(57)【要約】【解決手段】ワイヤ格子偏光ビームスプリッター（１２２）及び空間光変調器（３０）を出力光学経路と整列した状態で取り付けるハウジング（１００）は、照明軸に沿って提供された入射照明を受け入れる開口部を持つ前部プレートを備える。変調器取り付けプレート（１１０）は、照明軸の経路に空間光変調器を取り付けるため前部プレートに平行に間隔を隔てられる。第１及び第２の偏光器支持プレートは前部プレート及び変調器取り付けプレートの間に延在し互いから間隔を隔てられる。第１及び第２の偏光器支持プレートの対面する内側表面の各々は、該表面の間にワイヤ格子偏光ビームスプリッターを支持するための同一平面支持特徴部を提供する。ワイヤ格子偏光ビームスプリッターは対面する内側表面の間で延在し、その表面は変調器取り付けプレート上の前記空間光変調器の表面に対して固定した角度をなし、該固定した角度は、出力光学経路に沿って出力光軸を形成する。【選択図】  図３
2007502436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ格子偏光ビームスプリッター及び空間光変調器を出力光学経路と整列した状態で取り付けるためのハウジングであって、
（ａ）  照明軸に沿って提供された入射照明を受け入れるための開口部を有する前部プレートと、
（ｂ）  前記照明軸の前記出力光学経路に前記空間光変調器を取り付けるため、前記前部プレートに平行に間隔を隔てられた変調器取り付けプレートと、
（ｃ）  前記前部プレート及び前記変調器取り付けプレートの間に延在して、互いから間隔を隔てられた、第１及び第２の偏光器支持プレートと、
を備え、
前記第１及び第２の偏光器支持プレートの対面する内側表面の各々は、該内側表面の間に前記ワイヤ格子偏光ビームスプリッターを支持するための同一平面支持特徴部を提供し、
前記ワイヤ格子偏光ビームスプリッターは、前記対面する内側表面の間で該内側表面に垂直に延在し、該ワイヤ格子偏光ビームスプリッターの表面は、前記変調器取り付けプレート上の前記空間光変調器の表面に対して固定した角度をなし、該固定した角度は、前記出力光学経路に沿って出力光軸を形成する、ハウジング。
【請求項２】
前記第１及び第２の偏光器支持プレートは、前記ワイヤ格子偏光ビームスプリッターのエッジをレジストレーションするための一対の同一平面上の第１及び第２のエッジ支持要素を更に提供する、請求項１に記載のハウジング。
【請求項３】
前記第１の偏光器支持プレートは、分析器の表面を支持して該分析器のエッジを整列させるための第１の分析器着座特徴部を更に備え、
前記第１の分析器着座特徴部は、前記第２の偏光器支持プレート上の対応する第２の分析器着座特徴部と同一平面上にあり、
これによって、前記第１及び第２の偏光器支持プレートは、前記出力光学経路内で該第１及び第２の偏光器支持プレートの間に延在した分析器のための支持を提供する、請求項１に記載のハウジング。
【請求項４】
前記支持プレートは、偏光変調構成部品に亘る周囲の空気流れ又は強制的に流された空気流れのための適切な排気手段を提供する、請求項１に記載のハウジング。
【請求項５】
前記空間光変調器は、反射式液晶空間光変調器である、請求項１に記載のハウジング。
【請求項６】
前記前部プレートは、前段偏光器を収容するための凹部を更に備える、請求項１に記載のハウジング。
【請求項７】
前記前部プレートの前記開口部は、リングボアである、請求項１に記載のハウジング。
【請求項８】
前記変調器取り付けプレート上の前記空間光変調器の表面に対する前記ワイヤ格子偏光ビームスプリッターの表面の前記固定した角度は、斜めの角度である、請求項１に記載のハウジング。
【請求項９】
前記同一平面上の支持特徴部は、機械加工された表面及び位置決めピンからなるグループから選択される、請求項１に記載のハウジング。
【請求項１０】
前記分析器は、ワイヤ格子偏光構成部品を備える、請求項３に記載のハウジング。
【請求項１１】
前記分析器は、ポリマーベースの偏光器を備える、請求項３に記載のハウジング。
【請求項１２】
ワイヤ格子偏光ビームスプリッター及び空間光変調器を出力光学経路と整列した状態で取り付けるためのハウジングであって、
（ａ）  前段偏光器構成部品を通って照明軸に沿って提供された入射照明を受け入れるための開口部を有する前部プレートと、
（ｂ）  前記照明軸の前記経路に前記空間光変調器を取り付けるため、前記前部プレートに平行に間隔を隔てられた変調器取り付けプレートと、
（ｃ）  前記前部プレート及び前記変調器取り付けプレートの間に延在して、互いから間隔を隔てられた、第１及び第２の偏光器支持プレートと、
を備え、
前記第１及び第２の偏光器支持プレートの対面する内側表面の各々は、該内側表面の間に前記ワイヤ格子偏光ビームスプリッターを支持するための同一平面支持特徴部を提供し、
前記第１及び第２の偏光器支持プレートは、前記ワイヤ格子偏光ビームスプリッターのエッジをレジストレーションするための一対の同一平面上の第１及び第２のエッジ支持要素を更に提供し、
前記第１及び第２の偏光器支持プレートは、前記出力光学経路に分析器を取り付けるための同一平面の支持特徴部を更に備え、
前記ワイヤ格子偏光ビームスプリッターは、前記対面する内側表面の間で該内側表面に垂直に延在し、該ワイヤ格子偏光ビームスプリッターの表面は、前記変調器取り付けプレート上の前記空間光変調器の表面に対して固定した角度をなし、該固定した角度は、前記出力光学経路に沿って出力光軸を形成する、ハウジング。
【請求項１３】
前記空間光変調器は、反射式液晶空間光変調器である、請求項１２に記載のハウジング。
【請求項１４】
