(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏光状態である第１色の光、並びに、前記第１の偏光状態と直交する第２の偏光状態であり時間的に分離された第２色の光および第３色の光を有する入力光のうち、前記第１色の光を第１の方向に、前記第２色の光および前記第３色の光を第２の方向に出力するビーム分離素子と、
前記ビーム分離素子から前記第１の方向に出力された前記第１色の光を受け取り、ＯＮ画素に対応する前記第１色の光を表示用の第１色の光として出力する第１のパネルと、
前記ビーム分離素子から前記第２の方向に出力された前記第２色の光および前記第３色の光を順次受け取り、ＯＮ画素に対応する前記第２色の光および前記第３色の光を表示用の第２色の光および表示用の第３色の光として順次出力する第２のパネルと、
前記表示用の第１色の光、前記表示用の第２色の光および前記表示用の第３色の光を受け取り、前記表示用の第１色の光の偏光状態と前記表示用の第２色の光および前記表示用の第３色の光の偏光状態とを同一にして出力する偏光素子と、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記偏光素子は、前記表示用の第１色の光の偏光を回転して、前記表示用の第１色の光の偏光状態と前記表示用の第２色の光および前記表示用の第３色の光の偏光状態とを同一にすることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のパネルは、ＯＮ画素に対応する前記第１色の光の偏光をπ／２回転し、前記表示用の第１色の光として出力し、
前記第２のパネルは、ＯＮ画素に対応する前記第２色の光および前記第３色の光の偏光を順次π／２回転し、前記表示用の第２色の光および前記表示用の第３色の光として順次出力し、
前記ビーム分離素子は、前記第１のパネルから出力された前記表示用の第１色の光および前記第２のパネルから出力された前記表示用の第２色の光および前記表示用の第３色の光を受け取って、第３の方向に出力し、
前記偏光素子は、前記ビーム分離素子から前記第３の方向に出力された前記表示用の第１色の光の偏光状態と、前記ビーム分離素子から前記第３の方向に出力された前記表示用の第２色の光および前記表示用の第３色の光の偏光状態と、を同一にすることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の偏光状態はＰ偏光であり、前記第２の偏光状態はＳ偏光であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記第１の偏光状態はＳ偏光であり、前記第２の偏光状態はＰ偏光であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
白色光を受け取り、前記第１の偏光状態である前記第１色の光、並びに、前記第２の偏光状態であり時間的に分離された前記第２色の光および前記第３色の光を前記ビーム分離素子に出力する変調器をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
ビーム分離素子を用いて、第１の偏光状態である第１色の光、並びに、前記第１の偏光状態と直交する第２の偏光状態であり時間的に分離された第２色の光および第３色の光を有する入力光のうち、前記第１色の光を第１の方向に、前記第２色の光および前記第３色の光を第２の方向に出力する第１出力工程と、
第１のパネルを用いて、前記第１の方向に出力された前記第１色の光を受け取り、前記第１のパネルのＯＮ画素に対応する前記第１色の光を表示用の第１色の光として出力する第２出力工程と、
第２のパネルを用いて、前記第２の方向に出力された前記第２色の光および前記第３色の光を順次受け取り、前記第２のパネルのＯＮ画素に対応する前記第２色の光および前記第３色の光を表示用の第２色の光および表示用の第３色の光として順次出力する第３出力工程と、
偏光素子を用いて、前記表示用の第１色の光、前記表示用の第２色の光および前記表示用の第３色の光を受け取り、前記表示用の第１色の光の偏光状態と前記表示用の第２色の光および前記表示用の第３色の光の偏光状態とを同一にして出力する偏光工程と、
を含むことを特徴とする投写方法。
【請求項８】
前記偏光工程において、前記表示用の第１色の光の偏光を回転して、前記表示用の第１色の光の偏光状態と前記表示用の第２色の光および前記表示用の第３色の光の偏光状態とを同一にすることを特徴とする請求項７に記載の投写方法。
【請求項９】
前記第２出力工程において、前記第１のパネルのＯＮ画素に対応する前記第１色の光の偏光をπ／２回転し、前記表示用の第１色の光として出力し、
前記第３出力工程において、前記第２のパネルのＯＮ画素に対応する前記第２色の光および前記第３色の光の偏光を順次π／２回転し、前記表示用の第２色の光および前記表示用の第３色の光として順次出力し、
