(57)【要約】投射ランプからの光ビームを二つの偏光状態に分割するための偏光ビームスプリッター（２０、３０）を利用し、光の制御された部分（２５）、３５を除去するために各々の偏光した光ビームの状態を選択的に変える、外部の電子制御の照明モジュールであって、選択的に変えられたビームを、再結合させ、投射システムの光学部品（４０）へ通過させる。
2005500574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投射システムに当てられる光の強度を制御する照明制御モジュールであって、
当該照明制御モジュールは、名目上平行な光ビームの光の経路に位置決め可能な第一の偏光ビームスプリッターを有し、
前記第一の偏光ビームスプリッターは、ｐ状態の光の経路においてそれを通じて第一のｐ状態の光を透過させると共にｓ状態の光の経路においてそれから第二のｓ状態の光を反射させ、
当該照明制御モジュールは、前記ｐ状態の光の経路に位置決めされる第一の液晶の偏光回転器を有し、
前記第一の液晶の偏光回転器は、それに連結される制御信号に応答してそれを通過するｐ状態の光の量を制御することが実施可能であり、
当該照明制御モジュールは、前記ｓ状態の光の経路に位置決めされる第二の液晶の偏光回転器を有し、
前記第二の液晶の偏光回転器は、それに連結される制御信号に応答してそれを通過するｓ状態の光の量を制御することが実施可能であり、
当該照明制御モジュールは、前記第一及び第二の液晶の偏光回転器に連結される制御信号の源を有し、
前記第一及び第二の液晶の偏光回転器は、それらによって受信される制御信号に応答して、それらの偏光状態を回転させ、
当該照明制御モジュールは、前記ｐ状態の光の経路及び前記ｓ状態の光の経路に位置決めされる第二の偏光ビームスプリッターを有し、
前記第二の偏光ビームスプリッターは、結合された制御された光路において投射システムへそれを通じて前記ｓ状態の光を透過させると共にそれから前記ｐ状態の光を反射させる照明制御モジュール。
【請求項２】
前記制御信号の源は、映像信号における変化に応答して制御信号を提供する請求項１記載の照明制御モジュール。
【請求項３】
前記制御信号の源は、減光制御回路からの電圧の変化に応答して制御信号を提供する請求項１記載の照明制御モジュール。
【請求項４】
前記制御信号の源は、
前記第一の液晶の偏光回転器に連結される第一の制御信号の源、及び
前記第二の液晶の偏光回転器に連結される第二の制御信号の源
を有する請求項１記載の照明制御モジュール。
【請求項５】
前記第一の液晶の偏光回転器及び前記第二の液晶の偏光回転器は、異なる波長に対して相互に排他的に同調される請求項１記載の照明制御モジュール。
【請求項６】
前記第一又は第二の偏光ビームスプリッターの少なくとも一つは、ガラス板における偏光のビームを分割するコーティングとして形成される請求項１記載の照明制御モジュール。
【請求項７】
前記第一及び第二の液晶の回転器は、モノリシックな接合プリズムとしての前記第一又は第二の偏光ビームスプリッターの間に挟まれる請求項１記載の照明制御モジュール。
【請求項８】
当該照明制御モジュールが沈められる、流体で満たされたタンクをさらに有する請求項１記載の照明制御モジュール。
【請求項９】
前記第一の偏光ビームスプリッターは、前記ｐ状態の光の経路に直交するｓ状態の光の経路において前記ｓ状態の光を反射させ、
前記第二の偏光ビームスプリッターは、前記ｐ状態の光の経路に直交する光の経路において前記ｐ状態の光を反射させ、
前記第二の偏光ビームスプリッターは、それを通じて透過する前記ｓ状態の光に平行な光の経路において前記ｐ状態の光を反射させる請求項１記載の照明制御モジュール。
【請求項１０】
投射システムの照明を制御する方法であって、
当該投射システムの照明を制御する方法は、
光の名目上平行なビームを第一の偏光ビームスプリッターへ方向付けるステップ、
ｐ状態の光の光路において前記偏光ビームスプリッターを通じて第一のｐ状態の光ビームを透過させるステップ、
ｓ状態の光の光路において前記第一の偏光ビームスプリッターから第二のｓ状態の光ビームを反射させるステップ、
前記第一の偏光ビームスプリッターを通じて透過する前記ｐ状態の光を、第一の液晶の回転器に連結される制御信号に応答してそれを通過するｐ状態の光の量を制御することが実施可能な前記第一の液晶の回転器に通過させるステップ、
