(57)【要約】  投影システムは、画像形成装置及び偏光ビームスプリッタを含む。照明光は、第１の偏光ビームスプリッタを経由して画像形成装置を照明する。リターデーション要素は、画像形成装置と偏光ビームスプリッタとの間に配置される。バイアスコントローラは、画像形成装置から反射される画像光のコントラストを実質的に最大にするように、暗状態の画像形成装置の画素にバイアスを印加する。若干の配置において、偏光ビームスプリッタ及び画像形成装置間の空間は、シールされ、リターデーション要素は封止空間内に配置され、並びに、偏光ビームスプリッタ又は画像形成装置に取り付けられる。
2009518685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の画像形成装置と、
照明光が通って該第１の画像形成装置に至るようにした第１の偏光ビームスプリッタと、
第１の画像形成装置と第１の偏光ビームスプリッタとの間に配置される第１のリターデーション要素と、
第１の画像形成装置に取り付けられ、第１の画像形成装置から第１の偏光ビームスプリッタを通過した画像光でのコントラストを実質的に最大にするように暗状態の画素にバイアスを印加するバイアスコントローラと、を含む、投影システム。
【請求項２】
第１の画像形成装置から受けた画像光を投影する投影レンズユニットを更に含む請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
カラーコンバイナ及び少なくとも１つの第２の画像形成装置を更に含み、
第１の画像形成装置からの画像光および少なくとも１つの第２の画像形成装置からの画像光がカラーコンバイナで合成され、合成画像ビームを作成し、該合成画像ビームが投影レンズユニットによって投影されるようにした、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
照明光を生成できる光源を更に含む請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
当該画像形成装置によって形成された画像を制御するために接続されたコントローラを更に含む請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
第１のリターデーション要素が、第１の画像形成装置及び第１の偏光ビームスプリッタのうちの１つに取り付けられた請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
第１の画像形成装置と第１の偏光ビームスプリッタの間を接続する防塵シールを更に含み、
第１のリターデーション要素が、第１の画像形成装置、第１の偏光ビームスプリッタ及び防塵シールにより定められる封止空間の内部に配置される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
第１のリターデーション要素が速軸及び遅軸を有し、リターデーション要素の速軸及び遅軸のうちの１つが、ある角度θに配向しており、
θｃを、第１の画像形成装置の画素にバイアスが印加されないときに最大のコントラストを達成するようにリターデーション要素の速軸又は遅軸の１つが配向する角度として、θｃとθの差が１°未満である、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
θとθｃの差が、０．５°未満である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
θとθｃの差が、０．２５°未満である、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
偏光ビームスプリッタを通過し、画像形成装置と該偏光ビームスプリッタとの間に配置されたリターデーション要素を通過した照明光を用いて、画像形成装置を照射することと、
照明光の少なくとも一部を画像光として反射することと、
偏光ビームスプリッタを使用して、画像光を非画像光から実質的に分離することと、補償バイアス信号を画像形成装置の画素に印加して、画像光の暗状態の輝度を実質的に最小化することとを含む投影システムの動作方法。
【請求項１２】
画像形成装置を制御して、画像光に含まれる画像を変化させることを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