前記ビーム分離素子を用いて、前記第２出力工程で出力された前記表示用の第１色の光および前記第３出力工程で出力された前記表示用の第２色の光および前記表示用の第３色の光を受け取って、第３の方向に出力する第４出力工程をさらに含み、
前記偏光工程において、前記第３の方向に出力された前記表示用の第１色の光の偏光状態と、前記第３の方向に出力された前記表示用の第２色の光および前記表示用の第３色の光の偏光状態と、を同一にすることを特徴とする請求項７または８に記載の投写方法。
【請求項１０】
前記第１の偏光状態はＰ偏光であり、前記第２の偏光状態はＳ偏光であることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の投写方法。
【請求項１１】
前記第１の偏光状態はＳ偏光であり、前記第２の偏光状態はＰ偏光であることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の投写方法。
【請求項１２】
変調器を用いて、白色光を受け取り、前記第１の偏光状態である前記第１色の光、並びに、前記第２の偏光状態であり時間的に分離された前記第２色の光および前記第３色の光を前記第１出力工程に出力する変調工程をさらに含むことを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載の投写方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投写型表示器に用いられる２パネル投写システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
３パネルシステムと単パネルシステムとの魅力的な折衷として、２パネルシステムがある。３パネルシステムは高輝度であるが、部品点数も多い。単パネルは、パネルの位置合わせがなく部品点数も少ないという簡易なシステムであるが、色加工のための光量およびポテンシャルが小さい。
【０００３】
単パネル投写システムとして、テキサス・インスツルメンツ(Texas Instruments)のデジタル光処理（ＤＬＰ）技術が知られている。例えば、米国特許番号５６１２７５３を参照することができる。これには、原色を順次的に並べるのに回転色ホイール(a rotating color wheel)が用いられている。天然色画像は、順次の複数原色フレームとして生成されて、目にはそれが時間的に合成されて見える。この色ホイールは、固体色シャッタと比較して好ましくはないが、偏光に対して非感応性であるために現在ではＤＬＰ技術に用いられている。順次システムを向上させるために、安価なシリコン上単液晶（ＬＣＯＳ）パネルが使われ始めている。この順次システムは、偏光に用いられ、液晶によるダイナミック偏光変調器と整合性がよい。この単パネルシステムは、小型で軽量その結果として安価である。しかしながらこの単パネルシステムでは、常時、光の３分の２が遮られてしまうため、その性質により３パネルシステムに比べて効率が低い。この単パネルシステムにおいても、色散逸を避けるため高フレーム速度が要求される。最小フィールド速度が１５０から１８０Ｈｚであるとしても、加工の緩和(artifact mitigation)によりフィールド速度は３倍かそれ以上に引き上げられる。
【０００４】
３パネルシステムは、光を３個の原色のビームに空間的に分割し、つぎにこれら３原色ビームが２つの色分割操作により３個の別個のパネルに入光される構成を採用する。これらのパネルから放射された光はその後に再結合され、天然色画像を形成するように投写される。このシステムは、非常に効率がよくて散逸を十分避けることができるのでビデオ、サブビデオ・リフレッシュ速度(video or sub-video refresh rate)を有するにもかかわらず、今日では最もよく用いられる例の一つである。しかしながら、２つの色分割操作は光を３個の別個の光に分割する必要があることから、結果としてシステムの大型化および部品点数が増えて、高額かつ高重量となる。
【０００５】
なお上述の引用は、追記的または代替的な詳細や技術背景を適宜教示するためにここに組み入れられる。なお、本出願に対応する外国の特許出願においては下記の文献が発見または提出されている。
【特許文献１】
米国特許第５５１７３４０号明細書
【特許文献２】
米国特許第５５３４９４９号明細書
【特許文献３】
米国特許第５７５１３８４号明細書
【特許文献４】
米国特許第６２１７１７４号明細書
【特許文献５】
米国特許第６２８００３４号明細書
【特許文献６】
米国特許第６３８８７１８号明細書
【特許文献７】
米国特許第６３９０６２６号明細書
【特許文献８】
米国特許第６４１９３６２号明細書
【特許文献９】
