(57)【要約】投射システムは、照明光学システム（１）と、照明光学システム（１）から入射する光を少なくとも３つの着色光ビーム（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に分解する色分解システム（４）とを含み、投射システムは、さらに、各着色光ビームのために、着色光ビームを変調するための変調装置（１６，１８，１９）と、変調された着色ビームを結合する光結合器（２０）とを含む。投射システムは、少なくとも１つの着色ビームのために偏光変換システム（ＰＣＳ）を含み、他の着色ビームの少なくとも１つのために偏光変換システムを含まない。
2006525542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光学システムと、
該照明光学システムから入射する光を少なくとも３つの着色光ビームに分解する色分解システムと、
各着色光ビームのために、前記着色光ビームを変調するための変調装置と、
該変調された着色光ビームを結合する色結合器と、
を有する投射システムであって、
少なくとも１つの着色光ビームのために偏光変換システムを有し、他の着色光ビームの少なくとも１つのために偏光変換システムを有さない、
ことを特徴とする投射システム。
【請求項２】
当該投射システムは、前記着色光ビームの少なくとも１つのために、前記色分解システムと前記色結合器との間にリレーシステムを有し、偏光変換システムが前記リレーシステム内に位置する、ことを特徴とする請求項１に記載の投射システム。
【請求項３】
前記偏光変換システムは赤色ビーム経路に位置する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の投射システム。
【請求項４】
前記偏光変換システムは、４分の１波膜を有するパターン化された鏡板と、反射偏光子とを有する、ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の投射システム。
【請求項５】
前記偏光変換システムが如何なる他の色にも設けられていない、ことを特徴とする請求項１に記載の投射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光学システムと、偏光変換システムと、照明光学システムから入射する光を少なくとも３つの着色光ビームに分解する色分解システムと、を含む投射システムに関し、当該システムは、さらに、各着色光ビームのために、着色光ビームを変調するための変調装置と、変調された着色ビームを結合する光結合器とを含む。
【背景技術】
【０００２】
そのような装置は欧州特許出願第１０７１２９２号から既知である。
【０００３】
投射器は、通常、照明光学システムと、色分解システムと、着色光ビームを変調するための液晶パネルのような変調装置とを含む。次に、着色変調光ビームは結合され、投射レンズ又はレンズシステムによってスクリーンに投射される。もし変調器が偏光変調を用いて光ビームに画像情報を付加するならば、液晶ディスプレイパネルのような変調器が２つの偏光器の間に位置するのが一般的である。もし非偏光がディスプレイパネル上に入射するならば、実質的にその半分が第一偏光器によって吸収され、よって、画像の形成によって失われる。この吸収は偏光器及びディスプレイパネルの加熱も生じさせる。この問題を軽減するために、既知の装置は偏光変換システム（ＰＣＳ）を含む。偏光変換システムは光源から放射された光を変換し、それは最小限の光損失で偏光ビームに偏光されないのが好ましい。そうするために、従来技術の偏光変換システムは２つのレンズ配列と偏光発生システムとを有し、偏光変換システムは、遮蔽板と、偏光ビームスプリッタ配列と、選択的な遅延板とを含む。レンズ配列は、光源からの光が多数のビームに分解され、該ビームが遮蔽板の透明部でのみ侵入するよう構成されている。偏光ビームスプリッタは入射ビームをＳ偏光ビームとＰ偏光ビームとに分解する。これらのビームの１つの種類は選択的な遅延板のような偏光変更素子に送られ、そこでは、偏光はＳからＰへ或いはＰからＳに変えられる。最終結果は、偏光変換システムを出光する光が１つの方向、即ち、Ｓ又はＰ方向に偏光されることである。次に、光は色分解システムに送られ、各色変調装置によって変調され、色結合器で再結合され、スクリーン上に投射される。
【０００４】
