JP4637370B2 - Optical system for forming modulated color images - Google Patents
Optical system for forming modulated color images Download PDFInfo
- Publication number
- JP4637370B2 JP4637370B2 JP2000618759A JP2000618759A JP4637370B2 JP 4637370 B2 JP4637370 B2 JP 4637370B2 JP 2000618759 A JP2000618759 A JP 2000618759A JP 2000618759 A JP2000618759 A JP 2000618759A JP 4637370 B2 JP4637370 B2 JP 4637370B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical system
- spectrum
- beam splitter
- color
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
- G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成に関する。本発明は、特に、カラー画像を形成するための色選択偏光素子を用いた光学システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
関連技術の光学投射システムは、透過型薄膜トランジスタ(TFT)液晶ディスプレイ(LCD)パネルを用いている。入射光の軸に対して傾けられた多層蒸着薄膜二色性ビームスプリッタが、物理的に別個の光路(path)を形成するために用いられている。この各々の光路は、赤緑青(RGB)の加法原色帯域の一部のスペクトルに相当する。各々の光路中にあるLCDは、ある特定の原色帯域の局所的透過光のレベルを制御する。変調光または像(imagery)光は等方性コーティングで再結合されて、フルカラー像が前方または近傍の投射スクリーンに投射される。
【0003】
透過方式において、ほとんどのLC電気光学モードに対して高いコントラスト比が得られるように、LCDは交差する偏光子間に配置される。反射方式において、光はLCDパネルに実質的に垂直に入射するが、同様の構成として、上に参照により組み込んだ親出願に記載されているように、偏光ビームスプリッタ(PBS)が直接にパネルの前面に位置するようにする。
【0004】
偏光ビームスプリッタの1つのタイプは、4個のポート(port)を有する傾斜薄膜スタック(tilted thin-film stack)であって、光スペクトルをその偏光性に基づいて反射したり透過したりする。PBSは理想的には、1つの軸に沿って偏光した光スペクトルに対して広帯域反射素子として機能し、かつ、直交する軸に沿って偏光した光スペクトルに対して透過素子として機能する。二色性ビームスプリッタは、理想的には光スペクトルをその光の周波数にのみ基づいて反射したり透過したりする。
【0005】
フルカラー別光路型投射器には、複数の反射LCDパネルと、三個の色の光路を作るための複数の二色性ビームスプリッタと、各々の反射LCDパネルのための偏光ビームスプリッタと、凸レンズの前で像を再結合するための更なる光学素子と、を用いることもできる。これを実現するのは厄介であり、かつ、高価になってしまう。
【0006】
代わりに、単一の偏光ビームスプリッタが、三個の色の光路を分離してかつ結合するためのフィリップスプリズム(Philips prism)がその後に来るように、用いられる。この構成において、この色分離・結合構造は事実上、前記偏光子と検光子の間に配置される。三個の色の光路が同じPBSを共用することが、構成部品点数の見地からの利点である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光が効率的にポートを出ていくように、フィリップスプリズムが各々の色の光路に対する入力状態の偏光性を維持することが、高コントラスト比のために求められる。この条件は、システムのf数(f-number)にわたってのコントラスト比が平均で100:1であるように、そして、理想的には200:1を超えるようにして、維持されなければならない。クリーンアップ偏光子(clean-up polarizer)、およびいくつかの場合にあっては4分の1波長板のような更なる偏光性光学素子と、がLCDパネルとプリズムとの間に、コントラスト比を向上させるために用いられる。
【0008】
フィリップスプリズムにおいて、赤色と青色が最初に二色性コーティングによって反射され、その後にLCDに入射する前に内部全反射(total internally reflected;TIR)される。変調偏光光は、その後、同じ光路で戻っていく。この二色コーティングのスペクトル特性は、入射角に強く依存し、色チャンネル間の実質的なクロストーク(cross-talk;漏話)を生じさせる。クロストークの問題の解決を助けるために、トゥルーシアンやトゥルーイエローなどの中間帯域の光を実質的に遮る「ダブルノッチ」フィルター(“double notch” filter;DNF)が挿入されることが多い。このDNFも多層コーティングであるが、垂直入射近くで用いられるために、入射角に対しての変化はそれほど敏感でない。システムのf数にわたって平均したとしても、ノッチ(notch)における光の濃度は小さい。
【0009】
したがって、関連技術による3パネル反射投射システムはPBSとDNFとフィリップスプリズムとを用い、その各々は3個のプリズムから成り、そのうちの二つは二色性鏡コーティングを有する。反射LCDパネルを用いた透過型システムの動作性をあげるため、コントラスト比およびスループットの向上とともに、複雑化をおさえてかつコストを低減する構成が必要とされている。
【0010】
関連技術においては、投射システム中で色の操作をするために、多層薄膜コーティングが用いられる。この技術は、投射の高効率かつ高出力操作の要求に適合するものである。さらには、輝度を最大化するよう所望された急な遷移勾配(transition slope)を、色座標の基準を満たしつつ、実現することができる。しかしながら、傾斜等方コーティングは、特にf数の小さいシステムにあっては、偏光性を低下させてしまう。LCDにおいては、暗状態の漏れを低くするために、偏光性は正確に維持されていなければならない。さらには、二色性鏡は、実質的に入射角によって変動する角度感度性半強度波長(angle sensitive half-power wavelength)を有する。
【0011】
二色性鏡を用いて物理的に色の別個の光路を作るために、層は入射光の軸に対して実質的に傾けられることが多い。これは偏倚角に対する小さな角度ずれによるスペクトル変動を著しく増加させる。最悪の場合、偏倚角が45°において、波長(スペクトル)変動が角度変化に対して近似的に線形となる。
【0012】
基本的に、非垂直入射角によって薄膜スタックの各々の層の見掛け厚は減少し、結果としてスペクトルが青方偏移する。ある偏倚角があれば、その入射平面内に青方偏移と赤方偏移の両方が存在する。このような角度感度性は色操作システム、特にLCD投射器のf数を制限してしまう。
【0013】
関連技術として反射型シリコンディスプレイパネルが非常に良く知られている。反射型シリコンディスプレイパネルとして最もよく知られているのは、高充填比または平充填比で、高可視反射率を有するように処理されたVLSIアクティブマトリックスパネルである。あるいは、ポリシリコンパネルを反射型ディスプレイとして機能するように作ることもできる。VLSIパネルにおいては、シリコンチップと、典型的には酸化インジウムスズ(ITO)である透明伝導体で覆われたカバーガラスと、の間に薄い液晶膜が挟まれている。この液晶はネマチックとスメクチックのいずれの材料でも良く、これらの両方はこの分野の文書で十分裏付けられるものである。液晶は非等方性媒体であって、その配向性を変えることにより電場に応答する。これが当該液晶を伝搬してくる光の偏光状態を変化させる。
【0014】
図1(a)および図1(b)は、単一の偏光状態の光が入射している関連技術の反射型ディスプレイ構成を表している。図1(a)に示されるように、光は第1ポート12を通して偏光ビームスプリッタ(PBS)10に入ってから、反射LCDパネル20へ向かって第2ポート14から反射して出る。このLCDパネル20は光を反射し返して、第2ポート14とPBS10を通って、光が第3ポート16から出る。図1bでは、光は第3ポート16を通じてPBS10に入り、PBS10の中を通り、第2ポート14から出る。LCDパネル20は光を反射し返して、第2ポート14を通って、光はPBS10で反射されて第1ポート12から出る。
【0015】
反射光の偏光状態は、LCDパネル20の各々の画素におけるLC分子の電圧依存分布によって局所的に変調される。この偏光化された像は検光子を用いて実際のグレーシェイド(gray shade)画像に変換される。図1(a)および図1(b)に示すような逆行反射型配置において、光はPBS10を用いて導入されかつ検光される。このPBS10は事実上LCDパネル20を、交差する偏光子の間に位置させることになり、光をシステムを通させて最終的に凸レンズに向かわせる。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明は、関連技術の限界や欠点からくる1つまたはそれ以上の問題を実質的に解決することを目的とする。
【0017】
本発明は、反射型LCDシステムのコントラスト比とスループットを向上すると同時に、複雑化と高価格化を抑えることを他の目的とする。
【0018】
本発明は、コントラスト比を維持しながら、色操作システムのf数を小さくすることをさらなる他の目的とする。
【0019】
その全内容が引用によって本願に組み込まれている同一人所有の米国特許番号5,751,384において、別個の色光路を作成し、かつ別個の色光路を結合して単一の光路を形成するために、リターダスタック(retarder stack)を中性偏光スプリッタ(neutral polarization splitter)と結合して用いることができることが分かっている。この技術にはそれ固有の利点、特に角度感度性についての利点がある。
【0020】
本発明は、光源からの入射光の第一スペクトルを第一偏光状態に沿って変換し、かつ、当該光源からの当該入射光の第二スペクトルを第一偏光状態とは異なる第二偏光状態に沿って変換する入力リターダと、当該入力リターダと光学的に結合し、かつ、当該第一スペクトルを透過スペクトルとして透過する第一ビームスプリッタと当該第二スペクトルを反射スペクトルとして反射する第二ビームスプリッタとを含むビーム分割部と、を有する光学システムによって全体的に若しくは部分的に実現することができる。
【0021】
本発明は、光源からの入射光を、それぞれの色を物理的に異なる光路を通させることによって、赤色、緑色および青色の色要素帯域(component color band)に分割するシステム、によっても全体的に若しくは部分的に実現することができる。これらの光路のうちの少なくとも2個は、積層リターデーションフィルム(stacked retardation film)および偏光ビームスプリッタ(PBS)により形成される。異なる光路を作ることにより、各々の色帯域を独立して処理することができる。本発明の好ましい実施の形態によれば、そのような処理光を、リターダスタック(RS)およびPBSを再び用いて、単一の光路を形成するように結合することができる。本発明は特に、シリコンディスプレイパネル(silicon display panel)に反射型液晶を用いた投射器に適している。
【0022】
本発明は、反射型ディスプレイパネルに基づいて、簡易な構造の別光路型投射器を製造するために、色と偏光の操作を併せることによっても全体的に若しくは部分的に実現することができる。リターダスタック(RS)要素は、偏光された入力から直交に偏光した原色を形成する。この例示による実施の形態においては、PBSの全4個のポート(port)を使い、当PBSは色スプリッタとして機能する。二色性ビームスプリッタを用いて減法混合原色帯域を含むポートをさらに分割することができる。この反射型の1つの実施の形態において、全3光路は入力PBSによって再結合されかつ検光される。フルカラー像は、PBSのここまでで使用されていない第4のポートから出ることもできる。したがって、本発明によるフルカラー投射器は、1個または2個のリターダスタックとともに、1個のPBSコーティングと1個の二色性色分割コーティングのみを必要とすることになる。
【0023】
本発明は、高コントラスト比を得るために、色光学系に関連する偏光操作を向上することによっても全体的に若しくは部分的に実現することができる。二色性スプリッタに関連して、本発明のリターダスタックにより提示される低い角度感度性により、本発明の投射器は結果として高コントラスト比も有する。
【0024】
本発明は、最小のハードウェアで広い色域(color gamut)を提供することによっても、全体的に若しくは部分的に実現することができる。PBSからの光漏れを取り扱う出口リターダスタックを、帯域間ノッチフィルタ動作(inter-band notch filtering operation)を行うためにも用いることができることに気がついたことは、本発明の1つの側面である。補助ノッチフィルタはフィリップスプリズムを使用する関連技術のシステムに使われることが多いが、これによってその必要がなくなる。入力リターダスタックと出口リターダスタックを別個に用いて、メタルハライドランプ(metal halide lamp)により発生するような間原色光(inter-primary light)をこの出口クリーンアップ偏光子(clean-up polarizer)により減少または消去することができる。これにより別個のダブルノッチフィルタ(double notch filter;DNF)の必要がなくなる。
