(57)【要約】反射イメージング装置および投影装置を持つイメージ投影システムは、投影レンズからの反射光が前記反射イメージング装置に到達することを抑え、その上、前記反射イメージング装置の表面に到達する反射光を最小化するという方法のために、１／４波長板を、反射イメージング装置と投影装置との間に設けことを特徴とする。望ましくは、１／４波長板は偏光ビームスプリッタの出射面か、任意追加の直線偏光シートかに貼り合わせて、その結果、空気の界面を除去する。
2004514174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージ投影システムであって、
（ａ）反射空間イメージモジュレータと、
（ｂ）前記反射空間イメージモジュレータ上にゴースト像を生成する反射界面を持つイメージ投影レンズと、
（ｃ）前記イメージ投影レンズからの反射が、前記反射空間イメージモジュレータに到達することを抑える光学アイソレータと、
を含むイメージ投影システム。
【請求項２】
請求項１に記載のイメージ投影システムにおいて、
前記光学アイソレータは、
前記反射空間イメージモジュレータと前記イメージ投影レンズとの間に置かれている直線偏光分析器と協同する１／４波長板を含む、
ことを特徴とするイメージ投影システム。
【請求項３】
請求項１に記載のイメージ投影システムにおいて、
照射光を受け取り、この受け取った光の一部を前記反射空間イメージモジュレータに方向付け、前記反射空間イメージモジュレータから反射したイメージを受け取り、この反射したイメージを前記イメージ投影レンズへ方向付ける偏光ビームスプリッタをも含む、
ことを特徴とするイメージ投影システム。
【請求項４】
請求項３に記載のイメージ投影システムにおいて、
前記光学アイソレータは、
前記偏光ビームスプリッタの面に貼り合わされている１／４波長板を含む、
ことを特徴とするイメージ投影システム。
【請求項５】
請求項３に記載のイメージ投影システムにおいて、
前記光学アイソレータは、
前記偏光ビームスプリッタと前記イメージ投影レンズとの間に置かれた１／４波長板と、前記偏光ビームスプリッタと前記１／４波長板との間に置かれた直線偏光器とを含む、
ことを特徴とするイメージ投影システム。
【請求項６】
請求項３に記載のイメージ投影システムにおいて、
前記光学アイソレータは、
前記偏光ビームスプリッタと前記イメージ投影レンズとの間に置かれた１／４波長板と、前記偏光ビームスプリッタと前記１／４波長板との間に置かれた直線偏光器とを含み、
前記１／４波長板および直線偏光器は、相互に貼り合わせられている、
ことを特徴とするイメージ投影システム。
【請求項７】
請求項１に記載のイメージ投影システムにおいて、
前記イメージ投影レンズは、
前記反射空間モジュレータと共焦点である面を持つ、
ことを特徴とするイメージ投影システム。
【請求項８】
イメージ投影システムでゴースト反射を減少させる方法であって、
（ａ）投影照射光を受け取るステップと、
（ｂ）前記投影照射光の線形偏光の部分を反射空間イメージモジュレータに供給するステップと、
（ｃ）前記投影照射光の前記線形偏光の部分を含むイメージを変調するステップと、
（ｄ）前記変調されたイメージを前記直線偏光の軸に対して４５度に方向を合わせられている円偏光器を通って反射面を持つ投影レンズへ方向付けるステップと、
（ｅ）前記円偏光器を通って前記投影レンズから前記変調されたイメージの反射した部分を通過させ、全部（ｎｅｔ）で９０度の回転にするステップと、
（ｆ）前記投影レンズから、前記投影照射光の前記直線偏光された部分に対して相対的に９０度の回転角を持つ前記反射空間イメージモジュレータに向けて与えられる光の透過を抑えるステップと、
を含むゴースト反射を減少させる方法。
【請求項９】
請求項８に記載のゴースト反射を減少させる方法において、
前記イメージ投影システムは、
（ａ）反射空間イメージモジュレータと、
（ｂ）前記反射空間イメージモジュレータ上にゴースト像を生成する反射界面を持つイメージ投影レンズと、
（ｃ）照射光を受け取り、この受け取った光の一部を前記反射空間イメージモジュレータに方向付け、前記反射空間イメージモジュレータからの反射したイメージを受け取り、この反射したイメージを前記イメージ投影レンズへ方向付ける偏光ビームスプリッタと、
（ｄ）前記イメージ投影レンズからの反射が前記反射空間イメージモジュレータに到達するのを抑える光学アイソレータと、を含む、
ことを特徴とするゴースト反射を減少させる方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のゴースト反射を減少させる方法において、
前記光学アイソレータは、
前記偏光ビームスプリッタと前記イメージ投影レンズとの間に置かれている１／４波長板と、前記偏光ビームスプリッタと前記１／４波長板との間に置かれている直線偏光器とを含む、
ことを特徴とするゴースト反射を減少させる方法。
【請求項１１】
請求項９に記載のゴースト反射を減少させる方法において、
前記光学アイソレータは、
