JP2007528015A - 投射表示システム用の色の再結合 - Google Patents

Abstract

一つを超える光ビームを表示デバイス用の単一のビームへ再結合させるための方法は、それら光ビーム（２０２、２０４、２０６）を第一の反射型の偏光子（１２２）から反射させること、及び、次にそれらを、結合した光ビーム（２１０）へと結合させるために、それらを二色性フィルター（１３２、１３４、１３６）から実質的に垂直なそれぞれの入射角で反射させることを含む。本発明の別の態様において、表示システムは、実質的に垂直な入射角で第一の色の光ビーム（２０２）を実質的に全反射させることが可能な、且つ、実質的に垂直な入射角で第二及び第三の色の光ビーム（２０４、２０６）を実質的に全透過させることが可能な、第一の二色性フィルター（１３２）、実質的に垂直な入射角で第二の色の光ビーム（２０４）を実質的に全反射させることが可能な、且つ、実質的に垂直な入射角で第三の色の光ビーム（２０６）を実質的に全透過させることが可能な、第一の二色性フィルター（１３２）に重ねられた第二の二色性フィルター（１３４）、並びに、実質的に垂直な入射角で第三の色の光ビーム（２０６）を実質的に全反射させることが可能な、第一及び第二の二色性フィルター（１３２、１３４）に重ねられた第三の二色性フィルター（１３６）を含む。第一、第二、及び第三の色は、全て、互いに異なり、且つ、第一、第二、及び第三の色は、全て、互いに異なり、且つ、第一、第二、及び第三の二色性フィルター（１３２、１３４、１３６）は、全て、互いに対して非平行である。

Description

本発明は、カラーの表示システムに、且つ、より詳しくは、例えばスクローリングカラー投射テレビのような、投射ディスプレイ用の色の再結合に、関する。

現代の投射システム、例えば、液晶（ＬＣ）投射システムは、通常は、ランプからの光を多くの色に分割するためのフィルターを使用する。異なる有色の光ビームを、ある画像の単一の色の成分を形成するために、使用することができ、それら成分は、フルカラーの画像を形成するために、後に結合させられる。通常は、あるシステムの分割の部分及び再結合の部分は、高度に対称的であり、各々は、例えばＭｅｌｎｉｋ及びＪａｎｓｓｅｎの特許文献１に記載されるような、典型的には４５度の二色性フィルターを備えた直交する岐路からなる。この構成は、典型的には、大きい体積を要求する。さらには、二色性フィルターの透過及び反射は、色のにじみを引き起こす、入射角を増加させると共に猛烈に増加する分散を有する。色のにじみを予防するために使用することができる付加的なフィルターは、効率の損失を引き起こし得る。
米国特許第５，５４８，３４７号明細書

高い効率及び良好な色純度を備えた、より小型の設計を達成することは、好都合であろう。それに応じて、ほぼ垂直入射で二色性フィルターを利用する方法及び構成が、開示される。

本発明の第一の態様に従った、光ビームを表示デバイス用の単一のビームへと結合させるための方法においては、複数の光ビームが、第一の反射型の偏光子から反射されると共に、その後、それらを、実質的に垂直なそれぞれの入射角で複数の二色性フィルターから反射させることによって、結合した光ビームへと結合させられる。

本発明の別の態様においては、表示システムは、実質的に垂直な入射角で第一の色の光ビームを実質的に全反射させることが可能な、且つ、実質的に垂直な入射角で第二の色の光ビーム及び第三の色の光ビームを実質的に全透過させることが可能な、第一の二色性フィルター、実質的に垂直な入射角で第二の色の光ビームを実質的に全反射させることが可能な、且つ、実質的に垂直な入射角で第三の色の光ビームを実質的に全透過させることが可能な、第一の二色性フィルターに重ねられた第二の二色性フィルター、並びに、実質的に垂直な入射角で第三の色の光ビームを実質的に全反射させることが可能な、第一の二色性フィルター及び第二の二色性フィルターに重ねられた第三の二色性フィルターを含む。第一の色、第二の色、及び第三の色は、全て、互いに異なり、且つ、第一の二色性フィルター、第二の二色性フィルター、及び第三の二色性フィルターは、全て、互いに対して非平行である。