前記第一の偏光ビームスプリッターから反射される前記ｓ状態の光を、第二の液晶の回転器に連結される制御信号に応答してそれを通過するｓ状態の光の量を制御することが実施可能な前記第二の液晶の回転器に通過させるステップ、並びに
前記第一及び第二の液晶の偏光回転器に対する制御信号を発生させるステップを有し、
前記第一及び第二の液晶の偏光回転器は、映像信号における変化に応答してそれらを通過するそれぞれの量のｐ状態及びｓ状態の光を決定し、
当該投射システムの照明を制御する方法は、前記制御されたｐ状態及びｓ状態の光を、結合した光が制御される光路において前記制御されたｐ状態及びｓ状態の光を再結合させる第二の偏光ビームスプリッターへ通過させるステップを有する投射システムの照明を制御する方法。
【請求項１１】
前記第一及び第二の液晶の偏光回転器に対する制御信号を発生させるステップは、
減光制御回路から前記第一の液晶の偏光回転器への第一の電圧信号を連結させること、及び
減光制御回路から前記第二の液晶の偏光回転器への第二の電圧信号を連結させることを有する請求項１０記載の投射システムの照明を制御する方法。
【請求項１２】
前記第一の液晶の偏光回転器及び前記第二の液晶の偏光回転器を異なる波長に関して相互に排他的に最適化することをさらに有する請求項１０記載の投射システムの照明を制御する方法。
【請求項１３】
照明制御モジュールが提供される投射システムであって、
前記照明制御モジュールは、名目上平行な光ビームの光の経路に位置決め可能な第一の偏光ビームスプリッターを有し、
前記第一の偏光ビームスプリッターは、ｐ状態の光の経路においてそれを通じて第一のｐ状態の光を透過させると共にｓ状態の光の経路においてそれから第二のｓ状態の光を反射させ、
前記照明制御モジュールは、前記ｐ状態の光の経路に位置決めされる第一の液晶の偏光回転器を有し、
前記第一の液晶の偏光回転器は、それに連結される制御信号に応答してそれを通過するｐ状態の光の量を制御することが実施可能であり、
前記照明制御モジュールは、前記ｓ状態の光の経路に位置決めされる第二の液晶の偏光回転器を有し、
前記第二の液晶の偏光回転器は、それに連結される制御信号に応答してそれを通過するｓ状態の光の量を制御することが実施可能であり、
前記照明制御モジュールは、前記第一及び第二の液晶の偏光回転器に連結される制御信号の源を有し、
前記第一及び第二の液晶の偏光回転器は、それらによって受信される制御信号に応答して、それらの偏光状態を回転させ、
前記照明制御モジュールは、前記ｐ状態の光の経路及び前記ｓ状態の光の経路に位置決めされる第二の偏光ビームスプリッターを有し、
前記第二の偏光ビームスプリッターは、結合された制御された光路において投射システムへそれを通じて前記ｓ状態の光を透過させると共にそれから前記ｐ状態の光を反射させる投射システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、一般に、投射表示システム用の照明の制御に、より詳しくは、放電ランプからの光の強度を、光ビームの偏光を制御することを通じて、制御するための投射システムの照明モジュールに関する。
【０００２】
多くの投射表示システムにおいては、放電ランプが、好適な光源として使用される。
動作中に、スクリーンの輝度を減少させるために、放電ランプからの光の強度を制御することが、又は、暗い若しくは黒い背景においてシステムの見かけのコントラスト比を改善するために映像出力における減少に応答して照明のレベルを制御することが、時々、望ましいこと、又は必要なことになる。投射器内のデバイスの使用による、放電ランプに関する光の強度の制御を組み込むために、様々な試みを行ってきた。しかしながら、このような“投射器内”のシステムは、放電ランプ、特に投射表示システムに関して好適な光源である高圧水銀放電ランプからの光の強度の制御において十分であるようには、まだ完成されてない。このような投射器内のシステムの可能な物理的な場所を限定する表示デバイスへの光の分布の均一性における有害な効果を有する“投射器内”のシステムを利用するためのいくつかの試行が見出されてきた。他の“投射器内”のシステムは、特に動的な減光が望ましいときに、映像信号における変化に直ちに十分に応答することができない場合もある、モーター又はアクチュエーターを必要とする。加えて、このようなシステムは、入力の放射を吸収し、熱くなる。よって、これらの“投射器内”の制御システムは、注意深い熱的な設計を必要とし、このような熱的な要件によって限定される。
