(57)【要約】  投影ディスプレイ装置は、高いコントラスト、バランスのとれた色および高いスループットを提供するために、アポダイジング開口絞りなどの１つ以上の色修正開口絞りを用いる。１つの投影装置は、画像情報を光の原色成分のそれぞれに個別に与えるために、原色成分光路のそれぞれに関して、ワイヤグリッド偏光ビームスプリッタなどの偏光ビームスプリッタを備えて配置される反射型液晶オンシリコン光弁を具備している。色合成器は、与えられた画像情報を備えた光の原色成分を受光し、合成して、多色表示画像を表す光を提供する。少なくとも１つの開口絞りが、光の原色成分の相対強度のバランスを図るために、少なくとも１色の原色成分光路に沿って配置される。
2005516249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多色光を生成する照射系と、
前記照射系から前記多色光を受光し、前記多色光を個別の原色成分光路に沿って指向される光の原色成分に分解するように配置された色分解系と、
前記光成分の間のバランスを図るために、光の別の原色成分に対する光の少なくとも１色の原色成分を選択的に遮断する少なくとも１つの色修正開口絞りと、
画像情報を光の原色成分のそれぞれに与える１つ以上の電子光弁と、を具備していることを特徴とする電子投影装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの色修正開口絞りが、少なくとも１つの前記個別の原色成分光路に沿って配置されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
２つ以上の色修正開口絞りが２つ以上の前記個別の原色成分光路に沿って配置され、少なくとも１つの色修正開口絞りが他と異なるサイズであることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
２つ以上の色修正開口絞りが２つ以上の前記個別の原色成分光路に沿って配置され、少なくとも１つの色修正開口絞りが他と異なる形状であることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの開口絞りが、前記光の少なくとも１色の原色成分に対応する環状色フィルタを備えたアポダイジング開口絞りを具備することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記アポダイジング開口絞りが、円形の環状色フィルタを具備することを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つのアポダイジング開口絞りが、十字形の環状色フィルタを具備することを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項８】
前記装置において３つのテレセントリック領域を確立する第１の組および第２の組のリレー光学素子をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項９】
複数の原色成分を有する光を生成する照射系を有する電子投影装置において、改良点が、
他の原色成分に対して少なくとも１色の原色成分の強度を低減する色修正開口絞りを含むことを特徴とする電子投影装置。
【請求項１０】
前記色修正開口絞りが、１つの方向において細長い開口を具備することを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記色修正開口絞りが、楕円開口を具備することを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１２】
前記色修正開口絞りが、端を切り取った円形開口を具備することを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１３】
前記色修正開口絞りが、十字形の開口を具備することを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１４】
前記色修正開口絞りが、アポダイジング開口絞りであることを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１５】
前記アポダイジング開口絞りが、少なくとも１色の原色成分の強度を優先的に低減する環状色フィルタを具備することを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記アポダイジング開口絞りが、１つの方向において細長い開口を具備することを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項１７】
すべての原色成分が、前記アポダイジング開口絞りによって指向されることを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項１８】
原色成分が個別の光路に沿って指向され、前記色修正開口絞りが環状色フィルタを具備することを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１９】
多色光を生成する照射系を具備する反射型液晶オンシリコン投影装置用のコントラスト改善方法であって、
前記照射系からの前記多色光を個別の原色成分光路に沿って指向される光の原色成分に色分解するステップと、
前記光の原色成分の強度に対するバランスを図るために、他の原色成分に対して前記光の少なくとも１色の原色成分の開口絞りを行うステップと、
前記光の原色成分を１つ以上の光弁に指向して、画像情報を前記光の原色成分のそれぞれに与えるステップと、を含むことを特徴とするコントラスト改善方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１色の原色成分の光に、その個別の原色成分光路に沿って開口絞りを行うことを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
２つ以上の前記個別の原色成分光路に沿って光の２色以上の色成分に異なる量だけ開口絞りを行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