前記前部プレートの前記開口部は、リングボアである、請求項１２に記載のハウジング。
【請求項１５】
前記変調器取り付けプレート上の前記空間光変調器の表面に対する前記ワイヤ格子偏光ビームスプリッターの表面の前記固定した角度は、斜めの角度である、請求項１２に記載のハウジング。
【請求項１６】
前記同一平面上の支持特徴部は、機械加工された表面及び位置決めピンからなるグループから選択される、請求項１２に記載のハウジング。
【請求項１７】
前記分析器は、ワイヤ格子偏光構成部品を備える、請求項１２に記載のハウジング。
【請求項１８】
前記分析器構成部品は、ワイヤ格子偏光構成部品を備える、請求項１２に記載のハウジング。
【請求項１９】
前記前段偏光器は、ポリマーベースの偏光器を備える、請求項１２に記載のハウジング。
【請求項２０】
ワイヤ格子偏光ビームスプリッター及び空間光変調器を出力光学経路と整列した状態で取り付けるためのハウジングであって、
（ａ）  照明軸に沿って提供された入射照明を受け入れるための開口部を有する前部プレートと、
（ｂ）  前記照明軸の前記経路に前記空間光変調器を取り付けるための変調器取り付け手段と、
（ｃ）  前記前部プレートから延在して、互いから間隔を隔てられた、第１及び第２の偏光器支持プレートと、
を備え、
前記第１及び第２の偏光器支持プレートの対面する内側表面の各々は、該内側表面の間に前記ワイヤ格子偏光ビームスプリッターを支持するための同一平面支持特徴部を提供し、
前記ワイヤ格子偏光ビームスプリッターは、前記対面する内側表面の間で該内側表面に垂直に延在し、該ワイヤ格子偏光ビームスプリッターの表面は、前記空間光変調器の表面に対して固定した角度をなし、該固定した角度は、前記空間光変調器からの光の反射によって、前記出力光学経路に沿って出力光軸を形成する、ハウジング。
【請求項２１】
ワイヤ格子偏光ビームスプリッター及び空間光変調器を出力光学経路と整列した状態で取り付けるための方法であって、
（ａ）  照明軸に沿って入射照明を差し向ける工程と、
（ｂ）  前記照明軸の前記経路に前記空間光変調器を取り付ける工程と、
（ｃ）  前記ワイヤ格子偏光ビームスプリッターを、互いから間隔を隔てられた第１及び第２の偏光器支持プレートの間に延在させる工程であって、
（i）前記第１及び第２の偏光器支持プレートの対面する内側表面の各々は、該内側表面の間に延在されたワイヤ格子偏光ビームスプリッターを支持するための同一平面支持特徴部を提供し、
（ii）前記第１及び第２の偏光器支持プレートの前記内側表面は、前記ワイヤ格子偏光ビームスプリッターの第１のエッジをレジストレーションするための第１のエッジ位置設定基準及び該ワイヤ格子偏光ビームスプリッターの第２のエッジをレジストレーションするための第２のエッジ位置設定基準の第１の点を形成し、該第２のエッジは、前記第１のエッジに垂直に隣接し、前記第２のエッジは、前記第１及び第２の偏光器支持プレートの間に延在し、
（iii）前記第２の偏光器支持プレートの前記内側表面は、前記第２のエッジ位置設定基準の第２の点を形成する、前記工程と、
を備え、
これによって前記ワイヤ格子偏光ビームスプリッターは、前記内側表面に垂直に支持され、該ワイヤ格子偏光ビームスプリッターの表面は、前記空間光変調器の表面に対して固定した角度をなし、該固定した角度は、前記出力光学経路に沿って出力光軸を形成する、方法。
【請求項２２】
前記ワイヤ格子偏光ビームスプリッターを前記第１及び第２の偏光器支持プレートの間に延在させる前記工程は、前記第２の偏光器支持プレートの前記内側表面に対する該ワイヤ格子偏光ビームスプリッターの接点で可撓性接着剤を塗布する工程を更に備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１及び第２の偏光器支持プレートの同一平面支持特徴部の間に分析器を延在させる工程を更に備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記出力光軸の整列のため前記空間光変調器の位置を調整する工程を更に備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記空間光変調器を取り付ける前記工程は、該空間光変調器を取り付けプレートに取り付ける工程を更に備え、該取り付けプレートは、前記第１及び第２の偏光器支持プレートに取り付けられている、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記固定した角度は、斜めの角度である、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、デジタル画像形成装置に係り、より詳しくは、偏光構成部品及び反射式ＬＣＤ空間光変調器を取り付けるためのフレーム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビジネスプレゼンテーション市場のための小型画像形成装置として最初に導入されたように、デジタルカラープロジェクターは、全体に亘る画像形成能力及び光出力能力において着実に改善された。しかし、デジタル運動画像プロジェクタが劇場で使用されるような従来の運動画像フィルムプロジェクタと競争するためには、多数の重要な技術的ハードルが残されていた。従来の運動画像プロジェクタとは異なり、高い品質のデジタル投影システムは、赤、緑及び青（ＲＧＢ）色の画像データのための別個の色変調経路を提供する。デジタルカラー投影装置の設計は、個々の色チャンネルの各々に形成された画像を載せた単色光ビームが、全色画像を投影するため、適切な強度及びレジストレーションで結合されるべきことを要求する。
