JP2008508554A

JP2008508554A - 平面偏光を２回反射させる反射型変調器を用いる光学投影システム及び投影方法

Info

Publication number: JP2008508554A
Application number: JP2007523604A
Authority: JP
Inventors: ラーナー，スコット
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2008-03-21
Also published as: US7073909B2; DE112005001817T5; US20060023176A1; WO2006019812A1; GB2431731A; TW200606564A; GB0703254D0

Abstract

デジタルプロジェクタにおいて、反射型ディスプレイ（１１０）、例えば微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）に入射する平面偏光された照明光（２２０₁）が、初めの平面偏光に直交する第２の偏光を持つ第１の反射光（２２２₂）を生成するように、ディスプレイが配置される。第１の反射光（２２２₂）はディスプレイに戻されて、もう一回反射される。再び元の平面偏光を持つ再反射された光（２２４₁）は、偏光子（１５０）からの反射によりシステムを出る。ディスプレイ（１１０）の正面にある４分の１波長板（１７５）が、ディスプレイに入射してディスプレイから反射される光の平面偏光の変換を行う。
【選択図】図１

Description

デジタルプロジェクタは多くの場合、ピクセルアレイ（例えば１２８０×１０２４等）を含むマイクロディスプレイを備える。各ピクセルは通常、マイクロミラー等の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイス、反射型液晶（ＬｃｏＳ）デバイス、干渉型変調器等を含む。マイクロディスプレイは、デジタルプロジェクタの光源及び投影レンズとともに用いられる。マイクロディスプレイは光源から光を受光する。マイクロディスプレイのピクセルがオンであるとき、ピクセルは光を投影レンズに導く。投影レンズは、マイクロディスプレイを結像し拡大する。ピクセルがオフであるとき、ピクセルは、光源からの光を投影レンズから離れる方向へ導く。しかし、ピクセルがオフであるときでも、例えばマイクロディスプレイのパッケージングからの反射等により、一部の光は投影レンズに導かれる場合がある。これは、マイクロディスプレイのピクセルがすべてオンであるときに投影レンズにより結像される光と、ピクセルがすべてオフであるときに投影レンズにより結像される光との比として多くの場合に定義され、プロジェクタの黒の状態の黒さの測度である「白黒コントラスト比」を低下させる。

（概要）
本発明の一つの実施形態は、プロジェクタを動作させる方法を提供し、当該方法は、プロジェクタの変調器において光を受光すること、光を変調器から反射すること、反射光を変調器へ戻すこと、及び、反射光を変調器から再反射することを含む。

（詳細な説明）
本発明の実施形態の以下の詳細な説明では、本明細書の一部を成す添付図面を参照し、添付図面には、本発明を実施することができる具体的な実施形態を例示として示す。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施することを可能にするために十分に詳細に説明されるが、本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用してもよいこと、及び、プロセスの、電気的な又は機械的な変更を行ってもよいことが理解される。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈すべきでなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等物のみによって規定される。

図１は、本発明の一実施形態による、例えば、前面投影システム又は背面投影システムにおいて用いられるプロジェクタの一部を示す。このプロジェクタは光変調器１１０を備える。一実施形態では、光変調器１１０は多色変調器（例えば、赤、青、及び緑）である。別の実施形態では、光変調器１１０は単色（赤等）であり、破線で示される別の変調器１２０は二色変調器（青及び緑等）である。変調器１１０及び１２０は、マイクロミラー等のピクセル化ＭＥＭＳデバイス、又は干渉型変調器、ＬＣＤデバイス等を含んでもよい。光学システム１３０は、光源１３５から光を受光し、この光を変調器１１０又は変調器１１０及び１２０へ送達するために備えられる。光学システム１３０はまた、変調器１１０又は変調器１１０及び１２０からの変調光をプロジェクタの出射口（outlet）１４０へ送達する。

光学システム１３０は、偏光ビームスプリッタキューブ又は板等の偏光子（又は偏光ビームスプリッタ）１５０を備える。偏光子１５０は、変調器１１０とレンズ１５５との間に配置される。偏光子１５０はまた、ミラー１６０とレンズ１５５との間に配置される。レンズ１５５は、偏光子１５０とミラー１６５との間に配置される。偏光子１５０は、或る偏光を持つ光を通し、別の偏光を持つ光を反射させる。変調器１１０及び１２０を有する実施形態の場合、ダイクロイックビームスプリッタキューブ又は板等のダイクロイックビームスプリッタ１７０が、偏光子１５０と変調器１２０との間でかつ変調器１１０とレンズ１５５との間に配置される。ダイクロイックビームスプリッタ１７０は、光をその色に応じて分離し、例えば、ダイクロイックビームスプリッタ１７０は、赤色光を変調器１１０へ通し、青色光及び緑色光を変調器１２０へ反射することができる。

