JP2002516410A

JP2002516410A - カラー分離素子を用いる反射型画像システムのコントラスト比を改良するシステム、方法及び装置

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Publication number: JP2002516410A
Application number: JP2000549996A
Authority: JP
Inventors: ブライアーズブレット
Original assignee: Optical Coating Laboratory Inc
Current assignee: Optical Coating Laboratory Inc
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1999-02-02
Publication date: 2002-06-04
Also published as: EP1078298A1; US5986815A; WO1999060439A1; CN1300379A

Abstract

(57)【要約】反射型ＬＣＤシステムの性能を向上させる方法及び装置。高コントラストのカラー分離プリズム光学系は「ダブルパス」のプリズム光学系（３０）を用いる。このプリズム光学系に入射する偏光した光はカラー分離され、個別のカラー光として出射し、所望の画像に応じて各カラー光を反射する反射型画像装置（９０、１１０、１３０）に入射する。反射した光は再びプリズム光学系を通過し、個別のカラー光は集束し発散光は出射してスクリーン（１５０）上に画像を表示する投影レンズ（１４０）に入射する。少なくとも１個の零入射波長板補償器（８０、１００、１２０）を反射型画像器とプリズム光学系との間に配置する。波長板補償器は、プリズム光学系を２回目に通過する際当該プリズム光学系に入射する不所望な偏光した光を有効に減少させ、これによりプリズム光学系から投影レンズに入射する光の偏光の純粋性が高まり、高コントラストの投影画像を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の背景１．発明の分野本発明は、反射型液晶画像表示器とカラー分離装置を用いる画像装置のような
反射型画像装置において増強されたコントラストを達成するシステム、方法及び
装置に関するものである。特に、本発明はカラー分離装置による不所望な偏光回
転を補正するシステム、方法及び装置に関するものである。本発明は、ある方向
に偏光した光の透過率を最大にし、別の方向に偏光した光の透過率を最小にし、
これにより最終画像品質を大幅に改善する高いコントラスト比を達成する。

【０００２】２．関連技術液晶ディスプレイはリァプロジェクション装置において一般的に用いられてい
る。反射型の液晶パネルは画素アレイを具え、この画素アレイは、入射光を反射
すると共に画素に電圧すなわち信号が印加されたとき入射光の偏光ベクトルを９
０°回転させるように動作する。従って、信号すなわち画像情報は特定の偏光状
態の光に含まれている。液晶画像装置が起動しない場合、液晶画像装置の特定の
画素はオフ状態となり、これらの画素により反射した光は偏光状態を回転しない
。これらオフの画素からの信号は最終画像中において暗い点に対応する必要があ
る。このような課システムの画像品質は、オン状態においてシステムを透過した
光をオフ状態において透過した光の量で除算した比率として規定さるコントラス
ト比として知られているパラメータにより測定される。コントラスト比が高くな
ればなる程、画像品質は一層良好になる。ディスプレイは周囲の光条件よりも明
るい画像を投影する必要がある。「オン」状態の画素の輝度を高くすることによ
りコントラスト比が増強されるので、一層広い範囲にわたる周囲の明るさ条件に
おいてプロジェクタを用いることができ、従って部屋を暗くする必要が解消され
る。

【０００３】フィリップスプリズムのような非偏光回転分離装置によるコントラストの低下
は、スキュー光線の幾何学的効果並びに反射性コーティング層及び内部全反射面
における二重減衰及び位相差により発生する。偏光ビームスプリッタの幾何学的
効果はOotaki（米国特許第５４５９５９３号）及びmiyatake（米国特許第５３２
７２７０号）に詳細に記載されており、これらの開示内容は以下のように本願に
おいて参考として記載する。これらの幾何学的効果は、偏光ビームスプリッタに
より入射した直線偏光した光の純粋な回転である。リァープロジェクション画像
装置は、２％のダークレベルを示すプロット（１００％／２％＝５０：１）にお
いてOotakiにおいて示唆されているように、、典型的に５０：１以上のコントラ
スト比を有している。Ootakiの特許明細書において、ハロゲン化ランプ又はキセ
ノンランプからの白色光は偏光プリズムビームスプリッタに約４５°の角度で入
射している。偏光プリズムビームスプリッタは、ｓ偏光した光を反射しｐ偏光し
た光を透過している（ここで、ｓ偏光した光はその偏光ベクトルが伝搬方向と直
交する光をいい、ｐ偏光した光はその偏光ベクトルが伝搬面内に存在する光をい
う）。ｓ偏光した光は偏光ビームスプリッタによりダイクロイックミラーに向け
て反射する。Ootakiの特許におけるダイクロイックミラーは、ある色のｓ偏光し
た光を反射し当該ビームの他のカラー成分光は透過させている。１個以上のダイ
クロイックミラーを用いることにより、入射した白色光は種々のカラーチャネル
に分離去れている。典型的な画像装置において、入射した白色光を赤、緑及び青
のカラーチャネルに分離するためには２個のダイクロイックミラーで十分である
。このダイクロイックミラーのカラー選択性は、カラー分離を行うために当該技
術分野において周知なミラー上に特有の光コーティング層を形成することにより
達成される。

【０００４】 Ootakiでは、第１のダイクロイックミラーは、１つの特定のカラー光を反射型
画像装置と称されている液晶光バルブに向けて反射するように整列させている。
他のカラー光は第１のダイクロイックミラーを別のダイクロイックミラーに向け
て透過し、この別のダイクロイックミラーにより個々のカラー光は各液晶光バル
ブ画像装置に向けて反射している。各液晶光バルブは、入射光を反射する性能を
有し、この入射光は陰極線管から液晶バルブの背面側を経て入力したオンの画素
からの書込光と共にｓ偏光した読出光で構成されている。このオンの画素からの
光はｐ偏光している。オフ画素からのｓ偏光した光及び液晶バルブの各々からの
ｐ偏光した「書き込み」光の両方を含む合成画像は当該システムを経て立方体の
ビームスプリッタ型の偏光プリズムに向けて出射し、この偏光プリズムはｐ偏光
した光だけを直接透過し、ｐ偏光した光の最終画像が投影レンズを経てスクリー
ンに入射してい。

【０００５】このシステムの品質性能は、固有状態にない入射光線の偏光プリズムにおける
偏光面の回転により制限されてしまう。この回転は画像発生画素の状態から独立
しオフ状態の画素の光がリークするので、コントラストが劣化してしまう。

【０００６】 Ootakiは、傾斜した表面上の誘電体薄膜を用いる偏光ビームスプリッタの幾何
学的効果を補正している。Ootakiの特許において開示されているカラー画像表示
装置において、４５°入射でカラー分離を行うために用いた３個のダイクロイッ
クミラーの各々は、補償板として機能する付加的な薄膜層を含んでいる。

【０００７】 Miyatakeは、偏光ビームスプリッタを補償する同様な試みを開示している。Mi
yatakeの特許明細書に開示されている試みは、反射型液晶装置と偏光プリズムと
の間の光路中に１／４波長板を用いて偏光ビームスプリッタを補償することであ
る。一方、この特許明細書は、傾斜したダイクロイックミラーやフィリップスプ
リズムのようなカラー分離装置において生ずる可能性のある位相差について教示
せず検討もされていない。フィリップスプリズムの場合、位相差はダイクロイッ
ク面での反射及び内部反射面での反射により生ずる。入射ビームが集束性の場合
、入射角がビームの開口にわたって変化するので、これらの傾斜した面の各々に
よる偏光変化は均一なものとはならない。

【０００８】本願において参考として記載するYamamoto等に発行された米国特許第５５９４
５９１号において、発明者は投影ディスプレイにおける課題を解決しようと試み
ており、当該特許においてカラー分離素子はフィリップスプリズムとされている
。このシステムは、Ootakeの画像装置よりも小型である。フィリップスプリズム
は、偏光した光を３原色に分離するためのカラー分離装置として知られている。
Yamamoto等の特許明細書に開示さているフィリップスプリズムは、カラー分離用
のフィリップスプリズムの面上の光コーティング層及びＴＩＲ面を形成する入射
プリズム面上の反射防止コーティング層を用いている。Yamamoto等は、ＳｉＯ₂
層とＴｉＯ₂ 層との交互層を具えるＴＩＲ面上の光コーティング層が位相制御機
能を有することを述べている。カラー分離用に用いるダイクロイックコーティン
グはＴＩＲ面上の反射防止層と協働して位相制御機能を達成している。ダイクロ
イックコーティングの設計並びにそのスペクトラル特性及び位相特性は示されて
いないが、位相制御機能を有し、ＴＩＲ面の９０°の位相差と組合されて偏光ビ
ームスプリッタにより生ずる画像劣化を補正することが示唆されている。この偏
光の変化は角度依存反射性及びダイクロイックコーティングの位相リターダンス
性能により強く支配されるので、入射角に伴う偏光の変化はこの方法では必ずし
も補正されていない。

【０００９】光学的な薄膜コーティングは、薄膜分離光学系の顕著なコストを必要とする。
Ootaki及びYamamotoの特許で教示している発明は、偏光ビームスプリッタに入射
する非平行の光に起因する偏光効果を除去するための最適な補償機能を達成する
ため特別な薄膜層を必要とする。さらに、これらの層の位相制御機能はコーティ
ング製造プロセス及び制御プロセスに複雑性及びコストを増大することになる。
薄膜層の厚さは、反射防止特性又はカラー分離特性を劣化させることなく適切な
位相機能が得られるように制御する必要がある。

【００１０】光の偏光状態は、複屈折性材料により、すなわち屈折率が方向の関数として変
化する複屈折性材料を用いて変えることができる。複屈折性材料は一般的に１／
４波長補償器すなわちリターデーションプレートを構成するために用いられる。
１／４波長板は、当該１／４板が光軸（ビームの伝搬方向の軸）と直交する場合
、光が当該材料を１回通過する毎に入射ビームの一方の偏光成分に９０°の相対
位相シフトを導入する。１／４波長板はλ／４の整数倍（「１／４波長板」の用
語の原点）に等しい厚さを有する。ここで、λは特定のカラーチャネルの光の波
長である。従って、３個のカラー画像装置には、特定のチャネルの波長に整合す
る厚さとなるように計算した物理的厚さをそれぞれ有する３個の異なる波長板が
存在する。

【００１１】１／４波長板は、典型的な複屈折性光学材料で構成することができる。典型的
な複屈折性光学材料は、水晶、方解石又はマイカのような異方性材料を含むこと
ができ、光学的異方性を有する有機材料で構成することもできる。光学的異方性
は、フィルムを構成する高分子材料のシートを延伸することにより得ることがで
きる。或いは、液晶セルを、電界を印加することによりその方位が変えられ液晶
セルの可変補償媒体形態として用いることができる。低分子量の液晶材料は、電
界を印加し続いて紫外光を照射して重合反応を初期化することにより又は他の方
位手段により、適な方位を有する固体材料に変成することができる。付加的に、
液晶性能を有する高分子量のポリマが知られており、この液晶性能を有する高分
子量のポリマを補償膜に変成することができ、又は個別の層として基板に形成す
ることができる。

【００１２】前述したように、通常の反射型画像装置は、典型的には光を、ｓ偏光した光の
ような偏光した光を透過し又は反射する偏光ビームスプリッタのような偏光素子
を透過させ、フィリップスカラー分離プリズムのようなカラー分離装置又はカラ
ー分離器に入射させている。光がフィリップスカラー分離プリズムのＴＩＲ及び
ダイクロイック界面を通過することにより、二重減衰、幾何学的効果及び位相差
の組合せに起因して偏光した光の偏光状態が変化する。特別なコーティング設計
を用いてこれらの位相差を相殺することができるが、製造上の理由から望ましい
ものではない。カラースプリッタにおいて通常の反射防止膜及びダイクロイック
コーティングを用いることは偏光状態を変化させることになり、画像のコントラ
スト及び輝度を低下させてしまう。位相変化、リターデーション、並びに偏光状
態間の強度の差異は、直線偏光した光を楕円偏光した光に変換してしまう。偏光
ビームスプリッタだけでは直線偏光した光の偏光ベクトルを回転させ、これはOo
takiにより説明されている１／４波長板を用いて補正することができる。しかし
ながら、偏光ベクトルの回転及び楕円度は、反射型液晶光バルフがオフ状態にあ
る場合、光の漏れの主要な原因となり、コントラスト比及び輝度を低下させ、画
像品質を劣化させることになる。