【0025】
本発明はさらに、高い全スループットまたは明度を示す光学システム例えば反射型LCD投射器を提供することによっても、全体的に若しくは部分的に実現することができる。これは、無損失の高分子リターダフィルムの積層により色帯域を操作し、このリターダフィルム間の反射率の整合を図り、かつ、高損失の偏光子の数を最小化すること、によって実現される。それはさらに、間原色光を削除するための補助フィルタの必要をなくすことによって達成される。
【0026】
発明のさらなる効果、目的および特徴は、その一部が後述の記載に示され、かつその一部が発明の実施を試みることにより当業者には明らかとなり、また、発明の実施から学ぶこともできる。本発明のこれら目的および効果は、添付した請求の範囲に特に指摘されているように実現されかつ達成される。
【0027】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図を参照することにより以下において詳細に説明する。図中の同じ参照番号は、各図の同一または同様の構成要素を表している。「リターダ」(retarder)、「リターダスタック」(retarder stack)、「スペクトル」(spectrum)、「補色スペクトル」(complementary spectrum)、「空間変調器」(spatial light modulator)、「ダブラー」(doubler)等の種々の素子や用語は原出願において説明がされており、かつ・または、定義がされている。すなわち、この記載中でのそのような用語は、これら原出願において述べられている意味と対応するものとして使用されている。図2は、本発明の好ましい実施の形態による、2個の偏光色光路を生み出すことができる偏光色分離器45を示す。偏光色分離器45は、リターダスタック(RS)30と偏光ビーム分離器(PBS)40とを有する。リターダスタック30の構成および動作の詳細は、上の引用により組み込まれた原出願に明らかになっている。
【0028】
動作中、光源(不図示)からの偏光入射光がリターダスタック30に向けられる。入射光が偏光していない場合や、偏光入射光のコントラスト比を高めるために、オプションの偏光子50を用いることができる。このリターダスタック30は、偏光入射光を受け入れて、ある原色の偏光性を1つの偏光状態S(λ)に変換しかつその補色の偏光性を直交偏光状態(1−S(λ))に変換する。図2に示す実施の形態においては、この補色がPBS40で反射されかつその原色がPBS40を透過するように、このPBS40が配向される。
【0029】
図3は、本発明の1つの実施の形態による投射システム55を表す。この投射システム55は、入出力リターダスタック60,80と、反射型空間変調器65,75と、PBS70と、クリーンアップ偏光子90とを含む。本実施の形態においては、これら反射型空間変調器65,75は液晶空間変調器である。しかしながら当業者に理解されるところにより、本実施の形態中および例示の目的で反射型液晶空間変調器を示した後述の実施の形態中において、いかなる反射型空間変調器を採用することができる。動作中、少なくとも部分的に偏光した入射光は入力リターダスタック60を通って伝播して、この入力リターダスタック60が、ある原色を1つの偏光状態にかつその補色を直交する偏光状態に沿うように偏光する。
【0030】
リターダスタック60および80は、偏光ビームスプリッタと光学的に結合する。ここで用いられる「光学的に結合」という表現は、ある光学素子を通ってきたまたは反射した光が直接的にまたは中間にある単数若しくは複数の光学素子を通って次の光学系要素に入射するような、あらゆる構成を指している。リターダスタック60については、このスタックを透過した光が第1ポートを通ってPBS70に入射して、色のうちの最初の1つが第2ポートを通ってPBS70で反射される。本発明の偏光ビームスプリッタは、光を異なる偏光に分割することができるすべての光学素子、特に光を直交する偏光状態に分割することができかつそれらを実質的に直交する出力光路に沿うよう方向付けることができるすべての素子の中から選択される。
【0031】
原色スペクトルは第2ポートを通ってLCD65で変調されて反射され、PBS70に入り、第3ポートから出力される。補色スペクトルは、PBS70を第4ポートを通って透過され、LCD75で変調されてPBS70へ向かって反射され返す。PBS70は補色スペクトルを反射して、その補色スペクトルが原色スペクトルと共に第3ポートから出射する。原色スペクトルと補色スペクトルの両方を同一の偏光状態に沿ってコード化する出力リターダスタック80中を、光が伝搬する。その後、コントラスト比を向上させかつ出力前にクロストーク光を遮断するために、クリーンアップ偏光子90は光を偏光する。
【0032】
図3は、出力リターダスタック80を出口ポートに置くことでPBS漏れを最小化することができることを示している。これにより所望の光が単一の偏光状態に復元されて、クリーンアップ偏光子90がすべてのクロストーク光を遮断するようになる。
【0033】
図4は、本発明のさらに他の好ましい実施の形態による光学システム100を表す。このシステム100は、第1ビームスプリッタ110と、色分離器120と、第1、第2および第3反射型変調器130,140,150と、第1および第2リターダスタック160,170と、第1および第2のクリーンアップ偏光子190,195と、偏光変換列(polarization conversion array)185と、第1および第2光学レンズ180,182と、光源175とを含む。独立したレンズ108および182が図4に概略的に描かれているが、これらのレンズは単に、当業界で知られているような単数若しくは複数の光学要素を含むような、焦点合わせ(focusing)、平行化(collimating)、投射(projection)の光学系を表しているものと理解される。一般的に、焦点合わせと投射を行うことができるいかなる光学システムも素子180および182として使用することができる。この実施の形態において、ビームスプリッタ110は光をその偏光性に基づいて透過または反射をするPBSであり、さらに、色分離器120は典型的には光をその波長に基づいて透過または反射をする二色性ビームスプリッタである。さらにはこの実施の形態中の第1、第2および第3の反射型空間変調器130,140,150は液晶変調器から選ばれ、シリコン上のネマチックやシリコン上のFLCなどが可能である。光源75は、白熱灯、レーザ、発光ダイオード(LED)、超高圧メタルハライドランプ(UHP)、超高圧水銀灯、フュージョンランプ(fusion lamp)や、その他の光源である。
【0034】
図4において、光源175からの光は平行化(collimated)されて、第1クリーンアップ偏光子190による偏光の前に、偏光変換列185で偏光変換することもできる。第1リターダスタック160は第1の原色を1つの偏光状態に沿ってコード化し、かつ、その補色を直交偏光状態に沿ってコード化する。この実施の形態において、ビームスプリッタ110によってこの補色は反射され、その原色は透過される。色分離器120は、この反射された補色を第2と第3の原色に分離し、この分離された第2と第3の原色が第1と第2の反射型変調器130,140によって空間的に変調される。第1の原色は第3の反射型変調器150によって空間的に変調される。第1、第2および第3の原色は、各々の反射型変調器130,140,150から供給される画像情報にしたがって、光の偏光により空間的に変調される。
【0035】
この分離された光はその後に再結合される。空間変調された第2の原色光は色分離器120とビームスプリッタ110をそれぞれ透過する。空間変調された第3の原色光は色分離器120により反射されて、第1ビームスプリッタ110を透過する。空間変調された第1の原色光は第1ビームスプリッタ110により反射される。第2および第3の原色光は空間変調補色を作るように再結合されて、空間変調された第1の原色とともに第2リターダスタック170を透過する。この第2リターダスタック170は、S偏光された第1の原色をP偏光光へと回転するとともに、補色のP偏光スペクトルには影響を与えずにおく。それによって第1の原色スペクトルと補色スペクトルは第2クリーンアップ偏光子195を通り抜ける変調白色光となるように統合されて、それから光学投射レンズ182を通って出力される。変調白色光の各々の原色は、このシステム100を通じて等しい光路長を有する。
【0036】
図5は、本発明のさらに他の好ましい実施の形態による、他の3パネル反射型ディスプレイシステムを含む光学システムを表す。図6は偏光を簡単にたどれるように、図5の3パネル反射型ディスプレイシステムの、非動作状態(off-state)での等価展開配置を表す。これらすべての図面中において、同じ構成要素は同じ参照番号によって同定されるものと理解すべきものである。従って、簡潔にするためにここにおいては繰り返し説明を省く。
【0037】
図5において、光源からの入射白色光は効率を高めるために偏光変換列(不図示)を用いて直線偏光させてもよく、クリーンアップ偏光子(不図示)によって偏光させてもよい。第1リターダスタック160は、ここでは入力緑色/マゼンタ(IGM)スタックであって、青色と赤色との光と直交偏光された緑色光とともに入射白色光を通過させる。この実施の形態においては、緑色光はP偏光されてIGMを出射し、かつ、逆スペクトル又は補色マゼンタ光はS偏光される。本実施例ではビームスプリッタ110はPBSなので、緑色光のみを透過して、マゼンタ光を反射する。
【0038】
図6に示す非動作(暗)状態においては、光は偏光状態(SOP)を変化させないで反射型変調器130,140,150から、以下のようにして、反射される。これら反射型変調器は、本実施例ではそれぞれ赤色、青色および緑色LCDである。赤色と青色光は色分離器で分割される。この色分離器は、本実施例では二色性スプリッタである。青色BおよびトュルーシアンCは第2反射型変調器(青色LCD)140へ反射されていき、かつ、トュルーイエローYおよび赤色Rは第1反射型変調器(赤色LCD)130へ透過されていく。反射光はSOPを変化させないで帰還し、色分離器120で再結合する。ビームスプリッタ110に戻る光はS偏光を維持しており、それゆえビームスプリッタ110で効率的に反射される。これにより、すべての光が入力ポートから出射して、この段階の近似でコントラスト比は非常に高い。
【0039】
実際には、第1ビームスプリッタ110は有限の偏光効率を有する。多くの場合、SポートへのP偏光光の漏れは、PポートへのS偏光光の漏れよりも垂直入射において10倍大きい。
【0040】
第一ビームスプリッタ110により反射される重要な緑色光(εp=2〜4%)と、第1ビームスプリッタ110により透過される逆スペクトルからのささいな光と、がある。実際、入射角が±12°くらい小さいf数(f-number)では、εp=40%にもなる。それで、典型的な投映(projection)f数にわたってコントラスト比を保つためには、クリーンアップ偏光子195が要求される。
【0041】
図7は、図5のシステムが暗(非動作)状態にあるときの、εsがεpに対して無視できるという仮定のもとでのシステムを通しての光漏れを表している。非動作状態において、第一ビームスプリッタ110を(1−εp)で透過された緑色光は、第3反射型変調器150によりSOPを変化させないで反射される。これが第1ビームスプリッタで検光されて、εp(1−εp)が出力ポートへ漏れる。第1ビームスプリッタ110で反射されるεpの緑色入射光は、色分離器(二色性スプリッタ)によって分割されて、第1および第2反射型変調器130,140によってSOPを変化させないで返還される。
【0042】
第1ビームスプリッタ(PBS)110で反射された緑色反射光は、その後に二色性スプリッタにより結合されてPBS110に戻る。このP偏光光は、PBS110によってεp(1−εp)の漏れで透過され、システムの他の部分からの漏れと結合する。システムの可干渉性(coherence)の欠如のために、これら構成部分は本質的に強度ベース(on a power basis)で結合する。逆スペクトル(補色)から成る光はPBS110で効率的に反射され、システムのコントラスト比には比較的小さな貢献しかしないと仮定される。
【0043】
この好適な実施の形態における実施例によれば、コンスタント比を高く保つために、入力偏光子と交差するクリーンアップ偏光子195に加えて、ここでは出力緑色/マゼンタ(OGM)スタックである第2リターダスタック170が出口ポートに配置されている。この第2リターダスタック170は、PBS110によって透過されたP偏光光を、青色と赤色には影響を与えずに、S偏光光に変換する。緑色の漏れは、その後にクリーンアップ偏光子195によって遮断される。
【0044】
図8は、図5の3パネル反射型ディスプレイシステムの等価展開配置で、反射型ディスプレイシステムが白色(動作)状態(white (on) state)にあることを表す。図8の光の伝搬は、第1、第2および第3反射型変調器130,140,150が光を入射光のSOPと直交するように変調しかつ偏光するので、図6の光の伝搬とは異なっている。第1反射型変調器130によって反射されたスペクトルは、この好適な実施の形態における実施例では二色性ビームスプリッタである色分離器120を透過してから、第2反射型変調器140によって反射されたスペクトルと結合される。この結合されたスペクトルは、第1の原色の補色であって、第1ビームスプリッタ110と、第2リターダスタック170と、第2クリーンアップ偏光子195とを透過する。第3反射変調器150によって反射されたスペクトルは、第1ビームスプリッタ110によって反射されて、補色結合スペクトルと結合される。この原色のスペクトルは、その後第2リターダスタックによってそのSOPを補色光のSOPと整合するように偏光されて、システムから出射する。
【0045】
