JP2007272231A - プロジェクションシステムおよびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プロジェクションデバイスの光学的設計を、望まれている程度に費用効率が高くする。
【解決手段】光エンジンは、照明源から偏光されていない光を受け取り、偏光されていない光を集光したビームを出力するように構成されているコンデンサを備えることができる。コンデンサに下流側に配置された偏光組立体は、偏光されていない光を集光したビームを受け取り、実質的に偏光された光を出力するように構成されうる。 偏光された光は、透過型液晶ディスプレイパネルへ伝搬され、透過型液晶ディスプレイパネルは、実質的に偏光された光を受け取り、ビデオ画像を伝達するようになっている。
【選択図】図１

Description

一または複数の観客に対して静止画および／または動画を提供するために、プロジェクションデバイスを用いることができる。プロジェクションデバイスは、さまざまな異なる用途に適応させるよう、いろいろに構成されうる。たとえば、一部のプロジェクションデバイスは、優れたコントラストおよび色精度を備えた非常に明るい解像度の高い像を提供するように設計されている。また、一部のプロジェクションデバイスは、容易に輸送することができる比較的小さな軽量のデバイスになるように設計されている。用途に応じて、プロジェクションデバイスには、コスト、画質、装置の携帯性、エネルギー効率、装置寿命、製造の容易性および／または他の要因を所望に組み合わせたものを提供するように巧みに画策された光学設計を組み込むことができる。

本明細書の発明者は、公知となっているプロジェクションデバイスの光学的設計が、望まれている程度に費用効率の高いものではないし、および／または、所望の装置寿命を有しているものでもないと考えている。

これらおよび他の問題は、主要コンデンサの下流に位置した偏光組立体を備えているプロジェクションデバイス、および／または、各液晶表示パネルに対してインプット偏光器を備えていないプロジェクションデバイスにより解決に向けて取り組まれることが可能である。

図１には、さまざまな異なる構成を有しているプロジェクションデバイスにおいて用いられうる光学エンジン１０が示されている。光学エンジン１０は、高輝度ランプモジュールの形態を有する発光源１２を備えている。さまざまな異なるタイプの発光源を用いても良い。この例に限定されるわけではないが、発光源は、ハロゲンランプ、アークランプ、メタルハライドランプ、ＵＨＰ（超高性能）ランプ、ＵＨＥ（超高効率）ランプおよび／または他の適切な発光デバイスを含むことができる。発光源からの光は偏光されていなくとも良い。発光源は一または複数のレンズを有することができる。

発光源１２からの光は、一または複数のインテグレータ１４に搬送されうる。これらのインテグレータは、照明をインテグレータの下流側にほぼ均等に搬送するように、その光を調整することができる。光は、インテグレータからコンデンサ１６（たとえば、主要コンデンサレンズ）へ搬送されうる。コンデンサは、一または複数の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル１８に光を集光させることができる。

さまざまな異なる構成を有するＬＣＤパネルをプロジェクションデバイスにおいて用いることができる。この例に限定されるわけではないが、図１には透過型ＬＣＤパネルが示されている。透過型ＬＣＤは、バックライト（たとえば、発光源１２）により後側から照射され、バックライトの反対側から見られるようになっている。透過型ＬＣＤパネルの個々のピクセルは極性を変更し、それにより、アナライザの光吸収を増減させるようになっている。これにより、光が変調され、閲覧スクリーンに投影される画像が作成される。

それとは異なり、シリコン上に形成された液晶（ＬＣｏＳ（登録商標））の如き反射型ＬＣＤテクノロジは、ＬＣＤパネルを通過するのではなく、ＬＣＤパネルにより反射された光を用いて画像を形成するようになっている。ＬＣｏＳでは、液晶は、高度の反射特性を持たせるようにアルミニウムで処理された層で被膜されているシリコンチップの表面に対して直接塗布される。そのあと、光は、ＬＣｏＳの分極状態に応じて、投影レンズに向けて選択的に伝搬しうる。 これにより、光が変調され、画像が作成される。

