JP2004527804A - 方向性固定偏光軸偏光ビームスプリッタを有するディジタル画像プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】高品位で、優れた明暗コントラスト比を有するカラー画像を表示可能な画像プロジェクタを提供する。
【解決手段】ディジタル画像プロジェクタ（500; 400）が、照射光源ランプ（504; 404）、白色スペクトル照射ビーム（509; 409）を形成する照射ビーム形成光学器（516, 510, 526; 406, 426, 466）、及び前記照射ビーム（509; 409）を色成分サブビーム（542R, 542G, 542B）に分割する色帯域分離光学器（530, 503'; 436）を具えている。前記ディジタル画像プロジェクタ（500; 400）は、反射型液晶ディスプレイ偏光変調器のような反射型ディジタル画像符号化偏光変調機構（580; 440R, 440G, 440B）も具えて、直線偏光した前記サブビームを反射させて変調して、色成分画像を符号化したサブビームを形成して、前記ディジタル画像プロジェクタはさらに、投射レンズ光学器（590; 490）も具えて、前記画像を符号化した偏光サブビームから分割したカラー画像を投射する。前記ディジタル画像プロジェクタ（500; 400）はさらに、針金格子偏光ビームスプリッタのような平板支持、表面実装の固定偏光軸偏光ビームスプリッタ（570; 470）を具えて、前記画像を符号化した偏光サブビームからカラー画像を分割して、前記偏光軸ビームスプリッタ（570; 470）の偏光支持板（572; 472）は、前記プロジェクタ（500; 400）の光学系の照射光源側にある。
【選択図】図７

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、大局的には画像プロジェクタに関するものであり、特に、反射型液晶ディスプレイの偏光変調器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディジタル画像プロジェクタは、画像を符号化したディジタル信号から発生させたカラー画像を、会議室の発表（プレゼンテーション）等用の反射型表示スクリーンの前面に投射するため、あるいは、背面投射型表示モニターまたは投射型（プロジェクション）テレビジョンの半透明拡散スクリーンの背面に投射するために、広範に用いられている。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許5,777,789 反射型液晶偏光変調器を採用した慣例のディジタル画像プロジェクタは、Chiu他に交付された米国特許5,777,789に開示されている。この特許のプロジェクタは、プロジェクタ用の非偏光の「白色」光源として、メタルハライド・アークランプを具えている。アークランプからの光は照明光学器を通過して、この照明光学器は、ほぼ平行で可視の、空間的にほぼ一様な強度の白色光照射ビームを、プロジェクタ内で使用する液晶偏光変調器の偏光変調面に対して形成すべく機能する。この非偏光の照射ビームを、偏光ビームスプリッタの立方体に指向させて、この偏光ビームスプリッタ立方体は、上記特許によれば、可視光スペクトルの広い波長範囲、かつ広範囲のビーム発散角にわたって使用すべく設計されている。この偏光ビームスプリッタ立方体は、非偏光ビームを、通常は完全ではないがほとんど偏光した２つのビームに分割して、これら２つのビームのそれぞれの偏光方向はぼぼ直交する。上記特許のディジタル画像プロジェクタの偏光ビームスプリッタ内でこのように生成した２つの光ビームの一方は、ほぼ偏光したビーム源として作用して、偏光ビームスプリッタ立方体から、色分割／結合プリズム組立体（アセンブリ）に指向される。この色分割／結合プリズム組立体は３つのプリズムから成り、これらのプリズムの何面かは、二色性の（ダイクロイック）コーティングを有して、ほぼ偏光したビーム源の可視の白色光から、赤色、青色、及び緑色の光成分を順に分離して、ほぼ偏光した色成分光ビームを、上記特許では「ライトバルブ」と称する、対応する反射型液晶偏光変調器上に指向させる。
【０００４】
上記特許のディジタル画像プロジェクタの、これら３つの偏光変調器の各々は、色分割／結合プリズム組立体を励起する、対応するほぼ偏光した色成分光ビームについて規定された色成分ビームの光路に直交する反射型偏光変調面と共に位置決めする。反射型偏光変調器は一般に、偏光変調器に供給される、所望の合成（コンポジット）カラー画像の色成分画像を符号化した信号に応じて、画素毎のベースで、ビームの光の偏光を偏光変調面上で選択的に回転させることによって、対応する色成分光ビームの偏光を空間的に変調すべく作用する。特に、投射画像の所定色で照射すべき画素毎に、ほぼ偏光した当該色の色成分光ビームの偏光を、投射画像中の画素位置に対応する偏光変調面の位置で、反射型液晶偏光変調器によって回転させる。こうした照射画素は「光」画素と称する。逆に、投射画像の所定色で照射しない画素毎に、当該色のほぼ偏光した色成分光ビームを、偏光変調面上の、投射画像中の画素の位置に対応する位置で、ビームの公称的な偏光状態を変化させずに、反射型液晶偏光変調器によって反射させる。こうした非照射画素は、「暗」画素と称する。最大に照射される光画素の強度と、最小に照射される光画素の強度との比によって、コントラスト比を定義して、この比がディジタル画像プロジェクタの重要な特長である。一般に、プロジェクタの明暗のコントラスト比が高いほど、プロジェクタが生成する画像を視聴者がより明確に識別することができる。
【０００５】
このように、上記特許のディジタル画像プロジェクタの液晶偏光変調器によって選択的に、空間的に偏光した色成分光ビームを、偏光変調器の反射型偏光変調面で、対応する色成分ビームの光路に沿って戻るように反射させて、色分割／結合プリズム組立体を通す。反射した３つの色成分光ビームの各々が、ほぼ入射した光路を戻って、プリズム組立体を通って、他の２つの色成分光ビームと再結合されて、選択的に空間的に偏光変調された１つの合成光ビームを形成する。この合成光ビームは、色分割／結合プリズム組立体から出て、偏光ビームスプリッタ立方体内に入る。偏光ビームスプリッタ立方体は、前記合成光ビームを、光画素から成る合成カラー画像を提供する公称的に偏光変調された光画素の色成分ビームと、暗画素から成るカラーネガティブ画像を提供する公称的に非偏光変調された暗画素の色成分ビームとに分割する。暗画素の色成分ビームの偏光状態は、公称的に反射型液晶変調器によって変化しないので、暗画素の色成分ビームは、少なくとも理想的には、プロジェクタを通る光路を戻って、照射光源であるアークランプに向かう。偏光変調された光画素の色成分ビームは、偏光ビームスプリッタから、上記特許のディジタル画像プロジェクタの投射レンズ内に指向されて、所望の合成カラー画像を投射スクリーン上に投射すべく作用する。
【０００６】
【非特許文献１】
A. E. Rosenbluth他："IBM Journal of Research and Development"、第42巻、359〜386ページ（1998年5月/10月） 反射型偏光変調器にもとづく慣例のディジタル画像プロジェクタには難点がある、というのは、こうしたプロジェクタに使用される今までの慣例のマクニール（MacNeille）型多層誘電体フィルム偏光ビームスプリッタは一般に、偏光ビームスプリッタ上に当たる２つの光線を扱い、これら２つの光線の偏光ビームスプリッタに対する入射方向が異なる場合には、これら２つの光線の偏光特性が異なるからである。慣例のディジタル画像プロジェクタの偏光ビームスプリッタ上に当たる光ビームは通常、数度の範囲の、ビームスプリッタに対する入射角を有する光線から成る、というのは、適切な明度の投射画像にとって十分な照射強度を、経済的に実現可能な光源から得るために、慣例のディジタル画像プロジェクタは通常、0.1以上のオーダーの開口数を有する照射ビームを使用するからである。A. E. Rosenbluth他："IBM Journal of Research and Development"、第42巻、359〜386ページ（1998年5月/10月）を参照すれば、空気中を通る、0.1の開口数を有する円錐形の光ビームは、約±６°の角度で向かい合う。以下に図１〜３を参照して説明するように、慣例のマクニール型多層誘電体フィルム偏光ビームスプリッタ上に、ビームスプリッタ及びこれに関連する反射型偏光変調器について規定される主軸とは異なる方向に当たる光線は、投射画像の暗画素領域上への光漏れを生じさせる。結果的に、0.1程度の開口数のビームを使用する慣例のディジタル画像プロジェクタにおける、照射ビームの瞳孔付近の、光線の方向の変化は一般に、完全にコリメート（視準）させた平行光線から成るビームを使用したものと仮定したプロジェクタに期待される明暗コントラスト比に比べて、全体的に明暗コントラスト比の低下が生じて、これらの平行光線はすべて、主軸の方向に相当する、同一の最適な入射角で偏光ビームスプリッタに当たる。
【０００７】
ここで図１を参照して説明する。慣例のマクニール型多層誘電体フィルム偏光ビームスプリッタ２は、第１ビームスプリッタ・プリズム４、第２ビームスプリッタ・プリズム６、及び第1プリズム４の斜面と第２プリズム６の斜面との間に配置した多層誘電体偏光フィルム８から形成される。第１ビームスプリッタ・プリズム４及び第２ビームスプリッタ・プリズムは光学ガラス製である。多層誘電体偏光フィルム８を構成する誘電材料の層は、図１には示していない。多層偏光フィルム８を構成する層の厚さ及び屈折率は、多層フィルム８上に最適な偏光角θで入射する非偏光の光線１０が多層材料内を通過して、連続的に存在する、屈折率が異なる層間の境界面に、いわゆる「ブルースター（Brewster）」角で当たるように選択する。
【０００８】
【非特許文献２】
Eugene Hecht："Optics"、第3版、324〜346ページ（Addison Wesley、1998年） 第１材料を通って伝播して、異なる屈折率の第２材料との境界面にブルースター角で当たる非偏光の光線は、一部はこの境界面で反射して、一部は屈折して第２材料内に入る。屈折した光線は完全に直線偏光して、その電界は、境界面上に当たる光線の伝播方向、及び境界面に対する法線によって規定される入射面に垂直に向く。上記屈折光線は部分偏光するに過ぎず、電界の入射面内の成分は、入射面に垂直な成分よりも強い。ブルースター角での反射による偏光についての議論は、Eugene Hecht："Optics"、第3版、324〜346ページ（Addison Wesley、1998年）に見出すことができる。
【０００９】
【特許文献２】
米国特許2,403,731
【特許文献３】
米国特許5,453,859 慣例のマクニール型多層誘電体フィルム偏光ビームスプリッタ２では、多層誘電偏光フィルム内に多数の境界面を設けて、連続する境界面をブルースター角で通過する光線からの偏光成分を次々に反射させる。多層フィルム内の層の厚さは、種々の境界面で反射した偏光の成分が、構造的に加算されやすいように選定する。結果として、連続する境界面を通過する屈折光線が、入射面内に存在する電界に対して次第に偏光する。通常は、十分な数の層を選定して、実際には、多層誘電偏光フィルム８を完全に通過する光線１２は、効果的に、入射面内に存在する電界に対して完全に直線偏光する。上述したように、反射光線１４も効果的に、入射面に垂直な電界に対して完全に直線偏光する。多層誘電体フィルムにもとづく慣例のマクニール型偏光ビームスプリッタは、MacNeilleに交付された米国特許2,403,731、及びSannohe、Miyatakeに交付された米国特許5,453,859に記載されている。
【００１０】
再び図１に戻って説明する。第１ビームスプリッタ・プリズム４内を伝播して、慣例のマクニール多層誘電体フィルム偏光ビームスプリッタ２内の多層誘電体フィルム８上に当たる光線の伝播方向は、伝播方向と、ビームスプリッタ・プリズム４の斜面における多層誘電体フィルムの表面に対する法線１８との間の角度のみによって決まり、マクニール型多層誘電体フィルム偏光ビームスプリッタ２では、この光線が、直線偏光した反射光線と直線偏光した屈折光線とに最適に分割される。最適な偏光角θ及び法線１８が、多層フィルム８にとって最適な偏光角の円錐形２０を規定する。偏光ビームスプリッタ２の多層誘電体フィルム８上に入射して、最適な偏光角の円錐形２０の表面に沿って指向される光線は、フィルムの最適な偏光条件を満足して、直線偏光した反射成分の光線と屈折成分の光線とに分割されて、これらの成分はそれぞれ、この特定の光線及び法線１８について規定される入射面に垂直なもの、及び平行なものである。通常は、慣例のマクニール型多層誘電体フィルム偏光ビームスプリッタを作製する材料は、最適な偏光角θが45°に近くなるような屈折率のものを選択する。慣例のマクニール型多層誘電体フィルム偏光ビームスプリッタ２による光線の偏光の幾何学的な態様については、次の段落で説明し、慣例のマクニール型多層誘電体フィルム偏光ビームスプリッタ２は、ディジタル画像プロジェクタにおいて、減偏光効果及び明暗コントラスト比の低下を生じさせ得る。
【００１１】
光学装置（デバイス）を通過する光線は一般に、電磁平面波と考えることができる。電磁平面波の電界成分が、光線の伝播方向に対して垂直に向くことが、電磁平面波の特徴である。以下に説明する図１〜図６では、光線の伝播方向から垂直に出るように示した両頭矢印が、光の電界の方向を記号的に示す。光線から垂直に、放射状に出る８つの両頭矢印は、光線が非偏光であるか、あるいは部分偏光であることを示す。光線から出る単一の両頭矢印、あるいは光線に直交する一対の両頭矢印は、光線が効果的に直線偏光していることを示す。
【００１２】
再び図１に戻って説明する。非偏光の主軸光線１０は、最適な偏光角の円錐形２０に沿って伸びて、主軸反射光線１４と主軸屈折光線１２とに分割され、これらの光線はそれぞれ、主軸光線１０の伝播方向及び法線１８について規定される主軸入射面１５に直交するもの、及び平行なものである。主軸光線１０は、偏光ビームスプリッタ２の第１プリズム４に、このプリズムの非偏光光線入射面２２に垂直な方向に入射する。主軸反射光線１４は、偏光ビームスプリッタの反射光線出射面２４を通って、この出射面に垂直な方向に出射する。非偏光光線である代表的な主軸外入射光線３０は、偏光ビームスプリッタ２の第１プリズム４非偏光光線入射面２２に入射するように示してある。主軸外入射光線３０は、入射点３１で、プリズムの光学ガラスによって屈折される。屈折した非偏光の主軸外光線３０は、最適な偏光角の円錐形２０上の、主軸光線１０に対して回転した位置で、円錐形２０の表面に沿って伝播する。主軸外非偏光光線３０も、プリズムの斜面の多層誘電体偏光フィルム８に対する法線１８に対して最適な偏光角θをなして、主軸外非偏光光線３０は、直線偏光した主軸外反射光線３２と、直線偏光した主軸外屈折光線３４とに分割される。主軸外反射光線３２及び主軸外入射光線３０は共に、ねじれ方向の入射面３３内を伝播し、ねじれ方向入射面３３は、非偏光の主軸外入射光線３０の第１プリズム４内の伝播方向及び法線１８によって規定される。ねじれ方向入射面３３は、法線１８の回りに、主軸入射面１５に対して回転したものである。直線偏光した主軸外反射光線３２の電界は、ねじれ方向入射面３３に対して垂直に向いている。直線偏光した主軸外屈折光線３４の電界は、ねじれ方向入射面３３内に存在する。主軸入射面１５とねじれ方向入射面３３とは、法線１８の回りに、互いに対して回転しているので、主軸反射ビーム１４の電界と主軸外反射ビーム３２の電界とは互いに平行ではない。同様に、それぞれ主軸入射面内及びねじれ方向入射面内に存在する、主軸屈折ビーム１２の電界と主軸外屈折ビーム３４の電界も、互いに平行ではない。
