説明

投射ディスプレイシステムのための統合ビームスプリッタ及び偏光器

投射ディスプレイシステム(80)のための統合ビームスプリッタ及び偏光器(30)は、非偏光の白色光を提供するための出光面(W)を有し、且つ、有色光を受光するための入光面(36,38,40)配列を有する光導波路配列(32)と、白色光を2つの異なる偏光状態の偏光された光に分割するための偏光ビームスプリッタ(42)と、白色光を有色光に分割し、且つ、異なる偏光状態の偏光された光を入光面の異なる側部の配列上に向けるための二組の色彩フィルタ(F1及びF2)と、1つの偏光状態の有色光を他の偏光状態の有色光に変換するための波長板(52)とを含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は投射ディスプレイシステムに関し、より詳細には、単一パネルスクロール色彩投射システムのための統合ビームスプリッタ及び偏光器に関する。
【背景技術】
【0002】
単一パネルスクロール色彩投射システムは、個別の画像素子又は画素のラスタを有する画素液晶ディスプレイ(LCD)のような単一の光変調器パネルによって特徴付けられ、パネルは水平方向に細長い赤色、緑色及び青色の照明バー又はストライプによって照明される。ストライプはパネルに亘って垂直に連続的にスクロールされるのに対し、照明された画素の行は、その時の入射ストライプの色彩に対応するディスプレイ情報と同期してアドレス付けされる。例えば、1994年3月25日にP.Janssenに発効した米国特許第5,410,370号「単一パネル色彩投射ビデオディスプレイの改良された走査」及び1995年5月16日にP.Janssen et al.に発効した米国特許第5,416,514号「色彩照明システムを光弁の読取り/書込みに同期させる制御回路を有する単一パネル色彩投射ビデオディスプレイ」が参照されるべきであり、それらの全文を参照として本明細書に引用する。
【0003】
そのような単一パネルシステムは、より従来技術の3パネルシステムと区別されるべきであり、3パネルシステムでは、別々の赤色、緑色及び青色ビームが各々十分に照明し、別々の光変調器パネルによって変調される。次に、変調されたビームがディスプレイスクリーン上で重ね合わされて、完全な色彩のディスプレイが生成される。
【0004】
単一パネルスクロール色彩システムにおいて、入射する白色光は、二色性素子を用いる光エンジンによって、別々の赤色、緑色及び青色の色彩成分に分割される。そのようなスクロール色彩投射器のための光エンジン1用の照明構造が図1に図式的に示されている。光源Sからの白色光は、二色性素子7によって、青色成分B及び緑色/赤色成分G/Rに分割される。B成分はレンズ3及び反射鏡4によってプリズム5に向けられる。G/R成分は二色性素子2を通過し、レンズ6を通じて二色性素子7に向けられる。二色性素子7はG/R成分を緑色成分Gと赤色成分Rに分割する。G成分は素子7によって反射されてプリズムスキャナ8に向けられるのに対し、赤色成分Rは二色性素子7を通過してプリズムスキャナ9に向けられる。次に、反射鏡12及び中継レンズ13乃至17によって、走査されたR,G,B成分は再結合二色性素子10,11に向けられる。
【0005】
二色性素子及び反射鏡はビーム経路に対して45°で傾斜している。傾斜された二色性フィルタのスペクトル反応は光の入射角度に強く依存する。従って、これらのフィルタを高い光処理量が必要な発散光に用いるときには、白色光を非オーバーラップ色彩帯に効果的に分割することは可能ではない。この結果、システムの色彩性能又は光学効率のいずれかが犠牲にならなければならない。
【0006】
光変調器パネルがLCDである場合、光も偏光されなければならない。McNeillプリズムとして知られる光学素子を典型的に用いて、偏光変換は別個の工程で達成される。二色性フィルタの場合のように、処理される光がより発散すると、これらの偏光変換の効率は減少する。
【0007】
典型的な偏光転換の構造20が図2に示されている。赤色、緑色及び青色光のスクロール帯の画像を構成する光エンジンからの出力光は、偏光器を通じて偏光ビームスプリッタ(PBS)23に向けられる。偏光ビームスプリッタは内部偏光ビームスプリッタ面23aを有する。偏光器22は非偏光を1つの偏光状態、例えば、Sの光に転換する。内部偏光ビームスプリッタ面23aはこのS光を光変調器24に通す。光変調器はディスプレイ信号に従って光を変調し、変調された光を偏光ビームスプリッタに戻す。変調及び反射処理において、パネル24は光の偏光状態をSからPに変化させ、表示のため、内部偏光ビームスプリッタ面23aは光を偏光ビームスプリッタ23から投射レンズに向ける。
【0008】
