JP3657347B2 - 液晶スクリーンの照明装置 - Google Patents
液晶スクリーンの照明装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3657347B2 JP3657347B2 JP10889296A JP10889296A JP3657347B2 JP 3657347 B2 JP3657347 B2 JP 3657347B2 JP 10889296 A JP10889296 A JP 10889296A JP 10889296 A JP10889296 A JP 10889296A JP 3657347 B2 JP3657347 B2 JP 3657347B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- prism
- polarization
- polarized
- liquid crystal
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
- G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
- G02F1/1336—Illuminating devices
- G02F1/13362—Illuminating devices providing polarized light, e.g. by converting a polarisation component into another one
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
- G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
- G02F1/133526—Lenses, e.g. microlenses or Fresnel lenses
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N9/00—Details of colour television systems
- H04N9/12—Picture reproducers
- H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
- H04N9/3102—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators
- H04N9/3105—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators for displaying all colours simultaneously, e.g. by using two or more electronic spatial light modulators
- H04N9/3108—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators for displaying all colours simultaneously, e.g. by using two or more electronic spatial light modulators by using a single electronic spatial light modulator
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N9/00—Details of colour television systems
- H04N9/12—Picture reproducers
- H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
- H04N9/3141—Constructional details thereof
- H04N9/315—Modulator illumination systems
- H04N9/3167—Modulator illumination systems for polarizing the light beam
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
- G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
- G02F1/133528—Polarisers
- G02F1/133536—Reflective polarizers
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
- G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
- G02F1/133528—Polarisers
- G02F1/13355—Polarising beam splitters [PBS]