【００１３】
ここで図２を参照して説明する。反射型偏光変調器及び慣例のマクニール型多層誘電体フィルム偏光ビームスプリッタを採用した慣例のディジタル画像プロジェクタから投射した画像内の、暗画素位置上への光漏れの源を示す。反射型液晶偏光変調器４０は、慣例のマクニール型多層誘電体フィルム偏光ビームスプリッタ２の反射ビーム出射面２４の前面に位置し、変調器４０の偏光変調面４２は、ビームスプリッタ２の反射ビーム出射面２４に平行に広がる。ディジタル画像プロジェクタの投射レンズ４６の投射レンズ入力ポート４４は、第２ビームスプリッタ・プリズム６の投射画像出射面（図示せず）に面した位置にある。図２では、偏光変調器４０は、純然たる反射モードで動作するように示し、即ち、偏光変調器４０の偏光変調面４２上に垂直方向に入射する直線偏光した光線は、この偏光変調面で受動的に反射されて、この光線の偏光状態は、反射時には全く変化しない。公称的な偏光状態を変化させずに光を反射させる反射型液晶偏光変調器４０の偏光変調面４２上の画素領域は、投射画像内の暗画素に対応し、こうした反射光は理想的には、ディジタル画像プロジェクタの投射レンズ４６の投射レンズ入力ポート４４を通過すべきでない。
【００１４】
非偏光の主軸入射光線１０は、ビームスプリッタ２のプリズム４の非偏光光線入射面２２に、ほぼ入射面２２に垂直な方向に入射する。非偏光光線１０の伝播方向は、偏光ビームスプリッタ２及び偏光変調器４０の主光軸の一部分に相当し、図２のＹ軸を規定する。上述したように、光線の伝播方向に直交する矢印は、光の電界の偏光方向を記号的に示す。図２、及びこれに続く、以下で説明する図では、黒色の矢印が、偏光変調器４０の偏光変調面４２から反射する前の電界の方向を示す。偏光変調面４２で反射した後については、矢印を白色で示して、偏光変調器４０の偏光変調面４２上に入射する光を、偏光変調面４２で反射した光と区別する。主軸入射光線１０は、偏光ビームスプリッタ２の第１プリズム４の斜面にある多層誘電体偏光フィルム８上に、この斜面に対する主軸法線１９に対する最適な偏光角θで入射して、この入射点が、Ｙ主軸とＺ主軸の主軸交点位置２１を規定する。結果として、主軸入射光線１０は、多層誘電体偏光フィルム８によって分割されて、効果的に完全に直線偏光したビームスプリッタ反射主軸光線１４になって、ビームスプリッタ反射主軸光線１４はＺ軸に沿って、反射型偏光変調器４０に向かって伝播する。直線偏光したビームスプリッタ反射主軸光線１４の電界は、主軸入射光線１０及び主軸法線１９によって規定される主入射面４５に垂直である。主入射面４５は、Ｙ−Ｚ座標平面と一致する。主軸入射光線１０の屈折成分（図示せず）は、Ｙ方向に進んで、偏光ビームスプリッタ２の底部を外れて、ディジタル画像プロジェクタ内で消失する。直線偏光したビームスプリッタ反射主軸光線１４は、偏光変調器４０の偏光変調面４２上の主軸交点４３に法線方向に入射して、光線の偏光状態を変化させずに反射される。そして、変調器で反射された主軸光線１４は、入射光線の径路を戻って、偏光ビームスプリッタ２内に入る。変調器で反射された主軸光線１４は、多層誘電体偏光フィルム８上に、非偏光の主軸入射光線１０と同じ入射角で入射する。特に、変調器で反射された主軸光線１４の、多層誘電体偏光フィルム８に対する主軸法線１９に対する入射角は、最適な偏光角θである。変調器で反射された主軸光線１４は、効果的に完全に直線偏光して、その電界は、光線１４、及び多層誘電体偏光フィルム８に対する主軸法線１９によって規定される入射面、特に入射面４５、即ちＹ−Ｚ平面に垂直であるので、変調器で反射された光線１４は、偏光フィルム８によって全反射されて、非偏光の主軸入射光線１０の径路を戻って、ディジタル画像プロジェクタの投射レンズ４６の入力ポート４４には到達しない。
【００１５】
ここで、非偏光光線である、主入射面の代表的な角度外れ（オフアングル）入射光線５０を考え、この光線は、主入射面４５、即ちＹ−Ｚ座標平面内を伝播して、偏光ビームスプリッタ２の多層誘電体偏光フィルム８上の（Ｙ，Ｚ）方向にオフセットした（ずれた）位置５１に入射して、位置５１は、Ｙ主軸とＺ主軸の主軸交点２１からオフセットしている。主入射面の角度外れ入射光線５０は、第１プリズム４の斜面の（Ｙ，Ｚ）方向にオフセットした法線５２に対して、最適な偏光角θよりは小さいがそれに近い入射角をなす。米国特許2,403,731及び5,453,859は、慣例のマクニール型多層誘電体フィルムのビームスプリッタが、制限範囲内の最適な異なる入射角をなす光線に対して、大きな偏光効果を提供できることを開示しているが、それはあくまで、こうした慣例のマクニール型多層誘電体フィルム偏光ビームスプリッタを、最適な偏光角以外の角度で横切る非偏光光線が、ある程度不完全に偏光する場合である。従って、ビームスプリッタの多層誘電体偏光フィルム８で反射した角度外れ光線５４は、部分偏光しているに過ぎず、電界の主成分はＹ−Ｚ入射面に垂直であり、Ｙ−Ｚ平面内には小さい成分が存在するに過ぎない。
【００１６】
図２に見られるように、主たる角度外れ入射光線５０の特定の入射方向、及び入射光線５０が、ビームスプリッタ２の第１プリズム４の斜面に当たる位置である、（Ｙ，Ｚ）方向にオフセットした特定位置５１によって、ビームスプリッタで反射されて直線偏光した角度外れ光線５４は、偏光変調面４２上の主軸交点４３に当たる。ビームスプリッタで反射した角度外れ光線５４は電磁平面波であるので、部分偏光した光線５４の電界成分は、光線の伝播方向に対して垂直に向く。偏光変調器４０の偏光変調面４２に対する法線がＺ方向であり、そして、ビームスプリッタで反射した角度外れ光線５４がＹ−Ｚ平面内で伝播するので、ビームスプリッタで反射した角度外れ光線５４及び、及び偏光変調面４２に対する法線によって規定される入射面５５はＹ−Ｚ平面、即ち主入射面４５と一致する。ビームスプリッタで反射して部分偏光した角度外れ光線５４の、Ｙ−Ｚ平面対して垂直に向いた電界成分は、偏光変調器４０の偏光変調面４２による反射時に、Ｙ−Ｚ平面に対して垂直なままであり、結果的に、偏光変調面４２で反射した角度外れ光線５６の伝播方向に直交する、というのは、変調器で反射した角度外れ光線５６はＹ−Ｚ平面内を伝播するからである。ビームスプリッタで反射して部分偏光した角度外れ光線５４の、Ｙ−Ｚ平面内で指向される電界成分は、偏光変調面４２による反射時に向きを変えられて、これにより、これらの成分は、変調器で反射した角度外れ光線５６の伝播方向に対して垂直に向く。
【００１７】
変調器で反射した角度外れ光線５６は、偏光ビームスプリッタ２内に戻るように伝播して、第１プリズム４の斜面にある多層誘電体偏光フィルム８を、主軸交点２１から（−Ｙ，−Ｚ）方向にオフセットした位置５７で横切って、位置５７は、主軸交点２１から（Ｙ，Ｚ）方向にオフセットした位置５１とは逆向きにオフセットしている。変調器で反射した角度外れ光線５６は、偏光フィルム８に対する法線である、（−Ｙ，−Ｚ）方向にオフセットした法線５９に対して、多層フィルム８にとって最適な偏光角よりも大きい入射角をなす。変調器で反射して部分偏光した角度外れ光線５６が、Ｙ−Ｚ入射平面内の電界成分を含み、そして、この光線の入射角は、フィルム８にとって最適な偏光角θとは異なるので、この光線は、多層誘電体偏光フィルム８で部分反射されて、ビームスプリッタ２の第１プリズム４の入射面２２を出るに過ぎない。変調器で反射した角度外れ光線５６の一部は、偏光ビームスプリッタの偏光フィルム８を通る際に屈折して、偏光ビームスプリッタ２を出て、投射レンズ４６の入力４４に向かって、暗画素に漏れる光線６０を構成する。投射画像内の対応する画素位置にある暗画素を達成するために、偏光変調器４０の、光線の偏光を能動的に回転させるように駆動されない偏光変調面４２上の位置で反射されるあらゆる光線を、ディジタル画像プロジェクタの投射レンズ４６から逸らすことを意図しているので、暗画素に漏れる光線６０は、プロジェクタの明暗コントラスト比を低下させる不所望な作用をする。
【００１８】
ここで図３を参照して説明する。図３には、反射型偏光変調器及び慣例のマクニール型多層誘電体フィルム偏光ビームスプリッタを採用した慣例のディジタル画像プロジェクタから、投射画像内の暗画素位置上に漏れる光の他の源を示す。偏光ビームスプリッタ２、偏光変調器４０、及び投射レンズ４６が、図２に関連して説明したように配置されている。ビームスプリッタ２について規定されるＹ及びＺの座標軸が、ビームスプリッタ２及び変調器４０の対応する主光軸６１及び６２を指定する。Ｘ座標軸は、ビームスプリッタ２の第１プリズム４の斜面内に伸びる。主軸法線１９は、第１プリズム４の斜面上の、Ｙ座標軸及びＺ座標軸に相当する光軸の交点位置２１から垂直に出るものとして定義される。（−Ｘ，Ｙ，Ｚ）象限にオフセットした法線６６は、第１プリズム４の斜面上の、Ｙ主軸６１とＺ主軸６２との主軸交点２１から（−Ｘ，＋Ｙ，＋Ｚ）方向に変位した位置６５から垂直に出る。
【００１９】
ここで、非偏光光線である、角度外れがなく軸外れ（オフアクシス）のある代表的な入射光線６４を考え、この光線は、偏光ビームスプリッタ２の第１プリズム４の非偏光光線入射面２２を通って、偏光ビームスプリッタ２に入射して、Ｙ主軸６１の方向に近いが、それとは異なる方向に伝播する。角度外れがなく軸外れのある入射光線６４は、オフセットした（ずれのある）ねじれ方向の入射面７０内を伝播して、この入射面は、Ｙ主軸６１とＺ主軸６２との主軸交点２１からオフセットして、（−Ｘ，Ｙ，Ｚ）象限にオフセットした法線６６を含む。オフセットしたねじれ方向の入射面７０は、オフセットした法線６６の回りに、Ｙ−Ｚ平面に平行な向きの、オフセットした基準面（図示せず）に対して回転したものである。角度外れがなく軸外れのある入射光線６４は、第１プリズム４の斜面にある多層誘電体偏光フィルム８を、（−Ｘ，Ｙ，Ｚ）象限にオフセットした位置６５で横切る。角度外れがなく軸外れのある入射光線６４は、（−Ｘ，Ｙ，Ｚ）象限にオフセットした法線６６に対して、ビームスプリッタ２内の多層誘電体偏光フィルム８にとって最適な偏光角θに等しい角度をなす。結果的に、角度外れがなく軸外れのある入射光線６４は、ビームスプリッタで反射して完全に直線偏光した軸外れ光線６８と、ビームスプリッタで屈折して完全に直線偏光した軸外れ光線（図示せず）とに分割されて、屈折した光線は、ビームスプリッタ２を通って、入射光線６４の伝播方向に伝播し続ける。ビームスプリッタで反射して直線偏光した光線６８の電界は、オフセットしたねじれ方向の入射面７０に対して垂直に向く。
【００２０】
図３に見られるように、角度外れがなく軸外れのある入射光線６４の特定方向、及び、入射光線６４がビームスプリッタ２の第１プリズム４の斜面に当たる（−Ｘ，＋Ｙ，＋Ｚ）象限にオフセットした特定位置６５によって、ビームスプリッタで反射して直線偏光した軸外れ光線６８は、偏光変調器４０の偏光変調面４２上の、Ｚ主軸６２が変調面４２と交わる交点４３に当たる。Ｚ主軸６２は、変調面４２に法線方向に入射するように交差し、従って、変調面４２に対する法線の役割をする。ビームスプリッタで反射した軸外れ光線６８は、Ｚ主軸６２によって規定される法線に対して、０でない入射角をなして、結果的に、変調面４２で受動的に反射されて、変調器で反射した軸外れ光線１５４となって、ビームスプリッタで反射して入射する軸外れ光線６８の伝播方向及びＺ主軸６２によって規定される、変調器反射の入射面７３内を伝播する。ビームスプリッタで反射する軸外れ光線６８がビームスプリッタ２の多層フィルム８で反射する位置である、（−Ｘ，Ｙ，Ｚ）象限にオフセットした位置６５が、主軸交点位置２１に対してオフセットしていることによって、変調器反射の入射面７３は一般に、オフセットしたねじれ方向の入射面７０に平行でも垂直でもない。結果的に、オフセットしたねじれ方向の入射面７０に垂直な、ビームスプリッタで反射して直線偏光した軸外れ光線６８の電界は一般に、変調器反射の入射面７３内の成分、及び変調器反射の入射面７３に垂直な成分を共に有する。偏光変調面４２での受動的な反射時に、ビームスプリッタで反射した軸外れ光線６８の電界の、変調器反射の入射面７３に垂直な成分は、入射面７３に垂直なままである。ビームスプリッタで反射した軸外れ光線６８の電界の、変調器反射の入射面７３内に存在する成分は、変調面４２による光線６８の反射時に向きを変えられて、これにより、この電界成分は、変調器で反射した軸外れ光線７１の伝播方向に対して垂直に向く。結果的に、一般に、変調器で反射して直線偏光した軸外れ光線７１は、ビームスプリッタで反射して直線偏光した軸外れ光線６８の電界に平行ではない。直線偏光した光線が、偏光ビームスプリッタ２によって反射または透過される度合いは一般に、この光線の電界の方向、並びにこの光線の伝播方向に依存するので、ビームスプリッタで反射して直線偏光する光線６８が、変調面４２に法線方向でない方向に入射して受動的に反射することによって生じる、光線６８の電界方向の変化は一般に、光がビームスプリッタ２を透過して、投射画像内の暗画素位置に至る要因となり得るものであり、これにより、明暗コントラスト比の低下が生じ得る。
【００２１】
変調器で反射した軸外れ光線７１は、偏光ビームスプリッタ２の第１プリズム４に入射して、第１プリズム４の斜面にある多層誘電体偏光フィルム８を、（Ｘ，−Ｙ，−Ｚ）象限の位置７５で横切って、位置７５は、Ｙ主軸６１とＺ主軸６２の主軸交点２１から（Ｘ，−Ｙ，−Ｚ）象限の方向にオフセットした角度外れがなく軸外れのある非偏光光線６４が主軸６１に近い場合には、（Ｘ，−Ｙ，−Ｚ）象限の方向は一般に、（−Ｘ，Ｙ，Ｚ）象限の方向と少なくともほぼ逆方向である。変調器で反射した軸外れ光線７１が、（Ｘ，−Ｙ，−Ｚ）象限の位置７５で、（Ｘ，−Ｙ，−Ｚ）象限にオフセットした偏光フィルム８に対する法線に対してなす入射角は、ビームスプリッタ２内の多層誘電体偏光フィルム８にとって最適な偏向角θよりも大きい。オフセットした逆のねじれ方向の入射面７４は、変調器で反射した軸外れ光線７１の伝播方向、及び（Ｘ，−Ｙ，−Ｚ）象限にオフセットした法線７２によって規定される。オフセットした逆のねじれ方向の入射面７４は、（Ｘ，−Ｙ，−Ｚ）象限にオフセットした法線７２の回りに、オフセットした基準面（図示せず）に対して回転したものであり、この基準面は、Ｙ−Ｚ平面に平行に向き、オフセットした法線７２を含み、上記回転は、オフセットした逆のねじれ方向の入射面７０を（−Ｘ、Ｙ，Ｚ）象限にオフセットした法線６６の回りに回転したのとは逆の回転である。従って、オフセットした逆のねじれ方向の入射面７４、及びオフセットしたねじれ方向の入射面７０は、互いに平行ではない。部分的には、オフセットした逆のねじれ方向の入射面７４が、オフセットしたねじれ方向の入射面７０に対して逆向きに回転していることによって、部分的には、偏光変調器４０の偏光変調面４２での反射時に、変調器で反射して直線偏光した軸外れ光線７１の電界方向が、ビームスプリッタで反射した軸外れ光線６８の電界に対して変化することによって、変調器で反射した軸外れ光線７１は一般に、逆のねじれ方向の入射面７４には垂直でない。むしろ、変調器で反射した光線７１の電界は一般に、オフセットした逆のねじれ方向の入射面７４内に存在する成分、並びに入射面７４に垂直な成分とに、垂直方向に分解することができる。部分的には、オフセットした逆のねじれ方向の入射面７４が、変調器で反射して直線偏光した軸外れ光線７１の電界の成分を含むことができ、部分的には、変調器で反射された軸外れ光線７１の（Ｘ，−Ｙ，−Ｚ）象限にオフセットした法線７２に対する入射角が、偏光ビームスプリッタ２にとって最適な偏光角θに等しくないので、変調器で反射した軸外れ光線７１は、多層誘電体偏光層８によって、偏光ビームスプリッタ２の外に部分反射されるに過ぎない。漏れ光線７６は、多層誘電体偏光フィルム８を通って屈折して、偏光ビームスプリッタを出て、ディジタル画像プロジェクタの投射レンズ４６の入力ポート４４に向かって伝播する。漏れ光線７６は、部分的には投射画像の暗画素領域を照射する作用をし、従って、ディジタル画像プロジェクタの明暗コントラスト比を不所望に低下させる作用をする。
