도록 차광판의 회동축을 배치하면, 조광을 행하지 않은 경우에 밝기가 저하되지 않는다는 효과를 얻을 수 있으나, 차광판의 회동축을 플라이 아이 렌즈를 구성하는 복수 렌즈의 배열 방향에 대하여 경사지게 한 경우, 회동축이 반드시 렌즈의 중앙을 횡단하는 개소가 있기 때문에, 조광을 행하지 않은 경우에도 밝기가 약간 저하될 우려가 있다. 그러나, 이 구성에서는 차광판의 에지부에 요철 형상을 부여한 경우와 동일하게, 각각의 렌즈에 따라 상이한 영역에서 차광이 실행되기 때문에, 중첩되었을 때에 조도 분포가 균일화되어, 피조명 영역에서의 조도의 균일성을 높일 수 있다.
차광 부재를 사용하여 차광하는 것은 좋지만, 차광 부재의 표면에서 광이 반사되면, 그 반사광이 표시에 어떠한 악영향을 줄 우려가 있다. 그 때문에, 차광 부재 중의 적어도 광이 조사되는 측의 표면에 광흡수성을 갖는 재료를 사용함으로써 불필요한 반사광의 발생을 억제할 수 있어, 표시 품위를 높일 수 있다. 또한, 그 이외의 개소에 광흡수재를 배치할 필요가 없기 때문에, 장치 구성이 간단해진다.
이것에 대하여, 차광 부재 중의 적어도 광이 조사되는 측의 표면에 광반사성을 갖는 재료를 사용할 수도 있다. 이 경우, 차광 부재로부터의 반사광이 조명 광로(光路)의 외측에 방출되도록 차광 부재가 회동하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 차광 부재에 의한 반사광이 불필요하게 산란되어 표시에 악영향을 주는 것을 방지할 수 있다. 표면이 광반사성을 갖는 차광 부재를 사용할 경우, 차광 부재로부터의 반사광이 광원으로 되돌아가지 않는 각도에서 원하는 최소 투과 광량이 얻어지도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 차광 부재로부터의 반사광이 광원에 구비된 반사판 등에 의해 다시 반사되어, 불필요하게 산란되거나, 광원광과 간섭하여 표시에 악영향을 주는 것을 방지할 수 있다.
또한, 광반사성을 갖는 차광 부재를 사용할 경우, 차광 부재로부터의 반사광이 도달하는 위치에 이 반사광을 흡수하는 광흡수재를 설치하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 예를 들어, 차광 부재로부터의 반사광이 도달하는 위치에 조명 장치의 구성요소가 배치되어 있던 경우일지라도, 그 구성요소가 온도 상승하여 결점이 생기는 것을 회피할 수 있다.
본 발명의 투사형 표시 장치는 조명 수단과, 상기 조명 수단으로부터 사출되는 광을 변조하는 광변조 수단과, 상기 광변조 수단에 의해 변조된 광을 투사하는 투사 수단을 갖는 투사형 표시 장치로서, 조명 수단으로서 상기 본 발명의 조명 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 광원의 광출력 강도가 일정한 상태에서도 피조명 영역에서 원하는 밝기의 광이 얻어지는 조명 장치를 구비하고 있기 때문에, 투사형 표시 장치의 다이내믹 레인지를 확장할 수 있고, 영상 표현력이나 사용 환경에 대한 순응성이 우수한 투사형 표시 장치를 실현할 수 있다.
상기 본 발명의 투사형 표시 장치의 구동 수단으로서는, 영상을 구성하는 1프레임당의 영상 신호에 의거하여 상기 조광 수단을 제어하는 제어 신호를 결정하는 제어 신호 결정 수단과, 상기 제어 신호에 의거하여 상기 조광 수단을 제어하는 조광 제어 수단과, 상기 영상 신호를 상기 제어 신호에 의거하여 신장(伸張)시키는 영상 신호 신장 수단을 구비하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 우선, 제어 신호 결정 수단에서 영상을 구성하는 1프레임당의 영상 신호에 의거하여 조광 수단을 제어하기 위한 제어 신호가 결정되고, 조광 제어 수단이 이 제어 신호에 의거하여 조광 수단을 제어함으로써 영상에 따라 밝기가 변화되는 광을 광변조 수단에 공급하는 한편, 영상 신호 신장 수단이 제어 신호에 의거하여 영상 신호를 신장시킨다. 이 동작에 의해, 투사형 표시 장치의 다이내믹 레인지를 확장할 수 있고, 영상 표현력이나 사용 환경에 대한 순응성이 우수한 투사형 표시 장치를 실현할 수 있다.
본 발명의 투사형 표시 장치의 구동 방법은, 상기 본 발명의 투사형 표시 장치의 구동 방법으로서, 상기 조광 수단을 제어하는 제어 신호를 영상을 구성하는 1프레임당의 영상 신호에 의거하여 결정하고, 상기 제어 신호에 의거하여 상기 조광 수단을 제어함으로써 상기 광변조 수단을 조명하는 광의 광량을 조절하는 동시에, 상기 영상 신호를 상기 제어 신호에 의거하여 신장시키며, 이 신장된 영상 신호를 상기 광변조 수단에 공급함으로써 영상을 생성하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 투사형 표시 장치의 다이내믹 레인지를 확장할 수 있고, 영상 표현력이 높은 영상을 얻을 수 있다.
[실시예]
[투사형 표시 장치]
이하, 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
우선, 본 발명의 조명 장치를 구비한 투사형 표시 장치의 일례인 투사형 액정 표시 장치에 대해서 도 9 내지 도 13을 이용하여 설명한다.
본 실시예의 투사형 액정 표시 장치는 R(적색), G(녹색), B(청색)의 상이한 색마다 투과형 액정 라이트 밸브를 구비한 3판식의 투사형 컬러 액정 표시 장치이다. 도 9는 이 투사형 액정 표시 장치를 나타내는 개략 구성도로서, 도면 중의 부호 1은 조명 장치, 2는 광원, 3 및 4는 플라이 아이 렌즈(균일 조명 수단), 5는 차광판(조광 수단), 13 및 14는 다이크로익 미러(dichroic mirror), 15, 16, 17은 반사 미러, 22, 23, 24는 액정 라이트 밸브(광변조 수단), 25는 크로스 다이크로익 프리즘, 26은 투사 렌즈(투사 수단)를 나타낸다.
본 실시예에서의 조명 장치(1)는, 광원(2)과 플라이 아이 렌즈(3, 4)와 차광판(5)과 광흡수재(6)로 구성되어 있다. 광원(2)은 고압 수은 램프 등의 램프(7)와 램프(7)의 광을 반사시키는 리플렉터(reflector)(8)로 구성되어 있다. 또한, 광원광의 조도 분포를 피조명 영역인 액정 라이트 밸브(22, 23, 24)에서 균일화시키기 위한 균일 조명 수단으로서, 광원(2) 측으로부터 제 1 플라이 아이 렌즈(3) 및 제 2 플라이 아이 렌즈(4)가 차례로 설치되어 있다. 여기서, 제 1 플라이 아이 렌즈(3)는 복수의 2차 광원상을 형성하고, 제 2 플라이 아이 렌즈(4)는 라이트 밸브 위치에서 그들을 중첩시키는 중첩 렌즈로서의 기능을 갖는다. 경우에 따라서는 2차 광원상을 중첩시키기 위한 콘덴서 렌즈를 제 2 플라이 아이 렌즈(4)의 위치, 또는 그 후단에 배치할 수도 있다. 이하에서는, 중첩 렌즈로서 제 2 플라이 아이 렌즈가 사용된 경우에 대해서 설명한다. 제 2 플라이 아이 렌즈(4)는 후술하는 PBS 어레이와 조합시켜 사용함으로써, 편광 변환 소자를 구성할 수도 있다.
본 실시예의 경우, 광원(2)으로부터 사출된 광의 광량을 조절하는 조광 수단으로서, 차광판(5)이 제 1 플라이 아이 렌즈(3)와 제 2 플라이 아이 렌즈(4) 사이에 회동 가능하게 설치되어 있다. 그리고, 제 1 플라이 아이 렌즈(3) 및 제 2 플라이 아이 렌즈(4)의 위쪽에 광흡수재(6)가 설치되어 있다. 또한, 조명 장치의 구성에 대해서는 나중에 상세하게 설명한다.
이하, 조명 장치(1)의 후단의 구성을 각 구성요소의 작용과 함께 설명한다.