前記偏光ビームスプリッタの面に貼り合わされている１／４波長板を含む、
ことを特徴とするゴースト反射を減少させる方法。
【請求項１２】
請求項９に記載のゴースト反射を減少させる方法において、
前記光学アイソレータは、
前記偏光ビームスプリッタと前記イメージ投影レンズとの間に置かれた１／４波長板と、前記偏光ビームスプリッタと前記１／４波長板との間に置かれた直線偏光器とを含む、
ことを特徴とするゴースト反射を減少させる方法。
【請求項１３】
請求項９に記載のゴースト反射を減少させる方法において、
前記光学アイソレータは、
前記偏光ビームスプリッタと前記イメージ投影レンズとの間に置かれた１／４波長板と、前記偏光ビームスプリッタと前記１／４波長板との間に置かれた直線偏光器とを含み、
前記１／４波長板および前記直線偏光器は相互に貼り合わされている、
ことを特徴とするゴースト反射を減少させる方法。
【請求項１４】
請求項９に記載のゴースト反射を減少させる方法において、
前記イメージ投影レンズは、
前記反射空間イメージモジュレータと共焦点である、
ことを特徴とするゴースト反射を減少させる方法。
【請求項１５】
反射イメージモジュレータからゴーストを抑えたイメージを投影する方法であって、
（ａ）前記反射イメージモジュレータから、直線偏光され、反射され、および変調されたイメージを受け取るステップと、
（ｂ）前記の直線偏光され、反射され、および変調されたイメージを円偏光器を通って反射面を持つ投影レンズへ方向付け、円偏光されたビームを生成するステップと、
（ｃ）前記投影レンズで前記円偏光されたビームの一部を反射し、前記円偏光器を通して戻し、ゴーストイメージを生成するステップと、
（ｄ）前記円偏光器と２回通る、前記ゴーストイメージを含む光の透過が、前記反射イメージモジュレータに到達するのを抑えるステップと、
を含むことを特徴とするゴーストを抑えたイメージを投影する方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載のゴーストを抑えたイメージを投影する方法において、
前記の直線偏光され、反射され、および変調されたイメージは、
前記円偏光器に到達する前にビームスプリッタを通過する、
ことを特徴とするゴーストを抑えたイメージを投影する方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載のゴーストを抑えたイメージを投影する方法において、
前記到達するのを抑えるステップは、
偏光ビームスプリッタおよび直線偏光フィルムからなる１つまたは複数の群を伴う前記円偏光器を２回通過する前記光の直線偏光状態を分析するステップを含む、
ことを特徴とするゴーストを抑えたイメージを投影する方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載のゴーストを抑えたイメージを投影する方法において、
前記円偏光器とビームスプリッタとの間のビーム経路には、屈折性の空気の界面（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ａｉｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）がほぼ無い、
ことを特徴とするゴーストを抑えたイメージを投影する方法。
【請求項１９】
請求項１６に記載のゴーストを抑えたイメージを投影する方法において、
前記円偏光器とビームスプリッタとの間のビーム経路は、
直線偏光器を含み、介在する空気の界面（ｉｎｔｅｒｖｅｎｉｎｇ ａｉｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）がほぼ無く、および前記円偏光器に存在する前記ビーム経路の屈折性の空気の界面（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ａｉｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）における非屈折性被覆をも含む、
ことを特徴とするゴーストを抑えたイメージを投影する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影イメージングシステムに関し、特に投影されたイメージのコントラストを改善するために投影システムにおいて迷光、即ちストレイライトを減少させるシステムおよび方法に関する。
【０００２】
発明の背景
反射型ＬＣＤ投影ディスプレイ（液晶オンシリコンディスプレイとしても知られている）では、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を使用して照射光（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）、オフライト（ｏｆｆ ｌｉｇｈｔ）、および投影されたイメージビームを分離することがよくある。白から暗部までの全体的なコントラスト比を最大化することに多大な努力が払われている。この努力のほとんどは、ＰＢＳ、ＲＬＣＤパネル、およびこのパネルの近くのその他の偏光光学素子に向けられてきている。この努力は、パネル全体を黒くするときに良好な暗部の状態を作り出すことに向けられている。