【００２２】
慣例のディジタル画像プロジェクタにおいて非偏光の照射ビームを形成する光線の方向が、ビームの開口（瞳孔）の周辺で変化するので、こうしたプロジェクタにおいて、図１〜３に関連して以上に説明した種類の偏光ビームスプリッタの慣例のマクニール型多層誘電体フィルム上に当たる照射ビームは、角度外れであると共に軸外れである入射光線を含めた、角度外れの入射光線及び軸外れの入射光線を含み、並びに、ビームスプリッタの主軸方向に伝播する入射光線を含む。こうしたビームスプリッタの偏光特性が、入射光線の方向に依存すること、及びこうしたビームスプリッタの弁別特性が、入射光線の偏光状態及び入射光線の方向に共に依存することの結果として、慣例のディジタル画像プロジェクタは、投射画像内の暗画素位置に漏れる光量を十分な程度に低減することについては難点を有していた。
【００２３】
反射型偏光変調器及び慣例のマクニール型多層誘電体フィルムの偏光ビームスプリッタを採用した従来技術のディジタル画像プロジェクタでは、投射画像内の暗画素位置に漏れる光線の強度を低減する試みがなされて来た。しかし、以下に説明するように、こうした試みは完全には成功せず、そして追加的な欠点をもたらす。
【００２４】
例えば、上述した米国特許5,777,789は、この特許のディジタル画像プロジェクタのランプと偏光ビームスプリッタの立方体との間の照射径路中に偏光フィルムを配置し、そして、偏光ビームスプリッタの立方体と投射レンズとの間に偏光フィルムを配置して、偏光制御及びコントラスト強調を行うことを開示している。しかし、こうした偏光フィルムの使用は、ディジタル画像プロジェクタの製造における追加的な経費、及びディジタル画像プロジェクタの動作における照射強度の追加的な損失をもたらす。さらに、図２及び図３に関連して以前の段落で説明したように、こうした偏光フィルムは、角度外れ光線、及び角度外れがなく軸外れのある光線からの漏れの問題を完全になくしてはいない。
【００２５】
【特許文献４】
欧州特許0 389 240 欧州で公開された特許出願0 389 240は、偏光ビームスプリッタと、プロジェクタの各液晶偏光変調器との間のビーム径路中に、四分の一波長箔を特定の向きに配置したディジタル画像投射システムを開示している。図３に示す種類の、角度外れがなく軸外れのある光線は、マクニール型ビームスプリッタの主軸方向とは一致しないがこれに近い方向に伝播して、ビームスプリッタによる反射時に直線偏光した後に、こうした四分の一波長箔を１回通過して、偏光ビームスプリッタから反射型偏光変調器へ伝播して、この偏光変調器からビームスプリッタに戻る際に、こうした四分の一波長箔を２回目に通過して、この光線は、元の非偏光光線、及び偏光ビームスプリッタの斜面の法線によって規定される入射面に垂直な方向から、変調器で反射した光線及びこれに対応する法線によって規定される入射面に対してより垂直に近い方向に回転した電界を有する。結果的な、変調器で反射した光線は、偏光ビームスプリッタによって、より全反射に近い反射をして、ビームスプリッタから出て、投射レンズの入力ポートから離れた方に向かう。
【００２６】
こうした四分の一波長箔の使用によって、ディジタル画像プロジェクタの明暗コントラスト比をある程度強調することができるが、この補正は不完全なものである。さらに、四分の一波長箔のこうした使用には、実際上の欠点が多数存在する。第１には、四分の一波長箔が、システムに含めなければならない追加的な構成要素となって、製造コスト及び部品コストの増加を意味する。この箔は、偏光ビームスプリッタ上、ビームスプリッタと反射型偏光変調器との間の空間内、あるいは反射型偏光変調器上に装着しなければならない。箔の向きが正確でなければならないので、箔の装着は困難である。箔のいかなる湾曲も、コントラストを大幅に低下させる。箔を積層させて支えとすることは、暗い視野中に明るいスポットとして現われる、積層における表面の塵埃あるいは他の傷の問題のような難点をもたらす。箔を偏光ビームスプリッタまで、あるいは偏光変調面まで積層させる場合には、いかなる誤差も、製造歩留まりの損失、あるいは再作業における追加的なコストを生じさせる。四分の一波長箔は、２つの屈折率、即ち常光線屈折率及び異常光屈折率を有する複屈折材料から作製する。これら２つの屈折率を同時に一致させることは不可能であるが、このことは、フレンネル反射をなくすために必要である。従って、箔からのフレンネル反射を完全になくすことはできず、将来の高いコントラストのシステムにおいてコントラストが制限され得る。最後に、四分の一波長箔は、対象とする全波長領域にわたる四分の一リターダー（波長版の一種）として作用しなければならず、このことは達成困難である。通常は、箔におけるいかなる分散も、箔の常光線屈折率と異常光屈折率の双方において同様であり、このため、正味のリターダンスは、波長と共に大きく変化することがない。結果として、波長の関数としての位相遅延は、波長と共に直線的に変化しやすい。この結果、コントラストは、ある中心波長では最適化されるが、その両側のスペクトルでは低下する。
【００２７】
２つのプリズム間の斜面上に配置した多層誘電体偏光フィルムを有する慣例のマクニール型偏光ビームスプリッタを採用したディジタル画像プロジェクタには、追加的な問題が生じ得る。少量の光でも、プリズム中あるいは偏光フィルム中に吸収されるので、ビームスプリッタのプリズムのガラスの大部分に応力（ストレス）が生じ得る。ビームスプリッタに外部応力が加わった場合にも、ビームスプリッタのプリズムのガラスに応力が生じ得る。プリズムのガラスにおける応力は、ガラス内に複屈折を生じさせて、この複屈折はガラス内を伝播する光の偏光状態を変化させ得る。こうした応力に誘発される偏光の変化は、暗状態中に許容外の光漏れを生じさせ得る。応力に誘発される複屈折の問題に対する１つの解決法は、小さい応力光学係数を有する光学ガラスをプリズムに使用することである。しかし、こうしたガラスは高価になりがちである。応力に誘発される複屈折の問題に対する他の可能な解決法は、液浸偏光ビームスプリッタを使用することである。液浸偏光ビームスプリッタでは、プレート（平板）に多層誘電体偏光フィルムのコーティングを付加して、このプレートを液体を満たしたタンクに浸ける。多層誘電体フィルムは一般に、誘電体フィルムの両側を、高い屈折率を有する媒体で包囲した際のみに、偏光ビームスプリッタとして機能することができる。多層誘電体フィルムにもとづくプレート型のビームスプリッタは、空中では不可能である。液浸偏光ビームスプリッタは、高屈折率の液状媒体で作製することができるが、こうしたビームスプリッタは、液体の純度を維持すること、及び液体中の温度勾配を回避することに関して、実用上の難点を有しがちである。
【００２８】
【特許文献５】
WO 01/09677
【特許文献６】
WO 00/70386 公開されている国際ＰＣＴ特許出願WO 01/09677及びWO 00/70386には、反射型偏光変調器、及び多層誘電体偏光フィルムを用いた慣例のマクニール型偏光ビームスプリッタを採用した慣例のディジタル画像プロジェクタについての特定の問題を、多層誘電体フィルム偏光ビームスプリッタを針金格子（ワイヤグリッド）偏光ビームスプリッタで代用することによって、回避することができる提案がなされている。'677（前者）のＰＣＴ出願は、針金格子偏光ビームスプリッタを用いた画像投射（プロジェクション）システムを開示している。本願の図４に、'677のＰＣＴ出願の図１Ａ及び図７に図式的に示された構成の針金格子偏光ビームスプリッタを示す。図４は、針金格子ビームスプリッタと、本願の図２に示す慣例のマクニール型多層誘電体フィルム偏光ビームスプリッタとの比較を促進するために描いたものである。
【００２９】
ここで図４を参照して説明する。針金格子ビームスプリッタ１００は複数の導電体１０２で構成され、導電体１０２は、透明格子支持板１０４の格子支持面１１２上に、互いに離間して概ね平行に伸びる。針金格子１０６を構成する導電体１０２が直線状に伸びる方向が、Ｘ座標方向を規定する。ほぼ平行な導体１０２が集合的に、針金格子１０６を規定する。プロジェクタに使用する格子の針金（ワイヤ）の間隔は一般に、プロジェクタで用いる可視光の最短波長未満であり、およそ290nmである。針金格子支持板１０４は、可視範囲の光に対して透明である。
【００３０】
図４に示すように、非偏光の主軸光線１１０は、針金格子偏光ビームスプリッタの針金格子１０６上に当たり、この主軸光線の方向がＹ軸を規定する。主軸光線１１０の、格子支持面１１２に垂直な法線１１４に対する入射角は厳密に45°である。針金格子偏光ビームスプリッタ１００は、入射する主軸光線１１０を、ビームスプリッタで反射した主軸光線１１６と、ビームスプリッタを透過する主軸光線１１８に分割して、反射主軸光線１１６はＺ座標軸方向に指向されて、透過主軸光線１１８は、ビームスプリッタ１００の針金格子１０６及び支持板１０４を通過して、Ｙ軸方向に出射する。ビームスプリッタで反射した主軸光線１１６は完全に直線偏光して、その電界方向は、針金格子１０６を構成する針金１０２の方向、即ちＸ座標方向に平行に伸びる。ビームスプリッタで反射した主軸光線１１６は、反射型液晶偏光変調器４０の偏光変調面４２に向かって伝播して、主軸交差点４３で変調面４２と交差して、法線方向に入射する。図４に示す場合には、偏光変調面４２は、ビームスプリッタで反射する主軸光線１１６を、主軸交点４３で、光線の偏光状態を変化させずに反射させて、これにより、変調器で反射した主軸光線は暗画素光線を構成する。
【００３１】
変調器で反射した主軸光線１１６は、針金格子偏光ビームスプリッタ１００に向かって逆進して、ビームスプリッタ１００の針金格子１０６に、厳密に45°の入射角で入射する。変調器で反射した主軸光線１１６は直線偏光して、その電界は、針金格子１０６の針金１０２が直線状に伸びる方向に平行であるので、変調器で反射した主軸光線１１６は、針金格子偏光ビームスプリッタで反射して、Ｙ方向に戻って、ディジタル画像プロジェクタの投射レンズ４６の入力ポート４４から逸れる。液晶偏光変調器４０が、変調器で反射した主軸光線の偏光を回転させるものとすれば、光線の回転成分は針金格子偏光ビームスプリッタをＺ座標軸方向に通過して、投射レンズ４６の入力ポート４４に入って、投射画像の光画素領域を照射することになる。
【００３２】
非偏光光線である、代表的な、主入射面軸外れ入射光線１２０は、主入射面１２１、即ちＹ−Ｚ平面内を通過して、針金格子偏光ビームスプリッタ１００の針金格子１０６上の、（Ｙ−Ｚ）方向にオフセットした位置１２３に当たり、位置１２３は、Ｙ主軸とＺ主軸の主軸交点１１１からオフセットしている。主入射面軸外れ入射光線１２０は、（Ｙ，Ｚ）方向にオフセットした針金格子１０６の法線１２２に対して、45°未満の入射角をなす。主入射面軸外れ入射光線１２０は、によって、針金格子偏光ビームスプリッタ１００によって、ビームスプリッタで反射する光線１２４とビームスプリッタを透過する光線（図示せず）に分割されて、この透過光線は針金格子偏光ビームスプリッタ１００を通過して、軸外れ光線１２０の伝播方向に進む。軸外れ光線１２０の入射角は、主軸光線１１０の入射角とは異なるが、ビームスプリッタで反射した軸外れ光線１２４は完全に直線偏光して、その電界は、偏光ビームスプリッタ１００の針金格子１０６を構成する直線状に伸びる針金１０２の方向に平行に向いて、針金１０２の方向は、Ｙ−Ｚ入射面１２１に直交するＸ座標軸方向である。
【００３３】
ビームスプリッタで反射した軸外れ光線１２４は、Ｙ−Ｚ入射内１２１内を進んで、反射型偏光変調器４０の偏光変調面４２に至る。主入射面軸外れ入射光線１２０の入射角、及び（Ｙ−Ｚ）方向にオフセットした位置１２３までのオフセット距離によって、ビームスプリッタで反射した軸外れ光線１２４は、偏光変調面４２上の主軸交点４３に当たる。偏光変調器４０の偏光変調面４２に対する法線は−Ｚ方向であり、そして、ビームスプリッタで反射した軸外れ光線１２４はＹ−Ｚ平面内を伝播するので、ビームスプリッタで反射した軸外れ光線１２４及び偏光変調面４２に対する法線によって規定される入射面５５は、Ｙ−Ｚ平面、即ち入射面４５と一致する。Ｙ−Ｚ平面に直交するＸ座標軸方向に向いた、ビームスプリッタで反射して直線偏光した軸外れ光線１２４の電界は、偏光変調器４０の偏光変調面４２によって光線が受動的に反射する際に、Ｙ−Ｚ平面に垂直なままに留まり、結果的に、偏光変調面４２で反射した軸外れ光線１２６の伝播方向に直交する、というのは、変調器で反射した軸外れ光線１２６もＹ−Ｚ平面内を伝播するからである。
【００３４】
変調器で反射した軸外れ光線１２６は、針金格子偏光ビームスプリッタ１００の針金格子１０６上に、45°より大きい入射角で入射する。変調器で反射した軸外れ光線１２６は直線偏光して、その電界は、針金格子偏光ビームスプリッタ１００の針金格子１０６を構成する直線状に伸びる針金１０２の方向に向くので、軸外れ光線１２６は針金格子１０６で全反射して、ディジタル画像プロジェクタの投射レンズ４６の入力ポート４４から逸れて入射せず、このことは、これに対応する、変調器で反射した角度外れ光線５６とは対照的であり、角度外れ光線５６は、図２に示す慣例のマクニール型偏光ビームスプリッタ２多層誘電体偏光フィルム８上に入射する。
【００３５】
次に図５を参照して説明する。非偏光の主軸外れ光線１５０が、針金格子偏光ビームスプリッタ１００の格子支持板１０４の格子支持面１１２上に装着した針金格子１０６上に入射して、その入射方向は、偏光ビームスプリッタ１００及び偏光変調器４０の主軸６１、即ちＹ座標軸に近いが、主軸６１とは異なる。比較目的のため、軸外れ入射光線１５０の方向は、図３に示す慣例のマクニール型偏光ビームスプリッタ２の第１プリズム４内を伝播する、角度外れがなく軸外れのある入射光線６４の入射方向と同一とする。軸外れ入射光線１５０は、オフセットしたねじれ方向の入射面７０内を伝播して、入射面７０は、Ｙ主軸６１とＺ主軸６２の主軸交点２１からオフセットして、（−Ｘ，Ｙ，Ｚ）象限にオフセットした法線６６を含む。オフセットしたねじれ方向の入射面７０は、オフセットした法線６６の回りに、Ｙ−Ｚ平面に平行なオフセットした基準面（図示せず）に対して回転したものである。軸外れ入射光線１５０は、針金格子偏光ビームスプリッタ１００の格子支持板１０４の格子支持面１１２上の針金格子１０６を、（−Ｘ，Ｙ，Ｚ）象限にオフセットした位置で横切る。軸外れ入射光線１５０は、（−Ｘ，Ｙ，Ｚ）象限にオフセットした法線６６に対して、厳密に45°の入射角をなす。軸外れ入射光線１５０は、針金格子１０６によって完全に直線偏光した、ビームスプリッタで反射する軸外れ光線１５２と、完全に直線偏光したビームスプリッタを透過する軸外れ光線（図示せず）とに分割されて、この透過光線は、針金格子１０６及び格子支持板１０４を通過して、入射光線１５０の伝播方向に伝播し続ける。ビームスプリッタを透過する軸外れ光線及びビームスプリッタで反射する軸外れ光線１５２のそれぞれの電界方向については、次の段落で説明する。
【００３６】
針金格子１０６の、非偏光の軸外れ光線１５０に対する偏光効果をわかりやすくする手助けとして、軸外れ入射光線１５０が、軸外れ入射光線１５０と同じ径路を伝播する２つの直線偏光した基準入射光線をランダムな係数で線形結合したものであると考え、これらの基準入射光線は互いに直交する電界を有する。
