JP4741353B2 - 偏光子、照明システムおよび偏光ビームの生成方法 - Google Patents

Description

発明の技術分野
本発明は、偏光子および照射システムの分野に関する。より特定的には、本発明は、たとえば投影システムに用いる、偏光回復システムを有する偏光子および照射システムと、偏光を用いる照射方法とに関する。

発明の背景
液晶装置（ＬＣＤ）または反射型液晶（ＬＣＯＳ）装置は、たとえばラップトップコンピュータ、腕時計、計算機などの表示部、およびたとえば情報または映像を遠隔の画面に投影するための投影システムなど、さまざまな適用例に用いられ得る。ＬＣＤまたはＬＣＯＳ投影装置は、基本的に、照射光を生成するためのランプなどの光生成器と、その光を捉えて１つまたは複数のＬＣＤまたはＬＣＯＳ装置に転送するための照射光学とを含み、ＬＣＤまたはＬＣＯＳ装置は、光弁と、照射されたＬＣＤまたはＬＣＯＳ装置を画面に映す投影レンズとを含む。ＬＣＤおよびＬＣＯＳ装置双方の基本的特性は、それが偏光、より特定的には直線偏光を用いて動くことである。偏光は液晶素子の特性とともに用いられ、選択的に、一方では光を透過し、他方では光を反射するかまたは吸収して、変調された光ビームを生成する。すなわち、明るい画素と暗い画素とのパターンを作り出して所望の像を生成する。投影装置に用いられる殆どすべての照射源は、少なくとも２つの偏光方向を含む光である非偏光を生成するので、この光は、光学システムにおいて、ＬＣＤまたはＬＣＯＳ装置に届く前か、またはその装置自体において、偏光されなければならない。これは、たとえば偏光フィルタなどを用いて所望の偏光方向を有する光の部分を選択するだけで行なわれ得るが、この方法は投影装置の光出力の損失に繋がる。

この問題を克服するために、典型的なＬＣＤまたはＬＣＯＳ投影装置は、ランプからの非偏光を、それぞれが２つの独立した偏光方向のうち１つを有する２つの光ビームに分離する、偏光回復システムを用いる。異なる偏光方向を有する各光ビームは、異なる光路を通る。２つの独立に偏光された状態は、たとえば２つの直交する直線偏光、または、別の例として、左右の円偏光である。２つの偏光方向のうち一方を有する光は、次に遅延器または偏光回転子によって他方の偏光状態に変換される。その後、光は別の光路を通じてＬＣＤまたはＬＣＯＳ装置に当てられる。このシステムは、望ましくない偏光状態を有する光を捨てることを回避し、それにより照射光学の効率をほぼ２倍にする。典型的な偏光回復装置は、図１の装置１００で示されるように、偏光ビームスプリッタまたは偏光ビームスプリッタアレイおよび複数の偏光変換構成要素を含む。

光源１０２により生成された光は、光学素子１０６、１０８を用いて偏光回復装置１０４に方向付けられる。光は、偏光ビームスプリッタアレイの複数の入口面１１０に突き当たる。この光は、偏光ビームスプリッタ１１２（ＰＢＳ）のアレイにおいて２つの異なる光路に分離される。この２つの光路は一般に、ＰＢＳ１１２の出力面１１４、１１６において互いに隣接して置かれるように構築される。偏光ビームスプリッタ１１２の出力面１１４、１１６は、第１の種類の表面下１１４と第２の種類の表面下１１６とからなり、それぞれが異なる偏光状態を有する光を発する。次に１つ以上の偏光変換構成要素１１８、すなわちたとえば半波遅延器などが、たとえば２種類の偏光状態のうち１つを発する第２の種類の出力表面下１１６すべてに置かれる。これらの偏光変換構成要素１１８は、これらの第２の出力表面下１１６から出る光の偏光状態を、偏光変換構成要素１１８を持たない第１の種類の出力表面下１１４から出る光の偏光状態に、実質的に変更する。典型的には、このような偏光回復装置１０４において、出力表面下１１４、１１６の個数は入口面
１０８の個数に対して２倍になる。それと対応して、典型的には、出力表面下１１４、１１６の合計表面積は入力表面１０８の合計表面積に対して２倍になる。

発明の概要
本発明の目的は、向上された照射特性を伴って照射するための装置または方法を提供すること、および／または、偏光ビームを効率的に生成するための装置を提供することである。

照射システムの光出力が高くなり得ることが、本発明の実施例の利点である。先行技術の装置と比較してより小型の照射システムが得られ得ること、または、より大きな照明出力を伴う照射システムが得られることもまた、本発明の実施例の利点である。