米国特許第６６３６２７６号明細書
【特許文献１０】
米国特許第６６５０３７７号明細書
【特許文献１１】
欧州特許出願公開第１１５４６５４号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる２パネル投写システムを提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の第１の形態による装置は、第1の色の画像情報を受け取る第1の反射パネルと、第２の色および第３の色の画像情報を受け取る第２の反射パネルと、第１の色、第２の色および第３の色を含む光を受け取って変調する時間的変調器と、前記第１の色の光を前記第１の反射パネルに向けて反射および透過するとともに、前記第２および第３の色の光を当該第２の反射パネルに向けて反射および透過し、前記第１の反射パネルにより反射された画像と前記第２の反射パネルにより反射された画像とを結合する単一の反射／透過面を有するビーム分割・結合素子とを備える。
【０００８】
本発明の第２の形態による装置は、第1の色の画像情報を受け取る第1の透過パネルと、第２の色および第３の色の画像情報を受け取る第２の透過パネルと、 第１の色、第２の色および第３の色を含む光を受け取って変調する時間的変調器と、一方が少なくとも前記第１の色の光を前記第１の透過パネルに向けて反射または透過するとともに、他方が前記第２および第３の色の光を当該第２の透過パネルに向けて反射または透過する２個の反射・透過面を有し、さらに、前記第１の透過パネルおよび前記第２の透過パネルからの画像を結合するビーム分割・結合素子とを備える。
【０００９】
本発明の第３の形態による装置は、第1の色の画像情報を受け取る第1のパネルと、第２の色および第３の色の画像情報を受け取る第２のパネルと、第１の色、第２の色および第３の色を含む光を受け取って、前記第１の色の光および前記第２の色の光、または前記第１の色の光および前記第３の色の光のいずれかを透過する時間的変調偏光ユニットと、前記第１の色の光を前記第１のパネルに方向付けするとともに、前記第２または第３の色の光を当該第２の透過パネルに方向付けするビーム分割・結合素子とを備える。
【００１０】
本発明の第４の形態による装置は、少なくとも第1の色の光を受け取り、第１の色の画像を出力する第1のパネルと、第２の色および第３の色の光を順次的に受け取り、第２の色および第３の色の画像を順次的に出力する順次パネルと、 第１の色、第２の色および第３の色を含む光を受け取って、前記第１の色の光および前記第２の色の光、または前記第１の色の光および前記第３の色の光のいずれかを透過する時間的変調器と、前記時間的変調器と光学的に結合するビーム分割器とを備え、前記ビーム分割器は、前記光を受け取り少なくとも前記第１の色の光を前記第１のパネルへ方向付け、前記第２の色の光および第３の色の光を前記順次パネルへ方向付けし、前記ビーム分割器は、さらに前記第２の色の画像および第３の色の画像を生成するように前記第２の色の光および第３の色の光を順次、前記順次パネルへと出力し、前記ビーム分割器は、前記第１の色の画像を前記第２の色の画像または前記第３の色の画像と結合し、前記第１のパネル、前記順次パネルおよび前記時間的変調器は、看者に対して天然色画像を形成するように協働する。
【００１１】
本発明の第５の形態による装置は、少なくとも第1の原色の画像情報を受け取る第1の反射パネルと、前記第１の原色の補色の画像情報を受け取る第２の反射パネルと、前記第１の原色および前記第１の原色に対する前記補色を含む光を受け取って変調する第１のダイナミックフィルタと、前記第１の原色を前記第１の反射パネルに向けて反射および透過するとともに、前記第１の原色に対する前記補色を当該第２の反射パネルに向けて反射および透過し、前記第１の反射パネルにより反射された画像と前記第２の反射パネルにより反射された画像とを結合する単一の反射／透過面を有するビーム分割・結合素子とを備え、前記第１の原色および前記第１の原色に対する前記補色は前記ビーム分割・結合素子の前の前記第１のダイナミックフィルタにより受け取られる。
【００１２】
本発明の第６の形態による投写方法は、２パネルシステムから天然色ディスプレイを投写する投写方法であって、光ビームを時間的変調器へ方向付けし、前記光ビーム中で時間的に色を変調し、前記光ビームを第１の色の光ビームと第２の色の光ビームに分割し、少なくとも前記第１の色の光ビームで第一のパネルを照射し、前記第２または第３の色の光ビームで第２のパネルを照射し、前記第１および第２のパネルへの照射により放射された光を受け取り、再結合し、再結合した光を投写レンズを通して方向付けする。
【００１３】
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１５】