【００３７】
上記２つの直線偏光した基準入射光線の第１のものは、光線の伝播方向に直交する平面と、針金格子偏光ビームスプリッタ１００について規定されるＹ−Ｚ平面との交線の方向の電界を有するものとして規定する。結果的に、第１基準入射交線の電界は、平面波にとって必要な光線の伝播方向、及びビームスプリッタ１００の針金格子１０６を構成する針金１０２が直線状に伸びる方向であるＸ座標軸に共に直交する。第１の直線偏光した基準入射光線の電界方向の結果として、第１の基準入射光線は、偏光ビームスプリッタ１００の格子１０６上に入射する際に、透明板のみを有効なものと「見て」、ビームスプリッタ１００を透過して、透明板と空気との境界面での反射は無視できる。第１の直線偏光した基準入射光線の電界の向きは、針金格子偏光ビームスプリッタによって非偏光の軸外れ入射光線１５０から分割されて、ビームスプリッタを透過して直線偏光した軸外れ光線の電界の向きに相当する。
【００３８】
第２の直線偏光した基準入射光線の電界方向は、入射光線の伝播方向に直交し、かつ、光線の伝播方向に垂直な平面とＹ−Ｚ平面との交線に直交する方向に規定する。従って、第２の直線偏光した基準入射光線は、第１の直線偏光した基準入射光線の電界に対して垂直に指向する。第２の直線偏光した基準入射光線の電界方向の結果として、第２の基準入射光線は、ビームスプリッタ１００に入射する際に、針金格子１０６の鏡面のみを有効なものと「見て」、この鏡面で反射される。第２の直線偏光した基準入射光線のこうした有効な鏡面反射の入射面が、オフセットしたねじれ方向の入射面７０である。反射した第２の基準光線の電界は、第２の直線偏光した基準入射光線を、オフセットしたねじれ方向の入射面７０に垂直な成分と、オフセットしたねじれ方向の入射面７０内に存在する成分とに、垂直に分解することによって定まる。針金格子偏光ビームスプリッタ１００の針金格子１０６での有効な鏡面反射時に、オフセットしたねじれ方向の入射面７０に垂直な電界成分は、入射面７０に垂直な方向に留まる。オフセットしたねじれ方向の入射面７０内に存在する電界成分は、反射時に入射面７０内に留まるが、反射によって、反射光線の伝播方向に垂直な方向に向きが変わる。このように反射した第２の直線偏光した基準入射光線の電界の向きは、針金格子偏光ビームスプリッタ１００によって、非偏光の軸外れ入射光線１５０から分割された、ビームスプリッタで反射して直線偏光した軸外れ光線１５２の電界の向きに相当する。特に、ビームスプリッタで反射して直線偏光した軸外れ光線１５２は一般に、オフセットしたねじれ方向の入射面７０に垂直な成分と、オフセットしたねじれ方向の入射面７０内に存在する成分とを含み、このことは、図３に関連して説明した慣例のマクニール型偏光ビームスプリッタ２からの、ビームスプリッタで反射して直線偏光した光線６８とは対照的である。図５の針金格子ビームスプリッタ１００からの、ビームスプリッタで反射した軸外れ光線１５２、及び図３の慣例のマクニール型偏光ビームスプリッタ２からの、ビームスプリッタで反射した光線６８は共に直線偏光して、これら２つのビームスプリッタで反射した光線の電界は一般に、同一方向には向いていない。
【００３９】
図３の、角度外れがなく軸外れのある入射光線６４の場合のように、図５の非偏光の軸外れ入射光線１５０の特定の入射方向、及び、入射光線１５０が偏光ビームスプリッタ１００の針金格子１０６に当たる位置である、（−Ｘ，Ｙ，Ｚ）象限にオフセットした特定位置６５によって、ビームスプリッタで反射して直線偏光した軸外れ光線１５２が、偏光変調器４０の偏光変調面４２上の、Ｚ主軸と変調面４２の交点４３に当たる。ビームスプリッタで反射した軸外れ光線１５２は、Ｚ主軸６２によって規定される法線に対して、０でない入射角をなして、結果的に、変調面４２で受動的に反射して、変調器で反射した軸外れ光線１５４となって、ビームスプリッタで反射して入射する軸外れ光線１５２の伝播方向及びＺ主軸６２によって規定される変調器反射の入射面７３内を伝播する。ビームスプリッタで反射する軸外れ光線１５２が、ビームスプリッタ１００の針金格子１０６で反射する位置である、（−Ｘ，Ｙ，Ｚ）象限にオフセットした位置６５が、主軸交点２１に対してオフセットしていることによって、変調器反射の入射面７３は一般に、オフセットしたねじれ方向の入射面７０とは平行でも垂直でもない。結果的に、ビームスプリッタで反射して直線偏光した軸外れ光線１５２の電界は一般に、オフセットしたねじれ方向の入射面７０に垂直な成分と、入射面７０内の成分とを含むので、変調器反射の入射面７３内の成分と、変調器反射の入射面７３に垂直な成分とを有するものと考えられる。偏光変調面４２での受動的な反射時には、ビームスプリッタで反射した軸外れ光線１５２の電界の、変調器反射の入射面７３に垂直な成分は、この面に垂直なままに留まる。ビームスプリッタで反射した軸外れ光線１５２の電界の、変調器反射の入射面７３内に存在する成分は、変調面４２による受動的な反射時に向きが変わって、これにより、この電界成分は、変調器で反射した軸外れ光線１５４の伝播方向に垂直に向く。結果的に、変調器で反射して直線偏光した軸外れ光線１５４の電界は一般に、ビームスプリッタで反射して直線偏光した軸外れ光線１５２の電界と平行であるとは考えられない。直線偏光した光線が、針金格子偏光ビームスプリッタ１００によって反射または透過される度合いは一般に、光線の電界方向に依存するので、ビームスプリッタで反射する直線偏光した光線１５２が、変調面４２に法線方向でない方向に入射して受動的に反射することによって生じる、光線１５２の電界方向の変化は一般に、光がビームスプリッタ１００の針金格子１０６を透過して、投射画像内の暗画素位置に至る要因となり得るものであり、これにより、明暗コントラスト比の低下が生じ得る。
【００４０】
変調器で反射した軸外れ光線１５４は、針金格子偏光ビームスプリッタ１００まで伝播して、針金格子１０６を（Ｘ，−Ｙ，−Ｚ）象限の位置７５で横切り、位置７５は、Ｙ主軸６１とＺ主軸６２の主軸交点位置２１から（Ｘ，−Ｙ，−Ｚ）象限の方向にオフセットしている。変調器で反射して直線偏光した軸外れ光線１５４が、偏光ビームスプリッタ１００の針金格子１０６で反射して、これにより、ビームスプリッタ１００の反対側の、変調器で反射した軸外れ光線１５４が入射する方向に位置する、ディジタル画像プロジェクタの投射レンズ４６の入力ポート４４から逸れる度合いは、ビームスプリッタ１００の針金格子１０６を構成する針金１０２が伸びる方向と相対的な、変調器で反射した軸外れ光線１５４の電界方向に依存し、針金格子ビームスプリッタ１００と相対的な、軸外れ光線１５４の方向あるいは入射角には依存せず、このことは慣例のマクニール型偏光ビームスプリッタの場合と同様である。例えば、変調器反射の入射面７３内にある偏光変調器４０の偏光変調面４２上で反射することの結果として、変調器で反射した軸外れ光線１５４の電界は一般に、光線１５４の伝播方向に垂直な平面と針金格子偏光ビームスプリッタ１００について規定されるＹ−Ｚ平面との交線に沿った成分を含む。変調器で反射して直線偏光した軸外れ光線１５４のこうした電界成分は、偏光ビームスプリッタ１００の針金格子１０６を通って、ディジタル画像プロジェクタの投射レンズ４６の入力ポート４４に向かって伝播する漏れ光線１５６を生じさせる。こうした漏れ光線１５６は、投射画像の暗画素領域を部分的に照射しがちであり、これにより、ディジタル画像プロジェクタの明暗コントラスト比を不所望に低下させる作用をする。しかし、実用上は、高性能針金格子偏光ビームスプリッタの場合における、変調器で反射した軸外れ光線が照射ビームの瞳孔の周辺から漏れる暗状態の光漏れの問題は、慣例のマクニール型多層誘電体フィルム・ビームスプリッタの場合よりもずっと軽微である。
【００４１】
以上に開示した構成の、ディジタル画像投射（プロジェクション）システム用の針金格子偏光変調器には、特に高解像度画像投射システム用では、欠点があり得る。偏光ビームスプリッタの格子支持面上の針金格子偏光子は、光学的に平坦であるべきである、というのは、針金格子偏光子は、画像を歪ませることなしに、画像を表わす光ビームに作用しなければならないからである。針金格子偏光子型偏光ビームスプリッタの格子支持面を十分平坦に維持するためには、ビームスプリッタの格子支持面を厚くしなければならない。しかし、光学ガラスの厚板には、熱の影響あるいは外部から加わる応力のいずれにもよる、応力複屈折の問題がある。図４及び図５に示すような、ディジタル画像投射システム用の構成では、投射すべき画像を表わすビームは、針金格子偏光子型偏光ビームスプリッタの格子支持板を通過する必要があり、結果的に、こうしたビームには、格子支持板における応力複屈折によって生じる画像歪みの恐れがあった。これに加えて、針金格子偏光子の厚い格子支持板を、偏光ビームスプリッタとして使用する必要上、傾斜させた際には、格子支持板が、格子支持板を傾斜した角度で通過するビームに、非点収差、及びそれより軽度のコマ収差をもたらして、以上に開示したディジタル画像投射システム構成内の傾斜した格子支持板を通過するビームによって生み出されるさらなる画像歪みの恐れを生じさせる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４２】
本発明の目的は、高品位で、非常に優れた明暗コントラスト比を有するカラー画像を表示可能な画像プロジェクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４３】
この目的は、本発明の請求項１に記載の画像プロジェクタによって達成される。
【００４４】
本発明のディジタル画像プロジェクタは、白色スペクトル照射光を発生する照射光源ランプ、及びこの光源ランプが発生する照射光を受けて、こうした光から白色スペクトル照射ビームを形成する照射ビーム形成光学器を具えている。
【００４５】
本発明のディジタル画像プロジェクタは、入力の白色スペクトル照射ビームを、空間的に分離した３つの色成分照射サブ（副）ビームに分割する、色帯域（カラーバンド）分離光学器も具えている。
【００４６】
本発明のディジタル画像プロジェクタはさらに、反射型ディジタル画像符号化偏光変調機構（メカニズム）を具えて、この反射型ディジタル画像符号化偏光変調機構は、サブビームの反射時に、入射する直線偏光した色成分照射サブビームを、所望のカラーディジタル画像の対応する色成分画像に従って空間的に変調して、色成分画像に符号化された反射偏光サブビームを形成する。
【００４７】
本発明のディジタル画像プロジェクタは、所望のカラー画像を視聴するための光線を提供するカラー画像を投射する投射レンズ光学器を追加的に具えている。
【００４８】
最後に、本発明のディジタル画像プロジェクタは、平板（プレート）支持、表面実装の固定偏光軸の偏光ビームスプリッタを具えて、この偏光ビームスプリッタは、ビームスプリッタ上に入射する照射光線を、偏光状態を選択するように指向させて、暗画素の偏光状態に偏光した光線にして、前記反射型ディジタル画像符号化偏光変調機構上に入射する、ディジタル画像直線偏光した色成分照射サブビームを形成する。これに加えて、前記固定偏光軸の偏光ビームスプリッタは、前記反射型ディジタル画像符号化偏光変調機構から来る、色成分画像を符号化した反射偏光サブビームから導出されてビームスプリッタ上に入射する画像符号化偏光光線を、暗画素の偏光状態に偏光したネガティブ画像を表わす光線と、所望のカラー画像を形成するための光画素の偏光状態に偏光したカラー画像を表わす光線とに分割する。この偏光ビームスプリッタは、透明な偏光子支持板と、この偏光子支持板の光学的にほぼ平坦な外面上に実装した固定偏光軸の偏光子とを具えて、この外面が偏光子支持面を規定する。この固定偏光軸の偏光子は、前記偏光子支持面に垂直な方向の寸法が薄い。
【００４９】
本発明のディジタル画像プロジェクタの偏光ビームスプリッタについては、照射ビーム受光軸、暗画素偏光状態のビーム軸、及び光画素偏光状態のビーム軸が規定される。動作中には、ビームスプリッタ上に入射する照射光線は、照射ビーム受光軸にほぼ平行に伝播して、ビームスプリッタ上に入射する前記画像符号化偏光光線は、暗画素偏光状態の偏光ビーム軸にほぼ平行な方向に伝播して、ビームスプリッタによって前記画像符号化偏光光線から分割された、光画素偏光状態に偏光したカラー画像を表わす光線は、光画素偏光状態の偏光ビーム軸にほぼ平行な方向に伝播する。偏光子支持面の法線は、偏光子支持板の偏光子支持面から外向きに、偏光子支持面に垂直な方向に出る。
【００５０】
本発明のディジタル画像プロジェクタの固定偏光軸の偏光ビームスプリッタは、偏光子支持板の偏光子支持面上に実装した固定偏光軸の偏光子から外向きに伸びる暗画素偏光状態の偏光ビーム軸に対して配置して配向させる。偏光ビーム軸角は、暗画素偏光状態の偏光ビーム軸と偏光子支持面の法線との間の角度として定義される。偏光ビーム軸角は実際には０°より大きく、45°が最も好ましい。前記照射ビーム受光軸は、前記偏光子支持板の、前記偏光子支持面とは反対側の面から外向きに、前記暗画素偏光状態の偏光ビーム軸の方向に実質的に平行な方向に伸びる。前記光画素偏光状態の偏光ビーム軸は、前記偏光子支持板の偏光子支持面から外向きに、前記暗画素偏光状態の偏光ビーム軸、及び前記偏光子支持面の法線によって規定される入射面内に伸びて、前記偏光子支持面の法線に対して、前記偏光ビーム軸角に等しい反射角をなす。
前記固定偏光軸の偏光ビームスプリッタは、次のように適応させる。
(1) この偏光ビームスプリッタに向かって伝播する照射光線を受光する。この照射光線は、前記照射ビーム受光軸にほぼ平行に伝播して、前記透明偏光子支持板を通って、前記偏光子支持板の偏光子支持面上に実装した固定偏光軸の偏光子に至る。
(2) 前記暗画素偏光状態の光線を指向させる。これにより、前記暗画素偏光状態の光線が、前記偏光子支持面から外向き出て、前記暗画素偏光状態の偏光ビーム軸にほぼ平行に伝播する。
(3) 前記画像符号化偏光光線を受光する。前記画像符号化偏光光線は、前記暗画素偏光状態の偏光ビーム軸にほぼ平行に、前記ビームスプリッタに向かって伝播して、前記偏光子支持板は通過せずに、前記偏光子支持板の偏光子支持面上に実装した前記固定偏光軸の偏光子上に直接入射する。
(4) 前記画像符号化偏光光線を、暗画素偏光状態に偏光したネガティブ画像表現光線と、光画素偏光状態に偏光したカラー画像表現光線とに分割する。ネガティブ画像表現光線は、前記透明偏光子支持板を通って前記照射ビーム受光軸にほぼ平行に伝播して、前記偏光ビームスプリッタから離れる。カラー画像表現光線は、前記光画素偏光状態の偏光ビーム軸にほぼ平行に伝播して、前記偏光子支持板は通過せずに前記偏光子支持面から離れて、前記投射レンズ光学器によって投射される。
【００５１】
本発明のディジタル画像プロジェクタの第１の好適例では、このディジタル画像プロジェクタが、白色スペクトルの照射光を発生する照射光源ランプと、前記光源ランプが発生した照射光を受光するように配置した照射ビーム形成光学器とを具えて、この照射ビーム形成光学器は、こうした照射光から白色スペクトルの照射ビームを形成すべく適応させる。
【００５２】
ディジタル画像プロジェクタの第１の好適例はさらに、色帯域（カラーバンド）に分離したサブビームの位置掃引器組立体を具えて、このサブビーム位置掃引器組立体は、白色スペクトル照射ビームの入力用光ポート、及び位置を掃引される分離した３つ組の色成分サブビームの出力用光ポートを有する。この色帯域に分離したサブビームの位置掃引器組立体は、前記白色スペクトル照射ビームの入力用光ポートに入力される白色スペクトル照射ビームを受光して、この白色スペクトル照射ビームを、空間的に分離した３つの色成分サブビームに分割すべく適応させる。前記色帯域に分離したサブビームの位置掃引器組立体はさらに、前記各色成分サブビームの位置を、それぞれの第１限界位置と第２限界位置との間で掃引しつつ、これらのサブビームを、互いに重複（オーバラップ）しない位置関係に維持して、空間的に分離した、位置を掃引される分離した３つの色成分サブビームを形成して、これらの空間的に分離した、位置を掃引される３つのサブビームを、前記位置を掃引される分離した３つ組の色成分サブビームの出力用光ポートから投射すべく適応させる。
