(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、少なくとも１つの偏光器と、像を生成するための少なくとも１つの液晶パネルと、前記像を投射するための投射手段と、各々がそれぞれの複屈折率を有する複数の領域を有する偏光補償器とを備え、前記領域のうちの少なくとも１つの複屈折率が前記領域のうちの他の領域の複屈折率と異なることを特徴とする投射型ディスプレイシステム。
【請求項２】
前記領域が長方形のマトリックスに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の投射型ディスプレイシステム。
【請求項３】
前記領域が同心状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の投射型ディスプレイシステム。
【請求項４】
前記偏光補償器は、３つ以上の前記領域を有することを特徴とする請求項１に記載の投射型ディスプレイシステム。
【請求項５】
前記偏光補償器は、透過型液晶デバイスであることを特徴とする請求項１に記載の投射型ディスプレイシステム。
【請求項６】
前記領域の少なくとも１つのディレクタの配向が前記領域の他の領域の別のディレクタの配向と異なっていることを特徴とする請求項５に記載の投射型ディスプレイシステム。
【請求項７】
アナライザを更に含み、該アナライザと前記偏光器との間に前記偏光補償器が位置することを特徴とする請求項１に記載の投射型ディスプレイシステム。
【請求項８】
前記偏光補償器は、前記投射型ディスプレイの開口絞りに配されることを特徴とする請求項１に記載の投射型ディスプレイシステム。
【請求項９】
前記偏光補償器は、前記液晶パネルに組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の投射型ディスプレイシステム。
【請求項１０】
前記偏光補償器は、入射口および出射口の一方の位置に配されることを特徴とする請求項１に記載の投射型ディスプレイシステム。
【請求項１１】
前記偏光補償器が前記液晶パネルに隣接して配されることを特徴とする請求項１に記載の投射型ディスプレイシステム。
【請求項１２】
前記領域の各々の複屈折率が電気的に制御されることを特徴とする請求項１に記載の投射型ディスプレイシステム。
【請求項１３】
前記領域の前記複屈折率を調節するためのフィードバック機構を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の投射型ディスプレイシステム。
【請求項１４】
前記領域の前記複屈折率が時間に対して調節可能であることを特徴とする請求項１２に記載の投射型ディスプレイシステム。
【請求項１５】
前記領域の各々の前記複屈折率が固定されていることを特徴とする請求項１に記載の投射型ディスプレイシステム。
【請求項１６】
複数の液晶パネルを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の投射型ディスプレイシステム。
【請求項１７】
偏光された光を発生する工程と、前記偏光された光から像を発生する工程と、ある位置で１つの偏光欠陥を補正し、別の位置で別の偏光欠陥を補正することにより、前記光の複数の偏光欠陥を補正する工程と前記像を投射する工程とを有し、前記ある場所における前記補正が前記別の位置における前記補正と異なっており、前記補正位置の各々が前記光にほぼ垂直である平面に位置することを特徴とする像をディスプレイするための方法。
【請求項１８】
前記補正位置の各々がピクセルに対応することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ピクセルが長方形のマトリックスに配置されていることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ピクセルが同心状に配置されていることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記偏光欠陥を３つ以上の位置で補正することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
透過型液晶デバイスを使って前記偏光欠陥を補正することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記透過型液晶ディスプレイは、別のピクセルの別のディレクタの配向と異なるディレクタの配向を有する少なくとも１つのピクセルを有することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記光をアナライザに透過させる工程を更に含み、前記光を前記アナライザに透過させる前に前記偏光欠陥を補正することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
開口絞りで前記偏光欠陥を補正することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
液晶パネルで偏光欠陥を補正することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】
入射口および出射口の一方で前記偏光欠陥を補正することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２８】
液晶パネルに隣接する位置で前記偏光欠陥を補正することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２９】
各々がそれぞれの屈折率を有する複数のピクセルを有する偏光補償器を設けることにより前記偏光欠陥を補正し、前記ピクセルのうちの１つの前記複屈折率が前記ピクセルの別のピクセルの前記複屈折率と異なることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項３０】
前記ピクセルの前記複屈折率を電子的に制御することを更に含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記偏光欠陥を補正するよう、前記光を示す出力信号をフィードバックする工程を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項３２】
前記偏光欠陥を異なる時間で補正することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項３３】
前記ピクセルの各々の前記複屈折率が固定されていることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学システムにおける幾何学的形状、熱、及び材料の複屈折に起因する偏光消光効果を補償する偏光補償器を用いた投射型ディスプレイシステム及びディスプレイ方法に関する。コントラスト制御用の手段として偏光を使用する光学システムは、この補償方法から利点を得ている。
【０００２】
【従来の技術】
光学システム内の光の偏光は光学システム内の異なる表面に対する光のなす入射角によって大きく影響されることは周知である。このことは、各偏光状態に対するフレンネル反射係数が異なることから生じるものである。偏光欠陥はマルテーゼクロス（Maltese Cross）または熱複屈折とも称されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば液晶の光バルブプロジェクタのような光学システムでは、照明源が光を偏光器に照射し、偏光器が液晶光バルブ（ＬＣＬＶ）とも称される液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルにｓ偏光した光を反射するようになっている。ＬＣＤセグメントが完全にアクティベートされた場合（オン状態の場合）、ＬＣＤの後方にある複屈折ミラーによって反射された後に、ＬＣＤはｓ偏光された光をｐ偏光された光に変換する。ｐ偏光された光は偏光器へ戻されるように反射され、光は偏光器を透過して投射スクリーンに投射される。ＬＣＤセグメントが附勢されていない場合、このＬＣＤは光の偏光を変えず、光はｓ偏光状態のままである。このｓ偏光状態の光は偏光表面に戻るように反射され、次に偏光表面は光を照明源へ向けて戻すように反射する。
【０００４】
完全なシステムでは、偏光器からＬＣＤへ反射される光の１００％はｓ偏光された光となる。しかしながら、偏光器はこの偏光器内の幾何学的な形状によって生じるエラーにより１００％のｓ偏光された光を反射するわけではない。ＬＣＤに入射する光の円錐体により、円錐体内の光のすべてが偏光器によりＬＣＤに対しｓ偏光に偏光されるわけではない。偏光表面に向いた光の入射角により、偏光方向はわずかに回転する。このような状況において、入射角のより大きい光線に対しては、偏光軸線においてより大きいねじれ度が生じる。理想状態からずれる偏光の回転方向は光線の入射角によって決まる。例えば５°の入射角の光線は偏光軸を２°回転させ得るが、−５°の入射角の光線は偏光軸線を−２°回転させる。
【０００５】
理想状態から若干ずれるように回転した偏光状態の光線は、ＬＣＤ内の誘電体ミラーにより反射され、偏光軸線が若干回転した状態で偏光器へ戻る。これにより、偏光器によって反射される代わりにわずかなパーセントのこれら光が偏光器へ入射する。次に、このようなわずかなパーセントの光は投射スクリーンに投射される。従って、ＬＣＤが完全にオフ状態、すなわちセグメントが附勢されていない場合、ＬＣＤから反射されるわずかなパーセントの光は偏光表面に対してｓ方向に完全に偏光されるわけではない。これにより、好ましくない光が偏光器を通過し、若干スクリーンを照明し、ダーク状態を若干照明し、プロジェクタシステムのコントラスト比を低下させる。
【０００６】
ＬＣＤプロジェクタのダーク状態、すなわちオフ状態に関連する別の問題は、カウンタ電極基板を横断する熱勾配によって生じる複屈折の問題である。基板を含むＬＣＤ自体は不要な光の散乱を生じさせる反射を抑制するために、陽極酸化処理されたアルミニウムのケース内にパックされている。従って、ＬＣＤを保持するケースに入射する光はＬＣＤパッケージ内で吸収されて熱を発生させる。この熱はカウンタ電極基板に伝えられ、これにより基板の温度が上昇し、基板を横断する熱勾配が発生する。この熱勾配はＬＣＤのダーク状態すなわちオフ状態を所望する状態よりも明るくしてしまう複屈折を生じさせる。従って、ＬＣＤが完全にオフ状態の場合、完全にブラックスクリーンとすべきスクリーンは実際には若干の光が投影されるので、スクリーンは深い黒色ではなく、灰色に見える。従って、カウンタ電極基板を横断する熱勾配によって生じる複屈折を解消し、よって投影スクリーン上の灰色の代わりにＬＣＤのダーク状態、すなわちオフ状態が黒色に見えるようにすることにより、コントラスト比を改善することが望ましい。
【０００７】
偏光状態の補償を行う従来の基本的な方法は、複屈折フィルム、すなわち一般には反射型ＬＣＤパネルに対しては４分の１波長のリターデーションフィルムを使用し、透過型ＬＣＤパネルには２分の１波長リターデーションフィルムを使用することである。かかるシステムの例としては、米国特許第５,４５９,５９３号および米国特許第５,５７６,８５４号が挙げられる。しかしながら、この方法はこの問題の部分的解決案でしかない。その理由は、この方法が、軸をずれた異なる光線のすべて、およびシステム内の光学部品によって生じた若干異なる偏光状態および配向を完全に補償するものではないからである。更にこのシステムは受動的であり、従って、フィルムのリターダンス値（リターデーション値）が固定されているので、現在の作動状態を補正し、またはシステムの性能を最適にするように、リターダンスを変えることはできない。
【０００８】
従って、偏光の補正を改善でき、輝度を低下することなく、投射型ディスプレイシステムのコントラストを改善し、局部的な偏光状態の欠陥を補正し、偏光状態の欠陥のアクティブな補正が現在の作動状態に基づき、偏光状態の補正を最適にできる、偏光補償器を有する投射型ディスプレイが望まれている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の技術手段は、光源と、少なくとも１つの偏光器と、像を生成するための少なくとも１つの液晶パネルと、前記像を投射するための投射手段と、各々がそれぞれの複屈折率を有する複数の領域を有する偏光補償器とを備え、前記領域のうちの少なくとも１つの複屈折率が前記領域のうちの他の領域の複屈折率と異なることを特徴としたものである。
【００１０】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記領域が長方形のマトリックスに配置されていることを特徴としたものである。
【００１１】
第３の技術手段は、第１の技術手段において、前記領域が同心状に配置されていることを特徴としたものである。
【００１２】
第４の技術手段は、第１の技術手段において、前記偏光補償器は、３つ以上の前記領域を有することを特徴としたものである。
【００１３】
第５の技術手段は、第１の技術手段において、前記偏光補償器は、透過型液晶デバイスであることを特徴としたものである。
【００１４】
第６の技術手段は、第５の技術手段において、前記領域の少なくとも１つのディレクタの配向が前記領域の他の領域の別のディレクタの配向と異なっていることを特徴としたものである。
【００１５】
第７の技術手段は、第１の技術手段において、アナライザを更に含み、該アナライザと前記偏光器との間に前記偏光補償器が位置することを特徴としたものである。
【００１６】
第８の技術手段は、第１の技術手段において、前記偏光補償器は、前記投射型ディスプレイの開口絞りに配されることを特徴としたものである。
【００１７】
第９の技術手段は、第１の技術手段において、前記偏光補償器は、前記液晶パネルに組み込まれていることを特徴としたものである。
【００１８】
第１０の技術手段は、第１の技術手段において、前記偏光補償器は、入射口および出射口の一方の位置に配されることを特徴としたものである。
【００１９】
第１１の技術手段は、第１の技術手段において、前記偏光補償器が前記液晶パネルに隣接して配されることを特徴としたものである。
【００２０】
第１２の技術手段は、第１の技術手段において、前記領域の各々の複屈折率が電気的に制御されることを特徴としたものである。
【００２１】
第１３の技術手段は、第１２の技術手段において、前記領域の前記複屈折率を調節するためのフィードバック機構を更に含むことを特徴としたものである。
【００２２】
第１４の技術手段は、第１２の技術手段において、前記領域の前記複屈折率が時間に対して調節可能であることを特徴としたものである。
【００２３】
第１５の技術手段は、第１の技術手段において、前記領域の各々の前記複屈折率が固定されていることを特徴としたものである。
【００２４】
第１６の技術手段は、第１の技術手段において、複数の液晶パネルを更に含むことを特徴としたものである。
【００２５】
第１７の技術手段は、偏光された光を発生する工程と、前記偏光された光から像を発生する工程と、ある位置で１つの偏光欠陥を補正し、別の位置で別の偏光欠陥を補正することにより、前記光の複数の偏光欠陥を補正する工程と前記像を投射する工程とを有し、前記ある場所における前記補正が前記別の位置における前記補正と異なっており、前記補正位置の各々が前記光にほぼ垂直である平面に位置することを特徴としたものである。
【００２６】
第１８の技術手段は、第１７の技術手段において、前記補正位置の各々がピクセルに対応することを特徴としたものである。
【００２７】
第１９の技術手段は、第１８の技術手段において、前記ピクセルが長方形のマトリックスに配置されていることを特徴としたものである。
【００２８】
第２０の技術手段は、第１８の技術手段において、前記ピクセルが同心状に配置されていることを特徴としたものである。
【００２９】
第２１の技術手段は、第１７の技術手段において、前記偏光欠陥を３つ以上の位置で補正することを特徴としたものである。
【００３０】
第２２の技術手段は、第１７の技術手段において、透過型液晶デバイスを使って前記偏光欠陥を補正することを特徴としたものである。
【００３１】
第２３の技術手段は、第２２の技術手段において、前記透過型液晶ディスプレイは、別のピクセルの別のディレクタの配向と異なるディレクタの配向を有する少なくとも１つのピクセルを有することを特徴としたものである。
【００３２】
第２４の技術手段は、第１７の技術手段において、前記光をアナライザに透過させる工程を更に含み、前記光を前記アナライザに透過させる前に前記偏光欠陥を補正することを特徴としたものである。
【００３３】
第２５の技術手段は、第１７の技術手段において、開口絞りで前記偏光欠陥を補正することを特徴としたものである。
【００３４】
第２６の技術手段は、第１７の技術手段において、液晶パネルで偏光欠陥を補正することを特徴としたものである。
【００３５】
第２７の技術手段は、第１７の技術手段において、入射口および出射口の一方で前記偏光欠陥を補正することを特徴としたものである。
【００３６】
第２８の技術手段は、第１７の技術手段において、液晶パネルに隣接する位置で前記偏光欠陥を補正することを特徴としたものである。
【００３７】
第２９の技術手段は、第１７の技術手段において、各々がそれぞれの屈折率を有する複数のピクセルを有する偏光補償器を設けることにより前記偏光欠陥を補正し、前記ピクセルのうちの１つの前記複屈折率が前記ピクセルの別のピクセルの前記複屈折率と異なることを特徴としたものである。
【００３８】
第３０の技術手段は、第２９の技術手段において、前記ピクセルの前記複屈折率を電子的に制御することを更に含むことを特徴としたものである。
【００３９】
第３１の技術手段は、第１７の技術手段において、前記偏光欠陥を補正するよう、前記光を示す出力信号をフィードバックする工程を更に含むことを特徴としたものである。
【００４０】
第３２の技術手段は、第１７の技術手段において、前記偏光欠陥を異なる時間で補正することを特徴としたものである。
【００４１】
第３３の技術手段は、第２７の技術手段において、前記ピクセルの各々の前記複屈折率が固定されていることを特徴としたものである。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明は、偏光補償器を有する投射型ディスプレイシステムを提供することにより、従来技術の欠点を克服するものである。この投射型ディスプレイシステムは、光源と、少なくとも１つの偏光器と、像を発生するための少なくとも１つの液晶パネルと、像を投射するための投射レンズとを含む。このシステムは更に、各々がそれぞれの複屈折率を有する複数の領域を備えた偏光補償器を含む。これら領域のうちの１つの複屈折率は他の領域の複屈折率と異なる。
【００４３】
本発明は、像をディスプレイするための方法も提供する。この方法は、偏光された光を発生する工程と、この偏光された光から像を発生する工程と、１つの偏光欠陥を１つの場所で補正し、別の偏光欠陥を別の位置で補正することにより、光の複数の偏光欠陥を補正する固定と、この像を投射する工程とを含む。
【００４４】
本発明の種々の特徴によれば、次の利点のうちの１つ以上が提供される。偏光補償器は１つの受動的なリターデーションフィルムによって行われる１つの均一な補正しかできない従来のシステムと異なり、偏光欠陥を局部的に補正できる。偏光欠陥を局部的に補正することにより、本システムは輝度を犠牲にすることなく、コントラストをより大きくできる。更に本発明は、電子的に制御可能な複屈折を使用することにより、偏光欠陥を局部的に補正できる実施例も提供する。この実施例は偏光欠陥の補正をより大幅に制御でき、異なる時間で必要なように、偏光欠陥を変えることができるように、時間に対して複屈折率を局部的に変えることも可能であり、更に偏光補償器を自動的に調節し、すべての作動状態でシステムのコントラストを最良にするようにフィードバック機構を使用できる。
【００４５】
添付図面を参照し、次の本発明の詳細な説明を検討すれば、本発明の上記およびそれ以外の目的、特徴および利点についてより容易に理解できよう。
【００４６】
次に図面を参照するが、同様な番号は同様な部品を示す。図１は、光源１２と、３つの反射型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル１４，１６および１８（液晶光バルブとも称される）とを有する投射型ディスプレイ１０の一例を示す。入射口７０に入射する光源１２からの光が偏光されるように、偏光デバイス１３、例えば偏光コンバータを通過する。この光を二色性（ダイクロイック）フィルタ２０が２つのカラー成分に分割する。単なる図解の都合上、このダイクロイックフィルタ２０は青色および緑色光を反射するが、赤色光は透過するようになっている。赤色光成分の光路に関し、この赤色光は偏光器２２を通過し、偏光ビームスプリッタ２４に入射する。１つの偏光成分（すなわちｓ偏光された成分）は、このビームスプリッタ２４によってＬＣＤパネル１４に向けて反射され、ＬＣＤパネルは赤色像を発生する。この反射された像（この時はｐ偏光された状態にある）はビームスプリッタ２４およびアナライザ２６を通過する。次に赤色光は二色性（ダイクロイック）フィルタ２８により反射され、投射レンズ３０を透過する。
【００４７】
次に、青色成分および緑色成分を説明すると、これら色成分はダイクロイックフィルタ２０により反射され、次にｓ偏光された光しか透過しない偏光器３２を通過する。次にこれら光は選択的カラー成分回転器３４を通過し、これら回転器３４は光の成分のうちの１つの成分（例えば青色成分）を１つの回転状態（例えばｓ偏光状態）から別の偏光状態（例えばｐ偏光状態）回転する。（カラー成分回転器３４は波長が特定の半波長プレートであり、コロラド州ボルダーのカラーリンク社または米国マサチューセッツ州ケンブリッジのケンブリッジリサーチアンドインストラメンテーション社から入手できる。）従って、偏光ビームスプリッタ３６に入射する２つの輝度成分（青色および緑色）は異なる偏光状態（例えばｓおよびｐ）をそれぞれ有する。偏光ビームスプリッタ３６はカラー成分のうちの１つ（緑色）を反射し、他方の成分（青色）を透過する。偏光ビームスプリッタ３６で反射したり、これを透過する光はＬＣＤパネル１６および１８によって画像形成される。ＬＣＤパネル１６によって反射される緑色成分の像は偏光ビームスプリッタ３６を透過するが、ＬＣＤパネル１８によって反射される青色成分の像は偏光ビームスプリッタ３６によって反射される。青色成分および緑色成分の双方は別の選択的カラー成分回転器３８を通過するので、これら２つのカラー成分は再び同じ偏光状態となる。次に、青色成分および緑色成分は、アナライザ４０を通過する。次にこれら青色および緑色カラー成分はダイクロイックフィルタ２８を通過し、ここでこれら成分は赤色成分と組み合わされて投射レンズ３０を通過するように投射される。
【００４８】
以上で投射型ディスプレイの例について説明したが、ＬＣＤパネル（反射型または透過型）および偏光デバイスを利用する他の投影ディスプレイ構造も本発明を適用することができる。更に、所望すれば他の色成分、波長域および偏光状態を使用できる。
【００４９】
本発明の要旨は、１つ以上の偏光補償器５０を投射型ディスプレイシステム１０に設けたことである。図２は同心状に配置された領域、好ましくはピクセル５２を有する偏光補償器５０の好ましい実施例を示す図である。各ピクセル５２はそれぞれの複屈折率を有する。偏光された光は種々の領域、すなわちピクセル５２を通過する際に、特定のピクセル（またはピクセルグループ）の複屈折率に応じて光の偏光状態を変化または調節できる。上記のように、光が投射型ディスプレイシステムを通過する際に、偏光された光内に偏光欠陥が累積することがある。偏光補償器５０は局部的方法（ピクセルごと）に基づき、これら偏光の欠陥を補正するので、偏光補償器５０に入射する偏光された光の異なる成分をより完全に補償できる。従って、偏光補償器５０が局部的方法で光内の偏光欠陥を補正する。この偏光補償器５０は楕円偏光された入力をリニア化するのにも使用できる。すなわち光が完全なｓ偏光状態またはｐ偏光状態のいずれかとなるように、楕円偏光された光に発生する欠陥を補正するのにも使用できる。
【００５０】
図４〜図６は、偏光欠陥のこのような局部的補正を示す。図４は、偏光補償器５０とを通って左から右に進む偏光された光ビーム６０を示す図である。図５は、偏光欠陥を補正する前の偏光された光の横断面図である。矢印６２はｐ偏光の方向（上下に直線状）またはｓ偏光の方向（側面から側面）を示す。図から判るように、光ビームの中心にある光６２は、ほぼｐ偏光状態にあるが、この光は６４のように光ビーム６０が光ビームの中心から側方エッジに進む際に大きな量のｓ偏光を含むという点で偏光欠陥を有する。更に、偏光欠陥は均一ではないので、従来の半波プレートを使っては完全には補正できないことも理解できよう。
【００５１】
図６は、偏光補償器５０を通過した後の、光ビーム６０の横断面を示す図である。理解できるように、偏光補償器５０はビームの中心の光６２’の偏光を変えることはできないが、例えば６４’のようなｓ成分を含む他の部分は補正していることが理解できよう。この結果、偏光された光ビームは輝度のかなりの損失を生じることなく、ほぼｐ偏光に変換される。
【００５２】
再び図１を参照すると、光の偏光後の投射型ディスプレイシステム１０内の任意の位置に偏光補償器５０を設置できる。偏光補償器５０の示唆される設置位置は、入射口７０または出射口７２（それぞれ照明絞りおよび投射絞り）の位置である。偏光補償器５０を設置できる別の場所は、ＬＣＤ像形成パネル１４，１６及び１８の直接前方となる。これとは異なり、偏光補償器５０はＬＣＤ像形成パネル１４，１６及び１８自体の中に組み込んでもよい。別の可能な設置場所は、偏光器２２の後またはアナライザ２６の前のような、偏光器とアナライザのペアの間である。図１には偏光補償器５０の種々の可能な位置を示している。当然ながら本発明は単一の偏光補償器５０のみと共に使用してもよい。図１に示した数は単に可能な位置を示すにすぎない。
【００５３】
偏光補償器５０の好ましい位置は開口絞りの位置である。次に、図７を参照すると、ここには光の回転角方向の分布が直接物理的位置に関連している光学的システムにおけるユニークな物理的位置が示されている。この場所は開口絞りとして知られており、図７では符号８０で示されている（図解を容易にするため、図７には透過型ＬＣＤ像形成パネル８２と、レンズ８４と、偏光器８６と、アナライザ８８を利用する簡略化された透過型ディスプレイシステムを示している）。ほとんどのシステムと同じように円形に対称的な光学システムを仮定すると、開口絞りの中心からの径方向の距離は、画像平面または対物平面に入射する光の角度の増加を示す。これは偏光補正効果を最大にするために、偏光補償器を設置しなければならない場合のことである。当然ながら、偏光補償器５０の数及び位置は透過型ディスプレイシステムのアーキテクチャによって決定される。
【００５４】
偏光補償器５０は偏光欠陥を局部的に、またはピクセルごとに補正できる任意の形態をとり得る。偏光補償器５０の好ましい実施例は、複屈折率が電気的に制御される透過型液晶デバイスを偏光補償器５０とした実施例である。透過型ＬＣＤのピクセルは理想的には図２に示されるような同心円パターンを有する。これとは異なり、図３に示されるようなピクセルのための標準的な長方形マトリックスパターン（または他の任意の構造）も使用できる。この偏光補償器は２７８ｎｍ（単一パス内の緑色光に対しては半波）の公称リターダンス値を有することができ、この補償器はより広いバンドの光学的レスポンスを得るようにフィルムリターダンスで補償できる。これらピクセルの各々は０〜２７８ｎｍまでのどのリターダンス値を有するようにも制御することができ、よって偏光補償器が９０°位相のずれた楕円の入射偏光状態を補償することができるようになる。従って、このシステムはリニア偏光しなければならない楕円偏光入力を補償できる。
【００５５】
更に、偏光補償器のセル構造体においてリソグラフィ法を使用すれば、第２パラメータ、すなわち偏光補償器の透過型ＬＣＤパネルのディレクタの配向を変えることができる。このディレクタの配向は液晶のねじれを制御するので、ＬＣＤパネルを通過する光の偏光状態の変化度を制御できる。ＬＣＤパネルを製造するのに使用される、従来の機械的なラビング処理は、図８のＬＣＤパネル５０’で使用されているような均一なディレクタの配向を発生する。しかしながら、個々のピクセルのディレクタの配向をピクセルごとに変えることができるフォトリソグラフィを使ってＬＣＤパネルの整合層をパターン化してもよい。図９は、ピクセル５２が変化したディレクタの配向５４を有する、かかる可能な偏光補償器５０の１つを示す。マトリックスの各ピクセルに対する電子的に制御可能なリターダンス／複屈折と、パターン化可能なディレクタの配向の組み合わせにより、光学システムにおける光の偏光の配向の補正を改善できる。
【００５６】
局部的に、ピクセルごとに複屈折を電気的に制御する機能により、いくつかの利点が得られる。第１の利点として、偏光の欠陥をオンザフライ（on-the-fly）方法でリアルタイムで補正できる。すなわち、偏光補償器５０から、現在の作動状態から生じている偏光欠陥を考慮するよう、投射型ディスプレイ１０を作動させながら、最適コントラストが得られるように、偏光補償器５０を調節できる。第２に、偏光補償器５０を自動的に調節し、最適な偏光欠陥の補正が得られるように、フィードバック機構と組み合わせて偏光補償器５０を使用できる。図１を参照すると、投射型ディスプレイシステム１０は検出器９０、例えば偏光補償器５０の駆動電子回路９５に接続されたＣＣＤを含むことができる。この検出器９０は投射型ディスプレイシステム１０によって発生された画像を示す信号を偏光補償器５０へ発生する。かかるフィードバック機構を使用することにより、投影型ディスプレイシステム１０はこの駆動電子回路９５を通して偏光補償器５０を自動的に調節し、システムの性能を最適にすることができる。
【００５７】
リターダンスの任意の値およびパターンを選択し、投射型ディスプレイシステムの構造によって偏光補償器５０の位置を決定することが理解できよう。更に、ディレクタの配向ではなく、局部的な複屈折だけを調節する能力は、単一シートのリターデーション膜よりも良好な偏光補正ができることも理解できよう。更に、偏光補償器５０がＬＣＤである場合、透過光の偏光特性を変えるのに種々のファクター、例えば液晶の材料自体、セルのギャップ分離度、ディレクタの配向、プリ傾斜角およびピクセルサイズを操作してもよい。
【００５８】
偏光補償器５０のよりコストの低い第２実施例は、それぞれのピクセルの複屈折／リターダンス値及び／またはディレクタの配向がプレートの位置に応じて変化し、ピクセルは電気的に制御できない受動的な複屈折プレートを利用するものである。種々の偏光欠陥を補正するのに必要な値だけでなく、各ピクセル値に対するディレクタの配向を予め知ることにより、かかる偏光補償器５０を製造できる。コレステリック型液晶技術はこれら用途に良好に適している。その理由は、この技術は異なる屈折率の値を有するように局部的にパターン化できるだけでなく、プレート上の各ピクセル位置に対し、異なるディレクタの配向を有するからである。
【００５９】
これまでの明細書で使用した用語および表現は、単に説明の用語であり、本発明を限定するためのものではなく、かかる用語および表現の使用に際し、本書に示され、説明された特徴またはその一部の均等物を排除する意図はなく、本発明の範囲は特許請求の範囲のみによって定められるものと理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の投射型ディスプレイの一実施例の略図である。
【図２】  偏光補償器の実施例の正面図である。
【図３】  偏光補償器の別の実施例の正面図である。
【図４】  例示された偏光補償器を左から右に通過する光ビームの側面図である。
【図５】  図４の光ビームの５−５線に沿った横断面図である。
【図６】  図４の光ビームの６−６線に沿った横断面図である。
【図７】  本発明と適応する投射型ディスプレイシステムの一例における光線の側面図である。
【図８】  液晶デバイスの従来の光軸の配向を示す概略図である。
【図９】  本発明に適応する偏光補償器の光軸の配向の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１０…投射型ディスプレイ、１２…光源、１３…偏光デバイス、１４，１６，１８…パネル、２０…ダイクロイックフィルタ、２２…偏光器、２４…偏光ビームスプリッタ、２６…アナライザ、２８…ダイクロイックフィルタ、３０…投射レンズ、３２…偏光器、３４…回転器、３６…偏光ビームスプリッタ、３８…回転器、４０…アナライザ、５０…偏光補償器、５２…ピクセル、５４…ディレクタの配向、６０…光ビーム、７０…入射口、７２…出射口、９０…検出器、９５…駆動電子回路、８０…開口絞り、８２…像形成パネル、８４…レンズ、８６…偏光器、８８…アナライザ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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