JPH1010514A - 液晶投写型ディスプレイシステム - Google Patents
液晶投写型ディスプレイシステムInfo
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- JPH1010514A JPH1010514A JP8177267A JP17726796A JPH1010514A JP H1010514 A JPH1010514 A JP H1010514A JP 8177267 A JP8177267 A JP 8177267A JP 17726796 A JP17726796 A JP 17726796A JP H1010514 A JPH1010514 A JP H1010514A
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Abstract
かった。また投射光ビームのエネルギが偏光子によって
吸収され、液晶モジュールの寿命を短くする高温を生成
するなどの課題があった。 【解決手段】 光を偏光分離する2層四角柱状のインテ
グレータと、光を発生する投光手段と、形成された虚光
点から実光点を形成する第1のレンズと、実行点の偏光
角を選択的に回転する偏光回転子と、偏光をもった光点
からの光を均一に収束させ投写させる第2のレンズとを
備えたものである。
Description
し、特に高い光学的処理能力を具備する液晶投写型ディ
スプレイシステム (a liquid-crystal projection-disp
lay system) に関する。
stal projecting television) は、今日の大スクリーン
ディスプレイにおいて欠くことができない。なぜなら
ば、そのテレビジョンは、高い品質と鮮明な彩度とを具
備するとともに、比較的に小さな空間容積を占有してい
るからである。しかしながら、それは、スクリーンの照
明と均一性とに関して顧客の要求を満足させることがま
だできない。そのような劣等な均一性と低い効率の理由
は、次の如くである。すなわち、先行技術の投写型装置
においては、中央部分の照明分配は、周辺部分の2倍か
ら3倍である。なぜならば、反射器によって集められた
光源は、点光源でないからである。さらに、投射光ビー
ムの断面は円形であるが、典型的なディスプレイの形
は、長方形であり、4:3あるいは16:9の幅/高さ
比を具備している。したがって、投射効率は、投射光ビ
ームとディスプレイの形との断面の不整合によって低減
される。加えて、液晶ディスプレイの作動原理は、投射
光ビームの偏光を調節することであるため、入力および
出力ビームの偏光を限定するために、液晶パネルの前後
に偏光子を置かなければならない。それ故に、半分以上
の投射光ビームのエネルギは、投射光ビームが偏光子を
通過する間に第1の偏光子によって吸収されようとす
る。しかしながら、吸収されるエネルギは、液晶モジュ
ールの寿命を短くする高温を生成する。
る種類の照明システムが記載され製造されてきている。
それら先行技術の照明システムは、スライド、液晶パネ
ル、あるいはフィルム等のような対象を照明するために
適用されてもよい。しかしながら、価格、および重量、
容積空間、あるいは照明効率のような装置の特徴は、照
明システムが良いかそうでないかを判定するための最も
重要な要素である。例えば、“照明光学装置”と題され
たアメリカ特許第4,918,583号には、図1で参
照されるように、光源からの光束を受け取ることがで
き、および複数の光源イメージを具備し対象を均一に照
明する面光源を実質的に形成することができる光学的イ
ンテグレータ10 (an optical integrator 10) を具備
するとともに、光源からの光束を反射し、またそれの入
口表面10aに近い面の上に光点S0 の複数の虚像S1
c,S2c,S1d,S2dを形成することができる複
数の反射表面を具備した四角柱状の内部反射型のインテ
グレータ10を含む照明装置を記載している。図2に示
されるように、蠅の眼型インテグレータ (a fly-eye ty
pe integrator)は、光源からの光束を受け取るため、お
よび面の上に複数の光源イメージを形成することが可能
であるための複数のレンズ要素を有する。そのレンズ要
素は、互いに近くに並置されている。中継レンズ手段が
2つのインテグレータの間に与えられ、したがって、2
つのインテグレータのうちの光源に近い一つの出口面お
よび対象に近い他のインテグレータの入口面とは、互い
に実質的に共役である。
は、液晶投写型システムの使用に対して満足のいくもの
ではない。なぜならば、この先行技術の照明システムか
ら出力される光は、不規則に偏光され、したがって、液
晶モジュールに対して、熱発生や光効率低下等の欠点を
結果としてもたらす。
isplay 253 (1993) によって開示されたもう一つの先行
技術“偏光変換システムLCD投写 (Polarization Con
version System LCD Projection)”は、光の分配を均一
にするためと、液晶ディスプレイパネルの縦横比を光ビ
ームの横断面の幅/高さ比と整合させるために、進行す
る光の波形を分離し方向付けするための2つのインテグ
レータの使用について記載している。加えるに、先行技
術の投写システムは、S−偏光とP−偏光とを分離する
ためにGlan-Thompson プリズムを用い、さらに、一つの
偏光(例えば、S−偏光)からもう一つの偏光(例え
ば、P−偏光)に移行するのに偏光回転子を用いてい
る。結果として、液晶ディスプレイパネルは、線形に偏
光された光によって照射されるであろう。図3を参照す