청색광 및 녹색광 반사의 다이크로익 미러(13)는 광원(2)으로부터의 광속 중의 적색광(LR)를 투과시키는 동시에, 청색광(LB)과 녹색광(LG)을 반사시키는 것이다. 다이크로익 미러(13)를 투과한 적색광(LR)은 반사 미러(17)에 의해 반사되어 적색광용 액정 라이트 밸브(22)에 입사된다. 한편, 다이크로익 미러(13)에 의해 반사된 색광 중의 녹색광(LG)은 녹색광 반사용의 다이크로익 미러(14)에 의해 반사되어, 녹색광용 액정 라이트 밸브(23)에 입사된다. 한편, 청색광(LB)은 다이크로익 미러(14)도 투과하고, 릴레이(relay) 렌즈(18), 반사 미러(15), 릴레이 렌즈(19), 반사 미러(16), 릴레이 렌즈(20)로 이루어진 릴레이계(21)를 거쳐 청색광용 액정 라이트 밸브(24)에 입사된다.
각 액정 라이트 밸브(22, 23, 24)에 의해 변조된 3개의 색광은 크로스 다이크로익 프리즘(25)에 입사된다. 이 프리즘은 4개의 직각 프리즘이 접합되고, 그 내면에 적색광을 반사시키는 유전체 다층막과 청색광을 반사시키는 유전체 다층막이 십자(十字) 형상으로 형성되어 있다. 이들 유전체 다층막에 의해 3개의 색광이 합성되어 컬러 화상을 나타내는 광이 형성된다. 합성된 광은 투사 광학계인 투사 렌즈(26)에 의해 스크린(27) 위에 투사되어, 확대된 화상이 표시된다.
다음으로, 본 실시예의 투사형 액정 표시 장치(30)의 구동 방법에 대해서 설명한다.
도 10은 본 실시예의 투사형 액정 표시 장치(30)의 구동 회로의 구성을 나타내는 블록도이다. 조광 기능을 갖지 않는 종래의 투사형 액정 표시 장치의 경우, 입력된 영상 신호는 적당한 보정 처리를 거쳐, 그대로 액정 패널 드라이버에 공급되나, 조광 기능을 갖고, 또한, 그것을 영상 신호에 의거하여 제어하는 본 실시예의 경우, 기본적인 구성으로서, 이하에 설명하는 바와 같이 디지털 신호 처리 블록인 DSP(1) 내지 DSP(3) 등의 회로가 필요하게 된다.
본 실시예에서는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 아날로그 신호로서 입력된 영상 신호가 AD 컨버터(31)를 거쳐 제 1 디지털 신호 처리 회로인 DSP(1)(32)(제어 신호 결정 수단)에 입력된다. DSP(1)(32)에서는 영상 신호로부터 밝기 제어 신호가 결정된다. DSP(2)(33)(조광 제어 수단)에서는 밝기 제어 신호에 의거하여 조광 소자 드라이버(34)를 제어하고, 최종적으로는 조광 소자 드라이버(34)가 조광 소자(35)(본 실시예의 경우는 차광판(5))를 실제로 구동한다.
한편, DSP(1)(32)에 의해 결정된 밝기 제어 신호는, 영상 신호와 함께 DSP(3)(36)(영상 신호 신장 수단)에도 입력된다. DSP(3)(36)에서는 밝기 제어 신호에 의거하여 영상 신호를 적당한 계조 범위로 신장시킨다. 신장 처리 후의 영상 신호는 DA 컨버터(37)에 의해 다시 아날로그 신호로 변환된 후, 패널 드라이버(38)에 입력되고, 패널 드라이버(38)로부터 적색광용 액정 라이트 밸브(22)(도 10 중의 R패널), 녹색광용 액정 라이트 밸브(23)(도 10 중의 G패널), 청색광용 액정 라이트 밸브(24)(도 10 중의 B패널)의 각각에 공급된다.
여기서, 조명 장치(1)의 제어 방법에 관해서는, [1]표시 영상 적응형의 제어 이외에, [2]투사 확대율에 의한 제어, [3]외부로부터의 제어 등을 생각할 수 있다. 이하에 각각의 방법에 대해서 설명한다.
[1]표시 영상 적응형의 제어
우선, 표시 영상 적응형의 제어, 즉, 밝은 영상 신(scene)에서는 광량이 많아지고, 어두운 신(scene)에서는 광량이 적어지는 표시 영상에 적응한 밝기 제어를 행하는 경우에 대해서 생각한다. 이 경우, 상기에서 설명한 바와 같이, DSP(1)(32)에서 영상 신호에 의거하여 밝기 제어 신호가 결정되나, 그 방법에는, 예를 들어, 다음의 3가지를 생각할 수 있다.
(a)주목하고 있는 프레임에 포함되어 있는 화소 데이터 중에서 밝기가 최대인 계조 수를 밝기 제어 신호로 하는 방법
예를 들어, 0∼255의 256스텝의 계조 수를 포함하는 영상 신호를 상정한다. 연속된 영상을 구성하는 임의의 1프레임에 주목한 경우, 그 프레임에 포함되는 화소 데이터의 계조 수마다의 출현 수 분포(히스토그램)가 도 11의 (a)와 같이 되었다고 한다. 이 도면의 경우, 히스토그램에 포함되는 가장 밝은 계조 수가 190이기 때문에, 이 계조 수 190을 밝기 제어 신호로 한다. 이 방법은 입력되는 영상 신호에 대하여 가장 충실하게 밝기를 표현할 수 있는 방법이다.
(b)주목하고 있는 프레임에 포함되어 있는 계조 수마다의 출현 수 분포(히스토그램)로부터, 최대의 밝기로부터 출현 수에 대해서 일정한 비율(예를 들어, 10%)로 되는 계조 수를 밝기 제어 신호로 하는 방법
예를 들어, 영상 신호의 출현 수 분포가 도 12에 나타낸 바와 같은 경우, 히스토그램으로부터 밝은 측으로부터 10%의 영역을 취한다. 10%에 상당하는 부분의 계조 수가 230이었다고 하면, 이 계조 수 230을 밝기 제어 신호로 한다. 도 12에 나타낸 히스토그램과 같이, 계조 수 255의 근방에 돌발적인 피크가 있었을 경우, 상기 (a)의 방법을 채용하면, 계조 수 255가 밝기 제어 신호로 된다. 그러나, 이 돌발적인 피크 부분은 화면 전체에서의 정보로서는 그다지 의미를 이루지 않는다. 이것에 대하여, 계조 수 230을 밝기 제어 신호로 하는 본 방법은, 화면 전체 중에서 정보로서 의미를 갖는 영역에 의해 판정하는 방법이라고 할 수 있다. 또한, 상기의 비율은 2∼50% 정도의 범위에서 변화시킬 수도 있다.
(c)화면을 복수의 블록으로 분할하여, 블록마다 포함되어 있는 화소의 계조 수의 평균치를 구하고, 최대의 것을 밝기 제어 신호로 하는 방법.
예를 들어, 도 13에 나타낸 바와 같이, 화면을 m×n개의 블록으로 분할하고, 각각의 블록 A11, …, Amn마다의 밝기(계조 수)의 평균치를 산출하여, 그 중에서 최대의 것을 밝기 제어 신호로 한다. 또한, 화면의 분할 수는 6∼200 정도로 하는 것이 바람직하다. 이 방법은 화면 전체의 분위기를 손상시키지 않고, 밝기를 제어할 수 있는 방법이다.
상기 (a) 내지 (c)의 방법에 대해서, 밝기 제어 신호의 판정을 표시 영역 전체에 대하여 행하는 것 이외에, 예를 들어, 표시 영역의 중앙 부분 등 특정 부분에만 상기 방법을 적용할 수도 있다. 이 경우, 시청자가 주목하고 있는 부분으로부터 밝기를 결정하는 제어의 방법이 가능해진다.
다음으로, DSP(2)(33)에서 상기의 방법에 의해 결정한 밝기 제어 신호에 의거하여 조광 소자 드라이버(34)를 제어하나, 이 방법에도, 예를 들어, 다음의 3가지를 생각할 수 있다.
(a)출력된 밝기 제어 신호에 따라 실시간으로 제어하는 방법
이 경우는 DSP(1)(32)로부터 출력된 밝기 제어 신호를 그대로 조광 소자 드라이버(34)에 공급하면 되기 때문에, DSP(2)(33)에서의 신호 처리는 불필요해진다. 이 방법은 영상의 밝기에 완전히 추종하는 점에서 이상적이지만, 영상의 내용에 따라 화면의 명암이 짧은 주기로 변화되는 경우도 있어, 감상 시에 쓸데없는 스트레스를 느끼는 등의 문제가 발생할 우려가 있다.
(b)출력된 밝기 제어 신호에 LPF(Low Pass Filter; 저역 통과 필터)를 작용시켜, 그 출력에 의해 제어하는 방법
예를 들어, LPF에 의해 1∼30초 이하의 밝기 제어 신호의 변화분을 커트하고, 그 출력에 의해 제어한다. 이 방법에 의하면, 미세한 시간의 변화분은 커트되기 때문에, 상기와 같은 짧은 주기에서의 명암 변화를 회피할 수 있다.