【００１３】偏光ビームスプリッタと共に用いられる場合の１／４波長板の重要な役割は、
Miyakeにより教示されているように、オフ状態をできるだけ暗にするための幾何
学的効果に起因するオフ−アキシース偏光成分の透過を最小にするである。１／
４波長板は、１／４波長板を適切に配置することにより、ｓ偏光した光のような
一方の直線偏光した光をシフトすることなく出射させる共に反射型画像装置のオ
フ状態に対して不所望なｐ偏光した成分を有効に相殺することができる。光が液
晶光バルブ（ＬＣＬＶ）の「オフ」状態にある個別の画素で反射した場合、ｓ偏
光した光成分は１／４波長板をシストすることなく透過する。一方、不所望なｐ
偏光成分はさらに９０°シフトし、オリジナルの方向から全体として１８０°シ
フトし、不所望な成分が相殺される。ＬＣＬＶの「オン」状態の画素で反射した
光はｐ偏光した光で構成される。このオン状態の画素で反射したｐ偏光した光は
１／４波長板を１回だけ通過し、従って９０だけ回転する。

【００１４】ＬＣＬＶからの画像情報はプリズム光学系を経て偏光ビームスプリッタに戻り
、この偏光ビームスプリッタはｓ偏光した光を反射し最終のｐ偏光した光をスク
リーンに向けて透過させる。このような反射型画像装置において、各３個の液晶
光バルブとフィリップスプリズムとの間の光路中に１／４波長板を用いる場合、
ブラックレベルがほぼ完全な黒とすることによりコントラスト比が改善される。
このシステムにおいて１／４波長板を用いることにより偏光ビームスプリッタに
起因する偏光ベクトルの回転を補正する手段が与えられ、カラースプリッタによ
り付加される不所望な楕円性及び付加的な回転が生ずることが回避される。

【００１５】１／４波長補償板は、本願において参考として記載するSchmidt 等に付与され
た米国特許第５５７６８５４号においても用いられている。Schmidt 等の特許は
単色のシステムに開発され、カラー画像を形成するように構成されていない。こ
のSchmidt 等により開示されたシステムは、前述したMiyakeの特許で開示されて
いるシステムと同様に動作し、すなわち光が偏光ビームスプリッタに入射する際
に幾何学的効果により導入されるオフ−アキシースの偏光変化を低減するように
動作している。Schmidt 等の特許は、０．２５に等しいリターダンス値を有する
波長板を用いて偏光ビームスプリッタにより発生したオフ−アキース偏光成分を
補償することを特に記述している。一方、Schmidt 等の特許は、０．０２の付加
的なリターダンスを導入してＬＣＬＶの熱的に導入された複屈折性により生ずる
不所望な偏光シフト並びに暗状態が所望の値よりも明るくなる効果を補償するこ
とを付加的に示唆している。従って、Schmidt 等の特許は、単色画像装置におい
て波長板補償器が全体として０．２７に等しいリターダンス値を有して付加的な
リターダンス又はＬＣＬＶにおいて熱的に導入される複屈折性に起因する偏光成
分間の位相遅延を補償することを示唆している。

【００１６】反射型液晶光バルブを用いる画像装置のコントラストを改善するシステム、方
法及び装置を実現することは大きな利益となる。特に、不所望な偏光状態の変化
により発生し画像のオフ状態における光の漏れによりコントラスト比が劣化する
システムにおいて生ずる偏光回転及び楕円性を最小にし補正することは、当該技
術分野において大幅な改良となる。

【００１７】概要本発明は、個々の偏光の特性を同定し最小にすることにより最適化された値を
有する波長板補償器に関するものである。光が光路を２回通過する反射型画像シ
ステムにおいて波長板補償器を用いる。この光路は以下のように大別することが
できる。光は偏光ビームスプリッタを通過して第１の偏光状態の光となり、その
後フィリップスプリズムに入射する。このフィリップスプリズムにおいて、偏光
した光は選択された面に形成したダイクロイックコーティング及び反射性コーテ
ィングによりカラー分離作用を受ける。分離されたカラー光はプリズム組立体を
出射し、所望の画像に応じて反射した光の偏光状態を変化させる反射型画像装置
すなわち液晶光バルブに入射する。反射した光は再びプリズム組立体を通過し、
分離された光は集束し、発散光は出射してスクリーン上に画像を表示する。

【００１８】フィリップスプリズムのような斜め入射で光学干渉コーティングを利用するカ
ラースプリッタは、一般的に偏光状態間の位相差及び二重減衰を生ずる。これに
より、偏光状態の光に回転及び楕円性が導入される。偏光素子は投影レンズに向
けて透過する光に対する検光子として有効に作用しないので、「オン」状態の画
像輝度は低下し「オフ」状態の画素の輝度は上昇する。コントラスト比は、液晶
光バルブの「オン」の画素に対応する選択した偏光状態の透過光を他の偏光状態
の透過光の量で除算することにより決定される。この反射型状態装置からの光の
コントラスト比は、透過光の偏光状態の純粋性の目安となる。コントラスト比が
高くなればなる程、画像全体の品質も一層良好になる。

【００１９】反射型画像装置のコントラスト比は、カラースプリッタから反射型画像装置に
向けて透過した光及び反射型画像装置で反射し再度カラースプリッタに入射する
光を受光するように配置した本発明の波長板補償器を用いることにより増強され
る。。波長板補償器のリターデーション値は特定の偏光特性を最小にするように
選択する。

【００２０】波長板の材料及び光学厚さの関数である波長板のリターダンスが、画像の「オ
フ」状態の不所望な偏光成分を補償し及び相殺して暗状態が完全な黒に近くなる
ように計算されれば、最良のコントラスト比が達成できる。これにより、コント
ラスト比が大幅に改善されて最終画像の品質が増強される。最適なリターデーシ
ョンは、楕円度及び楕円回転の両方により或いは偏光した入射光の回転により特
徴付けられ、これらは照明光学系のコーン角全体又は瞳に対して十分に最小にさ
れる。

【００２１】所望のリターデーションは、瞳のエッジにおける楕円度及び偏光ベクトルの方
位を計算し、次に楕円度及び方位が同時に最小になるようにリターデーション値
を規定することにより同定される。楕円度及び楕円偏光方位は、光が画像投影装
置の波長板補償器が配置される予定の位置に入射した際のコーン光の瞳の大きさ
を決定し、光線の光路好ましくは外縁光線の光路を決定し、ストークスのパラメ
ータを計算し、リターダンス値がずれた位置における楕円度及び楕円偏光の方位
の両方を計算することにより同定される。好ましくは、リターデーションを僅か
に変えながら繰り返してコントラスト及び輝度を最適にする。波長板の方位は、
最大輝度の光が「オン」状態の画素に向けて透過するように設定する（すなわち
、高速軸又は低速軸を入射した偏光に対して零°となるように設定する）。

【００２２】表示品質は、ＮＴＳＣ又はＰＡＬのような標準の表示フォーマットに対して正
確な演色性及びカラーの純粋性が得られるように適切にバランスして各カラーチ
ャネルの強度が最大になる場合に増強される。ダブルパスカラー分離画像システ
ムにおいて、各カラーチャネルの強度は、（１）各カラーチャネルを規定する波
長域に対する光源又はランプからの最大スループットを得て、（２）ｓ偏光した
光及びｐ偏光した光のカラーチャネルの波長域の全スペクトラル応答をオーバラ
ップさせ、（３）カラーチャネルの全波長域における補償板の補正効率を整合さ
せ、（４）ダイクロイック又は偏光干渉フィルタを有する偏光素子及び／又はカ
ラー分離素子の入射面及び好ましくは出射面の反射防止コーティングを利用する
ことにより最大となる。

【００２３】輝度を最大にする目的は、薄膜設計に厳格な制約を課すものである。上述した
スペクトラル特性はそれぞれ独立して変えることはできず、偏光した光の回転歪
み及び楕円歪みに影響を与えることなく変えることはできない。反射を低減しカ
ラー分離を行うために用いる薄膜干渉フィルタ及びダイクロイックミラーは角度
依存性を有するので、コーン角全体にわたって最適化する必要がある。これらの
コーティング層に光が斜めに入射した場合、反射光のｓ偏光面及びｐ偏光面はδ
の位相変化を受ける。本発明の目的は、有効なカラー分離性及び飽和性を有し、
補正光学素子の組合せにより不所望な偏光効果が完全に補正されるダイクロイッ
クミラーを提供することにある。特に、ダイクロイックフィルタの性能が最適化
されるので、補償板により補正できない残留リークが、各カラーチャネルの輝度
を調整することなく補助フィルタ素子により除去され、これによりバランスした
カラーの忠実性が維持される。

【００２４】

【好適実施例の説明】

本発明は、カラースプリッタを用いる反射型画像装置のコントラスト比を改良
するシステム、方法及び装置に関する。特に、本発明は、特有なものとして設計
した波長板補償器を用いることによるカラースプリッタの不所望な減偏光（depo
larizatiopn ）を補正する方法及び装置に関するものである。波長板補償器はオ
ン状態の偏光した光の透過を最大にしオフ状態に偏光した光の透過を最小にし、
これにより最終画像の品質を顕著に改良する高いコントラスト比を達成する。

【００２５】本発明の反射型画像装置に入射する光は、ｓ偏光した光のような偏光した光を
カラースプリッタに供給する偏光ビームスプリッタのような偏光装置を通過する
。フィリップスプリズムのようなカラースプリッタは偏光した成分光を３原色光
に分離する。ｓ偏光した青の光、ｓ偏光した緑の光及びｓ偏光した赤の光は３個
の個別の位置から出射し、液晶光バルブのような３個の反射型画像装置に入射す
る。各反射型画像装置は、３原色カラー光の各々の偏光状態を変調し、所望の画
像に応じて変調された光をカラー分離装置に反射し、これらの光はカラースプリ
ッタを２回通過する。従って、ｓ偏光した光のような偏光した成分光は、ｐ偏光
した３原色光としてオン状態でカラースプリッタに戻る。そして、カラースプリ
ッタは発散性のｐ偏光した光を出力し、このｐ偏光した光は偏光素子を通過し投
影レンズ系を経てスクリーンに入射する。

【００２６】通常のカラースプリッタは、幾何学的効果及び薄膜コーティング効果に起因し
て透過光に減偏光を常時導入する。カラースプリッタを透過すると、この光の部
分は所望の偏光状態とは異なる偏光特性を有し、従ってこの光の存在は反射型画
像装置のコントラスト比を低下させる。前述したように、コントラスト比は、液
晶光バルブのオン状態に対応する選択された偏光状態を有する透過光をオフ状態
に対応する他の偏光状態の透過光の量を除算することにより決定される。さらに
、前述したように、反射型画像装置からの光のコントラスト比は透過した光の偏
光状態の純粋性の目安となる。コントラスト比が高くなればなるほど、画像の全
体としての品質は一層良好になる。

【００２７】本発明のシステム、方法及び装置においては、反射型画像装置のコントラスト
比は、カラースプリッタから反射型画像装置に向けて透過した光及び反射型画像
装置で反射しカラースプリッタに２回入射する光が入射するように位置決めした
波長板補償器により増強される。波長板補償器はある材料で構成され、特定の偏
光特性を最小にするように選択した厚さを有する。波長板補償器に関する詳細は
本発明の反射型画像装置の例示した実施例を説明した後説明することにする。

【００２８】図１は、反射型ＬＣＤリァプロジェクション装置で用いられているフィリップ
スプリズム組立体のコントラスト比を改良する本発明の一例としての実施例を図
示する。図１に示す実施例はフィリップスプリズムを用いる反射型ＬＣＤシステ
ムとして提案されたものであるが、この実施例は一例としてのものであり本発明
はこの実施例に限定されるものではない。

【００２９】図１に示すシステムは光源１０からの照明光を受光し、この照明光は典型的な
ものとしてキセノンランプ、ハロゲン化金属ランプ又はタングステンランプのよ
うな光源からの白色光とすることができる。光源１０は光を供給する光源手段と
して一例のものである。この光は、好ましくは偏光ビームスプリッタ２０に入射
する前に、後述する同調フィルタ又はノッチフィルタ１２を通過する。