既知のシステムは満足に動作し利点をもたらすが、多くの問題点が残存する。偏光変換システムは極めて高価なシステムであり、且つ、入手及びこのシステムのための高品質を維持するのが困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の問題点の１つ又はそれ以上を緩和し或いは少なくとも低減することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するために、本発明に従った投射システムは、少なくとも１つの着色ビームのために偏光変換システムを含み、他の着色ビームの少なくとも１つのために偏光変換システムを含まないことを特徴とする。
【０００７】
よって、本発明に従った投射システムは、複数色の１つのために、即ち、複数色が分解される位置に偏光変換システムを有する。よって、他の着色ビームは変調装置に入射する以前に偏光されない。
【０００８】
一見したところでは、これは既知のシステムからの後退であると考える人もいるであろう。
【０００９】
しかしながら、本発明者は以下の点に気付いた。
【００１０】
光変調に基づくシステムは、不均衡な赤色、緑色、青色を放射する投射ランプを用いる。高輝度、費用、及び、適切な色再現性が、これらのシステムの最も重要な特徴である。投射写真及びビデオ画像に関して特に重要な適切な色再現性のために、２つの色（普通、緑色及び青色）の４０％までが実際には捨て去られ、高強度では用い得ない。何故ならば、それは適切な演色、特に、適切な白色均衡をもたらさないからである。既知の投射システムにおけるＰＣＳは全ての色のために働かなければならず、それは高価なシステムを要求し、実際上は、多少の妥協がなされなければならず、そこでは、結合された全ての色のための最善化を得るために、全ての色のための完全未満の偏光変換が得られる。よって、ＰＣＳを用いてさえも、数パーセントの光は既知のシステムにおいて失われる。何故ならば、ＰＣＳは完全未満であり、ＰＣＳ自体（例えば表面反射の故に）が強度損失の原因たり得るからである。全般的に見て、２つの色のためにＰＣＳを用いないことは、これらの色のための光の損失に重大な影響を与えない。事実、これらの光路からのＰＣＳの除去は、これらの光路における素子の数を削減し、それは光学システムの複雑さを低減し、これらの色の向上にさえ至り得る。ＰＣＳは、第三の色、通常、赤色の光路に、即ち、光ビームが分解された後に配置される。ＰＣＳは１つの色のみを、即ち、既知のシステムにおけるＰＣＳよりも一層小さな波長範囲で取扱う。ＰＣＳの殆ど全ての構成素子（スプリッタ、遅延板、等）は、波長依存の光学特性を有し、それは全ての色のためにＰＣＳシステム動作を提供することを困難且つ高価にする。しかしながら、本発明に従ったシステムでは、ＰＣＳシステムは１つの色のみを取扱い、これはコスト削減しつつ性能を向上することを可能とする。例えば、全ての可視的な波長のための表面の反射を低減する抗反射層は、赤色だけのためよりも一層複雑であるのが普通である。
【００１１】
よって、本発明に従った投射システムにＰＣＳが存在しない２つの色経路に関して、システム全体は品質の顕著な損失を受けず、本発明のシステム内にＰＣＳが存在する色経路に関して、多少の品質の向上があると同時に、顕著な費用削減が得られる。
【００１２】
よって、本発明は、感知し得る画像品質の低減、及び、大きな設計変更を必要とすることなく（多少の設計変更は必要であるが）、費用削減の可能性を提供する。
【００１３】
投射システムは、色ビームの少なくとの１つのために、色分解システムと色結合器との間にリレーシステムを含むのが好ましく、偏光変換システムは、リレーシステム内に位置する。
【００１４】
ＰＣＳはリレーシステム内に位置するのが好ましい。リレーシステムにおいて、投射システムの一般的な配置、又は、具体的には、色分解システムの大幅な変更の必要なしにＰＣＳを位置付けるための余地を提供するために、ビーム経路は長くされる。
【００１５】
色分解システム内に或いは色分解システムのためにリレーシステムを設けること自体は既知であるのが分かる。「色分解システムと色結合器との間」は、ビーム経路に沿ったリレーシステムの位置付けを指し示すことが意図されている。
【００１６】
好適実施態様において、ＰＣＳは赤色ビーム経路に位置し、動作時、リレーシステムは赤色ビームをリレーするのが好ましい。
【００１７】