図１に示されているように、ＬＣＤ光学エンジンは、映像信号の赤色成分、緑色成分および青色成分に対してそれぞれ一個ずつの３枚の別個の透過型ＬＣＤパネルを備えうる。光がＬＣＤパネルを通過するにつれて、ＬＣＤパネルの個々のピクセルの分極が変更され、光が変調される。これにより、光が変調され、スクリーンに投影される画像が作成される。

ＬＣＤパネルは、偏光されている光により動作するように設計されても良い。ほとんどの構成では、発光源１２の如きある発光源から来る光は偏光されない。さらに、インテグレータおよび／またはコンデンサは、偏光されていない光を、偏光することなく通過させうる。そのような状況では、ＬＣＤパネルに到達する光が適切に偏光されているように、一または複数の偏光器がＬＣＤパネルの上流側に設けられうる。偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２０は、偏光器の例示的な実施例である。

光学エンジンは、光源からの白色光をさまざまな波長を有する複数のビームへと分離するための構成を備えることができる。たとえば、光学エンジンは、分離して得られる赤色光、青色光および緑色光を３つの異なるＬＣＤパネルに向けて案内すべく用いうる１組のダイクロイックフィルタ（ｄｉｃｈｒｏｉｃ ｆｉｌｔｅｒ）２２を備えることができる。ダイクロイックフィルタおよび／もしくは他の光学部品が分極を減少させることができるし、ならびに／または、上流側の偏光器が光源からの光を完全に偏光しえない。したがって、ＬＣＤパネルのために光に適当な状態にするために、インプット偏光器２３またはクリーンアップ偏光器２３を各ＬＣＤパネルの上流側で用いることができる。

各ＬＣＤパネルの下流側には、アナライザ２４を設けることができる。アナライザを、伝搬軸に対して平行でない光を吸収するように構成することができる。ついで、各カラーチャネルからの光を、コンバイナ２６により結合し、適切な投影光学機器を通じて投影スクリーンに向けて案内することができる。

光学エンジン１０は、赤色ＬＣＤパネル、緑色ＬＣＤパネルおよび青色ＬＣＤパネルの各々に対して一つずつ合計３つのインプット偏光器２３を備えている。公知のインプット偏光器は、高価なものとなりえ、また、適切に動作させおよび／または受け入れ可能な動作寿命を維持させるために冷却することが必要となりうる。また、ＰＢＳも、比較的高価なものとなりえ、および／または、冷却が必要となりうる。画質および／または他の要因によって、一部の用途については、光学エンジン１０に関するコストおよび／または他の問題が正当化されうる。しかしながら、一部の用途については、より安価であり、小型であり、冷却運転され、および／または、長寿命の光学エンジンが適切な場合もある。

図２には、上記の問題のうちの少なくとも一部を解決すべく取り組むように設計されている光学エンジン５０の１つのカラーチャネルが概略的に示されている。いうまでもなく、個別の赤色カラーチャネル、緑色カラーチャネルおよび青色カラーチャネルの如き２つ以上のカラーチャネルを光学エンジンにおいて用いることができ、また、図示されているカラーチャネルは、分かり易いように他のカラーチャネルとは独立して概略的に示されている。図示されている光学エンジン５０のカラーチャネルは、光学エンジン１０に関連して先に記載された構成と同様に、光源５２（レンズ５２ａを備えている）と、インテグレータ５４と、コンデンサ５６と、ＬＣＤパネル５８と、アナライザ６０とを備えている。しかしながら、光学エンジン１０とは異なり、光学エンジン５０は、コンデンサの上流側にＰＢＳを備えてもいないし、または、各ＬＣＤパネルの上流側にインプット偏光器を備えてもいない。代わりに、光学エンジン５０は、コンデンサ５６の下流側に偏光組立体６２（概略的に図示されている）を備えている。さらに、図示されているカラーチャネルについては、光学エンジン５０は、偏光組立体６２の下流側にインプット偏光器を備えていない。