偏光変換は、積分配列を用いる光積分工程との組み合わせで遂行されることが多い。光積分は均一な明度のストライプ形状断面を有する光ビームを生成することを目的とする。しかしながら、現在実施されているように、光積分配列と組み合わされた偏光変換は、そのような大きな縦横比を備える断面を有するビームと余り良く機能しない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明に従えば、非偏光の白色光を赤色、緑色及び青色成分に分割するため及びこれらの成分を単一状態の偏光に変換するための統合システムが提供される。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の1つの特徴によれば、投射ディスプレイシステムのための統合ビームスプリッタ及び偏光変換システム10が提供されており、システムは、
少なくとも4つの光導波路素子(W,Gr,Gg,Gb)を有し、第一光導波路素子(W)は出光面(34)を有し、第二、第三及び第四光導波路素子(Gr,Gg,Gb)は広い縦横比(1/W≧2)の入光面(36,38,40)を有し、入光面(36,38,40)は各々第一側部(36a,38a,40a)及び第二側部(36b,38b,40b)を有する光導波路配列32と、
第一光導波路素子(W)の出光面34からの白色光を第一状態の偏光を有する第一ビーム及び第二状態の偏光を有する第二ビームに変換するために、入光面44と、入光面に対し傾斜して位置し、且つ、第一状態の偏光を反射するため、並びに、第二状態の偏光を透過するための偏光ビーム分割側面46aと第二状態の偏光を透過するための反対側面46bとを有する内部偏光ビーム分割面46と、偏光ビーム分割側面46aに面する第一出光面48と、反対側面46bに面する第二出光面50とを有する偏光ビームスプリッタと、
赤色、緑色及び青色フィルタ(R1,G1,B1)を有し、且つ、内部偏光ビーム分割面46の偏光ビーム分割側面46aによる反射の後に、第一状態の偏光の赤色、緑色及び青色光の各々を、光導波路素子(Gr,Gg,Gb)の入光面(36,38,40)の第一側部(36a,38a,40a)の各々に向けて反射するよう位置付けられた、第一出光面48に対向する第一フィルタセットF1と、
赤色、緑色及び青色フィルタ(R1,G1,B1)を有し、且つ、第二状態の偏光の赤色、緑色及び青色光の各々を、光導波路素子(Gr,Gg,Gb)の入光面(36,38,40)の第二側部(36b,38b,40b)の各々に向けて反射するよう位置付けられた、第二出光面50に対向する第二フィルタセットF2と、
第一光導波路素子(W)の出光面34からの光を偏光ビームスプリッタ42の入光面44に撮像するため、並びに、偏光ビームスプリッタ42からの光を第二、第三及び第四光導波路素子(Gr,Gg,Gb)の入光面(36,38,40)上に撮像するために、前記光導波路配列(32)に対向する第一レンズL1と、
第一光導波路素子(W)の出光面34からの光を平行化するための第二レンズL2と、
第二状態の偏光の光を前記第一状態の偏光の光に変換するために、第二レンズL2と前記第二、第三、第四光導波路素子(Gr,Gg,Gb)の入光面(36,38,40)の第二側部(36b,38b,40b)との間に位置付けられた波長板52と、
を有する。
【0011】
光導波路素子(W)は、光導波路素子(Gr,Gg,Gb)の下方に位置するのが好ましいが、代替的に、光導波路素子(Gr,Gg,Gb)の上方又は1つの側方に位置し得る。
【0012】
フィルタセットF1及びフィルタセットF2のフィルタ(R1,G1,B1)及びフィルタ(R2,G2,B2)は、出光面(48及び50)から青色(B),緑色(G),赤色(R)の順番で連続して位置するのが好ましい。
【0013】
本発明の他の特徴によれば、投射ディスプレイシステム50が提供され、システムは、
白色光源52と、
該光源52を、広い縦横比を有する偏光された赤色、緑色及び青色ビームに分割するための本発明に従った統合ビームスプリッタ及び偏光変換システム54と、
ディスプレイ信号に従って光を変調するための光変調器パネル56と、
該光変調器パネル56に亘って前記赤色、緑色及び青色ビームを連続的且つ逐次的にスクロールための手段58と、
前記変調された光をディスプレイ表面に投射するための投射レンズ60と、
を有する。
【0014】
光変調器パネル56は液晶ディスプレイパネルであるのが好ましいが、可変鏡のような他の種類のディスプレイパネルも代替的に用い得る。ビームをスクロールするための手段58は単一の大きな回転プリズム、或いは、代替的に、3つの小さな回転プリズム(赤色、緑色及び青色ビームの各々のために1つのプリズム)であり得る。
【0015】