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶スクリーンの照明装置、とくに使用すべき非偏光照明源の2偏光を効率的に可能にする装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶スクリーン技術の出現はビデオプロジェクタ技術に対して優れた出力手段を提供する。アークランプから放出される光が液晶セルによって変調される。液晶表示デバイスによって形成された画像は光学系によりスクリーンに投影される。いわゆるAM−TFT TNLCD技術(薄膜トランジスタのアクティブマトリクスにより制御されるtwisted-nematic liquidcrystal display)は、各画素(ピクセル)がトランジスタにより制御される液晶スクリーンに対して重要とみなされている。液晶スクリーンへの入射光は線形に偏光されなければならない。この技術の主たる欠点は効率が悪いことである。
【0003】
実際、光の1から2%しかスクリーンに到達しない。3つの主なパラメータがこの効率を制限している。すなわち、
1.光の50%以上が失われてしまう(60%まで)。なぜならランプから到来する光は偏光されていないからである。
【0004】
2.セルの充填率が、とくに大画面の解像力と液晶変調器の小径に対して制限されている。充填率またはOAR(Open Aperture Ratio)は約50%である。
【0005】
3.ランプが小さくないので、液晶ディスプレイの小径の照明が光効率を低減させる。(光ビームはLCDのコントラストに適合した立体角により定義される)16:9フォーマットのスクリーンは40%以下の光効率しか有しない。
【0006】
他に減衰を引き起こす要因は、演色性、白バランスおよびフレネル損失である。
【0007】
これらの投影装置の光効率を改善するために多くの解決手段が提案されてきた。第2偏光を照明ボックスで変換することが提案された(例えば刊行物"Large Aperture Polarized Light Souce and Novel Liquid Crystal Display Operating Modes" S.V.Belayes, M.Achadt, M.I.Bamik, J.Fuenufschilling, N.V.Malimonelop and K.Schmitt著、Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 29.,April 1990, pp.L634-L637参照)。他に、光をスクリーンのピクセルのアクティブエリアに集光するマイクロレンズの使用が推奨される(例えば刊行物”Brightness Enhancement of an LCD Projection by Planar Microlens Arry", H.Hamada, F.Funada, M.Hijikigawa and K.Awane, SID 92 DIGEST, pp. 269-272)。
【0008】
本発明は、高性能偏光変換器に関するものであり、この変換器は従来のマイクロレンズと高効率プロジェクタの得られるように組み合わせることができる。この変換器は従来の装置と比較して3倍までの優れた能力を特徴とする。
【0009】
本発明の装置に加えられる種々の変形実施例を説明するために、有用な幾何範囲に基づき作業をし、範囲の分析を行った。
【0010】
表面Sを通る光ビームの範囲の値は前記表面の面積と、光ビームを定める立体角との積である。:
E(mm2.sr)=S(円領域)×Ω
ここで、Ω=2π[1−cos(β)]
βは照明ハーフアパーチャである。
【0011】
液晶投影ディスプレイ装置に使用されるランプは空間広がりを有する。(これはいわば、非ゼロ空間広がりである)これはその広がりによって表すことができる。:
Elampまたはフラックス(Flux=E(広がり)×L(輝度)、ただしLが定数ならば)。
【0012】
さらに、LCD液晶ディスプレイのコントラストは照明アパーチャに大きく依存している。β<±10degならば、コントラストは常に投影に対して許容できる範囲である。したがって、ΩはΩ1の値に制限される。前記制限はまた投影使用される対物レンズに関連する。
【0013】
さらに非常に小さな直径を有する液晶スクリーンが選択される。これは前記装置と光学素子のコストを低減するためである。その結果、S1の照明エリアが小さくなる。
【0014】
S1×Ω1の積(すなわちE1)がElampより小さければ、光効率が悪くなり、E1/Elampの比に等しくなる。
【0015】
E1がElampよりも大きければ、光効率は100%に等しくなる。
【0016】
E1がElampと等しければ、装置は申し分なく最適化されている。
【0017】
偏光変換装置は、程度Eを2倍にする。なぜなら、2つの偏光素子から到来する光が空間的に2つの方向に分割されるからである。
【0018】
偏光スリットを通過した後、光Eは2Eとなる。この段階では2つの場合が考えられる。
【0019】
2E=(2S)×Ω、 これは、均質性とスペースの問題から受け入れることはできない。
【0020】
2E=S×(2Ω)、 現在の技術では多くの装置がこの最小値(例えば2Ω)を達成することができず、これよりも高い。
【0021】