【０００３】
図１を参照すると、米国特許公開番号２００３／０１３３０７９に記載されたようにデジタル運動画像投影装置１０のための簡単化された概略図が示されている。その内容は、ここで参照したことで本願に組み込まれる。各々の色チャンネル（ｒ＝赤、ｇ＝緑、ｂ＝青）は、変調光ビームを形成するための類似の構成部品を使用する。各経路内の個々の構成部品は、ｒ、ｇ又はｂが書き添えられたラベルが適切に付けられている。しかし、以降の説明のために、色チャンネルの間の識別は、必要時においてのみ特定化するものとする。光源２０は、照明リレーレンズ８０を介して二色性分離器２７に差し向けられた均一な照明を提供するため、光学系２２を均一化することにより調整された非変調光を提供する。二色性分離器２７は、白色光を、赤、緑及び青色チャンネルへと分割する。３つの色チャンネルの任意のものに続いて、光は光変調アッセンブリ３８へと至り、該アッセンブリでは、リレーレンズ８２が予備偏光器７０を通して光を偏光ビームスプリッター２４へと差し向ける。所望の偏光状態を有する光は、偏光ビームスプリッター２４を通して送られ、次に、空間光変調器３０により変調される。該空間光変調器３０は、画素箇所のアレイに亘って入射光の偏光状態を選択的に変調する。空間的光変調器３０の作用によって画像が形成される。偏光ビームスプリッター２４から反射された。この画像からの変調光は、分析器７２を介して、光軸Ｏｒ／Ｏｇ／Ｏｂに沿って送信され、光学折り畳みミラー３１を介して、２色結合器２６、典型的には、Ｘ線キューブ、フィリップスプリズム、又は、従来のシステムにおける２色表面の組み合わせへと、拡大リレーレンズ２９により差し向けられる。光学色選択偏光フィルター６０は、変調光経路に提供されてもよい。２色結合器２６は、別個の光軸Ｏｒ／Ｏｇ／Ｏｂからの赤、緑及び青の変調画像を結合し、例えば投影スクリーン等のディスプレイ表面４０に投影するため共通の光軸に沿って投影レンズ３２のための結合された多色画像を形成する。
【０００４】
図１の反射式液晶装置（ＬＣＤ）は、デジタルプロジェクター設計で幅広く使用されている空間光変調器の一種である。この装置は、偏光光を受け取り、該入射光の偏光を変調し、出力として色付き光ビームを提供する。偏光光を得るため、例えば、マクネイルプリズム等の偏光ビームスプリッタープリズムが、典型的には、偏光器及び分析器として構成された１つ以上の偏光要素の支持と共に用いられる。
【０００５】
変調光は、色画像を合成するため３つの色チャンネルの各々から組み合わされなければならないので、変調光の正確なレジストレーションが重要となる。変調光が空間光変調器３０の表面から反射されるとき、各ＬＣＤ表面の相対的な整列における角度誤差は、解像度においてかなりのシフトを引き起こしかねず、不満足な画像品質を与える。例えばコントラストの損失等の更なる画像品質問題は、特にビームスプリッター２４を偏光させるため、偏光支持構成部品の不完全な整列の結果であり得る。その上、熱膨張効果は、レジストレーションに更なるドリフトを引き起こし、偏光構成部品の性能を劣化させ得る。熱膨張は、高い輝度がハイエンドの投影装置の用途において要求されるので、該ハイエンドの投影装置に関して特別の懸念事項となる。これと同時に、画像形成構成部品と投影レンズとの間で最小化された光学経路長さに関して、コンパクトな光学パッケージが望ましい。これらの相容れない要求は、高い輝度の投影装置の設計を複雑にする。
【０００６】
画像レジストレーションに対する熱膨張の負の影響は、当該技術分野で知られている。この問題に答えて、米国特許番号６，３４５，８９５号（マキら）は、反射式空間光変調器、偏光ビームスプリッター及び関連する偏光支持部品を支持するための取り付けベースの使用を奨励していない。意義あることには、米国特許番号６，３４５，８９５号の開示内容は、低い膨張係数を有する金属又は複合材料から形成された取り付けベースの使用から逸脱することさえ示唆している。代替例として、米国特許番号６，３４５，８９５号で提案されたアプローチは、光学経路中の構成部品が熱膨張と整合したままであるように、空間光変調器の構成部品を、ビーム分割又は色結合のため使用されるガラスプリズム構成部品に直接取り付ける。これと同じ全体的なアプローチは、米国特許番号６，３７５、３３０（ミハラキス）、６，０５３，６１６号（フジモリら）及び６，０５６，４０７号（イイヌマら）でも教えられている。
【０００７】
プリズム部品への取り付けに関する一つの認知された問題は、初期整列それ自身を達成することにある。一例として、米国特許番号６，４０６，１５１号（フジモリ）は、ＬＣＤ構成部品をプリズムに整列した状態で接着固定するための方法を記載している。ガラス又はプラスチックのプリズム表面への直接的な取り付けは、熱膨張効果を最小にする利点を有する一方で、接着剤を使用する溶液に関して、ＬＣＤそれ自体に対する熱分散の懸念事項を倍化させ、構成部品の取り替えをコスト高で時間を消費する処置にするなどの数多くの欠点が存在するように思われる。
【０００８】
最近では、米国特許番号６，１２２，１０３号（パーキンズら）に開示されているように、高品質のワイヤ格子偏光器が可視光スペクトルで使用するため開発された。現存するワイヤ格子偏光器が、デジタルシネマ投影のため要求された高いコントラストを得るために必要とされる必要な性能特性の必ずしも全てを示すことができない一方で、これらの装置は多数の利点を持っている。これらの利点の中でも主要なものは以下の通りである。
（i）  良好な温度性能。ワイヤ格子偏光器は、上記したように、ガラスベースの偏光装置の特性である、温度応力による複屈折を示していない。