【０００３】
全白から全黒までコントラスト比（シーケンシャルコントラスト比と呼ばれることもある）に加えて、イントラシーン（ｉｎｔｒａ−ｓｃｅｎｅ）或いはチェッカーボード（ｃｈｅｃｋｅｒｂｏａｒｄ）コントラストも顕著に画像の品質に影響を与える。投影レンズは、チェッカーボードコントラストには重要な要素である。従って、このレンズ単体でチェッカーボードコントラストやゴースト像に対応して設計し検査をすることがしばしばある。反射型ＬＣＤシステムでは、これは不十分である。レンズ素子からの反射はパネルへ反射して戻り、再び、反射して前に進むことがあり得る。この結果、チェッカーボードコントラストを損失し、あるケースでは、かなり強いゴースト像を写す結果となる。
【０００４】
環境反射を減少させるための従来技術の１つとして、円偏光器を使用するものがあり、これは、反射における偏光の利き手（ｈａｎｄｅｄｎｅｓｓ）を反転することによって環境光の反射を減少させる。環境光を減少させることは重要である。しかし、高品質のカラーディスプレイシステム、特に、軸上（ｏｎ−ａｘｉｓ）或いは軸の付近の仮想イメージ技法を利用する高性能システム用では、このような減少ではまだ適当でなない。
【０００５】
ジードラー（Ｚｉｅｄｌｅｒ）は、米国特許第４，６５７，３４８号（参照によって本明細書に包含させるものとする。）「題名：液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）からの反射を除去する構成」（１９８７年、４月１４日発行）において、ＬＣＤの前面にカバーディスクを使用することによってＬＣＤディスプレイからの反射を除去する光学構成を開示する。このカバーディスクは斜めに、かつ、ＬＣＤから離れたところに葉置かれる。１／４波長遅延板は、液晶セル上に置かれる。本発明は、請求項１の特徴部に示したようなスクローリングストライプイルミネーションシステム（ｓｃｒｏｌｌｉｎｇ ｓｔｒｉｐｅ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）に関する。スクローリングストライプイルミネーションシステムは、カラー投影システムに使用することができる。カバーディスクは偏光器を含む。１／４波長板（フォイル）は偏光器と協同して、カバーディスクを通過して戻る反射を実質的に除去する。偏光器を１／４波長（λ／４）板と一緒に適用して環境反射を除去することは、当該分野ではよく知られている。しかしながら、このような技術は、最近のディスプレイ装置、特に仮想イメージカラーディスプレイシステムにとっては幾つかの制限をもたらす。なかでも特に、仮想イメージディスプレイの場合には、この従来の方法による環境反射の防止は、イメージディスプレイ、即ち映像ディスプレイの輝度をも減少させる。このことは、偏光器とλ／４遅延板とによるイメージ反射の減少によって引き起こされる。
【０００６】
米国特許第５，７８６，８７３号（１９９８年７月２８日発行、シュー（Ｃｈｉｕ）他による。）および米国特許第５，６２１，４８６号（１９９７年４月１５日発行、ダニー（Ｄｏａｎｙ）他による。）について、これらの各々の題名は「Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅｓ」（１９９８年７月２８日発行、シュー（Ｃｈｉｕ）他による。）であり、これらは参照によって明示的に本明細書に包含させるものとし、また、これらは投影レンズからの迷光を抑えるために置かれた１／４波長板を含むイメージ投影システムを提供する。
【０００７】
米国特許第５，８３１，７１２号、題名「Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｈａｖｉｎｇ Ｏｃｕｌａｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ」（１９９８年１１月２８日発行、タバタ（Ｔａｂａｔａ）他による。）は、参照によって明示的に本明細書に包含させるものとし、また、これは、環境光によるゴーストイメージを抑えるための、その表面に置かれた１／４波長板を持つビームスプリッタプリズムを含む液晶ディスプレイイ装置を開示する。
【０００８】
米国特許第６，０８８，０６７号は、「複層光学フィルム偏光器を使用する液晶ディスプレイ投影システム」を提供する。
【０００９】
米国特許第５，２７８，５３２号、題名「Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｖｉｒｔｕａｌ Ｉｍａｇｅ ｄｉｓｐｌａｙ」（１９９４年１月１１日発行、ヘッグ（Ｈｅｇｇ）他による。）は、仮想イメージ自動インスツルメントディスプレイシステムを開示する。
【００１０】
ＥＰ０９９１２８１Ａ２（２００００５０４）は、個々の偏光軸に所望しない光の伝達即ち透過を防止するために、その出力部に分析器としての偏光フィルタを具えたビームスプリッタを持つ投影タイプディスプレイ装置に関するものである。