ると、2つのインテグレータ15および20が、平行な
光ビームを、その横断面が長方形である光ビームを形成
するために、位置W1に重ねられた複数のサブビームに
分離するために配置されている。さらに、図4を参照す
ると、Glan-Thompson プリズム30が非線形に偏光され
た光ビームを、上方部分におけるP−偏光の光bpと、
下方部分におけるS−偏光の光bsとに分離している。
また、偏光回転子Lが、下方部分における偏光を変更す
るために採用され、したがって、元の光ビームは、Glan
-Thompson プリズム30と偏光回転子Lとを通過した後
では、線形に偏光された光になる。このシステムは、上
述した照明システムにおいて発生する前記問題を解決す
る一方、幾つかの好ましくない問題に帰着する。すなわ
ち、大きな容積空間や困難な製造工程を必要とすること
である。
は、部品の数を低減し、構造を簡単にし、均一な照明を
与えることもできる液晶投写型ディスプレイシステムを
提供することを第1の目的とする。また、この発明は、
それの内外層の間に形成された光学的な薄いフィルムを
具備する2層四角柱状の内部反射型のインテグレータを
適用する、高い光学的処理能力を具備する液晶投写型デ
ィスプレイシステムを提供することをもう一つの目的と
する。
る液晶投写型ディスプレイシステムは、内部層と外部層
とを含み、前記内部層と前記外部層との間に形成された
偏光分離する薄いフィルムを具備する2層四角柱状のイ
ンテグレータと、出射される大部分の光が前記2層四角
柱状のインテグレータに入るように、前記2層四角柱状
のインテグレータの端末表面の近くの点に収束される
光、および前記内部層と前記外部層の表面でそれぞれ全
反射されることによって伝達された異なる偏光をされる
光を発生する光源手段と、前記2層四角柱状のインテグ
レータの中に伝達された異なる偏光を受けている光を全
反射することによって形成された虚光点からイメージ面
に実光点を形成する第1のレンズと、全ての実光点の偏
光角が同じであるように所定の偏光をもつ実光点の偏光
角を選択的に回転するための前記イメージ面に位置付け
られた偏光回転子と、対象に重ねるために、同じ線形な
偏光をもった光点からの光ビームを均一に収束させ投写
させる第2のレンズとを備えたものである。
スプレイシステムは、対象を液晶パネルにしたものであ
る。
スプレイシステムは、フィルムを光学的に不屈折する薄
いフィルムにしたものである。
スプレイシステムは、フィルムは、その上にコーティン
グが行われ、P−偏光とS−偏光とを分離するように構
成したものである。
スプレイシステムは、光源手段は、光源と楕円形の反射
鏡とを含んでおり、前記光源は楕円形の反射鏡の一方の
焦点に位置を占め、前記光源から出射された光は、前記
楕円形の反射鏡のもう一つの焦点に収束するものであ
る。
スプレイシステムは、偏光回転子は、イメージ面の上に
形成された光点に対応するように配置され、そこを通過
する光が同じ線形の偏光となるように、偏光の一つを回
転させたものである。
スプレイシステムは、2層四角柱状のインテグレータの
横断面の縦横比を液晶パネルの縦横比に等しくしたもの
である。
スプレイシステムは、偏光回転子を複数のブロックとし
て配置したものである。
スプレイシステムは、偏光回転子を液晶から作ったもの
である。
ィスプレイシステムは、偏光回転子を雲母から作ったも
のである。
ィスプレイシステムは、2層四角柱状のインテグレータ
の横断面の縦横比を16:9にしたものである。
ィスプレイシステムは、2層四角柱状のインテグレータ
の横断面の縦横比を4:3にしたものである。
載された実施の形態のみに本発明を限定するように意図
されていない下記の詳細な説明は、付属の図面と関連し
て最も良く理解されよう。 実施の形態1.図5を参照すると、本発明は、光源10
0(投光手段)と、反射鏡110(投光手段)と、2層
四角柱状のインテグレータ120 (a double-layer squ
are-pillar-like integrator 120) と、第1のレンズ1
30と、偏光回転子140 (apolarization rotator 14
0) と、第2のレンズ150とを含んでいる。
10によって反射された後に、2層四角柱状のインテグ
レータ120の前方端末近辺で光点として収束する。そ
の光の大部分は、2層四角柱状のインテグレータ120
に入り、2種類の線形に偏光された光、P−偏光および
S−偏光に分離される。次に、全ての偏光ビームは、第
1のレンズ130によって複数の光点にそれぞれ収束さ
れる。複数の光点は、その偏光に応じて各偏光点の偏光
角を選択的に回転させる偏光回転子140上で形成さ
れ、したがって、その光は、偏光回転子140を通過し
た後の同一の偏光方向を有する複数の線形偏光ビームと
なる。その後、線形偏光ビームは、第2のレンズ150
によって収束され、対象物160の上に重ねられる。
細な記載が以下に与えられる。光源100と反射鏡11
0との第1の機能は、光源100から出射された光を2
層四角柱状のインテグレータ120の前方端末にできる
だけ多く収束させることである。したがって、この実施
の形態においては、楕円形の反射鏡が好ましく、光源1
00は、楕円形の反射鏡110の第1の焦点に配置され
る。したがって、光源100から出射された光は、楕円
形の反射鏡110の第2の焦点に収束する。そして、も
しも、2層四角柱状のインテグレータ120の前方端末
が、さらに第2の焦点に位置付けられているならば、光
源100から出射された光は、端末表面に集まり、2層
四角柱状のインテグレータ120に入るであろう。
層四角柱状のインテグレータ120の全反射角は41.