（ii）  ロバストネス。格子偏光器は、予期された光強度、温度、及び、デジタルシネマ投影のため必要とされる他の環境条件にも耐えることができることが示された。
（iii）  良好な角度応答。これらの装置は、従来のガラス偏光ビームスプリッターを使用して利用可能電極アルミニウムよりも高い開口数を有効に提供し、これにより、従来の装置と比較したとき光スループットの比較的高いレベルを可能にする。
（iv）  良好な色応答。これらの装置は、様々に異なる色チャンネルの条件の下で十分に実行する。しかし、青色チャンネル内の応答は、追加の補償を必要とし得ることが明記されなければならない。  
【０００９】
米国特許番号６，２３４，６３４号及び６，４４７，１２０号（両方ともハンセンらに付与された）と、米国特許番号６，５８５，３７８号（クルツら）は、格子偏光ビームスプリッターを使用した画像投影装置を開示している。ワイヤ格子偏光ビームスプリッターは、特にその小さいサイズ及び重量の軽さに起因して、従来のプリズムをベースとした偏光ビームスプリッターを超える利点を提供する。ワイヤ格子偏光器及び分析器の構成部品を使用した組み合わせで光変調にとって利点が存在し得ることを認めることができる。しかし、従来技術の投影装置で用いられる、よりありふれたビームスプリッター及び偏光器に関して、ワイヤ格子構成部品は、それ自身で熱膨張効果を受け、熱効果を考慮に入れた状態で、各色チャンネル内の空間的光変調器に関して適切に整列されなければならない。
【００１０】
Ｇ．Ｈ．ホーらによる「投影ディスプレイシステムにおけるワイヤ格子式偏光器の機械光学的特性」という標題のＳＩＤ０２ダイジェストの論文は、反射式ＬＣＤ空間光偏光器を使用した画像形成装置におけるワイヤ格子偏光器の構成部品を配備するための重要な設計上の考察を与える。比較的低いパワー投影装置における機械的拘束及び熱応力により引き起こされた問題を記するとき、ホーらの論文は、ワイヤ格子偏光ビームスプリッターのための従来の取り付け技術の全体的な負の影響に焦点を当てている。顕著なことには、ホーらの開示内容は、ワイヤ格子ビームスプリッターを介して変調光を送信する反射式ＬＣＤ空間光変調器を使用する画像形成システムに関する。この種のシステムにおける固有の問題は、卵子を含み、ホーらの論文で説明された技術を使用して修正することができる。ホーらの論文に記載された他の問題の中には、ワイヤ格子偏光ビームスプリッターへの熱効果により引き起こされた表面変形が存在している。低いパワーから中間パワーの投影装置に関する問題は、ホーらの論文中で焦点を当てられたように、より高いエネルギー投影設備に対してよりいっそうの問題として表明されることを理解することができる。
【００１１】
ワイヤ格子偏光ビームスプリッターを取り付けるための重要な設計上の考察の中には、この構成部品の表面が空間的光変調器の表面及び分析器の表面の両方に対して正確に４５度の配位に維持することがある。電子投影装置の設計で解決されなければならない関連する問題は、ワイヤ格子偏光ビームスプリッター及び投影光学経路の両方に対する空間光変調器それ自身の整列である。熱的ドリフトの負の効果無しに正確な整列を維持することは、ハイエンドの電子投影装置にとって重要な設計上の目標である。
【００１２】
ホーらの構成の画像形成の応用とは異なり、図１の投影装置１０（本発明は、その一部分である）は、光を画像形成レンズに向けて反射させる反射式ＬＣＤ空間光変調器３０ｒ、３０ｇ、３０ｂを使用して変調光を対応する偏光ビームスプリッター２４ｒ、２４ｇ、２４ｂに戻すように差し向ける。従来のプリズムをベースとした偏光ビームスプリッターの構成部品に代えてワイヤ格子偏光ビームスプリッターを代用するためには、ホーらにより焦点を当てられた熱的効果を考慮しなければならない。しかし、偏光ビームスプリッターの位置が変調光の経路内で反射表面としてあるので、画像形成問題上に固有の熱的影響は、ホーらの論文で説明されたシステムに対してよりもよりいっそう顕著なものとなる。即ち、偏光ビームスプリッター２４ｒ、２４ｇ、２４ｂの代わりに使用されるワイヤ格子偏光ビームスプリッターの構成部品を用いて、収束、コントラスト、及び、一般的な波面収差は、光学設計者にとって深刻な懸念となる。これらの光学効果は、表面変形、横方向シフト、又は、傾斜及び／又は回転に起因しており、これらの全ては、熱的応力により誘起され得る。ホーらは、高い強度の照明で遭遇する問題を考察しなかったばかりではなく、反射構造で負うことになるこれらの問題も考察せず、その解答もホーらによっては考察されなかった。
【００１３】
別の最近の文献として、米国特許出願公開番号２００３／０１１７７０８（ケイン）は、ワイヤ格子偏光ビームスプリッターと、空間光偏光器と、不活性ガスで充填されるか又は真空状態にされた内部空間を有する投影レンズと、から構成された密封エンクロージャを開示している。米国公開番号２００３／０１１７７０８で述べられた目標の中には、腐食からのワイヤ格子の保護、並びに、光学アッセンブリの取り扱いや組み立て式のパッケージングが含まれている。このアプローチは、単一の空間光変調器のみを用いている小規模な投影環境で有用であり得るが、米国公開番号２００３／０１１７７０８の装置及び方法は、例えば動画劇場で使用するための商業上の使用のために設計された全色投影装置の高熱環境には適していない。その上、高品質のデジタル投影は、高品質の投影光学系を備えた、各色チャンネルのための別個の空間光変調器の使用を必要としている。適切なコントラストを提供するため、偏光ビームスプリッターのための追加の支持構成部品が、更なる偏光度の選択を提供するべく必要とされる。これらの支持偏光構成部品の偏光ビームスプリッター及び画像形成経路全体との相対的な整列は重要である。米国公開番号２００３／０１１７７０８には、これらの支持構成部品を配置させたり、追加するための用意が何もなされていない。さらには、米国公開番号２００３／０１１７７０８の方法は、密封エンクロージャ内での過度の拘束及び熱的封じ込めの結果として高熱環境で誘起される熱的歪及び応力複屈折に起因した解決を予想もしなければ提供もしていない。