投射ディスプレイシステム50は、赤色、緑色及び青色ビームを、ビーム分割及び偏光変換システム54からスクロール手段58に案内するための光導波路システム62を含む。本発明において用いられるのに適した低損失エテンデュ保持光導波路が_______に出願された同時係属の米国特許出願第________号(代理人整理番号PHUS020,170)に記載されており、その全文を参照のために本明細書に引用する。
【0016】
投射ディスプレイシステム50は、光変調器パネル56に亘って赤色、緑色及び青色光ビームをスクロールする間、色彩ディスプレイ信号の赤色、緑色及び青色成分を光変調器パネルに同期的且つ連続的に供給するための手段64も含み得る。適切な手段は、例えば、既に引用された米国特許第5,410,370号及び5,416,514号に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
ここで、図3Aを参照すると、本発明の統合ビームスプリッタ及び偏光器30の1つの実施態様が側面で示されている。光導波路配列32は、4つの光導波路素子(W,Gr,Gg,Gb)を含む。光導波路素子Wは出光面34を有し、光導波路素子(Gr,Gg,Gb)は入光面36,38,40を各々有する。
【0018】
図3C乃至3EのA−A断面図に示されるように、入光面36,38,40は、第一側部(36a,38a,40a)と、第二側部(36b,38b,40b)とを有する。また、光変調器パネルをスクロールするために必要なストライプ形状のビーム断面を可能にするために、これらの入光面は2又はそれ以上(1/W≧2)の長さ対幅比によって特徴付けられた広い縦横比を有する。
【0019】
統合ビームスプリッタ及び偏光器30は、光導波路Wの出光面34からの白色光を第一状態の偏光を有する第一ビームと第二状態の偏光を有する第二ビームとに変換するための偏光ビームスプリッタ(PBS)42も含む。光導波路(W)の出光面34からの非偏光の白色光(U)はPBS42の入光面44上に撮像され、第二レンズL2によって平行化される。レンズL2も光のテレセントリック性を保持するのを助ける。表面46の内部偏光ビーム分割面46bを打撃後、U光はS光に転換され、出光面48及びフィルタセットF1の方向に反射される。フィルタB1,G1,R1は、S偏光白色光から、青色光、緑色光、赤色光を各々分割する。フィルタB1,G1,R1は逆反射的であり、且つ、異なる角度で傾斜していることによって、逆反射後、光はレンズL1によって対応する光導波路に再撮像される。光が光導波路の左半分(36a,38a,40a)に入るよう、フィルタB1,G1,R1は図面に対して直角な平面に傾斜している(A−Aを参照)。
【0020】
同時に、P偏光の光(図2B)は、PBS42の表面46によって出光面50に透過される。第二フィルタセットF2が出光面50に対向して位置し、個々の逆反射フィルタB2,G2,R2が傾斜されることによって、逆反射後、光は再度表面46によって透過され、レンズL1によって対応する光導波路の右半分(36b、38b、40b)に再撮像される。
【0021】
光導波路配列32の右半分の前に配置された波長板52(図3E)は、P光の偏光状態をS光に転換し、よって、入光面36,38,40上の適合した斜線で示されるように(図3F)、光導波路Gr,Gg,Gbに入射する光の全ての偏光状態が適合する。
【0022】
代替的な、光導波路の並列配列が図4A乃至4Gのシステム60に示されている。この実施態様の描写において、配列62内の光導波路Wの配置及びフィルタセットF1,F2内のフィルタ配置の順序が異なることを除き、図4A及び4Bは図3A及び3Bと類似の側面図である。この配列において、フィルタRとGの位置が前述の実施態様の位置から置換している。
【0023】
図4Cは配列の上面図であり、光導波路Wが配列62の左側に配置されていることを示している。図4D乃至4GはA−Aに沿った断面図であり、図4E及び4Gは波長板前の不適合な偏光状態を示し、図4D及び4Fは波長板72後の適合された偏光状態を側面及び上面から各々示している。
【0024】
上記の統合システムは偏光変換及び色彩分割機能の双方を1つのコンパクトなユニットに組み合わせている。その上、色彩分割のための二色性フィルタの使用が排除され、分散光における色彩純度の付随的な低下が回避される。
【0025】
図5は、本発明に従った統合ビームスプリッタ及び偏光器82を組み込んだ投射ディスプレイシステム80と、光変調器パネル84と、パネル84に亘って有色光をスクロールするための手段86と、変調された光をディスプレイ表面に投射するための投射レンズ88とを示している。
【0026】
システム80は、光源Sからの白色光を統合ビームスプリッタ及び偏光器82に案内するため、並びに、有色光ビームを統合ビームスプリッタ及び偏光器82から手段86へ案内するための光導波路システム90も含む。色彩ディスプレイ映像を生成するために、有色光のスクロール帯の衝撃と同期して、ディスプレイ信号をパネル84に供給するためのアドレス付け手段92が設けられている。