図１は、本発明の第１実施形態による２パネル天然色投写システムを示す。この第１実施形態は、時間的変調器１２０と、少なくとも１個の偏光素子１３０と、第２の光学的偏光素子１７０と、単一の分離・結合素子１４０と、２個のパネル１５０，１６０と、投写レンズ１８０とを有する。時間的変調器１２０およびフィルタ１３０、１７０は、引用によりその内容がここに組み込まれる米国特許番号５７５１３８４、５９５３０８３、５９９０９９６、５９９９２４０、５９２９９４６、６０４９３６７、５６５８４９０、６０４６７８６、６０７８３７４、５６１９３５５、５１３２８２６、５２４３４５５、５２３１５２１、５５２８３９３、６０９１４６２、５８９２５５９、５８２２０２１、５７６７８２８、５９５９５９８、６０４０８８３、５８６８９５１、５９１９６０および５８７０１５９ならびに米国特許出願番号０９／３６２９５４、０９／２４１４００、０９／１２６３３０、０９／１６５１２７、０９／３６２４９７、０９／１９０２７３、０９／３１１５８７、０９／５７０５４８、０９／３６２４９６、０９／３６２４９９、０９／４６６０５３、０９／４１００９８、０８／９４９６９２、０８／８２３８７５、０９／１１９９７６、０９／１１９９７５および０９／２０９２４１に記載される。パネル１５０は、二色またはそれ以上の周波数帯の光で画像を順次的に生成するため、順次パネルと呼ぶこともできる。「順次的」とは、必ずしも交替的である必要はなく、ある色の画像をそのあとに続く他の色の画像に対して一回以上表示することを含む。システムへの入射白色光１１０は、時間的変調器１２０に入射する。この時間的変調器１２０は、光の特定のスペクトル要素１２５を選択的に偏光する。その後、第１のフィルタ１３０は、原始的に偏光された光の複数のスペクトル要素１２５の中から第１のスペクトル要素１３５の偏光方向を回転するとともに、この原始的に偏光された光のスペクトル要素１２５の残りの部分である第２のスペクトル要素１３６の偏光方向は回転しない。第１および第２のスペクトル要素１３５、１３６はその後、ビームスプリッタ１４０の単一の反射・透過面１４５によって分離され、第１および第２のスペクトル要素１３５、１３６の各々は別個に各々のパネル１５０、１６０のそれぞれを照らす。このパネルは、最終画像を生成するように外部から制御されてＯＮまたはＯＦＦのいずれかとなることができる複数の画素を備える。ＯＮの画素は、パネルに表れるスペクトル要素によってその画素を光らせることができる。ＯＦＦの画素は、パネルに表れるスペクトル要素によっては光らない。ＯＮの画素は、パネルの偏光方向を往復でπ／２だけ回転させて、このパネルからの光を他のパネルからの光と再結合されるために、ビームスプリッタ１４０の反射・透過単一面１４５に戻す。あらかじめ回転された第１のスペクトル要素１３５は、再結合された２個のパネル１５０、１６０からの彩色光が投写レンズ１８０を通って表示される前に、第２の光学的偏光素子１７０によって偏光方向が回転されてもよい。
【００１６】
時間的変調素子は、米国特許番号５９９０９９６に記載される技術を用いたスタックであるが好ましいが、米国特許番号５７５１３８４に記載されたスタックを用いることができる。この時間的変調素子は、時間的変調素子と偏光素子との両方を一体化したユニットとすることもできる。このスタックは、回転色フィルタホイールやＤＬＰ技術を用いた変調器のような、他の時間的変調素子に変更することができる。ここでスタックは、そこを通過する少なくともいくつかの波長の光の偏光方向を操作する物質の積層を含む。これは、米国特許番号５７５１３８４、５９９０９９６、５９９９２４０、５９２９９４６および６０４９３６７ならびに米国特許出願番号０９／１２６３３０、０９／１６５１２７、０９／３６２４９７および０９／７５４０９１で定義されるスタックを含むが、これらに限られない。上述の特許および特許出願で定義されるスタックは、複屈折生成素子(form-birefringence devices)、ポリマーフィルム、液晶ポリマーフィルム、引張ポリマーリターダフィルムおよび水晶体リターダなどを含む。さらにスタックは能動性でも受動性であってもよい。能動スタックは、ここで組み込まれるいずれかの能動素子を有するスタックである。一方で、受動性スタックはそのなかにいずれの能動素子も有しない。
【００１７】
フィルタは、受動偏光フィルタが好ましい。受動偏光フィルタは、堅実に偏向光を特定の方向に回転させる。このフィルタは、白色光の全部を偏光するか（この場合、全体のコントラストや輝度を増すことができ、ベース色の彩度を向上することができる）、または特定のスペクトル要素に対する光のみをフィルタする（この場合、補色のスペクトル要素の透過に対する偏光を一掃する(clean up)することができる）。白色光をすべて偏光するようにフィルタする場合には、そのフィルタは無色性偏光素子と呼ばれる。特手のスペクトル要素に対する光のみをフィルタする場合には、そのフィルタは彩色性偏光素子と呼ばれる。