【００３０】図示のように、光は、好ましくは集束光として偏光ビームスプリッタ２０に入
射し、次にフィリップ型のプリズム組立体に入射する。光源からの光を平行ビー
ムとして偏光ビームスプリッタに入射させ偏光ビームスプリッタ２０とフィリッ
プスプリズム３０との間に配置した集束性レンズ（図示せず）を通過するように
構成することも可能である。このようなレンズは光を集束させる集束性レンズ手
段の一例である。一方、本発明の利点は、集束光を利用する場合に特に有効であ
る。本発明は集束光が用いられる場合に生ずる回転及び楕円性を補正するが、平
行光は一般的に回転だけを導入する。

【００３１】偏光ビームスプリッタ２０は、第１の偏光状態の第１の偏光成分光が透過する
ように光を偏光する偏光子又偏光手段の一例である。好適な偏光手段の別の例は
、偏光プリズムビームスプリッタである。偏光ビームスプリッタ２０はある形式
の偏光した光（ｓ偏光した光又はｐ偏光した光のいずれかであり、本例ではｐ偏
光した光とする）を透過させ、他の形式の偏光（本例では、ｓ偏光した光）を入
射方向に対して９０°の角度で反射する。ｓ偏光した光は入射面と直交する偏光
ベクトルを有する光と称され、ｐ偏光した光は入射面内の偏光ベクトルを有する
光と称される。

【００３２】ｓ偏光した光はフィリップスプリズム３０に向けて反射する。このフィリップ
スプリズム組立体はカラースプリッタすなわち第１の偏光した成分光を３原色カ
ラー光に分離するカラー分離手段の一例である。カラー分離手段の他の例は、ビ
ームスプリッタキューブ、Ｘ−プリズム、Ｌ−プリズム及び平坦な傾斜したプレ
ートのダイクロイックミラーを含む。一方、当業者は、本発明の方法及び装置は
、零ではないが注目するスペクトル域において均一な位相差を有する反射防止コ
ーティング又はダイクロイックコーティングを有するカラースプリッタのような
残留位相差及び二重減衰を有するカラースプリッタにも適用できることを想到す
る。入射した白色光を分離するために他のカラースプリッタも好適であるので、
フィリップスプリズムに限定して構成すべきではない。

【００３３】フィリップスプリズム３０は、第１の三角プリズムＲ、第２の三角プリズムＧ
及び第３の三角プリズムＢを具える。各プリズムは、好ましくは忠実なガラスで
構成する。フィリップスプリズム３０は、それぞれプリズムＲ、Ｇ及びＢを通る
赤、緑及び青の光チャネルを有する通常のフィリップスプリズムとして形成する
。一方、このフィリップスプリズムは通常のダイクロイックコーティングの形態
をほとんど利用しないので、赤、緑及び青の光チャネルはそれぞれプリズムＲ、
Ｇ及びＢを通らない。

【００３４】光は、好ましくは垂直入射で第１の三角プリズムＲに入射し入射面４１ａを通
過する。入射面４１ａは標準の形式の反射防止膜４２を形成する。入射ビームは
プリズムＲを進行して分離面４１ｂに達し、この分離面にはダイクロイックコー
ティング４４を形成する。ダイクロイックコーティング４４は、後述する本発明
の他の素子と協働して作用するように、特定のスペクトル応答及び位相特性を有
するように設計する。

【００３５】これらの形式のダイクロイックコーティングは当該分野において既知であり、
ある予め定めた波長光又はカラーの光（例えば、赤）を反射し他の全てのカラー
光（例えば、緑及び青）を透過するように作用する。反射面４１ｂ上のダイクロ
イックコーティングが、赤の光を反射するように作成されている場合、赤の光は
入射面４１ａ向く角度で反射する。赤の光は面４１ａで内部全反射し、その後反
射防止膜４６が形成されている出射面４１ｃを経てプリズムＲを通過する。次に
、この光はリターダ（retarder）として知られている波長板補償器８０に入射す
る。ダイクロイックコーティングは、一般的に零ではない位相リターダンス（re
tardance）及び入射する光の波長に対してほぼ一定の位相リターダンスを有する
。

【００３６】第２の三角プリズムＢは、入射面５１ａ、反射面５１ｂ、及び出射面５１ｃを
有する。第２の三角プリズムＢの入射面５１ａは、第１の三角プリズムＲの反射
面４１ｂに隣接して配置し、この面から空気層をもって離間させる。

【００３７】面４１ｂ及びダイクロイックコーティング４４を透過した緑及び青の光は微小
の空気層を通過し、入射５１ｂを経て第２の三角プリズムに入射する。入射面５
１ａには反射防止コーティング層５２を形成する。反射面５１ｂ上にダイクロイ
ックコーティング５４を形成して緑の成分を反射し青の成分を透過させる。反射
した緑の光は面５１ａに入射し、この面で全反射し、反射防止コーティング５６
が形成されている面５１ｃを経て当該プリズムＢから出射する。次に、この光は
波長板補償器１００に入射する。

【００３８】第３の四角形プリズムＧは、入射面６１ａ及び出射面６１ｃを有する。入射面
６１ａは第２の三角プリズムＧの反射面５１ｂ上に設けられているので、ダイク
ロイックコーティング５４を透過した光の青の成分は入射面６１ａを経て第３の
四角形プリズムＧに入射し、反射防止コーティング６６が形成されている面６１
ｃを介して出射する。次に、この光は波長板補償器１２０に入射する。

【００３９】通常の赤外線遮光コーティング、反射防止コーティング、ダイクロイックコー
ティング、カラー調整コーティングは、前述したフィリップスプリズムに形成し
たコーティングと同様に本発明と共に用いることができる。このシステムで用い
ることができる赤外線遮光コーティング、反射防止コーティング、ダイクロイッ
クコーティング、カラー調整コーティングは、本願で参考として記載するD.Ranc
out 著 Optical Thin Film User's Handbook(1987) 及びAlfred Thelen 著 De
sign of Optical Interence Coating(1989) に詳細に記載されている。好適なダ
イクロイックコーティングは、Stephn D.Browning, Paul M. Lefebvre 及びBasi
l Swaby による係属中の米国特許出願，発明の名称Thin Film Dichroic Color S
eparation Filters For Splitters in Liquid Crystal Display に記載されてお
り、その内容は参考として記載する。

【００４０】典型的には、３個のすなわち赤、及び及び青のカラーチャネルが存在し、３個
の個別の波長板補償器８０、１００及び１２０が存在する。一方、波長板補償器
１２０は好適実施例において必ずしも必要でないため、２個の波長板補償器だけ
が存在する。各波長板補償器は各出射位置すなわち出射面４０ｃ，５０ｃ，及び
６０ｃと各液晶光バルブ９０、１１０及び１３０との間の光路中に存在するので
、３個独立したカラーチャネルが存在する。波長板はフィリップスプリズム３０
のようなカラー分離手段又は光バルブ９０又は１１０のような反射型画像装置に
直接取付又は結合することができ、反射型画像装置とカラー分離プリズムとの間
に自由に位置することができ、又はプリズム素子中に埋め込むことができる。

【００４１】３個のカラーのコーン状の光が各画像装置９０、１１０及び１３０にそれぞれ
入射し、液晶光バルブからの光は反射して戻り波長板補償器８０、１００及び１
２０を通過し、スクリーン１５０上に形成される最終画像を形成する光信号を含
む。反射性画像装置すなわち液晶光バルブの数個の画素は、画像に応じてオンし
又はオフする。オンの画素で反射した光は液晶光バルブすなわちＬＣＬＶにより
その偏光状態が９０°シフトし、オフ状態の画素で反射した光はＬＣＬＶにより
偏光状態の変化を受けない。この液晶光バルブは、３原色のカラー光の各々につ
いて偏光状態を変調し、反射し又は変調された赤の光、緑の光及び青の光をカラ
ー分離手段に再入射させる反射型画像装置又は反射型画像形成手段の一例である
。

【００４２】各ＬＣＬＶのオフ状態の画素からの反射光は、偏光ベクトルの回転及び楕円度
を有効に補償するように設計された対応する波長板補償器９０、１１０及び１３
０を通過する。従って、本発明により、５００：１程度又はそれ以上のコントラ
スト比を得ることができる。

【００４３】「二重通過光路」に関して、図１に示すシステムの光の進行は以下のように要
約される。光は偏光ビームスプリッタ２０を通過して第１の偏光状態となり、そ
の後プリズム組立体３０に入射する。プリズム組立体３０において、この偏光し
た光は選択した面のダイクロイックコーティング及び反射防止コーティングを用
いることによりカラー分離作用を受ける。個別のカラー光はプリズム組み立て体
を出射して反射型画像装置９０、１１０及び１３０に入射し、その反射光は所望
の画像に応じて偏光状態を変化する。反射光はプリズム組立体３０を再び通過し
、個別のカラー光は集束し発散光が投影レンズ１４０に入射し、画像をスクリー
ン１５０上に投影する。いかなる通常の投影レンズも用いることができる。この
レンズは、画像をスクリーン上に投影する投影レンズ手段の一例である。

【００４４】上述したシステムは、偏光ビームスプリッタにより導入された回転を補正する
光路中に１／４波長板を有している。一方、１／４波長板は、非偏光性で多層の
誘電体層を有し内部全反射面を有するフィリップスプリズムのようなカラー分離
素子を用いる反射型画像装置においては、特に不適当である。この複雑なシステ
ムにおける光の偏光状態は、偏光が単に回転するものではないので、１／４波長
板を用いて簡単に補正することはできない。ダイクロイックコーティングの多重
層を通過する毎に偏光ベクトルがシフト又は回転してオフアキシースとなり、結
果として光学媒体を進行するにしたがってビーム成分間に位相遅延が生じ、偏光
した光中にオフアキシース成分が生じてしまう。このような複雑なカラー分離装
置は残留楕円性及び偏光面のオフアキシース回転を有する光が透過し、本発明の
波長板補償器を用いない場合許容できないコントラスが生じてしまう。

【００４５】従って、光が画像装置の多数の反射性面及び透過性面を通過するにしたがって
、光中に生ずる不均一な変化を調整するために波長板補償器が必要となる。本発
明の波長板補償器は、プリズム組立体に再入射する不所望な偏光を有効に低減し
、プリズム組立体から投影レンズに入射する光の偏光の純粋性を高める。波長板
補償器の値は予め定めた位相差が得られるように選択し、これにより反射型画像
装置から入射した光のうちカラースプリッタの偏光面に角度をもって入射した部
分、すなわちカラースプリッタの偏光面の固有の状態に整合しない光を大幅に除
去する。このようにして、反射型画像装置から入射した光のうち偏光解除作用を
受けた部分が大幅に減少し、この結果反射型画像装置のコントラスト比が大幅に
増強され、出力される集束コーン光の大部分が選択した偏光状態を有する光で構
成され高コントラストの投影画像が得られる。

【００４６】偏光ビームスプリッタ２０のような光学素子は第１の偏光成分を含む歪んだ光
を方向的に変更するので、波長板補償器が通過する歪んだ光の偏光状態を変更す
る必要がある。このような波長板補償器を用いる結果として、第２の偏光状態の
第２の光成分は第１の偏光ベクトルとほぼ直交する第２の偏光ベクトルを歪んだ
光と共にフィリップスプリズム３０に入射する。

【００４７】波長板補償器は、水晶、方解石又はマイカのような異方性結晶の複屈折性材料
で構成されるが、異なる結晶軸に対して異なる屈折率を有するある種の有機重合
性プラスチックも好適である。

【００４８】波長板補償材料の好適な形態は、コストが安価であること並びに種々のリター
デーション値を有する膜が容易に得られることより、延伸した有機ポリマフィル
ムである。一方、このようなフィルムは、プリズムの出射面のようなカラー分離
手段に取り付けられると共に画像面からとおく離間していない限り画像歪みを生
ずるため、この用途において不適当を表面を有している。