(c)밝기 제어 신호의 전환 에지를 검출하는 방법
*밝기 제어 신호에 소정 크기 이상(예를 들어, 60계조 이상)의 변화가 있었을 경우에만 조광 소자 드라이버(34)를 제어한다. 이 방법에 의하면, 신(scene)의 전환 등에만 따른 제어를 행할 수 있다.
이렇게 하여, 예를 들어, 계조 수 190이 밝기 제어 신호로 결정된 경우, 최대 밝기(계조 수 255)의 광량을 100%라고 하면, 190/255=75%의 광량이 얻어지도록 조광 소자(35)를 구동한다. 본 실시예의 경우, 조광 소자(35)는 구체적으로는 차광판(5)이기 때문에, 투과율이 75%(차광율이 25%)로 되도록 차광판(5)을 회동시킨다. 마찬가지로, 계조 수 230이 밝기 제어 신호일 경우, 230/255=90%의 광량이 얻어지도록 조광 소자(35)를 구동한다.
한편, DSP(3)(36)에서는, DSP(1)(32)에 의해 결정된 밝기 제어 신호와 영상 신호에 의거하여 영상 신호를 적당한 계조 범위까지 신장시킨다. 예를 들면, 최대 계조 범위까지 신장시킬 경우, 상기의 예에서는 표시 가능한 최대 계조 수가 255이기 때문에, 도 11의 (a)의 예에서 밝기 제어 신호가 계조 수 190인 경우, 계조 수 0∼190까지의 영상 신호를 도 11의 (b)에 나타낸 바와 같이 계조 수 0∼255까지 신장시킨다. 이러한 조명 광량의 제어와 영상 신호의 신장 처리에 의해, 영상의 다이내믹 레인지를 확장하면서, 매끄러운 계조 표현을 실현할 수 있다.
[2]투사 확대율에 의한 제어
투사 렌즈(26)의 주밍에 대응시켜 제어한다. 통상은 액정 라이트 밸브(피조명 영역)에서의 단위 면적당의 광량이 일정하기 때문에, 확대 측에서는 화면이 어두워지고, 축소 측에서 밝아지는 경향이 있다. 따라서, 이것을 보정하도록, 확대 측으로 변화시킨 경우에는 광량이 증가하도록, 축소 측으로 변화시킨 경우에는 광량이 감소하도록 조광 소자(35)를 제어한다.
[3]외부로부터의 제어
사용자가 기호에 따라 조광 소자(35)를 제어할 수 있게 한다. 예를 들어, 어두운 감상 환경에서는 광량이 적고, 밝은 감상 환경에서는 광량이 많아지도록 조광 소자(35)를 제어한다. 이 경우, 사용자가 컨트롤러를 이용하거나, 또는 조광 소자를 직접 조작하여 조절하는 구성으로 할 수도 있고, 밝기 센서 등을 설치하여 자동적으로 자동적으로 제어되는 구성으로 할 수도 있다. 다만, [2] 및 [3]의 제어를 행하기 위해서는, 도 10에서 DSP(1)(32) 내지 DSP(3)(36)과 같은 회로는 불필요하나, 그 이외의 회로 구성이 필요하게 된다.
[조명 장치-1]
다음으로, 본 발명의 제 1 실시예의 조명 장치에 대해서 도 1, 도 2의 (a) 및 (b)를 이용하여 설명한다.
본 실시예에서는, 균일 조명 수단을 구성하는 2개의 플라이 아이 렌즈 사이에 차광판을 장입(裝入)한 조명 장치의 예를 나타낸다. 도 1은 본 실시예의 조명 장치의 개략 구성을 나타내는 측면도이고, 도 2의 (a) 및 (b)는 상기 조명 장치의 차광판 측으로부터 제 2 플라이 아이 렌즈를 본 상태를 나타내는 정면도이다.
본 실시예의 조명 장치(1)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 광원(2)과 플라이 아이 렌즈(3, 4)와 차광판(5)과 광흡수재(6)로 구성되어 있다. 광원(2)은 고압 수은 램프 등의 램프(7)와 램프(7)의 광을 반사시키는 리플렉터(8)로 구성되어 있다. 또한, 광원(2) 측으로부터 제 1 플라이 아이 렌즈(3) 및 제 2 플라이 아이 렌즈(4)가 차례로 설치되어 있다. 각 플라이 아이 렌즈(3, 4)는 복수(본 실시예에서는, 예를 들어, 6×8개)의 렌즈(9, 10)로 구성되어 있으며, 광원(2)으로부터 사출된 광의 조도 분포를 피조명 영역인 액정 라이트 밸브에서 균일화시키기 위한 균일 조명 수단으로서 기능한다.
광원(2)으로부터 사출된 광의 광량을 조절하는 조광 수단으로서, 1개의 직사각형 형상의 차광판(5)이 제 1 플라이 아이 렌즈(3)와 제 2 플라이 아이 렌즈(4) 사이에 회동 가능하게 설치되어 있다. 차광판(5)은 2개의 플라이 아이 렌즈(3, 4) 중에서 액정 라이트 밸브에 가까운 측의 제 2 플라이 아이 렌즈(4) 근방에 설치되어 있고, 차광판(5)의 폭(W)은 2개의 플라이 아이 렌즈(3, 4) 간격(B)의 반분 이하로 설정되어 있다. 차광판(5)의 중앙에는 수평 방향으로 연장되는 회동축(11)이 설치되어 있다. 회동축(11)에는 스테핑 모터 등의 구동 수단(도시 생략)이 접속되어 있고, 조광 소자 드라이버(34)로부터의 구동 신호를 받아 차광판(5)을 고속 응답으로 회동시킬 수 있는 구성으로 되어 있다.
차광판(5)의 회동축(11)은, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 제 2 플라이 아이 렌즈(4)를 구성하는 복수 렌즈(10)의 가로의 배열 방향에 대하여 평행하며, 인접하는 렌즈(10)(도 2의 (a)에서의 위에서부터 4번째와 5번째 렌즈)의 경계를 따라 배치되어 있다. 차광판(5)은, 예를 들어, 알루미늄, 스틸, 스테인리스 등의 재료로 구성되어 있고, 회동한 상태에서 광원(2)에 대향하는 측의 면이 광원(2)으로부터 사출된 광을 반사시키는 반사면(5a)으로 되어 있다.
도 2의 (a)에서는, 반사면(5a)이 광원(2)으로부터의 사출광의 광축과 평행하게 위치하고 있으며(도 1에서 차광판(5)의 윤곽을 2점쇄선으로 나타낸 상태), 광원(2)으로부터의 사출광이 100% 투과하는 상태(조광을 행하지 않은 상태)로 되어 있다. 이것에 대하여, 도 2의 (b)에서는, 도 2의 (a)의 상태로부터 반사면(5a)이 광원(2)의 방향을 향하도록 차광판(5)이 회동된 상태를 나타내고 있으며(도 1에서 차광판(5)의 윤곽을 실선으로 나타낸 상태), 광원(2)으로부터의 사출광이, 예를 들어, 30%만 투과하는 상태(조광을 행한 상태)로 되어 있다.
또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 원하는 최소 투과 광량이 30%이었다고 하면, 이 최소 투과 광량이 얻어지는 상태까지 차광판(5)을 경사지게 했을 때에 차광판(5)으로부터의 반사광이 광원(2)으로 되돌아가지 않는 각도로 되도록 차광판(5)의 치수 등이 설정되어 있다. 그리고, 차광판(5)의 경사 정도에 의존하지 않고 항상 차광판(5)으로부터의 반사광이 도달하는 2개의 플라이 아이 렌즈(3, 4)의 외측 위치에는, 이 반사광을 흡수하기 위해, 석면 등과 같이 광의 반사율이 높지 않고, 또한, 불연성 재료로 이루어진 광흡수재(6)가 설치되어 있다.
본 실시예의 조명 장치(1)에 의하면, 균일 조명 수단을 구성하는 2개의 플라이 아이 렌즈(3, 4) 사이에 회동 가능한 차광판(5)이 구비되고, 이 차광판(5)이 영상 신호에 의거하여 고속으로 회동하는 구성으로 되어 있기 때문에, 예를 들어, 투사형 표시 장치의 영상 신(scene)이 밝은 장면이면 광량이 많아지도록, 어두운 장면이면 광량이 적어지도록 광량이 조절된다. 이것에 의해, 광출력 강도의 제어가 곤란한 고압 수은 램프 등으로 이루어진 광원(2)의 광출력 강도가 일정한 상태에서도 액정 라이트 밸브에서 영상에 따른 밝기의 조명광을 얻을 수 있고, 투사형 표시 장치의 다이내믹 레인지의 확장에 기여할 수 있다.