【００１８】
図２は、本発明の第２実施形態を示す。第２実施形態は、２個の時間的変調器２２０、２３０と、３個の偏光フィルタ２４０、２５０、２９０と、単一のビーム分割・結合器２６０と、２個のパネル２７０、２８０と、投写レンズ２００とを備える。
【００１９】
無色性または中性偏光素子２１５によって偏光された白色光２１０は、図中左側からシステムに入り、２個の時間的変調器２２０、２３０へ入射する。本実施形態における変調器はいずれも、光の変調を能動的に制御するダイナミック変調器である。ここでダイナミック時間的変調器はそれぞれ、光の変調を能動的に制御できる能動スタックまたは他の時間的変調器であってもよく、例えば青色または緑色またはその両方などの加法原色の偏光方向をアナログ電圧で制御する。第３の原色、例えば赤色は、フィルタ２４０により受動的に直交偏光へと回転される。中性偏光分析器２４５は、変調器によって回転されなかった光などの特定の光を遮断するために用いられる。上述の例においては、赤色＋青色（マゼンタ色）、赤色＋緑色（黄色）、赤色および白色の４つの外部出力状態がある。さらに輝度を増したい場合に白色画像を追加することによって、白色状態が許容される。
【００２０】
透過光はその後第２のフィルタ２５０を通過して、第２フィルタ２５０で第３の原色（赤色）の偏光方向のみが回転される。直交偏光されたスペクトル要素は、その後偏光ビーム分割器２６０によって、加法原色（青色、緑色または両方）と第３の原色とに分離される。これらのスペクトル要素、青色、緑色、その両方、または赤色の各々は、２個のパネル２７０、２８０の一つを照らす。第１実施形態と同様に、ＯＮ状態のパネル画素は往復で偏光方向をπ／２だけ回転させて、その光は他のスペクトル要素と再結合させるためにビーム分割器２６０に戻される。ＯＮ状態からの光は直接に投写レンズ２００の方へ向かうが、ＯＦＦ状態からの光は照射光へと戻る。上述のシステムにおけるＰ偏光赤色光（ＯＦＦまたは黒状態画素による反射光）の漏れを避けるために、さらに赤色／シアン色偏光フィルタ２９０が出力に配置され、赤色光の偏光をＳ偏光に回転させる。その後クリーンアップ偏光素子２９５はその漏れを吸収して、投写レンズによって高いコントラストの画像がスクリーンに投写される。
【００２１】
入力偏光と出力偏光とが同じである減法モードにおいては、特に簡易なスタック設計で動作する。この構成においては、赤色（ここで、赤色は単なる例示であり、青色、緑色、他のいかなる色であってもよい）は常に透過して、２つの能動スタックにおいて交替的かつ能動的に青色および緑色（赤色の補色）が遮断される。全透過状態となるのは、両スタックにおいて青色と緑色が通過するように（白色光だけがスタックするように）駆動される場合である。相当なパネル負担と安定時間が生じるであろう青色と緑色の間の遷移内には、照明を遮断する必要があるであろう。この場合に、青色と緑色の間の遷移として、赤色のみ（青色と緑色は共に遮断される）の０．５から１．５ミリ秒の間隔が要求されるであろう。これを解決する一つの例は、高速切替青色／白色シャッタを、照明を遮断する減法スタックと組み合わせることである。あるいは、高速切替シャッタが加法モードで使用されることが好ましい。
【００２２】
加法モードにおいては、スタックからの出力光は、入力に対して直角に偏向される。両方のセルが駆動されて、かつ中性スタック構成が用いられる場合、青色光および緑色光の透過は非常に小さい。逆に、間原色（真シアン色）の減法モード漏れはコントラストおよび色質を劣化してしまう。加法モードは高色質および高コントラストを与えるが、赤色を青色／緑色の偏光と直交偏光するようにスタックの後ろに受動偏光フィルタ（すなわち、赤色／シアン色）が必要である。
【００２３】
図２において、受動性若しくは彩色偏光フィルタ、または第２実施形態における例では赤色回転素子２５０（ここで、赤色は単なる例示であり、青色、緑色、その他のいかなる色であってもよい）が、ダイナミック時間的変調器２２０、２３０の一つと、単一の反射・透過面２６５を有するＰＢＳ２６０との間に配されてもよい。赤色回転素子２５０は、補色モードで用いられ、スペクトルのどの部分を各々液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）ポート２７０、２８０に入れるかを決定する。好ましくは、Ｐ偏光の赤色光がＰＢＳに導入されて、赤色ポートへの青色／緑色漏れを最小にする。出力におけるＯＦＦ状態のＳ偏光の光の割合は非常に小さいので、原色赤色のみがＰ偏光に変換される。特に、スペクトルの黄色部分はＳ偏光を維持する。この赤色回転子に対するダイナミックレンジは、特に緑色光の偏光性を保ったままで、高い必要がある（２００：１）。
【００２４】