【０００３】
本発明の目的は、映像信号における変化に応答してその光の強度を直ちに制御することができる減光可能な照明モジュールを備えた画像投射器を提供することである。
【０００４】
この目的は、請求項１に記されるような本発明による画像投射器によって達成される。
【０００５】
この発明の好適な実施形態においては、光の強度は、任意の投射システムと共に使用してもよい電子制御の照明モジュールによって、投射システムの光学部品の外部で制御される。このようなシステムは、動作するためにモーター又はアクチュエーターを必要とせず、よって、動的な減光が望ましいとすれば、映像信号における変化に直ちに応答することができる。加えて、この発明の照明モジュールは、入力の放射を吸収しないことになり、従って、特に静的な減光に関して信頼性のある動作を果たし得る熱的な変化にさらされない。
【０００６】
投射システムの光学部品の外部にこの発明の照明モジュールを位置決めすることによって、照明モジュールを、任意の投射システムと共に光の強度を制御するために使用してもよく、過熱する構成部品によって誘引される任意の潜在的な熱的な問題を除外する。本発明の照明モジュールの制御は、完全に電子装置によるものであるので、映像信号のレベルの変化に対する応答時間は、照明の制御システムが、動的な減光が望ましいとすれば、直ちに応答することができるように、極端に短い。
【０００７】
本発明の照明モジュールは、機械的な素子も可動部も有さずに、投射ランプからの光ビームを二つの偏光状態に分割するための偏光ビームスプリッターを利用し、各々の偏光した光ビームの状態を選択的に変えて、選択的に変えたビームを再結合させると共にディスプレイの投射光学部品へ通過させる前に光の制御された部分を除去する。このシステムは、動的な減光を制御することに関して特に有効である。
【０００８】
さらに有利な実施形態は、従属請求項に記される。
【０００９】
本発明のこれらの及び他の態様は、以下に記載した実施形態から明らかになると思われ、これら実施形態を参照して説明されることになる。
【００１０】
添付する図面において、放電ランプ源からの光ビームを分割素子において“ｐ”及び“ｓ”の直線偏光状態に分割すると共に各々のビーム部分が引き続き別々の液晶（ＬＣ）の回転器のアクチェーターを通過する本発明の一つの実施形態を図説する。偏光状態は、ＬＣデバイスによって独立に回転させられ、別々のビームは、第二の偏光ビームスプリッター素子で再結合させられる。ＬＣセルによる偏光の回転の程度は、その素子によって投射光学部品へ通過することが許容される光の部分を決定する。
【００１１】
今図面を参照して、以下のものは、投射表示システムの好適な実施形態の説明であり、ここで、放電ランプ１０、好ましくは、ショートアーク高圧水銀放電ランプは、光の名目上平行なビームを生成させるための放物面反射体１１中に位置決めされる。そのように生成させた光のビームは、光ビームを分割する第一の偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）２０を通過し、偏光ビームスプリッター２０を通じておおよそ半分の光（ｐ状態）を透過させると共に残り（おおよそ半分、比較的少ないミラーの光学的な損失）、直交する偏光状態（ｓ状態）を反射させる。以下の全てにおいて、“ｓ”及び“ｐ”は、ＰＢＳ素子の変化を生じさせる面における偏光状態に言及することが理解される。
【００１２】
直進のビーム（元々のｐ状態）は、印加された電圧に応答して、ＰＢＳ素子の軸に関連したビームにおけるｐの光に対するｓの比を変えるために偏光の平面を回転させる、Ｍｅａｄｏｗｌａｒｋ  Ｏｐｔｉｃｓ，Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ  １０００，５９６４  Ｉｒｉｓ  Ｐａｒｋｗａｙ，Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ，Ｃｏｌｏｒａｄｏ  ８０５３０から入手可能であるような、電子制御の液晶（ＬＣ）の回転器２５を通過する。この回転は、減光制御回路２６から又は映像レベルのいくつかの他の入力の測定値からのいずれかの印加された電圧に応答してあり得る。