또한, 차광판(5)이 제 2 플라이 아이 렌즈(4)에 가까운 측에 배치되어 있기 때문에, 광속이 집광된 부위에서 감광이 실행되어, 액정 라이트 밸브 위치에서의 조도 분포에 영향을 주지 않고, 조광을 행할 수 있다. 또한, 차광판(5)의 회동축(11)이 제 2 플라이 아이 렌즈(4)를 구성하는 복수 렌즈(10)의 경계를 따르도록 배치되어 있기 때문에, 도 2의 (a)에 나타낸 100% 투과의 상태에서는 광이 거의 차단되지 않고, 2개의 플라이 아이 렌즈(3, 4) 사이에 차광판(5)을 장입한 구성일지라도 조광을 행하지 않은 경우에 밝기가 저하되지 않는다.
또한, 본 실시예에서는 광반사성을 갖는 차광판(5)을 사용하고 있으나, 차광판(5)으로부터의 반사광이 광원(2)으로 되돌아가지 않는 각도에서 원하는 최소 투과 광량이 얻어지도록 구성되어 있기 때문에, 반사광이 불필요하게 산란되거나, 간섭하여 표시에 악영향을 주는 것을 방지할 수 있다. 또한, 차광판(5)으로부터의 반사광이 도달하는 위치에 광흡수재(6)가 설치되어 있기 때문에, 차광판(5)으로부터의 반사광이 도달하는 위치에 조명 장치의 다른 구성요소가 배치되어 있는 경우일지라도, 그 구성요소가 온도 상승하여 결점이 생기는 것을 회피할 수 있다.
[조명 장치-2]
다음으로, 본 발명의 제 2 실시예의 조명 장치에 대해서 도 3의 (a) 및 (b)를 이용하여 설명한다.
본 실시예의 조명 장치의 기본 구성은 제 1 실시예와 동일하며, 상이한 점은 차광판의 형상뿐이다. 따라서, 본 실시예에서는 도 3의 (a) 및 (b)를 이용하여 차광판의 형상에 대해서만 설명하고, 공통 부분의 설명은 생략한다. 도 3의 (a)는 100% 투과의 상태(조광을 행하지 않은 상태), 도 3의 (b)는 30% 투과의 상태(조광을 행한 상태)를 각각 나타낸다.
제 1 실시예의 경우, 차광판(5)의 형상은 직사각형 형상이며, 상하의 변이 직선상으로 형성되어 있던 것에 대하여, 본 실시예에서는, 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 차광판(40)의 형상이 대략 직사각형 형상이기는 하지만, 상하의 에지부가 불규칙하게 물결치듯이 요철 형상(40a)이 부여되어 있다. 또한, 그 요철 형상은, 차광을 행하는 상태에서 제 1 플라이 아이 렌즈에 가까운 측이 특히 커지도록 설계되어 있다.
본 실시예의 차광판(40)을 구비한 경우, 제 1 플라이 아이 렌즈(3)가 만들어내는 복수의 2차 광원상의 각각에 대하여 임의의 분포로 차광이 실행되기 때문에, 그들이 중첩된 것은 이들 분포가 서로 혼합됨으로써 조도 분포가 균일화되어, 액정 라이트 밸브 위치에서의 조도의 균일성을 보다 높일 수 있다. 또한, 2차 광원상을 형성하는 제 1 플라이 아이 렌즈(3)에 가까운 측에 이러한 구조를 부여하는 것이 보다 큰 효과를 얻을 수 있다. 또한, 램프로부터 사출되는 광이 광축에 대하여 중심 대칭인 분포를 갖기 때문에, 요철을 상기와 같이 설계함으로써, 그 효과를 보다 높일 수 있다.
또한, 상기의 효과를 얻기 위해 임의의 분포로 차광을 행하는 수단으로서는, 차광판에 요철 형상을 부여하는 것 이외에, 차광판의 단부로부터 크기나 밀도를 상이하게 한 구멍을 개구하거나, 또는 부분적으로 광투과율이 상이한 영역을 마련하는 등의 방법을 생각할 수 있다.
[조명 장치-3]
다음으로, 본 발명의 제 3 실시예의 조명 장치에 대해서 도 4의 (a) 및 (b)를 이용하여 설명한다.
본 실시예의 조명 장치의 기본 구성은 제 1 및 제 2 실시예와 동일하며, 상이한 점은 차광판의 회동축의 배치뿐이다. 따라서, 본 실시예에서는 도 4의 (a) 및 (b)를 이용하여 차광판의 구성에 대해서만 설명하고, 공통 부분의 설명은 생략한다. 도 4의 (a)는 100% 투과의 상태(조광을 행하지 않은 상태), 도 4의 (b)는 30% 투과의 상태(조광을 행한 상태)를 각각 나타낸다.
제 1 실시예의 경우, 차광판(5)의 회동축(11)은 제 2 플라이 아이 렌즈(4)의 복수 렌즈(10)의 배열 방향에 대하여 평행하고, 렌즈(10)의 경계에 맞추어 배치되어 있던 것에 대하여, 본 실시예에서는, 도 4의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 차광판(5)의 회동축(42)은 제 2 플라이 아이 렌즈(4)의 복수 렌즈(10)의 배열 방향에 대하여 경사져 있기 때문에, 렌즈(10)의 경계를 따르지 않고, 각각의 렌즈(10)를 횡단하도록 배치되어 있다.
제 1 및 제 2 실시예와 같이, 제 2 플라이 아이 렌즈(4)의 복수 렌즈(10)의 경계에 맞추어 차광판(5)의 회동축(11)을 배치한 경우, 조광을 행하지 않은 경우에 밝기가 저하되지 않는다는 효과를 얻을 수 있으나, 본 실시예와 같이, 차광판(5)의 회동축(42)을 제 2 플라이 아이 렌즈(4)의 복수 렌즈(10)의 배열 방향에 대하여 경사지게 한 경우, 회동축(42)이 렌즈(10)의 중앙을 횡단하는 개소가 있기 때문에, 조광을 행하지 않은 경우에도 밝기가 약간 저하될 우려가 있다. 그 반면, 이 구성에서는, 차광판의 에지부에 요철 형상을 부여한 제 2 실시예와 동일하게, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 렌즈에 따라 상이한 영역에서 차광이 실행되기(도 4의 (b)에서 차광판(5)의 반대측에 면하는 렌즈의 삼각형 부분의 형상이 렌즈에 따라 상이함) 때문에, 중첩되었을 때에 조도 분포가 균일화되어, 액정 라이트 밸브 위치에서의 조도의 균일성을 보다 높일 수 있다.
[조명 장치-4]
다음으로, 본 발명의 제 4 실시예의 조명 장치에 대해서 도 5를 이용하여 설명한다.
본 실시예도 2개의 플라이 아이 렌즈 사이에 차광판을 장입한 점에서는 제 1 내지 제 3 실시예와 공통이나, 상기 실시예에서는 1개의 차광판을 사용한 것에 대하여, 본 실시예에서는 복수개의 차광판을 사용하는 점이 상이하다.
도 5는 본 실시예의 조명 장치의 개략 구성을 나타내는 측면도이다. 도 5에서 도 1과 공통인 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 첨부하여, 상세한 설명을 생략한다.
본 실시예의 조명 장치(44)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 제 1 플라이 아이 렌즈(3)와 제 2 플라이 아이 렌즈(4) 사이에 광축과 수직인 면에 맞추어 복수의 차광판(45a, 45b)이 회동 가능하게 설치되어 있다. 복수의 차광판(45a, 45b)은 제 2 플라이 아이 렌즈(4)의 근방에 설치되어 있고, 각 차광판(45a, 45b)의 폭은 각 렌즈(10)의 폭과 동등하거나 그 이하로 설정되어 있다. 그리고, 각 차광판(45a, 45b)의 중앙에는 수평 방향으로 연장되는 회동축(11)이 설치되어 있으며, 각 차광판(45a, 45b)의 회동축(11)은 렌즈(10)의 경계에 맞추어 각각 배치되어 있다. 회동축(11)에는 스테핑 모터 등의 구동 수단이 접속되어 있고, 차광판(45a, 45b)을 각각 회동시키는 구성으로 되어 있다. 이 때, 각 차광판이 연동(連動)하여 일제히 동일한 각도만큼 회동하는 구성일 수도 있고, 일부 차광판만이 회동하거나, 회전각에 차이를 부여하여 회동하는 구성으로 할 수도 있다.
