JP2005513544A - 投射表示システム - Google Patents

Abstract

以下を有する液晶表示システム、a 第1処理経路(A)に沿って第1および第２スペクトル構成要素を方向づけ、また第2処理経路(B)に沿って第3スペクトル構成要素を方向付けるようにされた二色性鏡(2)、
b 第1および第２スペクトル構成要素をシリコン(LCoS)パネル(18,22)それぞれの上の第1および第２液晶方向に方向づけるようにし、かつ第1および第２スペクトル構成要素を調整の後、第3処理経路(C)に沿って導くように配置された第1立方体偏光線スプリッタ(4)、
c 第３構成要素を第3LCoSパネル(28)の方向に向くようにし、かつ第３構成要素を調整の後、第４処理経路(D)に沿って方向づけるようにされた第2立方体偏光線スプリッタ(6)、
d 第1および第2構成要素を方向づけ、かつ第３構成要素を第５処理経路(E)に沿って方向づけるようにされた立方体二色性光線スプリッタ(8)、ならびに
e 二色性光線スプリッタの外部出力面に配置された3つの後段側解析器(30,32,34)。

Description

本発明は投射表示システムに関するものであり、特にカラー投射表示システムに関するものである。

液晶投射表示システムはよく知られている。シリコン表示パネル(LCoS)上の液晶は3種類の異なった白色光線のスペクトル要素（赤、緑、青）を分離して変調するために使用されており、3種類の構成要素は表示スクリーン上に投影された出力光線を形成するために結合される。LCoS投射表示システムには比較的低コストで比較的高い解像性を有するという利点がある。このシステムは、大画面デスクトップコンピュータモニタ、高鮮明テレビ(HD-TV)および高解像フロントプロジェクタのような製品への使用が提案されている。

光源から３種類の異なる構成要素に白色光を分離して使用すること、また光線を表示パネルによって変調した後、再度結合して使用することについては様々なシステムが知られており、また提案されている。一例としては分離および再結合を制御するために用いられる立方体光線スプリッタおよび偏光素子がある。このようなシステムは例えば欧州特許出願 EP-A-1081964に記載されている。偏光線スプリッタは光をその分離構成要素に分離し、光線の3種類の構成要素の所望の部分を解析する。作り出されたイメージのコントラストを強調するため、板状解析器が立方体光線スプリッタ間に設置され、付随的に光線を解析し、それによってコントラストが強調される。従ってもし、配列が高輝度レベルで使用されていた場合、解析器の熱劣化や光線スプリッタ立方体の中に現れる熱誘起応力による複屈折などの問題がシステム内で生じることとなる。
欧州特許出願公開 EP-A-1081964

本発明の目的は高輝度レベルで作動することが可能な投射表示システムを提供すると同時に出力イメージを改善したコントラストを提供することである。

本発明によれば放射処理のため提供される光学装置であって：
a 第1処理経路に沿って第1および第２スペクトル構成要素を方向づけるようにし、かつ第2処理経路に沿って第3スペクトル構成要素を方向づけるようにされた放射入力手段；
b 第1スペクトル構成要素および第２スペクトル構成要素をそれらの偏光状態に依存して選択的に反射し、第1および第２スペクトル構成要素を変調のため、それぞれ第1および第２変調手段へ向かうようにし、さらに第1および第２スペクトル構成要素を変調の後、第3処理経路に沿うようにした第1偏光選択性反射手段であって、第3処理経路に沿って進行する際には第1および第２スペクトル構成要素が異なった偏光状態を有するようにされた第1偏光選択性反射手段；
c 第３構成要素をその偏光状態に依存して選択的に反射するようにし、第3構成要素を変調のために、第3放射変調手段へ向かうようにし、第３構成要素が変調後に第４処理経路に沿って方向づけられるようにした第2偏光選択性反射手段；
d 第1および第2スペクトル構成要素を異なった偏光状態にあるときに同じように処理するようにされ、第1および第２要素および第３要素を第５処理経路に沿って方向づけるようにされたスペクトル選択性反射手段；ならびに
e 第5処理経路に沿って放射を処理するようにされた放射出力手段であって、第1および第2構成要素に対して異なった偏光状態にあるときに異なる処理をするようにされたスペクトル選択性偏光感応手段を含む出力手段；
を含む装置がある。