この好適な実施の形態の実施例においては、R,Y色の光は赤色LCD(第1反射型ディスプレイ130)によって変調されるとともに、B,C色の光は青色LCD(第2反射型ディスプレイ140)によって変調される。この実施例において、全4色はP偏光回帰光路内で第1ビームスプリッタ110に入る。この第1ビームスプリッタ110は、すべてのS偏光緑色光を反射するとともに、すべてのP偏光(BCYR)光を透過する。
【0046】
この好適な実施の形態の実施例においては、第2リターダスタック170(OGM)は、第1リターダスタック160(IGM)とはその設計が異なっている。このOGMは、CおよびYの帯域の強度の実質的部分を90°回転するように、IGMよりも広いマゼンタノッチを有している。それで、OGMはコントラスト比を最大化するためと、色域(color gamut)を向上するためにCおよびY帯域部分を捨てるためとの、緑色光のSOPを復調するという二重の機能を有している。
【0047】
この好適な実施の形態の実施例においては、緑色光は、第1ビームスプリッタ110と第3反射型変調器150との間の光路にある傾斜等方コーティング(tilted isotropic coating)を透過しない。これは緑色光のコントラスト比を最大化し、この緑色光はシステムのコントラスト比の程度に最も大きく影響を与えるものである。関連技術のフィリップスプリズムの一連の光路においては、緑色光は4個の傾斜等方スタックを効率的に透過する。フィリップスプリズムでは、その結果として偏光性の再現性、特に積層の法線(stack normal)方向(S回転)を含む平面にない光線に対して、損失が生じる。
【0048】
この好適な実施の形態の実施例においては、第1ビームスプリッタ110から反射した光は、ここでは望ましくは緑色の半強度点(half-power point)を有するように設計された二色性スプリッタ(鏡)である色分離器120に、入射する。素子120は青色光と赤色光とを分離したり結合したりする。このポートから緑色光を除いてあることで、色分離器120に要求される性能が緩和されるが、遷移帯域(transition band)中に光が存在しないので、遷移帯域特性は確立(establish)されない。このようにスペクトル遷移の程度は小さいので、第1と第2反射変調器130,140(赤色および青色LCD)の間のクロストークは比較的小さく、それゆえ色動作性(color performance)の損失は比較的小さい。第1および第2反射型変調器130,140からの偏光変調光は、素子120で再結合されて、その後にビームスプリッタ110によって検光される。
【0049】
この色分離器は典型的には、1つの原色帯域のすべてを実質的に反射しかつその補色帯域のすべてを実質的に透過する色選択鏡として機能する二色性スプリッタである。急勾配(steep)の場合が多いが、透過されるのと反射されるのと両方のスペクトル要素部分をもつ有限の遷移帯域がある。この鏡は入射光の軸に対して傾斜しているため、この二色性スプリッタは線形固有状態(linear Eigenstate)を有するものと考えることができる。この特性は、入射平面に平行および垂直の偏光性をもつ透過/反射場(transmitted/reflected fields)を調べることによって求めることができる。両方の固有状態に沿った偏光性の投光は、このような共線形伝搬場(collinearly propagating fields)の位相差(リターデーション)を生じさせ、結果的にSOPに影響を与える。二色性鏡は典型的には、重なり合わない(non-overlapping)SおよびP偏光の遷移帯域を有する。この分離は、中央波長、特定のスタックの設計および入射角に依存する。この遷移帯域から離れると、巣実質的にすべての光が反射若しくは透過されるが、この構成は偏光性の程度には影響を与えない。二つの透過スペクトルを分離する帯域中では、この構成は偏光ビームスプリッタのように作用する。
【0050】
動作状態中に、LCDは光を90°回転するが、二色性スプリッタがS偏光を反射してP偏光を透過するような波長の光は、二色スプリッタの第4ポートで拒絶される。これは、色座標を原則として向上するすることができるノッチ(notch)を生じさせる。しかしながら、この帯域がシステムのf数以内の角度で原色帯域に侵食している場合には、実質的な透過損失が結果として生じてしまう。
【0051】
本発明の好適な実施の形態によれば、SとPの結合スペクトルに対する遷移帯域幅を最小化するため、二色性スプリッタは実質的にゼロ偏光特性(zero polarizing properties)(半強度点で10−15nmの分離)を有し、それによって最小のf数での青色および赤色光のスループットを最大化する。前述のように、本実施例では、第1リターダスタック160(IGM)は緑色を1つの偏光状態にかつマゼンタを直交偏光状態に沿ってコード化する。それから、偏光ビームスプリッタとしての第1ビームスプリッタ110は緑色光を透過するとともにマゼンタを反射して、それで第2(二色性)スプリッタ120に含まれるポートから緑色スペクトル部を削除する。図5の好適な実施の形態の遷移帯域を表す図9に示したように、この二色性スプリッタ遷移帯域は、角度感応性が各々の出力のクロミナンス(chrominance)に影響を与えないように緑色内に位置する。青色(または赤色)の反射率および赤色(または青色)の透過率をシステムの全f数にわたって高く保つように、好適な二色性スプリッタはこの帯域の実質的に中心に位置する半強度点を有する。
【0052】
付加的なフィルタがないので、図9に示したように、第1および第2リターダスタック160,170の遷移帯域内に入っている光は、第1ビームスプリッタ110の2個のポート間で共有される。IGMとOGMスタック設計は独立してなされるので、これらの相互作用によって、所望の色動作性を生じさせることができる。本発明の好適な実施例によれば、578nmのように強力な光源発光で生じた光の偏光性は、システムのコントラスト比を最大化するように制御される。この相互作用は、同一のスタックが入力と出口の両方のポートに用いられている以下の実施例において説明される。リターダスタックの半強度点、たとえば黄色帯域中のある波長において、強度は第1PBSビームスプリッタ100によって理想的には等分に分割される。このスタックによって発生するSOPは45°の直線偏光であるが、PBS固有偏光性(eigenpolarizations)に沿って等しい投影(projection)を有するいずれのSOPでも可能である。図10に示したように、P偏光光は緑色とマゼンタの両方のポートからPBS110の出力ポート内に漏れ入る。この場合は、第2リターダスタック170は漏光を非最適(non-optimum)な45°に回転する。それによって、漏光の実質半分がクリーンアップ偏光子を通り抜ける。コントラストは、この波長で約10:1まで急激に低下する。
【0053】
この限界を克服するため、第1PBSビームスプリッタ(110)中を漏れた非動作状態の光のSOPを好適に処理する第1および第2リターダスタックを製作することにより、コントラスト比が最大化される。コントラストを大きくするための1つの方策は、フィルムを付加して遷移勾配(transition slope)を立ち上げ、強力な光源発光から遷移帯域を遠ざけることである。好適な方策は、第1リターダスタック160(IGM)をその遷移帯域が第2リターダスタック160(OGM)遷移帯域と重なり合わないように作成することである。S偏光光はコンスタント比を維持するので、スペクトルはスタック170(OGM)によってP偏光漏れが一般的に例えば約90°回転するという範囲まで分離される。好適な実施の形態においては、第1および第2リターダスタック160,170は重なりゼロ(zero-overlap)である。
【0054】
好適な実施の形態によるフルカラー3光路投射器の実施例で、コントラスト比と色増強(color enhancement)の両方を説明する。第1および第2リターダスタックの配向を、両スタックにz方向引き伸ばし(Nz=0.5)ポリカーボナイト(polycarbonate)フィルムを用いたものについて、表1に示した。両スタックの配向は、同じ波長について対称であり、それゆえ、シアンおよびイエローのノッチ特性は基本的に同一である。リターデーション(retardation)は、545nmで1.5波長であり、好ましくは535nmである。赤色は最適から若干ずれているものの、スタック間の相互作用は波長に対して不変であって、この実施例は本実施の形態を表すものである。
【0055】
【表1】
545nmで1.5波長をもたらす第1リターダスタック160(IGM)と第2リターダスタック170(OGM)の配向
【0056】
好適な実施の形態の本実施例は、第1クリーンアップ偏光子190としての染色S配向偏光子の前に、光源175としての水晶ハロゲン灯を含む。出力は、光学的スペクトル検光子(不図示)を用いて計測した。この実例は、フリースタンド(free-standing)反射防止(AR)コーティングされた要素を用いて組み立てられた。第1および第2リターダスタック160,170は、広域帯域反射防止コーティング窓部の間に接合されるとともに第1ビームスプリッタ110の入出力ポートに貼り付けられる圧力感応接着剤を有する。第2ビームスプリッタ120としての赤/青二色性鏡板は、S偏光光を受け入れるように、第1ビームスプリッタ100のPBSコーティングに平行に配置される。反射型変調器130,140,150は、500nm(青色)、560nm(緑色)、644nm(赤色)における1/4波長リターデーションとなるようアルミ鏡にリターデーション薄板をかぶせることによって作成された。反射防止コーティングガラス窓部はリターデーションフィルム全体にわたっており、率整合(index match)をはかっている。反射型変調器130,140,150は、光学システム100の適切な出力ポートに取り付けられた。第2クリーンアップ偏光子195を出射する再結合光は、光学スペクトル偏光子の入力と結合する。透過スペクトルは、各々のポートのパネルを物理的に回転し、かつ出力を記録することにより、発生させられた。最大の透過は約45°配向で生じ、最小の透過は0°配向で生じて、前者を後者で正規化することによってコントラスト比のデータひと組を得た。各々の帯域の正確な絶対透過率が、3個の場が検知素子へ同時的に結合していく許容誤差のために、動作状態データからは抽出できないことは、当業者であれば直ちに理解される。図11、図12、図13および図14は、光学スペクトル検光子によって計測した本発明の好適な実施の形態による反射光学性の計測出力を示している。計測結果は明らかにイエローとシアン中のノッチを現している。軸上コンスタント比は、可視スペクトルにわたって高く、例えば約500:1よりも大きい。
【0057】
軸上の色域は、SMPTE基準で要求される水準をはるかに上回っており、この好適な実施の形態は色域とシステム輝度を結合している。さらにより高い輝度でさえ、色座標を犠牲にすることによって、得ることが可能である。輝度を高くする好適な方策のひとつは、間原色光の非動作状態での漏れを増加させることを防止しつつ第1および第2リターダスタック160,170がより大きな遷移帯域の重なりとなるように設計することによって、第1および第2リターダスタック160,170の遷移勾配を大きくするか、または、ノッチ濃度を減らすことである。
【0058】
輝度を高くする他の好適な方策は、第1と第2のリターダスタック160,170に対して異なるリターデーション値を用いることである。この設計は同じ波長に対して対称ではないので、シアンとイエローの中に異なるノッチ濃度を得ることができる。ある場合には、シアンノッチを完全に避けること、例えば578nmの光を80%−90%遮断することにより、適切な色座標を得ることができる。ノッチの濃度はデューティ比(duty ratio)の相違によって決定され、ここでは、第1と第2リターダスタック160,170の間の緑色ノッチの相対幅と遷移勾配によって測られる。この実施例では、両スタックは隣接して積層された14層の膜を含み、光源175の緑色線(545nm)とイエロー線(578nm)とを区別する遷移勾配を与えている。よってこの方策は、各々のノッチを高い程度でブロックするものとなる。
【0059】
図11および図12に示されているように、第1リターダスタック160の緑色出力の最初の極小は、第2リターダスタック170のマゼンタ出力の最初の極小と一致し、したがって、マゼンタノッチの高濃な遮断がもたらされる。第2リターダスタック170のマゼンタ出力は、491nmと619nmで85%の透過率である。
【0060】
本発明の好適な実施の形態は、色光路を形成したり結合したりするのにリターダスタック(RS)技術を用いることで角度感応性を低減するという利点をも持っている。二色性鏡、コレステリックフィルムやホログラフィックフィルムなどのような、関連技術の色スプリッタは物理的に2個の光路を形成し、遷移帯域特性を決定している。RS160,170は色を偏光によってコード化しおり、それによって遷移帯域特性を決定することができるが、RS160,170は共線形伝搬場要素を物理的に分離しない。それで、光はスタックに実質的に垂直に入射し、それによって角度感応性が最小化される。したがって、各々のフィルムの光学軸が面内に沿っている場合には、垂直入射からの小さな逸れに対するリターダンス変動は角度について2次である。色光路を形成するために用いられている第1(PBS)コーティングが実質的に傾けられているとしても(典型的には偏倚角が45°)、この好適な実施の形態はシステムのf数にわたってニュートラル(neutral)な偏光効率を提供する。二つの機能を分けることで、角度感応性が非常に減少する。
【0061】
さらなる角度感応性の減少は、この好適な実施の形態において、特殊化されたリターデーションフィルムを用いることによって実現される。実質的に小さな角度非感応性のリターデーションは、複合(compound)リターダ若しくは2軸性単一リターダのいずれかを用いることにより実現することができる。例えば、2軸性リターデーションフィルムは、高分子基板を面方向にとフィルム法線方向に沿った両方に引き伸ばすことによって作成することができる。フィルム法線方向に沿ったリターデーションが面方向リターデーションの実質的に半分であるときには、入射角に対する波長変動は実質的にささいなものになる。