【００１１】
ＪＰ１１０１５０７４Ａ（１９９９０１２２、日本国特許出願公開）は、分析器としてのシートの形状をした選択的な反射板を持つ液晶プロジェクタ用の投影式のカラーイメージディスプレイ装置に関するものである。この選択的反射板は、入射角には関係せずに直線偏光された光成分のみを透過し、直交偏光した光成分を反射する。
【００１２】
ＪＰ２００００９８３２２Ａ（２００００３１４）は、レンズの後段の出力側に置かれた１／４波長板を含むダイクロイックプリズムの付いた各色のイメージを形成するための３つの液晶パネルを持つ液晶プロジェクタに関する。
【００１３】
ＪＰ２００００７５２４６Ａ（２００００３１４）は、分析器として投影レンズと偏光ビームスプリッタとの間に配置された偏光板を持ち、その結果、ビームスプリッタに入射する反射し偏光した光が吸収されるような、投影式ディスプレイ装置に関する。
【００１４】
ＪＰ１１３５２４７８Ａ（１９９９１２２４）は、投影レンズに面する出力面を含む、様々な面上に１／４波長板を持つプリズムに向かう青い光を反射する偏光板を持つ、カラー映像形成用の液晶プロジェクタにおけるカラー光セパレイターアセンブリに関する。
【００１５】
イメージプロジェクションシステムは、しばしば、高い強度の偏光光源による照射を必要とする、液晶空間光変調器、即ちモジュレータを具える。高いコントラスト比を保持することが好適であるが、強力な光源からの内部反射は典型的には迷光を導き、その結果、コントラストを損失することとなる。システムの焦点面におけるイメージからの迷光或いは内部反射の場合は、ゴースト像がしばしば結果的に生じる。投影レンズのレンズ素子には反射防止コーティングが施され、従って、そこに入射する光のごく僅かなパーセンテージだけを反射するが、しかし、高輝度の光源からの反射した光の前記のようなごく僅かなパーセンテージであっても、投影スクリーンに戻るＳＬＭのオフ状態で反射するのに十分である。これがゴーストであり、例えば、変調されたイメージパターンの変化し得るような望まない弱い反復像であり、スクリーンのほんの一部分が白であるとき、スクリーンの黒い領域において最も目立つものである。このような好ましくないゴーストは、レンズ素子の空気とガラスの界面から再帰反射（ｒｅｔｒｏｒｅｆｌｅｃｔｅｄ）した光の部分であり、その後、これはＳＬＭの表面上に焦点を結んだ像、即ちイメージを形成する。このイメージは、レンズを通って液晶光バルブにより反射し、スクリーンの方へ進み続ける。問題は、イメージをＳＬＭ上に戻って形成し、それから投影レンズによりスクリーン上に結像するような、全てのレンズにおけるレンズ素子の表面に関係している。これらの表面が結像しない場合でさえ、それでも迷光を生じ、イメージコントラストの損失を招き得る。
【００１６】
イメージ投影システムの偏光ビームスプリッタを通って戻る再透過を防止するために、このような光の偏光状態を変化させることによって、イメージ投影システムにおける内部反射を低減することが知られている。より具体的に言えば、１／４波長板を偏光ビームスプリッタと投影レンズとの間に置き、これによって、偏光ビームスプリッタから前記レンズへ透過する伝送される光は、１／４波長板により円偏光を得て、偏光ビームスプリッタへ戻るレンズから反射した光は、反対の利き手の円偏光を持ち、その結果、入射ビームから見て反対の直線偏光を持つ光が生じ得る。この光は、その後、再度、１／４波長板を通過し、結果として、元のビームとは反対の軸の直線偏光を持つ光を生じる。この光は、偏光ビームスプリッタによって光バルブから反射して除去される。
【００１７】
図１は、従来の液晶バルブ投影システムを説明するものであり、例えばこれはジールダー（Ｚｉｅｌｄｅｒ）による米国特許第５，２６８，７７５号に述べられているが、この文献を参照によって明示的に本明細書に合体させるものとする。この文献におけるタイプは、ブレハ・ジュニア（Ｂｌｅｈａ， Ｊｒ．）による米国特許第４，３４３，５３５号、およびコダ（Ｋｏｄａ）他による米国特許第４，６５０，２８６号に一般的に示されているものである。この投影システムは、偏光されていない光を出射する高輝度アークランプ１０などのような高出力の光源を含み、即ち、光ビーム１４を、マクニールプリズム（ＭａｃＮｅｉｌｅ Ｐｒｉｓｍ）の組み込みバージョンとして示したような偏光ビームスプリッタ１８へ方向付ける、即ち導くコリメーティングレンズ１２を通って光を伝達する。偏光ビームスプリッタ１８は入力窓２８を含み、そこを通してランダムに偏光された光をアークランプ光源１０から受け取る。一般的に、ビームスプリッタは、１つの偏光状態、例えば「Ｐ」偏光状態などの光を透過し、その他の偏光状態、例えば「Ｓ」偏光状態などの光を反射する。Ｓ偏光状態の反射した光は、反射ビーム３２に沿って変調液晶光バルブ３４へ移動する。ある変調状態では、前記光バルブの相当する領域が、オフまたは暗い状態のままであり、光は、光バルブ３４のこの暗部から再帰反射して、その偏光状態で偏光ビームスプリッタに戻ってゆく。この光の偏光はそれの元のＳ状態から不変であるため、光は再びビームスプリッタプリズム板から反射し、投影レンズ３８にではなく光源１０へ戻って行く。その結果、対応する投影されたイメージ領域は依然として暗いままである。オン状態に変調された液晶光バルブにおけるこれらの領域の場合は、前記光バルブ３４におけるこのような明るい領域から反射した光の一部或いは全てが、Ｓ偏光状態からＰ偏光状態に回転する。偏光状態Ｐの再帰反射した光は、液晶光バルブから偏光ビームスプリッタを通って透過し、ビームスプリッタの出口窓２６および投影レンズ３８を通過して、その結果、明るいイメージ部分を形成する。