【0027】
動作の詳細並びに光導波路システムのための例示的構造は、_____に出願された前記参照の同時係属中の米国特許出願第_______号(代理人整理番号PHUS020,170)に記載されている。
【0028】
本発明は止むを得ず限定的な数の実施態様に関して記載された。しかしながら、他の実施態様及び実施態様の変形が当業者に明らかであり、それらは添付の請求項の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】従来技術の単一パネルスクロール色彩投射システムのための光エンジンの例示的構造を図式的に示す概略図である。
【図2】従来技術の単一パネルスクロール色彩投射システムのための偏光変換構造を図式的に示す概略図である。
【図3】Aは、本発明の投射ディスプレイシステムのための統合ビームスプリッタ及び偏光器の1つの実施態様を図式的に示す概略図であり、Bは、本発明の投射ディスプレイシステムのための統合ビームスプリッタ及び偏光器の1つの実施態様を図式的に示す概略図であり、Cは、本発明の投射ディスプレイシステムのための統合ビームスプリッタ及び偏光器の1つの実施態様を図式的に示す概略図であり、Dは、本発明の投射ディスプレイシステムのための統合ビームスプリッタ及び偏光器の1つの実施態様を図式的に示す概略図であり、Eは、本発明の投射ディスプレイシステムのための統合ビームスプリッタ及び偏光器の1つの実施態様を図式的に示す概略図である。
【図4】Aは、本発明の投射ディスプレイシステムのための統合ビームスプリッタ及び偏光器の追加的な実施態様を図式的に示す概略図であり、Bは、本発明の投射ディスプレイシステムのための統合ビームスプリッタ及び偏光器の追加的な実施態様を図式的に示す概略図であり、Cは、本発明の投射ディスプレイシステムのための統合ビームスプリッタ及び偏光器の追加的な実施態様を図式的に示す概略図であり、Dは、本発明の投射ディスプレイシステムのための統合ビームスプリッタ及び偏光器の追加的な実施態様を図式的に示す概略図であり、Eは、本発明の投射ディスプレイシステムのための統合ビームスプリッタ及び偏光器の追加的な実施態様を図式的に示す概略図であり、Fは、本発明の投射ディスプレイシステムのための統合ビームスプリッタ及び偏光器の追加的な実施態様を図式的に示す概略図であり、Gは、本発明の投射ディスプレイシステムのための統合ビームスプリッタ及び偏光器の追加的な実施態様を図式的に示す概略図である。
【図5】本発明の統合ビームスプリッタ及び偏光器を組み込んだ投射ディスプレイシステムの1つの実施態様を例示するブロック図である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも4つの光導波路素子を有し、第一光導波路素子は出光面を有し、第二、第三及び第四光導波路素子は広い縦横比の入光面を有し、該入光面は各々第一側部及び第二側部を有する光導波路配列と、
前記第一光導波路素子の出光面からの白色光を第一状態の偏光を有する第一ビーム及び第二状態の偏光を有する第二ビームに変換するために、入光面と、該入光面に対し傾斜して位置し、且つ、前記第一状態の偏光を反射するため、並びに、前記第二状態の偏光を透過するための偏光ビーム分割側面と前記第二状態の偏光を透過するための反対側面とを有する内部偏光ビーム分割面と、前記偏光ビーム分割側面に面する第一出光面と、前記反対側面に面する第二出光面とを有する偏光ビームスプリッタと、
赤色、緑色及び青色フィルタを有し、且つ、前記内部偏光ビーム分割面の前記偏光ビーム分割側面による反射の後に、前記第一状態の偏光の赤色、緑色及び青色光の各々を、前記光導波路素子の入光面の第一側部の各々に向けて反射するよう位置付けられた、前記第一出光面に対向する第一フィルタセットと、
赤色、緑色及び青色フィルタを有し、且つ、前記第二状態の偏光の赤色、緑色及び青色光の各々を、前記光導波路素子の入光面の第二側部の各々に向けて反射するよう位置付けられた、前記第二出光面に対向する第二フィルタセットと、
前記第一光導波路素子の前記出光面からの光を前記偏光ビームスプリッタの前記入光面に撮像するため、並びに、前記偏光ビームスプリッタからの光を前記第二、第三及び第四光導波路素子の前記入光面上に撮像するために、前記光導波路配列に対向する第一レンズと、
前記第一光導波路素子の前記出光面からの光を平行化するための第二レンズと、
前記第二状態の偏光の光を前記第一状態の偏光の光に変換するために、前記第二レンズと前記第二、第三、第四光導波路素子の前記入光面の前記第二側部との間に位置付けられた波長板と、