【0062】
非垂直の小さな逸れに対して、最大リターデーション変動は角度について4次である。このようなフィルムは、半強度点のスペクトル変動をささいなものにしてしまう。表2は、平行偏光子間の第2リターダスタックだけについての計測データを示している。支配的なスペクトルが、半頂角15°に対して最大変動0.5nmで赤方に変動することを結果は示している。個のような構成においては、第1ビームスプリッタ110(PBS)は色分離能力の限界となる要因を代表する。
【0063】
【表2】
545nmにおけるリターダンスが1.5波長の14層の第2リターダスタック170の角度に対する半強度点のスペクトル変動;4個の方位角が与えられている
【0064】
コントラスト比の非軸上の計測は、図18の構成で第2ビームスプリッタ120(二色性鏡)を取り除いたものを用いて、緑色光に対して行われた。準平行な(qusi-collimated)白色光は25nmFWHMで550nmの透過帯域(bandpass)を用いてフィルタされた。光学強度計を用いて、P回転(PBSコーティング法線を含む平面内)およびS回転に対する角度の関数として強度が記録された。緑色パネルの配向が45°で計測された強度によって正規化することによって、パネルの配向が0°の強度までコントラスト比を求めた。表3に与えられた結果は、コントラスト比が入射角に対して落ちていきながらも、妥当なf数にわたって高くありつづけており、視覚円錐(viewing cone)は極めて等方的である。
【0065】
【表3】
入出力リターダスタックを用いた緑色光のコントラスト比
【0066】
比較の目的のため、同一条件下でフィリップスプリズムが計測された。同一の手続きを行い、緑色スペクトルのコントラスト比が配向の関数として計測された。P回転の結果は許容できるコントラスト比であったものの、表4に示すように、S回転のコントラスト比は非常に劣化したものであった。
【0067】
【表4】
フィリップスプリズムを用いた緑色光のコントラスト比
【0068】
図15は、本発明の他の好適な実施の形態による3パネル反射型光学システムを表す。この好適な実施の形態は、図4に関連する上述の特徴を含んでおり、さらに、光が反射型光学システムを通り抜けるときに光の強度を大きくするための第1および第2ダブラー(doubler)115,125も含む。第1および第2のダブラーは好ましくはインバータであって、強誘電性(ferroelectric)液晶ディスプレイのために光の強度を増大する。
【0069】
図15に示したように、光源175からの白色光は、第1クリーンアップ偏光子190によって偏光されて、第1リーダスタック160によって第1の原色が一つの偏光状態にかつその補色が直交偏光状態に沿うようにコード化される。第1の原色は、第1ビームスプリッタ110を透過し、分離された光路を平衡させるために使用される部分を経由する。第1の原色は第1光ダブラー115を透過した、第3反射型変調器150によって空間的に変調されて、第1光ダブラー115を透過され戻る。次に、第1の原色は第1ビームスプリッタ110によって反射されて、第2リターダスタック170、第2クリーンアップ偏光子195、および必要があれば第2凸レンズ系182を通ってシステムを出射する。
【0070】
第1の原色の補色は、第1ビームスプリッタ110で反射されて、第2光ダブラー125を通過した後に第2と第3の原色に分割される。第2の原色は、色分離器120によって反射された後、第2反射型変調器140によって空間的に変調されて、第2光ダブラー125を透過するために色分離器120によって再び反射される。第3の原色は、色分離器120を透過し、第1反射型変調器130によって空間的に変調されて、色分離器120を再び透過する。第2と第3の原色は結合されて、第2光ダブラー125と、システム100を第2リターダスタック170を通って出射するために第1ビームスプリッタ110とを透過する。第2リターダスタック170は、同じ偏光状態を有する結合された補色と第1の原色とを、第2クリーンアップ偏光子195と第二凸レンズ系182を通じて、透過させる。
【0071】
コントラスト比を向上するために、図4の実施の形態の中間リターダスタックがビームスプリッタ110と色分離器120の間に位置していてもよい。
【0072】
図16は、本発明のさらに他の好適な実施の形態による光学システム200を表し、第1、第2、第3および第4偏光ビームスプリッタ205,210,215,220と、第1、第2、第3および第4リターダスタック260,265,270,275を含んでいる。この実施例において、以下、第1、第2および第3の原色はそれぞれ青色、赤色および青色とする。これらの色は例示のためのものであって、当業者に容易に理解されるところによりこれらの色の順序は所望のものに変えることができる。
【0073】
光源175からの白色光は、第1リターダスタック260によって、青色光が一つの偏光状態に沿いその補色のイエロー光が直交偏光状態に沿うように偏光される。第1偏光ビームスプリッタ(PBS)520は青色を透過させ、かつ、イエローを反射する。第2リターダスタック265は、赤色/シアンまたは緑色/マゼンタのリターダスタックであって、赤色を一つの偏光状態にかつ緑色をその直交偏光状態にコード化する。第1および第2反射型変調器130,140はそれぞれ赤色光と緑色光を変調する。その後、第2PBS210は赤色光を透過させかつ緑色光を反射する。第3リターダスタック270は、赤色および緑色光を第3PBS215によって第4リターダスタック275を通過する一つの偏光状態へと再結合される。第4PBS220は、第1PBS215からの青色光を第3反射型変調器150へと透過し、この第3変調器は青色光を変調して第4PBS220へと反射し返す。第4PBS220は青色光を第3PBS215へ反射し、第3PBSが青色光を第4リターダスタック275へ反射する。第4リターダスタック270は、すべての三原色、赤色、緑色および青色を同じ偏光状態へと回転して、その結合スペクトルを出力する。
【0074】
本発明の好適な実施例による色分離および結合構造ならびに方法は、リターダスタックと中性偏光スプリッタを用いて別個の色光路を形成するものである。これは反射型別光路投映器に用いられ、特にシリコンディスプレイ上の反射型液晶に適用される。リターダスタック(RS)技術は、偏光によって色の分離を行うために用いられる。直交する偏光状態から物理的に別の光路を形成する構造と結びついて、色分割が実現される。リターダスタックは、平坦な透過帯域(passband)および阻止帯域(stopband)特徴と、狭い遷移帯域幅と、低い色クロストークとを発生する。関連技術の二色性ビームスプリッタとは違い、RS技術は偏光性に基づいている。これは色と偏光の両方の処理をここに記載したように簡便な構成にまとめた投映器で行うことを可能にする。
【0075】
以上の実施の形態は、単に説明のためのものであって、本発明の限定を構成するものではない。本発明の教示は、他の型の装置にも容易に適用することができる。本発明の記載は説明することを意図としており、特許請求の範囲を限定するものではない。幾多の置換、改良、変形、は当業者にとって明らかである。例えば、第2ビームスプリッタが第1ビームスプリッタ100で反射された光に作用するか、第1ビームスプリッタを透過した光に作用するか、のいずれでもよいことは当業者には容易に理解される。特許請求の範囲において、機能手段節(means-plus-function clause)は言及された機能を実行する個々に記載された構造と、構造的均等物のみならず、均等の構造物をも含むことが意図されている。
【図面の簡単な説明】
本発明を、以下の図を参照することにより詳細に説明する。図において同じ参照番号は、同じ構成要素を指している。
【図1】図1(a)および図1(b)は、関連技術の反射型ディスプレイの構成を表し、ここで単一偏光の光は第1ポートを通って導入され、かつ第2ポートを通って反射型LCDパネルへ向かって透過されることを示す。
【図2】 図2は、本発明の好ましい実施の形態による、リターダスタックおよびPBS偏光色スプリッタを示す。
【図3】 図3は、本発明の他の好ましい実施の形態による、光学システムを表す。
【図4】 図4は、本発明のさらに他の好ましい実施の形態による、3パネル反射型ディスプレイシステムを含む光学システムを表す。
【図5】 図5は、本発明のさらに他の好ましい実施の形態による、他の3パネル反射型ディスプレイシステムを含む光学システムを表す。
【図6】 図6は、図5の3パネル反射型ディスプレイシステムの等価展開配置で、反射型ディスプレイシステムが非動作状態(off-state)にあることを表す。
【図7】 図7は、図5の3パネル反射型ディスプレイシステムの他の等価展開配置で、反射型ディスプレイシステムが非動作状態(off-state)にあることを表す。
【図8】 図8は、図5の3パネル反射型ディスプレイシステムの等価展開配置で、反射型ディスプレイシステムが動作状態(on-state)にあることを表す。
【図9】 図9は、図5の反射型ディスプレイシステムに対する遷移帯域(transition band)を表す。
【図10】 図10は、図5の反射型ディスプレイシステムが非動作状態にある場合の、当該反射型ディスプレイシステムを通る光漏れを示す。
【図11】 図11は、図5の反射型ディスプレイシステムの測定出力を示す。
【図12】 図12は、図5の反射型ディスプレイシステムの測定出力を示す。
【図13】 図13は、図5の反射型ディスプレイシステムの測定出力を示す。
【図14】 図14は、図5の反射型ディスプレイシステムの測定出力を示す。
【図15】 図15は、本発明による、図14に示す光学システムの変形例を表す。
【図16】 図16は、本発明の他の好ましい実施の形態による、3パネル反射型ディスプレイシステムを含む光学システムを表す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to image formation. The present invention particularly relates to an optical system using a color selective polarizing element for forming a color image.
[0002]
[Prior art]
Related art optical projection systems use transmissive thin film transistor (TFT) liquid crystal display (LCD) panels. Multi-layer deposited thin film dichroic beam splitters that are tilted with respect to the axis of incident light have been used to create physically separate paths. Each of these optical paths corresponds to a part of the spectrum of the additive primary color band of red, green, and blue (RGB). The LCD in each light path controls the level of locally transmitted light in a particular primary color band. The modulated or imagery light is recombined with an isotropic coating and a full color image is projected onto the front or near projection screen.
[0003]
In transmission mode, the LCD is placed between crossed polarizers so that a high contrast ratio is obtained for most LC electro-optic modes. In the reflective mode, light is incident on the LCD panel substantially perpendicularly, but as a similar arrangement, as described in the parent application incorporated above by reference, a polarizing beam splitter (PBS) is directly connected to the panel. Make sure it is in front.
[0004]
One type of polarizing beam splitter is a tilted thin-film stack having four ports that reflects and transmits the light spectrum based on its polarization. The PBS ideally functions as a broadband reflection element for a light spectrum polarized along one axis and as a transmission element for a light spectrum polarized along an orthogonal axis. A dichroic beam splitter ideally reflects or transmits a light spectrum based only on the frequency of the light.