本発明の特徴を、図面の図を参照して、より良く理解することができるが、それらの図においては、ある一定の特徴が、それらの機能を、より良く説明するために、再配置されることもあり、且つ、ある一定の寸法が、明確にするために、誇張されることもある。

図１において、第一の色、第二の色、及び第三の色を組み込む（示されない）ランプからの白色光のビーム２は、第一の二色性フィルター４に遭遇する。第一の色のビーム６は、第一のミラー８へ、且つ、そこから、第一の走査プリズム１０及び第一のコリメーティングレンズ１２の配置を通じて、反射させられる。そして、第一の色のビーム６は、第一の色のほぼ全てを透過させる第二の二色性フィルター１４を、第二のコリメーティングレンズ１６を通過し、第一の色のほぼ全てを反射させる第三の二色性フィルター１８から反射し、第三のコリメーティングレンズ２０を、且つ、最後に反射型の偏光子２２へ通過する。

残留する第二の色及び第三の色の（第一の色は、第一の二色性フィルター４によって取り除かれてしまった）多色の光ビーム２４は、第二の色の光のほぼ全てを反射させると共に第三の色の光のほぼ全てを透過させる第四の二色性フィルター２６に遭遇する。第二の色のビーム２８は、第二の走査プリズム３０及び第四のコリメーティングレンズ３２の配置を通過し、第二の色の光のほぼ全てを反射させる第二の二色性フィルター１４に遭遇し、第二のコリメーティングレンズ１６を通過し、第二の色の光のほぼ全てを反射させる第三の二色性フィルター１８から反射し、第三のコリメーティングレンズ２０を、且つ、最後に、反射型の偏光子２２へ通過する。

第四の二色性フィルター２６を通過した後、（第二の色は、第四の二色性フィルター２６によって取り除かれてしまった）第三の色のビーム３４は、第三の走査プリズム３６及び第五のコリメーティングレンズ３８の配置を通過し、ミラー４０から反射し、第六のコリメーティングレンズ４１を通過し、ほぼ全ての第三の色の光を透過させる第三の二色性フィルター１８に遭遇し、第三のコリメーティングレンズ２０を、且つ最後に反射型の偏光子２２へ通過する。

第三の二色性フィルター１８を去る際に、三つの異なる有色の光の成分が、再結合したビーム４２へと再統一されてしまったことを、理解することができる。再結合したビーム４２は、反射型の偏光子２２を、且つ、表示パネル４４上へ、通過する。しかしながら、図１に示された構成は、スクローリング投射デバイス用のものであるので、三つの走査プリズム１０、３０、３６は、再結合したビーム４２が、表示デバイス４４の表面にわたってスクロールする、交替する第一の色の光、第二の色の光、及び第三の色の光の多数の帯域を含むように、そのデバイスの動作中に、ある統合された様式で回転してきたままである。そのスクロールは、人間の目が、そのパネル上における（又は、むしろそのパネルから反射された）結果として生じる画像を、あたかもそれがフルカラーの画像であるかのように、見ることになる、且つ、そのように、実用的な表示の目的のためには、それが、フルカラーの画像であるのに、十分に速く、達成される。

表示パネル４４、例えばシリコン上の液晶（ＬＣｏＳ）パネルは、この場合には、その反射型のタイプのものである。それに応じて、その画像は、表示パネル４４から、そして反射型の偏光子２２から、後ろの偏光子４６を通じて、且つ最後に投射レンズ４８を通じて、その画像を（示されない）スクリーン上へ投射することができるように、反射する。