【００１３】
そして、ＬＣの回転器２０によって今回転させられた元々のｐ状態の光は、局所的なｓの光の部分を投射器の光学部品４０へ直交して反射させると共に局所的なｐの光の部分をビームの廃棄場へ透過させる第二のＰＢＳ３０へ、第一の同調ミラー２８によって反射され、システムへ放たれる。ＬＣの回転器２０による回転無しでは、第二のＰＢＳ３０における局所的なｓの部分は無いであろうし、元々のｐ状態の部分からの全ての光は、廃棄されるであろう。偏光状態をＬＣの回転器２０によって９０度回転させるとすれば、ＰＢＳ３０に入射する全ての光は、ｓ状態の光であり、投射器の光学部品４０へ反射されることになる（実際のＰＢＳ素子に固有の比較的少ないミラーの光学損失）。
【００１４】
第一のＰＢＳ２０によって直交して反射されたｓ状態の光は、印加された電圧に応答して、減光の制御２６からの印加された電圧又は偏光の平面を所望の量だけ回転させるための映像信号のいくつかの態様の測定値であるいくつかの他の入力のいずれかに応答して偏光の平面を回転させる、第二の同様な電子制御の液晶（ＬＣ）の回転器３５を通じて第二の同調ミラー３８によって反射される。ＰＢＳ３０の変化を生じさせる面においてｐの偏光状態の部分が、投射器の光学部品４０へ透過させられると同時に、ＰＢＳ３０の変化を生じさせる面において今ｓの偏光状態のものである光の部分は、ビームの廃棄場へ直交して反射される。
【００１５】
図１に図説した様式でシステムの構成部品を配置することによって、各々の光の経路は、同調ミラー２８及び３８において反射に関して同じ損失を被る。最大限の輝度では、他のＰＢＳが、偏光状態の局所的なｓ成分を反射すると共に局所的なｐ成分を透過させるために最良に設計されるので、各々のＬＣの回転器２５、３５は、偏光状態を９０度だけ回転させなければならない。前記した電圧を、静的な減光若しくは制御の全体的なレベルに関して手動でか、又は回転器の各々にそれぞれそれらの連合した制御回路２６及び３６によって印加された映像信号のレベルにおける変動に応答して動的にか、いずれかで、ＬＣの回転器２５、３５に印加するとき、減光が果たされる。加えて、ＬＣの回転器２５、３５の特性は、各々の光の経路で異なってもよい。このような特性における差は、偏光状態の程度が、波長に依存するので、望ましい場合もある。例えば、最適な緑色よりもわずかに短い波長に関してＬＣの回転器の一つを、他のＬＣの回転器をわずかにより長い波長に関して最適化すると同時に、最適化することが好ましい場合もある。
【００１６】
そのシステムを減光の制御に利用することが可能であるとき、ＰＢＳの構成部品の要件は、高いコントラスト比（ｐに対するｓの除去）が重要ではないので、厳密ではない。従って、例えば２０から５０パーセントまでの変調の深さは、適切であると信じられる。よって、薄いガラス板上の適切なＰＢＳのコーティング又は構造は、許容可能であると信じられ、プリズムは、多くの用途に関して要求されないと信じられる。
【００１７】
また、照明制御システムを、モノリシックな接合プリズムとして構築してもよい。液晶の回転器２５、３５が、分離及び再結合のＰＢＳモジュール２０、３０の間に挟まれて。また、照明制御システムを、ＰＢＳのコーティングの性能を改善することによって全体的な減光の比を増加させるために、流体を満たしたタンクとして構築してもよい。この様式では、非常に高いパワーの源を使用するときに重要な考慮すべき事項である、投射光学部品への赤外線の透過を吸収によって減少させることが可能である。
【００１８】
本発明の他の態様及び特徴を、図面、開示、及び添付した請求項の研究から得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】照明制御モジュールを備えた投射システムの概略の図面である。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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