程度の分析は、光を液晶スクリーンのピクセルにフォーカスする方法に適用することができる。球形マイクロレンズのマトリクスを使用する従来のフォーカシングに対して、1つのマイクロレンズが各ピクセルに対して100%フォーカシングするから、100%の充填率を得る必要があり、もはや50%(またはそれ以下)ではない。その理由はフォーカシングエリアがピクセルのアクティブエリアより小さいか、または等しいからである。したがって、
2f×tan(βglass)≦アクティブエリア
ここで、ピクセルのアクティブ表面エリアは、ピクセルエリアからブラックマトリクスエリア(マスキングマトリクス)を引いたものに等しい。例えばピクセルのサイズ−ブラックマトリクスである。
【0022】
fは液晶スクリーンの厚さ、βglassはLCDディスプレイのガラス内の照明ハーフアングルである。
【0023】
装置のパラメータ、f、βglass、サイズおよびLCDディスプレイの次元が既知であるから、フォーカシング後にスクリーンを通過する光の品質を定めることができる。
【0024】
Efocusing=S(LCDディスプレイの周辺における円形エリア)×2π[1−cos(n・βglass)]
ここでnはLCDディスプレイのガラスの屈折率である。
【0025】
前に述べたように、全体の効率はEfocusingのElampに対する比である。
【0026】
偏光またはフォーカシングに基づく変換装置の設けられた従来の照明装置は実際には使用することはできない。なぜなら例えば、程度値の拡張のためと、偏光変換器の特性のためである。このためランプが制限された幾何広がりを有していても、フォーカシングの利点が相殺されてしまう。
【0027】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記欠点を回避し、光束において3以上の利得を提供することである。
【0028】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明により、マイクロレンズのマトリクスを有し、
1つのマイクロレンズは、液晶スクリーンの少なくとも2つの隣接する画素に対するものであり、
各マイクロレンズは、前記2つの画素の一方で受光される第1の光ビームの一部と、前記2つの画素の他方で受光される第2の光ビームの一部とを方向付け、
前記偏光装置は、第1のプリズムと第2のプリズムからなるダブルプリズムを有し、
該ダブルプリズムは、非偏光ビームを受光する入射面と、偏光ビームを伝達する出射面を有し、
前記第1のプリズムと第2のプリズムはそれぞれ反射面を有し、
前記第1のプリズムと第2のプリズムは偏光分離層と空気層によって分離されており、
前記非偏光ビームは第1のビームと第2のビームに前記偏光分離層によって分割され、
第1のビームは第1のプリズムの反射面によって反射され、出射面を通って伝達され、第1の偏光ビームが形成され、
前記第2のビームは第2のプリズムの反射面によって反射され、出射面を通って伝達され、第2の偏光ビームが形成されるように構成して解決される。
【0029】
【発明の実施の形態】
さらに、立体角Ωの広がりは種々の仕方で達成することができる。オリフィスの一方向、または別の方向で(LCDディスプレイの等コントラストの分散を基準にして水平または垂直)。スクリーンのコントラストに対する正しい方向での広がりがこの場合可能である。
【0030】
【実施例】
本発明の装置の1実施例を、図1と図2に基づいて説明する。
【0031】
例えば放物線反射器にあるアークランプALにより放出される光は偏光スプリッタPBS(偏光ビームスプリッタ)に入射する。この偏光スプリッタはコレステリンフィルタまたは他の偏光感受素子を有する。光は相補偏光の2つの部分(ビームF1とF2)に分割される。偏光の1つは、例えばTN液晶セルを使用したλ/2を通って回転される。2つのビームはミラーM1とM2、またはダブルプリズムDPCでの全反射プリズムにより再び結合される。後者は2つのビームF1とF2を結合し、2倍の光束の拡張照明を提供する(フレンネル損失をのぞく)。
【0032】
この装置の中心はダブルプリズムDPCである。図1のbに示すように、このプロズムの動作は次のとおりである。全内部反射がガラス、例えばガラス/空気屈折インターフェースで、光の入射角が臨界角θcより大きくなると生じる(arcsin(1/n)に等しい、nはガラスの屈折率)。この表面でθcよりも大きな入射角を有する各ビームは完全に反射される。しかし小さな入射角を有するビームは空気へ伝送される(フレンネル損失をのぞく)。または空気からガラスへ透過される。なぜなら、伝播の対称性のためである。したがって、ミラーM1,M2により供給されるビームF1,F2の方向に依存して、ビームF2はダブルプリズムDPCにより透過され、ビームF1は反射される。
【0033】
光は、マイクロレンズμLのマトリクスを介し液晶ディスプレイLCDに入射する。これらのマイクロレンズは球形または円筒形である。1つのマイクロレンズは少なくとも2つのピクセルをカバーする。したがって一方のビームが一方のピクセルに、他方のビームが他方のピクセルに向けられるようにする。例えば、マイクロレンズμLにより透過されるビームF1はピクセルEL1を照明し、ビームF2はピクセルEL2を照明する。この方法によれば、光すべてが液晶ディスプレイを通過し、したがって最良の結果が得られる。