図２は、図１のものと同様の配置におけるもののように、光路に対して非垂直入射（この場合には、４５度の入射）で二色性フィルターを使用するとき、色のにじみを引き起こし得る理由を図解する。逆に、図３は、光路に対して垂直入射で二色性フィルターを使用するときの状況を図解する。各々の場合において、シータは、その二色性フィルターに遭遇する光ビームの円錐角を指す。すなわち、光ビームが、完全にはコヒーレントではなく、且つ、確かに、表示される画像が、点源のものではないので、光ビームの異なる部分からの光は、多少変動する入射角で到着する。そのビーム内の合計の変動は、そのビームの“円錐角”と呼ばれる。特定の波長の透過率又は反射率が、４５度を中心とした正確な入射角に高度に依存し得ることを、図２から理解することができる（図２は、４５度のいずれの側にも１２度の範囲にわたる例を示す）。しかしながら、その透過率／反射率が、約垂直入射を中心とした正確な入射角のおかげで、それほど多くは変動しないことを、図３から理解することができる。それに応じて、二色性フィルターに遭遇するとき、画像のビームを、できるだけ垂直入射に近く、保つことができるとき、色のにじみの減少を含むかなり大きい改善がある。図３は、入射角が例えば垂直入射の１２度内に保たれるとき利用可能である好適な結果を示す。

図４に図解された本発明の実施形態において、多くのライトガイドが、それぞれのプリズムスキャナーに対向して、配置される。この実施形態においては、それぞれの第一のプリズムスキャナー、第二のプリズムスキャナー、及び第三のプリズムスキャナー１１２、１１４、１１６に対向して配置された第一のライトガイド、第二のライトガイド、及び第三のライトガイド１０２、１０４、１０６がある。第一のプリズムスキャナー、第二のプリズムスキャナー、及び第三のプリズムスキャナー１１２、１１４、１１６は、第一のレンズ１２０の一方の側に配置される。第一のレンズ１２０の他方の側には、第一の反射型の偏光子１２２がある。第一の反射型の偏光子１２２の一方の側には、順番に、四分の一波長板１２４、第二のレンズ１２６、並びに第一の二色性フィルター、第二の二色性フィルター、及び第三の二色性フィルター１３２、１３４、１３６がある。第一の反射型の偏光子１２２の他方の側には、この実施形態においては反射型のＬＣｏＳパネル１４４である反射型の表示パネル１４４と後方の偏光子１４６及び投射レンズ１４８との間に配置された第二の反射型の偏光子１４０がある。

この実施形態においては、それら二色性フィルターは、その画像の異なる色の成分を伝える光ビームに関して垂直入射付近に保たれる。光の多くの（図解した実施形態では三つの、例えば青色の、緑色の、及び赤色の）色の成分が、個々に（例えば、レーザー、ＬＥＤ、又はフィルター処理された光によって）か、又は、図解した実施形態におけるように、（示さない）ランプ若しくは他の白色光源から色の成分を分離することによってかのいずれかで、発生させられる。この実施形態の三つの成分は、それら成分のビームが、精密な保護された角度で射出することを引き起こすライトガイド１０２、１０４、１０６を介して、伝えられる（図解した実施形態は、簡単のために平行な三つの成分を有するが、これは、必須ではない。他の角度の配置を使用することができる。）。

今、この実施形態の様々な成分の機能を議論する。動作中に、それら異なる色の成分の光ビームは、図解した実施形態においては第一のレンズ１２０を通過する（図１を参照して上述した様式と類似して）異なる有色の第一の走査ビーム、第二の走査ビーム、及び第三の走査ビーム２０２、２０４、２０６が、それぞれの有色の走査ビーム２０２、２０４、２０６を再配向させるために、プリズムスキャナー１１２、１１４、１１６を通過させられる。

他の実施形態は、平行化及び／又は再配向のための別個のレンズ若しくは他の構造（ライトガイドなど）を使用するかもしれない、又は、これを、その光路において後で成し遂げることができるかもしれない、など。