上述の目的は、本発明による方法および装置によって達成される。

本発明の一局面は、第１および第２の非偏光ビームを、異なる偏光状態を有する少なくとも第１および第２の偏光ビームにそれぞれ分離する、第１および第２の偏光ビームスプリッタと、各偏光ビームスプリッタの後に偏光変換素子とを含む、偏光子を提供し、偏光変換素子は、第１の非偏光ビームからの第２の偏光ビームが、第２の非偏光ビームからの第１の偏光ビームと、偏光変換素子を通して同じ光路を時分割するよう配列される。偏光変換素子は、いずれのビームが偏光変換素子を通過するよう切替えられるかに依存して、突き当たる偏光ビームの偏光状態を変換するよう、または変換しないよう交互に切替え可能である。いずれのビームが偏光変換素子を通過するよう切替えられるかは、そのときに第１の非偏光ビームまたは第２の非偏光ビームのいずれが受取られて分離されるかによって決定され得る。

本発明の実施例の利点は、先行技術のシステムと比較して偏光子の出口面の個数が、たとえば実質的に半分にまで減じられ得るか、または先行技術のシステムと比較して実質的に２倍の個数のビームが用いられ得るかであるような配列を可能にすることである。このように光出力が増大され得る。偏光子の出口面の個数は、実質的に半減されると、実質的に同じサイズの入口面および出口面については、入口面の個数に１を足したものに等しくなり得る。偏光変換素子はビームの切替えに従うよう制御され、または逆も同様に、偏光変換素子の切替えに従うようビームの切替えが制御され得る。

偏光子は、偏光ビームスプリッタおよび変換素子の、たとえば直線などのアレイを有することができ、各変換素子は偏光ビームスプリッタのうち２つ以上の隣り合うスプリッタからビームを受取るよう配列される。

各偏光ビームスプリッタは、同時にオンに切替えられる非偏光ビームの、たとえば直線などのアレイの経路に配列され得る。非偏光ビームはパルス化された状態で同時に切替えられ得る。これにより偏光子は、二次元アレイの非偏光ビームを扱うことができる。

別の局面において、たとえば照射システムなどの照明システムが与えられ、照明システムは、各々が非偏光ビームを生成する複数の光源と上述のような偏光子とを含む。

たとえば照射システムなどのこのような照明システムのさまざまな適用例の中には、投影システムおよび表示部に適用するバックライトにおける使用がある。

たとえば照射システムなどの照明システム、または、光照射システム用のこのようなシステムを用いるよう適合された表示部は、光源を変調して同じ変換素子を共有するビームが交互にオンに切替えられるようにする、光源変調器とも呼ばれる光源コントローラを含む。共有は時分割であり得る。たとえば光学スイッチを用いるなどの、ビームを切替える他の方法も想定され得るが、これらはより実用性が低く、利点のいくつかを失う。

光源は発光装置（ＬＥＤ）またはレーザであり得る。これらは、変調モードで動作されるとピーク光出力が増大され得る光源の例である。

他の局面において、光源と偏光変換素子とを同期的に変調することにより、照射システム、またはたとえば照射システムなどのこのような照明システムを含む表示部などの、上述の照明システムを制御する方法が提供される。したがって本発明はさらに、上述の照射システムまたはこのような照射システムを含む表示部を、光源と偏光変換素子とを同期的に変調することによって制御するための、コントローラに関する。

別の局面が偏光ビームを生成するための方法を提供する。方法は、
−第１および第２の非偏光ビームを受取り、前記第１および第２の非偏光ビームの各々を、少なくとも、第１の偏光状態を有する第１の偏光ビームと、第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態を有する第２の偏光ビームとに分離するステップと、
−前記第１の偏光ビームを第１の光路に導き、前記第２の偏光ビームを第２の光路に導くステップとを含み、第１の光路および第２の光路は制御可能な偏光変換素子を含み、第１の非偏光ビームの第２の偏光ビームは、前記制御可能な偏光変換素子を通して光路を第２の非偏光ビームの前記第１の偏光ビームと時分割し、さらに、
−第１または第２の偏光ビームのいずれが受取られるかに依存して、突き当たる偏光ビームの偏光状態を変換するよう、または偏光状態を変換しないよう、前記制御可能な偏光変換素子を交互に切替えるステップを含む。

本発明の特定的で好ましい局面は、添付の独立請求項および従属請求項に記載される。従属請求項の特徴は、独立請求項および他の従属請求項の特徴と適宜組合されることができ、請求項に明示的に説明されるのみに限られるものではない。

本発明の教示は、光を偏光し、および／または偏光を用いて照射するための、向上された方法および装置の設計を可能にする。本発明の上述のおよび他の特性、特徴ならびに利点は、例示として本発明の原理を示す付随する図面と関連して捉えられる、下記の詳細な説明から明らかになるであろう。説明は、本発明の範囲を限定することなく例示のためにのみ与えられる。下記に引用される参照番号は添付の図面を参照する。