共通のアポダイジング開口絞りを用いて光の２色以上の色成分に異なる量だけ開口絞りを行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２３】
光の異なる原色成分に関して個別の原色成分光路を有する電子投影装置において、改良点が、
前記少なくとも１つの原色成分光路に配置される色修正開口絞りを含むことを特徴とする電子投影装置。
【請求項２４】
前記色修正開口絞りが、１つの方向において細長い開口を具備することを特徴とする請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
前記色修正開口絞りが、楕円開口を具備することを特徴とする請求項２３記載の装置。
【請求項２６】
前記色修正開口絞りが、端を切り取った円形開口を具備することを特徴とする請求項２３記載の装置。
【請求項２７】
前記色修正開口絞りが、十字形の開口を具備することを特徴とする請求項２３記載の装置。
【請求項２８】
反射型液晶オンシリコン投影であって、
多色光を生成する照射系と、
前記照射系から前記多色光を受光し、前記多色光を個別の原色成分光路に沿って指向される光の原色成分に分解するように配置された色分解系と、
前記装置における３つのテレセントリック領域を確立する第１の組および第２の組のリレー光学素子と、
前記光の原色成分の相対強度のバランスを図るために、前記少なくとも１つの原色成分光路に沿って配置される少なくとも１つの開口絞りと、
画像情報を前記光の原色成分のそれぞれに個別に与えるために前記原色成分光路のそれぞれに関して、偏光ビームスプリッタを備えて配置された反射型液晶オンシリコン光弁と、
画像情報を備えた前記光の原色成分を受光し、合成して多色表示画像を表す光を提供する色合成器と、を具備することを特徴とする装置。
【請求項２９】
前記色分解系および前記色合成器がそれぞれ、クロスダイクロイック構成を備えることを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項３０】
前記色分解系および前記色合成器の前記クロスダイクロイック構成が、同一であることを特徴とする請求項２９記載の装置。
【請求項３１】
１つの軸において先細りになっている光パイプ積分器であって、前記照射系と前記色分解系との間に配置される光パイプ積分器をさらに具備することを特徴とする請求項２８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子プロジェクタ光学系に関し、さらに詳細には色バランスおよび画像のコントラストを改善するための形成された開口絞りの利用に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学配置の種々の構成が、反射型液晶ディスプレイを備えた投影装置用として既知である。例としては、特許文献１、特許文献２および非特許文献１に記載されている。ロビンソン（Ｒｏｂｉｎｓｏｎ）らの論文に記載された１つの光学配置は、５００：１を超える記録コントラストを実現するために、米国コロラド州ボールダーのカラーリンク・インコーポレィティッド（ＣｏｌｏｒＬｉｎｋ，Ｉｎｃ．（Ｂｏｕｌｄｅｒ，ＣＯ，ＵＳＡ））から市販されている専用の偏光フィルタ技術（すなわち「カラーセレクト（ＣｏｌｏｒＳｅｌｅｃｔ）（商標）」偏光フィルタ技術）を採用している。
【特許文献１】米国特許第６，３０９，０７１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，１１３，２３９号明細書
【特許文献３】米国特許第５，３２７，２７０号明細書
【非特許文献１】マイケル・Ｇ・ロビンソン（Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｇ．Ｒｏｂｉｎｓｏｎ）ら著、「Ｈｉｇｈ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ｃｏｌｏｒ  Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ  Ｕｓｉｎｇ  Ｃｏｌｏｒ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｆｉｌｔｅｒｓ（色偏光フィルタを用いた高コントラスト色分割アーキテクチャ）」，ＳＩＤ  ００  Ｄｉｇｅｓｔ，９２〜９５頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、これらの既知の装置におけるコントラストは、異なる構成における偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）としてマクニール（ＭａｃＮｅｉｌｌｅ）型プリズムの利用のために制限されている。マクニール型プリズムＰＢＳは、特許文献３に記載されているように、スキュー光線偏光解消効果のためにコントラストが制限されている。偏光解消光は、反射型電子投影ディスプレイ、特に液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）光弁を用いるディスプレイのコントラストを減少させる。特許文献３に記載されているように、スキュー光線偏光解消の較正には、さらなる４分の１波長板を必要とするため、コストが増大するほか、正確な位置決めを必要とし、動作温度の範囲が制限される。
【０００４】
一般に、反射型液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）光弁は、投影ディスプレイに利用する場合には、小さなピクセルサイズ、開口比、高速の応答をはじめとする複数の利点がある。しかし、画像の明るさを最大限にするために、反射型光弁を用いる装置の開口数（ＮＡ）が増大されるとき、コントラストは減少する。コントラストにおけるこのような減少は主に、このような装置において一般に用いられる傾斜型偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）による光弁の非理想的な遅延と合成角偏光解消との間の相互作用のためであり、コントラストは概ね開口数の逆２乗と共に変化する。減少するコントラストに加えて、増大するＮＡによって、投影レンズにおいて幾何的な収差が増大するために、画質が劣化する結果を生じる。