以上のような構成により、ＰＢＳと、少なくとも２つのインプット偏光器と、少なくとも２つのフィールドレンズを含む３つのカラーチャネル光学エンジン内のいくつかの高価な構成部品を除去することができる。また、以上のような構成により、少なくとも３つの潜在的な耐久性問題、たとえばＰＢＳおよび少なくとも２つのインプット偏光器を除去することもできる。さらに、ＰＢＳの除去により、インテグレータのサイズの縮小が可能になり、このことによりコスト削減がさらに可能となる。

一部の実施形態では、クリーンアップ偏光器を用いることができる。クリーンアップ偏光器により、ホームシネマ投影機をビジネスプレゼンテーション用プロジェクタからのエンジンを用いて設計することが可能となる。さらに、本明細書に記載されるようなシステムは、偏光を比較的向上しうるので、クリーンアップ偏光器を用いて、プロジェクタの動作寿命を長くすることができる。

図３には、偏光組立体６２の例示のみを意図した一つの実施例が概略的に示されている。具体的にいえば、図３には、ワイヤグリッド偏光器６４と、半波長板６６とを備えている偏光組立体６２ａが示されている。一方の偏光の光を通過させ、他方の偏光の光を反射するように、ワイヤグリッド偏光器を構成することができる。偏光組立体の下流側のほぼすべての光が同一の偏光を有するよう反射光の偏光を回転させるように、半波長板を構成することができる。たとえば、ワイヤグリッド偏光器が、０度の相対的偏光を有する光を通過させ、９０度の相対的偏光を有する光を反射しても良い。また、半波長板が、すべての光が同一の０度の相対的偏光を有するように、反射光の９０度の相対的偏光を０度の相対的偏光へ回転させるために設けられても良い。また、偏光組立体は、透過光および／または反射光を案内するために用いられうる一または複数のミラー６８をさらに備えていても良い。金属ミラーの如き偏光に対して影響を与えないミラーを用いることができる。一部の実施形態では、誘電体ミラーを用いる場合がある。

本発明の範囲を逸脱することなく、さまざまな異なるワイヤグリッド偏光器を用いることができる。ワイヤグリッド偏光器の例にのみを意図する実施例が、米国特許第５，９８６，７３０号、同第６，０８１，３７６号、同第６，１０８，１３１号、同第６，１２２，１０３号、同第６，２０８，４６３号、同第６，２３４，６３４号、同第６，２４３，１９９号、同第６，２８８，８４０号、同第６，３４８，９９５号、同第６，４４７，１２０号、同第６，４５２，７２４号、同第６，８７６，７８４号に開示されている。これらの米国特許の開示内容は参照により援用されることとする。 たとえば、米国特許第６，４４７，１２０号には、投射システムにおいて用いられるワイヤグリッド偏光器が開示されている。しかしながら、図２に示されている投射システムとは異なり、米国特許第６，４４７，１２０号の投射システムは、透過型ＬＣＤパネルではなく反射型ＬＣＤパネルを用いている。透過型ＬＣＤパネルを用いることにより、変換効率を向上することが可能となる。

図３に示されるワイヤグリッド偏光組立体は、コンデンサレンズの下流側で用いることができ、および／または、各ＬＣＤパネルの上流側にインプット偏光器／クリーンアップ偏光器を必要としない設計を可能にする偏光組立体の例示のみを意図した実施例である。

コンデンサの下流側に偏光組立体を設置することにより、明るさの均一性、コントラストまたは他の投影特性が影響されうる。しかしながら、このような構成は、コストを低下させ、装置寿命を長くし、より小さな装置設計を可能とし、より静かな装置設計を可能とし、および／または、他の効果を奏する。したがって、このような構成を、多くの用途に有利に用いることが可能である。