【００４９】波長板補償器は典型的な液晶セル又はＬＣＤセルの形態の液晶材料とすること
ができる。また、液晶材料は、適当な分子配向が達成された後、固体に変換する
ことができる。これは、液晶側鎖を有するポリマ又は光重合可能な液晶分子を用
いて行うことができる。

【００５０】液晶セルは２個の対向するプレートのような２個の対向する面間に配置される
。また、これら２個の対向する面は、プリズム３０の出射面４１ｃのようなカラ
ー分離手段の面と対向する単一のプレートとすることもでき、或いは出射面４１
ｃと対向する画像装置９０の面のような画像手段の面と対向する単一のプレート
とすることができる。

【００５１】波長板補償器は好ましくは０°に配向し、波長板補償器の固定軸は好ましくは
反射型画像装置からの所望の偏光状態に平行に配向させる。特に、各波長板補償
器は、光が例えばｓ偏光している場合、ｓ偏光した成分がシフトせずそのままの
偏光状態に維持され、他の偏光成分が１回通過する毎に特定量だけシフトするよ
うに配向する。シフト量の変化は、式ΔΦ＝ 2πΔｎ（ｄ／λ）により決定され
、ここでΔΦは波長板補償器を１回通過することにより生ずる位相シフト量であ
り、Δｎは波長板の２個の光学軸の方向の屈折率差であると共に複屈折性の特性
であり、ｄは波長板の物理的な厚さであり、λは光の波長である。

【００５２】本発明は、画像のオフ状態の不所望な偏光成分がほとんど除去され又は消滅す
るように波長板のリターダンスが選択されれば最良のコントラスト比が達成でき
ることを示唆している。結果として、暗状態は完全な黒となるように閉じられ、
これによりコントラスト比が大幅に改善され、最終的な画像品質が向上する。

【００５３】このような利点は、光の楕円度及び楕円の偏光の方位の両方をほぼ最小にする
波長値により光を位相シフトすることにより達成される。光の楕円度及び楕円偏
光の方位の両方がほぼ最小になる値は、本明細書において偏光回転除去リターダ
ンス値と称する。偏光回転除去リターダンス値が同定された後、偏光回転除去リ
ターダンス値に対応した波長値により光を位相シフトするように選択したリター
ダンスを有する波長板補償器を得ることができる。波長板補償器のリターダンス
を選択することは、複屈折性材料を選択し所望のリターダンスを得るために必要
な厚さを同定することを含む。

【００５４】楕円度及び楕円の偏光の方位の両方を同時に最小にする波長値を同定する方法
は、瞳のエッジにおける楕円度及び偏光ベクトルの方位を計算することを含む。
この計算は、楕円度及び方位は瞳中の１つの点において又は入射光線角によって
だけ「完全に」補正することができる。瞳は２次元の断面であり、この２次元は
コーン状の光のビームの伝搬方向と直交する面の空間座標である。本発明は外縁
光線と称せられている限界瞳光線を利用する。外縁光線は、光源となる点から最
も広い点における瞳のエッジまでを追跡する光線であると称する。外縁光線は図
２〜図４において２２０で図示する。簡単な内部全反射に基づく図２〜図４は、
実施例１において詳細に説明する。

【００５５】外縁光線２２０又は瞳点を用いて計算する。瞳内の他の光線も瞳の均一性のよ
うな他の条件に応じて用いることができるものと理解すべきである。実施例１に
おいて検討する図４は単一のＴＩＲ面の得られる楕円度及び方位の変化をグラフ
として示す。この計算は偏光した光の数学的な記述に基づいている。例えば、偏
光した光のとり得る状態はストークスパラメータとして既知の４個の強度値の組
により表すことができる。４個のストークスのパラメータはＳ₀ ，Ｓ₁ ，Ｓ₂ ，
Ｓ₃ により表示する。演算する上で、Ｓ₀ は全体の強度を表し、Ｓ₁ は水平直線
偏光子を通過した強度を表し、Ｓ₂ は４５°の直線偏光子を通過した強度を表し
、Ｓ₃ は右回り円偏光子を通過した強度を表す。このストークスの表示は、本明
細書において参考として記載するAzzam 著「Ellipsometry and Polarized Light
」に詳細に記載されている。

【００５６】偏光した光は、ｚを光ビームの伝搬方向とした場合に、電界ベクトル成分をｘ
及びｙ成分に分解することにより表すことができる。回転は、光がある媒質を透
過し又は界面で反射した後の初期の方位から偏光ベクトルが回転するｘ−ｙ面内
の角度としてパラメータ化することができる。光がある系を通過した後の偏光ベ
クトルの方位は、この系を通る電界の回転により計算することができる。

【００５７】通常の表記として、完全な単色電界ベクトルは、以下のように表される時間に
独立した２個の直交振動成分で構成される。

【数１】ここで、｜Ｅ_x ｜及び｜Ｅ_y ｜は電界振幅であり、δ_x 及びδ_y はこの波動の位
相成分である。この定義を用い、ストークスのパラメータすなわちベクトルは以
下のように書き直すことができる。Ｓ₀ ＝Ｅ_x ² ＋Ｅ_y ² Ｓ₁ ＝Ｅ_x ² −Ｅ_y ² Ｓ₂ ＝２Ｅ_x Ｅ_y ｃｏｓΔ Ｓ₃ ＝２Ｅ_x Ｅ_y ｓｉｎΔ ここで、Δ＝δ_y −δ_x であり一般的に位相差として知られている。この式によ
り、後述する又は市販のソフトウェアである標準の技術を用いてコーティング、
内部全反射面及び偏光成分を含む光学系について光線追跡することができる。こ
の光学系の出力部におけるストークスのベクトルを与える最終的な偏光楕円の楕
円度及び方位を見出すため、以下の式を定義する。方位＝α＝１／２tan ^-1(S₂ ／Ｓ₁ ）楕円度＝ｅ＝tan 〔１／２sin ^-1｛ S₃(Ｓ₁)² ＋(S₂)² ＋(S₃)²)^1/2 ｝〕

【００５８】偏光ベクトルの方位は角度αで表現され楕円度はパラメータｅで表現されるこ
とを理解した後、α及びｅは、プリズムを２回通過する入射偏光に対して０°の
方位で配置したリターダ（retarder) を用いて計算する。リターダ値は０と０．
５波長との間で変化し、方位及び楕円度の両方について零の形態で配置して補償
器の最適値を決定する。

【００５９】これらの計算は手動で行なうことができ、或いはこの計算は組成の変化する光
学材料の数１００の層を含む系について行なうため、上述した式のパラメータを
適当なコンピュータプログラムに入力することができる。４個のストークスの強
度パラメータに加えて、楕円度及び方位を計算し記述するために利用することが
できる偏光した光を数学的に記述する他の方法も存在する。これらは、ジョーン
ズベクトル及びコヒーレントなマトリックス表現を含むがこれに限定されるもの
ではない。パサディナの Optical Reserch Associates により作成されこの系を
通過し再び入射する光を追跡するジョーンズ計算法を用いて光線追跡を行なうた
めに利用される「ＣＯＤＥＶ」のようなソフトウェアプログラムは、これらの
情報からストークスベクトルを計算する。

【００６０】光線追跡プログラムは、ユーザが限定した光線の各々について当該光学系中各
界面毎に上述した計算を実行する。各光線の強度及び偏光は、光が計算された光
路に沿って通る各界面及び材料により変更されながら順次計算される。これらの
手法及びアルゴリズムに関する別の詳細は、参考として記載する「ＣＯＤＶＶ
」の１９９７年８月付けのバージョン８．２０の操作マニュアルに見出すことが
できる。本発明においては、光線追跡プログラムを用いて各界面における透過及
び反射の位相リターダンス並びに各偏光方向の反射及び透過の強度を計算する。
「オン」及び「オフ」状態の回転、楕円度及び強度は、照明コーンの周辺におけ
る外線光線及び主光線と外線光線との間で種々の中間角度を有する光線を表わす
複数のスキュー光線について計算する。

【００６１】次に、光線追跡プログラムを用いて計算を繰り返し、表示輝度及びコントラス
トを最適化する。第１の工程は、光学系の分析モデルを確率することである。反
射防止コーティング層及びダイクロイックコーティング層の薄膜設計は市販の薄
膜設計プログラムを用いて最適化することができ、このプログラムの一例として
オークランド州のポートランド Software Spectra Inc から市販されている「Ｔ
ＦＣＡＬＣ」がある。図４に示すように、このシィミュレーションにおいては、
複数のスキュー光線、光学系ｆ♯により規定される最大入射角を有する外線光線
を含む好ましくは１２本のスキュー光線を光学軸に平行な主光線と共に用いる。
薄膜コーティング設計が各面について特定される場合（薄膜材料及び他の光学素
子の屈折率並びに「オン」及び「オフ」状態の液晶光バルブの偏光特性と共に）
、光線追跡プログラムは全ての特定された光線の楕円度及び回転を計算し及び表
示する。

【００６２】波長板の厚さの最適値は０から波長の半分すなわちλ／２まで変化し、系毎に
変化する。楕円度及び方位が波長の間隔で計算した後、特定の系毎に偏光の楕円
度及び方位の計算された値をリターダンスの関数としてグラフにすることが好ま
しい。このようなグラフの例を図７、１４及び２１に示す。楕円度及び方位の両
方が横の座標軸と交差する値、すなわち楕円度及び方位の両方が同時に零になる
ときの横座標軸のリターダンスの対応する値が特定の画像装置の波長板の最適値
となる。

【００６３】各カラーチャネルは異なる波長板を必要とするので、波長板の値は各カラーチ
ャネル毎に個別に計算することができる。個別のチャネルについて楕円度及び方
位の最小値を同定する特有の実施例は、図５〜１２に対応する実施例２〜４によ
り与えられる。

【００６４】補償板の最適化されたリターデーション値は、２個の工程で見出される。これ
は、可変リターダンスを有する光線追跡プログラムにおいて別の補償板をモデル
化することにより行われる。リターダンスは０〜０．５の有限値に設定する。こ
れら有限のリターダンス値の各々について外縁光線の回転及び楕円度をプロット
することにより、楕円度及び回転の両方が零に接近する第１の局所的最小値を同
定することができる。

【００６５】シィミュレーションの目的は、ディスプレイのコントラスト及び輝度を最適に
することにある。この第２の最適化の工程において、全ての光線の相対強度を計
算し加算し、「オン」状態の実際の画像の観察された輝度に比例するコーン角の
積分された強度を与える。コントラストは以下に述べるようにして決定する。輝度＝適用できる波長域の「オン」状態の各光線の強度の和

【００６６】「オフ」状態について同一の計算を行った後、コントラストを以下のようにし
て計算する。コントラスト＝「オン」状態の各光線の強度の和／「オフ」状態の光線の強度の和

【００６７】波長板の最適リターダンスを同定する別の方法は、特定の系の偏光の楕円度及
び回転の測定により決定した値又は実験的な値をリターダンスの関数としてプロ
ットすることである。これは、当業者にとって既知の技術を用いてストークスの
パラメータを測定することにより行うことができる。楕円度及び方位を実験的に
計算することも可能であるが、計算によりデータを得ることが好適である。

【００６８】本明細書で開示した波長板補償器は、３原色のうち少なくとも１個のカラーに
ついて位相補償して予め定めた位相差を得るための波長板補償器手段の一例であ
る。

【００６９】上述したように、図１において符号１２で示すカラー調整フィルタ又はノッチ
フィルタを介して入射させることが好適である。ノッチフィルタは、プリズムで
の反射角が比較的大きい第１の三角プリズムＲと共に説明した赤のカラーチャネ
ルのような第１のカラーチャネルにおいて特に有用である。このようなノッチフ
ィルタは、偏光手段を介してカラー分離手段に透過する光の波長域を調整するノ
ッチフィルタ手段の一例である。特に、ノッチフィルタ手段は、カラー分離手段
に入射する光が選択された波長域を有するように入射光を反射する。

【００７０】好適実施例の説明本発明の実施例について説明し、本発明による波長リターダー材料及び厚さを
同定する特有のモデルを提示する。実施例１及び２は波長板補償器を用いること
を含まないが、回転及び楕円度の例を提示するために本発明に含まれる。実施例
３Ａ〜３Ｃは各カラーチャネルの性能を説明する。実施例３Ｄは、実施例３Ａ〜
３Ｃにおいて詳細に説明する光学系で用いられる図１に符号１２で示すノッチフ
ィルタを詳細に説明する。