第１の画像形成装置から分離した第１の偏光ビームスプリッタ、および偏光ビームスプリッタと画像形成装置との間を接続する第１のシールを含む第１の封止ユニットを含み、
封止空間が、該シール、第１の偏光ビームスプリッタ及び第１の画像形成装置によって包囲されており、
リターデーション要素が、該封止空間の内部に配置され、第１の偏光ビームスプリッタ及び第１の画像形成装置のうちの１つに取り付けられている、投影装置。
【請求項１４】
カラーコンバイナを更に含み、
第１の封止ユニットは、該カラーコンバイナに光学的に結合され、第１の封止ユニットからの画像光が該カラーコンバイナに向けて伝播するようにした、請求項１３に記載の投影装置。
【請求項１５】
投影レンズユニットを更に含み、
画像光が、カラーコンバイナから投影レンズユニットまで伝播するようにした、請求項１４に記載の投影装置。
【請求項１６】
少なくとも１つの第２の封止ユニットを更に含み、
該少なくとも１つの第２の封止ユニットからの画像光が、第１の封止ユニットからの画像光とカラーコンバイナ内で合成され、カラー合成映像ビームを形成するようにした、請求項１４に記載の投影装置。
【請求項１７】
該少なくとも１つの第２の封止ユニットは、該第２の封止ユニット及び少なくとも第３の封止ユニットを含み、
第２及び第３の封止ユニットからの画像光が、第１のシールユニットからの画像光とカラーコンバイナ内で合成されるようにした、請求項１６に記載の投影装置。
【請求項１８】
照明光を生成できる光源を更に含み、
該照明光は、第１の偏光ビームスプリッタを経由して第１の画像形成装置を照射するようにした、請求項１３に記載の投影装置。
【請求項１９】
第１の画像形成装置によって形成される画像を制御するために接続されたコントローラを更に含む、請求項１３に記載の投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像投影システムに関する。より厳密にいえば、本発明は、画像生成用の液晶画像パネルを使用する投影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
投影テレビに使われるような、多くの画像投影システムは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）撮像素子パネルの使用に基づく。ある液晶表示パネルは、反射モードで作動し、その場合、入射照明光は、反射型液晶表示パネルの前側で偏光ビームスプリッタを用いて鏡像光から分離される。この種の構成においては、照明光は、偏光ビームスプリッタを経由して液晶表示パネルに通される。液晶表示パネルに入射する照明光は、従って、偏光される。ＬＣＤパネルは、パネルの多数の画素の偏光変調を選択的に調整することによって作動する。画像の暗い領域に関連付けられる画素は光の偏光状態を変えないが、一方、画像の明るい領域に関連付けられる画素は光の偏光状態を変える。照明光が偏光ビームスプリッタによって、反射光線としてＬＣＤパネルに向けて反射されるとき、入射光の偏光状態に直交する偏光状態に変えられた偏光を有するその光は、偏光ビームスプリッタを通して伝送される。理想的には、入射光を能動的に調整する画素に対応する光のみが、偏光ビームスプリッタを通してプロジェクタのレンズシステムへ伝送され、一方、画像の暗い領域の、つまり、光を能動的に調整していない、画素に対応する画素によって反射される光は、偏光ビームスプリッタによって阻止される。したがって、ビームスプリッタは、偏光調整された画像光を調整されていない光から分離するために使用し得、結果的に投影可能な画像ビームが得られる。
【０００３】
ディスプレイの重要な特性は、明るい画素が、暗い画素と比較してどの程度明るいかの定性的な基準である、コントラスト比である。コントラスト比ＲＣは、以下のように定量化できる：
【０００４】
ＲＣ＝Ｉｂ／Ｉｄ
【０００５】
式中、Ｉｄ及びＩｂは、それぞれ暗い、及び明るい状況にある反射光の量に対応する。理想的には、Ｉｄの値は可能な限り小さくし、それによりコントラスト比が大きくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ツイステッドネマチック（ＴＮ）、スーパツイステッドネマティック（ＳＴＮ）、及び垂直配向ネマティック（ＶＡＮ）パネルのような、あるタイプのＬＣＤ画像形成装置では、液晶は、オフ（非変調）状態においてさえ残留複屈折を明示する。この残留複屈折は暗状態の光量を増加させ、映像コントラスト比の減少という結果を招く。
【０００７】