本発明のさまざまな態様は、当該技術分野の出願人の成果の本質的部分を当該技術分野の他の人々に伝えるために、当業者によって一般的に用いられている用語を用いて記載されている。しかしながら、当業者にとって明らかであるように、記載の態様のうちの一部のみを用いて他の実施形態を実施しても良い。説明にあたって、例示の実施形態を十分に理解できるように具体的な材料および構成が記載されている。しかしながら、当業者にとって明らかなように、それらの具体的な詳細事項を用いることなく他の実施形態が実行されても良い。他の実施例では、例示の実施形態を不明瞭にしないように、周知の特徴が省略または単純化されている。

「一部の実施形態では」という表現が繰り返して用いられている場合がある。この表現は必ずしも同一の実施形態のことを指しているわけではないが、同一の実施形態のことを指す場合もある。用語「備える」「有する」および「含む」は、こと、前後の内容により他の意味を有さない限り、同意語である。

コンデンサの上流側にある偏光ビームスプリッタと、この偏光ビームスプリッタと各ＬＣＤパネルとの間にある個別のインプット偏光器とを備えている液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）光学エンジンを概略的に示している。 コンデンサの下流側にある偏光組立体を備え、偏光ビームスプリッタと液晶表示ディスプレイパネルと間にあるインプット偏光器を備えていない一つのカラーチャネル光学エンジンを概略的に示している。 ワイヤグリッド偏光器と、ミラーと、半波長板とを備えている偏光組立体の一例を概略的に示している。

符号の説明

１０ 光学エンジン
１２ 光源
１４ インテグレータ
１６ コンデンサ
１８ 液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル
２０ 偏光ビームスプリッタ
２２ ダイクロイックフィルタ
２３ 偏光器
２４ アナライザ
５０ 光学エンジン
５２ 光源
５６ コンデンサ
６０ 液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル
６２、６２ａ 偏光組立体
６４ ワイヤグリッド偏光器
６６ 半波長板
６８ ミラー

Claims (24)