第1および第２構成要素が異なった偏光状態にあるときに同様に処理するようにされたスペクトル選択性反射手段、また異なった偏光状態にあるときに第1および第２構成要素に対して異なる処理をするようにされたスペクトル選択性偏光感応手段を用いることによって反射要素の間での解析器の使用を回避することができる。出力解析器は装置の外部面上に設置することができるので、これによってコントラストが改善され、同時に高輝度レベルでの稼動中に生じる反射用素子間における装置の過度の放熱を回避することができる。

本発明のさらなる特徴および利点は、例として提供するにすぎない以下の本発明の好適実施例の記述、添付した図面を参照することによって明らかになるであろう。

図1には本発明の実施例に従った液晶投射表示装置を示す。本発明の実施例に従ったカラービデオ表示システムには、示してはいないが、入力光線（I）の形態で実質的に白色光を放出している放射源に沿った表示装置、また、示してはいないが、典型的には出力光線（O）を投影するための拡大出力レンズを有するようなさらに別の光学構成体、およびビデオ画像を表示するための投射スクリーンが含まれる。カラー変調装置は異なるスペクトル構成要素、典型的には赤、緑、青の構成要素である放射光線、を分離して変調するための構成体を含んでおり、各構成体が実質的に独立して可視光内の波長領域をカバーしている。

二色性鏡2の形態であるスペクトル選択性反射構成体は入力光線Iに対して45゜の角度に調整される。鏡は光線スプリッタとして働き、入力光を異なった要素に分離し、２つの直交した処理経路AおよびBに沿って進行させる。
放射光線の第1および第２構成要素は第1処理経路Aを進み、立方体偏光線スプリッタ４に入り、それによって２つの要素は分離し、次に分離変調の後、結合する。分離変調の後、２つの構成要素は第３経路Cに沿って立方体二色性光線スプリッタ８の方向に投射され、ここで２つの構成要素が透過される。

放射光の第3構成要素は第２処理経路Bに沿って立方体偏光線スプリッタ６内を進み、それによって第3構成要素は変調のため投射される。第3構成要素はその後、第4処理経路Dに沿って二色性光線スプリッタ８内に投射され、ここで第3構成要素は90゜反射され、それによって第1および第2構成要素と結合し、第5処理経路Eに沿って装置の出力経路の方向に投射される。

第1処理経路Aにおいて２つの光線構成要素には立方体光線スプリッタ４に入る前に光学的な処理がされる。偏光器10はスペクトルフィルタ処理された入力光線のうち単一の直線偏光構成要素を除く全偏光構成要素を消去する。入力光線I自身は、入力光線の偏光軸と偏光軸が平行になるように調整された偏光器10によって実質上、適切に偏光される。

スペクトル選択性阻止板12は第1処理経路Aを進む２構成要素のうちの一方について偏光状態を選択的に回転させるため使用される。阻止板12はコロラド州BoulderにあるColorLink Inc社から入手できるタイプのものでもよい。

光線構成要素のうちのひとつの選択的阻止の結果、構成要素のひとつが偏光線スプリッタ４によって反射され、一方、他の構成要素は偏光状態の差異に基づいて透過される。

第1スペクトル構成要素は第1分離処理経路Fに沿って、光線構成要素を画像信号の適切な部分を有するように変調する構成体の方向に進行する。第1構成要素は、バンドパスフィルタ14、四分波板16の形状の傾斜角度補正器、および画像信号の第1色構成要素と一致した反射における第1構成要素の異なる部分での偏光状態を選択的に変調するシリコン(LCoS)光調整パネル18上の液晶を使って処理される。選択された所望の、LCoSパネル18表面に渡って分布する構成要素光線の部分は反射に対して90゜回転した偏光状態を有する一方、残りの部分は反射の影響を受けないままの状態にある。所望の部分は偏光線スプリッタCを介して透過され、一方、非所望の部分は入力光源に対して後方に反射される。従って偏光線スプリッタ4はLCoSパネル18による変調に従う第1構成要素光線に対して第1段階の解析器として機能する。偏光線スプリッタ４はLCoSパネル18およびそれと関連する薄層構成体14、16それぞれに直に隣接するように設置されており、第1解析段階の間、比較的高いコントラストを得ることができる。