도 5에서는 4개의 차광판(45a, 45b)을 나타내고 있으나, 상측 2개의 차광판(45a)과 하측 2개의 차광판(45b)은 서로 반대 방향으로 회동하는 구성으로 되어 있다. 즉, 광원(2)으로부터의 사출광의 광축을 중심으로 하여 대칭적으로 상하 2개씩의 차광판(45a, 45b)이 각각 반사면이 외측을 향하도록, 상측 2개의 차광판(45a)이 도 5에서의 시계 반대 방향으로, 하측 2개의 차광판(45b)이 도 5에서의 시계 방향으로 회동하도록 되어 있다. 환언하면, 4개의 차광판(45a, 45b)에 의해, 제 2 플라이 아이 렌즈(4) 전체의 중심을 통과하는 축(도 5에서 지면과 수직인 방향으로 연장되는 축)에 대하여 선대칭(상하 대칭)으로 차광이 실행되는 구성으로 되어 있다. 그리고, 원하는 최소 투과 광량으로 되는 상태까지 차광판(45a, 45b)을 경사지게 했을 때에 차광판(45a, 45b)으로부터의 반사광이 광원(2)으로 되돌아가지 않는 각도로 되도록 차광판(45a, 45b)의 치수나 수 등이 설정되어 있다. 차광판(45a, 45b)으로부터의 반사광이 도달하는 2개의 플라이 아이 렌즈(3, 4)의 외측 위치에는, 상측 2개의 차광판(45a)으로부터의 반사광을 흡수하기 위한 광흡수재(6a)와 하측 2개의 차광판(45b)으로부터의 반사광을 흡수하기 위한 광흡수재(6b)가 설치되어 있다.
본 실시예의 경우, 복수의 차광판(45a, 45b)을 배치한 것에 의해 하나하나의 차광판 치수를 작게 할 수 있기 때문에, 액정 라이트 밸브 위치에서의 조도 분포에 대한 영향을 보다 작게 하여 조광을 행할 수 있다. 또한, 작은 차광판의 경우, 기존의 제 1 플라이 아이 렌즈와 제 2 플라이 아이 렌즈의 배치를 바꾸지 않고, 이들 사이에 삽입할 수 있어, 조명 장치가 대형화되지도 않는다. 특히 본 실시예의 경우, 각 차광판(45a, 45b)의 폭을 각 렌즈(10)의 폭과 동등하거나 그 이하로 설정하고 있기 때문에, 차광판의 치수를 충분히 작게 할 수 있고, 상기의 효과를 확실하게 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 복수의 차광판(45a, 45b)을 일제히 동일한 각도만큼 회동시킬 수도 있으나, 예를 들어, 일부의 차광판만을 회동시키고 나머지 차광판은 정지시켜 두는 구성, 또는 복수의 차광판을 각도차를 두어 회동시키는 구성, 또는 이들을 조합시킨 구성 등을 채용하면, 보다 정밀한 조광을 행할 수 있다.
또한, 4개의 차광판(45a, 45b)에 의해, 제 2 플라이 아이 렌즈(4) 전체의 중심을 통과하는 축에 대하여 선대칭으로 차광이 실행되기 때문에, 액정 라이트 밸브에서의 조도 분포도 액정 라이트 밸브의 중심을 통과하는 축에 대하여 선대칭으로 된다. 따라서, 제 2 플라이 아이 렌즈(4)를 투과한 후의 광이 아직 약간의 조도 분포를 갖고 있다고 하여도, 액정 라이트 밸브에서 중첩됨으로써 균일하게 할 수 있다. 또한, 도 9에 나타낸 바와 같은 청색에 대응하는 화상만 화상의 상하 방향 또는 좌우 방향이 다른 2색의 화상과 역전(逆轉)되는 투사형 액정 표시 장치에 본 실시예의 조명 장치(44)를 사용한 경우, 스크린(27)의 양측에서 색 밸런스가 균일한 화상을 재현할 수 있다.
[조명 장치-5]
다음으로, 본 발명의 제 5 실시예의 조명 장치에 대해서 도 6을 이용하여 설명한다.
제 1 내지 제 4 실시예의 조명 장치가 2개의 플라이 아이 렌즈 사이에 차광판을 장입하고 있던 것에 대하여, 본 실시예에서는 광원과 제 1 플라이 아이 렌즈 사이에 차광판을 장입한 점이 상이하다.
도 6은 본 실시예의 조명 장치의 개략 구성을 나타내는 측면도이다. 도 6에서 도 1과 공통인 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 첨부하여, 상세한 설명을 생략한다.
본 실시예의 조명 장치(47)는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 광원(2)과 제 1 플라이 아이 렌즈(3) 사이에 광축과 수직인 면을 따라 복수의 차광판(48a, 48b)이 회동 가능하게 설치되어 있다. 각 차광판(48a, 48b)의 중앙에는 수평 방향으로 연장되는 회동축(11)이 설치되어 있고, 각 차광판(48a, 48b)의 회동축(11)은 렌즈(9)의 경계를 따르도록 각각 배치되어 있다. 회동축(11)에는 스테핑 모터 등의 구동 수단이 접속되어 있고, 차광판(48a, 48b)을 각각 회동시키는 구성으로 되어 있다. 이 때, 각 차광판(48a, 48b)이 연동하여 일제히 동일한 각도만큼 회동하는 구성일 수도 있고, 한쪽 차광판만이 회동하거나, 각도차를 두어 회동하는 구성으로 할 수도 있다.
도 6에서는 2개의 차광판(48a, 48b)을 나타내고 있으나, 상측의 차광판(48a)과 하측의 차광판(48b)은 서로 반대 방향으로 회동하는 구성으로 되어 있다. 즉, 광원(2)으로부터의 사출광의 광축을 중심으로 하여 대칭적으로 상하의 차광판(48a, 48b)이 각각 반사면이 외측을 향하도록, 상측의 차광판(48a)이 도 6에서의 시계 반대 방향으로, 하측의 차광판(48b)이 도 6에서의 시계 방향으로 회동하도록 되어 있다. 그리고, 원하는 최소 투과 광량으로 되는 상태까지 차광판(48a, 48b)을 경사지게 했을 때에 차광판(48a, 48b)으로부터의 반사광이 광원(2)으로 되돌아가지 않는 각도로 되도록 설정되어 있다. 차광판(48a, 48b)으로부터의 반사광이 도달하는 위치에는, 상측의 차광판(48a)으로부터의 반사광을 흡수하기 위한 광흡수재(6a)와 하측의 차광판(48b)으로부터의 반사광을 흡수하기 위한 광흡수재(6b)가 설치되어 있다.
본 실시예의 조명 장치(47)에서는, 차광판(48a, 48b)을 광원(2)과 제 1 플라이 아이 렌즈(3) 사이에 배치하고 있기 때문에, 경우에 따라서는 조명 장치의 사이즈가 커질 우려도 있다. 그 반면, 광원(2)의 조도 분포가 원래 비교적 크기 때문에, 광원(2)과 제 1 플라이 아이 렌즈(3) 사이에 차광판(48a, 48b)을 넣은 부분에서 그다지 큰 영향은 없고, 그보다도 오히려 제 1 플라이 아이 렌즈(3)와 제 2 플라이 아이 렌즈(4) 사이에 차광판을 넣지 않아도 됨으로써 액정 라이트 밸브 위치에서의 조도 분포를 작게 할 수 있다.
또한, 복수의 차광판(48a, 48b) 중의 일부 차광판만을 회동시키거나, 복수의 차광판을 각도차를 두어 회동시키는 구성을 채용하면, 보다 정밀한 조광을 행할 수 있다. 또한, 복수의 차광판(48a, 48b)을 반대 방향으로 회동시키는 구성, 차광판(48a, 48b)으로부터의 반사광의 도달 위치에 광흡수재(6a, 6b)를 설치한 것에 의한 효과는 상기와 동일하다.
[조명 장치-6]
다음으로, 본 발명의 제 6 실시예의 조명 장치에 대해서 도 7 및 도 8을 이용하여 설명한다.
본 실시예도 제 5 실시예와 동일하게, 광원과 제 1 플라이 아이 렌즈 사이에 차광판을 장입한 예이나, 복수의 차광판을 일체로 회동시키는 점이 상이하다.
도 7 및 도 8은 본 실시예의 조명 장치의 개략 구성을 나타내는 측면도로서, 도 7은 100% 투과의 상태(조광을 행하지 않은 상태), 도 8은 30% 투과의 상태(조광을 행한 상태)를 각각 나타낸다. 도 7 및 도 8에서 도 1과 공통인 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 첨부하여, 상세한 설명을 생략한다.