【００１８】
図２は、図１のシステムを簡単化して図示したものであって、種々の偏光状態光線の反射および伝達すなわち透過を線図的に示し、ゴースト像或いはコントラストの減少がこの反射液晶光バルブ投影システムにおいて起こり得るときのある態様を説明するための構成である。図２における簡単化した説明では、個々の光線の反射角の説明を試みないが、適切な下付き文字が付いたＳやＰを使用して偏光状態ＳおよびＰそれぞれの光成分の伝達および反射を示すように構成されている。図２に線図的に示すように、高輝度アークランプ１０は、光線Ｓ０およびＰ０で示されている偏光していない光、或いはランダムな偏光光を偏光ビームスプリッタ１６へ伝達する。後者は、矢印Ｐ０で示してある偏光状態Ｐ０の光を伝達し、矢印Ｓ０で示してある偏光状態Ｓの光を反射する。液晶光バルブ３４の領域４２などのような偏光状態Ｓの光Ｓ０が暗部に入射するような場所（陰極線管の暗部に相当する。）では、Ｓ１成分で示されるように偏光の変化を受けることなく反射され、そしてビームスプリッタへ伝達され、そこで反射して前記アークランプへ戻る。Ｓ０で示すような偏光状態Ｓの光が液晶光バルブの明るい領域４４に入射する場所では、偏光状態Ｐ１で前記ビームスプリッタへ反射する。後者は、偏光状態Ｐの光成分Ｐ０をレンズ３８へ伝達する。これがこのレンズ系でスクリーン上に投影することを意図する光である。即ち、液晶光バルブの明るい領域から偏光状態Ｐで反射する全ての光は、レンズを通ってスクリーンへ伝達されることが望ましい。しかしながら、上述したようにレンズ素子の表面に入射する光の少量の部分が、成分Ｐ２で示すように反射してビームスプリッタに戻る。偏光状態Ｐのこの光は、反射してビームスプリッタへ戻り、レンズの曲率、およびレンズが受ける様々な光線の角度に依存して、液晶光バルブの様々な領域に入射する恐れがある。
【００１９】
矢印Ｐ２で示すような投影レンズから反射した偏光状態Ｐの光は、液晶光バルブの暗い領域４６などの暗部に入射する可能性があり、図２のＰ３で示す光成分のように偏光状態の変化を受けることなくその暗部で再帰反射する。液晶光バルブの「暗部」からの再帰反射した光成分Ｐ３は、ビームスプリッタを通過してレンズ系に戻り、そして、レンズ系（レンズ素子の表面で反射する１またはそれよりも多いごく僅かなパーセンテージを除いて）を通ってスクリーンへ伝達し、その場所でその光成分はアークランプのゴースト像を形成し、投影スクリーン上の理想的には暗い領域である部分の照度を増大し、これによってコントラストが低くなる。
【００２０】
以下の説明は、レンズ素子の反射により示される問題を理解する助けとなり得る。普通のスクリーンイメージは、アークランプから発した光から成り、光バルブの表面に照射し、投影レンズを通ってスクリーンに選択的に反射する。本発明が問題とするこの好ましくないゴーストは、投影スクリーンにおける変調されたイメージ即ち像の不要な反射であり、そして、このゴーストは、スクリーンのほんの一部が白いとき、スクリーンの黒い領域で最も目立つ。
【００２１】
古典的なゴースト像とは異なり、ここでいうゴースト像は星のような点のものであり、即ち、このゴースト像はスクリーンにおける分散光源（ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｓｏｕｒｃｅ）から派生するものである。この不必要なゴースト像は、レンズ素子の表面の空気―ガラスの界面で逆反射する一部の光であり、その後、その一部の光は、光バルブの表面上に逆反射し変調されたイメージの焦点を結んだ像を形成する。広帯域の非反射被覆はゴースト像を制御することに有用であるとして、アークランプの輝度は、反射のパーセントのほんのわずかのものでもスクリーン上で明白に目立つほど非常に強力である。
【００２２】