異なる図面において、同じ参照記号は同じまたは同類の要素を示す。

図示される実施例の説明
本発明は特定の実施例および図面に関連して説明されるが、本発明はそれらに限定されるものではなく、請求項によってのみ限定される。記載の図面は単に概略図であり、限定的ではない。図面の中で、いくつかの要素のサイズは誇張されており、図示する目的から、縮尺どおりに描かれていないものもある。寸法および相対的寸法は本発明を実行するための実際の縮小に対応しない。

さらに、説明および請求項中の、第１、第２などの用語は、類似の要素からの区別のために使われ、必ずしもその順序、または時系列を表わすものではない。このように使われる用語は適切な状況のもとで交換が可能であり、ここに記載された本発明の実施例は、こ
こに記載され、または図示された以外の他の順序で動作できることが理解される。

請求項で使われる「含む」の用語は、その後に列挙される手段に限定されるように理解されてはならない。それは他の要素またはステップを排除するものではない。
したがってこの用語は説明された特徴、整数、ステップ、または構成要素の存在を言及されたように特定するよう解釈されるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップもしくは構成要素またはそのグループの追加の存在を妨げるものではない。したがって、「手段ＡおよびＢを含む装置」という表現の範囲は、構成要素ＡおよびＢのみからなる装置に限定されてはならない。本発明に関しては、それは、装置の重要な構成要素はＡおよびＢのみであることを意味する。

本発明はここで、本発明のいくつかの実施例の詳細な説明によって説明される。本発明の真の精神または技術的教示を逸脱することなく、当業者の知識にしたがって本発明の他の実施例が構成され得、本発明は添付の請求項の条件によってのみ限定される。

第１の局面において、本発明は、予め定められた偏光状態を有する照射光ビームを生成するための偏光子に関する。予め定められた偏光状態を有する照射光ビームは、典型的には、液晶装置（ＬＣＤ）もしくは反射型液晶（ＬＣＯＳ）装置に基づく、投影システムまたはバックライトにおける照射のために用いられ得るが、使用はそれらには限られない。本実施例の偏光子は典型的には高い照明出力を有することが可能になる。このような偏光子２００の例が例示として図２に概略的に示される。偏光子２００は、典型的にはアレイに配列され得る複数の偏光ビームスプリッタ２１２ａ、２１２ｂを含む。このような偏光ビームスプリッタ２１２ａ、２１２ｂは、固体ガラス、石英などのいかなる固体材料からできていてもよく、またはたとえばワイヤグリッド偏光子などの反射型偏光子であり得るが、これに限られない。このような偏光ビームスプリッタ２１２ａ、２１２ｂはまた、固体材料プリズムの間に含まれる偏光選択性の層であり得る。用いられる偏光ビームスプリッタの種類に依存して、偏光選択性素子の周囲は、たとえばワイヤグリッド偏光子では、またはたとえば固体材料の偏光ビームスプリッタではガラスもしくは石英プリズムであり得る。図２においてワイヤグリッド偏光子の例が示される。偏光ビームスプリッタ２１２ａ、２１２ｂは、典型的には、たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザなどの光源２０２ａ、２０２ｂからの複数の像によって、入力面２１０上で照射されるよう適合されるように配列される。このような光源２０２ａ、２０２ｂは典型的には、パルス化されたモードとも呼ばれるパルス化された状態で動作され得る光源２０２ａ、２０２ｂであることができ、すなわちその発光は継続的ではなく光パルスで起こる。有利なことに、光源２０２ａ、２０２ｂは、パルス化されたモードで駆動されるときの時間中に集積された全光束が、継続的駆動モードにおける同じ時間期間中に集積された全光束に極めて近い、すなわち実質的に同様であるか、またはほんの一部分だけ少ないという特性を有し得る。そのときの光利得は、パルス中のピーク電流が継続動作中の通常電流よりも高くなり得るということによって実現される。このような光源２０２ａ、２０２ｂの例はＬＥＤである。本発明の実施例において、すべての偏光ビームスプリッタ２１２ａ、２１２ｂは、その各々がたとえばＬＥＤ装置などの１つ以上の光源２０２ａ、２０２ｂによって照射され得る。これは、入力面の間に空いた空間または完全に空いた隙間さえ予見されてしまう、図１に示される先行技術の配列１０４とは対照的である。光源２０２ａ、２０２ｂは、典型的にはそうではないが、本発明の第１の実施例による偏光子２００の一部であり得る。