【０００５】
従来の装置の別の制限は、色温度または光のバランスである。投影装置は一般に、高圧水銀ランプ（たとえば、フィリップス・エレクトロニクス（Ｐｈｉｌｉｐｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）から市販されているＵＨＰ型）によって提供されるような長い耐用期間およびきわめて小さな光源を備えたランプを必要とする。このようなランプは、不連続なスペクトルを生成し、１つまたは２つの原色において相対的に不完全であり、許容可能な白色点を得るために、原色のうちの少なくとも１色（通常は緑色、場合によっては緑色および青色）を減衰させられる必要がある。これは一般に、その原色を十分な色域を得るために必要な帯域幅より狭い帯域幅に制限することによって行われる。たとえば、緑色の原色または青色の原色のスペクトル幅を減少させるために、色分解フィルタが修正され、ＳＭＰＴＥ放送規格において指定されるものより多く飽和される結果となり、ダイナミックレンジが制限される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
したがって、本発明は、マルチパス反射型液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）投影ディスプレイ装置などの種々の電子プロジェクタにおいて、高いコントラスト、バランスのとれた色および高いスループットを提供する。
【０００７】
一実装例において、反射型液晶オンシリコン投影装置は、多色光を生成する照射系を具備している。クロスダイクロイックなどの色分解系は、多色光を受光し、個別の原色成分光路に沿って指向される光の原色成分に多色光を分解するように配置される。少なくとも１つの色修正（たとえばバランス調整）開口絞りが光の原色成分の相対強度のバランスを図るために、少なくとも１色の原色成分光路に沿って配置される。
【０００８】
反射型液晶オンシリコン光弁は、画像情報を光の原色成分のそれぞれに個別に与えるために、原色成分光路のそれぞれに関して、ワイヤグリッド偏光ビームスプリッタなどの偏光ビームスプリッタを備えるように配置される。色合成器は、与えられた画像情報を備えた光の原色成分を受光し、合成して多色表示画像を表す光を提供する。
【０００９】
別の実装例において、色分解前に光の色バランスを調整するために、アポダイジング開口絞りなどの色バランス調整開口絞りを配置してもよい。たとえば、アポダイジング開口絞りは、アポダイジング開口絞りが配置される原色成分光路における光の原色成分に対応する環状色フィルタを具備していてもよい。
【００１０】
１つ以上の開口絞りは、１つ以上の原色チャネルの開口数を低減する（またはＦ数を増大させる）ことによって、減衰を提供する。開口絞りは、種々の態様で実装されてもよく、各原色用に個別の開口絞り位置が存在するより小さな照射系開口絞りの利用、または各原色用に個別の投影レンズが用いられるより小さな投影レンズ開口絞りの利用、またはすべての原色用に共通の照射系または投影レンズが用いられる照射系または投影レンズの開口絞りにおける環状色フィルタの利用などが挙げられる。
【００１１】
本発明のさらなる詳細および実装例は、添付図面を参照して以下の本発明の好ましい実施形態の詳細な説明から明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の動作環境の例を示す反射型投影ディスプレイ装置１０の実施形態の図である。投影ディスプレイ装置１０（本願明細書では、プロジェクタ１０と呼ぶこともある）は、個別の原色光成分である赤、緑および青に対する３つの色成分光路１２（１つのみ図示）を具備している。明確にするために、図１は、緑原色成分に対応するために、色成分光路１２Ｇと示された色成分光路のうちの１つのみを示している。
【００１３】
赤色成分光路および青色成分光路も緑色成分光路１２Ｇと同様であるが、緑色成分光路１２Ｇからずれた場所にあることを十分に理解されたい。１つの原色光成分に固有であるプロジェクタ１０の素子は、対応するアルファベットの添え字（すなわち「Ｒ」、「Ｇ」または「Ｂ」）によって示される。１つの原色光成分に固有でないプロジェクタ１０の素子は、そのような添え字を含んでいない。したがって、以下の説明は緑色成分に関連する素子向けであるが、赤色成分および青色成分に関連する素子にも同様に適用可能である。
【００１４】
楕円反射体１６および広いスペクトル（たとえば「白色」）光源１８を有する照射系１４は、照射光２０を光パイプ積分器２２（中空または中実）およびリレー光学素子２４を介して照射用クロスダイクロイック２６に指向する。
【００１５】
図１を参照すると、本発明によれば、緑色光路１２Ｇは、クロスダイクロイック２６から、折り畳みミラー３８Ｇによってリレー光学素子４０Ｇおよび色バランス調整開口絞り４２Ｇを通るように指向される。偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）４８Ｇおよび液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）光弁５０Ｇなどの反射型光弁５０Ｇが、色バランス調整開口絞り４２Ｇから光を受光する。一実施形態において、偏光ビームスプリッタ４８Ｇは、米国ユタ州オレムのモクステック・インコーポレィティッド（Ｍｏｘｔｅｋ，Ｉｎｃ（Ｏｒｅｍ，Ｕｔａｈ，ＵＳＡ））から市販されている「プロフラックス（ＰｒｏＦｌｕｘ）（商標）」などのワイヤグリッド偏光子５２Ｇを具備している。このようなワイヤグリッド偏光子５２Ｇについては、米国特許第６，１２２，１０３号明細書に記載されている。ワイヤグリッド偏光子５２Ｇと共に実装されることから、ＰＢＳ４８Ｇは、ワイヤグリッドＰＢＳ４８Ｇと呼んでもよい。
【００１６】
ＬＣＯＳ光弁５０Ｇによる変調後、変調された緑色成分は、ＬＣＯＳ光弁５０Ｇによって、ワイヤグリッド偏光子５２Ｇに戻るように反射される。ワイヤグリッド偏光子５２Ｇは、変調された緑色成分を結像用クロスダイクロイック５４へ反射する。結像用クロスダイクロイック５４は、照射用クロスダイクロイック２６と同一であり、赤、緑および青の変調された色成分を結合して、投影レンズアセンブリ５６に通過させるように機能する。投影レンズアセンブリ５６は、フルカラー表示画像をディスプレイスクリーン（図示せず）に投影する。プロジェクタ１０は、前面投影形式または背面投影形式のいずれで作動してもよい。