[0005]
The full-color optical path type projector includes a plurality of reflective LCD panels, a plurality of dichroic beam splitters for creating three color optical paths, a polarizing beam splitter for each reflective LCD panel, and a convex lens. It is also possible to use further optical elements for recombining the images before. This is cumbersome and expensive.
[0006]
Instead, a single polarizing beam splitter is used, followed by a Philips prism to separate and combine the three color optical paths. In this configuration, the color separation / combination structure is effectively disposed between the polarizer and the analyzer. It is an advantage from the standpoint of the number of components that the light paths of the three colors share the same PBS.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, it is required for the high contrast ratio that the Philips prism maintain the polarization of the input state for each color optical path so that the light efficiently exits the port. This condition must be maintained such that the contrast ratio over the f-number of the system is on average 100: 1 and ideally exceeds 200: 1. A clean-up polarizer and, in some cases, additional polarizing optics, such as a quarter wave plate, provides a contrast ratio between the LCD panel and the prism. Used to improve.
[0008]
In the Philips prism, red and blue are first reflected by the dichroic coating and then total internally reflected (TIR) before entering the LCD. The modulated polarized light then returns along the same optical path. The spectral characteristics of this dichroic coating are strongly dependent on the angle of incidence and cause substantial cross-talk between the color channels. To help solve the crosstalk problem, a “double notch” filter (DNF) is often inserted that substantially blocks mid-band light such as True Cyan and True Yellow. This DNF is also a multi-layer coating, but since it is used near normal incidence, changes to the angle of incidence are less sensitive. Even if averaged over the f-number of the system, the light density at the notch is small.
[0009]
Thus, the related art three-panel reflective projection system uses PBS, DNF and Philips prisms, each consisting of three prisms, two of which have a dichroic mirror coating. In order to improve the operability of a transmissive system using a reflective LCD panel, there is a need for a configuration that reduces the cost and complexity while improving the contrast ratio and throughput.
[0010]
In the related art, multilayer thin film coatings are used for color manipulation in the projection system. This technique meets the requirements for high efficiency and high power operation of projection. Furthermore, a steep transition slope desired to maximize brightness can be achieved while meeting the criteria of color coordinates. However, the gradient isotropic coating reduces the polarizing property, particularly in a system having a small f-number. In LCDs, the polarization must be accurately maintained in order to reduce dark state leakage. Furthermore, dichroic mirrors have an angle sensitive half-power wavelength that varies substantially with the angle of incidence.
[0011]
In order to create a physically separate optical path using a dichroic mirror, the layer is often substantially tilted with respect to the axis of incident light. This significantly increases the spectral variation due to small angular deviations relative to the deflection angle. In the worst case, when the deflection angle is 45 °, the wavelength (spectrum) variation is approximately linear with respect to the angle change.
[0012]
Essentially, the apparent thickness of each layer of the thin film stack decreases with the non-normal incidence angle, resulting in a blue shift in the spectrum. If there is a declination angle, there will be both blue and red shifts in the plane of incidence. Such angular sensitivity limits the f-number of color manipulation systems, particularly LCD projectors.
[0013]
A reflective silicon display panel is very well known as a related technology. The most well known reflective silicon display panel is a VLSI active matrix panel that has been processed to have a high fill ratio or flat fill ratio and high visible reflectivity. Alternatively, the polysilicon panel can be made to function as a reflective display. In a VLSI panel, a thin liquid crystal film is sandwiched between a silicon chip and a cover glass covered with a transparent conductor, typically indium tin oxide (ITO). The liquid crystals can be either nematic or smectic materials, both of which are well supported by documents in the field. Liquid crystals are anisotropic media and respond to an electric field by changing their orientation. This changes the polarization state of the light propagating through the liquid crystal.
[0014]
1 (a) and 1 (b) illustrate a related art reflective display configuration in which light in a single polarization state is incident. As shown in FIG. 1 (a), light enters the polarizing beam splitter (PBS) 10 through the
[0015]
The polarization state of the reflected light is locally modulated by the voltage-dependent distribution of LC molecules in each pixel of the
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is directed to substantially solving one or more problems arising from the limitations and disadvantages of the related art.
[0017]
Another object of the present invention is to improve the contrast ratio and the throughput of the reflective LCD system, and at the same time suppress the complexity and cost.
[0018]
Another object of the present invention is to reduce the f-number of the color manipulation system while maintaining the contrast ratio.
[0019]
In commonly owned U.S. Pat. No. 5,751,384, the entire contents of which are hereby incorporated by reference, create separate color light paths and combine the separate color light paths to form a single light path. Thus, it has been found that a retarder stack can be used in combination with a neutral polarization splitter. This technique has its own advantages, particularly with respect to angular sensitivity.