【００７１】実施例１図２及び図３は、ストークスのパラメータに基づいて前述した方法に基づく方
位及び楕円度を決定する一例として用いぱざく簡単なＢＫ７プリズムの線図的斜
視図及び線図的側面図である。図２及び図３は、符号２００により内部全反射プ
リズムを示し、符号２１０により瞳を示す。楕円度及び方位の計算にために追跡
される外縁光線は符号２２０で示す。主光線は符号２３０で示す。瞳の不均一性
のような他の条件に応じて瞳内の他の光線を用いることができるものと理解すべ
きである。

【００７２】集束性の入射光がプリズムに１０°のコーン角で入射し（Ｆ／＃２．８８）、
内部全反射面に５６°の角度で入射し、出射面２０２を経てプリズムから出射す
ることをベースとして計算を行った。プリズム面はコーティング層を有していな
いので、透過損失は入射面及び出射面におけるフレネル損失に起因するものとし
た。図５は、１．５２の屈折率を有する基板について全反射が生ずる角度に対す
る位相差の変化を示す。光学軸に平行な光線は５６°で反射し、約３０°の位相
差が生じ、ｙ−ｚ面のスキュー光線の位相差は２８°から約３２°まで変化する
。ｘ−ｚ面のスキュー光線のｓ偏光及びｐ偏光ベクトルは、主光線及びｙ−ｚ面
内の光線のｓ偏光ベクトル及びｐ偏光ベクトルとはそれぞれ相違する。図３のＴ
ＩＲ面における反射による位相差は図５に基づいてｘ−ｚ面の光線に付加され、
結果として偏光状態の全位相差はスキュー光線と光学軸のｚ軸との間の角度に応
じて変化する。最も大きな変化はｘ−ｚ面の瞳のエッジの外縁光線について生ず
る。

【００７３】図２に示すように、瞳のエッジの外縁光線を追跡することにより、ストークス
のパラメータを計算することができ、その結果を表１に示す。

【００７４】

【表１】

【００７５】前述したストークスのパラメータに基づく楕円度及び方位の式のパラメータを
用いることにより、８．２０３°の方位及び−０．０３９の楕円度が得られる。
偏光瞳マップを図４に示し、当該図４は内部全反射面における楕円度及び方位の
変化をグラフ的に示す。相対的ｘ軸瞳変位が零のスキュー光線の偏光ベクトルは
変更されず、ｘ軸の瞳が−１又は１の場合偏光ベクトルの最大の回転及び楕円度
は相対的ｙ軸瞳が零に等しいスキュー光線について生ずる。

【００７６】実施例２図６は、実施例１のプリズムが１０°のエァーと等価な２．８のｆ＃に等しい
照明コーン角を有する光学系の４５°傾斜した偏光素子で置換された実施例の結
果を示す。こ器へ素子は干渉コーティング層を有していない。従って、Ootakiに
与えられた米国特許第第5549593 号に開示されているような偏光素子は回転だけ
を生じ楕円度は変化させることはない。

【００７７】実施例３Ａ〜３Ｄの概要実施例３Ａ〜３Ｄは全て図１に示す投影光学系に関するものである。実施例３
Ａ〜３Ｄは全て単一の光学系に関するものであるが、各実施例は光学系の個別の
部分の特性を強調している。

【００７８】本発明の波長板補償器を具える図１に示す反射型画像装置と波長板補償器を有
しない同一の光学系を用いる画像装置の利点は実施例３Ａ〜３Ｃにおいて比較す
る。赤、緑及び青のカラーチャネルの各々は実施例３Ａ〜３Ｃにおいて個別に説
明する。実施例３Ａは図７〜１３を参照しながら当該光学系の赤のカラーチャネ
ルの性能について記述する。実施例３Ｂは図１４〜２０を参照しながら当該光学
系の緑のカラーチャネルの性能について記述する。図２１〜２２は実施例３Ｃで
説明する青のカラーチャネルに関する。図３Ｄは、実施例３Ａ〜３Ｃで説明する
光学系において用いられ図１において符号１２で示すノッチフィルタ又はカラー
調整フィルタについて詳細に記述する。実施例３Ｄはノッチフィルタについて図
２３を参照して説明する。

【００７９】波長板補償器が用いられる前の各カラーチャネルに生ずるカラー及び楕円度を
示す。その結果は、最適なリターダンスを有するように設計した波長板補償器を
用いる場合と比較する。

【００８０】実施例３Ａ及び３Ｂは、図１に図示するフィリップスプリズムのプリズムＲ及
びプリズムＧにそれぞれ形成した反射防止コーティング層及びダイクロイックコ
ーティング層の薄膜材料、薄膜層の厚さ、及び堆積順序の光学性能について詳述
する。堆積した材料の順序及び厚さを表２〜５に示す。これらのコーティング層
は、適切な反射防止コーティング及びダイクロイックコーティングとして用いる
ことができる反射防止層及びダイクロイック層の単なる一例である。

【００８１】各コーティング層の結果として導入された位相差を波長の変化に対してグラフ
で示す。特に、プリズムＲに形成したダイクロイックコーティング及び反射防止
コーティングにより導入された位相差をそれぞれ図１１及び図１３に示し、プリ
ズムＧに形成したダイクロイックコーティング及び反射防止コーティングにより
導入された位相差をそれぞれ図１８及び図２０に示す。別に、これらコーティン
グの波長の関数としてのスペクトラル性能をプリズムＲについては図１０及び図
１２に示し、プリズムＧについては図１７及び図１９に示す。さらに、内部全反
射面の入射角に対する位相差の変化を図１３に示す。実施例３Ａ〜３Ｄに示すデ
ータを用いれば、当業者はこれら干渉フィルタの種々の角度における光学性能を
計算し、本願において開示する技術を用いることにより特定の照明光学系の最適
の補正値を決定することができる。

【００８２】図１に図示され、波長板補償器を有することなく実施例３Ａ〜３Ｄに基づいて
説明するように構成された光学系は、約３０：１のコントラスト比が得られるこ
とが予期される。本明細書で説明するように、波長板補償器を用いることにより
、典型的にコントラスト比は少なくとも一桁増大する。一方、得られるコントラ
ストは、用いるコーティング層、照明スペクトラル、カラー同調フィルタの使用
、及び対光調整の重み付けが含まれるか否かに依存する。対光調整の重み付けは
、均一な照明光源と２個のノッチを有するカラー同調フィルタとを用いるものと
する。

【００８３】実施例３Ａ実施例３Ａ及び図７〜図１３は、第１の三角プリズムＲ：波長板補償器８０及
び液晶光バルブ９０のようなカラーチャネルを通過する赤の光のデータと波長板
補償器を有しない同一チャネルを通過する光のデータとの比較に関する。赤のカ
ラーチャネルを構成する赤の光を選択するために用いるダイクロイックコーティ
ングは、約６２０ｎｍの中心波長を有する

【００８４】図７は、６３０ｎｍの波長を有するＲ４光線の０°の方位のリターダーの０〜
０．５の範囲のリターダー値の楕円度及び回転の値をプロットする。このプロッ
トが示すように、リターダンス値が約０．２０の場合楕円度及び回転の両方が最
小になる。

【００８５】図８は、図１で説明した特定の形態であって波長板補償器を有しない第１のチ
ャネルすなわち赤の光チャネルを通る光の偏光状態の瞳のマップを示す。これは
、表示装置の「オフ」の画素を表す。得られた偏光状態は、当該チャネル中のダ
イクロイックコーティング、反射防止コーティング及び内部全反射面の組合せで
ある。無限のコントラスト比を有する装置は楕円度を有さず且つ０°の回転角を
有する。本例では、最外の相対瞳位置の瞳のエッジにおいて顕著な楕円度及び方
位が存在する。均一なスペクトラル、カラー調整フィルタ、ダイクロイックコー
ティング、標準の反射防止コーティング及び対光調整の重み付けを有する場合の
コントラスト比は５０：１であった。回転方向は図４に示す未コーティングのＴ
ＩＲプリズムの実施例１の回転方向と反対であり、楕円度は相当大きい。

【００８６】０．２０のリターダンス値を有する波長板補償器を挿入すると、図９に示す瞳
の偏光マップが得られる。０．２０のリターダンス値の波長板補償器を、均一な
スペクトラル、カラー調整フィルタ、ダイクロイックコーティング、標準の反射
防止コーティング及び対光調整の重み付けと共に用いた場合、コントラスト比は
６７８：１であった。

【００８７】以下に示す表２及び３は、第１の三角プリズムＲ上にそれぞれ形成され符号４
２及び４４で示す反射防止コーティング及びダイクロイックコーティングの薄膜
層の厚さ及び堆積順序を示す。図１０〜１３は４００ｎｍから７００ｎｍの可視
域のプリズムＲについて得られたフィルタの光学性能の重要な特性を示す。図１
０〜１１は反射防止コーティングに関し、図１２〜１３はダイクロイックコーテ
ィングに関する。

【００８８】コーティング層４２を形成するため面４１ａ上に堆積した反射防止コーティン
グ層はＴａ₂ Ｏ₅ （Ｈ）とＳｉＯ₂ （Ｌ₁ ）との交互層で構成した。このコーテ
ィング層は、入射側の媒質と隣接する材料層として表２の最上位の材料層が形成
され、基板と隣接する材料として最下位の材料が形成される。高屈折率材料（Ｈ
）、低屈折率材料（Ｌ₁ ）、入射側の媒質及び基板の屈折率は、それぞれ２．１
３、１．４５、１．０及び１．５２である。材料の厚さはナノメータ（ｎｍ）で
ある。順序及び厚さは表２に示す。

【００８９】

【表２】

【００９０】図１０は、プリズムＲの面４１ａとして用いられる反射防止コーティング４２
の垂直入射のスペクトラル性能を示す。図１１は、この三角プリズムにおける同
一波長における得られた位相差を示す。

【００９１】コーティング層４４を形成するため面４１ｂ上に堆積したダイクロイックコー
ティング層は、ＴｉＯ₂ （Ｈ）と、ＺｒＯ₂ （Ｌ）と、ＳｉＯ₂ （Ｌ₁ ）との交
互層で形成した。このコーティング層は、入射側媒質と隣接する材料層として表
３の最上位の材料層が形成され、基板と隣接する材料として最下位の材料が形成
される。高屈折率材料（Ｈ）、低屈折率材料（Ｌ）、他の低い屈折率材料（Ｌ₁
）、入射側媒質、及び基板の屈折率はそれぞれ２．４５、２．００、１．４５、
及び１．００である。材料の厚さはナノメータ（ｎｍ）とする。順序及び厚さは
表３に示す。

【００９２】

【表３】

【００９３】図１２は第１の三角プリズムＲ上のダイクロイックコーティングの光学性能を
示し、２８°の角度において４００ｎｍから７００ｎｍにわたる可視波長光の偏
光していない光、ｓ偏光した光及びｐ偏光した光の反射率を示す。このダイクロ
イックフィルタの所望のスペクトラル特性は以下の通りである。（１）このフィ
ルタは、約４００ｎｍから約５８０ｎｍの範囲において反射率はほぼ零であり光
を透過する。（２）約５８０ｎｍから約２０ｎｍの範囲において反射率は急激に
増加し約１００％となり、カット波長を呈している。（３）ｓ偏光の光及びｐ偏
光の光はカット領域において重なり合っているが、約６３０ｎｍまで同一の反射
率を有さず、両方の偏光した光は１００％に近い最大反射率を有する。理想的な
場合、ｓ偏光した光及びｐ偏光した光の反射率はカット波長域から赤のチャネル
を規定する最大反射率まで完全に重なり合う。これは単一の入射角で行うことが
できるが、実際には入射照明光を表すコーン角の範囲にわたって調和させる必要
がある。

【００９４】図１３は図１２の波長範囲と同一の範囲におけるｓ偏光状態とｐ偏光状態との
間の位相差を示す。透過光の位相差は、４００ｎｍから５８０ｎｍの低反射高透
過率の領域において零°と（−）３０°との間でほぼ一定である。カット波長に
おいて、位相差は（−）５０°から約（＋）１３０°の遷移変化を受け、約６０
０ｍ，から６８０ｎｍの高反射率領域において傾きは小さくなる。波長板補償器
は赤のカラーチャネルにおいて後者の波長範囲において有効であり、この場合位
相差は波長に対してほぼ一定になる。