【００１７】
作動中、照射系１４からの光は、積分器２２を通過する。積分器２２は積分器出射窓６０で均一な強度の照射分布を形成する。照射用クロスダイクロイック２６は、照射光を３色（赤、緑および青）に分割し、３組の同一セットのリレー光学素子（リレー光学素子４０Ｇのみ図示）および３つの同一の折り畳みミラー３８Ｒ、３８Ｇ、３８Ｂ（図３）によって、３つの個別のＬＣＯＳ光弁（ＬＣＯＳ光弁５０Ｇのみ図示）に指向される。リレー光学素子２４および色成分リレー光学素子（４０Ｇのみ図示）は、各ＬＣＯＳ光弁の光学活性領域において、積分器出射窓６０の画像を形成する。
【００１８】
色バランス調整開口絞り４２Ｇは、許容可能な白色点を得るために、原色成分（たとえば、緑）を減衰させるように機能する。減衰は、その原色の開口数（ＮＡ）を減少させることによって実現される。各原色用に個別の開口絞り位置が存在するより小さな照射系開口絞りをはじめとする種々の態様で、開口数を減少させることができる。別の実装例において、各原色用に個別の投影レンズが用いられるより小さな投影レンズ開口絞りを用いてもよい。
【００１９】
投影装置の中には、投影装置１０のように個別の色成分素子ではなく、少なくとも２色の原色用に用いられる共通の照射系または投影レンズを有するものがあることを十分に理解されたい。このような投影装置では、以下にさらに詳細に述べるように、色バランス調整を図るために、共通の照射系または投影レンズの開口絞りにおいて環状色フィルタを用いてもよい。
【００２０】
開口数におけるこのような減少は、その原色におけるコントラストおよび画質を増大させる。特に高圧水銀ランプを用いる装置など、緑色光の減衰を必要とする装置では、１色の原色のより高いコントラストおよび画質は、全体のコントラストおよび画質の視覚的認識を著しく増大させる。
【００２１】
図２Ａ〜２Ｆは、投影装置１０における色バランス調整開口絞り４２Ｇおよび任意の他の色バランス調整開口絞りとして用いることができる本発明による種々の代替の成形色バランス調整開口絞り１２０Ａ〜１２０Ｅを示す図である。（開口絞り１２０Ａ〜１２０Ｅは、開口絞り１２０と総称される場合がある。）具体的な寸法は、具体的な比例寸法を示すため、成形開口絞り１２０用に示されている。成形開口絞り１２０は、示されているもの以外の寸法によって形成されることも可能であることを十分に理解されたい。成形開口絞り１２０を記述するための基準として、従来の開口絞り１２６は、不透明な面１２８および典型的な径が６２．５ｍｍの典型的な円開口１３０を備えていることが示されている。
【００２２】
成形開口絞り１２０Ａは、不透明な面１２２Ａおよび略長円または楕円の開口１２４Ａを具備している。成形開口絞り１２０Ｂは、不透明な面１２２Ｂおよび端を切り取った大きな円開口１２４Ｂを具備している。端を切り取った大きな円開口１２４Ｂは、１組の直線状に切り取った側面１３４Ｂの間に位置する対向する大きな円弧１３２Ｂを具備している。円弧１３２Ｂは、切り取った側面１３４Ｂが包囲するものより大きな開口１２４Ｂの円弧を包囲する点で大きい。
【００２３】
成形開口絞り１２０Ｃは、不透明な面１２２Ｃおよび端を切り取った小さな円開口１２４Ｃを具備している。端を切り取った小さな円開口１２４Ｃは、１組の直線状に切り取った側面１３４Ｃの間に位置する対向する小さな円弧１３２Ｃを具備している。円弧１３２Ｃは、切り取った側面１３４Ｃが包囲するものより小さな開口１２４Ｃの円弧を包囲する点で小さい。
【００２４】
成形開口絞り１２０Ｄは、不透明な面１２２Ｄおよび別の十字形の開口１２４Ｄを具備している。十字形の開口１２４Ｄは、１組の直線状に切り取った側面１３４Ｄと横断する延在部１３６Ｄとの間に位置する対向する小さな円弧１３２Ｄを具備している。成形開口絞り１２０Ｅは、不透明な面１２２Ｅおよび小さな円開口１２４Ｅを具備している。
【００２５】
表１は、成形開口絞り１２０のそれぞれに関する光学スループットを列挙している。ルーメンで測定し、所与の光源に対して従来の開口絞り１２６のスループットに対する百分率として（たとえば、Ｆ／２．２で２０ｍｍの画像）表したものを示している。
【表１】
2005516249.tif 000003
【００２６】
表１は、種々の代替の成形開口絞り１２０によって実現することができるスループットの変動の範囲を示している。さらに、成形開口絞り１２０Ａ〜１２０Ｄは、光束の両隅においてさまざまな度合いで光を優先的に遮断する細長いアスペクト比を有する。これらの隅における光は一般に、軸外光線またはスキュー光線（すなわちコントラストまたは性能が劣化する光）または迷光路になりやすいため、これらの隅において光を遮断することにより、コントラストを著しく改善することができる。
【００２７】
開口絞り４２Ｇは、対応する色成分光路（たとえば緑）に関して作動Ｆ数または開口数を設定する。各色成分光路は、対応する開口絞りを具備している。適切な径の開口を用いることによって、赤色光、緑色光および青色光の量を制御して、スクリーンに所望の色温度を提供し、コントラストを増大させることができる。
【００２８】
投影装置１０の典型的な実装例は、光源１８として赤の強度が制限されている高圧水銀ランプ（ＵＨＰ型）を用いる。所望の色温度（白色スクリーンに関する色座標）を得るために、緑色光の量が約３５％だけ削減される。基本Ｆ数２．８の開口絞り４２Ｒの場合には、緑色光の３５％削減を実現するために、開口絞り４２ＧがＦ数３．５であるように形成することができ、これにより、パネルの全体的なコントラストを著しく増大させる。したがって、絞り４２Ｇは、画像およびディスプレイの明るさを維持すると同時に、プロジェクタ１０のコントラストおよび画質を改善するように機能する。
【００２９】
従来のカラー光弁投影ディスプレイ装置の中には、高圧放電（ＨＩＤ）光源を用いるものがあるが、この光源は、不連続スペクトルを生成し、１色または２色の原色が相対的に不十分である。これらの装置は、許容可能なスペクトルバランスまたは「白色点」を得るように減衰させるために、少なくとも１色の原色、通常は緑を必要とする。一般に、このような原色成分の減衰は、十分な色域を得るために、相対的に狭い帯域幅にその原色を制限することによって実現される。