この残留複屈折を補償するために、同一だが反対方向のリターデーションをもつ複屈折リターデーションプレートを使用することができるが、また偏光ビームスプリッタとＬＣＤパネルの間に挿入される１／４波長リターデーションプレートを使用して、残留複屈折を補償できる。更に、１／４波長リターデーションプレートはまた、偏光ビームスプリッタの構成要素の複屈折を補償するために用い得る。補償リターデーションプレートは偏光ビームスプリッタ構成要素の複屈折補償に適していないため、１／４波長リターデーションプレートを使用する方がより望ましい。
【０００８】
１／４波長リターデーションプレートは、遅軸又は速軸が照明光の偏光面に対して平行しないように回転して、数度離れるように配向される。しかし、この補償技法の１つの不利な点は、１／４波長リターデーション子の最適な向きを達成するために、極めて注意深い位置合せが要求されることである。この位置合せステップは、投影システムの生産コストを増大させる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態は、第１の画像形成装置及び第１の偏光ビームスプリッタを含む投影システムを志向する。照明光は、第１の偏光ビームスプリッタを経由して第１の画像形成装置に到達する。第１のリターデーション要素は、第１の画像形成装置と第１の偏光ビームスプリッタとの間に配置される。バイアスコントローラは第１の画像形成装置に取り付けられ、暗状態の画素にバイアスを掛け、第１の画像形成装置から第１の偏光ビームスプリッタを通過した画像光のコントラストを実質的に最大にする。
【００１０】
本発明の別の実施形態は、投影システムを作動する方法を目的としている。その方法は、偏光ビームスプリッタを通過し、又画像形成装置と偏光ビームスプリッタとの間に配置されたリターデーション要素を通過した、照明光で画像形成装置を照射することを含む。少なくとも照明光の１部は、画像光として反射される。画像光は、偏光ビームスプリッタを使用している非画像光から実質的に分離される。補償バイアス信号は、画像形成装置の画素に印加され、実質的に画像光の暗状態輝度を最小化する。
【００１１】
本発明のもう１つの実施形態は、投影装置を目的としている。この装置は、第１の画像形成装置から分離された第１の偏光ビームスプリッタを有する第１のシールされたユニットを含む。第１のシールは、偏光ビームスプリッタと画像形成装置との間を接続し、該シール、第１の偏光ビームスプリッタ、及び第１の画像形成装置で包囲された封止空間を取り囲む。リターデーション要素は、封止空間の内部に配置されて、第１の偏光ビームスプリッタ及び第１の画像形成装置のうちの１つに取り付けられる。
【００１２】
本発明の上記の概要は、本発明の各図示の実施形態またはすべての実施を説明しようとするものではない。以下の図面及び詳細な説明は、特にこれらの実施形態を例示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、多くの異なるタイプの投影システムに用いられてよい。以下に述べる本発明を組み込んでもよいマルチパネル投影システム１００の１つの例示的実施形態を図１に概略図で示す。投影システム１００は、３面パネル投影システムであって、光ビーム１０４を生成する光源１０２を有し、３つの異なる色帯の光を収容する。光ビーム１０４は、例えばダイクロイックミラーのような色分離要素１０６によって、異なる色の光を含む第一、第二及び第三の光線１０４ａ、１０４ｂ及び１０４ｃに分離される。光線１０４ａ、１０４ｂ及び１０４ｃは、例えば、それぞれ赤、緑、及び青の色であってよい。光の向きを変える要素１０８の、例えば鏡またはプリズムは、光線１０４、１０４ａ、１０４ｂ及び１０４ｃのいずれの光線の向きを変えるためにも用いてよい。
【００１４】
光線１０４ａ、１０４ｂ及び１０４ｃは、それぞれの画像形成装置１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃに配向しており、それらは例えばシリコン液晶（ＬＣＯＳ）パネル上の液晶ような、ＬＣＤベースの反射性画像形成パネルであってよい、光ビーム１０４ａ、１０４ｂ、及び１０４ｃは、それぞれの偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１１２ａ、１１２ｂ及び１１２ｃを経由して、それぞれの画像形成装置１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃに接続されるか、それぞれから接続される。