【００９５】図１２は、高輝度及び高コントラストの画像を得るために必要なｓ偏光成分及
びｐ偏光成分の所望の反射率を示す。このフィルタは、赤のカラーチャネルに対
して、４５０〜５８０ｎｍの通過すなわち低反射領域を有し、５８０ｎｍにおい
て阻止すなわち高反射波長域に遷移する。本発明の好適実施例において、遷移領
域の波長域は狭く、その反射率は阻止領域においてできるだけ高くなり通過領域
において反射率は零になるので、赤の画像チャネル情報は緑又は青のチャネルの
対応する画素からの作用を受けることはない。さらに、このコーティング層は、
垂直で入射する光線については理想的に非偏光となる。従って、透過光のｓ偏光
成分及びｐ偏光成分は、阻止波長域につながる遷移領域においてオーバラップす
る必要がある。非偏光特性を最適化することにより、最大表示輝度が得られる。
ｓ偏光した光及びｐ偏光した光は共に反射してプリズムを出射しスクリーンに向
けて投影する偏光選択素子を透過する必要があり、従って平均透過強度は所定の
波長におけるｓ偏光の反射率とｐ偏光の反射率との積に比例する。数個の設計方
法を用いて非偏光ダイクロイックコーティングを得ることができるが、非偏光ダ
イクロイックコーティングは固定された入射角に制限されてしまう。実際には、
このシステムでは発散角の範囲での処理を最適化する必要がある。このためには
、干渉コーティング層の２つの特性、すなわち（１）短波長に向けてスペクトラ
ル曲線をシフトさせること及び（２）ｓ偏光した光とｐ偏光した光との間の分離
性を増大させることの２つ特性を調和させる必要がある。この調和は、画像コン
トラスト及び輝度を大幅に劣化させることなく、チャネルが固有のカラーを得る
ために用いる広い波長領域が得られるように偏光遷移領域を移動させることによ
り行うことができる。実施例３Ｄはこの目的を達成するための技術について述べ
る。

【００９６】実施例３Ｂこの実施例及び図１４〜２０は、第２の三角プリズムＧ、波長板補償器１００
及び液晶光バルブ１１０により規定されるカラーチャネルを通る緑の光と波長板
補償器の無い同一のチャネルを通過する光との比較データに関するものである。
緑のチャネルについてプリズムＧで用いたダイクロイックコーティングは約５４
０ｎｍの中心波長を有する。

【００９７】図１４は５５０ｎｍの波長の光線Ｒ４の０°の方位のリターダの０〜０．５の
範囲のリターダンス値に対する楕円度の値及び回転値をプロットしたものである
。プロットが示すように、楕円度及び回転値は共に、リターダンス値が約０．２
０のとき最小値となる。楕円度及び方位も０．２０のリターダンス値においてほ
ぼ最小値となる。

【００９８】図１５は、図１に示す特有の形態における緑の光チャネルの偏光状態の瞳マッ
プである。これは、表示装置のオフの画素を表す。得られた偏光状態は、このチ
ャネルのダイクロイックコーティング、反射防止コーティング及び内部全反射面
の組合せである。無限のコントラスト比を有するシステムの場合楕円とならず且
つ０°の回転角を有する。本例の場合、プリズムＲに関して、瞳のエッジにおけ
る僅かな楕円性及び比較的大きな方位が存在する。均一なスペクトラル、カラー
調整フィルタ、ダイクロイックコーティング、標準の反射防止コーティング及び
対光調節の重み付けの場合のコントラスト比は２４：１であった。

【００９９】０．２０のリターダンス値を有する波長板補償器を挿入すると、図１６に示す
瞳偏光マップが得られる。均一なスペクトラル、カラー調整フィルタ、ダイクロ
イックコーティング、標準の反射防止コーティング及び対光調節の重み付けと共
に０．２０の波長板補償器を用いる場合のコントラスト比は５３８：１であった
。

【０１００】以下に示す表４及び５は、第２の三角プリズムＢの５２及び５４上にそれぞれ
位置する反射防止コーティング及びダイクロイックコーティングの薄膜層の厚さ
及び堆積順序を示す。図１７〜２０は得られたプリズムＢの４００ｎｍ〜７００
ｎｍの可視波長域における光学性能の重要な特性を示す。図１７〜１８は反射防
止コーティングに関するものであり、図１９〜２０はダイクロイックコーティン
グに関するものである。

【０１０１】コーティング５２を形成するために面５１ａ上に堆積した反射防止コーティン
グは、Ｔａ₂ Ｏ₅ （Ｈ）とＳｉＯ₂ （Ｌ₁ ）との交互層で形成した。このコーテ
ィング層は、表４の最上位の材料が入射側媒質と隣接し、表４の最下位の材料が
基板と隣接している。高屈折率材料（Ｈ）、低屈折率材料（Ｌ₁ ）、入射側媒質
及び基板の屈折率は、２．１３、１．４５１．０及び１．５２である。材料の
厚さの単位はナノメータ（ｎｍ）とする。順序及び厚さを表４に示す。

【０１０２】

【表４】

【０１０３】図１７は、面５１ａ上の反射防止コーティング５２の４５°の入射角のスペク
トラル性能を示し、プリズムＲの面４１Ｂ上のダイクロイックコーティング４４
を通過した後の中心光線についての性能を表す。これらの条件のもとで、ｓ偏光
ベクトルとｐ偏光ベクトルとの間の強度の差並びに波長依存位相が存在し、これ
は図１８に示す。

【０１０４】コーティング層５４を形成するために面５１ｂ上に堆積したダイクロイックコ
ーティングはＴｉＯ₂ （Ｈ）とＺｒＯ₂ （Ｌ）との交互層で形成した。このコー
ティング層は、表５の最上位の材料が入射側媒質と隣接し、表５の最下位の材料
が基板と隣接している。高屈折率材料（Ｈ）、低屈折率材料（Ｌ）、入射側媒質
及び基板の屈折率は、２．４５、２．００１．５２及び１．５２である。材料
の厚さの単位はナノメータ（ｎｍ）とする。順序及び厚さを表５に示す。

【０１０５】

【表５】

【０１０６】図１９は、第２の三角プリズムＢ上側のダイクロイックフィルタの光学性能を
示し、偏光しない光、ｓ偏光した光及びｐ偏光した光の４００ｎｍ〜７００ｎｍ
の可視波長の範囲の１０．２５０°の角度における反射率を示す。図２０は、図
１９の波長範囲と同一の波長範囲におけるｓ偏光した光とｐ偏光した光との間の
位相差を示す。

【０１０７】実施例３Ｃこの実施例及び図２１〜２２は、第１の四角形プリズムＧ及び液晶光バルブ１
３０により規定され波長板補償器１２０のような波長板補償器を有しないカラー
チャネルを通過する青の光のデータに関するものである。青のこれらは約４５０
ｎｍの波長を有する。

【０１０８】図２１は４５０ｎｍの波長の光線Ｒ４の０°の方位のリターダの０〜０．５の
範囲のリターダンス値に対する楕円度の値及び回転値をプロットしたものである
。プロットが示すように、楕円度及び回転値は、全リターダンスの範囲にわたっ
てほぼ零となる。

【０１０９】図２２は、図１に示す特有の形態における波長板補償器の無い第３のすなわち
青の光チャネルの偏光状態の瞳マップである。本例の場合、楕円度及び回転の方
位は存在しない。均一なスペクトラル、カラー調整フィルタ、ダイクロイックコ
ーティング、標準の反射防止コーティング及び対光調節の重み付けの場合のコン
トラスト比は３０００：１であった。

【０１１０】実施例３Ｄ実施例３Ｄは実施例３Ａ〜３Ｃで説明したシステムで用いたカラー調整フィル
タの性能に関するデータである。このカラーフィルタは、システムの入射光をフ
ィルタリングする位置で用いることができる。このフィルタのノッチ部及び低透
過率領域は、ダイクロイックコーティングの遷移領域に対応するように設計され
ている。特に、このフィルタのノッチ部分は、後述するように、実施例３Ａで説
明した赤のチャネルのダイクロイックコーティングのようなダイクロイックコー
ティングの遷移領域に対応するように設計されている。好ましくは、このフィル
タは図１の１２で示す照明領域に配置する。このノッチフィルタの特性は、波長
板補償器の補正効果が各カラーチャネルのコントラストについて最大になるよう
に好適なダイクロイックフィルタと共に動作するように選択する。

【０１１１】好ましくは、ノッチフィルタはカット波長からその第１のピーク波長までに極
めて急峻な傾きを有し、選択されたカラーチャネルの輝度を劣化させないように
制限された波長範囲だけを選択的に除去する。より好適な実施例において、ノッ
チフィルタは各カラーチャネルの波長範囲を規定して適正なカラーの純粋性を得
ると共に光源の色彩変化により影響を受けないようにする。全てのカラーチャネ
ルについて補正を行う単一のフィルタ素子を用いることが最も好適である。この
最も好適なフィルタ素子は薄膜干渉コーティングノッチフィルタであり、そのス
ペクトラル性能を図２３に示す。このフィルタは垂直入射で用いられるので、偏
光していない光、ｓ偏光した光及びｐ偏光した光について透過について同一のス
ペクトラル性能を有する。この干渉ノッチフィルタは極めて狭い遷移領域を有し
、この遷移領域は、波長板補償器を用いて補正することができない反射した波長
光の部分が阻止され画像コントラスト又は輝度に作用しない波長位置に存在する
。ノッチフィルタは位相差の変化に起因して波長板補償器により補正できないカ
ット波長領域を受け入れない。このノッチフィルタは、選択的に制限された波長
領域に対して位相差が零ではないダイクロイックフィルタを用いることができる
。

【０１１２】干渉ノッチフィルタは吸収性カラーフィルタとして好適である。吸収性カラー
フィルタは、極めて選択的に遮光するために必要な急峻なスロープではなく広い
スロープを有する。干渉フィルタは狭いノッチ幅及び急峻なスロープを有しダイ
クロイックフィルタの遷移領域を選択的に拒否することができるので、表示装置
全体について１個のノッチフィルタを用いることができる。一方、各カラーチャ
ネルに個別の吸収性フィルタを挿入することができる。図２３のフィルタは、約
5７５〜６００ｎｍの領域で１０％以下の透過率、６１０ｎｍにおいて５０％の
透過率及び約６８０ｎｍまては９５％以上の透過率を有する特性を一例として有
する。

【０１１３】図１９及び２０は第２の三角プリズムＢの面５１ｂ上のダイクロイックフィル
タ５４のスペクトラル特性を示し、このダイクロイックフィルタは、図２３に示
す４００ｎｍから７００ｎｍの可視波長域にわたって好適なノッチフィルタと協
働して高輝度及び高コントラストの画像を得る。このノッチフィルタは約４００
〜４６５ｎｍの波長範囲にわたって約９５％の透過率を有する青のチャネルを規
定する。従って、このダイクロイックフィルタの反射により位相差の変化を生ず
る遷移領域は画像コントラストに悪影響を及ぼすことはなく、画像光はノッチフ
ィルタの阻止帯域により遮光される。

【０１１４】本発明は、その精神又は必須の特性から逸脱することなく他の特有の形態とし
て実施することができる。上述した実施例は、全ての観点において図示の例だけ
に限定されるものではない。従って、本発明の範囲は上述した説明ではなく添付
した請求の範囲により規定される。特許請求の範囲の記載と等価な意義及び範囲
内の全ての変形は本発明の範囲内のものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による波長板補償器を用いる反射型画像装置の線図である。