【００５３】
ディジタル画像プロジェクタの第１の好適例は、３つの移動画像領域の反射型ディジタル画像符号化偏光変調器も具えて、この反射型ディジタル画像符号化偏光変調器は、偏光変調器の変調面を規定する反射型偏光変調画素領域の完全に平坦な（プレーナ）アレイと、選択的にアドレス指定可能な画素アレイの偏光動作状態を選択的に設定するための画像符号化信号を受信する画像符号化信号入力ポートとを具えている。各反射型偏光変調画素領域は、当該画素領域の偏光動作状態に応じて、当該画素領域上に入射する直線偏光した光線の偏光状態を選択的に変調すべく適応させる。前記偏光変調器の変調面は、位置を掃引される全く重複しない３つの色成分の画像領域が動作中に規定されるように適応させ、各画像領域は、位置を掃引される関連する色成分サブビームによって照射される色成分照射領域に対応して、これらのサブビームは、動作中に投射されて、前記変調面上にほぼ法線方向に入射する。位置を掃引される各色成分の画像領域は、動作中に、前記変調面上を反復的に掃引するように規定され、この掃引は、位置を掃引される関連する色成分サブビームを掃引することによって、位置を掃引される他の２つの色成分の画像領域の掃引と同時に行う。前記偏光変調器は、３つの移動画像領域の色成分画像符号化信号を画像符号化信号ポートで受信して、前記位置を掃引される３つの色成分の画像領域毎に、位置を掃引される色成分の画像領域に関連する前記反射型偏光変調画素領域の偏光動作状態を選択的に迅速に設定すべく適応させて、この設定は、画像領域を前記変調面全体にわたって掃引し（移動させ）ながら前記変調面を特定の偏光動作状態にしていく方法で行い、この特定の偏光動作状態は、所望のフルカラー（全色）、フルサイズ（完全サイズ）画像中の、対応する色成分の前記移動する画像領域部分を、この移動する画像領域全体にわたって符号化する偏光状態である。これにより、前記変調面上に投射されてこの変調面全体にわたって掃引されて、変調面上の、位置を掃引される色成分の画像領域にほぼ法線方向入射してこの領域を照射する、位置を掃引される直線偏光した対応する色成分サブビームは、この画像領域でほぼ法線方向に反射されて、その偏光状態は、いかなる瞬時にも、その瞬時に所望される画像中の、対応する色成分の画像領域部分を符号化するように空間的に変調されて、これにより、掃引サイクルの１回の反復時間中に、前記変調面全体にわたる掃引が行われて、この掃引中には、前記位置を掃引される色成分サブビームが前記変調面で反射されて、その偏光状態は連続的に変調されて、所望のフルサイズ画像の対応する色成分を、画像を掃引しながら符号化するような偏光状態にされる。
【００５４】
ディジタル画像プロジェクタの第１の好適例は、投射レンズ光学器も具えて、この投射レンズ光学器は、位置を掃引される３つの色成分画像サブビームを、投射レンズの入力用光ポートで受光して、これらの位置を掃引される３つの色成分画像サブビームを、投射レンズの出力用光ポートから投射して、画像の視聴を行う。
【００５５】
最後に、本発明のディジタル画像プロジェクタの第１の好適例は、平板（プレート）支持、表面実装の固定偏光軸薄型偏光子の偏光ビームスプリッタを具えている。この偏光ビームスプリッタは、透明な偏光子支持板、及びこの偏光子支持板の光学的にほぼ平坦な外面上に実装した固定偏光軸の偏光子を具えて、この外面は偏光子支持面を規定する。この固定偏光軸の偏光子は、前記偏光子支持面に垂直な方向の寸法が薄い。この偏光ビームスプリッタについては、照射ビーム受光軸、暗画素偏光状態の偏光ビーム軸、及び光画素偏光状態の偏光ビーム軸が規定される。前記偏光子支持面の法線は、偏光子支持板の偏光子支持面から外向きに、偏光子支持面に垂直な方向に出るように規定される。暗画素偏光状態の偏光ビーム軸は、前記偏光子支持板の偏光子支持面から外向きに伸びて、その偏光ビーム軸角は、暗画素偏光状態の偏光ビーム軸と偏光支持面の法線との間の角度として定義される。この偏光ビーム軸角は実際には、０°より大きい。前記照射ビーム受光軸は、前記偏光子支持板の、前記偏光子支持面とは反対側の面から外向きに、暗画素偏光状態の偏光ビーム軸の方向にほぼ平行な方向に伸びる。前記光画素偏光状態の偏光ビーム軸は、前記偏光子支持板の偏光子支持面から外向きに伸びて、前記偏光子支持面の法線に対して、前記偏光ビーム軸角に等しい角度をなす。
前記固定偏光軸の偏光ビームスプリッタは、次のように適応させる。
(1) 空間的に分離した、位置を掃引される３つの色成分サブビームを受光する。これらのサブビームは、この偏光ビームスプリッタに向かって、前記照射ビーム受光軸にほぼ平行に伝播して、前記透明偏光子支持板を通過して、前記偏光子支持面に達する。
(2) 前記空間的に分離した、位置を掃引される３つの色成分サブビームを、前記偏光子支持面上の前記固定偏光軸の偏光子によって分割して、空間的に分離した、位置を掃引される直線偏光した暗画素偏光状態の３つの色成分サブビームにして、これらのサブビームは、前記偏光子支持面から外向きに、前記暗画素偏光状態の偏光ビーム軸にほぼ平行に伝播する。前記固定偏光軸の偏光ビームスプリッタはさらに、空間的に分離した、位置を掃引される３つの色成分の合成（コンポジット）画像サブビームを受光すべく抵抗させ、これらのサブビームは、前記ビームスプリッタに向かって、前記暗画素偏光状態の偏光軸にほぼ平行に伝播して、前記偏光子支持板は通過せずに、前記偏光子支持板の偏光子支持面上に実装した前記固定偏光軸の偏光子に直接入射する。位置を掃引される各色成分の合成画像サブビームは、色成分のネガティブ画像を表わす暗画素偏光状態に直線偏光した光線、及び所望の色成分画像を表わす光画素偏光状態に直線偏光した光線を含む。前記固定偏光軸の偏光ビームスプリッタは追加的に、位置を掃引される各色成分の合成画像サブビームを、位置を掃引される暗画素偏光状態に直線偏光した色成分ビームと、位置を掃引される光画素偏光状態に直線偏光した色成分ビームとに分割すべく適応させる。暗画素偏光状態に直線偏光したビームは、色成分のネガティブ画像を表わし、前記透明偏光子支持板を通って、前記照射ビーム受光軸にほぼ平行に伝播して、前記ビームスプリッタから離れる。前記光画素偏光状態に直線偏光したビームは、所望のカラー画像を表わし、前記偏光子支持面から外向きに、前記光画素偏光状態の偏光ビーム軸にほぼ平行に伝播して、前記偏光子支持面は通過しない。前記偏光ビームスプリッタの前記照射ビーム受光軸は実際には、前記色帯域に分離したサブビームの位置掃引器組立体の位置を掃引されるサブビームの中心軸に合わせる。前記偏光ビームスプリッタの前記暗画素偏光状態の偏光ビーム軸は実際には、前記偏光変調器の変調面に対する法線に合わせて、前記偏光ビームスプリッタの前記光画素偏光状態の偏光ビーム軸は実際には、前記投射レンズ光学器の投射レンズの入力ポート軸に合わせる。
【００５６】
本発明のディジタル画像プロジェクタの第２の好適例では、ディジタル画像プロジェクタが、白色スペクトルの照射光を発生する照射光源ランプと、前記光源ランプが発生した照射光を受光するように配置したビーム形成光学器とを具えて、このビーム形成光学器は、こうした照射光から白色スペクトルの照射ビームを形成すべく適応させる。
【００５７】
ディジタル画像プロジェクタの第２の好適例はさらに、ビーム色分割／結合プリズム組立体を具えて、このプリズム組立体は、合成（コンポジット）ビーム入力／出力用光ポート、及び三原色出力／入力用光ポートを有する。このビーム色分割／結合プリズム組立体は、前記合成ビーム入力／出力用光ポートに入射した白色スペクトルの入力ビームを受光して、この白色スペクトル入力ビームを三原色の成分の出力ビームに分割して、これらの三原色成分の出力ビームの各々を、対応する原色の出力／入力用光ポートのそれぞれから投射すべく適応させる。前記ビーム色分割／結合プリズム組立体はさらに、前記三原色の出力／入力用光ポートの対応するものに入射する、前記三原色の入力ビームの各々を受光して、これらの三原色の入力ビームを組み合わせて合成出力ビームにして、この合成出力ビームを、前記プリズム組立体の前記合成ビーム入力／出力ポートから投射すべく適応させる。
【００５８】
ディジタル画像プロジェクタの第２の好適例は、３つのディジタル画像符号化偏光変調器も具えている。これらの反射型偏光変調器の各々は、前記ビーム色分割／結合プリズム組立体の前記三原色の出力／入力用光ポートの対応するものに対面させて配置する。各反射型偏光変調器は、対応する原色の出力／入力用光ポートから前記変調器上に投射される三原色の出力ビームの偏光成分を反射させて、所望のディジタル画像の対応する三原色成分に応じて偏光状態を空間的に変調して、画像を符号化した偏光状態の原色入力反射ビームを形成して、このビームを、対応する原色の前記出力／入力ポートに指向させるべく適応させる。
【００５９】
ディジタル画像プロジェクタの第２の好適例は、投射レンズ光学器を追加的に具えて、この投射レンズ光学器は、投射レンズの入力用光ポートに入射する画像ビームを受光して、投射レンズの出力用光ポートから投射して、画像の視聴を行わせる。
【００６０】
最後に、本発明のディジタル画像プロジェクタの第２の好適例は、平板（プレート）支持、表面実装の固定偏光軸薄型偏光子の偏光ビームスプリッタを具えている。こうした偏光ビームスプリッタは、透明な偏光子支持板、及び固定偏光軸の偏光子を具えて、この偏光子は、偏光子支持面を規定する偏光子支持板の光学的に完全に平坦な外面上に実装する。この固定偏光軸の偏光子は、前記偏光子支持面に垂直な方向の寸法が薄い。この偏光ビームスプリッタについては３つの軸が規定され：即ち照射ビーム受光軸、暗画素偏光状態の偏光ビーム軸、及び光画素偏光状態の偏光ビーム軸である。前記偏光子支持面の法線は、前記偏光子支持面から外向きに、前記偏光子支持面に垂直な方向に出る。前記暗画素偏光状態の偏光ビーム軸は、前記偏光子支持板の偏光子支持面から外向きに伸びて、偏光子支持面の法線に対して、実質的に０°より大きい偏光ビーム軸角をなす。前記照射ビーム受光軸は、前記偏光子支持板の、前記偏光子支持面とは反対側の面から外向きに、前記暗画素偏光状態の偏光ビーム軸の方向にほぼ平行な方向に伸びる。前記光画素偏光状態の偏光ビーム軸は、前記偏光子支持面から外向きに伸びて、前記偏光子支持面の法線に対して、前記偏光ビーム軸角に等しい角度をなす。
この偏光ビームスプリッタは、次のように適応させる：
(1) 前記偏光ビームスプリッタに向かって伝播する照射ビームを受光する。この照射ビームは、前記照射ビーム受光軸にほぼ沿って伝播し、前記透明な偏光子支持板を通って、前記偏光子支持板の偏光子支持面上に実装した前記固定偏光軸の偏光子上に至る。
(2) 前記偏光子支持面上の固定偏光軸の偏光子によって、前記照射ビームを分割して、直線偏光した暗画素偏光状態のビームを得て、この暗画素状態のビームは、前記偏光子支持面から外向きに、前記暗画素偏光状態の偏光ビーム軸にほぼ沿って伝播する。
(3) カラーネガティブ画像を表わす暗画素偏光状態に直線偏光した光、及び所望のカラー画像を表わす光画素偏光状態に直線偏光した光を含む合成（コンポジット）画像ビームを受光する。この合成画像ビームは、ビームスプリッタに向かって、前記暗画素偏光状態の偏光ビーム軸にほぼ沿って伝播して、前記偏光子支持板は通過せずに、前記偏光子支持板の偏光子支持面上に実装した前記固定偏光軸の偏光子に直接入射する。
(4) 前記合成ビームを、カラーネガティブ画像を表わす暗画素偏光状態に直線偏光したビームと、所望のカラー画像を表わす光画素偏光状態に直線偏光したビームに分割する。前記暗画素偏光状態に直線偏光したビームは、前記透明な偏光子支持板を通って、前記照射ビーム受光軸にほぼ沿って伝播して、前記偏光ビームスプリッタから離れる。前記光げそ偏光状態に直線偏光したビームは、前記偏光子支持面から外向きに、前記光画素偏光状態の偏光ビーム軸にほぼ沿って伝播して、前記偏光子支持板は通過しない。前記偏光ビームスプリッタの前記照射ビーム受光軸は、前記照射ビーム形成光学器の照射ビーム軸にほぼ合わせる。前記偏光ビームスプリッタの前記暗画素状態の偏光ビーム軸は、前記ビーム色を分割／結合するプリズム組立体の前記合成ビーム入力／出力ポートの軸にほぼ合わせる。前記偏光ビームスプリッタの前記光画素偏光状態の偏光ビーム軸は、前記投射レンズ光学器の投射レンズ入力ポートの軸にほぼ合わせる。
【００６１】
本発明のディジタル画像プロジェクタの、平板支持、表面実装の固定偏光軸薄型偏光子の偏光ビームスプリッタは、照射ビームを受光する受光角が、0.1〜0.25、あるいはそれ以上の範囲の開口数に相当する受光角であることが好ましい。これに対応して、本発明のディジタル画像プロジェクタの照射ビーム形成光学器は、0.1〜0.25、あるいはそれ以上の開口数を有することが好ましい。本発明のディジタル画像プロジェクタの前記照射ビーム形成光学器が少なくとも0.15の開口数を有して、前記ビームスプリッタの照射ビームを受光する受光角が、少なくとも0.15の開口数に相当することがより好ましい。本発明のディジタル画像プロジェクタの前記照射ビーム形成光学器が少なくとも0.2の開口数を有して、前記偏光ビームスプリッタの照射ビームを受光する受光角が、少なくとも0.2の開口数に相当することがより好ましい。
【００６２】
前記偏光ビームスプリッタの前記偏光子支持板の偏光子支持面に対する法線と、本発明のディジタル画像プロジェクタ内の前記偏光ビームスプリッタについて規定される前記暗画素偏光状態の偏光ビーム軸との間の偏光ビーム軸角は、約20°〜約70°の範囲内にあることが好ましい。前記ディジタル画像プロジェクタにおける前記偏光ビーム軸角が約45°であることがより好ましい。
【００６３】
本発明のディジタル画像プロジェクタの前記固定偏光軸偏光ビームスプリッタの、前記偏光子支持板の偏光子支持面は、可視光で１インチ（2.54cm）当たり５波長以内の程度に平坦であることが好ましい。前記偏光子支持板の偏光子支持面は、可視光で１インチ当たり２波長以内の程度に平坦であることが最も好ましい。
【００６４】
本発明のディジタル画像プロジェクタ用の前記反射型ディジタル画像符号化偏光変調器は、反射型液晶ディスプレイ（ＲＬＣＤ：reflective liquid crystal display）で構成することが好ましく、これはシリコン上液晶（LCoS：liquid crystal on silicone）ディスプレイとも称する。
【００６５】
【非特許文献３】
Eugene Hecht："Optics"、第3版、327〜328ページ（Addison Wesley、1998年）
【非特許文献４】
G. R. Bird and M. Parrish, Jr.："J. Opt. Soc. Am."、第50巻、886〜891ページ（1960年） 前記の、平板支持、表面実装の固定片光軸薄型偏光子の偏光ビームスプリッタは、針金格子偏光子型偏光ビームスプリッタであることが好ましい。この針金格子偏光子型偏光ビームスプリッタは、透明な格子支持板及び針金格子偏光子を具えて、この針金格子偏光子は、前記格子支持板の外側の格子支持面上に実装した複数のほぼ直線状の導電体で構成する。これらの導電体は、互いに平行に伸び、かつ互いに離間して、隣接する導電体の間隔は、プロジェクタに使用する可視光の波長未満であり、およそ290nmであることが好ましい。前記格子支持板は、可視範囲にわたる光に対して透明であることが好ましい。針金格子の偏光特性については、Eugene Hecht："Optics"、第3版、327〜328ページ（Addison Wesley、1998年）、及びG. R. Bird and M. Parrish, Jr.："J. Opt. Soc. Am."、第50巻、886〜891ページ（1960年）に記載されている。本発明のディジタル画像プロジェクタの特定の好適例に概ね適した針金格子ビームスプリッタは、ユタ州オレム（Orem）市のMoxtek社から商業的に入手可能である。