【００１４】
かくして、ワイヤ格子偏光器及び偏光ビームスプリッターは、デジタル投影装置のための利点を提供するが、熱膨張効果により与えられた整列及び複雑さの問題は、これらの構成部品から適切な性能を得るためには解決されなければならないことが見て取れる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、空間光変調器を取り付け、機械的にロバストな偏光構成部品を支持するための装置及び技術を提供し、画像品質を劣化させること無しに熱膨張を可能にすると共に光変調経路内の直線的な整列を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題に鑑みて、本発明は、ワイヤ格子偏光ビームスプリッター及び空間光変調器を出力光学経路と整列した状態で取り付けるためのハウジングを提供し、該ハウジングは、
（ａ）  照明軸に沿って提供された入射照明を受け入れるための開口部を有する前部プレートと、
（ｂ）  前記照明軸の前記出力光学経路に前記空間光変調器を取り付けるため、前記前部プレートに平行に間隔を隔てられた変調器取り付けプレートと、
（ｃ）  前記前部プレート及び前記変調器取り付けプレートの間に延在して、互いから間隔を隔てられた、第１及び第２の偏光器支持プレートと、
を備え、
前記第１及び第２の偏光器支持プレートの対面する内側表面の各々は、該内側表面の間に前記ワイヤ格子偏光ビームスプリッターを支持するための同一平面支持特徴部を提供し、
前記ワイヤ格子偏光ビームスプリッターは、前記対面する内側表面の間で該内側表面に垂直に延在し、該ワイヤ格子偏光ビームスプリッターの表面は、前記変調器取り付けプレート上の前記空間光変調器の表面に対して固定した角度をなし、該固定した角度は、前記出力光学経路に沿って出力光軸を形成する。
【００１７】
本発明の特徴は、空間光変調器と単一色チャンネルのための支持偏光構成部品とのためのモジュール式ハウジングを提供することである。
本発明の利点は、変調光のための光学経路に対してワイヤ格子偏光ビームスプリッターを正確に整列させるための取り付け方法を提供することである。本発明の装置及び方法を使用したとき、一旦、ハウジングが適所に取り付けられたならば、偏光ビームスプリッターへの調整は不必要となる。空間光調整器の位置決めのための僅かな調整のみが任意の色チャンネルにおいて必要となるだけである。
【００１８】
本発明の装置及び方法の更なる利点は、従来の光学製作上の許容範囲を、正確な整列ハウジングを製造するときに使用可能としたことである。
本発明の装置及び方法の更なる利点は、支持偏光構成部品の再調整を必要とすることなく単一色チャンネルのための空間光変調器の交換を可能にしたことである。単一色チャンネルのための変調偏光構成部品の完全な組が単一のユニットとしてパッケージ化されており、保守点検のための取り外しを容易にすることができる。
【００１９】
本発明のなお更なる利点は、ロバストで、熱膨張効果を許容する偏光構成部品のための取り付け構成を提供することである。
本発明の上記及び他の目的、特徴並びに利点は、本発明の実施例が示され、説明された、図面と関連付けて次の詳細な説明を読むとき、当業者に明らかとなろう。
【００２０】
本明細書は、本発明の特定事項を特に指摘し明白に請求している請求の範囲で締めくくられるが、本発明は、添付図面と関連付けられたとき次の説明からより良く理解されると考えられる。
【実施例】
【００２１】
本説明、特に、本発明に係る装置の一部を形成する構成要素、又は、より直接的に協働する構成要素に関する。詳細に示されず又は詳細に説明されていない要素は、当業者に周知された様々な形態を取り得ることが理解されるべきである。
【００２２】
図２及び図３を参照すると、空間光変調器３０、並びに、単一の色変調チャンネル、好ましい実施例では青チャンネルのためのその支持偏光構成部品を投影装置１０内部のシャシ壁１０４に取り付けるためのハウジング１００の斜視図が示されている。単色照明Iが、方向転換ミラー３１に差し向けられ、該ミラーは、照明Iを拡大リレーレンズ８２と、リングボア１０２を通して、ハウジング１００内へと反射させる。光軸Ｏｂに沿った出力変調光は、図１を参照して説明されたように、縮小リレーレンズ２８を通して指し向けられ、  結合投影光学系へと至る。変調器マウント１０６は、ハウジング１００の一部として取り付けられている。
【００２３】
図４を参照すると、ハウジング１００の内部構成部品及び全体的構成を示すため分析器７２が取り外された状態の斜視前面図が示されている。変調器取り付け部１０６は、変調器取り付けプレート１１０に取り付けられている。変調器取り付けプレート１１０に嵌合されているものは、頂部プレート１１２及びベースプレート１２０であり、これらは、変調器取り付けプレート１１０及びリングボア１０２を分離している。ハウジング１００内には、ワイヤ格子偏光ビームスプリッター１２２が、空間光変調器３０の表面に対して固定された斜め角度で配置されている。レジストレーション凹部１１８は、ベースプレート１２０のエッジに沿って形成され、分析器７２の底部エッジのための座席を提供している。前段偏光器７０がリングボア１０２により提供された凹部１０８内に取り付けられ、例えばRTV式接着剤等の可撓性のある従順な接着剤を使用して適所に軽く固定されている。
