(57)【要約】本発明は、光源からの光を入射させる入射口を有する照明手段と、前記光の第１偏光成分を表示パネルへ伝達すると共に第２成分を前記照明手段へ反射し戻す偏光選択ミラーと、投影手段での投影用の前記第１偏光成分の色成分を選択する表示パネルとを有する、画像を投影する投影装置に関する。前記表示パネルは、前記第１偏光成分の色成分をフィルタ処理するダイクロイック・フィルタ手段と、制御信号に応じて前記フィルタ処理された色成分の偏光状態を変更すると共に前記フィルタ処理された色成分を前記偏光選択ミラーへ反射して戻す制御可能な反射手段とを有する。前記ダイクロイック・フィルタ手段と前記制御可能な反射手段とから前記偏光選択ミラーへ反射された、変更されていない偏光状態を有する光の全ては、前記照明手段へ伝達し戻される。変更された偏光状態を有する前記反射された光は、投影用に前記投影手段へ反射される。
2006514315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を投影する投影装置であって、
−光源からの光を入射させる入射口を有する照明手段と、
−前記光の第１偏光成分を伝達すると共に第２偏光成分を反射する偏光選択ミラーと、
−表示パネルであって、
−伝達された第１偏光成分の色成分をフィルタ処理するダイクロイック・フィルタ手段と、
−制御信号に応じて前記色成分の偏光状態を変更すると共にフィルタ処理された前記色成分を前記偏光選択ミラーへ反射し戻す制御可能な反射手段と、
を有する当該表示パネルと、
−画像を投影する投影手段と、
を有し、前記偏光選択ミラーは、変更された偏光状態の光を前記投影手段へ反射すると共に変更されていない偏光状態の光を前記照明手段へ伝達し戻すように構成された、投影装置。
【請求項２】
請求項１に記載の投影装置であって、前記照明手段が、前記偏光選択ミラーから伝達し戻された光を前記偏光選択ミラーへ反射し戻す入射口ミラーを有することを特徴とする、投影装置。
【請求項３】
請求項１に記載の投影装置であって、前記照明手段が、前記入射口ミラーにおいて反射される光の偏光状態を変更する、前記入射口ミラーに貼られた四分の一波長フィルムを有することを特徴とする、投影装置。
【請求項４】
請求項１に記載の投影装置であって、前記照明手段が、配光分布を変更することなく入射光を反射させる反射境界部を有することを特徴とする、投影装置。
【請求項５】
請求項１に記載の投影装置であって、前記照明手段が、ガラス・プリズムを有することを特徴とする、投影装置。
【請求項６】
請求項１に記載の投影装置であって、前記偏光選択ミラーが、反射偏光子を間に有する２つのプリズムでできていることを特徴とする、投影装置。
【請求項７】
請求項６に記載の投影装置であって、前記２つのプリズムの間にある前記反射偏光子が、ワイヤ・グリッド偏光子であることを特徴とする、投影装置。
【請求項８】
請求項１に記載の投影装置であって、前記偏光選択ミラーが、ＰＢＳプリズムを用いて前記照明手段の一部に統合されることを特徴とする、投影装置。
【請求項９】
請求項１に記載の投影装置であって、クリーンアップ偏光子が、不正な偏光状態を有する光をフィルタ処理するため、前記投影手段の前に配置されることを特徴とする、投影装置。
【請求項１０】
請求項６に記載の投影装置であって、前記投影手段へ光を反射する、ガラス製の結像プリズムが、低応力複屈折定数を有することを特徴とする、投影装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の投影装置であって、前記表示パネルが、前記照明手段の断面積よりも小さい断面積を有する、前記投影手段へ光を反射する投影領域と、当該投影領域の外側の、前記照明手段へ光を反射し戻す反射層を有する反射領域とを有することを特徴とする、投影装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の投影装置であって、前記ダイクロイック・フィルタ手段が、コレステリック・フィルタで又は干渉フィルタの層のスタックでできたフィルタ・パターンを有することを特徴とする、投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像を投影する投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＣＤパネル上のカラー画像の投影に関して、例えば赤、緑及び青等の主要な色を個々の画素に関して重ねることは一般的に行われていることである。一つの可能性は、一度に１つの色を供給することである。順次型色投影が十分に敏速に実行される場合、比較的遅い反応の人間の眼は、この順次型色投影を１つの単色のみとして感じる。