そして、異なる有色の走査ビーム２０２、２０４、２０６は、第一の反射型の偏光子１２２から、四分の一波長板１２４を通じて、そして（この実施形態では）二次的なレンズ１２６を通じて、並びに、第一の二色性フィルター、第二の二色性フィルター、及び第三の二色性フィルター１３２、１３４、１３６に向かって、反射する。

第一の二色性フィルター１３２は、第二の及び第三の走査ビーム２０４、２０６の色の光が、それを通過することになる一方で、第一の走査ビーム２０２の色の光が、垂直入射で、それから反射させられることになるようなものである。第二の二色性フィルター１３４は、第二の走査ビーム２０４の色の光が、それを通過することになる一方で、第三の走査ビーム２０６の色の光が、垂直入射で、それから反射させられることになるようなものである。第三の二色性フィルター１３６は、第二の走査ビーム２０４の色の光が、垂直入射で、それから反射させられることになるようなものである。それに応じて、全ての三つの走査ビーム２０２、２０４、２０６は、二次的なレンズ１２６を通じて逆戻りに、二回四分の一波長板１２４を通じて、及び、そこから、第一の反射型の偏光子１２２へ逆戻りに、反射させられる。もちろん、他の実施形態において、異なる色のビーム２０２、２０４、２０６及び二色性フィルター１３２、１３４、１３６の順序を、二色性フィルター１３２、１３４、１３６についての透過及び反射の特性が適切に設定されるとの条件で、所望のように、交換することができる。

その四分の一波長板を通じた二重の通過は、走査ビーム２０２、２０４、２０６が、反射される代わりに、第一の反射型の偏光子１２２を通過することを可能にする、偏光の方向における変化を引き起こす。それらは、第二の反射型の偏光子１４０上へ続き、そこで、それらは、反射型の表示パネル１４４上へ反射させられる。

好ましくは、図解した実施形態に示すように、フィルター１３２、１３４、１３６は、全ての反射させられたコリメートされた色のビームが、共通の軸に対して平行であるのに必要なように、（それら異なる色の成分が、多少異なる角度から到着しているので、）互いに関してわずかに傾斜させられる。それに応じて、反射させられたコリメートされた色のビームは、反射型の表示パネル１４４にわたってスクロールする多くの異なる色の帯域を含む単一のコリメートされたビーム２１０を有効に形成する。加えて、好ましくは、ライトガイド１０２、１０４、１０６、プリズムスキャナー１１２、１１４、１１６、及び第一のレンズ１２０は、それらが、できるだけ垂直入射の近くで、二色性フィルター１３２、１３４、１３６に到達するように、配向させられると共に構成される。

反射型の表示パネル１４４は、それの表面にわたってスクロールしている異なる色の帯域との協調で、その画像を作り出すために、変調される。従って、コリメートされたビーム２１０は、反射型の表示パネル１４４から反射させられ、その後に、それは、図１を参照して上で説明したような実用的な表示の目的のためには、（一連の異なる有色の帯域を現実に含むが）フルカラーの画像である。その画像は、第二の反射型の偏光子１４０を通過するが、その偏光の方向は、反射型の表示パネル１４４の反射によって、変化させられてしまっている。その画像は、後方の偏光子１４６を通じて、及び、投射レンズ１４８の中へ、続くが、そのレンズによって、それは、例えば（示さない）スクリーン上へ投射される。上で説明したように、違う色の帯域は、その画像が、人間の目にフルカラーの画像であるように見えるためには十分に急速にスクロールしている。

既に述べたもの以外の多くの変形を、本発明を実施する際になすことができる。例えば、反射型の表示パネルの代わりに、透過型の表示パネルを使用することができるであろうし、その場合には、スクロールする光が、その投射レンズに到達するように、その透過型のパネルを通過するであろう。また、図面、開示、及び添付した特許請求の範囲の研究から特許請求の範囲に係る発明を実施する一方で、当業者は、開示された実施形態に対する無数の他の変形をなすこともできる。