を有することを特徴とする投射ディスプレイシステムのための統合ビームスプリッタ及び偏光変換システム。
【請求項2】
前記有色光導波路の前記入光面は広い縦横比(1/W≧2)を有することを特徴とする請求項1に記載の統合ビームスプリッタ及び偏光変換システム。
【請求項3】
前記第一白色光導波路の前記出光面からの光を前記偏光ビームスプリッタの前記第一入光面上に撮像するため、並びに、前記偏光ビームスプリッタからの光を前記有色光導波路の前記入光面上に撮像するために、第一レンズが前記光導波路配列に対向して設けられていることを特徴とする請求項1に記載の統合ビームスプリッタ及び偏光変換システム。
【請求項4】
前記白色光導波路の前記出光面からの光を平行化するために、第二レンズが前記偏光ビームスプリッタの前記入光面に対向して設けられていることを特徴とする請求項1に記載の統合ビームスプリッタ及び偏光変換システム。
【請求項5】
前記偏光ビームスプリッタは、前記第一出光面が前記偏光ビームスプリッタの上側面に対応するように位置付けられ、前記光導波路配列は、前記白色光導波路が前記有色光導波路の上方又は下方に位置するように位置付けられていることを特徴とする請求項1に記載の統合ビームスプリッタ及び偏光変換システム。
【請求項6】
第一及び第二フィルタセットのフィルタは、各々、前記第一及び第二出光面から、青色、緑色及び赤色の順番で連続的に位置していることを特徴とする請求項5に記載の統合ビームスプリッタ及び偏光変換システム。
【請求項7】
前記偏光ビームスプリッタは、前記第一出光面が前記偏光ビームスプリッタの前記上側面に対応するように位置付けられ、前記光導波路配列は、白色光導波路が前記有色光導波路の1つの側方に位置するように位置付けられていることを特徴とする請求項1に記載の統合ビームスプリッタ及び偏光変換システム。
【請求項8】
前記第一及び第二フィルタセットのフィルタは、各々、前記第一及び第二出光面から、青色、赤色及び緑色の順番で連続的に位置していることを特徴とする請求項7に記載の統合ビームスプリッタ及び偏光変換システム。
【請求項9】
白色光源と、
該光源を、広い縦横比(1/W≧2)を有する偏光された赤色、緑色及び青色ビームに分割するための請求項1の統合ビームスプリッタ及び偏光変換システムと、
ディスプレイ信号に従って光を変調するための光変調器パネルと、
該光変調器パネルに亘って前記赤色、緑色及び青色ビームを連続的且つ逐次的にスクロールための手段と、
前記変調された光をディスプレイ表面に投射するための投射レンズと、
を有することを特徴とする投射ディスプレイシステム。
【請求項10】
前記光変調器パネルは、液晶ディスプレイパネルであることを特徴とする請求項9に記載の投射ディスプレイシステム。
【請求項11】
前記スクロール手段は、少なくとも1つの回転プリズムを有することを特徴とする請求項9に記載の投射ディスプレイシステム。
【請求項12】
前記赤色、緑色及び青色ビームを、前記ビーム分割及び偏光変換システムから前記スクロール手段に案内するための光導波路システムが設けれらていることを特徴とする請求項9に記載の投射ディスプレイシステム。
【請求項13】
前記光変調器パネルに亘って前記赤色、緑色及び青色光ビームをスクロールする間、色彩ディスプレイ信号の赤色、緑色及び青色成分を前記光変調器パネルに同期的且つ連続的に供給するための手段が設けられていることを特徴とする請求項9に記載の投射ディスプレイシステム。

【図1】
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【図2】
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【図5】
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【公表番号】特表2006−510949(P2006−510949A)
【公表日】平成18年3月30日(2006.3.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−563464(P2004−563464)
【出願日】平成15年12月11日(2003.12.11)
【国際出願番号】PCT/IB2003/006056
【国際公開番号】WO2004/059989
【国際公開日】平成16年7月15日(2004.7.15)
【出願人】(590000248)コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【氏名又は名称原語表記】Koninklijke Philips Electronics N.V.
【住所又は居所原語表記】Groenewoudseweg 1,5621 BA Eindhoven, The Netherlands
【Fターム(参考)】