14度である。したがって、2層四角柱状のインテグレ
ータ120の中に投射された光は、その中を全反射現象
によって伝達され得る。図6を参照すると、本発明は、
2層四角柱状のインテグレータ120を採用することに
より、光学的フィールドの分配を変更し、および投射光
の偏光を分離する目的を達成している。すなわち、光が
2層四角柱状のインテグレータ120を通過する間に、
収束された光点は、全反射現象のために隣接する面にお
いて複数の虚光点 (virtual light spots)を形成する。
加えるに、円形の開きをもったもとの光源100は、全
反射効果により、四角い断面をもった出力光ビームに変
形する。この2層四角柱状のインテグレータ120は、
ガラスロッドの内部層121と、ガラス柱の外部層12
2とを含んでいる。偏光を分離できる光学的複屈折性の
薄いフィルムあるいはコーティングは、ガラスロッドの
内部層121と、ガラス柱の外部層122との間に形成
されなければならない。図7に示されるように、S−偏
光をもった投射光は、ガラスロッドの内部層121の表
面121aにおいて反射され、P−偏光をもった投射光
は、ガラス柱の外部層122の表面122aにおいて反
射される。収束された光点S0 が2層四角柱状のインテ
グレータ120の内部層121に投射されるとき、S−
偏光の部分は、内部層121と外部層122との境界面
121aにおいて反射されるが、P−偏光の部分は、そ
の境界面122aを通過してもよい。そして、P−偏光
の部分は、ガラス柱の外部層122の表面122aで反
射される。もしも、S−偏光とS−偏光の反射光を逆方
向にたどるならば、複数の虚光点が、S−偏光S1,S
2等に関する光点およびP−偏光P1,P2等に関する
光点を含む、収束された光点S0の焦点面の上に位置付
けられ得る。図8に示されるように、記号“○”は、S
−偏光を表すのに用いられ、“●”は、P−偏光を表す
のに用いられている。S−偏光とP−偏光との偏光方向
は、投射光とその反射面とによって決められるので、水
平方向と垂直方向とにおける対応する位置ににおける光
点の偏光は反対である。これらの虚光点は、第1のレン
ズを通過した後、イメージ面に実像を形成する。この実
施の形態では、偏光回転子140がこのイメージ面に位
置付けられている。
機能を具備する偏光回転子140は、液晶あるいは雲母
で作ることができ、それ故に、それは可視光の波長範
囲、すなわち、400nmから750nmに渡って使用
可能である。図9を参照すると、製造のために、偏光回
転子140が、ある種の偏光を回転させるのみで、他の
一つは不変のままにしておくブロック型に形成されてい
る。例えば、偏光回転子140は、S−偏光を90度回
転させ、P−偏光を不変のままにしておいてもよい。し
たがって、図9に示される偏光回転子140の各ブロッ
ク140a,140b,140c,140dは、図8に
示されるように、偏光された光点に応じて配置されなけ
ればならない。光は、偏光回転子140を通過した後
に、同一の偏光方向を具備する線形に偏光された光にな
る。これはその光を液晶パネルに投写した後に、液晶パ
ネルの上で光学的エネルギを消費しすぎることを防止す
ることができる。結果として、システムの光学的な効率
は改善される。
の製造方法は、次の工程からなる。 (1)楕円形の反射鏡110の投写用光源を用意するこ
と、この場合、収束光点の断面領域は、ガラスロッドの
内部層121の開口よりも小さくなければならない。 (2)その中では、2層四角柱状のインテグレータ12
0が、4つのガラスプレートの外部層123,124,
125,126の側面123a,124a,125a,
126aを、偏光分離フィルムをコーティングすること
によって、あるいは、側面123a,124a,125
a,126aの上に光学的複屈折をもった薄いフィルム
27を接着し、次に、図10に示されるようなガラスロ
ッドの内部層121と4つのガラスプレートの外部層1
23,124,125,126とを固着するために光学
的な接着剤を用いることによって構築しうるところの、
図6に示されるような2層四角柱状のインテグレータ1
20を、図10をも参照して製造すること。 (3)偏光回転子を製造すること、すなわち、楕円形の
反射鏡の湾曲に従って偏光された光点のイメージ位置お
よび2層四角柱状のインテグレータの寸法を決定し、次
に、ある偏光、すなわち、P−偏光あるいはS−偏光を
具備する偏光された光点の位置に対応して、液晶あるい