本発明の第１の実施例において、偏光ビームスプリッタ２１２ａ、２１２ｂは入力光を第１の光路Ａおよび第２の光路Ｂにそれぞれ分離する。光の特定の部分がどの光路を辿るかは、光の偏光状態に依存する。典型的には、偏光ビームスプリッタ２１２ａ、２１２ｂは、第１の偏光状態を有する光を第１の光路Ａに沿って導くよう、かつ第２の偏光状態を有する光を第２の光路Ｂに沿って導くよう適合される。偏光ビームスプリッタ２１２ａ、
２１２ｂによって選択的に導かれる光の偏光状態は、典型的には、たとえば２つの直交する直線偏光かまたは左右の円偏光などの２つの独立の偏光状態であり得るが、これに限定されない。本実施例の偏光ビームスプリッタ２１２ａ、２１２ｂは、アレイ上の第１の偏光ビームスプリッタ２１２ａ、２１２ｂからの第２の光路Ｂが、アレイ上の隣り合う偏光ビームスプリッタ２１２ａ、２１２ｂの第１の光路Ａと再度組合されるよう配列され、そのため、それらは実質的に出口面２１４と同じ領域で偏光ビームスプリッタアレイを出る。

本実施例においては、制御可能な偏光変換素子２１８ａ、２１８ｂは、偏光ビームスプリッタ２１２ａ、２１２ｂの出口面２１４に位置決めされる。電気的に制御される偏光変換ストリップであり得る制御可能な偏光変換素子２１８ａ、２１８ｂは２つのサブセットに分割され、サブセットは偏光変換に関して異なる制御を有するよう駆動される。たとえば電気制御などのこの制御が、偏光変換素子２１８ａ、２１８ｂをＯＦＦまたはＯＮのいずれかにする。このような制御可能な偏光変換素子２１８ａ、２１８ｂは、たとえば切替え可能な遅延器であり得るが、他の種類の制御可能な偏光変換素子２１８ａ、２１８ｂもまた用いられ得る。切替え可能な遅延器は、たとえば液晶装置、すなわち強誘電性液晶セルによって実現され得る。本実施例において、制御可能な偏光変換素子２１８ａ、２１８ｂは、隣り合う偏光ビームスプリッタ２１２ａ、２１２ｂと対応する、隣り合う制御可能な偏光変換素子２１８ａ、２１８ｂが反転された機能を有するよう駆動され、それは１８０度の位相差を有して駆動されることを意味する。

偏光変換素子２１８ａ、２１８ｂが、関係する入射光の全波長および全角度について完全に偏光を変換し得ることは、本発明の必要不可欠な要件ではない（たとえば、典型的には偏光子にはそれはできない）。偏光変換素子は、たとえば少なくとも８５％、または少なくとも９０％、または少なくとも９５％の変換をもたらすよう選択され得る。偏光変換を最適化するために、材料の種類、切替え時間、切替えの頻度および入射光角度が選択され得る。

アレイの縁部にある偏光ビームスプリッタについては、光路の一部は時分割される必要はなく、すなわち光路が用いられても用いられなくても、異なるビームが同じ光路を用いることはない。したがって、切替えられ得る制御可能な偏光変換素子は必要ではない。選択された偏光状態に依存して、静的偏光変換器が用いられ得るか、または変換素子は用いられ得ない。光路が用いられるのは単一の光源の間のみである。したがって、この光が用いられるか否かはユーザの自由な決定である。光を用いると光の量を増大させるが、偏光子の幾何学的拡張を増大する。この決定は、システムが余分な光を効率的に用いることができるか否かに基づいてなされ得る。偏光子の縁部の一部においては、典型的には、偏光ビームスプリッタの代わりに反射素子が用いられることができる。第２の光路Ｂの唯一の光が反射され、第１の光路を辿る光が存在しないからである。このような反射素子は反射コーティングに基づき得るか、または全内面反射などの内面反射に基づき得る。

制御可能な偏光変換素子２１８ａ、２１８ｂと同様に、光源２０２ａ、２０２ｂは２つのサブセットに分割され得る。たとえばＬＥＤなどの光源２０２ａの第１のサブセットは、入力面、または換言すれば入力面領域２１０に当てられる第１の非偏光ビームを生成する。第１の非偏光ビームは偏光ビームスプリッタ２１２ａの第１のサブセットによって受取られ、ビームスプリッタは第１の非偏光ビームを、光路Ａを辿る第１の偏光ビームと、光路Ｂを辿る第２の偏光ビームとに分離する。光源２０２ａの第１のサブセットについては、光路Ａに方向付けられた光は、制御可能な偏光変換素子２１８ａの第１のサブセットに進む。たとえばＬＥＤなどの光源２０２ｂの第２のサブセットは、入力面、または換言すれば入力面領域２１０に与えられる第２の非偏光ビームを生成する。第２の非偏光ビームは偏光ビームスプリッタ２１２ｂの第２のサブセットによって受取られ、ビームスプリ
ッタは第２の非偏光ビームを、光路Ａを辿る第１の偏光ビームと、光路Ｂを辿る第２の偏光ビームとに分離する。第２のサブセットの光源２０２ｂについては、光路Ａに導かれた光は、制御可能な偏光変換素子２１８ａの第１のサブセットと比較して反対の、または反転された駆動モードで作動する、制御可能な偏光変換素子２１８ｂの第２のサブセットを通って進む。非偏光ビームがそこから受取られる光源２０２ａ、２０２ｂに依存して、偏光ビームスプリッタ２１２ａ、２１２ｂは２つのサブセットに分割され得るが、このような偏光ビームスプリッタ２１２ａ、２１２ｂの動作は、制御可能な偏光変換素子および光源とは対照的に、変更されない。