青色／緑色ポートへの赤色光のＰ漏れは、受動的クリーンアップ構造を用いて出力時に消滅されている必要がある。しかしながら入力赤色回転素子と出力赤色回転素子の協働によって機能性が付加される。追加赤色回転素子２９０は、コントラスト比と色域との両方の向上のために用いられる。真白状態（無色性ＬＣＤを仮定した場合）においては、真シアン色および真黄色と共に、青色、緑色がＰ偏光に変換される。赤色はＳ偏光に変換される。真黄色の実質的な部分がＳ偏光に回転されると共に、追加赤色回転素子２９０が赤色をＰ偏光２９５に回転することによって、色の向上が実現される。この方法によれば、クリーンアップ偏光素子での吸収により、スペクトルの黄色部分にノッチが生成される。追加赤色回転素子２９０は、黄色と赤色の両方に作用するので、赤色回転素子２５０に比べて青色の方に遷移した遷移帯となるオレンジ色の外観を有する。赤色回転素子２５０と追加赤色回転素子２９０との間の半強度点の間隔は、色域と輝度との間のトレードオフに依存して、１０から３０ｎｍで変化することができる。追加赤色回転素子２９０によって、ダイナミックレンジ、特に赤色／黄色中のダイナミックレンジが高くなる必要がある。
【００２５】
上記構成の赤色回転素子２５０に対する特性は、他の赤色回転素子に比べて得るのが難しい。これは原色赤色を生成しなければならないし、補色モードで用いられる。または、カラースイッチにＳ偏光が導入されてもよい、すなわち、分析器がＰ配向であってもよい。
【００２６】
図３は、本発明による第３実施形態の２パネル天然色投写システムを示す。第２実施形態と同様、第３実施形態は、２個のダイナミック時間的変調器３１０、３２０と、３個の彩色偏光素子３３０、３４０、３８０と、２個の無色性偏光素子３０５、３８５と、ＰＢＳ３５０と、２個のパネル３６０、３７０と、中性偏光分析器３３５と、投写レンズ３００とを備える。ここにおいて、各々の素子は第２実施形態と同じ作用をする。ただし、Ｓ偏光が導入されている点、すなわち分析器３３５がＰ配向である点が異なる。
【００２７】
例えばシアン色／赤色（Ｃ／Ｒ）フィルタ、である受動偏光フィルタスタック３４０は、原色例えば赤色の逆をＳ偏光に回転するために用いられる。このスタックは、実質的に赤色中で半波長よりは基本的に全波長リターダであるフィルムを備える受動性スタックである。半波長のものは、半波長赤色リターダ（およそ４７０ｎｍ）の設計、および多重の「二重素子」(doubles)の選択によって簡易化することができる。単一のフィルムにおいて９４０ｎｍのリタデーション(retardation)を作成することができるので、二重素子は全フィルム数を相当に低減することができる。これは特に５０：５０のデューティ比(duty ratio)設計に対して、たった一つの４７０ｎｍフィルムを有するのみであり、残りは９４０ｎｍフィルムである。他には、全波長赤色リターダは少ない枚数のフィルムで同様の性能を有することができる。
【００２８】
これらの好適な実施形態は、費用と複雑さを低減することができるような多数の簡易化をしているにもかかわらず、高コントラストおよび広色域を実現できる。
【００２９】
図４（ａ）は、本発明の第４実施形態を示す。白色光は中性偏光素子４０５によりＳ偏光に偏光されて、２個のダイナミック時間的変調器４１０、４２０に入力されて、受動性赤色彩色偏光素子４３０によってＰ透過によりＳ偏光が分析される。第３実施形態における２個の受動フィルタ３３０、３４０および分析器３３５は、第４実施形態では単一の受動性赤色彩色偏光素子４３０に置き換えられる。この単一の受動性赤色彩色偏光素子４３０は、赤色スペクトルに対しては等方的であり、青色／緑色スペクトルに対して偏光素子として作用する。Ｐ偏光赤色光がＰＢＳ４４０に入射するならば、クリーンアップ構成は、赤色に対して高い偏光性を有する偏光素子４７０を設けてもよい。赤色染色偏光素子は非常に性能がよいことが多いが、他の染色偏光素子を用いることもできる。例えばシアン色染色偏光素子は、透過性、偏光効率、色特性は非常に悪い場合が多いが、それでもなお使用可能である。
【００３０】
第４実施形態における青色／緑色Ｐ漏れは、第３実施形態のクリーンアップ構成３８０、３８５に換えて、出力ポートにＳ透過の受動性赤色染色偏光素子４７０を用いることにより一掃することができる。この設計はリターダ層の数が少いが、許容コントラストと赤色コーディネイトはＯＦＦ状態でのＰＢＳ４４０の透過中に青色／緑色光の偏光が保持されるべきことを求める。もしそうであれば、交差染色偏光素子の高効率性により、高コントラストが確実となる。赤色光のコントラスト比はＰＢＳだけで決まり、ＰＢＳに入射する赤色光はＳ偏光であることが求められる。ここで、青色／緑色がＰＢＳにＰ偏光で入射されれば、赤色染色クリーンアップ偏光素子は、いかなる入力素子とともに用いられてもよい。
【００３１】