[0020]
The present invention converts a first spectrum of incident light from a light source along a first polarization state, and converts a second spectrum of the incident light from the light source into a second polarization state different from the first polarization state. An input retarder that transforms along, a first beam splitter that is optically coupled to the input retarder and that transmits the first spectrum as a transmission spectrum, and a second beam splitter that reflects the second spectrum as a reflection spectrum; Can be realized in whole or in part by an optical system having a beam splitter including
[0021]
The present invention is also entirely based on a system that splits incident light from a light source into red, green and blue component color bands by passing each color through a physically different light path. Or it can implement | achieve partially. At least two of these optical paths are formed by a stacked retardation film and a polarizing beam splitter (PBS). By creating different optical paths, each color band can be processed independently. According to a preferred embodiment of the present invention, such processed light can be combined to form a single optical path, again using a retarder stack (RS) and PBS. The present invention is particularly suitable for a projector using a reflective liquid crystal in a silicon display panel.
[0022]
The present invention can be realized in whole or in part by combining the operations of color and polarization in order to manufacture another optical path type projector having a simple structure based on the reflective display panel. A retarder stack (RS) element forms an orthogonally polarized primary color from a polarized input. In this illustrative embodiment, all four ports of the PBS are used and the PBS functions as a color splitter. A dichroic beam splitter can be used to further divide the port containing the subtractive primary color band. In one embodiment of this reflection type, all three optical paths are recombined and analyzed by the input PBS. A full color image can also exit from a fourth port of PBS that has not been used so far. Thus, a full color projector according to the present invention will require only one PBS coating and one dichroic color-splitting coating with one or two retarder stacks.
[0023]
The present invention can also be realized in whole or in part by improving the polarization operation associated with the color optical system in order to obtain a high contrast ratio. In connection with the dichroic splitter, due to the low angular sensitivity presented by the retarder stack of the present invention, the projector of the present invention also has a high contrast ratio as a result.
[0024]
The present invention can also be implemented in whole or in part by providing a wide color gamut with minimal hardware. It is an aspect of the present invention that it has been found that an exit retarder stack that handles light leakage from a PBS can also be used to perform an inter-band notch filtering operation. Auxiliary notch filters are often used in related art systems that use Philips prisms, which eliminates the need for them. Using separate input and exit retarder stacks, the inter-primary light, such as that generated by a metal halide lamp, is reduced or reduced by this clean-up polarizer. Can be erased. This eliminates the need for a separate double notch filter (DNF).
[0025]
The invention can also be realized in whole or in part by providing an optical system that exhibits high overall throughput or brightness, such as a reflective LCD projector. This is achieved by manipulating the color band by laminating a lossless polymeric retarder film, matching the reflectance between the retarder films, and minimizing the number of high loss polarizers. . It is further achieved by eliminating the need for an auxiliary filter to remove interprimary light.
[0026]
Additional advantages, objects and features of the invention will be set forth in part in the description which follows and will be apparent to those skilled in the art upon attempting to practice the invention or may be learned from the practice of the invention. . These objects and advantages of the invention will be realized and attained as particularly pointed out in the appended claims.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. The same reference numbers in the figures represent the same or similar components in each figure. “Retarder”, “retarder stack”, “spectrum”, “complementary spectrum”, “spatial light modulator”, “doubler”, etc. The various elements and terms are described and / or defined in the original application. That is, such terms in this description are used to correspond to the meanings set forth in these original applications. FIG. 2 shows a
[0028]
In operation, polarized incident light from a light source (not shown) is directed to the
[0029]
FIG. 3 depicts a
[0030]
Retarder stacks 60 and 80 are optically coupled to the polarizing beam splitter. As used herein, the expression “optically coupled” means that light that has passed through or reflected from one optical element is incident on the next optical element directly or through one or more intermediate optical elements. It refers to all configurations. For the
[0031]
The primary color spectrum is modulated and reflected by the
[0032]
FIG. 3 shows that PBS leakage can be minimized by placing the
[0033]
FIG. 4 represents an
[0034]
In FIG. 4, the light from the
[0035]
This separated light is then recombined. The spatially modulated second primary color light passes through the
[0036]
FIG. 5 represents an optical system including another three-panel reflective display system according to yet another preferred embodiment of the present invention. FIG. 6 represents an equivalent deployment configuration in the off-state of the three-panel reflective display system of FIG. 5 for easy tracking of polarization. It should be understood that in all of these drawings, the same components are identified by the same reference numerals. Therefore, repeated explanation is omitted here for the sake of brevity.
[0037]
In FIG. 5, incident white light from a light source may be linearly polarized using a polarization conversion array (not shown) to increase efficiency, or may be polarized by a cleanup polarizer (not shown). The
[0038]
In the non-operating (dark) state shown in FIG. 6, light is reflected from the
[0039]
In practice, the
[0040]
Important green light reflected by the first beam splitter 110 (ε p = 2-4%) and trivial light from the reverse spectrum transmitted by the
[0041]
FIG. 7 shows ε when the system of FIG. 5 is in the dark (non-operating) state. s Is ε p Represents light leakage through the system under the assumption that it can be ignored. In the non-operating state, the
[0042]
The green reflected light reflected by the first beam splitter (PBS) 110 is then combined by the dichroic splitter and returned to the
[0043]
According to the example in this preferred embodiment, in order to keep the constant ratio high, in addition to the clean-up
[0044]
FIG. 8 is an equivalent deployment of the three-panel reflective display system of FIG. 5 and shows that the reflective display system is in a white (on) state. The light propagation of FIG. 8 is performed because the first, second and third
[0045]
In the preferred embodiment, R and Y light is modulated by a red LCD (first reflective display 130) and B and C light is blue LCD (second reflective display). 140). In this embodiment, all four colors enter the
[0046]
In this preferred embodiment example, the second retarder stack 170 (OGM) is different in design from the first retarder stack 160 (IGM). The OGM has a wider magenta notch than the IGM so that a substantial portion of the intensity in the C and Y bands is rotated 90 °. So, OGM has the dual function of demodulating the green light SOP, to maximize the contrast ratio and to discard the C and Y band parts to improve the color gamut. ing.
[0047]
In this preferred embodiment example, the green light does not pass through a tilted isotropic coating in the optical path between the
[0048]
In the example of this preferred embodiment, the light reflected from the
[0049]
The color separator is typically a dichroic splitter that functions as a color selective mirror that substantially reflects all of one primary color band and substantially transmits all of its complementary color bands. Although often steep, there is a finite transition band with both transmitted and reflected spectral element portions. Since this mirror is tilted with respect to the axis of the incident light, this dichroic splitter can be considered to have a linear eigenstate. This characteristic can be determined by examining transmitted / reflected fields with polarization parallel and perpendicular to the plane of incidence. Polarized light projections along both eigenstates cause such collinearly propagating fields retardation and consequently affect the SOP. Dichroic mirrors typically have non-overlapping S and P polarization transition bands. This separation depends on the central wavelength, the specific stack design and the angle of incidence. Beyond this transition band, substantially all the light is reflected or transmitted, but this configuration does not affect the degree of polarization. In a band that separates the two transmission spectra, this configuration acts like a polarizing beam splitter.
[0050]
During the operating state, the LCD rotates the light by 90 °, but light of a wavelength such that the dichroic splitter reflects S-polarized light and transmits P-polarized light is rejected at the fourth port of the dichroic splitter. This results in a notch that can improve the color coordinates in principle. However, if this band erodes the primary color band at an angle within the f number of the system, substantial transmission loss results.
[0051]
According to a preferred embodiment of the present invention, to minimize the transition bandwidth for the combined spectrum of S and P, the dichroic splitter is substantially zero polarizing properties (10 at half intensity point). -15 nm separation), thereby maximizing the throughput of blue and red light with minimal f-number. As described above, in this embodiment, the first retarder stack 160 (IGM) encodes green in one polarization state and magenta along the orthogonal polarization state. The
[0052]
Since there is no additional filter, light entering the transition band of the first and second retarder stacks 160 and 170 is shared between the two ports of the
[0053]
To overcome this limitation, the contrast ratio is maximized by fabricating first and second retarder stacks that suitably handle the SOPs of inactive light leaking through the first PBS beam splitter (110). . One strategy to increase the contrast is to add a film to raise the transition slope and keep the transition band away from intense light source emission. A preferred strategy is to create the first retarder stack 160 (IGM) so that its transition band does not overlap the second retarder stack 160 (OGM) transition band. Since the S-polarized light maintains a constant ratio, the spectrum is separated by the stack 170 (OGM) to the extent that the P-polarized leakage typically rotates, for example, about 90 °. In the preferred embodiment, the first and second retarder stacks 160, 170 are zero-overlap.
[0054]
An example of a full-color three-path projector according to a preferred embodiment describes both contrast ratio and color enhancement. The orientation of the first and second retarder stacks is shown in Table 1 for both stacks using z-stretched (Nz = 0.5) polycarbonate film. The orientation of both stacks is symmetric about the same wavelength, so the cyan and yellow notch characteristics are essentially the same. The retardation is 1.5 wavelengths at 545 nm, preferably 535 nm. Although the red color is slightly deviated from the optimum, the interaction between the stacks is invariant to the wavelength, and this example represents this embodiment.
[0055]
[Table 1]
Orientation of first retarder stack 160 (IGM) and second retarder stack 170 (OGM) to provide 1.5 wavelength at 545 nm
[0056]
This example of the preferred embodiment includes a quartz halogen lamp as the
[0057]
The on-axis color gamut is well above the level required by the SMPTE standard, and this preferred embodiment combines the color gamut and system brightness. Even higher brightness can be obtained by sacrificing color coordinates. One suitable measure to increase the brightness is to prevent the first and second retarder stacks 160 and 170 from overlapping a larger transition band while preventing an increase in leakage of inter-primary light in a non-operating state. By designing, the transition slope of the first and second retarder stacks 160, 170 is increased or the notch concentration is decreased.
[0058]
Another suitable measure to increase the brightness is to use different retardation values for the first and second retarder stacks 160,170. Since this design is not symmetric for the same wavelength, different notch densities can be obtained in cyan and yellow. In some cases, proper color coordinates can be obtained by avoiding cyan notches altogether, for example by blocking 80% -90% of 578 nm light. The density of the notch is determined by the difference in duty ratio, here measured by the relative width of the green notch between the first and second retarder stacks 160, 170 and the transition slope. In this example, both stacks include 14 layers stacked adjacent to each other to provide a transition gradient that distinguishes the green line (545 nm) and yellow line (578 nm) of the
[0059]
As shown in FIGS. 11 and 12, the first minimum of the green output of the
[0060]
The preferred embodiment of the present invention also has the advantage of reducing angular sensitivity by using retarder stack (RS) technology to form and combine color optical paths. Related art color splitters, such as dichroic mirrors, cholesteric films and holographic films, physically form two optical paths to determine the transition band characteristics. Although
[0061]
Further angular sensitivity reduction is achieved in this preferred embodiment by using specialized retardation films. Substantially small angle insensitive retardation can be achieved by using either a compound retarder or a biaxial single retarder. For example, a biaxial retardation film can be made by stretching a polymer substrate both in the plane direction and along the film normal direction. When the retardation along the film normal direction is substantially half of the surface direction retardation, the wavelength variation with respect to the incident angle becomes substantially trivial.