本願明細書に明示的に参照によって包含させたジールダーによる米国特許第５，２６８，７７５号（以下、ジールダーと称する。）によれば、上述した問題は、図３に示すように１／４波長板５０をビームスプリッタとレンズ３８との間に介在させることによって解決されている。この波長板５０は、光の伝達において光に円偏光を与える直線偏光軸に対して４５度に向けられている軸を持つ広帯域の１／４波長板である。これは可視波長の帯域に対して作用する。成分Ｐ１で示す偏光状態Ｐの光は、偏光状態が変化した、液晶光バルブ３４の明領域４４上に入射するＳ偏光状態の光Ｓ０の再帰反射である。図２の構成のようなこれらの成分Ｐ１は、ビームスプリッタおよびその後１／４波長板５０（図３）を通過する。１／４波長板は偏光状態Ｐの光を円偏光状態に変換し、その結果、図３のＣ１で示すような光成分を与える。その後、偏光状態Ｃ１の一部が、前述したような仕組みでレンズ３８の素子の裏面で反射し、反対の円偏光になる。これが図３の図面で成分「−Ｃ１」で示したものである。レンズで反射した光成分「−Ｃ１」は、２度目であるが１／４波長板を通過し、９０度の偏光シフトを持つ直線偏光した光に変換され、成分Ｓ２で図面に示すように、前記偏光状態を効率的にＳへ変化する。偏光状態Ｓ２の成分ビームスプリッタを通っては伝達されないが、反対に、液晶バルブから反射しそしてこの系から抜け出す。従って、光がビームスプリッタを通過した後、液晶光バルブからの光の偏光状態を変化させることによって、レンズ素子の表面からのこれらの弱い反射でさえ、液晶光バルブに到達することを回避される。レンズで反射した光の偏光状態が変化し、その結果、その光はビームスプリッタを通って伝達され得ない。即ち、このゴースト像の源およびコントラストの低下が除去される。
【００２３】
上述したように既知の光学系のコントラストは、レンズ素子の表面で反射して戻って光学系に入り、再びスクリーンに反射して戻る光の可能性を減少するために投影レンズと偏光ビームスプリッタとの間に置かれた１つまたは複数の薄い複屈折層と一体化した１／４波長板により改善される。この１／４波長遅延板或いはフィルムの系を通過してレンズに向かい、そして反射してこのフィルムを再度通って戻る光は、効率的に９０度回転した偏光方向を持ち、従って、その光はこの偏光キューブ（ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ ｃｕｂｅ）によりこの光学系から除去される。
【００２４】
図４は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）プリズムを含むその他の代替の従来システムを示す。以下詳述するがこのシステムでは、投影レンズ光学子は、イメージパネルの表面に結像される反射を与え、従って、この反射は意図するイメージ情報と同じように投影される。これらの反射したイメージは、投影スクリーン上でゴースト像として見ることができる。
【００２５】
発明の概要
本発明の目的は、投影したイメージにおいてゴースト像を抑えるイメージ投影システムを提供することである。
この目的は、請求項１に記載の発明によるイメージ投影システムによって達成される。
本発明によれば、１／４波長板を投影レンズより手前の投影経路に挿入する。この波長板（フォイル）の軸は、投影された偏光軸に対して４５度のところにある。ＰＢＳおよび任意追加の後段偏光器（ｐｏｓｔ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）を伴った１／４波長板は、投影レンズからの反射がＲＬＣＤに到達するの防止することに役立つ。
【００２６】
「ジールダー」の技術は、本発明とは以下の点で異なる。ジールダーでは投影レンズからの反射を遮ることを試みるが、１／４波長板自体からの反射は減衰せず、そして、非反射、即ち反射防止被覆の追加にもかかわらず、ある程度はこれらの反射が生成される。１／４波長板は焦点面には無いため、これらの反射は、コントラストの低下およびブラックレベル（Ｂｌａｃｋ ｌｅｖｅｌ）の増加として観察される。
【００２７】
ジールダーによるデータは、確かに大きな反射の残存を明確に推測している。例えば、ジールダーは、コントラストが３６：１から１０５：１に、４３：１から１１０：１に、３８：１から５４：１へと増加したことを開示している。現実には、このデータはコントラストで１．５：１および３：１の改善を示しており、従って、概算で約３３％〜６６％のストレイライト即ち迷光が残存している。しかしながら、このコントラストデータは、迷光は投影されるイメージに均一に存在しないためゴースト像を直接的に解決しない。そして、このゴースト象は、本発明による改善を施していないプロトタイプシステムにおいては、望ましくないかたちで観察されている。
【００２８】
本発明によるイメージ処理システムのさらなる好適な実施態様は従属請求項において述べる。
【００２９】
本発明による投影システムの特別な実施態様では、１／４波長フォイルはプリズムのある面に、或いは、光路にある直線偏光フィルタにラミネート即ち貼り合わされている。この貼り合わせによって、離れている空気の界面の面を除去し、よって、このような界面で生成される反射を除去する。従って、本発明は、そのもの自身による反射を実質的に生成することなく、投影レンズから反射される光線を防止する。このようにして、前記プロトタイプには存在していたゴーストが本質的に除去された。この目的は１／４波長フォイルに反射防止コーティングを施すことなく、および、本システムにおけるその他の制限、或いは、視認できるアーチファクトをもたらすことなく達成されたものである。
【００３０】