は雲母のシートを保持するために2枚のガラスシートを
採用すること。 (4)増幅する照明された表面を液晶パネルに適合させ
るために、液晶パネルの領域に従って、第1のレンズ1
30と第2のレンズ150とであるところの対応するレ
ンズセットを選択すること。
めに収束された光点を用いるので、システムに採用され
た全ての部品は、比較的に小さい体積を有する。例え
ば、2層四角柱状のインテグレータ120を取り上げて
みると、その長さは約5cmであり、それの幅と高さの
両方が1cm以下になり得る。したがって、本発明の部
品によって構築された液晶投写ディスプレイシステムに
は、先行技術に対して低減された容積、軽減された重
量、改善された光学的効率という有利な点が与えられて
いる。さらに、本発明は上述の実施例に制限されず、本
発明の範囲を離れることなしに、変更および修正は行わ
れてもよい。
外部層とを含み、前記内部層と前記外部層との間に形成
された偏光分離する薄いフィルムを具備する2層四角柱
状のインテグレータと、出射される大部分の光が前記2
層四角柱状のインテグレータに入るように、前記2層四
角柱状のインテグレータの端末表面の近くの点に収束さ
れる光、および前記内部層と前記外部層の表面でそれぞ
れ全反射されることによって伝達された異なる偏光をさ
れる光を発生する光源手段と、前記2層四角柱状のイン
テグレータの中に伝達された異なる偏光を受けている光
を全反射することによって形成された虚光点からイメー
ジ面に実光点を形成する第1のレンズと、全ての実光点
の偏光角が同じであるように所定の偏光をもつ実光点の
偏光角を選択的に回転するための前記イメージ面に位置
付けられた偏光回転子と、対象に重ねるために、同じ線
形な偏光をもった光点からの光ビームを均一に収束させ
投写させる第2のレンズとを備えるよう構成したので、
部品点数を低減し、構造を簡単にし、均一な照明を与え
ると共に、2層四角柱状のインテグレータを適用するこ
とにより、高い光学的処理能力を具備する液晶投写型デ
ィスプレイシステムを得ることができる効果がある。
パネルにしたので、高い光学的処理能力を具備する液晶
投写型ディスプレイシステムを得ることができる効果が
ある。
光学的に不屈折する薄いフィルムにしたので、インテグ
レータ内を進行する光ビームを全反射することができ、
光学的フィールドの分配を変更し、および投射光の偏光
を分離できる効果がある。
は、その上にコーティングが行われ、P−偏光とS−偏
光とを分離するように構成したので、部品点数が低減さ
れ、構造が簡単な液晶投写型ディスプレイシステムを得
ることができる効果がある。
は、光源と楕円形の反射鏡とを含んでおり、前記光源は
楕円形の反射鏡の一方の焦点に位置を占め、前記光源か
ら出射された光は、前記楕円形の反射鏡のもう一つの焦
点に収束するよう構成したので、光源から出射された光
を2層四角柱状のインテグレータの前方端末にできるだ
け多く収束させることができる効果がある。
は、イメージ面の上に形成された光点に対応するように
配置され、そこを通過する光が同じ線形の偏光となるよ
うに、偏光の一つを回転させたので、システムの光学的
な効率が改善される効果がある。
状のインテグレータの横断面の縦横比を液晶パネルの縦
横比に等しくしたので、液晶パネルを均一に照明できる
効果がある。
を複数のブロックとして配置したので、同一の偏光方向
を具備する線形に偏光された光になり、その光を液晶パ
ネルに投写した後に、液晶パネルの上で光学的エネルギ
を消費しすぎることを防止することができる効果があ
る。
を液晶から作ったので、可視光の波長範囲(400nm
から750nm)に亘って使用することができる効果が
ある。
子を雲母から作ったので、可視光の波長範囲(400n
mから750nm)に亘って使用することができる効果
がある。
柱状のインテグレータの横断面の縦横比を16:9にし
たので、液晶パネルを均一に照明できる効果がある。
柱状のインテグレータの横断面の縦横比を4:3にした
ので、液晶パネルを均一に照明できる効果がある。
路を示す図である。
の光路を示す図である。
す図である。
に採用されたGlan−Thompsonのプリズムの
光学的軌跡を示す図である。
の好ましい実施例を示す図である。
採用された四角柱状の内部反射型のインテグレータを示
す展開図である。
で、全反射し、SとP偏光モードを分離する光路を示す
図である。
テグレータを通して光源からの収束光ビームを通過させ