偏光線スプリッタ4を介して透過される第2放射構成要素は第2分離処理経路Gに沿って進行し、別々に変調される。四分波板形状の傾斜角度補正器20は、光線がLCoSパネル22に到達し、そこで光線が第2色構成要素の画像信号に一致した偏光に変調される前に光線を処理する。LCoSパネル22からの反射の際、LCoSパネル22で90゜回転された所望の光線部分は偏光線スプリッタ4によって反射され、第3処理経路Cに沿った第1光線構成要素の所望の部分と結合する。再度、偏光線スプリッタ4は第2光線構成要素に対して第1段階の解析器として機能する。しかしながら、偏光線スプリッタ４は反射によって第2構成要素を解析処理するため、第2構成要素の解析は第1構成要素の解析に比べて十分ではなく、偏光線スプリッタ4を介した透過が解析される。

バンドパスフィルタ14は第1光線構成要素をスペクトル的に高純度化するために使用され、第1分離処理経路F内に設けられるが、一方、このようなバンドパスフィルタは、第2構成要素の処理には一切設けられない。これは、スペクトル選択性阻止板12とスペクトル分離を組み合わせるために使用される偏光線スプリッタ4の偏光選択性効果が反射の場合よりも透過においてより効率的なためである。

第2偏光線スプリッタ6はLCoSパネル28およびそれと結びつく薄層構成体26に直に隣接するように設置されているため、第2偏光線スプリッタ6は反射された光線の第1段階の解析として働き、それによって第4処理経路Dに沿うように方向づけられた光線において相対的に高いコントラストを得ることができる。

偏光器24は第3放射構成要素が第2偏光線スプリッタ6に入る前の段階で偏光されるように、第2処理経路B内に設置される。再度、入力光線Iの偏光状態は偏光器24の偏光軸に対して平行になるように適正に直線偏光される。第2構成要素は、変調のため第3分離処理経路Hに沿って導かれ、偏光線スプリッタ6内で90゜反射される。

四分波阻止器26の形状の傾斜角度補正器は第3構成要素が第3LCoSパネル28に到達し、そこで光線の所望の部分の偏光状態を選択的に90゜回転するように変調される前に、第3構成要素を処理する。反射の際、第3構成要素の所望の部分は偏光線スプリッタ6を介して透過し、二色性光線スプリッタ8の反射界面から反射される。従って第1、第2、および第3構成要素光線のうち所望の部分が結合され、第5処理経路Eに沿うように方向づけられる。この時点において第1および第2構成要素は直交偏光されており、一方、第1および第3構成要素は平行偏光状態を示している。しかしながら第1、第2および第3構成要素のうち非所望の部分は、二つの光線スプリッタ4、6おのおのの不十分な解析性能のため、この段階では残っている。特に、第2構成要素光線の所望の要素が反射した際における光線スプリッタ4の解析性能は、第1光線構成要素および第2光線構成要素の所望の部分それぞれが透過した際における二つの解析器4、6の性能に比べて不十分である。

三つの分離した後段側解析器30、32、34によって、別の解析段階が装置の出力部分に設けられる。各解析器はスペクトル選択性偏光板の形態となっている。第1解析器30は第2光構成要素の波長範囲に対応したスペクトルの部分に選択的に作用し、第2解析器32は第1構成要素の波長範囲に対応したスペクトル範囲において作用し、第3解析器34は第3構成要素の波長範囲に対応したスペクトル範囲において作用する。なお解析器30、32、34は別の順番でも調整できることに留意する必要がある。

第1および第2構成要素の所望の部分は第5処理経路Eに沿って出力される際には直交偏光されており、第1解析器30および第2解析器32は直交するよう調整された偏光軸を有しているため、第1出力解析器30は第2構成要素の所望の部分と平行な偏光軸を有し、第2出力解析器32は第1構成要素の所望の部分における偏光状態と並行する偏光軸を有することとなる。さらに第3出力解析器34は第3構成要素の所望の部分における偏光状態と平行になり、さらに第2出力解析器32の偏光軸と並行となるように調整された偏光軸を有する。

従って出力光線Oにおいて装置から新しく生じた放射は、三つの分離したスペクトル選択性解析器30、32、34によって供される第2段階の解析を受ける。

ここで出力光線Oにおいて光線の異なる構成要素の偏光状態は異なることに留意する必要がある。一実施例においては、投影装置の出力部分において、例えば投影レンズなどの別の構成体が、全スペクトルに渡って同様に作用するひとつあるいは二以上の付随的な偏光構成体を含んでいる。この実施例においては三つの構成要素すべての偏光方向は、第2光線構成要素が三つの解析器30、32、34を通った後、これらを選択的に90度回転させるための別のスペクトル選択性阻止板を追加することによって、そのような付随的な偏光構成体に到達する前に、平行にされる。