たとえばＬＥＤなどの光源２０２ａ、２０２ｂおよび制御可能な偏光変換素子２１８ａ、２１８ｂの駆動シーケンスは、すべての制御可能な偏光変換素子２１８ａ、２１８ｂのＯＮ／ＯＦＦモードの選択と異なる光源２０２ａ、２０２ｂのＯＮまたはＯＦＦ状態の選択とを同期する信号によって、制御される。制御可能な偏光変換素子２１８ａ、２１８ｂおよび光源２０２ａ、２０２ｂは、選択された時間期間の第１の部分、たとえば選択された時間期間の前半の間は光源２０２ａの第１のサブセットが照らしている状態、すなわちＯＮ状態にあり、かつ、制御可能な偏光変換素子２１８ａ／２１８ｂの第１のサブセットのみがＯＮモードに設定されているが、制御可能な偏光変換素子２１８ｂ／２１８ａの他方のサブセットはＯＦＦモードにされているように制御される。制御可能な偏光変換素子２１８ｂ／２１８ａのいずれのサブセットがＯＮモードにされるかは、最終的に得たいと望む光の偏光状態の種類に基づいて選択され得る。選択された時間期間の別の部分、たとえば選択された時間部分の後半の間は、以前にＯＦＦであった光源２０２ｂはＯＮにされ、他方の光源２０２ａは再びＯＦＦに戻される。制御可能な偏光変換構成要素の動作モードもまた反転される。換言すれば、光源２０２ａの非偏光ビームと光源２０２ｂの非偏光ビームとは、交互にＯＮ／ＯＦＦに切替えられる。

例示として、図２に示される偏光子および／または照明システムの動作がさらに詳細に説明される。図２において、２つのサブセットに分割された光源２０２ａ、２０２ｂのアレイが示され、光源２０２ａ、２０２ｂは光学素子２０６、２０８を用いて入力面２１０上に映される。光源２０２ａ、２０２ｂのアレイは、典型的にはそうではないが、本発明の実施例による偏光子の一部であり得る。動作において、第１のサブセットの光源２０２ａおよび第２のサブセットの光源２０２ｂは交互にパルス化される。換言すれば、光源２０２ａおよび光源２０２ｂからの非偏光ビームは交互にＯＮに切替えられる。偏光ビームスプリッタ２１２ａ、２１２ｂはすべて同じように動作し、すなわち第１の偏光状態を有する光を第１の光路Ａに沿って透過させ、第２の偏光状態を有する光を第２の光路Ｂに沿って反射する。光源２０２ａ、２０２ｂおよび偏光ビームスプリッタ２１２ａ、２１２ｂは、光路Ｂに方向付けられる第１の光源２０２ａの光が、光路Ａに方向付けられた隣り合う光源２０２ｂの光と、少なくとも光路の一部を時分割するよう位置決めされる。したがって、光源２０２ａおよび光源２０２ｂは、光源２０２ａ、２０２ｂのアレイに交互に位置決めされる。したがって、光路Ａは各瞬間において、典型的には、偏光ビームスプリッタ２１２ａ、２１２ｂによって透過された光のための光路として特徴付けられ得る一方、光路Ｂは各瞬間において、偏光ビームスプリッタ２１２ａ、２１２ｂによって反射される光のための光路として特徴付けられ得る。

上述のように、動作において、光源２０２ａがＯＮである時間期間の第１の部分において、第１の偏光状態を有する光は偏光ビームスプリッタ２１２ａによって透過されて第１の光路Ａに導かれる。第２の偏光状態を有する光は反射されて第２の光路Ｂに導かれる。第２の光路Ｂにおいて、第２の偏光状態を有する光は隣り合う偏光ビームスプリッタ２１２ｂの方へ導かれ、そこでその偏光状態を変えることなく偏光子の外部へさらに導かれる。このように、第２の光路Ｂ、すなわち光源の第１のサブセットの光源２０２ａからの光のための第２の光路Ｂに存在する、制御可能な偏光変換素子２１８ｂは、偏光状態を変え
ないよう制御される。第１の光路Ａに導かれた光は、第１の偏光状態から第２の偏光状態へ切替えられて、その偏光状態から変えられる。後者は制御可能な偏光変換素子２１８ａを用いて実行され、２１８ａは、光路Ａ、すなわち光源の第１のサブセット２０２ａの光源２０２ａからの光のための光路Ａにある。このようにして、偏光子２００を出るすべての光は同じ偏光状態を有する。