４分の１波長板１７５が、偏光子１５０と変調器１１０との間に配置される。一実施形態では、４分の１波長板１７５は変調器１１０に突き合わされる。別の実施形態では、４分の１波長板１７５の面１７６は、ミラー１６０と実質的に同一平面上にある。別の実施形態では、４分の１波長板１８０が、変調器１２０とダイクロイックビームスプリッタ１７０との間に配置される。

一実施形態では、光学システム１３０は、ガラス等の透明な固体として形成されて、様々な構成部品又は光学システムがこの固体と一体化されるようにしてもよい。すなわち、透明な固体の材料は要素同士を物理的に相互接続する。別の実施形態では、光学システムの構成部品は物理的に別個である、すなわち、物理的に接続されない。例えば、気体充填空間（例えば空気）、又は真空空間が、光学システム１３０の構成部品同士を分離してもよい。

図２Ａ〜図２Ｄは、本発明の別の実施形態による、動作中の光学システム１３０を示す。光学システム１３０は、第１の偏光を持つ直線（又は平面）偏光を光源１３５から受光する。この光は、図２Ａに示すように、照明経路２０５に沿って光学システム１３０に入る。一実施形態では、照明経路２０５は、４分の１波長板１７５の面１７６に実質的に平行な軸２１５に対して角度２１０以内に含まれる（図２Ａ）。

図２Ａに示すように、入射する光線（光線２２０₁で示される）は、偏光子１５０からレンズ１５５へ反射される。「２２０」の下付き文字「１」は第１の偏光を示すために用いられる。光線２２０₁は、レンズ１５５を出るときに屈折され、その後、ミラー１６５からレンズ１５５へ反射される。光線２２０₁は、レンズ１５５を出るときに屈折され、４分の１波長板１７５に入る。光線２２０₁の偏光は、４分の１波長板１７５を通過するときに変化する、例えば円偏光になることに留意されたい。しかし、考察のために、下付き文字「１」が保持される。

変調器１１０は、オンであるとき、光線２２０₁の光を実質的に全て反射して、４分の１波長板１７５を通して戻す。光線２２０₁を４分の１波長板１７５に通し、変調器１１０を用いてこれを反射させ、４分の１波長板１７５を通して戻すことにより、光線２２０₁の偏光は、４分の１波長板１７５を出るときに、第１の偏光に直交する第２の直線（又は平面）偏光に回転される。具体的には、円偏光は、４分の１波長板１７５を通って戻るときに、第２の偏光を持つ直線（又は平面）偏光に変化する。図２Ａに示すように、出射光線は光線２２２₂と呼ばれ、ここで、下付き文字「２」は第２の偏光を示す。

変調器１１０は、オフであるとき、光線２２０₁の光をほとんど吸収及び／又は透過し、且つ／又は光線２２０₁の光を光学システム１３０から離れる方向へ反射する。何分の１かの残りは、変調器１１０から反射されて光学システム１３０へ戻される。この反射光は、４分の１波長板１７５を通過して戻るため、光線２２０₁の偏光は、４分の１波長板１７５をすぐ上で述べたように光線２２２₂として出るときに、第２の偏光へ回転される。したがって、光線２２２₂は、変調器１１０がオンであるときに光線２２０₁が含む光を実質的に全て含み、変調器１１０がオフであるときに光線２２０₁が含む光の何分の１かを含む。

変調器１１０及び１２０並びにダイクロイックビームスプリッタ１７０を含む実施形態では、ダイクロイックビームスプリッタ１７０は、変調器１２０に対応する光線２２０₁の１つ又は複数の色成分を変調器１２０に反射し、変調器１１０に対応する光線２２０₁の１つ又は複数の色成分を変調器１１０へ通すことに留意されたい。