大部分のランプは光放射における不均衡を有し、よって、適切な白色均衡のために、青色及び緑色の光は低減されなければならない。そのような状況では、ＰＣＳを赤色ビーム経路に設けるのが有利である。ＰＣＳが設けられている色が、照明システムによって放射される光からの適切な白色均衡を比較的欠いていることを条件として、発明のより広い概念内で、ＰＣＳを赤色以外の色のために設け得る。換言すれば、そのような状況において、他の色は適切な白色均衡のために比較的明る過ぎる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図面は原寸では描写されていない。一般的に、同一の構成部材は図面内の同一の参照番号によって表示されている。
【００１９】
図１は従来技術から既知の投射システムを示している。投射システムは、照明光学システム１を含み、ランプと、放物面投射器２とを含む。ランプによって放射された光は、偏光変換システム（ＰＣＳ）３を通過する。このシステムは、ランプによって放射された非偏光を偏光に変換する。これを行う１つの方法が図２に示されている。光は、多数の（半透明）鏡５，７と折畳み鏡６とを含む色分解システム４内で、三色の光ビームに分解される。既知のシステムにおける１つの光路において、青色光は、多数の鏡９，１０及び多数のリレーレンズ１１，１２，１３を有するリレーシステム８を介して、リレーされる。レンズ１１，１２，１３を介して、３つの光ビームが変調器１６，１８，１９上に入射し、それによって、着色光ビームが変調される。光ビームは色結合器１４内で再結合され、投射レンズシステム２１を介して、スクリーン２２上に投射される。
【００２０】
図２は欧州特許出願第ＥＰ１０７１２９２号における既知の投射システムのために記載されているようなＰＣＳ３を例示している。一般的に、偏光変換システムにおいて、異なる偏光方向を有する元の光ビームは、偏光高感度ビームスプリッタによって、互いに直交する異なる偏光方向を有する２つのサブビームに分解される。偏光変換手段において、これらのビームの１つの偏光方向は前記ビームの他の１つの偏光方向に変換され、次に、組み合わせて偏光ビームを提供するために、変換されたサブビームは非変換のサブビームと結合される。
【００２１】
図２、３（Ａ）、及び、３（Ｂ）は、ＰＣＳの１つの実施例を概略的に例示している。レンズ２２，２４の２つの配列２１，２３が、実際のＰＣＳ２５の前に配置されている。これらのレンズは、ランプ及び反射器から入射して来る略平行な光ビームを多数の部分光ビームに分解する。部分光ビームはＰＣＳ２５に入射し、ＰＣＳは、光遮断領域３２（反射的であり得る）及び透過領域３３を有する遮蔽板３１を含む。光は収束し、透過領域３３を通過して、略平行四辺形状をそれぞれ有する透過部材を備える偏光高感度ビームスプリッタ３４に入射する。各部材は、１つの偏光方向（この実施例ではＰ偏光）を有する光を通過するが、他の偏光（この実施例ではＳ偏光）を備える光を反射する表面３５を有し、反射光は再び表面３６で反射する。Ｓ及びＰ偏光ビームは領域３８，３９を有する偏光変換手段３７に入射し、そこでは、これらの領域の１つは光の偏光方向を９０°だけ変える。この実施例では、Ｐ偏光ビームはＳ偏光ビームに変換される。最終結果は、入射非偏光（ｓ＋ｐ）はＰＣＳ２５内で偏光（この実施例ではＳ偏光）に変換される。４分の１波膜をそのような変換に用い得る。
【００２２】
変調器１６，１８，１９は、偏光器を含むか、或いは、偏光にのみ動作するのが普通である。「誤った」偏光を備える光は、変調器の前又は変調器内で吸収されて失われ、投射システムにおける熱の増大を引き起こすだけである。従って、ＰＣＳシステムの具備は利点をもたらす。
【００２３】
しかしながら、光変調に基づくシステムは、不均衡な赤色、緑色、及び、青色を放射する投射ランプを用いる。高輝度、費用、及び、適切な色再現性は、これらのシステムの最も重要な特徴である。適切な色再現性のために、２つの色（普通、緑及び青）の４０％までが実際には捨て去られ、高強度又は略完全強度では用い得ない。何故ならば、それは適切な演色、特に、適切な白色均衡をもたらさないからである。これは大幅な熱入力を引き起こす。簡略に言えば、色ビームの２つには強過ぎる強度があり、３番目には強度が十分になく、適切な白色光を得るために、初めの２つにおける余剰は捨て去られる。不均衡の量及び過剰に明るい或い過剰に弱い実際の色、並びに、これらの色の明るさ又は弱さの程度は、用いられるランプに依存して相違し得るが、如何なる白色不均衡もこの状況を引き起こす。大部分のシステムにおいて、青色及び緑色の余剰は、記述されているように、約４０％である。