【0034】
図2は、本発明による装置を示す。この装置では、回転可能なミラーがプリズムによって置換されている。この場合、2つのガラス/空気屈折インターフェースの、再結合面における傾きは問題とならない。
【0035】
光源からの光ビームは平行ではなく、±βairの照明アパーチャを有することがわかっている。したがって、結合のためには、臨界角βcに関連する条件と傾き角度に関連する条件とを満足しなければならない(図1と図2参照)。
【0036】
図3は、ガラス(BK7)が屈折率1.5168を有する実施例を示す。ダブルプリズムから放出された光は、ダブルプリズムの出射面に対する垂線にセンタリングされていない。この場合、液晶スクリーンを直接プリズムを傾けることにより照明することができる(図3a)。または外部プリズムP3を設けることにより照明することができる(図3b)。これにより、光ビームを屈折させ、照明のための光を液晶スクリーンにセンタリングすることができる。
【0037】
放出された光をセンタリングするために、非常に低い屈折率(n=1.4)をダブルプリズムに対して提供する必要がある。しかしこの指数は必ずしも絶対必要ではなく、コストが高くなる。
【0038】
図4には本発明の実施例が示されている。この実施例では、各マイクロレンズが照明すべき4つのピクセルをイネーブルする。
【0039】
装置は2つのレンズSL1,SL2を有する。これらは角度的に分離された2つのビームを、上に述べたビーム分割装置から受信する。例えば、これら2つのビームは図1と図2のダブルプリズムから供給される。
【0040】
レンズSL1は2つのビームF3とF4を供給する。レンズSL2は2つのビームF5とF6を供給する。これらは図示されていないが、ビームF3、F4と同じである。これらの種々のビームは4つのリレーレンズRLと集光レンズCLによりまとめられ、各ビームはマイクロレンズμLのマトリクスの表面に重ね合わされる。これら種々のビームはμLの表面に異なる入射角で入射する。各マイクロレンズμL1はビームをピクセルEL1〜EL4にフォーカスする。したがって各マイクロレンズμL1は4つのピクセルを照明すべきLCDスクリーンにイネーブルする。
【0041】
本発明によれば、光源は液晶ディスプレイの最大の次元の方向に拡張することができる。例えば16×9スクリーンに対しては16の次元に沿って拡張することができる。マイクロレンズは円筒状(16軸にそってフォーカシングする)または球形である。後者の場合の法が光束の利得が大きい。マイクロレンズは従来技術にしたがって製造することができる。
【0042】
ピクセルの形状に関しては制限がない(図14から図16参照)。例えば図15によれば、ピクセルは行と列に配置されている。4つのピクセルを、図4の照明装置による1つのマイクロレンズμLにより照明することができる。または2つのピクセルの各群を1つのマイクロレンズにより照明することができる。図16によれば、ピクセルの列が相互にオフセットされている。2つのピクセルの各群は1つのマイクロレンズμLにより照明される。
【0043】
図18と図19の実施例によれば、マイクロレンズの配置構成をピクセルを基準にして行うことができる。これにより各マイクロレンズが複数のピクセルを照明する。また図19に示すように、マイクロレンズの形状を例え六角形に構成することができる。これにより、投影対物レンズの円形形状に適合する。
【0044】
次に偏光変換器として使用される偏光スプリッタまたはコレステリンフィルタの実施例を説明する。
【0045】
図5と図6は本発明による装置を示す。この装置ではダブルプリズムDPCが偏光分割、偏光回転、液晶スクリーン方向へのビームの再結合の機能を果たす。
【0046】
この装置は2つのビームを結合するのに全内部反射の原理に基づく。非偏光ビームFは第1のガラス/空気屈折インターフェースD1で全反射される。ビーム強度の50%は(例えば)右円偏波に対して透過され、50%はコレステリンフィルタCFにより反射され、ガラス/空気屈折インターフェースD1に、入射角θ2で入射する。これによりθ2はこの臨界角よりも小さい。次に、ビームはそれがミラーM3(金属表面)で反射される限り透過される。反射に基づき、偏光の方向が右から左に反転される。次にこのビームはガラス/空気屈折インターフェースD2を通過する。この通過は前に述べたのと同じ条件の下で行われ、さらにコレステリンフィルタCFを通過する。なぜなら偏光が今や適切に配向されているからである。生じた光ビームF1とF2は角度βを形成し、液晶スクリーンを照明するのに適したものとなる。
【0047】
ただ1つの付加的なプリズム、例えばP’1だけを設けることも可能である。これは図6に示されている。コレステリンフィルタの面に対して重要なことは、ミラーM3の面に対して平行ではないことである。
【0048】
図7は別の偏光変換装置を示す。この装置はコレステリンフィルタに基づくものである。ミラーM3を再帰反射器MRとλ/4プレートにより、入射光の偏光面を配向するため置換すると有利である。(90゜の)再帰反射器は実用的である。なぜなら、入射光が再帰反射器で平行に反射されるからである。
【0049】