図2には本発明の別の実施例を示す。本実施例においては、出力解析器30、32、34の他は図1に示した構成体と同様の調整が用いられている。図2においては共通構成体に対して同じ参照番号が使用されており、その表記は簡略のため繰り返さない。三つの出力解析器30、32、34の配置において、別の偏光感応段階の処理が二つの処理構成体36、38によって提供される。スペクトル選択性阻止板36は第2構成要素の偏光状態を選択的に回転させ、その結果、第2構成要素のうちの所望の部分は第1および第3構成要素の所望の部分の偏光状態と平行な偏光状態を有することになる。その後、第1、第2および第3構成要素によってカバーされた全スペクトル領域に渡って作用を及ぼす解析板38が、第1、第2および第3構成要素をまとめて解析し、このようにして第2解析段階が提供されるため、これによって出力光線Oにおけるコントラストが改良される。本実施例の利点は、出力光線が同じ偏光状態にある三つ全ての構成要素を有し、その結果、もし、別の偏光構成体が装置の残りの部分に使用されても、三つのすべての構成要素をその後、同様に処理しうることにある。

三つの立方体光線スプリッタ4、6、8は好ましくはガラス立方体構成体の形に具体化される。図1および2に示す残りの構成体は薄層構成体である。構成体のすべては図に示した配置に接着剤を用いて結合されている。特に、三つの立方体光線スプリッタ4、6、8はすべて単一状のブロックとなるようにいっしょに結合され、各々のLCoSパネルおよびそれと関連する薄層構成体は立方体光線スプリッタの適切な面に設置するよう結合されている。いかなる空隙、追加的な薄層状膜その他の構成体も三つの立方体構成スプリッタ4、6、8の間に配置されていない。光線スプリッタの単一状のブロックはLCoSパネルを載せて使用できる硬くて安定な筐体を提供し、それによってパネルより提供される画像の収束度を改良することができる。立方体光線スプリッタ間における解析器の配置を避けることによって、またその代わりに光線スプリッタ配置の外面に解析器を設置することによって、解析器を容易に空冷することが可能となり、高い輝度レベルでも解析器を劣化させずに装置を作動させることができる。さらに熱誘起応力による複屈折を低減させることができる。

記述の各実施例において第2段階での解析は偏光感応構成体を含む複数の薄層構成体によって提供される。一実施例においては偏光感応構成体はスペクトル感応阻止板である。この点において「偏光感応」という語句は、提供装置内に配置された際、偏光に基づいたフィルタ処理や偏光回転の両方を含んだ、光線の偏光状態に対して所望の効果を有する、全タイプの構成体を含むことを意図するものである。

ここで「立方体光線スプリッタ」という語句は等しい長さの側面を有する立方体に限定することを意図するものではなく、特に必要な場合、特にLCoSパネル自身が長方形の場合などには側面が等しくない長さを有することもありうる。

上記実施例は本発明の図面の例示により理解される。本発明の別の実施が類推される。ひとつの実施例に関連し記述された他の特徴は別の実施例にもまた使用することができ得ることが理解される。さらに上記に記述されていない等価型および修正型もまた、添付したクレームに定義されているように、本発明の範囲から逸脱しないで採用することができる。

本発明の一実施例に従った液晶投射表示装置の断面図である。 本発明の別の実施例に従った液晶投射表示装置の断面図である。

Claims (13)