この余剰は、これらの色のためにＰＣＳを用いることによって得られるものに相当する。ＰＣＳシステム自体は高価なシステムであり且つ複雑である。特に全ての波長に亘って機能しなければならないからである。発明者は、ＰＣＳを光路の１つだけに、即ち、光ビームが色光ビームに分解された後に置くことによって、価格を低減し得ることに気付いた。限定的な波長範囲のみが重要なので、ＰＣＳを「最も弱い」光ビーム内に置くことによって、ＰＣＳを単純化することが可能であり、よって、費用を節約すると共に、より良好に機能する。ＰＣＳ内で用いられている素子の大部分又は全ては偏光依存的であるが、通常、波長依存的でもある。１つの色だけのために働く必要のある４分の１波板は、完全な白色光範囲のために動作する必要のある４分の１波板よりも、構築するのが一層容易である。単一の一軸性膜から１つの色だけのために働く必要のある４分の１波板を形成し得るのに対し、完全な可視的中心で働く必要のある広帯域４分の１波板は３（又はより多くさえある）の一軸性膜の束から形成される。広いスペクトル範囲のための類似の抗反射被膜は、１つの色だけで低反射を有する必要のある抗反射被覆よりも多数の層を備える束を必要とする。ＰＣＳを１つの色のみに制限することは、これらの問題の多くを除去し、従って、より良好なＰＣＳをより安価に製造する可能性を提供する。他の２つの色のために、光学システムは単純化され、それも利点をもたらす。何故ならば、光学システムがより多くの素子を包含すればするほど、より多くの損失が発生し、光学システムの整列のような、より厳格な要求が課されるからである。これらの２つの光通路内の光の５０％が捨て去られなければならないことは事実であるが、既存のシステムでは、ＰＣＳの存在及び生来的な不完全性の故に、低率が常に失われ、実際には、ランプによって放射される光における不均衡の故に、約４０％が失われる。よって、これらの２つの色のための最終結果は小さい。光の色に良好に変わるＰＣＳを製造し得るので、ＰＣＳが位置する色のための最終結果はポジティブである。
【００２４】
大部分のランプは光放射における不均衡を有し、よって、適切な白色均衡のために青色光及び緑色光が低減されなければならない。そのような状況において、ＰＣＳを赤色ビーム経路に設けるのが有利である。ＰＣＳを設ける色が照明システムによる放射光からの適切な白均衡を比較的欠いている色であることを条件として、本発明のより広い概念内では、赤色以外の色のためにＰＣＳを設け得る。換言すれば、そのような条件において、適切な白色均衡のために、他の色は比較的明る過ぎる。大部分の現代のシステムにおいて、光は３つの着色ビームに分解され、変調され、次に、再結合されることが分かる。本発明は、光が３色よりも多く（例えば、４色）に分解されるシステムにも適用される。
【００２５】
図４は、本発明に従った投射システムを例示している。図５及び６は、図４に示されるシステムの詳細を例示している。
【００２６】
既知のシステムと比較すると、ＰＣＳは色分解システムの前の投射システムの部分から除去され、赤ビームがリレーされ、ＰＣＳ４１がリレーシステム内のレンズ４２及び４３間に設けられている。図４は本システムを概略的に示している。
【００２７】
図５及び６は、図４に概略的に示されるシステムの詳細を例示している。
【００２８】
図５は光照明システムを例示している。光照明システムは、ランプと、反射器１と、紫外線フィルタ５１と、２つの積算器５２，５４とを含む。各積算器は多くのレンズ５３，５５を含み、それらは第一積算器に入射する平行ビームが第二積算器から出射する多くの平行ビームに分解されるよう位置付けられている。副ビームに関して、これは図面中に概略的に示されている。光は、本実施例では赤外線フィルタとして二重の機能を有する鏡５７によって反射され、レンズ５８によって、第一の二色性色フィルタ５９（図４における色フィルタ５に相当する）にリレーされる。図４は設計を概略的且つ凝縮形態に示し、装置の一般的な設計を見ることを可能とするよう、一部の詳細は図４に示されていないことが分かる。具体的には、簡略化のために、鏡５７及びリレーレンズ５８（同様に鏡５７の具備の故の光路内の角度）は図４に示されていないが、図５に示されている。光照明システムと色分解システムとの間の実際の光路は、本発明の範囲を限定しない。青ビームは鏡５９によって透過されるのに対し、赤及び緑光は上方に反射される、即ち、それはＳ及びＰ偏光を含む。
【００２９】