본 실시예의 조명 장치(50)는, 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 광원(2)과 제 1 플라이 아이 렌즈(3) 사이에 광축과 수직인 면을 따라 복수의 차광판(51a∼51e)이 설치되어 있다. 제 5 실시예에서는 각 차광판마다 회동축이 설치되어 있고, 각 차광판은 독립적으로 회동하도록 구성되어 있었다. 이것에 대하여, 본 실시예에서는, 복수의 차광판(51a∼51e)이 중앙의 차광판(51c)에 연결된 1개의 회동축(11)을 중심으로 하여 도면에서의 시계 방향으로 일체로 회동하는 구성으로 되어 있다. 또한, 각각의 차광판(51a∼51e)의 치수나 피치는 균일하지 않고, 장소에 따라 상이하다. 이들 차광판(51a∼51e)으로부터의 반사광이 도달하는 위치에는, 이 반사광을 흡수하기 위한 광흡수재(6)가 설치되어 있다.
본 실시예의 구성에 의하면, 차광판(51a∼51e)의 수가 복수일지라도 회동축 및 회동 기구가 1개로 충족되어, 장치 구성을 간략화할 수 있다. 또한, 각각의 차광판(51a∼51e)의 치수나 피치를 장소에 따라 상이하게 함으로써 차광판 전체의 설계를 최적화할 수 있고, 액정 라이트 밸브 위치에서의 조도 분포를 양호하게 유지할 수 있다.
[조명 장치-7]
다음으로, 본 발명의 제 7 실시예의 조명 장치에 대해서 도 15를 이용하여 설명한다.
본 실시예의 조명 장치의 구성은 도 5에 나타낸 제 4 실시예와 거의 동일하다. 도 15는 본 실시예의 조명 장치의 개략 구성을 나타내는 측면도이다. 도 15에서 도 5와 공통인 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 첨부하여, 상세한 설명을 생략한다.
제 4 실시예의 조명 장치(44)의 경우, 제 1 플라이 아이 렌즈(3)와 제 2 플라이 아이 렌즈(4) 사이에 복수의 차광판(45a, 45b)이 설치되어 있던 것에 대하여, 본 실시예의 조명 장치(44A)에서는, 도 15에 나타낸 바와 같이, 제 2 플라이 아이 렌즈(4)의 사출 측에 광축과 수직인 면에 맞추어 복수의 차광판(45a, 45b)이 회동 가능하게 설치되어 있다. 복수의 차광판(45a, 45b)은 제 2 플라이 아이 렌즈(4)의 근방에 설치되어 있고, 각 차광판(45a, 45b)의 폭은 각 렌즈(10)의 폭과 동등하거나 그 이하로 설정되어 있다. 그리고, 각 차광판(45a, 45b)의 중앙에는 수평 방향으로 연장되는 회동축(11)이 설치되어 있고, 각 차광판(45a, 45b)의 회동축(11)은 렌즈(10)의 경계에 맞추어 각각 배치되어 있는 점은 제 4 실시예와 동일하다. 도 15에서는 4개의 차광판(45a, 45b)을 나타내고 있으나, 상측 2개의 차광판(45a)과 하측 2개의 차광판(45b)은 서로 반대 방향으로 회동하는 구성으로 되어 있다. 즉, 4개의 차광판(45a, 45b)에 의해, 제 2 플라이 아이 렌즈(4) 전체의 중심을 통과하는 축(도 5에서 지면과 수직인 방향으로 연장되는 축)에 대하여 선대칭(상하 대칭)으로 차광이 실행되는 구성으로 되어 있다.
본 실시예의 경우, 복수의 차광판(45a, 45b)을 배치한 것에 의해 하나하나의 차광판 치수를 작게 할 수 있기 때문에, 액정 라이트 밸브 위치에서의 조도 분포에 대한 영향을 보다 작게 하여 조광을 행할 수 있고, 기존의 제 1 플라이 아이 렌즈(3)와 제 2 플라이 아이 렌즈(4)의 배치를 바꾸지 않고 차광판(45a, 45b)을 삽입할 수 있어, 조명 장치가 대형화되지 않으며, 조도 분포가 대칭화되어, 투사된 영상의 외관이 양호해지고, 스크린의 양측에서 색 밸런스가 균일한 화상을 재현할 수 있는 등, 제 4 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
[조명 장치-8]
다음으로, 본 발명의 제 8 실시예의 조명 장치에 대해서 도 16 내지 도 19를 이용하여 설명한다.
본 실시예의 조명 장치의 기본 구성은 제 1 실시예와 동일하나, 제 2 플라이 아이 렌즈의 사출 측에 편광 변환 수단인 PBS 어레이가 설치되어 있는 점이 상이하다. 그리고, 차광판이 제 1 내지 제 7 실시예에서 예시한 회동 방식의 것이 아니라, 슬라이드 방식의 것인 점도 상이하다.
도 16은 본 실시예의 조명 장치의 개략 구성을 나타내는 평면도이다. 도 16에서 도 1과 공통인 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 첨부하여, 상세한 설명을 생략한다. 도 17의 (a) 및 (b)는 조명 장치 중에서 제 2 플라이 아이 렌즈와 PBS 어레이의 부분만을 취출하여 나타내는 확대 평면도이고, 도 18의 (a) 및 (b), 도 19의 (a) 및 (b)는 차광판의 정면도이며, 도 17의 (a), 도 18의 (a), 도 19의 (a)는 조광을 행하지 않은 상태, 도 17의 (b), 도 18의 (b), 도 19의 (b)는 조광을 행한 상태를 각각 나타낸다.
본 실시예의 조명 장치(80)는, 도 16, 도 17의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 광원(2) 측으로부터 제 1 플라이 아이 렌즈(3) 및 제 2 플라이 아이 렌즈(4)가 차례로 설치되고, 제 2 플라이 아이 렌즈(4)의 사출 측에 PBS 어레이(81)가 설치되어 있다. PBS 어레이(81)에서는 편광 분리막(82)과 반사막(83)이 번갈아 배치되어 있고, 편광 분리막(82)의 사출 측에는 소정의 직선 편광을 그것과 직교하는 직선 편광으로 변환시키는(예를 들어, p편광을 s편광으로 변환시키는) 1/2 파장판(84)이 설치되어 있다. 그리고, PBS 어레이(81)는 통상 광원(2)으로부터의 사출광을 반사막(83)에 직접 입사시키지 않기 위한 차광판이 설치되어 있으나, 본 실시예의 경우, 본 발명의 조광 수단으로서 기능하는 차광판(85)이 그 기능을 겸하고 있다. 제 2 플라이 아이 렌즈(4)와 PBS 어레이(81)는 소정의 갭을 갖고 배치되어 있으며, 차광판(85)은 그 갭에 배치되어 있다.
도 18의 (a) 및 (b)에 2점쇄선으로 나타낸 것은, 제 2 플라이 아이 렌즈(4)를 구성하는 평면으로부터 보아 사각형인 각 렌즈(10)의 윤곽이다. 본 실시예의 경우, 차광판(85)은 좌우 방향에 인접하는 렌즈(10)의 경계를 따라 상하 방향으로 연장되고, 광의 투과 방향으로 중첩된 2개의 차광판(85A, 85B)으로 구성되어 있다. 조광을 행하지 않은 상태에서는, 도 17의 (a) 및 도 18의 (a)에 나타낸 바와 같이, 2개의 차광판(85A, 85B)은 완전히 중첩된 상태로 되어 있고, 2개의 차광판(85A, 85B)의 중심축이 횡방향에 인접하는 렌즈(10)의 경계와 중첩되어 있다. 이들 차광판(85A, 85B)은 스테핑 모터 등의 구동 기구(도시 생략)에 의해 주면에 따른 방향으로 평행 이동하는(슬라이드하는) 구성으로 되어 있다. 그리고, 조광을 행할 때에는, 도 17의 (b) 및 도 18의 (b)에 나타낸 바와 같이, 2개의 차광판(85A, 85B)이 좌우 방향으로 서로 반대 방향으로 동일한 거리만큼 슬라이드하고, 렌즈(10)의 양단의 소정 영역이 차광된다. 예를 들면, 제 2 플라이 아이 렌즈(4) 측의 차광판(85A)이 도 18의 (b)에 화살표로 나타낸 왼쪽(도 17의 (b)에서는 도시 상측)으로 이동하는 반면, PBS 어레이(81) 측의 차광판(85B)이 오른쪽(도 17의 (b)에서는 도시 하측)으로 이동한다. 차광판(85)의 이러한 동작에 의해, 본 실시예의 조명 장치(80)에서는, 2개의 차광판(85A, 85B)이 제 2 플라이 아이 렌즈(4)의 각 렌즈(10)의 중심을 통과하는 축에 대하여 좌우 대칭으로 차광을 행하는 구성으로 되어 있다.