[0062]
For small non-vertical deviations, the maximum retardation variation is fourth order in angle. Such films neglect the spectral variation at the half-intensity point. Table 2 shows the measurement data for only the second retarder stack between parallel polarizers. The results show that the dominant spectrum varies red with a maximum variation of 0.5 nm for a half apex angle of 15 °. In such a configuration, the first beam splitter 110 (PBS) represents a factor that limits the color separation capability.
[0063]
[Table 2]
Spectral variation of the half-intensity point with respect to the angle of the 14th
[0064]
The non-axial measurement of the contrast ratio was performed on green light using the configuration shown in FIG. 18 except that the second beam splitter 120 (dichroic mirror) was removed. Quasi-collimated white light was filtered at 25 nm FWHM with a 550 nm bandpass. Using an optical intensity meter, the intensity was recorded as a function of angle to P rotation (in the plane containing the PBS coating normal) and S rotation. By normalizing the green panel orientation with an intensity measured at 45 °, the contrast ratio was determined up to an intensity of 0 ° panel orientation. The results given in Table 3 show that the contrast cone continues to be high over a reasonable f-number while falling with respect to the angle of incidence, and the viewing cone is very isotropic.
[0065]
[Table 3]
Contrast ratio of green light using input / output retarder stack
[0066]
For comparison purposes, Philips prisms were measured under the same conditions. The same procedure was followed and the green spectrum contrast ratio was measured as a function of orientation. Although the result of P rotation was an acceptable contrast ratio, as shown in Table 4, the contrast ratio of S rotation was very deteriorated.
[0067]
[Table 4]
Contrast ratio of green light using a Philips prism
[0068]
FIG. 15 illustrates a three-panel reflective optical system according to another preferred embodiment of the present invention. This preferred embodiment includes the features described above in connection with FIG. 4 and further includes first and second doublers for increasing the intensity of light as it passes through the reflective optical system. 115 and 125 are also included. The first and second doublers are preferably inverters and increase the light intensity for a ferroelectric liquid crystal display.
[0069]
As shown in FIG. 15, the white light from the
[0070]
The complementary color of the first primary color is reflected by the
[0071]
In order to improve the contrast ratio, the intermediate retarder stack of the embodiment of FIG. 4 may be located between the
[0072]
FIG. 16 shows an
[0073]
White light from the
[0074]
A color separation and combining structure and method according to a preferred embodiment of the present invention uses a retarder stack and a neutral polarizing splitter to form separate color optical paths. This is used in a reflection type separate optical path projector, and is particularly applied to a reflection type liquid crystal on a silicon display. Retarder stack (RS) technology is used to perform color separation by polarization. In combination with a structure that physically forms another optical path from orthogonal polarization states, color division is realized. The retarder stack generates flat passband and stopband features, a narrow transition bandwidth, and low color crosstalk. Unlike related art dichroic beam splitters, RS technology is based on polarization. This makes it possible to perform both color and polarization processing with a projector that is organized in a simple configuration as described herein.
[0075]
The above embodiments are merely illustrative and do not constitute a limitation of the present invention. The teachings of the present invention can be readily applied to other types of devices. The description of the invention is intended to be illustrative and not limiting of the scope of the claims. Numerous substitutions, improvements, and variations will be apparent to those skilled in the art. For example, those skilled in the art will readily understand that the second beam splitter may act on the light reflected by the
[Brief description of the drawings]
The invention will be described in detail with reference to the following figures. In the figures, the same reference numbers refer to the same components.
FIG. 1 (a) and FIG. 1 (b) depict a related art reflective display configuration in which single polarized light is introduced through a first port and a second port It is transmitted through the reflective LCD panel.
FIG. 2 shows a retarder stack and a PBS polarization color splitter, according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 3 represents an optical system according to another preferred embodiment of the present invention.
FIG. 4 represents an optical system including a three-panel reflective display system according to still another preferred embodiment of the present invention.
FIG. 5 represents an optical system including another three-panel reflective display system according to yet another preferred embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an equivalent deployment of the three-panel reflective display system of FIG. 5 showing that the reflective display system is in an off-state.
7 represents another equivalent deployment of the three-panel reflective display system of FIG. 5 when the reflective display system is in an off-state.
FIG. 8 is an equivalent deployment of the three-panel reflective display system of FIG. 5, showing that the reflective display system is in an on-state.
FIG. 9 represents a transition band for the reflective display system of FIG.
FIG. 10 illustrates light leakage through the reflective display system when the reflective display system of FIG. 5 is in a non-operating state.
FIG. 11 shows the measured output of the reflective display system of FIG.
12 shows the measured output of the reflective display system of FIG.
13 shows the measured output of the reflective display system of FIG.
FIG. 14 shows the measured output of the reflective display system of FIG.
FIG. 15 shows a variation of the optical system shown in FIG. 14 according to the invention.
FIG. 16 represents an optical system including a three-panel reflective display system according to another preferred embodiment of the present invention.
Claims (43)
光源からの入射光の第1スペクトルを第1偏光状態に変換し、かつ、当該入射光の第2スペクトルを第1偏光状態とは異なる第2偏光状態に変換する、積層された複数のリターダを有する入力リターダスタックと、
当該入力リターダスタックと光学的に結合し、前記第1偏光状態に変換された当該第1スペクトルを透過しかつ前記第2偏光状態に変換された当該第2スペクトルを反射する、偏光性に基づいて光を分離する第1ビームスプリッタを有するビーム分割部と、
前記ビーム分割部と光学的に結合し、前記第1スペクトルを変調しかつ変調第1スペクトルとして前記ビーム分割部へ反射する第1空間変調器と、
前記ビーム分割部と光学的に結合し、前記第2スペクトルを変調しかつ変調第2スペクトルとして前記ビーム分割部へ反射する第2空間変調器と
を有し、
前記ビーム分割部は当該変調第1スペクトルと当該変調第2スペクトルとを結合スペクトルへと結合し、
前記ビーム分割部と光学的に結合し、前記結合スペクトルの偏光性を実質的に単一の偏光状態へと変換する、積層された複数のリターダを有する出力リターダスタックをさらに有することを特徴とする。An optical system,
A plurality of stacked retarders for converting a first spectrum of incident light from a light source into a first polarization state and converting a second spectrum of the incident light into a second polarization state different from the first polarization state ; An input retarder stack having
The input retarder stack and optically coupled to, and reflects the converted the second spectrum the first spectrum which is converted into the first polarization state to the transmission vital the second polarization state, on the basis of the polarization a beam splitting unit having a first beam splitter for separating the light,
A first spatial modulator optically coupled to the beam splitting unit, modulating the first spectrum and reflecting the modulated first spectrum to the beam splitting unit;
A second spatial modulator optically coupled to the beam splitting unit, modulating the second spectrum and reflecting the modulated second spectrum to the beam splitting unit;
Have
The beam splitting unit combines the modulated first spectrum and the modulated second spectrum into a combined spectrum;
It said beam splitting unit optically coupled to, converts the polarization of the coupled spectrum to a substantially single polarization state, characterized by further comprising an output retarder stack having a plurality of stacked retarder .
前記第2ビームスプリッタは、前記第1ビームスプリッタから反射された前記第2スペクトルを受け入れて、前記第2スペクトルの所定の一部を透過し、さらに、かつ、前記第2スペクトルの残りの部分を第3スペクトルとして反射する第2ビームスプリッタを有し、
前記第2空間変調器は、前記第2スペクトルの前記所定の一部を変調し、前記変調第2スペクトルとして前記分割部へ反射することを特徴とする。The optical system according to any one of claims 1 to 11 , further comprising a second beam splitter,
The second beam splitter accepts the second spectrum that is reflected from the first beam splitter, passes through a predetermined portion of the second spectrum, further and the remaining portion of the second spectrum have a second beam splitter for reflecting a third spectrum,
The second spatial modulator modulates the predetermined part of the second spectrum and reflects the modulated second spectrum to the dividing unit .
前記ビーム分割部と光学的に結合し、前記第3スペクトルを変調しかつ変調第3スペクトルとして前記ビーム分割部へ反射する第3空間変調器と、をさらに有するとともに、
前記ビーム分割部は当該変調第1、第2および第3スペクトルを結合スペクトルへと結合することを特徴とする。The optical system according to claim 12 , comprising:
Said beam splitting unit optically coupled to a third spatial modulator for reflecting to the beam splitting section to the third spectral as modulation and modulation third spectrum, with further having,
The beam splitting unit combines the modulated first, second, and third spectra into a combined spectrum.
前記第1ビームスプリッタと前記第2ビームスプリッタとの間に位置する第1光ダブラーと、
前記第1ビームスプリッタと前記第1空間変調器との間に位置する第2光ダブラーと、を有することを特徴とする。 34. The optical system of claim 33 , further comprising:
A first optical doubler positioned between the first beam splitter and the second beam splitter;
And a second optical doubler positioned between the first beam splitter and the first spatial modulator.
第1ビームスプリッタと第2ビームスプリッタとの間に光学的に結合されて、前記第2スペクトルの前記所定の一部を第3偏光状態に沿って整列させかつ前記第3スペクトルを当該第3偏光状態とは異なる第4偏光状態に沿って整列させるようにした第1中間リターダをさらに有し、
第2ビームスプリッタは偏光ビームスプリッタであることを特徴とする。The optical system according to claim 12 , comprising:
Optically coupled between the first beam splitter and the second beam splitter to align the predetermined portion of the second spectrum along a third polarization state and to align the third spectrum with the third polarization. A first intermediate retarder adapted to be aligned along a fourth polarization state different from the state;
The second beam splitter is a polarization beam splitter.
第1空間変調器と前記第1ビームスプリッタとの間に光学的に結合され、第1偏光透過スペクトルを反射する第3ビームスプリッタと、
当該第3ビームスプリッタと前記第2ビームスプリッタとの間に光学的に結合され、前記第1、第2および第3変調スペクトルを結合する第4ビームスプリッタと、を有することを特徴とする。30. The optical system of claim 29 , further comprising:
A third beam splitter optically coupled between the first spatial modulator and the first beam splitter and reflecting the first polarization transmission spectrum;
And a fourth beam splitter optically coupled between the third beam splitter and the second beam splitter for coupling the first, second and third modulation spectra.