画像形成装置１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃは、入射光ビーム１０４ａ、１０４ｂ及び１０４ｃを偏光調整して、それぞれの画像ビーム１１４ａ、１１４ｂ及び１１４ｃがＰＢＳ１１２ａ、１１２ｂ及び１１２ｃで分離され、カラーコンバイナ１１６に到達するようにする。該例示的実施形態において、照明光ビーム１０４ａ、１０４ｂ及び１０４ｃは、ＰＢＳ１１２ａ、１１２ｂ及び１１２ｃによって、画像形成装置１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃに向けて反射され、その結果生じる画像光ビーム１１４ａ、１１４ｂ及び１１４ｃは、ＰＢＳ１１２ａ、１１２ｂ及び１１２ｃを通して発信される。図示されていない別の一つの方法では、照明光はＰＢＳを通して画像形成装置に発信されてもよいが、一方画像光はＰＢＳによって反射される。
【００１５】
リターデーション要素１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、例えば１／４波長リターデーション要素は、画像形成装置１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ及びそれらの各ＰＢＳ１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃの間に配置される。リターデーション要素１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃは、画像形成装置１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ内の残留複屈折の補正のため、又、以下に更に詳細に説明するように、ＰＢＳ１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ内の複屈折を補償するために使われてもよい。もしＰＢＳ１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃがマクネイル（MacNeille）型のものであれば、リターデーション要素１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃは、画像形成装置内のスキューレイ効果並びに残留複屈折の、補正に使ってもよい。
【００１６】
該例示的実施形態において、カラーコンバイナ装置１１６は、例えば１以上の二色性の要素を用いて、異なる色の画像光ビーム１１４ａ、１１４ｂ及び１１４ｃを接続する。特に、該例示的実施形態はクロスキューブ（x-cube）カラーコンバイナを示すが、他のタイプのコンバイナを使用してもよい。３つの画像ビーム１１４ａ、１１４ｂ及び１１４ｃは、カラーコンバイナ装置１１６内で接続され、投影レンズシステム１２０によってスクリーン（図示せず）へ配向される単一の、カラー画像ビーム１１８を生成する。
【００１７】
コントローラ１３０は、３つの画像形成装置１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃに接続される。コントローラ１３０は、それぞれの画像形成装置によって形成される画像を制御する、画像形成装置１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃに、制御信号を印加する。また、更に下で説明する理由により、コントローラ１３０は、各画像光ビーム１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃのコントラストを最大化するために、それぞれのバイアス信号を各画像形成装置１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃに印加する。コントローラは、ビデオ信号を受信するため、コンピュータまたはテレビチューナのようなビデオソースに接続されてもよい。ビデオ信号は処理され、各画像形成装置１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃに配向される制御信号を生産する。
【００１８】