時間期間の第２の部分において、光源２０２ａはＯＦＦにされ、光源２０２ｂはＯＮにされる。第１の偏光状態を有する光は偏光ビームスプリッタ２１２ｂによって透過されて第１の光路Ａに導かれる一方、第２の偏光状態を有する光は反射されて第２の光路Ｂに導かれる。第２の光路Ｂの光は隣り合う偏光ビームスプリッタ２１２ａによって反射され、光はさらに偏光状態を変えることなく偏光子２００の外部へさらに導かれる。結果として、ここで第２の光路Ｂ、すなわち光源２０２ｂからの光のための第２の光路Ｂにある制御可能な偏光変換素子２１８ａは、偏光状態を変えないよう制御される。このように、制御可能な偏光変換素子２１８ａは時間期間の第１の部分において活性であったが、時間期間の第２の部分において制御可能な偏光変換素子２１８ａは活性ではない。偏光ビームスプリッタ２１２ｂを通った後、第１の光路Ａの光源２０２ｂからの光は、偏光状態において、第２の偏光状態を有する光に変更される。後者は制御可能な偏光変換素子２１８ｂを用いて行なわれ、これはここで第１の光路Ａ、すなわち光源２０２ｂからの光のための第１の光路Ａにある。これらの制御可能な偏光変換素子２１８ｂは時間期間の第１の部分の間は活性でなかったが、時間期間の第２の部分において活性である。このようにして、偏光子２００から出る実質的にすべての光は同じ偏光状態を有し、この偏光状態は、光源２０２ａ、２０２ａを駆動する期間中同じである。

図２では第２の偏光状態を有する光が外で結合しているが、後者は制御可能な偏光変換素子２１８ａ、２１８ｂの活性／不活性な駆動を変更することによって変更され得ることに注意されるべきである。

第２の局面において、本発明は、バックライトまたは一般的な照明装置などの照明のための照明システムに関し、そこで偏光ビームが生成される。照明システムは第１の実施例による偏光子に基づくが、本実施例においては、照射部分はシステムの一部である。このような照射部分は、典型的には、図２に示されるような光源２０２ａ、２０２ｂと、偏光子２００の入口面に光源２０２ａ、２０２ｂを映すための２０６および２０８などの任意の光学素子とを含む。第１の局面で説明されるように、光源２０２ａ、２０２ｂは典型的にはアレイに配置され、偏光子２００を動作するよう適合される。照明システムは、光源２０２ａ、２０２ｂのパルス化された駆動を制御するためのコントローラをもさらに任意で含み得る。同じコントローラまたは別個のコントローラが、偏光子の制御可能な偏光変換素子２１８ａ、２１８ｂを制御するためにさらに存在してもよい。別個のコントローラが用いられる場合、第１の実施例として説明された動作を可能にするために駆動信号を同期するよう、光源２０２ａ、２０２ｂのためのコントローラと制御可能な偏光変換素子２１８ａ、２１８ｂのためのコントローラとの間に典型的には通信が存在し得る。駆動信号を与えるための駆動回路はこのようなコントローラの一部であってもよく、または照明システムに個別に与えられ得る。図３は、照明システム３００の照射部３０２、偏光子３０４、および任意のドライバ３０６を概略的に示す。システム３００はさらに、当業者には周知であるように、典型的な構成要素をさらに含む表示部または投影システムなどのより大きなシステムの一部であり得る。システム３００は表示部のバックライトとして、または投影システムの照射システムとして作動し得る。

第３の局面において、本発明は、図２に示されるように、光源２０２ａ、２０２ｂの駆動を制御し、制御可能な偏光変換素子２１８ａ、２１８ｂを駆動するための、コントローラに関する。コントローラは、本発明の第１の実施例において説明されたように、光源２
０２ａ、２０２ｂおよび制御可能な偏光変換素子２１８ａ、２１８ｂを駆動するよう適合される。異なる構成要素を駆動するために、コントローラによって与えられる例示的な概略的駆動スキームが図４に示され、構成要素のためのさまざまな駆動信号を、さまざまな時間期間Ｔについての時間の関数として表わす。信号４０２は第１のサブセットの光源２０２ａの駆動信号を示し、信号４０４は第２のサブセットの光源２０２ｂの駆動信号を示し、信号４０６は第１のサブセットの制御可能な偏光変換素子２１８ａの駆動信号を示し、信号４０８は第２のサブセットの制御可能な偏光変換素子２１８ｂの駆動信号を示す。

コントローラは、ハードウェアで実行され得、またはたとえば計算装置上で実行されるなどソフトウェアで実行され得る。コントローラは、駆動回路を含むことができるか、または、駆動回路を制御することによって駆動回路と協働することができ、光源２０２ａ、２０２ｂおよび／または制御可能な偏光変換素子２１８ａ、２１８ｂの適切な駆動を得る。