【００３０】
たとえば、背面投影テレビ装置は、フィリップス・エレクトロニクス（Ｐｈｉｌｉｐｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）から市販されている「超高性能（Ｕｌｔｒａ−Ｈｉｇｈ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）」ＵＨＰランプと呼ばれる高圧水銀ランプを用いてもよい。ＵＨＰランプは、赤が相対的に不十分であり、許容可能な白色点を実現するために、緑色光および青色光の著しい減衰を必要とする。これは一般に、緑原色および青原色のスペクトル幅を削減するために、色分解フィルタを修正することによって実現され、ＳＭＰＴＥ放送規格において指定されるものより多く飽和される結果となり、ダイナミックレンジが制限される。
【００３１】
図３は、照射用クロスダイクロイック２６の一実装例の平面図であり、当業界で公知であるように、１組のプリズム１４６の傾斜面の間に配置されるクロスダイクロイックコーティング１４２、１４４を具備している。ダイクロイックコーティング１４２、１４４は、異なる色成分を反射および透過するため、入射面１４８において受光される照射光２０は、赤、緑および青色成分に分解され、個別の出射面１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂから外に指向される。
【００３２】
図４は、結像用クロスダイクロイック５４の一実装例の平面図である。結像用クロスダイクロイック５４は、照射用クロスダイクロイック２６と同一であり、１組のプリズム１６８の傾斜面の間に配置されるクロスダイクロイックコーティング１６４、１６６を具備している。図４はそれぞれ、入射面１７０Ｒ、１７０Ｂ、１７０Ｇに隣接するワイヤグリッドＰＢＳ４８Ｒ、４８Ｂ、４８Ｇの配置を示している。図３および図４は、プロジェクタの中心線１７２（図１）を中心にして対称である３つの色成分のそれぞれに関する同一の光学素子の対応する配置を示している。投影装置１０からの過剰な熱を除去するために、リレー光学素子２４の素子の間にコールドミラーを挿入してもよいことを十分に理解されたい。また、別の実装またはよりよい実装を実現するために、リレー光学素子４０の素子の間に、１回以上のさらなる折り畳みを配置することができる。
【００３３】
照射用クロスダイクロイック２６および結像用クロスダイクロイック５４は、実質的に同一である。一実装例において、クロスダイクロイック２６、５４はＳＰＳ型であり、ダイクロイックコーティング１４２、１４４、１６４、１６６は、選択した色のＳ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する。たとえば、コーティング１４２、１６４はＳ偏光の赤色光を反射し、コーティング１４４、１６６はＳ偏光の青色光を反射し、すべてのコーティングはＰ偏光の緑色光を透過する。
【００３４】
当業界で公知であるように、クロスダイクロイック２６、５４はそれぞれ、各色成分に関して１つずつ（図示せず）３つの半波長板を具備し、クロスダイクロイック２６、５４によって光の偏光をＰＢＳ４８Ｒ、４８Ｇ、４８Ｂに関する偏光と相関させる。Ｓ偏光およびＰ偏光は、１組の直交する直線偏光状態を呼ぶ従来の専門用語であり、偏光選択誘電フィルムに関して、Ｓ偏光はフィルムから「きらめいて」反射し、Ｐ偏光はフィルムを「突き抜ける」と表現することができる。
【００３５】
したがって、投影装置１０は、緑色チャネルの場合には１つの偏光を用い、赤色チャネルおよび青色チャネルの場合には直交する偏光を用いる。このような偏光は、装置のスループットを増大させるために、青色チャネルおよび緑色チャネルに関してスペクトルを重ねて用いることができる。赤色チャネルと緑色チャネルとの間のスペクトルの重ね合せは、比色解析を考慮することから、利用することはできない。
【００３６】
一部の実装例において、所望の表示色特性は、クロスダイクロイック２６、５４のみの色特性から実現することはできない。色純度を実現するために、さらなる色補正ダイクロイックフィルタ（１つのロングパスフィルタおよび２つのショートパスフィルタ−図示せず）を用いてもよい。このような低コストの補正フィルタを事実上、照射経路の任意の場所に挿入することができ、照射絞りに追加することが好ましい場合もある（すなわち、色選択アポダイジングフィルタ層と組み合わせた機能）。
【００３７】
図５は、たとえばＰＢＳ４８Ｇの動作の簡略図である。ＰＢＳ４８Ｒ、４８Ｂの動作も類似であるが、赤色成分および青色成分の異なる偏光状態に関して修正される。
【００３８】
Ｐ偏光の緑照射光は、ワイヤグリッド偏光子５２Ｇを通過し、緑色成分のＰ偏光状態の光を通過させるように向ける。光は、ＬＣＯＳ光弁５０Ｇに当たり、緑色成分表示画像に基づいて変調され、Ｓ偏光変調光としてワイヤグリッド偏光子５２Ｇに戻るように反射される。クリーンアップ偏光子１７６Ｇは、クロスダイクロイック５４の入射面１７４Ｇに配置し、低コストの既製のフィルム偏光子であってもよい。図５の光学構成の装置コントラストを測定すると、３２００：１を超える。この装置コントラストは、ＬＣＯＳ光弁５０Ｇ自体のコントラストから光学構成のコントラストを分離するために、ＬＣＯＳ光弁５０Ｇの代わりに前面ミラーおよび４分の１波長板の組合せを用いて測定した。
【００３９】
図５のこの光学構成は、スキュー光線偏光解消を受けず（したがって、補償用４分の１波長板を必要としない）、きわめて高い偏光消光比を有し、広い温度範囲内で作動し、高い光度に耐えることができる。ワイヤグリッド偏光子５２Ｇは、板ガラス基板上に構成されることができ、たとえば図１に示したように、結像光路における反射モードで用いられることができる。ＰＢＳ４８Ｇの平坦性により、波面の著しい変形を生じず、プロジェクタ１０用に高画質を提供する。残念なことに、この平坦なＰＢＳ４８Ｇは重すぎるため、結像光路における透過モードでは用いることができない。この傾斜した平凹平行板によって形成される非点収差は大きすぎる。この平坦なＰＢＳ４８Ｇは、透過モードの照射光路には許容可能である。
【００４０】