投影システムの他の実施形態は、１以上のＰＢＳを使用してもよい。例えば、ある投影システムは、本明細書に参照として組込まれている米国特許出願番号１０／４３９，４４９及び１０／９１４，５９６により詳細に記載されるように、それぞれのＰＢＳと共に、１つ又は２つの画像形成装置を使用してもよい。画像形成装置の最大数は、３に限定されず、又投影システムは、３より多いかより少ない数の画像形成装置を使用してもよい。更に、高圧水銀ランプのような白色光源、又発光ダイオードのようなカラー光源を含めて、異なるタイプの光源が使用されてよい。該例示的な実施形態の意図は、画像形成装置に達する照明光がどのように生成されるかに限定されず、又光が画像形成装置に達する前にどのように処理されるかにも限定されない。
【００１９】
垂直配向ネマティック（ＶＡＮ）モードＬＣＤデバイスのような、ある種類の液晶画像形成装置は、暗状態で５ナノメートルオーダーの残留リターデーションを有する。これは、画像形成装置の残留リターデーションの方向に対して９０°で方向づけられる、最大５ナノメートルでリターデーションを提供するリターダで補償できる。しかしながら、残留複屈折の補償に１／４波長リターダを使用するのには利点がある。例えば、１／４波長リターダは、偏光ビームスプリッタのガラスプリズム内、例えば参照として組込まれている米国特許出願番号１１／０８８，１５３を参照、の応力複屈折を補償することに対し、又ＰＢＳが、マクネイル（MacNeille）ＰＢＳの場合、スキューレイ複屈折の補正に対して、効果的である。
【００２０】
画像形成装置の残留複屈折を制御するための印加バイアスの使用が、図２〜４を参照して今や記述される。これらの図においては任意の座標系が、以下の説明を単純化するために使われている。ｘ−ｚ平面は、図の平面に対し平行の状態にあり、他方ｙ−方向は図の上下方向の状態にある。図２Ａと２Ｂは、偏光ビームスプリッタ２０２と画像形成装置２０４との間にリターデーション要素のない状況を示す。図２Ａでは、偏光ビームスプリッタ２０２からｚ−方向に伝播する光２０６は、光２０６の伝搬方向に対して垂直な双頭矢印で示されるが、線形に偏光、すなわちｘ−偏光される、とみなされる。図２Ｂでは、光は、画像形成装置２０４によって反射され、今は後向き方向、つまり負のｚ−方向、に伝播されている。画像形成装置内に若干の残留複屈折があるので、光２１０はもはや線形に偏光されておらず、しかし偏光成分の組合せを含む、すなわち該光はｘ−偏光及びｙ−偏光の成分の組合せを含む。図中、該光は、ｙ−偏光成分が投影システムのコントラスト比に有害である楕円偏光されるとして示される。実用システムでは、線形偏光された光が、偏光ビームスプリッタから伝播された、完全に線形に偏光された光を得ることは、困難であると理解されよう。しかし、この説明は、ｘ−方向に平行に偏光されたまさにその光を対象としている。
【００２１】
図３Ａでは、光３０６は、偏光ビームスプリッタ３０２からリターデーション要素３０８を通って、画像形成装置３０４へと伝播する。位置Ａで、光３０６は線形偏光され、次いでリターダ要素３０８を通過して、位置Ｂで、楕円偏光される。光３０６は、時計回りの楕円偏光を有することが示される。画像形成装置３０４の残留複屈折を経た後、図３Ｂに示される反射光３１０もまた楕円偏光されるが、今は反時計回り方向に楕円偏光される。もしリターデーション要素３０ｂが画像形成装置３０４の残留リターデーションを補償するのに正に十分なリターデーションを提供すれば、そのときリターデーション要素３０８を通過した光３１２は、偏光ビームスプリッタ３０２に達する前に線形偏光される。残留複屈折の正確な補償のための方位条件は、リターデーション要素が、ある角度θ、θＣに等しい角度θ、正確な補償を与える角度に、配向されることである。この状態において、θの値は、高コントラストを達成することに決定的であって、リターデーション要素をθｃ以外の角度に向けることがコントラストの相当な低下を招来できる。例えば、あるＬＣＤ投影システムでは、θの値がθｃの値から約±０．５°の場合、コントラストが３０％以上減少できる。例えば、市販される日本国横浜ＪＶＣ社のＪＶＣＧ１０００プロジェクタ、ＪＶＣ社提供、のこの効果の検査は、補償装置が予め設定された最適回転角から０．５°回転されると、コントラストが３０％低下することを示している。ブリリアン（Brillian）型７２０ＰＶＡＮモード画像形成装置を使用するプロジェクターシステム、ブリリアン社（Brillian Corp., Tempe Arizona）提供、アリゾナ州テンペ、では、補償装置が最適設定から０．７°回転されると、コントラストは４０％低下する。
【００２２】