【図２】楕円度及び方位を計算するために追跡した瞳及び外縁光線を示す簡単
なＢＫ７プリズムの線図的斜視図である。

【図３】図２に示す簡単なＢＫ７プリズムの側面図であり、楕円度及び方位の
計算のために追跡した瞳及び外縁光線を示す。

【図４】図２〜３に示す光路と関連し、内部全反射面に起因する楕円度及び方
位の変化をグラフ的に示す偏光瞳マップである。

【図５】１．５２の屈折率を有する基板の内部全反射に関する角度（°）に対
する位相差（°）を示す。

【図６】空気中における１０°と透過なＦ／２．８に等しいコーン角における
光軸に対して４５°傾斜した偏光素子の偏光状態の瞳マップである。

【図７】入射した偏光状態に対して０°の方位における０〜０ｚ５の範囲のリ
ターダンス値を有する波長板補償器の外縁光線の位置における偏光ベクトルの楕
円度及び方位のグラフである。特に、図７は赤の光が図１に示すフィリップスプ
リズムの第１の三角プリズムＲ、液晶光バルブ９０及びこれらの間に配置した波
長板補償器８０を通過する場合の関連する値をプロットしたものである。

【図８】図７に関連し、波長板補償器が無い場合の第１のチャネルである赤の
光チャネルの偏光状態の瞳マップである。

【図９】図７に関連し、０．２０のリターダンス値を有する波長板補償器を具
える第１のチャネルである赤の光チャネルの偏光状態の瞳マップである。

【図１０】図１のプリズムＲの面４１ａの反射防止コーティング層の４００〜
７００ｎｍにおける偏光していない光、ｓ偏光した光及びｐ偏光した光の計算し
た反射率を示す。

【図１１】プリズムＲの面４１ａの反射防止コーティング層における内部全反
射角でのｓ偏光状態とｐ偏光状態との間の反射による位相差（°）を示す。

【図１２】可視領域を含む４００〜７００ｎｍの波長に対する図１の第１の三
角プリズムＲの面４１ｂにおける反射率を示す。２８°の入射角における偏光し
ていない光、ｓ偏光した光及びｐ偏光した光の反射率を個別の曲線で示す。

【図１３】図１の面４１ｂ上のダイクロイックコーティングからの反射光及び
透過光のｓ偏光状態とｐ偏光状態との間の位相差（°）を示す。

【図１４】入射した偏光状態に対して０°の方位における０〜０．５の範囲の
リターダンス値を有する波長板補償器の外縁光線の位置における偏光ベクトルの
楕円度及び方位のグラフである。特に、図１４は緑の光が図１に示すフィリップ
スプリズムの第２の三角プリズムＲ、液晶光バルブ１１０及びこれらの間に配置
した波長板補償器１００を通過する場合の関連する値をプロットしたものである
。

【図１５】図１４に関連し、補償板が無い場合の第２のチャネルである緑の光
チャネルの偏光状態の瞳マップである。

【図１６】図１４に関連し、０．２０のリターダンス値を有する補償板を具え
る第２のチャネルである緑の光チャネルの偏光状態の瞳マップである。

【図１７】図１のプリズムＧの面５１ａの反射防止コーティング層の４００〜
７００ｎｍにおける４５°の入射角の偏光していない光、ｓ偏光した光及びｐ偏
光した光の計算した反射率を示す。

【図１８】プリズムＲの面５１ａの反射防止コーティング層における内部全反
射角でのｓ偏光状態とｐ偏光状態との間の反射による位相差（°）を示す。

【図１９】可視領域を含む４００〜７００ｎｍの波長に対する図１の第２の三
角プリズムＧの面４１ｂにおける反射率を示す。２５°の入射角における偏光し
ていない光、ｓ偏光した光及びｐ偏光した光の反射率を個別の曲線で示す。

【図２０】図１のプリズムＧの面５１ｂ上のダイクロイックコーティングから
の反射光及び透過光のｓ偏光状態とｐ偏光状態との間の位相差（°）を示す。

【図２１】入射した偏光状態に対して０°の方位における０〜０．５の範囲の
リターダンス値を有する波長板補償器の外縁光線の位置における偏光ベクトルの
楕円度及び方位のグラフである。特に、図２１は緑の光が図１に示すフィリップ
スプリズムの四角プリズムＢ、液晶光バルブ１３０及びこれらの間に配置した波
長板補償器１２０を通過する場合の関連する値をプロットしたものである。