ることによって形成される虚像との間の位置関係を示す
図である。
採用された偏光子を示す図である。
る実施例を示す図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 内部層と外部層とを含み、前記内部層と
前記外部層との間に形成された偏光分離する薄いフィル
ムを具備する2層四角柱状のインテグレータと、 出射される大部分の光が前記2層四角柱状のインテグレ
ータに入るように、前記2層四角柱状のインテグレータ
の端末表面の近くの点に収束される光、および前記内部
層と前記外部層の表面でそれぞれ全反射されることによ
って伝達された異なる偏光をされる光を発生する投光手
段と、 前記2層四角柱状のインテグレータの中に伝達された異
なる偏光を受けている光を全反射することによって形成
された虚光点からイメージ面に実光点を形成する第1の
レンズと、 全ての実光点の偏光角が同じであるように所定の偏光を
もつ実光点の偏光角を選択的に回転するための前記イメ
ージ面に位置付けられた偏光回転子と、 対象に重ねるために、同じ線形の偏光をもった光点から
の光ビームを均一に収束させ投写させる第2のレンズと
を備えた液晶投写型ディスプレイシステム。 - 【請求項2】 前記対象は、液晶パネルである請求項1
記載の液晶投写型ディスプレイシステム。 - 【請求項3】 前記フィルムは、光学的に不屈折する薄
いフィルムである請求項1記載の液晶投写型ディスプレ
イシステム。 - 【請求項4】 前記フィルムは、その上にコーティング
が行われ、P−偏光とS−偏光とを分離するように構成
した請求項1記載の液晶投写型ディスプレイシステム。 - 【請求項5】 前記投光手段は、光源と楕円形の反射鏡
とを含んでおり、前記光源は楕円形の反射鏡の一方の焦
点に位置を占め、前記光源から出射された光は、前記楕
円形の反射鏡のもう一つの焦点に収束する請求項1記載
の液晶投写型ディスプレイシステム。 - 【請求項6】 前記偏光回転子は、イメージ面の上に形
成された光点に対応するように配置され、そこを通過す
る光が同じ線形の偏光となるように、偏光の一つを回転
させる請求項1記載の液晶投写型ディスプレイシステ
ム。 - 【請求項7】 前記2層四角柱状のインテグレータの横
断面の縦横比が液晶パネルの縦横比に等しい請求項2記
載の液晶投写型ディスプレイシステム。 - 【請求項8】 前記偏光回転子が複数のブロックとして
配置されている請求項1記載の液晶投写型ディスプレイ
システム。 - 【請求項9】 前記偏光回転子が液晶から作られている
請求項6記載の液晶投写型ディスプレイシステム。 - 【請求項10】 前記偏光回転子が雲母から作られてい
る請求項6記載の液晶投写型ディスプレイシステム。 - 【請求項11】 前記2層四角柱状のインテグレータの
横断面の縦横比が16:9である請求項7記載の液晶投
写型ディスプレイシステム。 - 【請求項12】 前記2層四角柱状のインテグレータの
横断面の縦横比が4:3である請求項7記載の液晶投写
型ディスプレイシステム。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/633,449 US5748376A (en) | 1996-04-17 | 1996-04-17 | High optical throughput liquid-crystal projection display system |
JP8177267A JP2721332B2 (ja) | 1996-04-17 | 1996-06-18 | 液晶投写型ディスプレイシステム |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/633,449 US5748376A (en) | 1996-04-17 | 1996-04-17 | High optical throughput liquid-crystal projection display system |
JP8177267A JP2721332B2 (ja) | 1996-04-17 | 1996-06-18 | 液晶投写型ディスプレイシステム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1010514A true JPH1010514A (ja) | 1998-01-16 |
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