本発明の一実施形態によれば、画像形成装置の残留複屈折を補償するための別のアプローチは、リターデーション要素も使用して、画像形成装置の複屈折をバイアスすることである。このことは、画像形成装置の全体的な複屈折を変え、バイアスはコントラストを最大にする値に容易に調整できる。電気的にバイアスを調整することは、手動でリターデーション要素を調整するより極めて時間がかからず、又時間とともに一定値に維持するのにより容易である。従って、投影装置の組み立て及び高性能を維持するプロセスは単純化され、又デバイスはより製造しやすくなる。
【００２３】
本発明を実施する典型的な配置例は、図４Ａ及び４Ｂに略図的に示す。図４Ａでは、光４０６は、偏光ビームスプリッタ４０２から画像形成装置４０４の方へ伝播される。光４０６は、偏光ビームスプリッタ４０２から出るときに実質的に線形に偏光されるとみなされる。光４０６は、リターデーション要素４０８を通過し、楕円偏光された光４１０になる。リターデーション要素４０８は、θｃと異なる角度θに配向される。バイアスコントローラ４１２は、画像形成装置４０４にバイアスを印加する。画像形成装置４０４から反射される光４１４は、該バイアスを画像形成装置に合わせることにより調整可能な偏光状態を有する。該偏光状態は、リターデーション要素４０８から出て偏光ビームスプリッタ４０２に向う反射光４１６が実質的に最大化されたコントラスト比を有するように調整され、それは、実質的に線形である１偏光状態を有する光４１６に対応する。この状態は、コントローラ４１２によって印加されるバイアス電圧Ｖｂ、が最大コントラストのために必要な値Ｖｃに実質的に等しいときに、発生する。
【００２４】
この補償技法を理解する一つ別の方法は、該光は、偏光ビームスプリッタと画像形成装置の間を往復する間に、３つの独立した複屈折ソース、即ち、リターデーション要素からの複屈折ｂｅ、残留複屈折ｂｒ、及びバイアス複屈折ｂｂ、を経験する、と考えることである。残留複屈折ｂｒ及びバイアス複屈折ｂｂ、は、共に入射偏光光線によって見られるリターダンスを増加させる。ｂｅの向きが、全体のリターデーションが最小化されるような向きであるとき、最大コントラストが生じる。
【００２５】
画像形成装置４０４内には、絶えずいくらかの迷った複屈折が存在するので、この補償技法を理解する一つ別の方法は、補償装置４０８と画像形成装置４０４を通る往復中の偏光光線が受けるリターデーション量が最小化されるように、補償装置４０８がその光軸に対してゼロ以外の角度θｃに配向してもよい、と考えることである。補償装置４０８が角度θ＞θｃに回転されるとき、光線４１６は過度に補償され、又ＰＢＳ４０２に戻る光線４１６は、要求されるよりも大きいｙ−偏光成分を含む。しかしながら、画像形成装置４０４により、バイアス電圧Ｖｃの印加を経て、加えられるバイアスは、この追加的なリターデーションを大部分補償できる。このような方法で、投影システムは、機械的調整よりもむしろ電子的な調整によって最良のコントラストに調整してもよい。
【００２６】
本補償技法を用いて、投影システムのコアは、以下のステップを用いて位置合わせできる。
【００２７】
ｉ）１／４波長リターダは、画像形成装置、又は偏光ビームスプリッタに取り付けられる。１／４波長リターダは、実質的に指標に整合した光学接着剤を使って取り付けることが望ましい。これは、反射面の数を減らし、低損失及び低減されたゴースト画像をもたらす。
【００２８】
ｉｉ）画像形成装置及び偏光ビームスプリッタは、カラーコンバイナ周辺に配置される。
【００２９】
ｉｉｉ）各画像形成装置の６軸（３つの位置、ｘ、ｙ、ｚ、及び３つの角度、ピッチ、ロール及びヨー）は、それぞれが、焦点が合い、水平と垂直方向に適切に正しく配置され、光学系内及び他の画像形成装置共に中央に配置されるように、調整される。
【００３０】
ｉｖ）各画像形成装置の暗状態のバイアス電圧Ｖｂは、その画像形成装置によって制御されるカラーチャネルからの最小光出力を得るように調整される。
【００３１】