投影ディスプレイスクリーンにわたる均一な色分布を得るために（すなわち、「色ずれのある状態」を避けるために）、クロスダイクロイック２６、５４は、装置のテレセントリック空間に配置する必要がある。白色スクリーンにおいて光の均一な分布を得るために、積分器出射窓６０の空間にテレセントリック性を形成する必要がある。したがって、リレー光学素子２６、４０は、積分器出射窓６０、照射用クロスダイクロイック２６および結像用クロスダイクロイック５４に関する３つの空間においてテレセントリックでなければならない。これらの間に配置される非活性光学成分に関して、結像用クロスダイクロイック５４および各ワイヤグリッドＰＢＳ４８もまた、テレセントリック空間で動作し、スクリーン上の画像にわたって均一なコントラストを支援する。
【００４１】
図６は、リレー光学素子２４、４０を通過する光線を表す１組の光線追跡１８０、１８２の図である。光線追跡１８０は、図１に示されているような投影装置１０に対応する。光線追跡１８２は、方向１８４（図１）から見た場合の投影装置１０に対応する。光線追跡１８０、１８２は、３つの領域を示し、投影装置１０のリレー光学素子２４、４０がテレセントリック性を示すように形成され、それによって、画像にわたって白色スクリーンおよび暗いスクリーンにおいて、色ずれがなく、均一な分布を形成する。その結果、投影装置１０、特にリレー光学素子２４、４０は、３重テレセントリックと表現してもよい。
【００４２】
特に、リレー光学素子２４（すなわち「対象空間」）は、視野にわたって明るさの均一性を利用して維持するために、テレセントリックに形成される。光パイプ積分器２２は、積分器出射窓６０にわたって点から点まで明るさの同一の角度分布を形成する。スクリーンにわたって均一な照射を形成するために、パイプ出射窓６０にわたる補正効率は同一でなければならない。この照射の均一性を利用するために、リレー光学素子２４は、無限遠に入射瞳（すなわちテレセントリック入射瞳）を有するように形成される。
【００４３】
テレセントリック性はまた、照射用クロスダイクロイック２６を含むリレー光学素子２４、４０の間の領域にも維持される。一般に、クロスダイクロイック２６に含まれているようなダイクロイックのスペクトル特性は、入射角に大きく左右される。画像にわたるスペクトルの偏り、すなわち色ずれと呼ばれる現象を避けるために、リレー光学素子２４、４０の間のこの領域における光は、視野のすべての点に関して同一の角度構造を備えるように形成される。このような同一の角度構造は、テレセントリック性とも言い換えられる。
【００４４】
最後に、リレー光学素子４０Ｇおよび光弁５０の画像空間において、テレセントリック性により、視野にわたって均一なコントラストを形成する。言い換えれば、ＬＣＯＳ装置内部に良好な反射面があると仮定すれば、光弁５０のすべての点は入射光に関して同一の状態にあり、出射光に関しても同様のことが言える。光弁５０と結像用クロスダイクロイック５４との間に配置される非活性光学素子に関して、この空間のテレセントリック性もまた、結像用クロスダイクロイック５４に関して色ずれのない状態を形成する。
【００４５】
ＬＣＯＳ光弁５０を用いるプロジェクタ１０は、本発明による色バランス調整開口絞りを採用することができる電子投影ディスプレイ装置の一例に過ぎないことを十分に理解されたい。
【００４６】
図７は、本発明による色選択色バランス調整開口絞り２０２と組合せた電子（ＬＣＤ）プロジェクタ２００の簡略図である。電子プロジェクタ２００は、色選択色バランス調整開口絞り２０２によって多色光２０４を受光する。
【００４７】
電子プロジェクタ２００は、多色光２０４を色成分（たとえば、赤、緑および青）に分解する１組の色選択ミラー２０４、２０６を具備している。色選択ミラー２０４、２０６は、個別の透過型ＬＣＤ／偏光子重ね合せ２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂによって指向され、画像表示情報を光に与える。従来式のＸキューブ２１０は、色成分を画像表示情報と結合し、結合光を投影レンズ２１２に指向する。
【００４８】
図８および図９は、開口絞り２０２として用いられてもよい個別の具体的な色選択色バランス調整開口絞り２２０、２２２の正面図である。
【００４９】
図８に関して、開口絞り２２０は、円形の内縁２２６を備えた不透明な外環２２４を具備している。外環２２４に当たる光は、開口絞りの従来の態様で遮断される。円形の着色フィルタ環２２８は、内縁２２６内部に配置され、１つまたは２つの選択された色帯を透過する。中心の円形光学開口２３０は、光のすべての色をフィルタリングすることなく通過させることができるが、これは物理的開口部であっても透明な基板であってもよい。円形の着色フィルタ環２２８および円形光学開口２３０の異なる透過性から、開口絞り２２０は、アポダイジング開口絞り２２０と呼んでもよい。
【００５０】
一実装例において、たとえば、照射光の緑色成分は、色バランスを改善するために、赤成分および青色成分に対して削減されることができる。この実装例において、着色フィルタ環２２８は、赤色光成分および青色光成分を通過させるマゼンタ色フィルタから形成されてもよい。赤色光成分および青色光成分は内縁２２６によって規定される開口を備え、緑色成分は光学開口２３０によって規定される開口を備える。その結果、アポダイジング開口絞り２２０は、赤色成分および青色成分に対して緑色成分を選択的に低減することによって、色バランスを改善する。
【００５１】
図９に関して、収差の影響の低減が最適より劣る可能性がある場合には、開口絞り２２２は画像のコントラストをより大きく改善することができる。開口絞り２２２は、たとえば、円形の内縁２３６を備えた不透明な外環２３４を具備している。外環２３４に当たる光は、開口絞りの従来の態様で遮断される。着色フィルタ環２３８は、内縁２３６内部に配置され、絞りによって指向される原色成分（たとえば、マゼンタ）に対応する１つまたは２つの選択された色帯を透過する。開口２３９は、図２に示したような他の形状を備えていてもよい。
【００５２】
中央の丸みを帯びた十字形の光学開口２３９は、フィルタリングすることなく光を通過させることができるが、これは物理的開口部であっても透明な基板であってもよい。たとえば、丸みを帯びた十字形の光学開口２３９および色選択肢彫りまたは色フィルタ環２３８は、これがなければ、大きな複合角で入射されることになる光線を排除するように向けることができるが、等しい非複合角で光線を通過させる。着色フィルタ環２３８および十字形の光学開口２３９の異なる透過性から、開口絞り２２２は、アポダイジング開口絞りと呼んでもよい。