図8は別の偏光変換装置を示す。この装置はコレステリンフィルタの使用に基づくものである。前の図と比較して、非偏光光は2つのガラス/空気インターフェースD1,D2を通って完全に透過される。次にビームは2つの部分に分割される、円偏波光の50%が透過され、他の部分が反射される。コレステリンフィルタCFへの入射角は、反射される光が完全に内部のガラス/空気インターフェースで反射されるように選定される。このビームはミラーM3で一回再反射され(入射の仮想ゼロ角で)、その偏光が反転され、次に屈折インターフェースD2によってフィルタCFへ反射される。DPC素子はしたがって同じ偏光の2つのビームを供給する。ビームF1とF2の間の角度は、フィルタCFがミラーM3に対して垂直ではないという事実から増大する。
【0050】
ビームF1,F2間の角度を得るために、図8では装置の光軸(ビームFを基準にして)対して傾くべきコレステリンフィルタCFに対する準備が行われる。したがって、フィルタCFにより反射されるビームはビームF、したがってF1を基準にして傾いている。この傾きは付加プリズムP’1によって設定される。
【0051】
図9は、図8の装置の択一的実施例を示す。この実施例では、2つのプリズムP1とP2が45゜の二等辺三角形にない。この図によれば、プリズムP2の入力面A1は、プリズムの斜辺に対して45゜よりも小さな角度βを形成する。偏光の一方はビームF1としてフィルタCFにより透過される。他方の偏光はフィルタCF、2つのプリズムの分割屈折インターフェースおよびミラーM3によりビームF2を与えるために反射される。ビームF2はビームF1と角度を形成する。プリズム間のインターフェースにおける反射の臨界角の理由から、ビームFの方向は面A1を基準にして傾くことができる。
【0052】
この装置は、2つの“大きな”プリズムを介して投影装置に適用することができる。しかし非常に薄い偏光変換器を複数の小さな偏光変換装置によって形成することも可能である。これは図10に示されている。この場合、比較的に薄い偏光変換器が得られる。動作原理はすでに上で図8(この場合はフィルタCFが角度αでプリズムの出射面に対して傾いている)または図9に関連して説明したものと同じである。
【0053】
円偏波光(例えば右円偏波)が反射される。
【0054】
内部全反射により、s要素とp要素間でδの位相シフトが生じる。
【0055】
ミラーM3での反射はπの位相シフトを引き起こす。
【0056】
内部全反射は再びs要素とp要素との間の−δの位相シフトを引き起こす。
【0057】
したがって、全位相シフトはπである。右円偏波光は左円偏波光となる。
【0058】
小型化された装置はいくつかの利点を有する。
【0059】
−小型化された偏光変換器が液晶ディスプレイ(偏光器とアナライザを有する)に適合されれば、損失を回避し、光効率を係数2改善することができる。
【0060】
−プリズム系を薄く簡単に製造することができる。これは成形透明材料(ガラスまたはアクリル)から構成することができる。
【0061】
このようにするため、2つの有歯プレートP5,P6(ガラス製)が使用される。これらは相補形状を有し、これにより図11のプリズムを形成する。各歯は例えば、プレートの面に対して垂直な第1の面を有し、第2の面は実質的に45゜傾いている。第1の面は金属化され、ミラーM3を形成する。
【0062】
コレステリンフィルタCFはプレートP6の扁平面の上に配置することができる。
【0063】
次に2つのプレートP5,P6が他方の内側に適合される。
【0064】
プリズム系は2つの可能な方向に沿って、すなわちLCDディスプレ長い方の側と短い方の側に沿って配列することができる。現在のAM形LCDディスプレイの場合は、LCDディスプレイの長い方の側に沿った照明の角度に対してコントラストが優れているので、装置を液晶スクリーンの短い方の側の方向に沿って組み込まなければならない。
【0065】
図12は択一的実施例を示す。ここでは、コレステリンフィルタが2つのプリズムの2つの共通の面の間に配置されている。この実施例では、コレステリンフィルタをホログラフィック素子HOEを使用する択一的装置によって置換することができる。ホログラフィック光学素子は相容積回析素子からなり、非常に薄いフィルム(厚さ約10μm)に製造される場合には、有効な光学作用を引き起こす。これらの素子はそれほど高価ではなく、軽量で、他の光学機能と結合することができる。
【0066】
偏光分割機能は、薄膜受光材料の2つのコヒーレントな平面はの干渉により生じる干渉パターンを記録することによって達成される。材料に引き起こされる指数変動(dn)は大きい。記録指数における変動は第1の偏光要素(45゜ブルースター条件)に対して鏡機能をイネーブルし、第2の偏光要素は完全に透過される。
【0067】
図13は図12の装置の実施例を示す。ホログラフィックスプリッタHOEはガラスプレートの上に形成され、プリズムP1の斜辺に、指数整合物質を使用して接着される。プリズムP1とP2はそれぞれ単片から形成され、面M7、M8が金属化されている。
【0068】
この形式の構成要素は種々異なる色に対して共通に使用される(いわば帯域制限)。
【0069】
この本発明の偏光変換装置は、したがって、非常にコンパクトなホログラフィック光学偏光器に基づくものである。後者は白色光または各色の光に対する投影装置に使用される。