製造工程の複雑さを減らし、又反射面の数を減らすことに加えて、この技法はまた、光学的表面、特に画像形成装置、上に定着する塵又は他の不要粒子の量を減らす構成を可能にする。画像形成装置上の塵は、画像形成装置の暗と明の状態に強く影響を及ぼすことができる。明状態において、塵は、多かれ少なかれ、画像形成装置のカラーチャネルに対する補色の焦点として現れる。例えば、３チャネル投影システムのグリーンチャネルにおける画像形成装置では、塵粒子は、マゼンタのスポットを作り出す。暗状態において、塵は、カラーチャネルと同じ色のスポットとして現れる。例えば、３チャネル投影システムのグリーンチャネルにおける画像形成装置では、塵粒子は、グリーンスポットを作り出す。画像形成装置と、偏光ビームスプリッタ表面、画像形成装置表面、及び独立型補償リターダの両側表面、を包囲する防塵シールを実現する補償装置との、取り付け方法を開発することは、複雑でしばしば高価であることがわかっている。補償リターダを画像形成装置又は偏光ビームスプリッタのいずれかに取り付けることによって、問題は著しく単純化され、今やシールする間隙が、２つではなく、１つのみになり、取り付け点の数が減少してシールの構造が単純化される。これらの２つの可能性は、図５Ａと５Ｂに略図的に示す。いずれの場合にも、シール５０８は、塵を光学的表面から除外するため、偏光ビームスプリッタ５０２と画像形成装置５０４との間に形成される。図５Ａでは、リターデーション要素５０６は、偏光ビームスプリッタ５０２に取り付けられ、図５Ｂでは、リターデーション要素５０６は、画像形成装置５０４に取り付けられる。バイアスが画像形成装置５０４に印加される上記の補償技法は、リターデーション要素５０６が正確にθｃの方位角度を達成するのに必要とされる高い方位精度を必要とせずに、ビームスプリッタ５０２又は画像形成装置５０４のいずれかへのリターデーション要素５０６の取り付けを容易にするようにする。
【００３２】
リターデーション要素５０６が、偏光ビームスプリッタ５０２又は画像形成装置５０４のいずれにも取り付けられる必要はないが、偏光ビームスプリッタ５０２又は画像形成装置５０４の間に配置され、又何か別の支持構造物を用いて支持されてもよいことは当然認識されるだろう。
【実施例】
【００３３】
本技法は、アリゾナ州テンペのブリリアン社（Brillian Corp., Tempe, Arizona）に供給された７２０ｐＶＡＮモードシリコン（ＬＣＯＳ）上液晶型画像形成装置でテストされた。精密回転台上の１／４波長リターダが、偏光ビームスプリッタと画像形成装置の間に配置された。システムは、ｆ／２．３でアーク灯のグリーンランプにより照明された。照明光は、偏光ビームスプリッタにより画像形成装置に向けて反射された。投影レンズが取り付けられ、偏光ビームスプリッタにより伝達され、画像形成装置によって反射された光を投影した。投影された光束を測定するために、露出計が投影レンズの１０ｃｍ前の位置に配置された。この撮像要素を最適に補償する１／４波長リターダの旋光度は、約０．７５ナノメートルの残留複屈折に対応して、約０．２５℃である。
【００３４】
リターダは、最適な暗状態がグレー階調レベルゼロ（ＧＳ=０）にセットされた画像形成装置で達成されるように、位置合わせされたが、そのポイントで光レベルは７．５ルクスと計測された。この条件を満たす角度はθ＝０°で示される。リターダが角度０．１２５°まで回転されると、暗状態輝度は８ルクスに増加したが、これは約６．５％のコントラスト低下に対応する。
【００３５】
次に、画像形成装置に印加される電圧レベルは、リターダがθ＝０．１２５°に配向したときに、可能な最低輝度を得るように調整された。ガンマ値２．０に対する階調レベルに関して、最初はθ＝０°で方向づけられた１／４波長リターダを有する画像形成装置について、バイアス電圧が測定された。階調レベルのこのセットの数は２５６であり、８ビットカラーに対応する。これは、実際的な便宜のためになされた。実用システムにおいては、バイアス電圧は、参照された階調レベルに対応する電圧レベルに等しくなるように導入されてよい。リターダのこの０．１２５°における回転について、最も暗い暗状態は、２０番目の階調レベルで、７．７ルクスのレベルで、測定された。これはθ＝０°で達成される暗値ほど暗くはないが、バイアス電圧がない場合よりも６０％改善されており、最適値よりわずかに２．５％のコントラスト低減という結果になった。
【００３６】
角許容度の実際的な考慮が、オフセットのサイズを決定する。例えば、もし偏光ビームスプリッタが、±０．１°以内なるように制御され、又リターダの軸が±０．０５°以内になるように制御されるならば、リターダを最低０．３°のオフセット角でシステムに配置することが望ましくなる。
【００３７】
他の角度配置をテストするために、リターダを０．３７５°オフセットするときの効果が調査された。この場合、ＧＳ＝０の暗状態（ゼロバイアス）は、測定された光出力が１１．５ルクスという結果になり、θ＝０°のときに得られるものよりコントラストを５０％減少させた。バイアスの調整は、階調レベル約４７で、最小暗状態光強度８．３ルクスをもたらした。従って、コントラスト減少の８０％が回復され、又達成されたコントラストはθ＝０°のときに比べてわずかに約１０％低かった。この種の画像形成装置の全体的コントラストレベルは、３０００：１を上回ると測定されているので、１０％の減少では、まだ２７００：１のコントラスト比が得られる結果になり、これは多くの商用投影システムでも許容できる。