図６は投射システムの次の部分を例示している。素子５７，５８，５９は図５におけると同一である。Ｒ及びＧビームは二色性鏡６２によって分割される。青色（Ｂ）及び緑色（Ｇ）は変調装置６１，６３によって変調される。視野レンズが変調層（通常、液晶装置）の前に配置される。既に議論されたように、Ｂ及びＧ変調装置６１，６３に入射する光は非偏光であり、且つ、変調装置は従来的に偏光子を含むという事実を前提とすると、Ｇ及びＢ光の５０％は変調器を通過せずに失われる。しかしながら、既に説明されたように、照明装置の色不均衡の故に、光の約４０％はいずれにしても（変調装置内で）停止されなければならない。
【００３０】
赤ビームは、レンズ６４及び鏡６６，６７を介して、視野レンズ６９を介して、変調装置６８にリレーされる。リレーシステムにおいて、ＰＣＳ４１はレンズ４２及び４３間に配置されている。積算器５２，５３の画像はレンズ４２と４３との間に形成され、よって、明るい地点のパターンを形成し、事実、それは積算器５４に明るい地点の画像を形成し、その地点は、光ビームを示すラインが互いに交差する地点によって、図５に概略的に示されている。これらの明るい地点の間には暗い空間がある。本実施例では、反射偏光子７０が変調装置の前に位置する。
【００３１】
システムの最終部分における様々な部材の協働が図７に詳細に示されている。レンズ４２及び４３間の鏡パターン７１を、これらの明るい地点又はその近傍に配置することによって、光が鏡パターンを通過することが許容され、鏡パターンを通過した光は変調装置６８の前の反射偏光子７０に入射する。「正しい」偏光は通過し偏光されるのに対し、「誤った」偏光は反射される。様々なレンズ及び他の光学素子は、反射偏光子モードが積算板の第二画像を、レンズ４２及び４３間の実質的に（好ましくは全く）同一の平面、即ち、暗い空間を間に備える明るい地点のパターンに発生するよう整列されるが、平面内の方向に僅かにシフトされ、よって、光は鏡パターンによって再反射される。跳ね返った光の偏光を回転するために、鏡パターンは４分の１波膜を備える。この光は反射偏光子を通過する。よって、ＰＣＳシステムがリレーシステム内に設けられる。このＰＣＳは、明るい地点が鏡パターンの孔と一致し、よって、変調器の前の鏡パターン及び反射偏光子７０の背後で４分の１波膜７２を通過するよう配置された鏡パターン７１を含む。図３Ａ及び３ＢのＰＣＳと比較すると分かるように、パターン化された鏡板及び４分の１波膜はより一層簡単で、よって、より安価であるので、４分の１波膜及び反射偏光子を備えた、パターン化された鏡板を備えるそのような配置は、好適実施態様である。反射偏光子の具備は費用を実質的に付加しない。
【００３２】
本発明は好適実施態様との関連で記載されたが、上記に概説された原理の範囲内におけるその変形は当業者に明らかであることが理解されよう。よって、本発明は好適実施態様に限定されず、そのような変形を含むことが意図されている。本発明は、１つ１つの新規な特徴的機能、及び、特徴的機能の全ての組み合わせに存在する。請求項中の参照番号はそれらの保護範囲を制限しない。「含む」という動詞及びその活用形の使用は、請求項中に述べられるもの以外の素子の存在を排除しない。素子に先行する冠詞又は定冠詞の使用は、そのような素子が複数存在することを排除しない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】既知の投射システムを示す概略図である。
【図２】ＰＣＳの１つの実施例を示す概略図である。
【図３】Ａは、ＰＣＳの１つの実施例を示す斜視図であり、Ｂは、ＰＣＳの１つの実施例を示す一部断面図である。
【図４】本発明に従った投射システムを示す概略図である。
【図５】図４に示されるシステムの詳細を示す概略図である。
【図６】図４に示されるシステムの詳細を示す概略図である。
【図７】システムの様々な部材の協働を示す概略図である。
【図１】
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【図２】
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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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【国際調査報告】
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