【０００３】
主要な色を順次的に供給する一つの一般的な手法は、米国特許第ＵＳ ２００１／０００８４７０ Ａ１に記載のような、白色光源をカラーホイールと組み合わせて用いることによるものである。白色光源は、白色光をカラーホイールへ常に送る。カラーホイールは、個別のカラーフィルタごとの区分に分割されている。ホイールの回転は、カラーホイールによって伝達された光の色の常時的な変化を生じさせる。
【０００４】
制御可能な反射手段は、フィルタ処理された光の或る成分を重ねるため、カラーホイールに同期されなければならない。制御可能な反射手段を用いることによって、選択された色成分のみが反射され、投影手段を介して組合せにより或る色を得ることが成し遂げられ得る。例を挙げると、同じ強度を有する赤及び青の成分のみを投影手段へ反射すると、紫表示色になる。
【０００５】
いくつかの色成分を重ねることによって或る色を生じさせる別の可能性は、個々の色成分に関して１つの単パネルを用いることである。個々のパネルは、１つの色成分の反射又は伝達を制御する制御可能な反射手段を有するが、全ての色成分は、色成分の重ね合わせを得るために１つの投影手段へ反射及び焦点合わせされる。赤、緑及び青を色成分として有する例に関して、３つのパネルが、１つの投影手段を供給するために必要とされる。
【０００６】
これらの既知の方法の主な不利な点は、光の使用の低い効率である。フィルタによって伝達されない光の全ては、その場で無駄になる。更に、反射されることも又は投影手段へ伝達されることもないフィルタ処理された光も、無駄になる。純粋なエネルギー効率の他に、全ての無駄にされた光は、システムのどこかにあり、投影手段のコントラストを減少させ得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、光利用に関して大幅に増加された効率を有し、同時に製造費用を低減する単純な構造を有する投影装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によると、上記の目的は、
−光源からの光を入射させる入射口を有する照明手段と、
−前記光の第１偏光成分を伝達すると共に第２偏光成分を反射する偏光選択ミラーと、
−表示パネルであって、
−伝達された第１偏光成分の色成分をフィルタ処理するダイクロイック・フィルタ手段と、
−制御信号に応じて前記色成分の偏光の状態を変更すると共にフィルタ処理された前記色成分を前記偏光選択ミラーへ反射し戻す制御可能な反射手段と、
を有する当該表示パネルと、
−画像を投影する投影手段と、
を有し、前記偏光選択ミラーは、偏光の変更された状態の光を前記投影手段へ反射すると共に偏光の変更の無い状態の光を前記照明手段へ伝達するように構成された、請求項１に記載の投影装置によって実現される。
【０００９】
本発明は、投影手段へ伝導されない光の全てを照明手段へと戻し反射して、この光が投影用に後に用いられ得るように、該照明手段において再利用するという概念に基づく。該照明手段は、光源から光を入射させる入射口を有する。白色光は、この入射口を介して、始めに装置に入射する。該光は、該照明手段から、偏光選択ミラーへ達する。該光の第１偏光成分は、この偏光選択ミラーにおいて、表示パネルへ伝達される。この第１偏光成分は、表示パネルにおいて、いくつかの異なるフィルタ区分を有するダイクロイック・フィルタ手段へ達する。個々のフィルタ区分は、第１偏光成分の１つの色成分を対応する制御可能な反射手段へ伝達させる。個々の制御可能な反射手段は、投影手段へ伝導されるべき、対応する色成分の偏光の状態を変更する。
【００１０】
該色成分は、全ての制御可能な反射手段から、前記偏光選択ミラーへと反射され戻される。偏光状態が変更されてある、これらの色成分は、偏光選択ミラーにおいて投影手段へ反射される。他の色成分は、偏光選択ミラーを介して伝達し戻され前記照明手段へ再び到達する。前記ダイクロイック・フィルタ手段において既に反射された全ての色成分は、偏光の状態を変更していないので、これらの色成分も、偏光選択ミラーを介して照明手段へ伝達し戻される。