가령 제 2 플라이 아이 렌즈의 각 렌즈의 한쪽만을 모든 렌즈에 대해서 차광했다고 하면, 스크린의 한쪽만이 밝고, 나머지 한쪽이 어둡다고 하듯이 조도 분포가 편중되는 경우가 있다. 이것에 대하여, 본 실시예의 조명 장치(80)는 슬라이드 방식의 차광판(85)을 구비하고 있으며, 제 2 플라이 아이 렌즈(4)의 각 렌즈(10)의 중심을 통과하는 축에 대하여 좌우 대칭으로 차광을 행하기 때문에, 피조명 영역인 액정 라이트 밸브에서의 조도 분포도 액정 라이트 밸브의 중심을 통과하는 축에 대하여 좌우 대칭으로 된다. 따라서, 스크린의 한쪽만이 밝고, 나머지 한쪽이 어두운 것과 같은 편중이 없어, 투사 영상의 외관을 양호하게 할 수 있다.
또한, 현상(現狀)의 3판 방식 투사형 표시 장치의 구성상, 3색의 광로 중에서 1색의 광로만은 릴레이 렌즈를 개재시키고 있기 때문에, 그 1색에 대응하는 화상만은 화상의 상하 방향 또는 좌우 방향이 다른 2색의 화상과 역전되지 않을 수 없다. 그래서, 가령 제 2 플라이 아이 렌즈의 각 렌즈의 한쪽만을 차광하는 조명 장치를 사용했다고 하면, 예를 들어, R, G에 대응하는 화상에 대해서는 화면의 오른쪽이 밝고, 왼쪽이 어두운 반면, B에 대응하는 화상만은 화면의 오른쪽이 어둡고, 왼쪽이 밝아진다는 경우가 발생하여, 화면의 오른쪽과 왼쪽에서 색 밸런스가 변화된다는 문제가 생긴다. 그 때문에, 상기 본 실시예의 조명 장치(80)에 의하면, 액정 라이트 밸브에서의 조도 분포가 중심축에 대하여 선대칭으로 되기 때문에, 화면의 양측에서 색 밸런스가 균일한 화상을 재현할 수 있다.
또한, 본 실시예의 경우, 2개의 차광판(85A, 85B)이 PBS 어레이(81)의 반사막(83)에 광원으로부터의 사출광을 직접 입사시키지 않기 위한 차광판을 겸하고 있기 때문에, 별도로 차광판을 설치할 필요가 없어, 장치 구성을 간단화할 수 있다. 또한, 제 2 플라이 아이 렌즈(4)와 2개의 차광판(85A, 85B) 사이에 갭이 마련되어 있기 때문에, 이 갭에 냉각용 공기를 흐르게 할 수 있고, 광원(2)으로부터의 강한 광을 차광함으로써 온도가 상승된 차광판(85A, 85B)을 냉각시킬 수 있다.
상기에서는 도 18의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 차광판(85A, 85B)의 에지가 직선상으로 연장되어 있었으나, 이 형상 대신에, 도 19의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 차광판(87A, 87B) 에지의 각 렌즈(10)의 상하 방향의 중앙부를 곡선상으로 우묵하게 한 것을 사용할 수도 있다. 광원(2)으로부터의 사출광은 차광판의 위치에서 대략 중심 대칭인 조도 분포를 갖고 있기 때문에, 이러한 형상의 차광판(87A, 87B)을 사용함으로써, 스크린 위에서의 조도 분포를 보다 균일화할 수 있다.
[조명 장치-9]
다음으로, 본 발명의 제 9 실시예의 조명 장치에 대해서 도 20의 (a) 및 (b), 도 21의 (a) 및 (b)를 이용하여 설명한다.
본 실시예의 조명 장치의 기본 구성은 제 8 실시예와 동일하며, 제 2 플라이 아이 렌즈의 사출 측에 PBS 어레이가 설치되고, 제 2 플라이 아이 렌즈와 PBS 어레이 사이에 차광판이 설치된 것이다. 따라서, 전체 구성의 도시는 생략한다. 그리고, 차광판의 구성이 제 8 실시예와 약간 상이하다.
도 20의 (a) 및 (b)는 본 실시예의 조명 장치 중에서 제 2 플라이 아이 렌즈와 PBS 어레이의 부분만을 취출하여 나타내는 확대 평면도, 도 21의 (a) 및 (b)는 차광판의 정면도이며, 도 20의 (a) 및 도 21의 (a)는 조광을 행하지 않은 상태, 도 20의 (b) 및 도 21의 (b)는 조광을 행한 상태를 각각 나타낸다.
도 20의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 조명 장치도 제 8 실시예와 동일하게, 제 2 플라이 아이 렌즈(4)와 PBS 어레이(81) 사이에 차광판(95)이 설치되어 있다. 차광판(95)이 좌우 방향에 인접하는 렌즈(10)의 경계를 따라 상하 방향으로 연장되어 있는 점도 제 8 실시예와 동일하나, 본 실시예의 경우, 2개의 차광판(95R, 95L, 95C) 중에서 PBS 어레이(81) 측의 차광판(95C)은 위치가 고정되어, PBS 어레이(81)의 반사막(83)의 입사 측에 배치되어 있다. 한편, 제 2 플라이 아이 렌즈(4) 측의 차광판(95R, 95L)은 주면에 따른 방향으로 평행 이동하는(슬라이드하는) 구성으로 되어 있다.
도 20의 (a) 및 (b)는 제 2 플라이 아이 렌즈(4)의 중앙부를 도시한 것이며, 제 2 플라이 아이 렌즈(4) 전체의 중심에 해당하는 렌즈의 경계에 따른 차광판만은 위치가 고정된 PBS 어레이(81) 측의 1개의 차광판(95C)만으로 구성되어 있다. 그리고, 조광을 행하지 않은 상태에서는, 도 20의 (a) 및 도 21의 (a)에 나타낸 바와 같이, 2개의 차광판(95R, 95L, 95C)은 완전히 중첩된 상태로 되어 있고, 2개의 차광판(95R, 95L, 95C)의 중심축이 횡방향에 인접하는 렌즈(10)의 경계와 중첩되어 있다. 조광을 행할 때에는, 도 20의 (b) 및 도 21의 (b)에 나타낸 바와 같이, 이동 가능하게 구성된 제 2 플라이 아이 렌즈(4) 측의 차광판(95R, 95L)에 대해서는, 중앙의 차광판(95C)에 대하여 오른쪽에 위치하는 차광판(95R)과 왼쪽에 위치하는 차광판(95L)이 좌우 방향으로 서로 반대 방향으로 동일한 거리만큼 슬라이드하고, 렌즈(10)의 양단의 소정 영역이 차광된다. 예를 들면, 오른쪽의 차광판(95R)이 도 21의 (b)에 화살표로 나타낸 왼쪽(도 20의 (b)에서는 하측의 차광판이 도시 상측)으로 이동하는 반면, 왼쪽의 차광판(95L)이 오른쪽(도 20의 (b)에서는 상측의 차광판이 도시 하측)으로 이동한다. 차광판(95)의 이러한 동작에 의해, 본 실시예의 조명 장치에서는, 2개의 차광판(95R, 95L, 95C)이 제 2 플라이 아이 렌즈(4) 전체의 중심을 통과하는 축에 대하여 좌우 대칭으로 차광을 행하는 구성으로 되어 있다.
본 실시예의 경우, 각 렌즈(10)마다 선대칭으로 되도록 차광을 행하는 것이 아니라, 제 2 플라이 아이 렌즈(4) 전체에 대하여 선대칭으로 되도록 차광을 행하는 점에서 제 8 실시예와 상이하다. 이 경우, 각 렌즈(10)에 대해서는 차광에 의해 조도 분포가 생기게 되나, 이들을 중첩시킨 것에 대해서는 균일하게 할 수 있다. 그 결과, 본 실시예의 조명 장치에서도, 스크린의 한쪽만이 밝고, 나머지 한쪽이 어둡다는 것과 같은 편중이 없어, 투사 영상의 외관을 양호하게 할 수 있으며, 화면의 양측에서 색 밸런스가 균일한 화상을 재현할 수 있다는 제 8 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제 8 및 제 9 실시예에서는, 좌우 방향에 인접하는 렌즈의 경계를 따라 상하 방향으로 연장되는 차광판의 예에 대해서 설명했으나, 이와는 반대로, 상하 방향에 인접하는 렌즈의 경계를 따라 좌우 방향으로 연장되는 차광판을 설치하는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도 19의 (a) 및 (b)에서는 각 렌즈의 중앙부를 약간 우묵하게 한 형상의 에지를 갖는 차광판(87A, 87B)을 나타냈으나, 이 구성 대신에, 예를 들어, 카메라의 조리개와 같은 구성의 차광판을 설치하고, 광투과 영역의 형상을 보다 원형에 가까운 것으로 하면, 스크린에서의 조도 분포를 보다 균일화할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경을 부가하는 것이 가능하다. 예를 들면, 차광판의 형상이나 수, 배치 등에 관해서는 상기 실시예에 한정되지 않고, 적절히 변경할 수 있다. 또한, 상기 실시예에서는 차광판이 광반사성을 갖는 것을 사용했으나, 광흡수성을 갖는 차광판을 사용할 수도 있다. 이 경우, 차광판의 재료로서는, 흑색 알루마이트 처리를 실시한 알루미늄 등을 예시할 수 있다. 상기 실시예에서는 광변조 수단으로서 액정 라이트 밸브를 사용한 투사형 액정 표시 장치의 예를 들었으나, 광변조 수단으로서 DMD를 사용한 투사형 표시 장치에 본 발명을 적용할 수도 있다.