上述の実施形態に換えて図４（ｂ）は、図４（ａ）の実施形態から入力赤色染色偏光素子を除いた第４実施形態の他の例を示す。不要な光（緑色状態における青色、青色状態における緑色および黒状態におけるシアン色）は、赤色パネル４５０に入射することになる。この光は出力赤色染色偏光素子４８０により吸収される。この出力赤色染色偏光素子４８０は、クリーンアップとフィルタ分析との両方の役目を果たす。この構成は、他の素子の要求に非常に見合う。例えば、色スイッチを出射する光の偏光純度は、コントラスト比を保つために、非常に高くなければならない。当該他の例は、様々な光源に対して用いることができるが、赤色の欠損する超高圧水銀（ＵＨＰ）光源を用いる場合に非常に適している。この場合、適宜、ダイナミック時間的変調器と受動性偏光フィルタを用いることにより、他の永続色光を選択して加工することもできる。これらのシステムにおいて、彩度はダイナミック時間的変調器と受動偏光素子との両方のフィルタバンドにより決まる。主にＵＨＰ光源用に設計されたこのシステムの場合、必要な色域を実現するために、不要な黄色光を切り落とすことができる。効率的な切り落としのためには通常、色フィルタスペクトル中に切り立った遷移部が必要である。この場合は、切り欠き部はその一部がダイナミック時間的変調器によって実現され、他の一部が受動変更フィルタ間の不整合によって実現される。
【００３２】
全体のフィルタリングは、ダイナミック時間的変調器と受動偏光フィルタと２つのフィルタ機能を有する実質上一つの製品により実現される。実際上はこれにより、変更フィルタの製造において必要なフィルムの数はより少なく、よって費用が削減される。
【００３３】
本発明の実施形態で必要とされる２段システムは、従来の３段システムに比べて設計・構築が相当に容易である。特に、能動的に変調された２色とフィルタされた第３の色を用いる２段システムにあっては、３色が能動的に変調される３パネルシステムと比べて、視野と複雑さに関して問題が相当に少ない。例えば、従来の３段システムで必要となる第３のダイナミック変調器は、２段システムの受動フィルタよりも非常にフィルムの数が多い。加えて、例えば第３の色の高速切り替えは、天然色システムの第３の色のためのダイナミック時間的変調器を２個必要とする。しかし、２パネルシステムは第３の色のためのダイナミック時間的変調器はいらない。
【００３４】
本発明の実施形態のさらなる効果の１つは、単一パネルシステムと比べて２パネルシステムはフレーム速度が小さくなることである。色加工の観点からは、単一パネルシステムのフィールド速度は３６０Ｈｚかそれ以上で動作すべきと考えられている。典型的なネマチックＬＣ緩和時間を用いれば、パネルの暗状態負荷／定着に２．８ｍｓという少しの時間だけがかかる。これは単一パネルシステムでは許容できない効果である。
【００３５】
本発明の実施形態の２パネルシステムにおいては、例えば赤色のような加法原色は例えば青色および緑色のような他の原色とは順次的に作用しないので、加法原色を含む全ての３色が一続きである単一パネルシステムで求められる３重のフィールド速度は求められない。よって本発明の実施形態の２パネルシステムにおいては、順次パネルのフィールド速度は、単一パネルよりもかなり遅い１２０Ｈｚである。２パネルシステムにおいては、安定時間によるネマチックパネルの効率低下は、許容できなくはない。ネマチックパネルはＤＬＰや強誘電性液晶と比べて安価である場合が多いので、２パネル構成はさらに費用効率がよいと考えられる。
【００３６】
図５は、本発明による第５実施形態の２パネル天然色投写システムを示す。この実施形態においては、ダイナミックスイッチ５１０、５２０がＰＢＳ５３０のいずれの側にも設けられており、すべての光（完全光源スペクトルの切り欠け部分を除く）が常に、一度に投写可能となるようにしている。この実施形態においては、偏光された光は、対応する補色の偏光性を保ったままで各々の原色の偏光の方向を回転させる３段ダイナミック時間的変調器５１０に入射する。この彩色変調された光束はＰＢＳにより、一度に第１パネル５４０が原色を見て第２パネル５５０が補色を見るように、分割される。これら原色間の時間順序付けにより、天然色画像を形成する情報を供給することができる。画像を形成する反射光は、パネルによって偏光性が変更されて、ＰＢＳにより再結合される。再度、Ｐ偏光迷光が一層されてもよい。これは、一度に下のパネルに入射する原色光を回転させてその補色を返すように、第１と同期して動作する第２のダイナミック時間的変調器５２０を用いて実現される。その後、偏光素子５６０はこの光を透過させて、第２のパネル５５０からの不必要なＰ反射光を以前と同様に拒絶する。
【００３７】