【００１１】
照明手段から偏光選択ミラーへ到達する光の第２偏光成分は、偏光選択ミラーにおいて反射され、今回前記表示パネルへ到達しない。
【００１２】
照明手段は、この偏光選択ミラーから伝達して戻された光を当該偏光選択ミラーへ反射して戻す入射口ミラーを有することが好ましい。斯様にして、反射された光は、後に投影用に用いられ得る。
【００１３】
照明手段は、更に、入射口ミラーにおいて反射される光の偏光の状態を変更する、入射口ミラーに貼られた四分の一波長フィルムを有することが好ましい。このことは、光の第２偏光成分が、変更され得、したがって、この光成分も表示パネルへ到達し、時として投影される光の一部になり得るという有利な点を有する。
【００１４】
更なる好ましい実施例において、投影装置は、照明手段が、配光分布を変更することなく入射光を反射する反射境界部を有するということを特徴とする。この付加的な特徴は、照明手段の境界部における光の損失を低減させる。したがって、この特徴は、投影装置の効率を増加させる。
【００１５】
照明手段の光学的特性は、照明手段がガラス・プリズムを有する好ましい実施例によって向上され得る。
【００１６】
更なる好ましい実施例において、偏光選択ミラーは、反射偏光子、特にワイヤ・グリッド偏光子を間に有する２つのプリズムで構成される。これは、良好な光学特性を追加的に提供する、偏光選択ミラーを形成する簡単な方法である。
【００１７】
更なる好ましい実施例において、偏光選択ミラーは、ＰＢＳプリズムを用い、照明手段の一部に統合される。偏光選択ミラーのこの統合は、空間節約効果を有し、投影装置の光学特性も向上させる。
【００１８】
別の好ましい実施例において、クリーンアップ偏光子は、不正な偏光状態を有する光をフィルタ処理するために前記投影手段の前に配置される。偏光選択ミラーは、表示パネルから反射され、変更された偏光状態を有する光の全ての色成分を高い信頼度で反射する。しかしながら、偏光選択ミラーは、変更されていない偏光状態を有する光を完璧には伝達しない。結果として、投影されるはずではない幾分かの光が、投影手段へ反射され、コントラストの低下を引き起こし得る。このコントラストの低下を防ぐため、変更されていない偏光状態を有し偶然にのみ投影手段へ反射される光は、当該クリーンアップ偏光子によってフィルタ処理される。
【００１９】
投影装置の別の好ましい実施例は、ガラス製の、光を投影手段へ反射する結像プリズムが、低応力複屈折定数を有することを特徴とする。斯様にして、投影装置の光学特性の向上が、実現され得る。
【００２０】
更なる好ましい実施例において、投影装置は、前記表示パネルが、光を投影手段へ反射する、照明手段の断面積より小さい断面積を有する投影領域と、光を照明手段へ反射して戻す反射層を有する、投影領域の外側の反射領域とを有することを特徴とする。この実施例によると、表示パネルの投影領域の周囲の領域は、光の無駄を防ぐために光を照明手段へ反射して戻す。
【００２１】
更なる好ましい実施例による投影装置は、ダイクロイック・フィルタ手段が、コレステリック・フィルタで又は干渉フィルタの層のスタックでできているフィルタ・パターンを有することを特徴とする。これらの種類のフィルタは、費用及び光学特性に関して良好な効率を提供する。しかしながら、他のフィルタを利用することは除外されない。
【００２２】
本発明は、以下において図面を参照にしてより詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明による画像を投影する装置が、図１に示される。当該装置は、照明手段１を有し、入射偏光光ビーム２は、この照明手段１から偏光選択ミラー３へ放射される。光ビーム２の第１偏光成分は、表示パネル４へ伝達される。この伝達された光は、ダイクロイック・フィルタ手段９においてフィルタ処理され、この光の色成分は、偏光選択ミラー３へ反射し戻されるか又は制御可能な反射手段６へ伝達される。またフィルタ処理された色成分は、この制御可能な反射手段６においても、制御信号に応じて、変更された偏光状態で又は変更された偏光状態でなく偏光選択ミラー３へ反射して戻される。偏光選択ミラー３において、表示パネル４から反射して戻され変更されていない偏光状態を有する全ての光は、偏光選択ミラー３を介して照明手段１へ伝達し戻される。表示パネル４から反射して戻され変更された偏光状態を有する色成分は、偏光選択ミラー３において投影手段７へ反射される。これらの色成分は、投影されることになっているものである。