1. 光エンジンであって、
   照明源と
   前記照明源から偏光されていない光を受け取り、偏光されていない光を集光したビームを出力するように構成されているコンデンサと、
   前記偏光されていない光を集光したビームを受け取り、実質的に偏光された光を出力するように構成されている偏光組立体と、
   前記実質的に偏光された光を受け取り、ビデオ画像を送信するように構成されている透過型液晶ディスプレイパネルと
   を備えてなる、光エンジン。
2. 前記偏光組立体が、ワイヤグリッド偏光器を有してなる、請求項１記載の光エンジン。
3. 前記偏光組立体が
   第一の偏光を有している光を反射し、第二の偏光を有している光を通過させるように構成されている偏光器と、
   前記偏光器から反射された前記第一の偏光を有している光を反射するように構成されているミラーと、
   前記ミラーから反射された前記光の前記偏光を前記第二の偏光に変更するように構成されている半波長板とを備えてなる、請求項１記載の光エンジン。
4. 前記偏光器がワイヤグリッド偏光器である、請求項３記載の光エンジン。
5. 前記ミラーが金属ミラーである、請求項３記載の光エンジン。
6. 前記ミラーが誘電体ミラーである、請求項３記載の光エンジン。
7. 前記ミラーおよび前記半波長板が、前記偏光器を通過した光と前記反射された光を組み合わせるように配置されてなる、請求項３記載の光エンジン。
8. 前記照明源と前記コンデンサとの間に光学的に接続されていることに加え、前記照明源から光を受け取り、前記コンデンサに対して、実質的に均一な偏光されていない光を出力するように構成されている一または複数のインテグレータをさらに備えてなる、請求項１記載の光エンジン。
9. 前記一または複数のインテグレータのうちの少なくとも１つがフライアイレンズである、請求項８記載の光エンジン。
10. 前記偏光組立体からの光が、さらなる偏光なしで、前記透過型液晶ディスプレイパネルへ搬送するために適切に偏光されてなる、請求項１記載の光エンジン。
11. 前記偏光組立体からの光が、前記偏光組立体と前記透過型液晶ディスプレイパネルとの間の位置に設けられているインプット偏光器により、さらなる偏光なしで、前記透過型液晶ディスプレイパネルへ搬送するために適切に偏光されてなる、請求項１記載の光エンジン。
12. 光エンジンであって、
    照明源と、
    前記照明源から偏光されていない光を受け取り、偏光されていない光を集光させたビームを出力するように構成されているコンデンサと、
    前記偏光されていない光を集光したビームを受け取り、実質的に偏光された光を出力するように構成されている偏光組立体と、
    前記実質的に偏光された光を受信し、ビデオ画像を出力するように構成されたている光変調器と
    を備えてなる、光エンジン。
13. プロジェクタであって、
    照明源と、
    前記照明源から偏光されていない光を受け取り、偏光されていない光を集光したビームを出力するように構成されているコンデンサと、
    前記偏光されていない光を集光したビームを受け取り、実質的に偏光されている光を出力するように構成されている偏光組立体と、
    前記実質的に偏光されている光を、実質的に偏光されている赤色光、緑色光および青色光の別個のバンドに分離するように構成されている色分離組立体と、
    前記実質的に偏光されている赤色光を変調するように構成されている第一の透過型液晶表示ディスプレイパネルと、
    前記実質的に偏光されている緑色光を変調するように構成されている第二の透過型液晶表示ディスプレイパネルと、
    前記実質的に偏光されている青色光を変調するように構成されている第三の透過型液晶表示ディスプレイパネルと、
    変調された前記赤色光、前記緑色光および前記青色光を位置調整させるように構成されているコンバイナと、
    変調され、位置調整された前記赤色光、前記緑色光および前記青色光を投影するように構成されている投影レンズと
    を備えてなる、プロジェクタ。
14. 前記偏光組立体が、
    第一の偏光を有している光を反射し、第二の偏光を有している光を通過させるように構成されている偏光器と、
    前記偏光器から反射された前記第一の偏光を有している光を反射するように構成されているミラーと、
    前記ミラーから反射された前記光の前記偏光を前記第二の偏光に変更するように構成されている半波長板とを備えてなる、請求項１３記載のプロジェクタ。
15. 前記偏光器がワイヤグリッド偏光器である、請求項１４記載のプロジェクタ。
16. 前記ミラーが金属ミラーである、請求項１４記載のプロジェクタ。
17. 前記ミラーが誘電体ミラーである、請求項１４記載のプロジェクタ。
18. 前記ミラーおよび前記半波長板が、前記偏光器を通過した光と前記反射された光を組み合わせるように配置されてなる、請求項１４記載のプロジェクタ。
19. 前記偏光組立体からの光が、さらなる偏光なしで、前記透過型液晶ディスプレイパネルへ搬送するために適切に偏光されてなる、請求項１３記載のプロジェクタ。
20. 偏光組立体であって、
    第一の偏光を有している光を反射し、第二の偏光を有している光を通過させるように構成されている偏光器と、
    前記偏光器から反射された前記第一の偏光を有している光を反射するように構成されているミラーと、
    前記ミラーから反射された前記光の偏光を前記第二の偏光に変更するように構成されている半波長板と
    を備えてなる、偏光組立体。
21. 前記偏光器がワイヤグリッド偏光器である、請求項２０記載の偏光組立体。
22. 前記ミラーが金属ミラーである、請求項２０記載の偏光組立体。
23. 前記ミラーが誘電体ミラーである、請求項２０記載の偏光組立体。
24. 前記ミラーおよび前記半波長板が、前記偏光器を通過した光と前記反射された光を組み合わせるように配置されてなる、請求項２０記載の偏光組立体。

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