本発明による投影システムのさらなる実施態様は、投影レンズからの反射が反射イメージング装置に到達するのを抑え、その上、そのもの自身の反射が反射イメージング装置に到達することを最小化するというやり方のために、１／４波長板を偏光ビームスプリッティングプリズムと投影レンズとの間に設けたことを特徴とする。
空気の界面を除去するために、１／４波長板は偏光ビームスプリッタの出口の面（出射面）か、或いは、任意追加の直線偏光シートに貼り合わせることが好適である。光を伝達する本システムにおける全ての屈折空気界面は反射防止被覆を施すことが望ましい。
【００３１】
本発明のさらなる目的は、光学特性の良い接着剤でＰＢＳの一面と偏光フィルタを貼り合わせるステップと、これによって一対の屈折性の空気の界面を除去するステップとを含むような、ＰＢＳイメージ投影システムのなかの内部反射を減少させる方法を提供することである。
これらの目的およびさらなる目的は、好適な実施態様の詳細な説明および図面を参照することによって明らかになるであろう。
【００３２】
好適な実施態様の詳細な説明
反射ＬＣＤ投影システムの普通の構成を図４に示す。本システムおよびその他の実施の詳細は、ジャンセン（Ｊａｎｓｓｅｎ）他による米国特許第５，５３２，７６３号（１９９６年７月２日）により詳細に述べられている。この文献を参照によって本願明細書に明示的に包含させるものとする。ある偏光の光（図示する「Ｐ」偏光）は、ＰＢＳ１０５を通って伝達し、そしてＲＬＣＤパネル１０２を照射する。この場合は、前記パネル１０２はある領域１０３は明るく、その他の領域１０４は黒い。この明領域１０３では、入射光の偏光が「Ｓ」へと変化し、ＰＢＳ１０５から投影レンズ１０７へと反射し、観賞用スクリーンに向かう。図面の暗領域１０４では、偏光状態は変化しない。反射したＰ偏光した光（Ｐ偏光光）はＰＢＳ１０５を通過して照射システム１０１へ戻って行く。
【００３３】
投影レンズ１０７は典型的には多数の素子から構成される。各素子はある光を反対方向に反射する。反射防止被覆を使用して反射量を減少させるが、ある程度の反射は常に存在する。レンズ表面からの反射光１２５を図４に示す。反射１２５は、Ｓ偏光を保持している。レンズから反射した光は、ＰＢＳ１０５を通過して前記パネル１０２上に戻る。光が暗領域１０４に衝突する場合は、パネル１０２は偏光状態を変化させずにその光を反射する。この光はいまだにＳ偏光であって、ＰＢＳ１０５を通過して戻ってゆき、投影レンズ１０７を通って観賞用スクリーン１０８へと行く。前記レンズ１０７の表面がパネル１０２とほぼ共焦点である場合には、前記明領域の妥当なコヒーレントなゴースト像が暗領域のイメージの反対側に観察される。表面が共焦点でない場合は、背景光がイメージ上に生成され、ブラックレベルが増加しイントラシーンのコントラストが悪くなる。
【００３４】
本発明は、図５に示すように投影経路上であってＰＢＳ１０５の後でそして投影レンズ１０７の手前に１／４波長板（フォイル）１１０を追加することによってこれらの反射１２５を解決する。後段の偏光器（ｐｏｓｔ−ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）１０６は、Ｓ偏光の光を通す。１／４波長板１１０は、後段偏光器１０６の後であって投影レンズ１０７の手前に挿入する。１／４波長板１１０の軸は、後段偏光器１０６或いはＳ軸に対して４５度に傾斜させる。偏光器１０６と１／４波長板との組合せは、反射１２５を除去する光学分離器すなわち光学アイソレータとして機能する。例えば、投影したＳ偏光の光は、左手の円偏光になる。投影レンズ１０７の表面で反射した光は、右手の円偏光になる。この右手の円偏光は、１／４波長板１１０を通過して戻った後ではＰ偏光（９０度シフトしたもの）になる。このＰ偏光の光は、その後、後段偏光器１０６で吸収されるか、或いは、それが無い場合は、ＰＢＳ１０５によってＲＬＣＤパネル１０２以外の方へ伝達される。
【００３５】
この解決策の実施は効率的であり不利益は一切無い。１／４波長板の伝達（透過）効率は非常に高く、そのため、挿入損失が事実上まったく無い。ＰＢＳ１０５の表面或いは後段偏光器１０６に貼り合わせた場合は、追加の空気の界面ができない。唯一の影響は、投影された光が直線偏光ではなく円偏光だということである。
【００３６】
本発明による構成でテストを行った。１／４波長板を付けていないプロトタイプのシステムは、光軸に関して映し出した強いゴースト像が示された。このゴーストは、幾つかのシーンでは非常に目立つものであり、映像の品質を悪化させた。本明細書で説明したように１／４波長板を挿入することによって、このゴースト像は除去された。１／４波長板を挿入することによるゴーストを暗いテストパターーンから除去することは、少なくとも１つのオーダの大きさで反射強度を減少させ、ジールダーで観察された全体のコントラストの改善よりも顕著に高いことを意味する。
【００３７】
上述した構成の代替も可能である。本システムは、後段偏光器１０６を具えなくてもよい。その場合には、１／４波長板１１０と組み合わせたＰＢＳ１０５自身が所望の効果を提供する。１／４波長板１１０は、ＰＢＳ１０５の出口面すなわち出射面に貼り合わせることができる。この場合、ＰＢＳ１０５の出射面からの反射も除去することができる。光路が反射光上にあり、かつ、投影された光がＰＢＳ１０５を通って伝達される場合は、この構成は同様に良好に機能する。