본 발명자는 제 1 실시예의 조명 장치를 실제로 제작하여, 차광판이 원하는 조광 기능을 실현할 수 있는지의 여부를 평가했다. 도 14는 그 평가 결과를 나타내는 도면으로서, 차광판의 경사 각도와 스크린 위의 밝기의 관계를 나타낸다. 도 14에서 횡축(橫軸)은 차광판의 경사 각도(°)이며, O°는 차광판의 방향이 광축과 평행하게 되어 있는 상태를 나타낸다. 또한, 종축(縱軸)은 차광판의 경사 각도가 0°일 때를 100%로 한 스크린 면의 밝기(%)이다.
도 14로부터 명확히 알 수 있듯이, 차광판의 경사 각도를 0°에서부터 크게 함에 따라 스크린의 밝기가 100% 근방으로부터 저하되는 경향이 있고, 경사 각도를 30° 이상으로 하면 스크린의 밝기가 30% 정도로 저하됨을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명의 조명 장치에 의하면, 차광판의 경사 각도를 제어함으로써 스크린 위에서 원하는 밝기의 광을 얻을 수 있음이 실증되었다.
본 발명의 조명 장치에 의하면, 광원의 광출력 강도가 일정한 상태에서도 피조명 영역에서 영상에 따른 밝기의 광을 얻을 수 있고, 투사형 표시 장치의 다이내믹 레인지의 확장에 기여할 수 있다. 그리고, 이 조명 장치의 사용에 의해, 영상 표현력이나 사용 환경에 대한 순응성 면에서 우수한 효과를 갖는 투사형 표시 장치를 실현할 수 있다. 따라서, 본 발명의 조명 장치는 공업상 유용한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 조명 장치의 개략 구성을 나타내는 측면도.
도 2의 (a) 및 (b)는 모두 본 발명의 제 1 실시예의 조명 장치의 차광판 측으로부터 제 2 플라이 아이 렌즈를 본 상태를 나타내는 정면도.
도 3의 (a) 및 (b)는 모두 본 발명의 제 2 실시예의 조명 장치의 차광판 측으로부터 제 2 플라이 아이 렌즈를 본 상태를 나타내는 정면도.
도 4의 (a) 및 (b)는 모두 본 발명의 제 3 실시예의 조명 장치의 차광판 측으로부터 제 2 플라이 아이 렌즈를 본 상태를 나타내는 정면도.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예의 조명 장치의 개략 구성을 나타내는 측면도.
도 6은 본 발명의 제 5 실시예의 조명 장치의 개략 구성을 나타내는 측면도.
도 7은 본 발명의 제 6 실시예의 조명 장치의 개략 구성을 나타내는 측면도.
도 8은 본 발명의 제 6 실시예의 측면도.
도 9는 본 발명의 제 1 실시예의 투사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 제 1 실시예의 투사형 액정 표시 장치의 구동 회로의 구성을 나타내는 블록도.
도 11의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제 1 실시예의 투사형 액정 표시 장치에 있어서, 영상 신호로부터 밝기 제어 신호를 결정하는 제 1 방법을 설명하기 위한 도면.
도 12는 본 발명의 제 1 실시예의 제 2 방법을 설명하기 위한 도면.
도 13은 본 발명의 제 1 실시예의 제 3 방법을 설명하기 위한 도면.
도 14는 본 발명의 실시예인 투사형 표시 장치의 조광 기능을 평가한 결과를 나타내는 도면.
도 15는 본 발명의 제 7 실시예의 조명 장치의 개략 구성을 나타내는 측면도.
도 16은 본 발명의 제 8 실시예의 조명 장치의 개략 구성을 나타내는 평면도.
도 17의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제 8 실시예의 조명 장치 중에서 제 2 플라이 아이 렌즈와 PBS 어레이의 부분만을 취출(取出)하여 나타내는 확대 평면도로서, 도 17의 (a)는 조광을 행하지 않은 상태, 도 17의 (b)는 조광을 행한 상태를 각각 나타내는 도면.
도 18의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제 8 실시예의 조명 장치에서의 차광판의 정면도로서, 도 18의 (a)는 조광을 행하지 않은 상태, 도 18의 (b)는 조광을 행한 상태를 각각 나타내는 도면.
도 19의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제 8 실시예의 차광판의 다른 예를 나타내는 정면도로서, 도 19의 (a)는 조광을 행하지 않은 상태, 도 19의 (b)는 조광을 행한 상태를 각각 나타내는 도면.
도 20의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제 9 실시예의 조명 장치 중에서 제 2 플라이 아이 렌즈와 PBS 어레이의 부분만을 취출하여 나타내는 확대 평면도로서, 도 20의 (a)는 조광을 행하지 않은 상태, 도 20의 (b)는 조광을 행한 상태를 각각 나타내는 도면.
도 21의 (a) 및 (b)는 조명 장치에서의 차광판의 정면도로서, 도 21의 (a)는 조광을 행하지 않은 상태, 도 21의 (b)는 조광을 행한 상태를 각각 나타내는 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1, 80 : 조명 장치
2 : 광원
3, 4 : 플라이 아이 렌즈(균일 조명 수단)
5, 45a, 45b, 48a, 48b, 51a~51e, 85, 85A, 85B, 87A, 87B, 95 : 차광판
13, 14 : 다이크로익 미러(dichroic mirror)
15, 16, 17 : 반사 미러
18, 19, 20 : 릴레이 렌즈
22, 23, 24 : 액정 라이트 밸브(광변조 수단)
25 : 크로스 다이크로익 프리즘
26 : 투사 렌즈(투사 수단)
27 : 스크린
81 : PBS 어레이
82 : 편광 분리막
83 : 반사막
84 : 1/2 파장판

Claims (12)

  1. 투사형 표시 장치의 광변조 수단을 조명하기 위해 사용되는 조명 장치로서,
    광원과, 상기 광원으로부터 입사되는 광의 조도(照度) 분포를 균일화하는 균일 조명 수단과, 상기 광원으로부터 사출되는 광의 광축 위에 설치되어, 상기 광원으로부터의 사출광(射出光)의 광량을 조절하는 조광(調光) 수단을 구비하고, 외부로부터의 정보에 의거하여 상기 조광 수단을 제어함으로써 상기 균일 조명 수단으로부터 사출되는 광의 광량을 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 균일 조명 수단이 상기 광축을 따라 상기 광원에 가까운 측으로부터 차례로 배치된 플라이 아이 렌즈와, 상기 플라이 아이 렌즈에 의해 형성된 복수의 2차 광원상(光源像)을 조명 면에서 중첩시키기 위한 중첩 렌즈로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 조광 수단이 상기 광원으로부터의 사출광 중 적어도 일부를 차단할 수 있게 구성된 차광 부재로 이루어지고, 상기 차광 부재에 의한 상기 사출광의 차광 면적을 조절할 수 있게 된 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 차광 부재가 그 주면(主面)과 평행한 방향으로 이동할 수 있게 구성된 차광판으로 이루어지고, 상기 차광판의 이동량에 따라 상기 광량을 조절할 수 있게 된 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 차광 부재가 그 주면과 평행한 방향으로 연장되는 회동축을 중심으로 하여 회동 가능하게 구성된 차광판으로 이루어지고, 상기 차광판의 회동 각도에 따라 상기 광량을 조절할 수 있게 된 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 차광 부재가 상기 플라이 아이 렌즈로부터 사출되는 광속(光束) 각각에 대하여 선대칭으로 차광을 행하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 차광 부재가 상기 플라이 아이 렌즈로부터 사출되는 광속 각각에 대하여 중심 대칭으로 차광을 행하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 차광판의 회동축이 상기 플라이 아이 렌즈로부터 사출되는 광속의 사이로 되는 장소에 배치된 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 차광판이 부분적으로 광의 투과율이 상이한 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 차광판의 에지부가 요철(凹凸) 형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 차광판이 상기 광축과 수직인 면을 따라 복수 배치된 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  12. 조명 수단과, 상기 조명 수단으로부터 사출되는 광을 변조하는 광변조 수단과, 상기 광변조 수단에 의해 변조된 광을 투사하는 투사 수단을 갖는 투사형 표시 장치로서,
    상기 조명 수단으로서, 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 8 항 및 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 조명 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 투사형 표시 장치.
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