【００２４】
図２において、表示パネル４が、より詳細に示されている。表示パネル４は、カラーフィルタ９が取り付けられ及びダイクロイック・フィルタ・パターンを有する上面ガラス板８を有する。液晶層１０は、カラーフィルタ９に隣接して配置されている。液晶層１０は、アクティブ・マトリックス駆動を含む半導体部１２と組み合わせて反射画素電極１１によって制御される。
【００２５】
図２の表示パネルの機能は、図３においてより詳細に示されている。入射偏光光ビーム２は、上面ガラス板８へ到達する。この光ビーム２は、カラーフィルタ９においてフィルタ処理される。カラーフィルタ９は、Ｒ、Ｇ及びＢで示される色成分の赤、緑及び青の１つを各々フィルタ処理する３つの区域からなる。カラーフィルタ９の上側区域９ａは、反射画素電極１１へ伝達される色成分の赤をフィルタ処理し、色成分の青及び緑を反射する。したがって、各々、カラーフィルタ９の中央区域９ｂは、色成分の緑を伝達し、下側区域９ｃは、色成分の青を伝達する。
【００２６】
反射画素電極１１の反射画素１１ａ、１１ｂ、及び１１ｃは、各々カラーフィルタ９の区域９ａ、９ｂ及び９ｃに属する。示される例において、緑の色成分を制御する画素１１ｂのみが、「オン」に設定され、そして緑の色成分の偏光状態を変更する。結果として、反射された光は、変更された偏光状態を有する緑の色成分を含む。反射された光の他の全ての成分は、変更されていない偏光状態を有する。この変更された偏光状態の緑の色成分は、偏光選択ミラー３に到達すると、投影手段へ向けて反射される。反射された光の他の全ての成分は、偏光選択ミラー３を介して照明手段１へ伝達し戻される。
【００２７】
図４において、照明手段１、偏光選択ミラー３及び投影手段７は、投影装置における光リサイクルを例証するために示されている。投影ランプからの光ビームは、入射口ミラー１４中の開口１３を介して照明手段１に入射する。照明手段１から開始し、光ビーム２は、偏光選択ミラー３へ到達する。光ビーム２は、偏光選択ミラー３において、表示パネルへ伝達される第１偏光成分４２と、ミラー１５へ反射される第２偏光成分４３とに分割される。第２偏光成分は、ミラー１５から光線４４に示すように反射され、偏光選択ミラー３を介して光線４５に示すように照明手段１へと戻される。表示パネルから反射され、変更された偏光状態の色成分を差し引いた光の第１偏光要素４６は、偏光選択ミラー６を介して照明手段へと伝達し戻される。したがって、第１及び第２偏光成分の反射された光線４６及び４５は、投影手段７へ反射された、変更された偏光状態の色成分を除けば、光ビーム２として照明手段１から当初放射された光の全てを含む。反射された光４６及び４５の全ては、入射口ミラー１４で反射され得、そして偏光選択ミラー６へと戻され、投影用に再び利用可能になる。照明手段１へと反射し戻され入射口ミラー１３にある開口に到達する、光４６及び４５の極僅かな量のみが、投影用に再利用されることが出来ない。画像を投影する投影装置のこの原理は、ほんの少しの量の光のみが投影用に用いられるということを明らかにする。同時に、これまでにおいて投影されていない他の部分の光は、リサイクルされ後に投影用に用いられ得る。
【００２８】
図４に示される好ましい実施例において、偏光選択ミラー３は、２つのガラス・プリズム１６及び１７を用いることによって形成される。この設計において、これら２つのガラス・プリズム１６及び１７の接触領域は、偏光選択ミラー３を有する。照明手段１もまた、ガラス・プリズムを用いて形成される。この構成は、良好な光学特性をもたらす。
【００２９】
図５は、好ましい実施例の照明手段１を示す。照明手段１の本体は、ガラス・プリズムであり、これにより照明手段１に関しての良好な光学特性が、獲得され得る。しかしながら、合成材料等の他の材料も用いられ得る。更に、照明手段１は、開口１３を有する入射口ミラー１４を有する。四分の一波長フィルム１８は、照明手段１の内側に面した入射口ミラー１４に貼り付けられる。投影装置を動作させる場合に、光ビーム２は、照明手段１から偏光選択ミラー３へ向かって送られる。この光線２の第２偏光成分は、反射され光線４５として照明手段１へ戻り、依然として第２偏光成分を有する。この光線４５が入射口ミラー１４に貼り付けられた四分の一波長フィルム１８へ到達するとき、偏光状態は、変更される。したがって、光線４５は、入射口ミラー１４における反射の後、第１偏光成分を含み、これにより偏光選択ミラー３を介して表示パネル４へ伝達され得、投影用に用いられ得る。