第４の局面において、本発明は、偏光ビームを生成するための方法に関する。方法は、好ましくは、上述の実施例のいずれかに説明されたように、偏光子または照明システムを伴って用いられる。例示のために、これらの実施例において説明された構成要素が参照されるが、本発明はそれらに限定されず、他の構成要素もまた用いられ得る。本発明の方法は、典型的には、第１および第２の非偏光ビームを受取るステップと、第１および第２の非偏光ビームをそれぞれ、少なくとも、第１の偏光状態を有する第１の偏光ビームと、第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態を有する第２の偏光ビームとに分離するステップとを含む。後者は、たとえば偏光ビームスプリッタ２１２ａ、２１２ｂのアレイを用いてなされ得る。第１および第２の非偏光ビームは、典型的には交互に受取られ得る。したがってこの方法は、受取るステップの前に、たとえば光源２０２ａ、２０２ｂのアレイにおいて、第１および第２の非偏光ビームを交互に生成するステップを含み得る。パルス化された状態で駆動され得る光源２０２ａ、２０２ｂのアレイにおいて第１および第２の非偏光ビームを交互に生成するステップは、時間期間の第１の部分の間、光源２０２ｂの第２のサブセットではなく光源２０２ａの第１のサブセットにおいて光を生成するステップと、時間期間の第２の部分において、光源２０２ａの第１のサブセットではなく光源２０２ｂの第２のサブセットにおいて光を生成するステップとを含む。換言すれば、第１のサブセットの光源２０２ａと第２のサブセットの光源２０２ｂとは交互にパルス化され得る。時間期間の部分はそれぞれ期間の半分と対応し得る。それにより、光源２０２ａ、２０２ｂは、典型的には、光源２０２ａの第１のサブセットの光が偏光ビームスプリッタ２１２ａの第１のサブセットに導かれ得、光源２０２ｂの第２のサブセットの光が偏光ビームスプリッタ２１２ｂの第２のサブセットに導かれ得るよう配列され、光源２０２ａ、２０２ｂおよび偏光ビームスプリッタ２１２ａ、２１２ｂは、第１のサブセットの偏光ビームスプリッタ２１２ａが第２のサブセットの偏光ビームスプリッタ２１２ｂと隣り合うように、交互に配列される。

方法はさらに、前記第１の偏光ビームを第１の光路に、第２の偏光ビームを第２の光路に導くステップを含む。第１の光路および第２の光路は、典型的には制御可能な偏光変換素子２１８ａ、２１８ｂを含む。第１の非偏光ビームの第２の偏光ビームはさらに、前記制御可能な偏光変換素子を通して、光路を第２の非偏光ビームの第１の偏光ビームと時分割する。

方法は、第１の非偏光ビームまたは第２の非偏光ビームのいずれが受取られるかに従って、突き当たる光の偏光状態を変換するよう、または偏光状態を変換しないように、偏光変換素子２１８ａ、２１８ｂを切替えるステップをさらに含む。偏光変換素子２１８ａ、２１８ｂを交互に切替えるステップは、時間期間の第１の部分中は偏光変換素子２１８ａの第１のサブセットをＯＮに切替え、かつ偏光変換素子２１８ｂの第２のサブセットをＯ
ＦＦに切替え、時間期間の第２の部分中は動作を逆にすることであり得る。前記偏光変換素子を切替えるステップは、偏光変換素子２１８ａ、２１８ｂをＯＮ／ＯＦＦ状態に制御可能に切替えるステップを含むことができ、ＯＦＦ状態においては偏光変換は実行されず、ＯＮ状態においては、第１の偏光状態から第２の偏光状態への偏光変換および／または第２の偏光状態から第１の偏光状態への偏光変換が実行される。偏光変換素子２１８ａ、２１８ｂを切替えるステップは、典型的には、実質的に完全に予め定められた偏光状態を有する光ビームを空間的にも時間的にも得ることを可能にする。

実質的に均質な平均光強度分布を有する光ビームが得られ得ることが、本発明の実施例の利点である。後者は、出力のさまざまな空間部分が、類似するフィルタリング、変更、またはより一般的な操作作用を経ることによって生じ得る。本発明の実施例で特に有利なのは、パルス化された光源が用いられることができ、光源の活性期間および不活性期間にわたって生成される全光束が、継続的駆動方法の場合の同じ時間期間についての全光束の半分、好ましくは６０％、より好ましくは７０％、さらに好ましくは８０％、さらにより好ましくは９０％を超えることである。

本発明を具体化する偏光子、照明装置または投影装置の目的を達成するための他の配列が、当業者には明らかであろう。本発明による装置のための好ましい実施例、具体的な構造、構成および材料がここで説明されたが、本発明の範囲と精神とを逸脱することなく、形式上および詳細においてさまざまな変更または修正がなされ得ることが理解されよう。