【００５３】
装置コントラストを改善するために、開口絞り２２０、２２２は、限定、制限するか、またはそうでなければ光円錐（すなわち、照射光の円錐）を成形するように機能する。したがって、開口絞り２２０、２２２によって形成される改善されたコントラストは、相対的に増大した開口数によって形成される従来の装置におけるコントラストの低減とは対照的である。
【００５４】
一実装例において、開口絞り２２０は、赤色成分および青色成分に対して、緑色光の強度および角度範囲を狭くするように適用してもよい。緑色光は、ＲＧＢバランスの約８０％まで占めることができることから、装置のコントラストに支配的に寄与しうる。開口絞り２２０によって提供される緑色のコントラストの改善により、全体的な装置コントラストを改善することができる。
【００５５】
光学位置が従来通り、開口絞りを備えているかどうかに関係なく、アポダイジング開口絞り２２０、２２２は電子プロジェクタまたは投影ディスプレイ装置における任意の他の光学位置に配置されてもよいことを十分に理解されたい。たとえば、アポダイジング開口絞り２２０、２２２のいずれかが、開口絞り４２Ｇの代わりとして投影装置１０（図１）のリレー光学素子２４における位置６２（図１）に配置されてもよい。
【００５６】
別の開口位置６２（図１）において、照射光の色成分が未だ分解されていない場合には、アポダイジング開口絞り２００、２０２は、１色の色成分（たとえば、緑）を優先的に遮断し、他の色成分（たとえば、赤および青またはマゼンタ）を通過する色フィルタを具備していてもよい。さらに別の実施形態において、アポダイジング開口絞り２００、２２２は、残る色成分（たとえば、赤）に対して異なる量だけ２色の色成分（たとえば緑および青）を優先的に遮断するための重ね合せ色フィルタ素子を具備していてもよい。
【００５７】
図１０は、たとえば、残る色成分（たとえば、赤）に対して異なる量だけ２色の色成分（たとえば緑およびより少ない程度の青）を優先的に遮断するために、開口絞り位置６２において用いることができる重ね合せアポダイジング開口絞り２４０の正面図である。重ね合せアポダイジング開口絞り２４０は、赤色光を優先的に通過する大きな径の赤色フィルタ環２４２と、赤色光および青色光を優先的に通過する中間のマゼンタ色フィルタ環２４４と、フィルタリングを行うことなく光を通過させることができる中央の光学開口２４６と、を具備している。中央の光学開口２４６は、物理的開口部であっても透明な基板であってもよく、図示されているように円形であっても、本願明細書に記載されているように任意の他の形状であってもよい。
【００５８】
重ね合せアポダイジング開口絞り２４０は、比例的に減少または増大させる対象である色成分に応じて、種々の色フィルタ構成に形成してもよいことを十分に理解されたい。たとえば、重ね合せアポダイジング開口絞り２４０は、別法として、省略された赤色フィルタ環２４２と、それ以外は赤色フィルタ環２４２によって覆われた環状領域の上に延在するマゼンタ色フィルタ２４４と、を備えるように形成することが可能である。さらに、開口絞り２４０は、赤を含むすべての色成分が外部範囲で遮断されるようなマゼンタ色フィルタ環２４４より大きな径の不透明な外環（図示せず）をさらに具備することも可能であることを十分に理解されたい。
【００５９】
別の実施例として、図１１は、別の重ね合せアポダイジング開口絞り２５０の正面図である。不透明な面２５２は、環状のマゼンタ（すなわち赤および青）色フィルタ２５６が内部に配置される略円形開口２５４を有する。環状のマゼンタ色フィルタ２５６は、色のフィルタリングを行わない内部開口２５８を具備している。この図では、透明な内部開口２５８は、楕円形状である。色選択アポダイジング開口絞り２５０は、赤色光および青色光に対して緑色光の比を小さくするように機能する。
【００６０】
アポダイジング開口絞り２００、２０２、２４０、２５０は、投影装置１０または投影装置２００などの投影ディスプレイ装置における色成分のバランスを調整するために、互いに対して整形またはサイズを調整した成形開口絞りの実施形態を考えてもよい。しかし、環状色フィルタを備えた開口絞り２００、２０２、２４０、２５０のアポダイジングは、色成分バランスを調整する１つの態様であることを十分に理解されたい。本発明による成形開口絞りは、別法として開口絞り２００、２０２および２４０、２５０のアポダイジング色フィルタがなくても形成されることができる。さらに、開口絞り２００、２０２および２４０、２５０のアポダイジングは、円形でない外縁を具備するなど異なる形状であってもよいことを十分に理解されたい。
【００６１】
図１２は、本発明による色選択色バランス調整開口絞り２６２と組合せた電子（ＬＣＤ）プロジェクタ２６０の簡略図である。電子プロジェクタ２６０は、色選択色バランス調整開口絞り２６２によって多色光２６４を受光する。色選択色バランス調整開口絞り２６２は、図１３にさらに詳細に示されている。
【００６２】
電子プロジェクタ２６０は、多色光２６４を色成分（たとえば、赤、緑および青）に分解する１組の色選択ミラー２６６、２６８を具備している。色選択ミラー２６６、２６８は、個別の透過型ＬＣＤ／偏光子重ね合せ２７０Ｒ、２７０Ｇ、２７０Ｂによって指向され、画像表示情報を光に与える。従来式のＸキューブ２７２は、色成分を画像表示情報と結合し、結合光を投影レンズ２７４に指向する。
【００６３】
ＬＣＤ／偏光子重ね合せ２７０Ｒ、２７０Ｇ、２７０Ｂは、特性的には異なる視角で非対称なコントラストを有する個別の９０°ねじれネマチックＬＣＤ２７６Ｒ、２７６Ｇ、２７６Ｂを具備している。当業界で公知であるように、このような非対称なコントラストは一般に、極コントラストのプロットまたはグラフに表される。この実装例において、光の個別の赤色成分、緑色成分および青色成分から角度成分２７８Ｒ、２７８Ｇ、２７８Ｂを遮断することによって、ディスプレイのコントラストを増大させることができる。
【００６４】