４５度傾斜させられる二色性フィルターを介して連結された直交する岐路を使用する色の分割及び再結合の構成を表す概略の側面図である。 波長の関数として、４５度の入射で二色性フィルターを通じた光の透過率を図解する。 波長の関数として、垂直入射で二色性フィルターを通じた光の透過率を図解する。 本発明の実施形態に従った色の分割及び再結合の構成を表す概略の側面図である。

Claims (14)

1. 複数の光ビームを表示デバイス用の単一のビームへと結合させる方法であって、
   第一の反射型の偏光子から複数の光ビームを反射させること、及び
   その後、該複数の光ビームを、それらを実質的に垂直なそれぞれの入射角で複数の二色性フィルターから反射させることによって、結合させた光ビームへと結合させること
   を含む方法。
2. 前記複数の光ビームは、少なくとも第一の光ビーム、第二の光ビーム、及び第三の光ビームを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の光ビームは、少なくとも、第一の色のビーム、第二の色のビーム、及び第三の色のビームを含み、
   全ての三つの色は、互いに異なる、請求項１に記載の方法。
4. 表示パネルへ前記結合させたビームの光を照射することを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記表示パネルへ照射する前記結合させた光ビームが、それの表面にわたってスクロールする光の一連の異なる有色の帯域を含むように循環の様式で第一の色のビーム、第二の色のビーム、及び第三の色のビームの方向を変化させることを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記第一の反射型の偏光子を通じて前記結合させたビームを通過させることを含む、請求項５に記載の方法。
7. 第二の反射型の偏光子から前記結合させたビームを反射させることを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記表示パネルの前記結合させたビームを反射させることを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記第一の色のビーム、前記第二の色のビーム、及び前記第三の色のビームを、四分の一波長板に二回通過させることを含む、請求項５に記載の方法。
10. 前記第一の色のビーム、前記第二の色のビーム、及び前記第三の色のビームを、それぞれの回転プリズムに、前記表示パネルに照射する前記結合させた光ビームが、それの表面にわってスクロールする光の一連の異なる有色の帯域を含むように、通過させることをさらに含む、請求項４に記載の方法。
11. 表示システムであって、
    実質的に垂直な入射角で第一の色の光ビームを実質的に全反射させることが可能な、且つ、実質的に垂直な入射角で第二の色の光ビーム及び第三の色の光ビームを実質的に全透過させることが可能な、第一の二色性フィルター、
    実質的に垂直な入射角で該第二の色の光ビームを実質的に全反射させることが可能な、且つ、実質的に垂直な入射角で該第三の色の光ビームを実質的に全透過させることが可能な、該第一の二色性フィルターに重ねられた第二の二色性フィルター、並びに、
    実質的に垂直な入射角で該第三の色の光ビームを実質的に全反射させることが可能な、該第一の二色性フィルター及び該第二の二色性フィルターに重ねられた第三の二色性フィルター
    を含み、
    該第一の色、該第二の色、及び該第三の色は、全て、互いに異なり、且つ、
    該第一の二色性フィルター、該第二の二色性フィルター、及び該第三の二色性フィルターは、全て、互いに対して非平行である、システム。
12. 前記第一の二色性フィルター、前記第二の二色性フィルター、及び前記第三の二色性フィルターに対向して配置された第一の反射型の偏光子を含み、
    前記第一の二色性フィルター、前記第二の二色性フィルター、及び前記第三の二色性フィルターに対して実質的に垂直な線が、前記第一の反射型の偏光子を通過する、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記第一の二色性フィルター、前記第二の二色性フィルター、及び前記第三の二色性フィルターから前記第一の反射型の偏光子の反対側に配置された第二の反射型の偏光子を含み、
    前記線が該第二の反射型の偏光子を通過する、請求項１２に記載の表示システム。
14. 前記第一の反射型の偏光子と前記第一の二色性フィルター、前記第二の二色性フィルター、及び前記第三の二色性フィルターとの間に配置された四分の一波長板を含む、請求項１２に記載の表示システム。

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