図２Ａに示すように、光線２２２₂はレンズ１５５に入る。図２Ｂは、レンズ１５５を通過し、レンズ１５５を出るときにミラー１６５上へ屈折される光線２２２₂を示す。ミラー１６５は、光線２２２₂を反射させてレンズ１５５へ戻す。光線２２２₂は、レンズ１５５に入るときに屈折され、その後、レンズ１５５を通過して偏光子１５０へ向かう。偏光子１５０は、光線２２２₂を通し、ミラー１６０上へ向ける。ミラー１６０は光線２２２₂をレンズ１５５へ反射させる。

図２Ｃは、レンズ１５５を通過し、レンズ１５５を出るときにミラー１６５上へ屈折される光線２２２₂を示す。ミラー１６５は、光線２２２₂を反射してレンズ１５５へ戻す。光線２２２₂は、レンズ１５５へ入るときに屈折され、その後、レンズ１５５を通過して４分の１波長板１７５へ向かう。光線２２２₂は、４分の１波長板１７５を通過し、変調器１１０から反射されて、４分の１波長板１７５を通って戻る。上述したように、これにより、光線２２２₂の偏光が直角に回転されて第１の偏光に戻るため、光線２２４₁が４分の１波長板１７５を出てレンズ１５５に入る。

上述した理由から、光線２２４₁は、変調器１１０がオンであるときに光線２２２₂が含む光を実質的に全て含み、変調器１１０がオフであるときに光線２２２₂が含む光の何分の１かを含むことに留意されたい。これは、変調器１１０がオフであるとき、光線２２４₁は光線２２２₂よりも黒く、よって、変調器１１０がオフ状態であるときに光を変調器１１０に一回だけ通す場合と比べてコントラストが向上することを意味する。さらに、変調器１１０がオフであるとき、光線２２２₂が、図２Ａにおいて４分の１波長板１７５に入るときの光線２２０₁の光の何分の１かを含むため、光線２２４₁は、光線２２０₁の光の何分の１かの何分の１、例えばその分数の約二乗を含む。

図２Ｄは、レンズ１５５を通過して、レンズ１５５を出るときにミラー１６５上に屈折される光線２２４₁を示す。ミラー１６５は光線２２４₁を反射してレンズ１５５に戻す。光線２２４₁は、レンズ１５５に入るときに屈折され、その後、レンズ１５５を通過して偏光子１５０へ向かう。偏光子１５０は、図２Ｄに示すように、光線２２４₁を投影経路２３０へ、そしてプロジェクタの出射口１４０へ反射する。一実施形態では、投影経路２３０は、軸２１５に対して角度２４０以内に含まれる。図２Ｄの投影経路２３０を図２Ａの照明経路２０５と比べると、照明経路２０５を含む角度２１０と、投影経路２３０を含む角度２４０とが、軸２１５の反対側にあることが分かる。これにより、照明経路２０５と投影経路２３０とが分離される。

偏光子１５０における光の偏光状態により、偏光子１５０は、光が変調器１１０を２回通過するまで光を光学システム１３０から出さないことに留意されたい。変調器１１０がオフであるとき、光学システム１３０を出る光が低減されるため、黒はより黒くなり、コントラストが高くなる。

（結論）
本明細書中で特定の実施形態を例示及び説明してきたが、本発明は、添付の特許請求の範囲及びその均等物のみによって限定されることが明らかに意図される。

本発明の一実施形態によるプロジェクタの一部を示す図である。本発明の別の実施形態による動作中のプロジェクタの一部を示す図である。本発明の別の実施形態による動作中のプロジェクタの一部を示す図である。本発明の別の実施形態による動作中のプロジェクタの一部を示す図である。本発明の別の実施形態による動作中のプロジェクタの一部を示す図である。

符号の説明

１１０、１２０：光変調器
１３０：光学システム
１３５：光源
１５０：偏光子
１５５：レンズ
１６０、１６５：ミラー
１７０：ダイクロイックビームスプリッタ
１７５、１８０：４分の１波長板