角度成分２７８Ｒ、２７８Ｇ、２７８Ｂは、個別の色成分の光束全体にわたって配置されることを十分に理解されたい。角度成分２７８Ｒ、２７８Ｇ、２７８Ｂを遮断することにより、増大したコントラストを提供する。これは、対応するＬＣＤがその角度空間に関して芳しくない性能を有するためである。すべての装置が同一の液晶、ラビング角などによって構成されると仮定すれば、ＬＣＤ２７６Ｒ、２７６Ｇ、２７６Ｂのそれぞれに対して同一の方向が遮断される。光学配置の性質のために、２７８Ｒは、２７８Ｇと同一の隅から生じるように見えないため、独特の色選択開口が、各色チャネルに関して適切にコントラストを低減する光に限定するために、これらの異なる色の束を制限するために用いられる。開口絞り２６２は、個別のＬＣＤ２７６Ｒ、２７６Ｇ、２７６Ｂにおいて角度成分２７８Ｒ、２７８Ｇ、２７８Ｂに対応する領域を遮断する。
【００６５】
色選択色バランス調整開口絞り２６２は、隣接する隅に配置されるシアン色選択フィルタ２８０Ｃと、マゼンタ色選択フィルタ２８０Ｍと、黄色選択フィルタ２８０Ｙと、を具備している。開放された開口領域２８２は、すべての色の光を通過させる。シアン色フィルタ２８０Ｃは赤色光を遮断するように機能し、マゼンタ色フィルタ２８０Ｍは緑色光を遮断するように機能し、黄色フィルタ２８０Ｙは青色光遮断するように機能する。フィルタ２８０Ｃ、２８０Ｍ、２８０Ｙが配置される隅は、角度成分２７８Ｒ、２７８Ｇ、２７８Ｂに対応する（図１２）。色選択色バランス調整開口絞り２６２は、電子プロジェクタ２６０の増大したコントラストを提供するために、ＬＣＤ２７６Ｒ、２７６Ｇ、２７６Ｂの非対称極コントラストに適合する。
【００６６】
別の実装例として、投影装置１０は、ワイヤグリッドＰＢＳ４８Ｒ、４８Ｇ、４８Ｂの別法としてプリズム構造を用いる従来の偏光ビームスプリッタを備えるように形成されてもよい。しかし、このような従来のＰＢＳは、偏光軸の幾何的な回転（すなわち偏光解消）のために装置におけるコントラストを減少させる「スキュー光線」に特に敏感である可能性がある。このような実装例において、開口絞り８２は、一般に円形である瞳の隅から切り取って１つの軸または２つの軸における照射を狭くすることによって、そのようなスキュー光線を減少させることができる。
【００６７】
別の実装例として、１つの軸において先細りになっている光パイプ積分器２２を採用することによって、１つの軸において照射光円錐を細くすることができる。たとえば、矩形の１６：９のアスペクト比を有する画像を形成する高精細ＴＶ（ＨＤＴＶ）の実装例において、１つの軸の先細りになっている赤色光パイプ積分器２２は、四角形の入射面を有し、楕円反射体からの光を有利に収集することが可能である。適切な１６：９のアスペクト比を有する出射面を形成するために、１つの軸の先細りになっている赤色光パイプ積分器２２は、光束をより小さな角度に「圧縮する」用に機能する。これにより、たとえば、Ｆ／４．０の水平範囲に対してＦ／２．５の垂直範囲を実現することが可能であろう。
【００６８】
本発明の原理を適用することができる種々の可能な実施形態に鑑みて、詳細な実施形態は例示のためにのみであると認識し、本発明の範囲を限定するものと捉えるべきではない。正確に言えば、本発明として、このような実施形態は、以下の請求項およびその等価物の範囲および精神の中で生じるものとして主張する。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明による反射型投影ディスプレイ装置の実施形態の図。
【図２Ａ】本発明による種々の代替の成形開口絞りを示す図。
【図２Ｂ】本発明による種々の代替の成形開口絞りを示す図。
【図２Ｃ】本発明による種々の代替の成形開口絞りを示す図。
【図２Ｄ】本発明による種々の代替の成形開口絞りを示す図。
【図２Ｅ】本発明による種々の代替の成形開口絞りを示す図。
【図２Ｆ】本発明による種々の代替の成形開口絞りを示す図。
【図３】照射用クロスダイクロイックの一実装例の平面図。
【図４】結像用クロスダイクロイックの一実装例の平面図。
【図５】ワイヤグリッド偏光ビームスプリッタの動作の簡略図。
【図６】本発明のプロジェクタのリレー光学素子を通過する光線を表す１組の光線追跡の図。
【図７】本発明による色分解アポダイジング開口絞りと組合せた電子（ＬＣＤ）プロジェクタの簡略図。
【図８】円の内縁構成を備えたアポダイジング開口絞りの正面図。
【図９】丸みを帯びた十字形の内縁構成を備えたアポダイジング開口絞りの正面図。
【図１０】照射開口絞り位置として用いることができる重ね合せアポダイジング開口絞りの正面図。
【図１１】重ね合せアポダイジング開口絞りの別の実施例の正面図。
【図１２】本発明による色選択アポダイジング開口絞りと組合せた９０°のねじれネマチックＬＣＤを備えた電子（ＬＣＤ）プロジェクタの簡略図。
【図１３】複数のねじれネマチックＬＣＤの非対称コントラストに適合されるアポダイジング開口絞りの正面図。
【図１】
2005516249.tif 000004
【図２Ａ】
2005516249.tif 000005
【図２Ｂ】
2005516249.tif 000006
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2005516249.tif 000008
【図２Ｅ】
2005516249.tif 000009
【図２Ｆ】
2005516249.tif 000010
【図３】
2005516249.tif 000011
【図４】
2005516249.tif 000012
【図５】
2005516249.tif 000013
【図６】
2005516249.tif 000014
【図７】
2005516249.tif 000015
【図８】
2005516249.tif 000016
【図９】
2005516249.tif 000017
【図１０】
2005516249.tif 000018
【図１１】
2005516249.tif 000019
【図１２】
2005516249.tif 000020
【図１３】
2005516249.tif 000021
【国際調査報告】
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2005516249.tif 000023
2005516249.tif 000024