【００３８】
画像形成装置に印加されるバイアス電圧の関数として、リターダのさまざまな向きに対する暗状態の輝度を示すグラフが、図６に示される。バイアス電圧が、階調レベルに関して示される。リターダの負の方向の回転は、より明るいＧＳ＝０暗状態になり、又この場合、バイアス電圧の印加は、輝度を増加させるのみになることがわかる。
【００３９】
上記の全ての角度は、リターダの方位としては最良の角度に、すなわち、画像形成装置がバイアスを掛けられていないとき最も明るくない暗状態を生み出すまさにその方位に、関連する。ここで使用する特定の画像形成装置では、この方位は、入射光の偏光軸に関して、０．２４７°±０．０１７°（１標準偏差）の角度に設定されたリターダの速軸又は遅軸に対応する。従って、リターダは、使用される構成要素の製造許容値に依存して他の角度が選択されてもよいが、リターダの速軸又は遅軸が約０．２５°＋０．３７５°＝０．６２５°にセットされるように、向きを決められてもよい。
【００４０】
例えば約５ナノメートルのバイアスされない残留複屈折を有するような他のＶＡＮモード画像形成装置の場合、リターダの速軸又は遅軸は、θ＝０°の偏光面に関して約１．７５°、すなわち、θｃ＝１．７５°に、セットされる。従って、これらの画像形成装置で使用されるリターダの遅軸又は速軸は、他の角度が選択されてもよいが、約１．７５°＋０．３７５°＝２．１２５°の角度にセットされてもよい。
【００４１】
異なる実施形態において、リターダの速軸又は遅軸は、θｃ°の値と１°未満、０．５°未満または０．２５°未満異なる角度にセットされてもよい。
【００４２】
したがって、本発明は、上述した特定の実施例に限定されると考えられるべきでなく、添付の特許請求の範囲に適正に記載されたように本発明のすべての態様を網羅するものと考えるべきである。本明細書を検討すれば、さまざまな変更例、同等のプロセス、又本発明が適用可能な多数の構造は、本発明に関連する当業者には容易に明らかであろう。特許請求の範囲はこのような修正及び装置を網羅しようとするものである。
【００４３】
添付図面と関連して以下の本発明の様々な実施形態の「発明を実施するための最良の形態」を検討することにより、本発明は、より完全に理解される可能性がある。
【００４４】
本発明は、様々な修正及び代替形態が可能であるが、その明細は図面の例により示されており、及び詳細に記載される。しかしながら、記載される特定の実施形態に本発明を限定することを意図しないことは理解されるべきである。反対に添付の特許請求の範囲により規定されるように本発明の精神及び範囲内にあるすべての変更例、等価物及び代替物を網羅しようとするものである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の原理に従って画像形成装置の残留複屈折を補償する投影システムの実施形態の概略図を示す。
【図２Ａ】画像形成装置における残留複屈折の効果の概略図を示す。
【図２Ｂ】画像形成装置における残留複屈折の効果の概略図を示す。
【図３Ａ】補償リターデーション要素を有する残留複屈折の効果の概略図を示す。
【図３Ｂ】補償リターデーション要素を有する残留複屈折の効果の概略図を示す。
【図３Ｃ】補償リターデーション要素を有する残留複屈折の効果の概略図を示す。
【図４Ａ】補償リターデーション要素を有する残留複屈折及び本発明の原理に従って画像形成装置に印加されるバイアスの効果の概略図を示す。
【図４Ｂ】補償リターデーション要素を有する残留複屈折及び本発明の原理に従って画像形成装置に印加されるバイアスの効果の概略図を示す。
【図５Ａ】本発明の原理に従って、シールされた結像ユニットの実施形態の概略図を示す。
【図５Ｂ】本発明の原理に従って、シールされた結像ユニットの実施形態の概略図を示す。
【図６】リターデーション要素のさまざまな方位角について、印加バイアスの関数として、暗状態輝度のグラフを示す。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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