【００３８】
従って、本発明は光学アイソレータを偏光ビームスプリッタに提供して、その結果、投影レンズから一回反射した光がイメージング（結像）装置に到達することを防止することが明白である。複数回の反射光は大きく減衰され、よってこの反射光は重要なものではなくなる。
【００３９】
図６に示すように、１／４波長板１１０は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０５に貼り合わせることもできる。この実施態様では、屈折性の空気界面が除去され、よって問題の反射が減少する。図６の実施態様によれば、直線偏光シート１０６が、光学接着剤或いは感圧接着剤（ＰＳＡ）１１８を使用してＰＢＳ１０５に貼り合わせられる。ＰＢＳ１０５のこの面は被覆しないことが好適であり、一方、残りの外側の面は反射防止被覆１２２、１１５、１１３、１２４を施すことが好適である。さらに、１／４波長板１１０は、光学接着剤かＰＳＡ１１９かを用いて直線偏光シート１０６に貼り合わせられる。そしてさらに、１／４波長板１１０は、光学接着剤或いはＰＳＡ１２０を用いて反射防止の被覆がされているカバーシート１２１に貼り合わされる。従って、ＰＢＳ１０５の出射面はいずれの場合でも反射防止の被覆を施すことが好適であるため、追加の被覆面は必要なく、かつ、追加の屈折性の空気界面は存在しない。
【００４０】
普通は、マクニールＰＢＳ１０５は、限定された効率性を持ち、従って、望まない偏光軸を持つ光の少量の部分が抜け出る。さらに、ＰＢＳ１０５は角度に対する感度（ａｎｇｕｌａｒ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）を持つ。光が出て行く経路内に直線偏光器１０６を設けることによって、１／４波長板１１０を使用しないにもかかわらず、コントラストの正味の改善が認められる。この直線偏光器１０６と１／４波長板１１０とを組み合わせることによって、反射１２５は高い効率で消滅する。
【００４１】
偏光器をＰＢＳに貼り合わせる方法は、ＰＢＳ１０５或いはＰＢＳ−ハーフプリズム１１７に被覆していない面を設けるステップと、光学接着剤或いは光学品質の感圧接着剤１１８を、偏光器１０６に或いはＰＢＳ１０５の表面に設けるステップと、偏光シート１０６をＰＢＳ１０５に接着するステップとを含む。
ＰＢＳは、既知の方法で、ハーフプリズムの１つの上の介在する被覆を持つような２つのハーフプリズム１１７、１２６から構成されている。これらのステップを複数回おこなって、光学素子１０５、１０６、１１０、１２１の積層を作ることもできる。反射防止光学被覆１２２を究極的な屈折性の空気界面に設けるためには、最終の層（ｓｈｅｅｔ）は、光学反射防止被覆１２２を持ち、貼り合わせた層の１つとして設けたカバーシート１２１、或いは、反射防止の層とすることもできる。
【００４２】
従って、Ｐ偏光１１６を持つ投影ランプからの照射光１０１は、ＰＢＳ１０５を通過する。他方、Ｓ偏光の光は、被覆１１４でＲＬＣＤパネル１０２のほうへ反射し、反射した変調パターン１１２を形成する。この光１２７は変化した偏光状態を持つため、その光は反射することなく、ＰＢＳ１０５、およびＰＢＳ１０５の出射面の層１０６、１１０、１２１を直接的に通過して投影レンズ１０７へ向かう。この光の一部１２３は投影レンズ１０７の表面で反射し、一方、残部１０８は投影スクリーンへと向かう。
【００４３】
本発明はここまで好適な実施態様に関して説明してきたが、このような開示は何ら限定して解釈されるものではないと理解すべきである。これらの開示を読了した後の当業者には、様々な代替或いは変形は疑いなく自明のものになるであろう。従って、付属の請求の範囲は、本発明の精神および範囲のなかに含まれる代替および変形の全てをカバーすることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のマクニールプリズム液晶光バルブ投影システムを示す図である。
【図２】図１に示したシステムにおいてこのシステムの構成要素のあいだで反射する光の様々な偏光状態を示す図である。
【図３】従来技術の１／４波長板を偏光ビームスプリッタと投影レンズとの間に介在させた液晶投影システムを示す図である。
【図４】従来技術の偏光ビームスプリッタプリズム液晶イメージ投影システムを示す図である。
【図５】本発明による、偏光ビームスプリッタプリズムと投影レンズとの間に置いた１／４波長板および任意選択の直線偏光シートを持つ偏光ビームスプリッタプリズム液晶イメージ投影システムを示す図である。
【図６】偏光ビームスプリッタと偏光フィルタを貼り合わせて不要な屈折性の空気の界面を除去したものの詳細な断面図である。
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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