【0070】
非偏光光(白色または単色)は偏光器HOEに入射する。方向“S”に偏光された光は全反射される。垂直偏光光“p”は回折されず、偏光器HOEを通過する(プリズムの斜辺に適合されて)。入射角のため、θが臨界角より小さい[θc=arcsin(1/n)]。次に“p”要素がHOE/空気および空気/HOE境界を2回透過される。この“p”要素は傾斜されたミラーM7により、次に内部全反射(TIR)の現象によって反射される。次に、“s”タイプの偏光ビームが“p”タイプの偏光ビームになる。このビームは再び偏光器HOEに入射し、次に完全に透過される。まず最初にHOEにより、次にHOE/空気および空気/ガラス境界によって。
【0071】
このようにして、光は完全に偏光される。この方法はいくつかの利点を有する。すなわち:
−2つの光学経路が同じである。したがって、LCDディスプレイを照明するときに不均質の問題が生じない。
【0072】
−現在各色に使用されるホログラフィック偏光ビームスプリッタのおかげで、偏光変換器を3つのLCD装置の各チャネルに対して、投影装置の全体寸法を過度に増大することなしに構成することができる。
【0073】
−ガラス/空気および空気/ガラス屈折インターフェースを通過するp偏光が実質的に減衰されない。これは装置のフレンネル損失を最小に低減する。
【0074】
液晶スクリーンはしたがって、2つの主ビームF1,F2を受ける。これらのビームは同じように偏光され、それぞれはマイクロレンズによりピクセルの半分に(例えば各列に)フォーカスされる。各ピクセル内で、フォーカシングはランプの照明アパーチャのみに依存する。したがって偏光装置が無視されるなら以下は全く相違しない。
【0075】
しかし理想焦点条件は次のとおりである。
【0076】
各ピクセルに対して焦点は、軸を基準にしてわずかにオフセットされる。
【0077】
したがって装置を最適化するため、次の条件を満足する必要がある。
【0078】
arctan(p/f)≧βglass
ここでpは液晶ディスプレイの水平ピッチであり(図10参照)、fはガラスまたは液晶ディスプレイの厚さにおける各マイクロレンズの焦点距離である。
【0079】
この条件が満たされなければ(例えばピッチが小さすぎるか大きすぎる)、ディスプレイの厚さを変更することができる。
【0080】
照明アパーチャβが大きすぎる場合は、再結合器が角度フィルタとしてどうサウスルことができる。これは、偏光変換器が空気中で±βdeg.を得るように構成されていれば、例えば、そしてランプの程度の値が変化すれば(その照明時間を通して、またはそれが変化された後で)、βより大きな角度のすべてのビームは1つのアームだけに対して透過され(内部全反射でない)、そして第2のアームに対して反射され、全体は透過されない。このようにして、照明ボックスは角度フィルタである。したがってさらに拡張された光源を液晶ディスプレイのコントラストに影響することなく使用することができる。
【0081】
このような偏光変換器の効率は従来の装置と比較して次のとおりである。
【0082】
利得=[R+T]/Tpolarizer
反射係数R=0.99と透過係数T=0.95を有する偏光スプリッタ(従来のマルチレイヤーPBS)に対して(図5):
R=0.5×0.99×1×0.86×0.98=0.416
T=0.5×0.95×1×0.94×1×0.98=0.437
利得=[0.416+0.437]/0.41≒2.1 偏光器なし
利得=[0.416+0.437]×[0.82/0.41]≒1.7 偏光器付き;
R=0.96、T=0.96を有するコレステリンフィルタに対して:
R=[0.86/2]×0.96×0.98×0.98×0.9=0.356
T=[0.86/2]×0.96×0.98×0.98=0.404
利得=[0.356+0.440]×[(0.82×0.93)/0.41]≒1.32 偏光器付き
2つの計算は次のパラメータの下で実行された:
−プリズムおよびダブルプリズムの両方に対して0.98の惑光防止係数;
−全反射係数、R=1;
−ダブルプリズムの透過係数、0.86;
−偏光器の透過係数、0.41;
−分析器の透過係数、0.82;
−ミラーM3の反射係数=0.9;
−コレステリンフィルタの偏光率=0.93;そして
−λ偏光回転プレートの透過係数は94%に等しいと仮定した。
【0083】
本発明の装置はいくつかの利点を有する。すなわち、
*装置が偏光変換器および焦点変換器に対して最適である。
【0084】
*水平軸に沿ったフォーカシングはコントラスト値を変化させない。なぜなら、液晶ディスプレイの水平許容角度は非常に広いからである。
【0085】
*ガラス/空気および空気/ガラス屈折インターフェースを通過するp偏光は強く減衰される。なぜなら、“p”だからである。このことは装置のフレンネル損失を最小に制限する。
【0086】
この装置の出口には、このビームを直接、モノバルブまたは単色プロジェクタ(図17参照)または3色投影に対する3バルブ装置の液晶セルの照明に使用することができる。この装置では、上に述べたように2つのビームを供給する照明ボック、LCDスクリーンおよびマイクロレンズμLのアレイがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による簡単な実施例の概略図である。