ＬＥＤ装置との組合わせで用いられる、先行技術による偏光回復システムの例の概略的な表示を示す図である。 本発明の局面による、偏光子および対応する照明システムの例示的概略的表示を示す図である。 本発明の第２の局面による照明システムの概略的表示を示す図である。 本発明の実施例による、駆動回路を有するコントローラによって生成される、光源および偏光変換素子を駆動するための駆動信号の例示的概略的表示を示す図である。

符号の説明

２００ 偏光子、２０２ａ，２０２ｂ 光源、２０６，２０８ 光学素子、２１０ 入力面、２１２ａ，２１２ｂ 偏光ビームスプリッタ、２１４ 出口面、２１８ａ，２１８ｂ
偏光変換素子。

Claims (9)

1. 各々が非偏光ビームを生成する複数の光源（２０２ａ，２０２ｂ）を含む照明システム（３００）であって、
   第１および第２の非偏光ビームを偏光するための偏光子（２００）を備え、前記偏光子（２００）は、
   前記第１および第２の非偏光ビームを、異なる偏光状態を有する第１および第２の偏光ビームにそれぞれ分離するための第１および第２の偏光ビームスプリッタ（２１２ａ，２１２ｂ）と、
   前記第１および第２の偏光ビームスプリッタ（２１２ａ，２１２ｂ）の各々の後に偏光変換素子（２１８ａ，２１８ｂ）とを含み、該偏光変換素子は、前記第１の非偏光ビームからの前記第２の偏光ビームが、前記第２の非偏光ビームからの前記第１の偏光ビームと、前記偏光変換素子（２１８ａ，２１８ｂ）を通して同じ経路を時分割するよう配列されることを特徴とし、
   前記照明システムはさらに、
   前記第１および第２の非偏光ビームを交互に切替えるためのコントローラを含み、
   前記コントローラはさらに、突き当たる前記第１および第２の偏光ビームの偏光状態を変換するよう、または偏光状態を変換しないよう、前記第１および第２の非偏光ビームの切替と同期的に前記偏光変換素子（２１８ａ，２１８ｂ）をも交互に切替える、照明システム（３００）。
2. 前記偏光子（２００）は、前記第１および第２の偏光ビームスプリッタ（２１２ａ，２１２ｂ）のアレイおよび前記偏光変換素子（２１８ａ，２１８ｂ）のアレイを含み、各前記偏光変換素子（２１８ａ，２１８ｂ）は、前記第１および第２の偏光ビームスプリッタ（２１２ａ，２１２ｂ）のうち２つの隣り合うスプリッタからビームを受取るよう配列される、請求項１に記載の照明システム（３００）。
3. 前記第１および第２の偏光ビームスプリッタ（２１２ａ，２１２ｂ）の各々は、パルス化された状態で同時に切替えられる非偏光ビームのアレイの経路に配列される、請求項１または２に記載の照明システム（３００）。
4. 前記偏光子（２００）は、前記第１および第２の非偏光ビームの二次元アレイを扱うよう適合される、請求項１〜３のいずれかに記載の照明システム（３００）。
5. 前記照明システム（３００）は投影装置またはバックライトで用いられるよう適合される、請求項１〜４のいずれかに記載の照明システム（３００）。
6. 前記照明システムは、同じ前記偏光変換素子（２１８ａ，２１８ｂ）を共有するビームが交互にオンに切替えられるよう光源（２０２ａ，２０２ｂ）を変調するための光源コントローラ（３０６）をさらに含む、請求項１〜５のいずれかに記載の照明システム（３００）。
7. 前記照明システム（３００）は、光学スイッチによってビームを切替えるための手段を含む、請求項１〜６のいずれかに記載の照明システム（３００）。
8. 前記光源（２０２ａ、２０２ｂ）は発光装置またはレーザである、請求項１〜７のいずれかに記載の照明システム（３００）。
9. 偏光ビームを生成するための方法であって、
   −第１および第２の非偏光ビームを交互にオンに切替えることによりこれらを制御するステップと、
   −第１および第２の非偏光ビームを受取り、前記第１および第２の非偏光ビームの各々を、第１の偏光状態を有する第１の偏光ビームと、前記第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態を有する第２の偏光ビームとにそれぞれ分離するステップとを含み、
   前記方法はさらに、
   −前記第１の偏光ビームを第１の光路に導き、前記第２の偏光ビームを第２の光路に導くステップを含み、前記第１の光路および前記第２の光路は制御可能な偏光変換素子（２１８ａ，２１８ｂ）を含み、前記第１の非偏光ビームの前記第２の偏光ビームは、前記制御可能な偏光変換素子（２１８ａ，２１８ｂ）を通して光路を前記第２の非偏光ビームの前記第１の偏光ビームと時分割し、さらに、
   −前記第１および第２の偏光ビームのいずれが受取られるかに依存して、突き当たる偏光ビームの偏光状態を交互に変換するよう、または偏光状態を変換しないよう、前記制御可能な偏光変換素子（２１８ａ，２１８ｂ）を切替えるステップを含むことを特徴とする、方法。

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