【００３０】
図６は、本発明による投影装置の別の好ましい実施例を示す。入射口ミラー１４と表示パネル４との間の光路の全体は、配光分布が、表示パネル４への方向に対して変更されないように、光トンネルを形成する反射境界部１９を含む。この光トンネルは、ディスプレイが、均一に照明されるように表示パネル４へ光を再配分する。
【００３１】
表示パネル４の断面積は、照明手段１の断面積よりも小さい。投影装置の機能は、一般に表示パネル４のサイズに独立である。表示パネル４のサイズは、投影装置の全般的な構成及び費用のような観点に応じて選択され得る。
【００３２】
図７は、表示モジュール又はパネル４を示し、当該表示モジュール又はパネル４は、照明手段１の断面積よりも小さい断面積を有する、投影手段７へ光を反射する投影領域４ａと投影領域４ａを囲む反射領域４ｂとを有する。投影領域４ａの断面積はまた、投影手段７の断面積よりも小さい。光は、２つの縁取りする光線４８及び４９によって表されるように、投影領域４ａから偏光選択ミラー３を介して投影手段７へ反射され、投影領域４ａの小さい断面積から投影手段７の大きい断面積へと広がることが示されている。投影領域４ａの外側の反射領域４ｂは、投影領域４ａの外側の表示パネル４へ到達する光の全てを照明手段１へ反射し戻し、したがって、反射領域４ｂに入射する光も用いることによって光の使用の効率を増加させる。
【００３３】
図８は、偏光選択ミラー３の別の実施例を示す。偏光選択ミラー３は、表示パネルに面する結像プリズム１６と、入射口ミラー１４に面する照明プリズム１７と、２つのプリズム１６及び１７の間に配置される選択偏光子２２によって形成される。一つの例として、ワイヤ・グリッド偏光子が、反射偏光子２２用に用いられ得る。この配置は、ピクチャ性能に大きな影響を有する高品質な偏光選択ミラーを提供する。
【００３４】
図９は、結像プリズム１６と投影手段７との間に配置されたクリーンアップ偏光子２３を追加的に含む投影装置の一部を示す。偏光選択ミラー３は、表示パネル４から反射され偏光状態を変更してあった色成分を反射するが、変更されていない偏光状態を有する光のかなりの部分も反射する。したがって、投影手段７へ反射されている光は、画像におけるコントラストを劣化させる不正な偏光のかなりの部分を含む。クリーンアップ偏光子２３は、この不正モードの偏光を吸収し、これにより投影された画像のコントラストを劇的に増加させる。
【００３５】
図１０は、照明手段１が、照明プリズム１７によって形成される投影装置を示す。当該図はまた、光が投影手段７へ射出する部分を除いて、照明プリズム１７及び結像プリズム１６によって基本的に形成される本体が、反射層で境界を接されることも示す。
【００３６】
本発明は、投影用に用いられなかった光の大部分を再利用する、カラー画像を投影する投影装置を提供する。またこの投影装置は、簡潔な設計であり、これにより低い製造費用で組み立てられ得る。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本発明による画像を投影する装置の実施例を示す。
【図２】図２は、表示パネルを示す。
【図３】図３は、表示パネル内の光線の成分の例を示す。
【図４】図４は、照明手段及び偏光選択ミラー内の光に関する可能な進路を示す。
【図５】図５は、別の好ましい実施例の照明手段を示す。
【図６】図６は、本発明による画像を投影する装置の更なる実施例を示す。
【図７】図７は、偏光選択ミラーが、照明手段の一部において統合された、更なる好ましい実施例を示す。
【図８】図８は、偏光選択ミラーが、間に反射偏光子を有する２つのプリズムでできた、更なる好ましい実施例を示す。
【図９】図９は、クリーンアップ偏光子を有する更なる好ましい実施例を示す。
【図１０】図１０は、クリーンアップ偏光子及び四分の一波長フィルムを有する更なる好ましい実施例を示す。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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