【図2】図1の装置の択一的実施例の概略図である。
【図3】スクリーンの平面に対する垂線を基準にして光をセンタリングするための手段の概略図でえある。
【図4】1つのマイクロレンズが照明すべきスクリーンの4つのピクセル素子をイネーブルする本発明の装置の実施例の概略図である。
【図5】コレステリンフィルタを使用した偏光装置の実施例の概略図である。
【図6】コレステリンフィルタを使用した偏光装置の実施例の概略図である。
【図7】コレステリンフィルタを使用した偏光装置の実施例の概略図である。
【図8】コレステリンフィルタを使用した偏光装置の実施例の概略図である。
【図9】コレステリンフィルタを使用した偏光装置の実施例の概略図である。
【図10】図9の偏光装置に適用される照明装置の概略図である。
【図11】図10の装置の別の実施例の概略図である。
【図12】ホログラフィックな偏光分割装置を有する照明装置の概略図である。
【図13】ホログラフィックな偏光分割装置を有する照明装置の概略図である。
【図14】スクリーンの画素構造を示す概略図である。
【図15】スクリーンの画素構造を示す概略図である。
【図16】スクリーンの画素構造を示す概略図である。
【図17】本発明の装置の一般的構成を示す概略図である。
【図18】液晶スクリーンを照明するための配置構成とレンズ形状を示す概略図である。
【図19】液晶スクリーンを照明するための配置構成とレンズ形状を示す概略図である。
【符号の説明】
CF コレステリンフィルタ
F1,F2 ビーム
M ミラー
DPC ダブルプリズム
Claims (10)
- 非偏光ビーム(F)を放出する光源と、該非偏光ビームを受光し、液晶スクリーンに第1と第2のビーム(F1,F2)を再伝達する偏光装置(PBS)とを有し、
前記第1と第2のビームは同じ偏光方向に偏光されており、
当該2つの偏光ビームの軸は所定の角度(2β)を定める形式の液晶スクリーンの照明装置において、
マイクロレンズ(μL)のマトリクスを有し、
1つのマイクロレンズは、液晶スクリーンの少なくとも2つの隣接する画素(EL1,EL2)に対するものであり、
各マイクロレンズは、前記2つの画素の一方(EL1)で受光される第1の光ビームの部分と、前記2つの画素の他方(EL2)で受光される第2の光ビームの部分とを方向付け、
前記偏光装置は、第1のプリズムと第2のプリズムからなるダブルプリズムを有し、
該ダブルプリズムは、非偏光ビーム(F)を受光する入射面と、偏光ビームを伝達する出射面を有し、
前記第1のプリズムと第2のプリズムはそれぞれ反射面を有し、
前記第1のプリズムと第2のプリズムは偏光分離層と空気層によって分離されており、
前記非偏光ビームは第1のビームと第2のビーム(F1,F2)に前記偏光分離層によって分割され、
第1のビーム(F1)は第1のプリズムの反射面によって反射され、出射面を通って伝達され、第1の偏光ビームが形成され、
前記第2のビーム(F2)は第2のプリズムの反射面によって反射され、出射面を通って伝達され、第2の偏光ビームが形成される、
ことを特徴とする、液晶スクリーンの照明装置。 - 前記偏光分離層はコレステリンフィルタである、請求項1記載の照明装置。
- 前記偏光分離層は線形偏光スプリッタであり、
偏光装置は、第1のビームと第2のビームの偏光を回転する偏光回転手段を有する、請求項1記載の照明装置。 - 前記偏光回転手段はλ/4プレートである、請求項3記載の照明装置。
- 前記線形偏光スプリッタはホログラフィック・ビームスプリッタである、請求項3または4記載の照明装置。
- 第1のビームは第1のプリズムの反射面(M8)により反射され、該第1のビームは第1のプリズムの反射面に対して垂直ではない、請求項1から5までのいずれか1項記載の照明装置。
- 第2のビームは第1のプリズムの反射面(M7)により反射され、該第2のビームは第2のプリズムの反射面に対して垂直ではない、請求項1から6までのいずれか1項記載の照明装置。
- 入射面と出射面は隣接している、請求項1から7までのいずれか1項記載の照明装置。
- 画素はペアにより関連しており、
各マイクロレンズは第1および第2の偏光ビームの一部を画素の1つのペアに偏向し、
第1の偏光ビームの受光された部分は当該ペアの第1の画素を照明し、
第2の偏光ビームの受光された部分は当該ペアの第2の画素を照明する、請求項1から8までのいずれか1項記載の照明装置。 - 各マイクロレンズは六角形形状を有する、請求項1から9までのいずれか1項記載の照明装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9505113 | 1995-04-28 | ||
FR9505113A FR2733619B1 (fr) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | Systeme d'eclairement d'un ecran a cristal liquide |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH095699A JPH095699A (ja) | 1997-01-10 |