【図２２】図２１と関連し、補償器板の無い第３のチャネルである青の光チャ
ネルのの偏光状態の瞳マップである。

【図２３】４００〜７００ｎｍの偏光していない光の垂直入射における計算し
た透過率に関するノッチフィルタのスペクトラル特性を示す。

【手続補正書】

【提出日】平成１２年１１月２９日（２０００．１１．２９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】偏光した光を少なくとも２本の個別のカラービームに分離するカ
ラー分離手段を用いる画像投影システムに用いられる波長板補償器であって、複屈折性材料層を具え、この複屈折材料層及びその厚さに依存するリターダンスを有し、このリターダンスは、カラービームに対して、カラー分離手段による偏光回転
によりカラービームに生じた楕円度及び楕円偏光の方位の両方を最小にする波長
値だけ位相変化を与えるように選択され、当該波長板補償器をカラー分離手段と画像手段との間の光路中に配置すること
により、前記カラー分離手段により偏光面が回転した光の部分をほぼ除去する波
長板補償器。
【請求項２】請求項１に記載の波長板補償器において、前記複屈折性材料を、
水晶、方解石、マイカを含むグループから選択した波長板補償器。
【請求項３】請求項１に記載の波長板補償器において、前記複屈折性材料を、
異なる結晶軸に対して異なる屈折率を有する有機高分子プラスチックとした波長
板補償器。
【請求項４】請求項１に記載の波長板補償器において、前記複屈折性材料を液
晶セルとした波長板補償器。
【請求項５】請求項１に記載の波長板補償器において、当該波長板補償器が、反
射型画像装置のカラー分離手段により偏光回転を受けた光成分を十分に除去し、
この反射型画像装置のコントラスト比が波長板補償器の無い同一の反射型画像装
置のコントラスト比よりも少なくともほぼ一桁大きい波長板補償器。
【請求項６】請求項１に記載の波長板補償器において、カラー分離手段の出射
位置と画像手段との間の光路中に配置されるように構成した波長板補償器。
【請求項７】請求項１に記載の波長板補償器において、カラー分離手段に結合
されるように構成した波長板補償器。
【請求項８】請求項１に記載の波長板補償器において、画像手段に結合される
ように構成した波長板補償器。
【請求項９】請求項１に記載の波長板補償器において、当該波長板補償器が結
像面から離間している波長板補償器。
【請求項１０】偏光した光を少なくとも２本の個別のカラービームに分離する
カラー分離手段を用いる画像投影システムに用いられる波長板補償器であって、複屈折性材料層を具え、この複屈折材料層及びその厚さに依存するリターダンスを有し、このリターダンスは、カラービームに対して、計算された偏光回転除去リター
ダンス値に対応する波長値だけ位相変化を与えるように選択され、前記計算された偏光回転除去リターダンス値を、カラー分離手段による偏光回
転によりカラービームに生じた楕円度及び楕円偏光の方位の両方をほぼ最小にす
る値とし当該波長板補償器をカラー分離手段と画像手段との間の光路中に配置すること
により、前記カラー分離手段により偏光面が回転した光の成分をほぼ除去する波
長板補償器。
【請求項１１】請求項１０に記載の波長板補償器において、前記複屈折性材料
を、水晶、方解石、マイカを含むグループから選択した波長板補償器。
【請求項１２】請求項１０に記載の波長板補償器において、前記複屈折性材料
を、異なる結晶軸について異なる屈折率を有する有機高分子プラスチックとした
波長板補償器。
【請求項１３】請求項１０に記載の波長板補償器において、前記複屈折性材料
を液晶セルとした波長板補償器。
【請求項１４】請求項１０に記載の波長板補償器において、当該波長板補償器が
、反射型画像装置のカラー分離手段により偏光回転を受けた光成分を十分に除去
し、この反射型画像装置のコントラスト比が波長板補償器の無い同一の反射型画
像装置のコントラスト比よりも少なくともほぼ一桁大きい波長板補償器。
【請求項１５】請求項１０に記載の波長板補償器において、カラー分離手段の
出射位置と画像手段との間の光路中に配置されるように構成した波長板補償器。
【請求項１６】（ａ）第１の偏光状態の第１の偏光した光を透過する偏光手段
と、（ｂ）第１の偏光した光を、赤のビーム、緑のビーム及び青のビームを含む３本
のカラービームに分離するカラー分離手段であって、（ｉ）前記３本のカラービームは、当該カラー分離手段から第１の偏光状態
で３つの個別のビーム出射位置から出射し、（ｉｉ）当該カラー分離手段により、前記３本のカラービームのうちの少な
くとも１本のビームが偏光回転に起因した残留楕円偏光を有し、この少なくとも
１本のビームが楕円度及び楕円偏光方位を有するカラー分離手段と、（ｃ）前記３つのカラー光の各々の偏光状態を変調する３個の画像手段であって
、（ｉ）これら３個の画像手段は、３本のカラービームのうちの１本のカラー
ビームを受光するように配置されている３個の画像手段と、（ｄ）前記３本のカラービームのうちの少なくとも１本のカラービームに予め定
めた位相差が生ずるように位相変化を与える少なくとも１個の波長板補償器手段
であって、（ｉ）当該波長板補償器手段は、前記カラー分離手段の出射位置と前記画像
手段との間の光路中に配置され、（ｉｉ）当該波長板補償器手段は、各カラービームに対して、カラー分離手
段による偏光回転によりカラービームに生じた楕円度及び楕円偏光方位の両方を
最小にする波長値だけ位相変化を与えるように選択され、前記カラー分離手段に
より偏光面が回転した光の部分をほぼ除去する波長板補償器手段と、を具える画
像投影装置。
【請求項１７】請求項１６に記載の装置において、前記偏光手段に光を供給す
る光源手段をさらに具える装置。
【請求項１８】請求項１６に記載の装置において、前記光が波長域を有し、当
該装置がさらにノッチフィルタ手段を具え、このノッチフィルタ手段が、前記光
の波長域を、前記カラー分離手段に入射する光が選択された波長域を有するよう
に調整する装置。
【請求項１９】請求項１６に記載の装置において、前記光が波長域を有し、当
該装置が、光の波長域を調整するノッチフィルタ手段をさらに具え、前記ノッチ
フィルタ手段が、ほぼ一定ではない位相リターダンスを有する波長の入射光を反
射すると共にほぼ一定の位相リターダンスを有する光をほとんど透過する装置。
【請求項２０】請求項１６に記載の装置において、前記偏光手段を偏光ビーム
スプリッタとした装置。
【請求項２１】請求項１６に記載の装置において、前記偏光手段を偏光プリズ
ムビームスプリッタとした装置。
【請求項２２】請求項１６に記載の装置において、前記カラー分離手段を、ダ
イクロイックコーティングが形成されている少なくとも１個の面を有するフィリ
ップスプリズムとした装置。
【請求項２３】請求項１６に記載の装置において、前記カラー分離手段を、零
ではない位相リターダンスを有するダイクロイックコーティングが形成されてい
る少なくとも１個の面を有するフィリップスプリズムとした装置。
【請求項２４】請求項１６に記載の装置において、前記カラー分離手段を、零
ではない位相リターダンスであって入射光に対してほぼ一定の位相リターダンス
を有するダイクロイックコーティングが形成されている少なくとも１個の面を有
するフィリップスプリズムとした装置。
【請求項２５】請求項１６に記載の装置において、前記ビーム分離手段を、ビ
ームスプリッタプリズム、Ｘ−プリズム、Ｌ−プリズム、及び傾斜配置した平坦
なプレートのダイクロイックミラーを含むグループから選択した装置。
【請求項２６】請求項１６に記載の装置において、前記３個の画像装置を３個
の液晶バルブとした装置。
【請求項２７】請求項１６に記載の装置において、前記前記波長板補償器手段
を、複屈折性材料で形成した波長板補償器とした装置。
【請求項２８】請求項１６に記載の装置において、前記前記波長板補償器手段
を、水晶、方解石、マイカ、異なる結晶軸について異なる屈折率を有する有機高
分子プラスチック、及び液晶セルを含むグループから選択した材料で形成した装
置。
【請求項２９】請求項１６に記載の装置において、前記少なくとも１個の波長
板補償器手段を、前記カラー分離手段に結合した装置。
【請求項３０】請求項１６に記載の装置において、前記少なくとも１個の波長
板補償器手段を、前記画像装置に結合した装置。
【請求項３１】請求項１６に記載の装置において、前記少なくとも１個の波長
板補償器手段が、反射型画像装置のカラー分離手段により偏光回転を受けた光成
分を十分に除去し、この反射型画像装置のコントラスト比が波長板補償器の無い
同一の反射型画像装置のコントラスト比よりも少なくともほぼ一桁大きい装置。
【請求項３２】請求項１６に記載の装置において、前記少なくとも１個の波長
板補償器手段が、少なくとも２個の波長板補償器を具え、各波長板補償器がそれ
ぞれ受光した各ビームと関連して決定された波長値を有する装置。
【請求項３３】請求項１６に記載の装置において、前記少なくとも１個の波長
板補償器手段のリターダンスを、前記カラー分離手段の偏光ベクトル変更特性に
基づいて選択した装置。
【請求項３４】請求項１６に記載の装置において、前記少なくとも１個の波長
板補償器手段のリターダンスを、前記偏光手段及びカラー分離手段の偏光ベクト
ル変更特性に基づいて選択した装置。
【請求項３５】請求項１６に記載の装置において、集束性の光ビームを発生す
る光源を具え、前記少なくとも１個の波長板補償器手段のリターダンスを、前記
光源、前記偏光手段、及び前記カラー分離手段の偏光ベクトル変更特性に基づい
て選択した装置。
【請求項３６】請求項１６に記載の装置において、前記偏光手段及びカラー分
離手段がリターダンスの分散を発生し、前記少なくとも１個の波長板補償器手段
が前記偏光手段及びカラー分離手段により生じた位相リターダンスの分散にほぼ
等しいリターダンスの分散を有する装置。
【請求項３７】請求項１６に記載の装置において、前記第１の偏光した光が第
１の偏光ベクトルを有する複数のスキュー光線を含み、これらスキュー光線が前
記偏光手段により方向が変更され、前記少なくとも１個の波長板補償器手段が、当該波長板補償器手段を通過する
フキュー光線の偏光状態を変更し、第２の偏光状態を有する第２の偏光した光が
、各スキュー光線の第１の偏光ベクトルとほぼ直交する第２の偏光ベクトルを有
するスキュー光線と共に前記カラー分離手段に入射する装置。
【請求項３８】（ａ）第１の偏光状態の第１の偏光した光を透過させる偏光器
と、（ｂ）第１の偏光した光を、赤のビーム、緑のビーム及び青のビームを含む３本
のカラービームに分離するカラー分離器であって、（ｉ）前記３本のカラービームは、当該カラー分離手段から第１の偏光状態
で３つの個別のビーム出射位置から出射し、（ｉｉ）当該カラー分離器により、前記３本のカラービームのうちの少なく
とも１本のビームが偏光回転に起因した残留楕円偏光を有するカラー分離器と、（ｃ）前記３つのカラー光の各々の偏光状態を変調する３個の反射型画像器であ
って、（ｉ）これら３個の反射型画像器は、各反射型画像器が３本のカラービーム
のうちの１本のカラービームを受光すると共に第２の偏光状態のビームとして前
記カラー分離器に向けて反射するように配置されている３個の反射型画像器と、（ｄ）前記３本のカラービームのうちの少なくとも１本のカラービームに予め定
めた位相差が生ずるように位相変化を与える少なくとも１個の波長板補償器であ
って、（ｉ）当該波長板補償器は、前記カラー分離器の出射位置と前記反射型画像
器との間の光路中に配置され、（ｉｉ）当該波長板補償器は、各カラービームに対して、カラー分離器によ
る偏光回転によりカラービームに生じた楕円度及び楕円偏光の方位の両方を最小
にする波長値だけ位相変化を与えるように選択され、前記カラー分離器により偏
光面が回転した光の部分をほぼ除去する波長板補償器手段と、を具える画像投影
装置。
【請求項３９】請求項３８に記載の装置において、前記偏光器に光を供給する
光源をさらに具える装置。
【請求項４０】請求項３８に記載の装置において、前記光が波長域を有し、当
該装置がさらにノッチフィルタを具え、このノッチフィルタが、前記光の波長域
を、前記カラー分離器に入射する光が選択された波長域を有するように調整する
装置。
【請求項４１】請求項３８に記載の装置において、前記光が波長域を有し、当
該装置が、光の波長域を調整するノッチフィルタをさらに具え、前記ノッチフィ
ルタ手段が、ほぼ一定ではない位相リターダンスの入射光を反射すると共にほぼ
一定の位相リターダンスを有する光をほとんど透過し、前記カラー分離器に入射
する光が選択した波長域を有する装置。
【請求項４２】請求項３８に記載の装置において、前記偏光器を偏光ビームス
プリッタとした装置。
【請求項４３】請求項３８に記載の装置において、前記偏光器を偏光プリズム
ビームスプリッタとした装置。
【請求項４４】請求項３８に記載の装置において、前記カラー分離器を、ダイ
クロイックコーティングが形成されている少なくとも１個の面を有するフィリッ
プスプリズムとした装置。
【請求項４５】請求項３８に記載の装置において、前記カラー分離器を、零で
はない位相リターダンスを有するダイクロイックコーティングが形成されている
少なくとも１個の面を有するフィリップスプリズムとした装置。
【請求項４６】請求項３８に記載の装置において、前記カラー分離器を、零で
はない位相リターダンスであって入射光に対してほぼ一定の位相リターダンスを
有するダイクロイックコーティングが形成されている少なくとも１個の面を有す
るフィリップスプリズムとした装置。
【請求項４７】請求項３８に記載の装置において、前記ビーム分離器を、ビー
ムスプリッタプリズム、Ｘ−プリズム、Ｌ−プリズム、及び傾斜配置した平坦な
プレートのダイクロイックミラーを含むグループから選択した装置。
【請求項４８】請求項３８に記載の装置において、前記３個の画像器を３個の
液晶バルブとした装置。
【請求項４９】請求項３８に記載の装置において、前記前記波長板補償器を、
水晶、方解石、マイカ、異なる結晶軸について異なる屈折率を有する有機高分子
プラスチック、及び液晶セルを含むグループから選択した複屈折性材料で形成し
た装置。
【請求項５０】請求項３８に記載の装置において、前記少なくとも１個の波長
板補償器を、前記カラー分離器に結合した装置。
【請求項５１】請求項３８に記載の装置において、前記少なくとも１個の波長
板補償器を、前記画像器に結合した装置。
【請求項５２】請求項３８に記載の装置において、前記前記波長板補償器が、
反射型画像装置のカラー分離器により偏光回転を受けた光成分を十分に除去し、
この反射型画像装置のコントラスト比が偏光補正手段の無い同一の反射型画像装
置のコントラスト比よりも少なくともほぼ一桁大きい装置。
【請求項５３】請求項３８に記載の装置において、前記少なくとも１個の波長
板補償器が、少なくとも２個の波長板補償器を具え、各波長板補償器がそれぞれ
受光した各ビームと関連して決定された波長値を有する装置。
【請求項５４】請求項３８に記載の装置において、前記少なくとも１個の波長
板補償器のリターダンスを、前記カラー分離器の偏光ベクトル変更特性に基づい
て選択した装置。
【請求項５５】請求項３３８記載の装置において、前記少なくとも１個の波長
板補償器のリターダンスを、前記偏光手段及びカラー分離器の偏光ベクトル変更
特性に基づいて選択した装置。
【請求項５６】請求項３８に記載の装置において、集束性の光ビームを発生す
る光源を具え、前記少なくとも１個の波長板補償器手段のリターダンスを、前記
光源、前記偏光器、及び前記カラー分離器の偏光ベクトル変更特性に基づいて選
択した装置。
【請求項５７】請求項３８に記載の装置において、前記偏光器及びカラー分離
器がリターダンスの分散を発生し、前記少なくとも１個の波長板補償器が前記偏
光器及びカラー分離器により生じた位相リターダンスの分散にほぼ等しいリター
ダンスの分散を有する装置。
【請求項５８】請求項３８に記載の装置において、前記第１の偏光した光が第
１の偏光ベクトルを有する複数のスキュー光線を含み、これらスキュー光線が前
記偏光手段により方向が変更され、前記少なくとも１個の波長板補償器が、当該波長板補償器を通過するフキュー
光線の偏光状態を変更し、第２の偏光状態を有する第２の偏光した光が、各スキ
ュー光線の第１の偏光ベクトルとほぼ直交する第２の偏光ベクトルを有するスキ
ュー光線と共に前記カラー分離器に入射する装置。
【請求項５９】偏光した光を少なくとも２本の個別のカラービームに分離する
カラー分離手段を用いる画像投影装置に用いられる波長板補償器を製造するに当
たり、画像投影装置のカラー分離手段による偏光回転により生ずる楕円度及び楕円偏
光の方位の両方をほぼ最小にする所望の波長値を同定し、楕円度及び楕円偏光の方位がほぼ最小になるように同定された所望のリターダ
ンス値に対応するリターダンス値を有する波長板補償器を用意する波長板補償器
の製造方法。
【請求項６０】請求項５９に記載の方法において、前記同定工程が、楕円度及
び楕円偏光の方位を計算することにより行われる方法。
【請求項６１】請求項５９に記載の方法において、前記同定工程が、楕円度及
び楕円偏光方位と関係する特性を測定し、測定された特性に基づいて楕円度及び
楕円偏光方位を計算することにより行われる方法。
【請求項６２】請求項５９に記載の方法において、前記用意する工程が、波長
板補償器として用いられる複屈折性材料の形式を選択し、前記所望のリターダン
ス値に対応するリターダンス値を呈する選択した形式の複屈折性材料の厚さを同
定し、前記選択した形式の複屈折性材料について波長板補償器として用いるのに
適切な厚さ及び大きさを設定することにより行われる方法。
【請求項６３】偏光した光を少なくとも２本の個別のカラービームに分離する
カラー分離手段を用いる画像投影装置に用いられる波長板補償器を製造するに当
たり、画像投影装置のカラー分離手段による偏光回転により生ずる楕円度及び楕円偏
光の方位の両方についてリターダンス値のずれ量を決定し、楕円度及び楕円偏光方位の両方をほぼ最小にする所望の波長値を同定し、楕円度及び楕円偏光方位がほぼ最小になるように同定された所望のリターダン
ス値に対応するリターダンス値を有する波長板補償器を用意し、この波長板補償
器をカラー分離手段と画像手段との間の光路中に配置して前記カラー分離手段に
より偏光回転した光をほぼ除去する波長板補償器の製造方法。
【請求項６４】請求項６３に記載の方法において、前記リターダンス値のずれ
量が０から０．５の範囲にある方法。
【請求項６５】請求項６３に記載の方法において、前記決定する工程が、楕円
度及び楕円偏光方位を計算することにより行われる方法。
【請求項６６】請求項６３に記載の方法において、前記決定する工程が、画像投影装置の波長板補償器を配置しようとする位置に光が入射する際の円錐
光の瞳の大きさを決定し、少なくとも１本の光線の光路を決定し、ストークスのパラメータを計算し、ずれたリターダンス値における楕円度及び楕円偏光方位を計算することにより
行われる方法。
【請求項６７】請求項６３に記載の方法において、前記決定する工程が、楕円
度及び楕円偏光方位と関係する特性を測定し、測定された特性に基づいて楕円度
及び楕円偏光方位を計算することにより行われる方法。
【請求項６８】請求項６３に記載の方法において、前記同定工程が、楕円度及
び楕円偏光方位の決定された値をプロットすることにより行われる方法。
【請求項６９】請求項６３に記載の方法において、前記用意する工程が、波長
板補償器として用いられる複屈折性材料の形式を選択し、前記所望のリターダン
ス値に対応するリターダンス値を呈する選択した形式の複屈折性材料の厚さを同
定し、前記選択した形式の複屈折性材料について波長板補償器として用いるのに
適切な厚さ及び大きさを設定することにより行われる方法。
【請求項７０】請求項６３に記載の方法において、さらに、前記決定する工程
で用いたリターダンス値のずれ量よりも小さなずれ量における楕円度及び楕円偏
光方位を再決定する工程を繰り返すことにより最も大きなコントラストを与える
リターダンス値を決定する工程を有する方法。