【００２４】
図７を参照すると、変調器取り付けプレート１１０が取り外された状態のハウジング１００の斜視図が示されている。頂部プレート１１２、ベースプレート１２０及びリングボア１０２からなるハウジング１００の一部分は、例えば鋳造等により、単一のユニットとして製作されている。ハウジング１００が如何なる態様で製作されようとも、ベースプレート１２０及び頂部プレート１１２の対面する表面上の対応する支持特徴部は、ワイヤ格子偏光ビームスプリッター１２２と分析器７２とをこれらの表面の間に最小の拘束状態でレジストレーションするため互いに整列されていなければならない。ワイヤ格子偏光ビームスプリッター１２２は、ベースプレート１２０及び頂部プレート１１２上の同一平面のレジストレーション表面１２４及び１２４’に対して各々適合されている。ワイヤ格子偏光ビームスプリッター１２２の底部エッジは、ビームスプリッターの座席ベース部１２８の頂上に着座している。一実施例では、同一平面のレジストレーション表面１２４及び１２４’は、頂部プレート１１２及びベースプレート１２０の組み立てに続いて、リングボア１０２へと機械加工することにより、同一平面であるように整列される。エッジ案内部１２６及び１２６’は、ハウジング１００内にあるとき偏光ビームスプリッター１２２のエッジと同一直線上にあるように同じ作業で同様に機械加工される。
【００２５】
同様に、支持分析器７２に対して、ベースプレート１２０上のレジストレーション凹部１１８は、その後側表面が、頂部プレート１１２の側部表面１１６と同一平面となるように整列される。スロット１１４は、頂部プレート１１２及びベースプレート１２０に設けられ、偏光ビームスプリッターの１つ又は両方の表面に亘って、周囲空気又は専用に流された空気の空気流れ１０９を最大にし、隣接する偏光及び変調の構成部品に追加の冷却を提供する。さらには、偏光ビームスプリッターを冷却することは、偏光ビームスプリッター及び／又はその取り付け部の微分熱膨張を防止するという追加の利点を持つことができる。この微分熱膨張は、偏光ビームスプリッターをその通常の位置から回転させ、かくして収束（スクリーン位置）誤差を惹起するおそれがある。
【００２６】
ベースプレート１２０及び頂部プレート１１２は、機械加工され又は鋳造された金属構成部品のための従来の接合法を使用して変調器取り付けプレート１２０及びリングボア１０２内に嵌合させることができる。図４に示されるようにハウジング１００の外側シェルを形成するため、ピン及び戻り止めを、これらの構成部品の整列のため使用することができる。当該構成部品は、単一のモジュール式構成部品としてハウジング１００を形成するため一緒に螺合される。均一の熱膨張のために、ベースプレート１２０、頂部プレート１１２、変調器取り付けプレート１１０及びリングボア１０２の製作のため、同様の材料が使用される。好ましい実施例では、ベースプレート１２０、頂部プレート１１２、変調器取り付けプレート１１０及びリングボア１０２がアルミニウムから作られている。代替例として、低い熱膨張係数を有する他の材料、例えばインバー又は他の種類のステンレス鋼を使用することができる。
【００２７】
照明システム（図２及び図３で示されたように軸I）との正確な整列は重要ではない。非変調光の経路内の整列のため可能となる許容範囲が存在している。有利には、ハウジング１００は、更なる手動整列が不必要となるように、可能となる許容範囲内に照明軸Iへの自動センターリングを提供する。図３に戻って参照すると、リレーレンズ８２の鏡筒は、それ自体、シャシ壁１０４に固定されているリングボア１０２内への嵌合によって、この自動センターリングを提供する。
（偏光構成部品の整列）
図５を参照すると、頂部プレート１１２及びリングボア１０２が取り外された状態で、分析器７２が適所に示された状態で、偏光及び変調の構成部品の斜視図が示されている。図５は、変調器取り付けプレート１１０及びベースプレート１２０の構成の詳細を示している。図７に関して記載されたように、ベースプレート１２０は、同一平面のレジストレーション表面１２４を有し、空間光変調器３０に関して必要とされた固定角度でワイヤ格子偏光ビームスプリッター１２２を着座させるための位置設定基準を提供する。好ましい実施例では、この固定した角度は４５度である。図７に最も明瞭に示された、ビームスプリッター座席ベース部１２８は、図５に示されたようにｙ方向におけるワイヤ格子偏光ビームスプリッター１２２の整列のための垂直位置設定基準を提供する。同一平面のレジストレーション表面１２４は、ｚ方向におけるワイヤ格子偏光ビームスプリッター１２２の整列のための位置設定基準を提供する。ベースプレート１２０内のエッジ案内部１２６は、同一平面レジストレーション表面１２４に沿って、即ち図５に示されたようにｘ方向にワイヤ格子偏光ビームスプリッター１２２の水平整列のための位置設定基準点として機能している。図７に示されるように、頂部プレート１１２の対応するエッジ案内部１２６’は、ベースプレート１２０内のエッジ案内部１２６と整列され、ベースプレート１２０及び頂部プレート１２２の間に延在する偏光ビームスプリッター１２２の一エッジの水平方向（ｘ方向）の整列のための一対の位置設定基準点を提供する。
【００２８】