上述のように、このシステムは画像中の白色像を形成するためのすべての光を用いるという効果がある。よって、加工物の色散逸(color break-up artifacts)を減らし、スループットを最大ちかくにまでにすることができる。しかしながらその結果として、画像中の原色像の強度は、３パネルシステムにより投写された同等の像の強度に比べてその３分の１の明るさになる。すなわち、投影された白色の明るさは、投写された原色の明るさの和にはならない。
【００３８】
図６は、本発明による第６実施形態の２パネル天然色投写システムを示す。この第６実施形態は、反射パネルの代わりに鏡６３０と第１のＰＢＳ２６０と同様の単一反射・透過面２６５を含む第２のＰＢＳ２６０を加えて、透過パネル６１０、６２０を用いることによって、第１から第５実施形態の構成を折り曲げないようにしたものである。図２に示した２パネル反射システムと同等の透過システムが図６に示される。
【００３９】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることができる。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００４０】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明によれば単一パネル投写システムと比べて、構成要素の数を実質的に増やすことのない２パネル投写システムを得ることができる。本発明の２パネル投写システムは単一の分割・結合偏光ビーム分離器（ＰＢＳ）を用いており、色は偏光性によりダイナミックかつ受動的に符号化される。よって本発明によれば、単一パネルシステムの背面焦点距離を維持し、かつ単一パネルシステムにおいては通常使用されないポートに単にパネルが追加される。本発明によれば、単一パネルシステムと比較して、色散逸およびＬＣＤフレーム速度を低減することができる。特に、好適な実施形態の１つにおいて、単一パネルシステムよりもより３パネルシステムに近い輝度を有する色バランスシステムが用いられる。本発明は原則的に、ただしこれに限られないが、シリコン上反射型液晶（ＬＣＯＳ）のマイクロディスプレイ技術に関連する。
【００４１】
本発明においては、２パネルのハイブリッド分割経路による順次的構成が用いられる。よって本発明によれば、単一パネルシステムおよび３パネルシステム両方の問題を完全に解決しているのではないものの、単一パネルシステムと３パネルシステムの各々の利点を生かしつつ、これらのシステムのそれぞれと比べたときにそれぞれの問題点を有意義といえるほどに低減できる２パネルシステムを提供することができる。例えば、本発明による２パネルシステムは、単一パネルシステムに比べて実質的にその構成要素の数は多くないし、むしろ３パネルシステムに比べてその構成要素の数を相当に低減することができる。２つのパネルはそれぞれＰＢＳに直接的に隣接して設けられており、よって単一パネルシステムと同一の背面焦点距離を有するので、投写レンズの費用を抑えることができる。良質な画像を得るために必要なフレーム速度は、単一パネルシステムで要求されるよりも低くてよいので、パネルに要求される性能および費用を抑えることができる。スループットはすくなくとも単一パネルシステムおよび３パネルシステムと同程度である。透過される色座標の補正を考慮すれば、２パネルシステムのスループットはむしろ３パネルシステムに著しく近い。これは特にテレビ投写システムにおいて顕著であり、色バランス補正および色温度抑制によって緑色減衰をもたらすことができる。
【００４２】
２パネルシステムはＤＬＰ技術とともに発展してきたが、色用と入出力用の両方のビーム分離光学素子を必要としていたため、全体として２パネルＤＬＰ光学システムは魅力的とは言い難かった。本発明によれば、単一の分割・結合素子または１つの偏光ビーム分割器（ＰＢＳ）を２個の液晶パネルとともに用いるので、費用が削減され、小型で高性能のシステムとすることができる。リターダスタックによるフィルタや他の時間的変調器がＰＢＳと協働することにより、上述のアプローチが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による、２パネル天然色投写システム。
【図２】本発明の第２実施形態による、３個のフィルタと２段ダイナミック時間的変調器とを有する２パネル天然色投写システム。
【図３】本発明の第３実施形態による、２パネル天然色投写システム。
【図４】（ａ）は本発明の第４実施形態による２パネル天然色投写システム、（ｂ）は本発明の第４実施形態の別例としての２パネル天然色投写システム。
【図５】本発明の第５実施形態による、２パネル天然色投写システム。
【図６】本発明の第６実施形態による、透過型２パネル天然色投写システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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