1. 放射を処理するための光学装置であって：
   a 第1および第2スペクトル構成要素を第1処理経路に沿って方向づけ、かつ第3スペクトル構成要素を第2処理経路に沿って方向づけるようにされた放射入力手段；
   b 前記第1スペクトル構成要素および前記第2スペクトル構成要素をそれらの偏光状態に依存して選択的に反射し、前記第1および第2構成要素を変調のため第1および第2放射調整手段に向かってそれぞれ方向づけ、さらに前記第1および第2構成要素を変調の後、第3処理経路に沿って方向づけるようにした第1偏光選択性反射手段であって、
   前記第3処理経路に沿って進行する際、前記第1および第2構成要素が異なる偏光状態を有する、第1偏光選択性反射手段；
   c 第3構成要素をその偏光状態に依存して選択的に反射するようにし、前記第3構成要素を変調のため第3放射変調手段に向かって方向づけ、さらに第3構成要素を変調の後、第4処理経路に沿って方向づけるようにされた第2偏光選択性反射手段；
   d 前記第1および第2スペクトル構成要素を異なった偏光状態にあるときに同様に処理するようにされ、かつ前記第1および第2構成要素および前記第3構成要素を第5処理経路に沿って方向づけるようにされたスペクトル選択性反射手段；ならびに
   e 前記第5処理経路に沿って放射を処理するようにされた放射出力手段であって、前記第1および第2構成要素に対して異なった偏光状態にあるときに異なる処理をするようにされたスペクトル選択性偏光感応手段を有する出力手段；
   を含む光学装置。
2. 前記偏光感応手段が第2構成要素の偏光状態に対して平行となるようにされた偏光軸を有する第1スペクトル選択性解析器を含む請求項1に記載の光学装置。
3. 前記偏光感応手段が、第1構成要素の偏光状態に対して平行となるようにされ、また第1解析器の前記偏光軸と直交するようにされた偏光軸を有する第2スペクトル選択性解析器を含む請求項2に記載の光学装置。
4. 前記偏光感応手段が、第3構成要素の偏光状態に対して平行となるように、また第1解析器の前記偏光軸と直交するようにされた偏光軸を有するように調整された偏光軸を有する第3スペクトル選択性解析器を含む請求項3に記載の光学装置。
   
5. 前記偏光感応手段がスペクトル選択性偏光回転構成体を含む請求項1に記載の光学装置。
6. 前記偏光感応手段が前記第1、第2および第3構成要素が同様の偏光状態にあるときに同様に処理するようにされた解析器を含む請求項5に記載の光学装置。
7. 選択的反射によって、第1および第2スペクトル構成要素を第1処理経路に沿って導くようにし、また第3スペクトル構成要素をその選択反射によって第2処理経路に沿って方向づけるようにされた選択的反射手段を有する前記入力手段を含む上記請求項のいずれかに記載の光学装置。
8. 当該装置がさらに第1および第2構成要素以外と関連する前記第1および第2構成要素のうちひとつの回転のためのスペクトル選択性偏光回転手段を有し、前期第1処理経路内において直交偏光状態にある前記第1および第2構成要素を提供するようにされた上記請求項のいずれかに記載の光学装置。
9. 前記第1および/又は前記第2偏光選択性反射手段が立方体偏光光線スプリッタを有する上記請求項のいずれかに記載の光学装置。
10. スペクトル選択性反射手段が立方体二色性光線スプリッタを有する上記請求項のいずれかに記載の光学装置。
11. 前記立方体光線スプリッタが単一状の構成体を形成するようにいっしょに合わされた請求項9および10に記載の光学装置。
12. 前記立方体光線スプリッタが前記立方体光線スプリッタの間になんの解析器構成体もないようにされた請求項9、10および11に記載の光学装置。
13. 放射を処理するための光学装置であって：
    a 第1および第2スペクトル構成要素を第1処理経路に沿って方向づけ、かつ第3スペクトル構成要素を第2処理経路に沿って方向づけるようにされた放射入力手装置；
    b 第1スペクトル構成要素および第2スペクトル構成要素をそれらの偏光状態に依存して選択的に反射し、前記第1および第2構成要素を変調のため第1および第2放射調整装置に向かってそれぞれを方向づけ、さらに前記第1および第2構成要素を変調の後、第3処理経路に沿って方向づけるようにした第1偏光選択性反射構成体であって、前記第3処理経路に沿って進行する際、前記第1および第2構成要素が異なる偏光状態を有する、第1偏光選択性反射構成体；
    c 第3構成要素をその偏光状態に依存して選択的に反射するようにし、
    前記第3構成要素を変調のため第3放射調整手段に向かって方向づけ、
    さらに第3構成要素を変調の後、第4処理経路に沿って方向づけるようにされた第2偏光選択性反射構成体；
    d 前記第1および第2スペクトル構成要素を異なった偏光状態にあるときに同様に処理するようにされ、かつ前記第1および第2構成要素および前記第3構成要素を第5処理経路に沿って方向づけられたスペクトル選択性反射構成体；ならびに
    e 前記第5処理経路に沿って放射を処理するようにされた放射出力装置であって、前記第1および第2構成要素に対して異なった偏光状態にあるときに異なる処理をするようにされたスペクトル選択性偏光感応構成体を含む出力装置；
    を含む光学装置。

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