ハウジング１００の設計では、偏光構成部品の熱膨張は、制御された方向、対向する位置設定基準の点又は面で可能とされる。エッジ案内部１２６及び同一平面レジストレーション表面１２４の使用は、エッジ案内部１２６の近傍の接触コーナー点から外側へのワイヤ格子偏光ビームスプリッター１２２の熱膨張を可能にする。ワイヤ格子偏光ビームスプリッター１２２のその底部エッジ近傍の表面は、ベースプレート１２０上の同一平面レジストレーション表面１２４に着座されている。ワイヤ格子偏光ビームスプリッター１２２の頂部エッジは、この頂部エッジに沿って熱膨張が許された状態で、頂部プレート１１２の同一平面レジストレーション表面１２４’の表面に寄りかかっている。ワイヤ格子偏光ビームスプリッター１２２の底部エッジを着座するベース１２８に対して安定化するため、並びに、ワイヤ格子偏光ビームスプリッター１２２の頂部エッジを頂部プレート１１２の同一平面レジストレーション表面１２４’の表面に対して安定化させるため例えばRTV式接着剤等、可撓性のある従順な少量の接着剤を使用することができる。同様に、図７に示されるように、レジストレーション凹部１１８に対して着座された分析器７２は、側部表面１１６に可撓的に接着されたその頂部エッジのところで膨張することができる。熱膨張のための許容範囲を許し、且つ、予測可能な方向（図５に示されるようにｘ及びｙ）でのみ膨張を可能にさせることによって、ハウジング１００の設計は、熱効果に起因した、ワイヤ格子偏光ビームスプリッター１２２及び分析器７２の曲がり又は他の歪みを最小にする。
【００２９】
図４、５及び７に示されるようなハウジング１００の製作は、色チャンネルのための投影光学系に対する偏光変調構成部品の初期の適切な位置決めを可能にし、即ち、３つの偏光構成部品（前段偏光器７０、ワイヤ格子偏光ビームスプリッター１２２及び分析器７２）並びに空間光変調器３０の初期整列を提供する。勿論、現在の製作技術を使用して約０．５度以内の正確さで、これらの構成部品の正確な偏光軸とのワイヤ格子偏光構成部品のエッジの整列に関連した、小さな許容範囲が残されている。
【００３０】
従来の光学許容範囲及び機械加工のプラクティスを、ハウジング１００の製作で用いることができる。有利には、ハウジング１００は、３つの偏光構成部品を、必要とされる精度で組み立てることを可能にし、一旦これらの構成部品が適所に設定されたならば更なる調整を必要としない。ハウジング１００は、シャシ壁１０４に対して取り付けることができる。出力光学経路（例えば図３又は５ではＯｂ）に対する正確な整列は、変調器取り付けプレート１１０上の空間光変調器３０の相対的位置を調整することにより得られる。この最終精度の整列は、典型的には数ミクロンのオーダーのマイナーな調整であり、一旦、投影装置１０の組み立てが完了したならば、なすことができる。
【００３１】
必要とされる正確さで画像レジストレーションを提供するため、次の整列が特に重要となる。
（i）  図５に示されるように、ワイヤ格子偏光ビームスプリッター１２２の出力光軸Ｏｂに対する整列
（ii）  空間光変調器３０に対するワイヤ格子偏光ビームスプリッター１２２の整列
（iii）  ワイヤ格子偏光ビームスプリッター１２２及び出力光軸Ｏｂに対する分析器７２の整列
かくして、本発明の装置及び方法によれば、上記整列（i）及び（iii）は、図２に示されるように、ハウジング１００内に構成部品を組み付け、ハウジング１００をシャシ壁１０４に取り付けることにより達成される。上記整列（ii）は、空間光変調器３０が変調器取り付けプレート１１０に対して位置決めされ、適所で調整されることを必要とする。この構成によれば、元の場所での唯一の調整、即ち、空間光変調器３０の調整が、各色チャンネル内で光変調アッセンブリ３８の構成部品の光学的整列のために必要とされる。
【００３２】
図６は、ワイヤ格子偏光ビームスプリッター１２２を通って伝達され、該ビームスプリッターから反射された代表的な光円錐を示す斜視図を表している。
照明経路Ｉに対する前段偏光器７０の整列は、リングボア１０２内のその取り付けにより提供され、ハウジング１００が完全に組み立てられたとき、十分に許容範囲に収まっている。
（空間光変調器３０に対する整列）
図１に戻って参照すると、空間光変調器３０のための整列の問題をより容易に理解することができる。各色チャンネルＯｒ／Ｏｇ／Ｏｂは、出力光軸Ｏに対する正確な整列のため、二色性結合器２６に対して整列されなければならない。ハウジング１００を使用して、各空間的光変調器３０の変調器取り付けプレート１１０上の最初に取り付けられるときの位置は、既に、理に適った整列許容誤差範囲にあり、典型的には、数画素範囲に収まっている。例えば光学整列分野の当業者に知られているような投影画像ターゲットを使用した、各空間的光変調器３０の僅かな調整は、投影装置１０内で最終的な整列を可能にする。この整列が達成されたとき、各空間的光変調器３０を、光学機械分野で周知された接着剤及び技術を使用して適所にはめ込むことができる。
【００３３】
ハウジング１００の設備に関する２次的な設計上の考察は、画像コントラストを低下させ得る光の漏れを最小にすることに関連する。図５を参照すると、照明経路Ｉからの迷光Ｓは、空間光変調器３０に完全に伝達されるのではなく、ワイヤ格子偏光ビームスプリッター１２２の表面から反射し得る。この望ましくない反射迷光Ｓの経路における任意種類の反射表面は、出力軸Ｏｂの方向にワイヤ格子偏光ビームスプリッター１２２を通ってこの光の一部を反射し、これによってコントラストを低下させ得る。かくして、可能な迷反射光Ｓの経路内に非反射性の材料を使用することが推奨される。一実施例では、光吸収材料が迷光Ｓの経路内に設けられる。
【００３４】