【００６６】
針金格子偏光子型偏光ビームスプリッタ上に入射する非偏光光線は、２つの直線偏光した光線に分割されて、その一方は針金格子の表面で反射して、他方は針金格子を通過する。この透過光線は直線偏光して、その電界は、格子を構成する針金の方向に直交する。格子を構成する針金が直線状に伸びる方向に平行な電界成分を有する入射光線は反射して、直線偏光した反射光線を形成する。偏光軸は、針金格子の物理構造、特に格子の針金が伸びる方向によって決まる。従って、例えば、平面上に投射する際には、慣例のマクニール型多層誘電体フィルムのビームスプリッタのように、透過光の偏光ベクトルは、ビームの瞳孔の回りに回転しない。
【００６７】
本発明のディジタル画像プロジェクタ用の、平板支持、表面実装の固定偏光軸薄型偏光子の偏光ビームスプリッタの好適な代案は、平板支持、表面実装の複屈折／非複屈折交互型フィルム偏光子型偏光ビームスプリッタである。平板支持、表面実装の複屈折／非複屈折交互型フィルム偏光子型偏光ビームスプリッタは、透明なフィルム支持板、及びこのフィルム支持板の外側のフィルム支持面上に実装した複屈折／非複屈折交互型フィルム偏光子を具えている。この代案の複屈折／非複屈折交互型フィルム偏光子は、方向性複屈折材料と非複屈折材料の層とを交互に具えて、非複屈折材料の屈折率は、方向性複屈折材料の一方の屈折率にほぼ等しい。これらの材料を交互に重ねた層の屈折率は、一つの方向では一致し、これに垂直な方向では一致しないので、この一つの偏光方向の光は実際には、一様な屈折率を「見て」、多層フィルムを透過し、これに直交する偏光方向の光は、異なる屈折率の層を交互に重ねた積層を見て、反射する。こうした複屈折／非複屈折交互型フィルム偏光子は、公開されているＰＣＴ国際特許出願WO 00/70386に記載されている。複屈折／非複屈折交互型フィルムの多層の積層は、前記透明なフィルム支持板の外側のフィルム支持面上に配置することができ、このフィルム支持板を、入射ビームの軸に対して例えば45°に配向させて、偏光ビームスプリッタを形成することができる。偏光軸は、上記複屈折層の向きによって決まる。従って、針金格子偏光ビームスプリッタと同様に、こうした偏光ビームスプリッタは、慣例のマクニール型多層誘電体フィルムのビームスプリッタにおけるねじれ角の問題を回避しやすい。
【００６８】
本発明では、回折構造または複屈折構造にもとづく固定偏光軸のビームスプリッタを用いることによって、慣例のマクニール型多層誘電体フィルム型偏光ビームスプリッタの難点を回避する。こうした偏光ビームスプリッタによって、反射及び透過の偏光状態は、慣例のマクニール型偏光ビームスプリッタのように光の伝播方向には依存しない。実用上は、ねじれ角の減偏光が大幅に回避されて、コントラスト改善用の四分の一波長箔が必要なくなる。
【００６９】
本発明のディジタル画像プロジェクタでは、偏光ビームスプリッタの偏光子支持板は、プロジェクタの光学系の照射光源側にあり、偏光ビームスプリッタの偏光子支持面は、プロジェクタの光学系の反射型偏光変調器側にある。結果的に、図６に示すように、針金格子偏光ビームスプリッタ１００は、プロジェクタ光学系の照射光源側からの照射ビーム１７０が、ビームスプリッタ１００の格子支持板１０４の面１７２上に入射するように配向させて、面１７２は、格子支持板１０４の、格子１０６を実装する格子支持面１１２とは反対側にある。照射ビーム１７０が、ビームスプリッタ１００の透明な格子支持板１０４及び針金格子１０６を透過する際に、反射型偏光変調器４０は、照射ビーム１７０から導出された直線偏光ビーム１７４によって照射される。偏光変調器４０の偏光変調面４２で反射した、画像を符号化した偏光ビーム１７６は、格子支持板１０４は通過せずに、偏光ビームスプリッタ１００の格子支持板１０４上に実装した針金格子１０６上に直接入射する。針金格子１０６は、画像を符号化した偏光ビーム１７６を、暗画素偏光状態に偏光したネガティブ画像表現ビーム１８０と光画素偏光状態に偏光したカラー画像表現ビーム１７８とに分割して、ネガティブ画像表現ビーム１８０は、格子支持板１０４を通って伝播して偏光ビームスプリッタ１００から離れて、カラー画像表現ビーム１７８は、格子支持板１０４を通過せずに針金格子１０６から離れて伝播して、投射レンズ光学器（図示せず）上に至る。偏光ビームスプリッタの境界面にある針金格子１０６は、光学的に平坦であることが好ましい、というのは、針金格子１０６は画像を形成する径路中にあって、画像を符号化した光ビーム１７６に対して作用するからである。針金格子１０６を十分平坦に維持するために、格子支持板は大きな厚さを有する。上述したように、厚いガラス板には、応力による複屈折の問題が生じ得る。しかし、偏光ビームスプリッタ１００の格子支持板１０４がプロジェクタの光学系の照射光源側にあるように、偏光ビームスプリッタ１００を配向させることによって、こうした応力による複屈折は本質的に、照射ビーム１７０に影響するに過ぎず、結果的に効率の損失は無視できる。反射型偏光ビームスプリッタ４０がオフ状態である際には、偏光ビームスプリッタ１００の針金格子１０６を通過して、偏光変調器４０で反射した後に針金格子１０６に戻る直線偏光したビームの偏光状態を乱すガラスは存在しない。
【００７０】
以上で指摘したように、針金光子型偏光ビームスプリッタの比較的厚い傾斜したグリッド支持板は、格子支持板を傾斜した角度で通過するビームに、非点収差、及びこれより軽度のコマ収差をもたらし得る。しかし、図６のビームスプリッタの配向についてのこうした収差は、照射径路中にある。照射径路中には画像情報が存在しないので、照射径路中では、収差の影響はより小さい。それにもかかわらず、本発明のディジタル画像プロジェクタには、何らかの収差補償手段を設けることが好ましい。こうした補償手段は、円柱レンズまたは他の収差補償手段を、プロジェクタの照射径路中に挿入することによって設けることができる。こうした収差補償手段は、照射径路中の、光学系の瞳孔付近またはリレーレンズに含めて配置するか、さもなければ、光学系の瞳孔付近または瞳孔の中間画像の所に配置することが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７１】
以下、本発明の好適な実施例について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００７２】
ここで、図７を参照して説明する。第１実施例のディジタル画像プロジェクタ５００は、照射ビーム源組立体（アセンブリ）５０２を具えて、照射ビーム源組立体５０２は、パラボラ（放物面）形反射器５０６内に配置した高輝度ランプ５０４を具えている。照射ビーム源組立体５０２は、プロジェクタ用の非偏光、白色スペクトルの照射ビームを生成する。簡単のため、図７では、光ビームを種々のビームの中心光線のみで示し、例えば照射ビーム源組立体５０２が生成する非偏光照射ビームの中心光線５０８である。紫外、赤外、及び色補償のフィルタ（図示せず）を、照射ビームの径路中に配置して、紫外及び赤外の周波数の光をビームから除去して、ビームの周波数スペクトルに所望の色スペクトル形状を与える。
【００７３】
【特許文献７】
米国特許5,986,809 好適なディジタル画像プロジェクタ５００内で、光保存性のビーム偏光器組立体５１０を、非偏光照射ビーム５０８の径路中に配置する。ビーム偏光器組立体５１０は、広い意味では、Itoh及びHashizumeに交付された米国特許5,986,809に記載のビーム偏光器と同様であり、この特許の開示は参考文献として本明細書に含める。簡単に言えば、ビームスプリッタ偏光器組立体５１０は、ほぼ長方形の平凸レンズ素子の長方形アレイから成る第１レンズアレイ５１２を具えている。動作中には、第１レンズアレイ５１２は照射ビーム５０８を分割して、集束したサブビームの長方形アレイにする。ビーム偏光子５１０は、第１レンズアレイ５１２が生成する集束したサブビームの焦平面内に配置した、偏光ビームスプリッタ／半波長板組立体５１４も具えている。偏光ビームスプリッタ／半波長板組立体５１４は、第２レンズアレイ５１６、及び細長い偏光ビームスプリッタ・フィルムストリップ（片）５２０と細長い反射鏡ストリップ５２２とを交互にした対を複数具えている。偏光ビームスプリッタ・フィルムストリップ５２０及び反射鏡ストリップ５２２は共に、互いに平行な直線状に、照射ビームの中心光線５０８に直交する方向に伸びて、ビームの中心光線５０８に対してほぼ45°の角度に傾斜している。第２レンズアレイ５１６は、ほぼ長方形のレンズ素子の長方形アレイを具えて、これらのレンズ素子は、ビーム偏光器組立体５１０の第１レンズアレイ５１２のレンズ素子に一対一に対応する。第２レンズアレイ５１６の各レンズ素子はさらに、第１レンズアレイ５１２の対応するレンズ素子からの非偏光サブビームを、偏光ビームスプリッタ／半波長板組立体５１４の偏光ビームスプリッタ・フィルムストリップ５２０の一部の上に集束させる。偏光ビームスプリッタ・フィルムストリップ５２０は、上記非偏光サブビームを２つの直線偏光したサブビームに分割して、分割した第１のサブビームは偏光ビームスプリッタ・フィルムストリップ５２０を通過して、第２のサブビームは偏光ビームスプリッタ・フィルムストリップ５２０で反射して、隣接する反射鏡ストリップ５２２上に入射する。これらの偏光した第１及び第２サブビームは、互いに完全に直交する偏光状態を有する。反射鏡ストリップ５２２は、偏光ビームスプリッタ／半波長板組立体５１４から出る直線偏光した第２サブビームを、照射ビーム５０８のビーム軸にほぼ平行な方向に反射させるように配向させる。各偏光ビームスプリッタ・フィルムストリップ５２０に対して、細長い半波長板ストリップ５２４を位置合わせする。偏光ビームスプリッタ・フィルムストリップ５２０を通過する直線偏光した第１サブビームは、半波長板ストリップ５２４も通過する。半波長板５２４は、直線偏光した第１サブビームの偏光状態をほぼ90°だけ回転させて、反射鏡ストリップ５２２で反射して直線偏光した第２サブビームの偏光状態と完全に一致させる。これにより、ビーム偏光器組立体５１０は、非偏光の照射ビーム５０８を、非偏光の照射ビーム５０８中のいかなる特定偏光状態に対応する光も廃棄することなく、完全に１つの偏光状態を有する直線偏光したサブビームのアレイから成る直線偏光した照射ビーム５０９に効果的に変換する。
【００７４】
一般的なビーム整形／非点収差補償用の平凸レンズ５２６を、ビーム偏光器組立体５１０からの直線偏光した照射ビーム５０９の径路中に配置する。ビーム整形／非点収差補償レンズ５２６は、ビーム偏光器組立体５１０の第１レンズアレイ５１２及び第２レンズアレイ５１６と協働して、ビーム偏光器組立体５１０が生成する直線偏光したサブビームのアレイ内の種々のサブビームを集束及び合体させて、完全に四角形の断面形状を有する直線偏光した合体ビームにする。このように複数のサブビームを合体させて、直線偏光した合体照射ビームにすることによって、結果的な照射ビームが、ビームの断面領域全体にわたって一様な輝度を有しやすくなる。これに加えて、ビーム整形／非点収差補償レンズ５２６は、以下に説明する針金格子偏光ビームスプリッタ５７０の格子支持板５７２によってもたらされる非点収差を補償するくらいの度の円柱形を含むように成形し、格子支持板５７２は、ビーム整形／非点収差補償レンズ５２６から投射される直線偏光した照射ビーム５０９から導出される直線偏光した色成分サブビーム５４２Ｒ、５４２Ｇ、５４２Ｂの径路中に配向させて配置する。
【００７５】
回転プリズム位置掃引型の色帯域分離組立体５３０を、ビーム偏光器組立体５１０からの直線偏光した照射ビーム５０９の径路中に配置する。大局的には、回転プリズム位置掃引型色帯域分離組立体５３０は、ダイクロイックミラー（二色性鏡）を用いて、直線偏光した照射ビームを、平行な赤、緑、及び青の色成分サブビームに分離して、３つの正方形回転プリズムを用いて、各色成分サブビームの横方向の位置を、サブビームの伝播方向を横切るように、横方向の位置範囲全体にわたって単一方向に、反復的に掃引させながら、サブビームの伝播方向は所定方向に平行に維持し、そしてビーム位置合わせ兼リレー光学器を用いて、位置を掃引される３つの色成分サブビームを、横方向に広がる平面内で互いに平行になるように位置合わせして、各サブビームに、帯状の断面形状を与えて、この帯の横方向の幅は、隣接するサブビーム間のオーバラップ（重複）を防止するように十分狭くする。
【００７６】
【特許文献８】
米国特許5,410,370 回転プリズム位置掃引型の色帯域分離組立体５３０は大局的には、Janssenに交付されている米国特許5,410,370に開示されている回転プリズム組立体と同様であり、この特許の明細書は参考文献として本明細書に含める。図８及び図９に、代案の回転プリズム位置掃引型色帯域分離組立体５３０'を示し、色帯域分離組立体５３０'は完全に、図７に示す回転プリズム位置掃引型色帯域分離組立体５３０と機能的に等価である。以下、代案の色帯域分離組立体５３０'について詳細に説明する。図８及び図９の、代案の回転プリズム位置掃引型色帯域分離組立体５３０'と、図７の回転プリズム位置掃引型色分離組立体５３０との相違についても特記する。
【００７７】
ここで図８及び図９を参照して説明する。回転プリズム位置掃引型色帯域分離組立体５３０'は回転プリズム組立体５５０を具えて、回転プリズム組立体は、赤色成分用正方形プリズム５５２'Ｒ、緑色成分用正方形プリズム５５２'Ｇ、及び青色成分用正方形プリズム５５２'Ｂを具えている。赤色、緑色、及び青色の各色成分用正方形プリズムは、正方形の断面を有する四角形の固体である。３つの正方形プリズム５５２Ｒ、５５２Ｂ、及び５５２Ｇは、３つのプリズムの中心軸を合わせて、順に上に積み重ねていく。隣接するプリズムは互いに、中心軸の回りにほぼ30°の角度だけずれている。プリズム組立体の３つの正方形プリズム５５２'Ｒ、５５２'Ｇ、５５２'Ｂは、駆動モータ（図示せず）によって上記中心軸の回りに回転させる。
【００７８】
図９に最良に示すように、ディジタル画像プロジェクタの回転プリズム位置掃引型色帯域分離組立体５３０は、赤色反射／青緑色透過のダイクロイックミラー５３２、緑色反射／青色透過のダイクロイックミラー５３８、及びビーム転向ミラー５５４'を具えて、これらは、直線偏光した照射ビーム５０９の伝播方向に間隔を空けて配置し、そして照射ビーム５０９の伝播方向に対して厳密に45°に配向させる。赤色反射／青緑色透過ダイクロイックミラー５３２は、入射した照射ビーム５０９の赤色成分サブビーム５４０Ｒを、入射した照射ビーム５０９の伝播方向に厳密に垂直な方向に反射させて、青緑色成分サブビーム５４０ＧＢを、入射した照射ビーム５０９の伝播方向に透過させる。
【００７９】
赤色成分サブビーム５４０Ｒの径路中の、赤色反射／青緑色透過ダイクロイックミラー５３２の後方にある赤色成分用平凸レンズ５２８Ｒ、及び青緑色成分サブビーム５４０ＧＢ中の、赤色反射／青緑色透過ダイクロイックミラー５３２の後方にある、平凸レンズ５２８Ｒと全く同一の青緑色成分用平凸レンズ５２８ＧＢは、直線偏光した色成分サブビームを反射型偏光変調器上の最終的な掃引位置に集束させるためのリレー光学器である。