前記第2ビームスプリッタと前記第4ビームスプリッタとの間に光学的に結合した第2中間リターダを有することを特徴とする。The optical system according to claim 37 , further comprising:
A second intermediate retarder optically coupled between the second beam splitter and the fourth beam splitter is provided.
前記第3スペクトルを変調するための、前記第2ビームスプリッタと光学的に結合する第3空間変調器と、をさらに有することを特徴とする。The optical system according to claim 12 , further comprising:
And a third spatial light modulator optically coupled to the second beam splitter for modulating the third spectrum.
前記第1ビームスプリッタと前記第2ビームスプリッタとの間に位置して、前記第2スペクトルの前記所定の一部と前記第3スペクトルの強度を増加する第1光ダブラーと、
前記第1ビームスプリッタと前記第1空間変調器との間に位置して、前記第1スペクトルの強度を増加する第2光ダブラーと、を有することを特徴とすることを特徴とする。41. The optical system according to claim 40 , further comprising:
A first optical doubler positioned between the first beam splitter and the second beam splitter to increase the predetermined portion of the second spectrum and the intensity of the third spectrum;
A second optical doubler positioned between the first beam splitter and the first spatial modulator to increase the intensity of the first spectrum.
積層された複数のリターダを有する入力リターダスタックによって、白色光源からの第1原色を第1偏光状態に沿ってコード化するとともに、その補色を第2偏光状態に沿ってコード化し、
当該第1原色についての画像データを変調するために、当該第1原色を第1空間変調器へ方向付けし、
当該補色を第2原色と第3原色へと分離するために、当該補色を色分離器へ方向付けし、
第2原色についての画像データを変調するために、当該第2原色を第2空間変調器へ方向付けし、
第3原色についての画像データを変調するために、当該第3原色を第3空間変調器へ方向付けし、
積層された複数のリターダを有する出力リターダスタックによって、第1、第2および第3変調原色が実質的に同一の偏光状態を持つように、当該第1、第2および第3変調原色を再結合することを特徴とする。A method for creating a modulated color image, comprising:
An input retarder stack having a plurality of stacked retarders encodes the first primary color from the white light source along the first polarization state and the complementary color along the second polarization state;
Directing the first primary color to the first spatial modulator to modulate the image data for the first primary color,
Directing the complementary color to a color separator to separate the complementary color into a second primary color and a third primary color;
Directing the second primary color to a second spatial modulator to modulate the image data for the second primary color,
Directing the third primary color to a third spatial modulator to modulate the image data for the third primary color,
Recombining the first, second, and third modulation primaries so that the first, second, and third modulation primaries have substantially the same polarization state by an output retarder stack having a plurality of stacked retarders It is characterized by doing.
白色光源からの第1原色を第1偏光状態に沿ってコード化するとともに、その補色を第2偏光状態に沿ってコード化する、積層された複数のリターダを有する入力リターダスタックと、
当該第1原色についての画像データを変調するために、当該第1原色を第1空間変調器へ方向付けするとともに、当該補色を色分離器へ方向付けする第1偏光ビームスプリッタと、
当該補色を受け入れて、当該補色を第2原色と第3原色へと分離し、かつ、第2原色についての画像データを変調するために当該第2原色を第2空間変調器へ方向付けし、第3原色についての画像データを変調するために当該第3原色を第3空間変調器へ方向付けする色分離器と、
第1、第2および第3変調原色が実質的に同一の偏光状態を持つように、当該第1、第2および第3変調原色を再結合する、積層された複数のリターダを有する出力リターダスタックと、を有することを特徴とする。An optical system for creating a modulated color image,
An input retarder stack having a plurality of stacked retarders that encodes a first primary color from a white light source along a first polarization state and encodes its complementary color along a second polarization state;
A first polarizing beam splitter that directs the first primary color to the first spatial modulator and directs the complementary color to the color separator to modulate the image data for the first primary color;
Accepting the complementary color, separating the complementary color into a second primary color and a third primary color, and directing the second primary color to the second spatial modulator to modulate the image data for the second primary color; A color separator that directs the third primary color to a third spatial modulator to modulate image data for the third primary color;
An output retarder stack having a plurality of stacked retarders that recombine the first, second, and third modulation primaries such that the first, second, and third modulation primaries have substantially the same polarization state It is characterized by having.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US13422399P | 1999-05-14 | 1999-05-14 | |
US60/134,223 | 1999-05-14 | ||
PCT/US2000/013063 WO2000070376A1 (en) | 1999-05-14 | 2000-05-12 | Optical system for producing a modulated color image |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002544556A JP2002544556A (en) | 2002-12-24 |
JP4637370B2 true JP4637370B2 (en) | 2011-02-23 |
Family
ID=22462332
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000618759A Expired - Fee Related JP4637370B2 (en) | 1999-05-14 | 2000-05-12 | Optical system for forming modulated color images |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4637370B2 (en) |
AU (1) | AU4844900A (en) |
WO (1) | WO2000070376A1 (en) |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4855779B2 (en) * | 1999-09-17 | 2012-01-18 | 株式会社日立製作所 | Video display device |
JP4658368B2 (en) * | 2001-04-09 | 2011-03-23 | 株式会社リコー | Projection device |
EP1306717A1 (en) * | 2001-10-24 | 2003-05-02 | Rolic AG | Switchable color filter |
US6961179B2 (en) * | 2001-11-30 | 2005-11-01 | Colorlink, Inc. | Compensated color management systems and methods |
GB0208869D0 (en) | 2002-04-18 | 2002-05-29 | Qinetiq Ltd | Imaging spectrometer |
US7385582B2 (en) | 2002-08-23 | 2008-06-10 | Edwin Lyle Hudson | Temperature control and compensation method for microdisplay systems |
US7008064B2 (en) | 2002-11-05 | 2006-03-07 | Elcos Microdisplay Technology, Inc. | Two panel optical engine for projection applications |
US7234816B2 (en) * | 2004-02-03 | 2007-06-26 | 3M Innovative Properties Company | Polarizing beam splitter assembly adhesive |
US7315418B2 (en) | 2005-03-31 | 2008-01-01 | 3M Innovative Properties Company | Polarizing beam splitter assembly having reduced stress |
US9784985B2 (en) | 2011-10-24 | 2017-10-10 | 3M Innovative Properties Company | Titled dichroic polarizing beamsplitter |
US11030942B2 (en) | 2017-10-13 | 2021-06-08 | Jasper Display Corporation | Backplane adaptable to drive emissive pixel arrays of differing pitches |
US10951875B2 (en) | 2018-07-03 | 2021-03-16 | Raxium, Inc. | Display processing circuitry |
US11710445B2 (en) | 2019-01-24 | 2023-07-25 | Google Llc | Backplane configurations and operations |
CN110031977A (en) * | 2019-03-18 | 2019-07-19 | 惠州市华阳多媒体电子有限公司 | A kind of Double-Screen Display System based on polarization spectro |
US11637219B2 (en) | 2019-04-12 | 2023-04-25 | Google Llc | Monolithic integration of different light emitting structures on a same substrate |
US11238782B2 (en) | 2019-06-28 | 2022-02-01 | Jasper Display Corp. | Backplane for an array of emissive elements |
US11626062B2 (en) | 2020-02-18 | 2023-04-11 | Google Llc | System and method for modulating an array of emissive elements |
US11538431B2 (en) | 2020-06-29 | 2022-12-27 | Google Llc | Larger backplane suitable for high speed applications |
US11810509B2 (en) | 2021-07-14 | 2023-11-07 | Google Llc | Backplane and method for pulse width modulation |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11504441A (en) * | 1995-05-23 | 1999-04-20 | ザ ボード オブ リージェンツ オブ ザ ユニヴァーシティ オブ コロラド | Color polarizer |
JP2000284228A (en) * | 1999-03-31 | 2000-10-13 | Sanyo Electric Co Ltd | Liquid crystal projector device |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5959773A (en) * | 1997-08-20 | 1999-09-28 | Hughes-Jvc Technology Corporation | Parallel plate beam splitter configuration in high index glass |
-
2000
- 2000-05-12 WO PCT/US2000/013063 patent/WO2000070376A1/en active Application Filing
- 2000-05-12 AU AU48449/00A patent/AU4844900A/en not_active Abandoned
- 2000-05-12 JP JP2000618759A patent/JP4637370B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11504441A (en) * | 1995-05-23 | 1999-04-20 | ザ ボード オブ リージェンツ オブ ザ ユニヴァーシティ オブ コロラド | Color polarizer |
JP2000284228A (en) * | 1999-03-31 | 2000-10-13 | Sanyo Electric Co Ltd | Liquid crystal projector device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU4844900A (en) | 2000-12-05 |
WO2000070376A1 (en) | 2000-11-23 |
JP2002544556A (en) | 2002-12-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6704065B1 (en) | Optical system for producing a modulated color image | |
JP4608687B2 (en) | Color selective light modulator | |
JP4637370B2 (en) | Optical system for forming modulated color images | |
EP0359461B1 (en) | Optical element and system | |
US6667784B2 (en) | Color filters, sequencers and displays using color selective light modulators | |
US7364302B2 (en) | Projection display system using multiple light sources and polarizing element for using with same | |
US8508676B2 (en) | Phase-compensated anti-reflective thin flim coating | |
US5982541A (en) | High efficiency projection displays having thin film polarizing beam-splitters | |
US5999240A (en) | Optical retarder stack pair for transforming input light into polarization states having saturated color spectra | |
US6273571B1 (en) | Display architectures using an electronically controlled optical retarder stack | |
US7052137B2 (en) | Spectral light division and recombining with incident face for light to be divided | |
US5573324A (en) | Image projection system | |
US6049367A (en) | Polarization manipulating device modulator with retarder stack which preconditions light for modulation and isotropic states | |
US7562984B2 (en) | Polarizing beam splitter and projection apparatus having the same | |
EP1145565B1 (en) | Optical assembly for reflective light valves | |
EP0468501B1 (en) | Dichroic mirror and projector having the same | |
US20030107809A1 (en) | Compensated color management systems and methods | |
US6517209B2 (en) | Color-separating prism utilizing reflective filters and total internal reflection | |
US7002752B2 (en) | Three-panel color management systems and methods | |
EP1101213B1 (en) | Color filters, sequencers and displays using color selective light modulators | |
US6982829B1 (en) | Prism assembly with cholesteric reflectors | |
US4911547A (en) | Compact optical system for a single light valve projector using two axes of polarization | |
JP2001075174A (en) | Picture display device | |
WO2001026384A1 (en) | Color separating prism assembly and image projection display system | |
JP2003255271A (en) | Color separating and synthesizing optical system and projection liquid crystal display device using the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070507 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20090519 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100525 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100812 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20101116 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20101124 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131203 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |