(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非偏光ビーム（Ｆ）を放出する光源と、該非偏光ビームを受光し、液晶スクリーンに第１と第２のビーム（Ｆ１，Ｆ２）を再伝達する偏光装置（ＰＢＳ）とを有し、
前記第１と第２のビームは同じ偏光方向に偏光されており、
当該２つの偏光ビームの軸は所定の角度（２β）を定める形式の液晶スクリーンの照明装置において、
マイクロレンズ（μＬ）のマトリクスを有し、
１つのマイクロレンズは、液晶スクリーンの少なくとも２つの隣接する画素（ＥＬ１，ＥＬ２）に対するものであり、
各マイクロレンズは、前記２つの画素の一方（ＥＬ１）で受光される第１の光ビームの部分と、前記２つの画素の他方（ＥＬ２）で受光される第２の光ビームの部分とを方向付け、
前記偏光装置は、第１のプリズムと第２のプリズムからなるダブルプリズムを有し、
該ダブルプリズムは、非偏光ビーム（Ｆ）を受光する入射面と、偏光ビームを伝達する出射面を有し、
前記第１のプリズムと第２のプリズムはそれぞれ反射面を有し、
前記第１のプリズムと第２のプリズムは偏光分離層と空気層によって分離されており、
前記非偏光ビームは第１のビームと第２のビーム（Ｆ１，Ｆ２）に前記偏光分離層によって分割され、
第１のビーム（Ｆ１）は第１のプリズムの反射面によって反射され、出射面を通って伝達され、第１の偏光ビームが形成され、
前記第２のビーム（Ｆ２）は第２のプリズムの反射面によって反射され、出射面を通って伝達され、第２の偏光ビームが形成される、
ことを特徴とする、液晶スクリーンの照明装置。
【請求項２】
前記偏光分離層はコレステリンフィルタである、請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記偏光分離層は線形偏光スプリッタであり、
偏光装置は、第１のビームと第２のビームの偏光を回転する偏光回転手段を有する、請求項１記載の照明装置。
【請求項４】
前記偏光回転手段はλ／４プレートである、請求項３記載の照明装置。
【請求項５】
前記線形偏光スプリッタはホログラフィック・ビームスプリッタである、請求項３または４記載の照明装置。
【請求項６】
第１のビームは第１のプリズムの反射面（Ｍ８）により反射され、該第１のビームは第１のプリズムの反射面に対して垂直ではない、請求項１から５までのいずれか１項記載の照明装置。
【請求項７】
第２のビームは第１のプリズムの反射面（Ｍ７）により反射され、該第２のビームは第２のプリズムの反射面に対して垂直ではない、請求項１から６までのいずれか１項記載の照明装置。
【請求項８】
入射面と出射面は隣接している、請求項１から７までのいずれか１項記載の照明装置。
【請求項９】
画素はペアにより関連しており、
各マイクロレンズは第１および第２の偏光ビームの一部を画素の１つのペアに偏向し、
第１の偏光ビームの受光された部分は当該ペアの第１の画素を照明し、
第２の偏光ビームの受光された部分は当該ペアの第２の画素を照明する、請求項１から８までのいずれか１項記載の照明装置。
【請求項１０】
各マイクロレンズは六角形形状を有する、請求項１から９までのいずれか１項記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶スクリーンの照明装置、とくに使用すべき非偏光照明源の２偏光を効率的に可能にする装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶スクリーン技術の出現はビデオプロジェクタ技術に対して優れた出力手段を提供する。アークランプから放出される光が液晶セルによって変調される。液晶表示デバイスによって形成された画像は光学系によりスクリーンに投影される。いわゆるＡＭ−ＴＦＴ  ＴＮＬＣＤ技術（薄膜トランジスタのアクティブマトリクスにより制御されるtwisted-nematic liquidcrystal display）は、各画素（ピクセル）がトランジスタにより制御される液晶スクリーンに対して重要とみなされている。液晶スクリーンへの入射光は線形に偏光されなければならない。この技術の主たる欠点は効率が悪いことである。
【０００３】
実際、光の１から２％しかスクリーンに到達しない。３つの主なパラメータがこの効率を制限している。すなわち、
１．光の５０％以上が失われてしまう（６０％まで）。なぜならランプから到来する光は偏光されていないからである。
【０００４】
２．セルの充填率が、とくに大画面の解像力と液晶変調器の小径に対して制限されている。充填率またはＯＡＲ（Open Aperture Ratio）は約５０％である。
【０００５】
３．ランプが小さくないので、液晶ディスプレイの小径の照明が光効率を低減させる。（光ビームはＬＣＤのコントラストに適合した立体角により定義される）１６：９フォーマットのスクリーンは４０％以下の光効率しか有しない。
【０００６】
他に減衰を引き起こす要因は、演色性、白バランスおよびフレネル損失である。
【０００７】
これらの投影装置の光効率を改善するために多くの解決手段が提案されてきた。第２偏光を照明ボックスで変換することが提案された（例えば刊行物"Large Aperture Polarized Light Souce and Novel Liquid Crystal Display Operating Modes" S.V.Belayes, M.Achadt, M.I.Bamik, J.Fuenufschilling, N.V.Malimonelop and K.Schmitt著、Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 29.,April 1990, pp.L634-L637参照）。他に、光をスクリーンのピクセルのアクティブエリアに集光するマイクロレンズの使用が推奨される（例えば刊行物”Brightness Enhancement of an LCD Projection by Planar Microlens Arry", H.Hamada, F.Funada, M.Hijikigawa and K.Awane, SID 92 DIGEST, pp. 269-272）。
【０００８】
本発明は、高性能偏光変換器に関するものであり、この変換器は従来のマイクロレンズと高効率プロジェクタの得られるように組み合わせることができる。この変換器は従来の装置と比較して３倍までの優れた能力を特徴とする。
【０００９】
本発明の装置に加えられる種々の変形実施例を説明するために、有用な幾何範囲に基づき作業をし、範囲の分析を行った。
【００１０】
表面Ｓを通る光ビームの範囲の値は前記表面の面積と、光ビームを定める立体角との積である。：
Ｅ（ｍｍ2．ｓｒ）＝Ｓ（円領域）×Ω
ここで、Ω＝２π［１−ｃｏｓ（β）］
βは照明ハーフアパーチャである。
【００１１】
液晶投影ディスプレイ装置に使用されるランプは空間広がりを有する。（これはいわば、非ゼロ空間広がりである）これはその広がりによって表すことができる。：
Ｅlampまたはフラックス（Ｆｌｕｘ＝Ｅ（広がり）×Ｌ（輝度）、ただしＬが定数ならば）。
【００１２】
さらに、ＬＣＤ液晶ディスプレイのコントラストは照明アパーチャに大きく依存している。β＜±１０ｄｅｇならば、コントラストは常に投影に対して許容できる範囲である。したがって、ΩはΩ１の値に制限される。前記制限はまた投影使用される対物レンズに関連する。
【００１３】
さらに非常に小さな直径を有する液晶スクリーンが選択される。これは前記装置と光学素子のコストを低減するためである。その結果、Ｓ１の照明エリアが小さくなる。
【００１４】
Ｓ１×Ω１の積（すなわちＥ１）がＥlampより小さければ、光効率が悪くなり、Ｅ１／Ｅlampの比に等しくなる。
【００１５】
Ｅ１がＥlampよりも大きければ、光効率は１００％に等しくなる。
【００１６】
Ｅ１がＥlampと等しければ、装置は申し分なく最適化されている。
【００１７】
偏光変換装置は、程度Ｅを２倍にする。なぜなら、２つの偏光素子から到来する光が空間的に２つの方向に分割されるからである。
【００１８】
偏光スリットを通過した後、光Ｅは２Ｅとなる。この段階では２つの場合が考えられる。
【００１９】
２Ｅ＝（２Ｓ）×Ω、  これは、均質性とスペースの問題から受け入れることはできない。
【００２０】
２Ｅ＝Ｓ×（２Ω）、  現在の技術では多くの装置がこの最小値（例えば２Ω）を達成することができず、これよりも高い。
【００２１】
程度の分析は、光を液晶スクリーンのピクセルにフォーカスする方法に適用することができる。球形マイクロレンズのマトリクスを使用する従来のフォーカシングに対して、１つのマイクロレンズが各ピクセルに対して１００％フォーカシングするから、１００％の充填率を得る必要があり、もはや５０％（またはそれ以下）ではない。その理由はフォーカシングエリアがピクセルのアクティブエリアより小さいか、または等しいからである。したがって、
２ｆ×ｔａｎ（βglass）≦アクティブエリア
ここで、ピクセルのアクティブ表面エリアは、ピクセルエリアからブラックマトリクスエリア（マスキングマトリクス）を引いたものに等しい。例えばピクセルのサイズ−ブラックマトリクスである。
【００２２】
ｆは液晶スクリーンの厚さ、βglassはＬＣＤディスプレイのガラス内の照明ハーフアングルである。
【００２３】
装置のパラメータ、ｆ、βglass、サイズおよびＬＣＤディスプレイの次元が既知であるから、フォーカシング後にスクリーンを通過する光の品質を定めることができる。
【００２４】
Ｅfocusing＝Ｓ（ＬＣＤディスプレイの周辺における円形エリア）×２π［１−ｃｏｓ（ｎ・βglass）］
ここでｎはＬＣＤディスプレイのガラスの屈折率である。
【００２５】
前に述べたように、全体の効率はＥfocusingのＥlampに対する比である。
【００２６】
偏光またはフォーカシングに基づく変換装置の設けられた従来の照明装置は実際には使用することはできない。なぜなら例えば、程度値の拡張のためと、偏光変換器の特性のためである。このためランプが制限された幾何広がりを有していても、フォーカシングの利点が相殺されてしまう。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記欠点を回避し、光束において３以上の利得を提供することである。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明により、マイクロレンズのマトリクスを有し、
１つのマイクロレンズは、液晶スクリーンの少なくとも２つの隣接する画素に対するものであり、
各マイクロレンズは、前記２つの画素の一方で受光される第１の光ビームの一部と、前記２つの画素の他方で受光される第２の光ビームの一部とを方向付け、
前記偏光装置は、第１のプリズムと第２のプリズムからなるダブルプリズムを有し、
該ダブルプリズムは、非偏光ビームを受光する入射面と、偏光ビームを伝達する出射面を有し、
前記第１のプリズムと第２のプリズムはそれぞれ反射面を有し、
前記第１のプリズムと第２のプリズムは偏光分離層と空気層によって分離されており、
前記非偏光ビームは第１のビームと第２のビームに前記偏光分離層によって分割され、
第１のビームは第１のプリズムの反射面によって反射され、出射面を通って伝達され、第１の偏光ビームが形成され、
前記第２のビームは第２のプリズムの反射面によって反射され、出射面を通って伝達され、第２の偏光ビームが形成されるように構成して解決される。
【００２９】
【発明の実施の形態】
さらに、立体角Ωの広がりは種々の仕方で達成することができる。オリフィスの一方向、または別の方向で（ＬＣＤディスプレイの等コントラストの分散を基準にして水平または垂直）。スクリーンのコントラストに対する正しい方向での広がりがこの場合可能である。
【００３０】
【実施例】
本発明の装置の１実施例を、図１と図２に基づいて説明する。
【００３１】
例えば放物線反射器にあるアークランプＡＬにより放出される光は偏光スプリッタＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）に入射する。この偏光スプリッタはコレステリンフィルタまたは他の偏光感受素子を有する。光は相補偏光の２つの部分（ビームＦ１とＦ２）に分割される。偏光の１つは、例えばＴＮ液晶セルを使用したλ/２を通って回転される。２つのビームはミラーＭ１とＭ２、またはダブルプリズムＤＰＣでの全反射プリズムにより再び結合される。後者は２つのビームＦ１とＦ２を結合し、２倍の光束の拡張照明を提供する（フレンネル損失をのぞく）。
【００３２】
この装置の中心はダブルプリズムＤＰＣである。図１のｂに示すように、このプロズムの動作は次のとおりである。全内部反射がガラス、例えばガラス/空気屈折インターフェースで、光の入射角が臨界角θcより大きくなると生じる（ａｒｃｓｉｎ（１/ｎ）に等しい、ｎはガラスの屈折率）。この表面でθcよりも大きな入射角を有する各ビームは完全に反射される。しかし小さな入射角を有するビームは空気へ伝送される（フレンネル損失をのぞく）。または空気からガラスへ透過される。なぜなら、伝播の対称性のためである。したがって、ミラーＭ１，Ｍ２により供給されるビームＦ１，Ｆ２の方向に依存して、ビームＦ２はダブルプリズムＤＰＣにより透過され、ビームＦ１は反射される。
【００３３】
光は、マイクロレンズμＬのマトリクスを介し液晶ディスプレイＬＣＤに入射する。これらのマイクロレンズは球形または円筒形である。１つのマイクロレンズは少なくとも２つのピクセルをカバーする。したがって一方のビームが一方のピクセルに、他方のビームが他方のピクセルに向けられるようにする。例えば、マイクロレンズμＬにより透過されるビームＦ１はピクセルＥＬ１を照明し、ビームＦ２はピクセルＥＬ２を照明する。この方法によれば、光すべてが液晶ディスプレイを通過し、したがって最良の結果が得られる。
【００３４】
図２は、本発明による装置を示す。この装置では、回転可能なミラーがプリズムによって置換されている。この場合、２つのガラス/空気屈折インターフェースの、再結合面における傾きは問題とならない。
【００３５】
光源からの光ビームは平行ではなく、±βairの照明アパーチャを有することがわかっている。したがって、結合のためには、臨界角βｃに関連する条件と傾き角度に関連する条件とを満足しなければならない（図１と図２参照）。
【００３６】
図３は、ガラス（ＢＫ７）が屈折率1.5168を有する実施例を示す。ダブルプリズムから放出された光は、ダブルプリズムの出射面に対する垂線にセンタリングされていない。この場合、液晶スクリーンを直接プリズムを傾けることにより照明することができる（図３ａ）。または外部プリズムＰ３を設けることにより照明することができる（図３ｂ）。これにより、光ビームを屈折させ、照明のための光を液晶スクリーンにセンタリングすることができる。
【００３７】
放出された光をセンタリングするために、非常に低い屈折率（ｎ＝１．４）をダブルプリズムに対して提供する必要がある。しかしこの指数は必ずしも絶対必要ではなく、コストが高くなる。
【００３８】
図４には本発明の実施例が示されている。この実施例では、各マイクロレンズが照明すべき４つのピクセルをイネーブルする。
【００３９】
装置は２つのレンズＳＬ１，ＳＬ２を有する。これらは角度的に分離された２つのビームを、上に述べたビーム分割装置から受信する。例えば、これら２つのビームは図１と図２のダブルプリズムから供給される。
【００４０】
レンズＳＬ１は２つのビームＦ３とＦ４を供給する。レンズＳＬ２は２つのビームＦ５とＦ６を供給する。これらは図示されていないが、ビームＦ３、Ｆ４と同じである。これらの種々のビームは４つのリレーレンズＲＬと集光レンズＣＬによりまとめられ、各ビームはマイクロレンズμＬのマトリクスの表面に重ね合わされる。これら種々のビームはμＬの表面に異なる入射角で入射する。各マイクロレンズμＬ１はビームをピクセルＥＬ１〜ＥＬ４にフォーカスする。したがって各マイクロレンズμＬ１は４つのピクセルを照明すべきＬＣＤスクリーンにイネーブルする。
【００４１】
本発明によれば、光源は液晶ディスプレイの最大の次元の方向に拡張することができる。例えば１６×９スクリーンに対しては１６の次元に沿って拡張することができる。マイクロレンズは円筒状（１６軸にそってフォーカシングする）または球形である。後者の場合の法が光束の利得が大きい。マイクロレンズは従来技術にしたがって製造することができる。
【００４２】
ピクセルの形状に関しては制限がない（図１４から図１６参照）。例えば図１５によれば、ピクセルは行と列に配置されている。４つのピクセルを、図４の照明装置による１つのマイクロレンズμＬにより照明することができる。または２つのピクセルの各群を１つのマイクロレンズにより照明することができる。図１６によれば、ピクセルの列が相互にオフセットされている。２つのピクセルの各群は１つのマイクロレンズμＬにより照明される。
【００４３】
図１８と図１９の実施例によれば、マイクロレンズの配置構成をピクセルを基準にして行うことができる。これにより各マイクロレンズが複数のピクセルを照明する。また図１９に示すように、マイクロレンズの形状を例え六角形に構成することができる。これにより、投影対物レンズの円形形状に適合する。
【００４４】
次に偏光変換器として使用される偏光スプリッタまたはコレステリンフィルタの実施例を説明する。
【００４５】
図５と図６は本発明による装置を示す。この装置ではダブルプリズムＤＰＣが偏光分割、偏光回転、液晶スクリーン方向へのビームの再結合の機能を果たす。
【００４６】
この装置は２つのビームを結合するのに全内部反射の原理に基づく。非偏光ビームＦは第１のガラス/空気屈折インターフェースＤ１で全反射される。ビーム強度の５０％は（例えば）右円偏波に対して透過され、５０％はコレステリンフィルタＣＦにより反射され、ガラス/空気屈折インターフェースＤ１に、入射角θ２で入射する。これによりθ２はこの臨界角よりも小さい。次に、ビームはそれがミラーＭ３（金属表面）で反射される限り透過される。反射に基づき、偏光の方向が右から左に反転される。次にこのビームはガラス/空気屈折インターフェースＤ２を通過する。この通過は前に述べたのと同じ条件の下で行われ、さらにコレステリンフィルタＣＦを通過する。なぜなら偏光が今や適切に配向されているからである。生じた光ビームＦ１とＦ２は角度βを形成し、液晶スクリーンを照明するのに適したものとなる。
【００４７】
ただ１つの付加的なプリズム、例えばＰ’１だけを設けることも可能である。これは図６に示されている。コレステリンフィルタの面に対して重要なことは、ミラーＭ３の面に対して平行ではないことである。
【００４８】
図７は別の偏光変換装置を示す。この装置はコレステリンフィルタに基づくものである。ミラーＭ３を再帰反射器ＭＲとλ/４プレートにより、入射光の偏光面を配向するため置換すると有利である。（９０゜の）再帰反射器は実用的である。なぜなら、入射光が再帰反射器で平行に反射されるからである。
【００４９】
図８は別の偏光変換装置を示す。この装置はコレステリンフィルタの使用に基づくものである。前の図と比較して、非偏光光は２つのガラス/空気インターフェースＤ１，Ｄ２を通って完全に透過される。次にビームは２つの部分に分割される、円偏波光の５０％が透過され、他の部分が反射される。コレステリンフィルタＣＦへの入射角は、反射される光が完全に内部のガラス/空気インターフェースで反射されるように選定される。このビームはミラーＭ３で一回再反射され（入射の仮想ゼロ角で）、その偏光が反転され、次に屈折インターフェースＤ２によってフィルタＣＦへ反射される。ＤＰＣ素子はしたがって同じ偏光の２つのビームを供給する。ビームＦ１とＦ２の間の角度は、フィルタＣＦがミラーＭ３に対して垂直ではないという事実から増大する。
【００５０】
ビームＦ１，Ｆ２間の角度を得るために、図８では装置の光軸（ビームＦを基準にして）対して傾くべきコレステリンフィルタＣＦに対する準備が行われる。したがって、フィルタＣＦにより反射されるビームはビームＦ、したがってＦ１を基準にして傾いている。この傾きは付加プリズムＰ’１によって設定される。
【００５１】
図９は、図８の装置の択一的実施例を示す。この実施例では、２つのプリズムＰ１とＰ２が４５゜の二等辺三角形にない。この図によれば、プリズムＰ２の入力面Ａ１は、プリズムの斜辺に対して４５゜よりも小さな角度βを形成する。偏光の一方はビームＦ１としてフィルタＣＦにより透過される。他方の偏光はフィルタＣＦ、２つのプリズムの分割屈折インターフェースおよびミラーＭ３によりビームＦ２を与えるために反射される。ビームＦ２はビームＦ１と角度を形成する。プリズム間のインターフェースにおける反射の臨界角の理由から、ビームＦの方向は面Ａ１を基準にして傾くことができる。
【００５２】
この装置は、２つの“大きな”プリズムを介して投影装置に適用することができる。しかし非常に薄い偏光変換器を複数の小さな偏光変換装置によって形成することも可能である。これは図１０に示されている。この場合、比較的に薄い偏光変換器が得られる。動作原理はすでに上で図８（この場合はフィルタＣＦが角度αでプリズムの出射面に対して傾いている）または図９に関連して説明したものと同じである。
【００５３】
円偏波光（例えば右円偏波）が反射される。
【００５４】
内部全反射により、ｓ要素とｐ要素間でδの位相シフトが生じる。
【００５５】
ミラーＭ３での反射はπの位相シフトを引き起こす。
【００５６】
内部全反射は再びｓ要素とｐ要素との間の−δの位相シフトを引き起こす。
【００５７】
したがって、全位相シフトはπである。右円偏波光は左円偏波光となる。
【００５８】
小型化された装置はいくつかの利点を有する。
【００５９】
−小型化された偏光変換器が液晶ディスプレイ（偏光器とアナライザを有する）に適合されれば、損失を回避し、光効率を係数２改善することができる。
【００６０】
−プリズム系を薄く簡単に製造することができる。これは成形透明材料（ガラスまたはアクリル）から構成することができる。
【００６１】
このようにするため、２つの有歯プレートＰ５，Ｐ６（ガラス製）が使用される。これらは相補形状を有し、これにより図１１のプリズムを形成する。各歯は例えば、プレートの面に対して垂直な第１の面を有し、第２の面は実質的に４５゜傾いている。第１の面は金属化され、ミラーＭ３を形成する。
【００６２】
コレステリンフィルタＣＦはプレートＰ６の扁平面の上に配置することができる。
【００６３】
次に２つのプレートＰ５，Ｐ６が他方の内側に適合される。
【００６４】
プリズム系は２つの可能な方向に沿って、すなわちＬＣＤディスプレ長い方の側と短い方の側に沿って配列することができる。現在のＡＭ形ＬＣＤディスプレイの場合は、ＬＣＤディスプレイの長い方の側に沿った照明の角度に対してコントラストが優れているので、装置を液晶スクリーンの短い方の側の方向に沿って組み込まなければならない。
【００６５】
図１２は択一的実施例を示す。ここでは、コレステリンフィルタが２つのプリズムの２つの共通の面の間に配置されている。この実施例では、コレステリンフィルタをホログラフィック素子ＨＯＥを使用する択一的装置によって置換することができる。ホログラフィック光学素子は相容積回析素子からなり、非常に薄いフィルム（厚さ約１０μｍ）に製造される場合には、有効な光学作用を引き起こす。これらの素子はそれほど高価ではなく、軽量で、他の光学機能と結合することができる。
【００６６】
偏光分割機能は、薄膜受光材料の２つのコヒーレントな平面はの干渉により生じる干渉パターンを記録することによって達成される。材料に引き起こされる指数変動（ｄｎ）は大きい。記録指数における変動は第１の偏光要素（４５゜ブルースター条件）に対して鏡機能をイネーブルし、第２の偏光要素は完全に透過される。
【００６７】
図１３は図１２の装置の実施例を示す。ホログラフィックスプリッタＨＯＥはガラスプレートの上に形成され、プリズムＰ１の斜辺に、指数整合物質を使用して接着される。プリズムＰ１とＰ２はそれぞれ単片から形成され、面Ｍ７、Ｍ８が金属化されている。
【００６８】
この形式の構成要素は種々異なる色に対して共通に使用される（いわば帯域制限）。
【００６９】
この本発明の偏光変換装置は、したがって、非常にコンパクトなホログラフィック光学偏光器に基づくものである。後者は白色光または各色の光に対する投影装置に使用される。
【００７０】
非偏光光（白色または単色）は偏光器ＨＯＥに入射する。方向“Ｓ”に偏光された光は全反射される。垂直偏光光“ｐ”は回折されず、偏光器ＨＯＥを通過する（プリズムの斜辺に適合されて）。入射角のため、θが臨界角より小さい［θｃ＝ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）］。次に“ｐ”要素がＨＯＥ／空気および空気／ＨＯＥ境界を２回透過される。この“ｐ”要素は傾斜されたミラーＭ７により、次に内部全反射（ＴＩＲ）の現象によって反射される。次に、“ｓ”タイプの偏光ビームが“ｐ”タイプの偏光ビームになる。このビームは再び偏光器ＨＯＥに入射し、次に完全に透過される。まず最初にＨＯＥにより、次にＨＯＥ／空気および空気／ガラス境界によって。
【００７１】
このようにして、光は完全に偏光される。この方法はいくつかの利点を有する。すなわち：
−２つの光学経路が同じである。したがって、ＬＣＤディスプレイを照明するときに不均質の問題が生じない。
【００７２】
−現在各色に使用されるホログラフィック偏光ビームスプリッタのおかげで、偏光変換器を３つのＬＣＤ装置の各チャネルに対して、投影装置の全体寸法を過度に増大することなしに構成することができる。
【００７３】
−ガラス／空気および空気／ガラス屈折インターフェースを通過するｐ偏光が実質的に減衰されない。これは装置のフレンネル損失を最小に低減する。
【００７４】
液晶スクリーンはしたがって、２つの主ビームＦ１，Ｆ２を受ける。これらのビームは同じように偏光され、それぞれはマイクロレンズによりピクセルの半分に（例えば各列に）フォーカスされる。各ピクセル内で、フォーカシングはランプの照明アパーチャのみに依存する。したがって偏光装置が無視されるなら以下は全く相違しない。
【００７５】
しかし理想焦点条件は次のとおりである。
【００７６】
各ピクセルに対して焦点は、軸を基準にしてわずかにオフセットされる。
【００７７】
したがって装置を最適化するため、次の条件を満足する必要がある。
【００７８】
ａｒｃｔａｎ（ｐ／ｆ）≧βglass
ここでｐは液晶ディスプレイの水平ピッチであり（図１０参照）、ｆはガラスまたは液晶ディスプレイの厚さにおける各マイクロレンズの焦点距離である。
【００７９】
この条件が満たされなければ（例えばピッチが小さすぎるか大きすぎる）、ディスプレイの厚さを変更することができる。
【００８０】
照明アパーチャβが大きすぎる場合は、再結合器が角度フィルタとしてどうサウスルことができる。これは、偏光変換器が空気中で±βｄｅｇ．を得るように構成されていれば、例えば、そしてランプの程度の値が変化すれば（その照明時間を通して、またはそれが変化された後で）、βより大きな角度のすべてのビームは１つのアームだけに対して透過され（内部全反射でない）、そして第２のアームに対して反射され、全体は透過されない。このようにして、照明ボックスは角度フィルタである。したがってさらに拡張された光源を液晶ディスプレイのコントラストに影響することなく使用することができる。
【００８１】
このような偏光変換器の効率は従来の装置と比較して次のとおりである。
【００８２】
利得＝［Ｒ＋Ｔ］／Ｔpolarizer
反射係数Ｒ＝０．９９と透過係数Ｔ＝０．９５を有する偏光スプリッタ（従来のマルチレイヤーＰＢＳ）に対して（図５）：
Ｒ＝0.5×0.99×1×0.86×0.98＝0.416
Ｔ＝0.5×0.95×１×0.94×1×0.98＝0.437
利得＝［0.416＋0.437］／0.41≒2.1  偏光器なし
利得＝［0.416＋0.437］×［0.82/0.41］≒1.7  偏光器付き；
Ｒ＝０．９６、Ｔ＝０．９６を有するコレステリンフィルタに対して：
Ｒ＝［0.86/2］×0.96×0.98×0.98×0.9＝0.356
Ｔ＝［0.86/2］×0.96×0.98×0.98＝0.404
利得＝［0.356＋0.440］×［（0.82×0.93）/0.41］≒1.32  偏光器付き
２つの計算は次のパラメータの下で実行された：
−プリズムおよびダブルプリズムの両方に対して０．９８の惑光防止係数；
−全反射係数、Ｒ＝１；
−ダブルプリズムの透過係数、０．８６；
−偏光器の透過係数、０．４１；
−分析器の透過係数、０．８２；
−ミラーＭ３の反射係数＝０．９；
−コレステリンフィルタの偏光率＝０．９３；そして
−λ偏光回転プレートの透過係数は９４％に等しいと仮定した。
【００８３】
本発明の装置はいくつかの利点を有する。すなわち、
＊装置が偏光変換器および焦点変換器に対して最適である。
【００８４】
＊水平軸に沿ったフォーカシングはコントラスト値を変化させない。なぜなら、液晶ディスプレイの水平許容角度は非常に広いからである。
【００８５】
＊ガラス／空気および空気／ガラス屈折インターフェースを通過するｐ偏光は強く減衰される。なぜなら、“ｐ”だからである。このことは装置のフレンネル損失を最小に制限する。
【００８６】
この装置の出口には、このビームを直接、モノバルブまたは単色プロジェクタ（図１７参照）または３色投影に対する３バルブ装置の液晶セルの照明に使用することができる。この装置では、上に述べたように２つのビームを供給する照明ボック、ＬＣＤスクリーンおよびマイクロレンズμＬのアレイがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による簡単な実施例の概略図である。
【図２】図１の装置の択一的実施例の概略図である。
【図３】スクリーンの平面に対する垂線を基準にして光をセンタリングするための手段の概略図でえある。
【図４】１つのマイクロレンズが照明すべきスクリーンの４つのピクセル素子をイネーブルする本発明の装置の実施例の概略図である。
【図５】コレステリンフィルタを使用した偏光装置の実施例の概略図である。
【図６】コレステリンフィルタを使用した偏光装置の実施例の概略図である。
【図７】コレステリンフィルタを使用した偏光装置の実施例の概略図である。
【図８】コレステリンフィルタを使用した偏光装置の実施例の概略図である。
【図９】コレステリンフィルタを使用した偏光装置の実施例の概略図である。
【図１０】図９の偏光装置に適用される照明装置の概略図である。
【図１１】図１０の装置の別の実施例の概略図である。
【図１２】ホログラフィックな偏光分割装置を有する照明装置の概略図である。
【図１３】ホログラフィックな偏光分割装置を有する照明装置の概略図である。
【図１４】スクリーンの画素構造を示す概略図である。
【図１５】スクリーンの画素構造を示す概略図である。
【図１６】スクリーンの画素構造を示す概略図である。
【図１７】本発明の装置の一般的構成を示す概略図である。
【図１８】液晶スクリーンを照明するための配置構成とレンズ形状を示す概略図である。
【図１９】液晶スクリーンを照明するための配置構成とレンズ形状を示す概略図である。
【符号の説明】
ＣＦ  コレステリンフィルタ
Ｆ１，Ｆ２  ビーム
Ｍ  ミラー
ＤＰＣ  ダブルプリズム
【図１】
0003657347.tif 000002
【図２】
0003657347.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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