【００８０】
緑色反射／青色透過ダイクロイックミラー５３８は、青緑色成分サブビーム５４０ＧＢのうちの緑色成分サブビーム５４０Ｇを、青緑色成分サブビーム５４０ＧＢの入射方向に垂直な方向に反射させて、青色成分サブビーム５４０Ｂを、青緑色成分サブビーム５４０ＧＢに平行な方向に透過させる。
【００８１】
図９に示すように、赤色反射／青緑色透過ダイクロイックミラー５３２からの赤色成分サブビーム５４０Ｒは、レンズ５２８Ｒを通して、赤色成分用正方形プリズム５５２'Ｒの第１平面上に集束され、図には、回転プリズム組立体５５０の代表的な特定回転角を示す。一般に、空気中で０°でない入射角で、屈折率が空気の屈折率より大きく、かつ前面と背面が平行な透明材料の前面上に入射する光ビームは、前面への入射時に屈折して、この材料を通過する際の屈折角は、入射角よりも前面の法線に近い角度になる。この材料ブロックの背面からの出射時には、ビームが再び屈折して、出射角は元の入射角に等しくなる。その結果として、出射ビームは入射ビームに平行な方向に伝播するが、これらのビームの位置のずれ（オフセット）は、ビームがこの材料の厚さ分を、屈折角で決まる方向に進んだことによって説明がつく。従って、図８に示すように、図に示す回転プリズム組立体５５０の代表的な回転角では、入射した赤成分サブビーム５４０Ｒは、赤色成分用正方形プリズム５５２'Ｒの第１面を貫いて、プリズムの第１面に対してある屈折角でプリズム内を通過して、プリズムの反対側の面から、位置を掃引される赤色成分サブビーム５４２Ｒとして出射して、サブビーム５４２Ｒの位置は、入射した赤成分サブビーム５４０Ｒから横方向にずれている。緑色成分サブブーム５４０Ｇは、緑色反射／青色透過ダイクロイックミラー５３８で反射して、緑色成分用正方形プリズム５５２'Ｇの面上に入射する。入射した緑色成分サブビーム５４０Ｇは、図８に示すように、緑色成分用正方形プリズム５５２'Ｇの面に法線方向に入射して特定の回転角にされるので、緑色成分サブビーム５４０Ｇはプリズムを通過して、位置を掃引される緑色成分サブビーム５４２Ｇとして出射して、その中心光線は、入射した緑色成分サブブーム５４０Ｇの中心光線と一致する。青色成分サブブーム５４０Ｂは、緑色反射／青色透過ミラー５３８を透過して、ビーム転向ミラー５５４によって転向されて、青色成分用正方形プリズム５５２'Ｂの表面を貫く。図８及び図９に示す、回転プリズム組立体５５０の特定の回転角では、入射した青色成分サブビーム５４０Ｂが、青色成分用プリズムの面で屈折して、位置を掃引される青色成分サブビーム５４２Ｂとして出射して、青色成分サブビーム５４２Ｂの位置は、入射した青色成分サブビーム５４０Ｂから横方向にずれている（オフセットしている）。
【００８２】
再び図９に戻って説明する。位置を掃引される赤色成分サブビーム５４２Ｒは、赤色成分用リレーレンズ５４４Ｒを通過して、ビーム転向ミラー５５６'で反射して、緑色反射／赤色透過ダイクロイックミラー５５８に向かう。位置を掃引される赤色成分サブブーム５４２Ｒは、緑色反射／赤色透過ダイクロイックミラー５５８を通過して、赤緑色成分用量凸リレーレンズ５６０ＲＧによって集束されて、赤緑色反射／青色透過ダイクロイックミラー５６２に指向される。位置を掃引される赤色成分サブビーム５４２Ｒは、赤緑色反射／青色透過ダイクロイックミラー５６２で反射して、位置を掃引される３つのサブビーム用の平凸リレーレンズ５６６を通って指向される。位置を掃引される緑色成分サブビーム５４２Ｇは、緑色成分用平凸リレーレンズ５４４Ｇを通過して、緑色反射／赤色透過ダイクロイックミラー５５８上に入射して、ここで反射して、赤緑色成分用両凸リレーレンズ５６０ＲＧを通って、赤緑色反射／青色透過ダイクロイックミラー５６２上に入射する。位置を掃引される緑色サブビーム５４２Ｇは、赤緑色反射／青色透過ダイクロイックミラー５６２で反射して、位置を掃引される３つのサブビーム用の平凸リレーレンズ５６６を通って指向される。図９に示すように、位置を掃引される青色成分サブビーム５４２Ｂは、青色成分用平凸リレーレンズ５４４Ｂ、青色成分用両凸リレーレンズ５６０Ｂを通過して、赤緑色反射／青色透過ダイクロイックミラー５６２、及び位置を掃引される３つのサブビーム用の平凸リレーレンズ５６６を通過する。
【００８３】
図７の回転プリズム位置掃引型色帯域分離組立体５３０と、図８及び図９の回転プリズム位置掃引型色帯域分離組立体５３０'との相違に関しては、赤色、緑色、及び青色成分用の正方形プリズム５５２Ｒ、５５２Ｇ、５５２Ｂが、図７の色帯域分離組立体では横方向に離間しているのに対し、図８及び図９の色帯域分離組立体５３０'では縦方向に積み重ねている点である。
【００８４】
図７の回転プリズム位置掃引型色帯域分離組立体５３０では、位置を掃引される赤色、緑色、及び青色成分のサブビーム５４２Ｒ、５４２Ｇ、５４２Ｂが赤緑色反射／青色通過ダイクロイックミラー５６２を出る際に、互いに横方向に変位する。３つの正方形プリズム５５２Ｒ、５５２Ｇ、及び５５２Ｂが同期して、それぞれのプリズムの中心軸の回りに回転することによって、位置を掃引される赤色、緑色、及び青色サブビームの各々の横方向の位置が、横方向の第１限界位置から横方向の第２限界位置まで横方向に移動して、次に再び横方向の第１限界位置に出現する方法で、横方向の移動を繰り返す。プリズム組立体の赤色、緑色、及び青色成分用の正方形プリズム５５２Ｒ、５５２Ｇ、５５２Ｂが相対的にほぼ30°の角度だけずれている（オフセットしている）ことによって、位置を掃引される赤色、緑色、及び青色成分のサブビーム５４２Ｒ、５４２Ｇ、５４２Ｂは、プリズム組立体の回転によって発生する反復的な横方向の平行移動を行う間に常時、互いに対して横方向に変位している。上述したように、ビーム偏光器組立体５１０の第１レンズアレイ５１２及び第２レンズアレイ５１６、及びビーム整形／非点収差補償用レンズ５２６によって、赤色成分用正方形プリズム５５２Ｒから出射されて位置を掃引される赤色成分サブビームは、このサブビームの掃引方向に垂直な方向に細長く伸びた略四角形の帯状の断面形状を有する。同様に、位置を掃引される緑色成分サブビーム５４２Ｇ、及び位置を掃引される青色成分サブビーム５４２Ｂは、完全に同一な略四角形の帯状の断面形状を有する。これら３つの色成分サブビームの各々の、掃引方向の断面幅は十分狭く、複合色のサブビームの各隣接対間に非照射の横方向のギャップ（間隙）を設けて、これにより、これらのサブビームが上記平行移動サイクルで掃引される間のいかなる瞬時にも、これらのサブビームは重複（オーバラップ）しない。
【００８５】
再び図７に戻って説明する。横方向に変位した３つの、位置を掃引される赤色、緑色、及び青色成分のサブビーム５４２Ｒ、５４２Ｇ、５４２Ｂは、位置を掃引される３つのサブビーム用の平凸リレーレンズ５６６、及びトリミングシート偏光子５６８を通過して、トリミングシート偏光子５６８は、ビーム偏光器組立体５１０が生成するビームの公称的な偏光方向に平行な偏光方向に直線偏光した光を通過させるように配向させる。
【００８６】
針金格子偏光ビームスプリッタ５７０は、位置を掃引される赤色、緑色、及び青色成分のサブビーム５４２Ｒ、５４２Ｇ、及び５４２Ｂの径路中に配置する。針金格子偏光ビームスプリッタ５７０は、格子支持板５７２、及び格子支持板５７２の格子支持面５７６上に実装した針金格子５７４を具えている。格子支持板５７２の格子支持面５７６は光学的に完全に平坦である。針金格子偏光ビームスプリッタ５７０は、位置を掃引される色成分サブビーム５４２Ｒ、５４２Ｇ、５４２Ｂの伝播方向に対して厳密に45°の角度に配向させ、かつ、位置を掃引される色成分サブビーム５４２Ｒ、５４２Ｇ、及び５４２Ｂの掃引方向に対して厳密に45°の角度に配向させる。針金格子５７４の針金は、図７のページの平面に対して垂直に伸びる。支持板５７２の面５７６上にある針金格子５７４の針金は、位置を掃引される色成分照射サブビーム５４２Ｒ、５４２Ｇ、及び５４２Ｂが、平凸リレーレンズ５６６及びトリミングシート偏光子５６８から伝播して来る方とは逆の面にある。偏光ビームスプリッタ５７０上に入射する、位置を掃引される直線偏光した色成分サブビーム５４２Ｒ、５４２Ｇ、５４２Ｂの電界は、針金格子５７４の平行な針金が直線状に伸びる方向にほぼ垂直に向いて、これらのサブビームが針金格子を通過することを可能にする。
【００８７】
反射型偏光変調器５８０は、偏光変調面５８２が偏光ビームスプリッタ５７０に面するように配置する。反射型偏光変調器５７０は、偏光変調面５８２上に入射する直線偏光した光を反射させて、その偏光状態を、偏光変調器５８０に供給される画像符号化信号に応じて空間的に変調すべく適応させる。図１０に示すように、偏光変調面５８２を、位置を掃引される色成分サブビーム５４２Ｒ、５４２Ｇ、５４２Ｂで照射することによって、サブビームの断面形状の結果として、偏光変調面５８２上には、これらのサブビームに対応する色の帯５４３Ｒ、５４３Ｇ、５４３Ｂ（図１０）が生成される。Janssenに交付されている米国特許5,410,370に説明されているように、所望のカラー画像の、赤色、緑色、及び青色成分の帯部分を符号化した信号を、正方形プリズム５５２Ｒ、５５２Ｇ、５５２Ｂの回転に同期させて偏光変調器５８０に供給して、位置を掃引される色成分サブビーム５４２Ｒ、５４２Ｇ、５４２Ｂによって、赤色、緑色、及び青色の帯５４３Ｒ、５４３Ｇ、５４３Ｂを偏光変調面５８２上で掃引して、これにより、各瞬時において、各色成分サブビームが、その瞬時における所望画像の対応する色成分の帯部分に応じて、空間的に変調される。いずれの所定瞬時にも、偏光変調器５８０の偏光変調面５８２が、位置を掃引される直線偏光した色成分サブビーム５４２Ｒ，５４２Ｇ、５４２Ｂによって生成される３つの平行な赤色、緑色、及び青色の帯５４３Ｒ、５４３Ｇ，５４３Ｂのすべてによって照射されるが、図１０に示すように、いずれの帯も２つの部分に分かれることがある、というのは、これらの帯に対応する色成分サブビームが、横方向の第２限界位置５４６から横方向の第１限界位置５４８に戻るからである。偏光変調面５８２の、上記３つの帯のうちの特定のものによって照射される部分を、偏光変調器５８０に供給される画像符号化信号によって駆動して、この帯を生成する、位置を掃引される直線偏光した色成分サブビームを、最終的に所望される画像の対応する色成分の画像部分に応じて空間的に変調する。色成分の帯の各隣接対の間に非照射のギャップ５４９を設けて、偏光変調面上の画素領域を、去り行く帯の色成分画像に対応する偏光作用状態から、到来する帯の色成分画像に対応する偏光作用状態に切り換えることを可能にするための設定時間を設ける。いずれの所定色の帯も偏光変調面５８２上を掃引されるので、偏光変調器５８０は、この帯によって照射される、上記所定色に相当する色成分画像に応じて、帯領域内の画素領域に作用するように駆動する。結果的に、偏光変調器５８０は、画像符号化信号によって、単色成分専用の偏光変調器の駆動速度のおよそ３倍の速度で駆動しなければならない。
【００８８】
偏光変調面５８２上の、特定色で照射せずにおくべき投射画像内の画素位置に対応するあらゆる画素領域は、この領域上に入射する直線偏光した光の偏光状態を能動的に変化させない偏光作用状態に設定する。偏光変調面５８２上の、特定色で照射すべき投射画像内の画素位置に対応するあらゆる画素領域は、この領域上に入射する直線偏光した光の偏光状態を、所望の照射の度合いに応じて能動的に回転させた偏光作用状態にするように駆動する。偏光変調器５８０の偏光変調面５８２の一部分に入射してこの部分を照射する、位置を掃引される色成分サブビーム５４２Ｒ、５４２Ｇ、５４２Ｂは、サブビーム毎に、偏光状態を選択的に、空間的に変調されて、偏光変調面５８２で反射して、偏光ビームスプリッタ５７０に戻る。位置を掃引される各サブビーム中の、このように反射型偏光変調器５８０で反射した際に変調器によって偏光方向が変化しない成分は、直線偏光して、その電界は針金格子偏光ビームスプリッタ５７０の針金の方向に垂直に伸びて、結果的に、偏光ビームスプリッタ５７０を通過して、照射ビーム源組立体５０２に向かって戻るように伝播する。位置を掃引される各サブビーム中の、このように反射型偏光変調器５８０で反射した際に変調器によって偏光方向がある程度回転される成分は、格子の針金方向に平行に伸びる電界成分を有して、針金格子偏光ビームスプリッタ５７０によって上記回転の程度に応じて反射されて、色成分サブビーム５４２Ｒ等に対応する、位置を掃引される色成分サブビーム５９４Ｒ、５９４Ｇ、５９４Ｂを形成する。
【００８９】
投射レンズ組立体５９０は、偏光ビームスプリッタ５７０で反射した光を受光するように配置した投射レンズ入力ポート５９２を有する。トリミングシート検光子５９３は、投射レンズ入力ポート５９２と針金格子偏光ビームスプリッタ５７０との間に配置する。ビームスプリッタで反射した、位置を掃引される３つの色成分サブビーム５９４Ｒ、５９４Ｇ、５９４Ｂの各々は、所望画像の色成分を表わす光画素偏光状態に直線偏光した色成分サブビームを効果的に形成する。投射レンズ組立体５９０は、これらの光画素状態に直線偏光した３つの色成分サブビームを、表示スクリーン（図示せず）上に投射する。これら３つのサブビームの反復走査の速度は、投射画像が視聴者にとって完全なフルカラー画像に見えるように十分高くする。偏光ビームスプリッタ５７０の格子支持板５７２の格子支持面５７６を光学的に平坦にすること、及び、偏光変調面５８２からの光画素偏光状態の色成分サブビーム５９４Ｒ、５９４Ｇ、５９４Ｂが直接反射して、透明ビーム支持板５７２を通過せずに投射レンズ５９０の光入力ポート５９２に入ることを可能にするように格子支持面５７６を配向させることによって、投射画像の高い空間的解像度が保証されやすくなる。
【実施例２】
【００９０】
ここで図１１を参照して説明する。第２の好適なディジタル画像プロジェクタ４００は照射ビーム源組立体４０２を具えて、照射ビーム源組立体４０２は高輝度ランプ４０４及びパラボラ形反射器４０６を具えて、パラボラ形反射器４０６は、プロジェクタ用の非偏光白色スペクトルの照射ビーム４０８を形成する。紫外・赤外・スペクトルノッチフィルタ組立体４０７を、照射ビーム４０８の径路中に配置して、紫外及び赤外周波数の光をビームから除去して、ビームの周波数スペクトルに所望のカラースペクトル形状を与える。
【００９１】
光保存性のビーム偏光器組立体４１０を、Itoh及びHashizumeに交付されている米国特許ビーム偏光器と大局的に同様の非偏光照射ビーム４０８の径路中に配置する。ビーム偏光器組立体４１０は、ほぼ長方形の平凸レンズ素子長方形アレイから成る第１レンズアレイ４１２、及び第１レンズアレイ４１２が生成する集束したサブビームの焦平面内に配置した偏光ビームスプリッタ／半波長板組立体４１４を具えている。偏光ビームスプリッタ／半波長板組立体４１４は、第２レンズアレイ４１６、及び細長い偏光ビームスプリッタ・フィルムストリップ４２０と細長い反射鏡ストリップ４２２とを交互にした対を複数具えて、これらのストリップは、互いに平行な直線状に、照射ビームの中心光線４０８に直交する方向に伸びて、ビームの中心光線４０８に対してほぼ45°の角度に傾斜して、偏光ビームスプリッタ／半波長板組立体４１４はさらに、対応する偏光ビームスプリッタ・フィルムストリップ４２０に位置合わせした、複数の細長い半波長板ストリップ４２４を具えている。機能的に完全に同様なビーム偏光器組立体５１０の動作については、図７に関連して以上で説明している。簡単のため、この説明はここでは繰り返さない。ビーム偏光子組立体４１０は、非偏光照射ビーム４０８を直線偏光した照射ビーム４０９に変換して、直線偏光した照射ビーム４０９は、非偏光の照射ビーム４０８中のいかなる特定偏光状態に対応する光も廃棄することなく、完全に１つの偏光状態を有する直線偏光したサブビームのアレイで構成される。
【００９２】
一般的な、ビーム整形／非点収差補償用平凸レンズ４２６は、照射ビーム４０９の径路中に配置され、ビーム偏光器組立体４１０が生成する直線偏光したサブビームのアレイ内の種々のサブビームを集束及び合体させて、直線偏光した合体照射ビームにする働きをする。このように複数のサブビームを合体させて直線偏光した合体照射ビームにすることによって、結果的な照射ビームは、ビームの断面領域全体にわたって一様な輝度を有しやすくなる。これに加えて、ビーム整形／非点収差補償用レンズ４２６は、以下に説明する傾斜した格子支持板４７２によってもたらされる非点収差を補償するくらいの度の円柱形を含むように成形し、格子支持板４７２は照射ビーム４０９の径路中に配置する。
【００９３】
照射ビーム転向鏡４２１は、直線偏光した照射ビーム４０９を反射させて、プロジェクタ４００の光学的レイアウトの物理的な小型化をもたらす。平凸リレーレンズ４６６及びトリミングシート偏光子４６８は、直線偏光した照射ビーム４０９の径路中の、照射ビーム転向鏡４２１の後方に配置する。トリミング偏光子４６８は、ビーム偏光器組立体４１０が生成するビームの公称的な偏光方向に平行な偏光方向に直線偏光した光を渡すように配向させる。
【００９４】
可視スペクトル用針金格子偏光ビームスプリッタ４７０は、集束した照射ビームの径路中に、プロジェクタの主軸４３３に対して厳密に45°の角度に配置する。針金格子偏光ビームスプリッタ４７０は、格子支持板４７２、及び格子支持板４７２の格子支持面４７６上に実装した針金格子４７４を具えている。格子支持板４７２の格子支持面４７６は光学的に完全に平坦である。支持板４７２の面４７６上の針金格子４７４は、直線偏光した照射ビーム４０９がトリミングシート偏光子４６８から伝播して来る方とは逆の面にある。針金格子ビームスプリッタ４７０上に入射する直線偏光した照射ビーム４０９が直線偏光して、その電界が、偏光ビームスプリッタ４７０の針金格子４７４の針金が直線状に伸びる方向に垂直に伸びて、これにより、照射ビーム４０９が、ビームスプリッタを透過して直線偏光した照射ビーム４３４として偏光ビームスプリッタ４７０を通過するように、ビーム偏光器組立体４１０、トリミング偏光子４６８、及び針金格子偏光ビームスプリッタ４７０の針金が直線状に伸びる方向を、互いに対して配向させる。
【００９５】
ビームスプリッタを透過して直線偏光した照射ビーム４３４は、原色分割／結合プリズム組立体４３６上に入射する。原色分割／結合プリズム組立体４３６は３つのプリズムを具えて、これらのプリズムは表面上にダイクロイック・コーティングを施して、プリズム組立体４３６に入射する白色スペクトルの光を、赤色、緑色、及び青色成分のビームに分割する。こうした原色分割／結合プリズム組立体は慣例のものなので、詳細には説明しない。原色分割／結合プリズム組立体は、白色光入力／出力面４３７、赤色成分ビーム出力／入力面４３８Ｒ、緑色成分ビーム出力／入力面４３８Ｇ、及び青色成分ビーム出力／入力面４３８Ｂを有する。赤色成分ビーム出力／入力面４３８Ｒに隣接して、赤色画像成分用反射型液晶偏光変調器４４０Ｒがある。緑色画像成分用反射型液晶偏光変調器４４０Ｇ、及び青色画像成分用反射型液晶偏光変調器４４０Ｂはそれぞれ、緑色成分ビーム出力／入力面４３８Ｇ、及び青色成分ビーム出力／入力面４３８Ｂに隣接して配置する。赤色、緑色、及び青色の画像成分用反射型偏光変調器４４０Ｒ、４４０Ｇ、４４０Ｂの各々は、偏光変調器の偏光変調面上に入射する直線偏光したビームの偏光状態を、変調器に供給される所望のカラー画像のカラー画像成分を符号化したディジタル信号に応じて、画素単位のベースで、選択的に空間的に変調するように適応させる。こうした反射型液晶偏光変調器は慣例のものである。
【００９６】
対応する色の偏光変調器に供給する、所望のディジタル画像の特定の色成分を符号化したディジタル信号は、投射画像内のこの特定色で照射せずにおくべき領域に対応する偏光変調面上の画素領域が、この画素領域上に法線方向に入射するビームの偏光状態を変化させないような偏光作用状態に設定されるように符号化する。投射画像内の上記特定色の成分で照射すべき領域に対応する画素領域は、この画素領域上に入射する光の偏光状態を、この照射の度合いに応じて回転させる偏光作用状態になるように駆動する。特定の色成分の偏光変調器４４０によって選択的に空間的に偏光変調された色成分の光ビームは、反射して、原色プリズム組立体４３６の対応する色成分のビーム出力／入力面４３８に戻る。３つの色成分光ビームは、プリズム組立体４３６を通るそれぞれの光ビームの径路を戻って、結合された合成（コンポジット）光ビームとして、プリズム組立体４３６の白色光入力／出力面４３７から出射する。
【００９７】
この合成ビームは、白色光入力／出力ポート４３７から針金格子ビームスプリッタ４７０に伝播する。この合成ビーム中の、反射型偏光変調器４４０によって偏光方向が変化しない成分は、直線偏光して、その電界は針金格子偏光ビームスプリッタ４７０の針金の方向に垂直に伸びて、結果的に、偏光ビームスプリッタ４７０を通過して、照射ビーム源組立体５０２に向かって戻るように伝播する。上記合成ビーム中の、反射型偏光変調器４４０によって偏光方向がある程度回転される成分は、針金格子の針金方向に平行に伸びる電界成分を有して、針金格子偏光ビームスプリッタ４７０によって上記回転の程度に応じて反射される。針金格子偏光ビームスプリッタ４７０の面で反射した光は、ディジタル画像プロジェクタ４００の投射レンズ４５０の入力ポート４５２に進む。トリミングシート検光子フィルタ４５４を、針金格子偏光ビームスプリッタ４７０と投射レンズ４５０の入力ポート４５２との間に配置して、明暗コントラスト比を改善する。投射レンズ４５０は、原色分割／結合プリズム組立体を通って出た合成ビームの回転偏光成分によって搬送される所望の合成画像を、表示スクリーン４５６上に投射して視聴させる。偏光ビームスプリッタ４７０の格子支持板４７２の格子支持面４７６が光学的に平坦にすること、及びプリズム組立体４３６の白色光入力／出力面４３７からの光画素偏光状態の色成分サブビームが直接反射して、透明ビーム支持板４７２を通過せずに投射レンズ４５０の光入力ポート４５２に入ることを可能にするように、格子支持面４７６を配向させることによって、投射画像の高い空間的解像度が保証されやすくなる。
【００９８】
本発明は、以上で説明した特定の実施例に限定されるものではない。本発明の範囲及び教示を逸脱することなしに、本明細書で詳しく説明した発明に変更を加え得ることは明らかであり、本発明と矛盾しない他の実施例、代案、及び変形のすべてが、本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】多層誘電体偏光フィルムを用いた、慣例のマクニール型偏光ビームスプリッタの図であり、ビームスプリッタにより最適な偏光を行うための、非偏光光線の伝播方向を示す。
【図２】図１の偏光ビームスプリッタを、反射型液晶偏光変調器と、暗い画素位置に入る不所望な光漏れのある慣例のディジタル画像プロジェクタの投射レンズの光入力ポートとの間に配置した様子を簡略化して図式的に示す図であり、こうした光漏れが、非偏光光線がビームスプリッタの偏光面に最適な偏光角とは異なる角度で入射することによって生じる場合である。
【図３】図１の偏光ビームスプリッタを、反射型液晶偏光変調器と、暗い画素位置に入る不所望な光漏れのある慣例のディジタル画像プロジェクタの投射レンズの光入力ポートとの間に配置した様子を簡略化して図式的に示す図であり、こうした光漏れが、非偏光光線がビームスプリッタの偏光面に最適な偏光角で入射するが、偏光スプリッタ及び反射型偏光変調器の偏光変調面について規定した主軸に対してねじれた方向に入射することによって生じる場合である。
【図４】従来技術に開示されるように、針金格子ビームスプリッタを、反射型液晶偏光変調器と、ディジタル画像プロジェクタの投射レンズの光入力ポートとの間に配置して、これにより、投射レンズによって投射すべき所望の画像を提供する光画素偏光状態に変調したビームが、偏光ビームスプリッタの透明格子支持板を、通常の入射角から離れるように傾斜した角度で通過する様子を簡略化して図式的に示す図である。
【図５】従来技術に開示されるように、針金格子ビームスプリッタを、反射型液晶偏光変調器と、ディジタル画像プロジェクタの投射レンズの光入力ポートとの間に配置して、これにより、投射レンズによって投射すべき所望の画像を提供する光画素偏光状態に変調したビームが、偏光ビームスプリッタの透明格子支持板を、通常の入射角から離れるように傾斜した角度で通過する様子を簡略化して図式的に示す図である。
【図６】針金格子ビームスプリッタを、反射型液晶偏光変調器と、本発明による好適なディジタル画像プロジェクタの投射レンズの光入力ポートとの間に配置した様子を簡略化して図式的に示す図であり、ここでは、投射レンズによって投射すべき所望の画像を提供する光画素偏光状態に変調したビームが、針金格子偏光スプリッタの格子支持面で反射して、ビームスプリッタの格子支持板は通過しない。
【図７】本発明による好適なディジタル画像プロジェクタの光学配置を簡略化して図式的に示す図である。
【図８】図７のディジタル画像プロジェクタの第１好適例で用いる光学配置の変化において使用する回転プリズム組立体の、簡略化した図式的な側面図である。
【図９】図７のディジタル画像プロジェクタの第１好適例で用いる光学配置の変化において使用する回転プリズム組立体の、簡略化した図式的な上面図である。
【図１０】図７のディジタル画像プロジェクタの第１好適例の、反射型偏光変調器の変調面を図式的に示す図であり、赤色、緑色、及び青色成分副ビームの掃引位置と共に示す。
【図１１】本発明によるディジタル画像プロジェクタの第２好適例の光学配置を簡略化して図式的に示す図である。
【符号の説明】
【０１００】
２ マクニール型多層誘電体偏光ビームスプリッタ
４ 第１ビームスプリッタ・プリズム
６ 第２ビームスプリッタ・プリズム
８ 多層誘電体偏光フィルム
１０ 主軸入射光線
１２ 主軸屈折光線
１４ 主軸反射光線
１５ 主軸入射面
１８ 法線
１９ 主軸法線
２０ 円錐形
２１ 主軸交点位置
２２ 非偏光光線入射面
２４ 反射光線出射面
３０ 主軸外入射光線
３１ 入射点
３２ 主軸外反射光線
３３ ねじれ方向入射面
３４ 主軸外屈折光線
４０ 反射型液晶偏光変調器
４２ 偏光変調面
４３ 主軸交点
４４ 投射レンズ入力ポート
４５ 主入射面
４６ 投射レンズ
５０ 角度外れ入射光線
５１ （オフセット）位置
５２ 法線
５４ 角度外れ光線
５５ 入射面
５６ 角度外れ光線
５７ 位置
５９ 法線
６０ 光線
６１ （Ｙ）主光軸
６２ （Ｚ）主光軸
６４ 入射光線
６５ 位置
６６ 法線
６８ 軸外れ光線
７０ ねじれ方向入射面
７１ 軸外れ光線
７２ 法線
７３ 入射面
７４ 入射面
７５ 位置
７６ 漏れ光線
１００ 針金格子ビームスプリッタ
１０２ 導電体
１０４ 透明格子支持板
１０６ 針金格子
１１０ 主軸光線
１１１ 主軸交点
１１２ 格子支持面
１１４ 法線
１１６ 主軸光線（反射）
１１８ 主軸光線（透過）
１２０ 軸外れ入射光線
１２１ 主入射面
１２２ 法線
１２３ 位置
１２４ 反射光線
１２６ 軸外れ光線
１５０ 主軸外れ光線
１５２ 軸外れ光線
１５４ 軸外れ光線
１５６ 漏れ光線
１７０ 照射ビーム
１７２ 面
１７４ 直線偏光ビーム
１７６ 画像符号化偏光ビーム
１７８ カラー画像表現ビーム
１８０ ネガティブ画像表現ビーム
４００ ディジタル画像プロジェクタ
４０２ 照射ビーム源組立体
４０４ 高輝度ランプ
４０６ パラボラ形反射器
４０７ 紫外・赤外・ノッチフィルタ組立体
４０８ 照射ビーム（非偏光）
４０９ 照射ビーム（直線偏光）
４１０ 光保存性ビーム偏光器組立体
４１２ 第１レンズアレイ
４１４ 偏光ビームスプリッタ／半波長板組立体
４１６ 第２レンズアレイ
４２０ 偏光ビームスプリッタ・フィルムストリップ
４２１ 照射ビーム転向鏡
４２２ 反射鏡ストリップ
４２４ 半波長板ストリップ
４２６ ビーム整形／非点収差補償用平凸レンズ
４３３ プロジェクタ主軸
４３４ 照射ビーム（ビームスプリッタ透過、直線偏光）
４３６ 原色分割／結合プリズム組立体
４３７ 白色光入力／出力面
４３８Ｒ 赤色成分ビーム出力／入力面
４３８Ｇ 緑色成分ビーム出力／入力面
４３８Ｂ 青色成分ビーム出力／入力面
４４０Ｒ 赤色画像成分用反射型液晶偏光変調器
４４０Ｇ 緑色画像成分用反射型液晶偏光変調器
４４０Ｂ 青色画像成分用反射型液晶偏光変調器
４５０ 投射レンズ
４５２ 入力ポート
４５４ トリミングシート検光子フィルタ
４５６ 表示スクリーン
４６６ 平凸リレーレンズ
４６８ トリミング偏光子
４７０ 針金格子偏光ビームスプリッタ
４７２ 格子支持板
４７４ 針金格子
４７６ 格子支持面
５００ ディジタル画像プロジェクタ
５０２ 照射ビーム組立体
５０４ 高輝度ランプ
５０６ パラボラ形反射器
５０８ 照射ビーム（非偏光）
５０９ 照射ビーム（直線偏光）
５１０ ビーム偏光器組立体
５１２ 第１レンズアレイ
５１４ 偏光ビームスプリッタ／半波長板組立体
５１６ 第２レンズアレイ
５２０ 偏光ビームスプリッタ・フィルムストリップ
５２２ 反射鏡ストリップ
５２４ 半波長板ストリップ
５２６ ビーム整形／非点収差補償用平凸レンズ
５２８Ｒ 赤色成分用平凸レンズ
５２８ＧＢ 青緑色成分用平凸レンズ
５３０ 回転プリズム位置掃引型色帯域分離組立体
５３２ 赤色反射／青緑色透過ダイクロイックミラー
５３８ 緑色反射／青色透過ダイクロイックミラー
５４０Ｒ 赤色成分サブブーム（入射）
５４０ＧＢ 青緑色成分サブビーム（入射）
５４０Ｇ 緑色成分サブビーム（入射）
５４０Ｂ 青色成分サブビーム（入射）
５４２Ｒ 赤色成分サブビーム（位置掃引）
５４２Ｇ 緑色成分サブビーム（位置掃引）
５４２Ｂ 青色成分サブビーム（位置掃引）
５４３Ｒ、５４３Ｇ、５４３Ｂ 色の帯
５４４Ｒ 赤色成分用平凸リレーレンズ
５４４Ｇ 緑色成分用平凸リレーレンズ
５４４Ｂ 青色成分用平凸リレーレンズ
５４６ 横方向第２限界位置
５４８ 横方向第１限界位置
５４９ 非照射ギャップ
５５０ 回転プリズム組立体
５５２Ｒ 赤色成分用正方形プリズム
５５２Ｇ 緑色成分用正方形プリズム
５５２Ｂ 青色成分用正方形プリズム
５５４ ビーム転向ミラー
５５６ ビーム転向ミラー
５５８ 緑色反射／赤色透過ダイクロイックミラー
５６０ＲＧ 赤緑色成分用両凸リレーレンズ
５６０Ｂ 青色成分用両凸リレーレンズ
５６２ 赤緑色反射／青色透過ダイクロイックミラー
５６６ 平凸リレーレンズ
５６８ トリミングシート偏光子
５７０ 針金格子偏光ビームスプリッタ
５７２ 格子支持板
５７４ 針金格子
５７６ 格子支持面
５８０ 反射型偏光変調器
５８２ 偏光変調面
５９０ 投射レンズ組立体
５９２ 投射レンズ入力ポート
５９３ トリミングシート検光子
５９４Ｒ、５９４Ｇ、５９４Ｂ 色成分サブビーム（位置掃引）

Claims (1)

1. 照射光源と、偏光照射ビームを形成する照射ビーム形成光学器と、前記偏光照射ビームを変調して、画像符号化偏光サブビームを形成する画像符号化偏光変調器と、前記画像符号化偏光サブビームからの画像を投射する投射レンズ光学器とを具えた画像プロジェクタにおいて、
   前記画像プロジェクタがさらに、前記画像符号化偏光サブビームを前記照射ビームから分割する、平板支持、表面実装の偏光ビームスプリッタを具えて、前記偏光ビームスプリッタの偏光子支持板が、前記偏光ビームスプリッタの照射光源側にあることを特徴とする画像プロジェクタ。