Claims

プロジェクタを動作させる方法であって、
前記プロジェクタの変調器（１１０）において光（２２０₁）を受光するステップと、
前記変調器（１１０）から前記光（２２０₁）を反射させて、第１の反射光（２２２₂）を生成するステップと、
前記第１の反射光（２２２₂）を前記変調器（１１０）へ戻すステップと、
前記変調器から前記第１の反射光（２２２₂）を再反射させて、第２の反射光（２２４₁）を生成するステップと、
を含む、方法。
前記第１の反射光（２２２₂）を前記変調器（１１０）へ戻すステップが、該第１の反射光（２２２₂）の偏光を変化させるステップを含み、該偏光を変化させることにより、前記第１の反射光（２２２₂）が前記変調器（１１０）に戻ることが可能になる、請求項１に記載の方法。
前記第１の反射光（２２２₂）を前記変調器（１１０）へ戻すステップが、前記変化した偏光を持つ前記第１の反射光（２２２₂）を前記変調器（１１０）へ反射させるステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
前記第１の反射光（２２２₂）を前記変調器（１１０）へ戻すステップが、前記変化した偏光を持つ前記第１の反射光（２２２₂）を反射させた後に、前記変化した偏光を持つ前記第１の反射光（２２２₂）を屈折させるステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
前記第１の反射光（２２２₂）を前記変調器（１１０）へ戻すステップが、前記変化した偏光を持つ前記屈折した第１の反射光（２２２₂）を前記変調器（１１０）へ反射させるステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
前記変調器（１１０）において前記光（２２０₁）を受光する前に、該光（２２０₁）を前記プロジェクタの照明経路（２０５）に沿って該プロジェクタの偏光子（１５０）へ導くステップと、
前記変調器（１１０）において前記光（２２０₁）を受光する前に、該光（２２０₁）を前記偏光子（１５０）から反射させるステップと、
前記変調器から再反射された前記第２の反射光（２２４₁）を、前記偏光子（１５０）を介して、前記プロジェクタの投影経路（２３０）に沿って通すステップと、
をさらに含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
前記照明経路（２０５）は、前記変調器（１１０）の面に実質的に平行な軸（２１５）に対して第１の角度（２１０）以内に含まれ、前記投影経路（２３０）は、前記軸（２１５）に対して第２の角度（２４０）以内に含まれ、前記第１の角度（２１０）及び前記第２の角度（２４０）は前記軸（２１５）の反対側にある、請求項６に記載の方法。
前記変調器（１１０）において前記光（２２０₁）を受光する前に、該光（２２０₁）を４分の１波長板（１７５）に通すステップと、前記第１の反射光（２２２₂）を前記変調器（１１０）へ戻す前に、該第１の反射光（２２２₂）を前記４分の１波長板（１７５）に通すステップと、をさらに含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
前記変調器（１１０）において前記光（２２０₁）を受光する前に、該光（２２０₁）から少なくとも１つの色成分を取り出すステップと、
前記少なくとも１つの色成分を前記プロジェクタの別の変調器（１２０）へ送るステップと、
をさらに含む、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
前記第１の反射光（２２２₂）が、前記変調器（１１０）において受光される前記光（２２０₁）の何分の１かを含み、前記第２の反射光（２２４₁）が、前記第１の反射光（２２２₂）の何分の１かを含む、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
変調器（１１０）への及び該変調器（１１０）からの光を導くようになっている光学システムであって、
前記変調器（１１０）により１回反射された第１の偏光を持つ光（２２２₂）を通して前記変調器（１１０）へ戻し、該変調器（１１０）により２回反射された第２の偏光を持つ光（２２４₁）を前記光学システムの出射口へ反射させる偏光子（１５０）と、
前記変調器（１１０）と前記偏光子（１５０）との間に配置されて、前記光の偏光を前記第１の偏光から前記第２の偏光へ変化させる４分の１波長板（１７５）と、
を備えている光学システム。
前記第１の偏光を持つ前記光が前記偏光子（１５０）を通過した後に、該光を反射させて前記変調器へ戻すミラー（１６０）をさらに備えている、請求項１１に記載の光学システム。
前記偏光子（１５０）が、第１のミラー（１６０）とレンズ（１５５）との間に配置され、該レンズ（１５５）は、前記偏光子（１５０）と第２のミラー（１６５）との間に配置される、請求項１１に記載の光学システム。
ダイクロイックビームスプリッタ（１７０）であって、前記４分の１波長板（１７５）が前記変調器（１１０）と該ダイクロイックビームスプリッタ（１７０）との間に配置されるように配置されるダイクロイックビームスプリッタ（１７０）をさらに備え、該ダイクロイックビームスプリッタ（１７０）は、光の少なくとも１つの色成分を前記変調器（１１０）へ通し、該光の少なくとも１つの他の色成分を別の変調器（１２０）へ反射させるためのものである、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の光学システム。