「頂部」及び「底部」の表示は、一実施例におけるハウジング１００のレイアウト及びその構成部品に言及している。ハウジング１００の角度を形成した配位は、本発明の範囲内で変更することができる。整列のための同一平面の位置設定基準表面は、例えばピン又は他の位置決め特徴を使用して頂部プレート１１２及びベースプレート１２０に設けられた適切に配置された取り付け点の配列により提供することができる。分析器７２及び前段偏光器７０の構成部品は、それ自体でワイヤ格子偏光構成部品であるか又は他の種類の従来の平面偏光装置であってもよい。分析器７２は、例えばポリマーベースの偏光器であってもよい。
【００３５】
熱膨張を補償するため偏光器の構成部品をガラスプリズムの構成部品に取り付ける、電子画像投影システムにおける従来の取り付けアプローチとは異なり、本発明のハウジング１００は、これらの構成部品を互いに対して必要とされる位置関係に維持する別個の構成を提供する。米国特許番号６，３４５，８９５号が、金属ベース上で変調偏光構成部品を支持することを奨励していない一方で、本発明は、ベースプレート１２０を、これらの構成部品のための主要な支持構造部として用いているハウジング１００を提供する。偏光構成部品の互いに対して及び空間光変調器に対して必要とされる整列を得るため多数のセッティング及び調整を必要とする従来技術の解決法とは異なり、本発明のハウジング１００は、色チャンネルの変調偏光構成部品を色結合光学系と整列させるために空間光変調器３０のごく僅かな調整しか必要としないように、これらの構成部品の位置を維持する。これと同時に、ハウジング１００の設計は、単に標準的な光学的許容範囲しか用いずに製作及びマッチング技術を使用してこの正確な整列を提供する。構成部品を結合プリズムに取り付ける装置とは異なり、本発明のハウジング１００は、各色チャンネルが、独立に組み立てられ、調整され、保守点検されることを可能にし、投影装置１０の単一の色チャンネルの調整の影響を全体として最小にする。多数のシート金属構成部品を備える従来技術の解決法とは異なり、本発明のハウジング１００は、高いエネルギーの投影システムに適した、偏光変調構成部品を取り付けるための単一の頑健なフレームを提供する。
【００３６】
かくして、上記で提供されたものは、熱的にロバストで、直線的な整列技術を可能にする構成で、偏光構成部品及び反射式ＬＣＤ空間光変調器を取り付けるための装置及び方法である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、反射式ＬＣＤ空間光変調器を使用した投影装置のための構成部品の全体的構成を示す概略的ブロック図である。
【図２】図２は、光学経路内の他の構成部品と関連して、本発明のハウジングの構成部品を示す斜視図である。
【図３】図３は、図２に示された詳細部品を取り付けること無く本発明のハウジングの構成部品を拡大して示した斜視図である。
【図４】図４は、本発明のハウジングの内部の構成部品を、分析器を取り外した状態で示した斜視図である。
【図５】図５は、頂部カバープレートを取り外した状態で、変調及び偏光のための本発明のハウジングの内部構成部品を示した斜視図である。
【図６】図６は、頂部カバープレートが取り外され、代表的な光円錐が照明及び変調光のために示された状態で、本発明のハウジングの内部構成部品を示した斜視図である。
【図７】図７は、空間光変調器の取り付けのため使用される取り付けプレートから分離されたキー支持構造部を示す拡大斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０    投影装置
２０    光源
２２    均一光学系
２４    偏光ビームスプリッター
２４ｒ  偏光ビームスプリッター、赤
２４ｇ  偏光ビームスプリッター、緑
２４ｂ  偏光ビームスプリッター、青
２６    二色性結合器
２７    二色性分離器
２８    拡大リレーレンズ
２８ｒ  拡大リレーレンズ、赤
２８ｇ  拡大リレーレンズ、緑
２８ｂ  拡大リレーレンズ、青
３０    空間光変調器
３０ｒ  空間光変調器、赤
３０ｇ  空間光変調器、緑
３０ｂ  空間光変調器、青
３１    折り畳みミラー
３２    投影レンズ
３８    光変調アッセンブリ
３８ｒ  光変調アッセンブリ、赤
３８ｇ  光変調アッセンブリ、緑
３８ｂ  光変調アッセンブリ、青
４０    ディスプレイ表面
６０    色検知偏光フィルター
６０ｒ  色検知偏光フィルター、赤
６０ｇ  色検知偏光フィルター、緑
６０ｂ  色検知偏光フィルター、青
７０    前段偏光器
７２    分析器
８０    照明リレーレンズ
８２    リレーレンズ
１００    ハウジング
１０２    リングボア
１０４    シャシ壁
１０６    取り付けマウント
１０８    凹部
１０９    空気の流れ
１１０    変調器取り付けプレート
１１２    頂部プレート
１１４    スロット
１１６    側部表面
１１８    レジストレーション凹部
１２０    ベースプレート
１２２    ワイヤ格子偏光ビームスプリッター
１２４    同一平面レジストレーション表面
１２４’  同一平面レジストレーション表面
１２６    エッジ案内部
１２６’  エッジ案内部
１２８    ビームスプリッター座席ベース
【図１】
2007502436.tif 000003
【図２】
2007502436.tif 000004
【図３】
2007502436.tif 000005
【図４】
2007502436.tif 000006
【図５】
2007502436.tif 000007
【図６】
2007502436.tif 000008
【図７】
2007502436.tif 000009
【国際調査報告】
2007502436.tif 000010
2007502436.tif 000011
2007502436.tif 000012