JP3657347B2 true JP3657347B2 (ja) | 2005-06-08 |
Family
ID=9478535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10889296A Expired - Fee Related JP3657347B2 (ja) | 1995-04-28 | 1996-04-30 | 液晶スクリーンの照明装置 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5877824A (ja) |
EP (1) | EP0740476B1 (ja) |
JP (1) | JP3657347B2 (ja) |
DE (1) | DE69610734T2 (ja) |
FR (1) | FR2733619B1 (ja) |
ZA (1) | ZA963007B (ja) |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10293212A (ja) * | 1997-02-18 | 1998-11-04 | Dainippon Printing Co Ltd | バックライト及び液晶表示装置 |
US6023370A (en) * | 1998-05-29 | 2000-02-08 | Primax Electronics Ltd. | Light polarizing device for generating a polarized light with different polarizations |
TW460730B (en) * | 1998-11-13 | 2001-10-21 | Ind Tech Res Inst | Dual board Liquid crystal projection display |
JP3975749B2 (ja) * | 2000-01-28 | 2007-09-12 | セイコーエプソン株式会社 | 光反射型偏光子及びこれを用いたプロジェクタ |
KR100370658B1 (ko) * | 2000-12-22 | 2003-02-05 | 삼성전기주식회사 | 색 분리 합성 장치 |
WO2004106982A2 (en) * | 2003-05-22 | 2004-12-09 | Optical Research Associates | Optical combiner designs and head mounted displays |
US7196849B2 (en) * | 2003-05-22 | 2007-03-27 | Optical Research Associates | Apparatus and methods for illuminating optical systems |
WO2004106983A2 (en) * | 2003-05-22 | 2004-12-09 | Optical Research Associates | Illumination in optical systems |
JP2008511874A (ja) | 2004-09-01 | 2008-04-17 | アプティカル リサーチ アソシエイツ | 傾斜/偏心レンズ素子を有する小形ヘッド取付け表示装置 |
US7450310B2 (en) * | 2005-05-03 | 2008-11-11 | Optical Research Associates | Head mounted display devices |
CN100595609C (zh) * | 2005-09-26 | 2010-03-24 | 艾利丹尼森公司 | 包括发散增强层的后向反射片材 |
KR101403761B1 (ko) * | 2013-01-08 | 2014-06-03 | 김재희 | 스테레오스코픽 입체 영상 투영 장치 및 방법 |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4769750A (en) * | 1985-10-18 | 1988-09-06 | Nippon Kogaku K. K. | Illumination optical system |
NL8901077A (nl) * | 1989-04-28 | 1990-11-16 | Koninkl Philips Electronics Nv | Optische belichtingsstelsel en projectie-apparaat voorzien van een dergelijk stelsel. |
FR2676288B1 (fr) * | 1991-05-07 | 1994-06-17 | Thomson Csf | Collecteur d'eclairage pour projecteur. |
JPH05100331A (ja) * | 1991-10-11 | 1993-04-23 | Toshiba Corp | 液晶表示装置 |
JPH05196892A (ja) * | 1992-01-21 | 1993-08-06 | Canon Inc | 偏光照明装置及び該偏光照明装置を用いた投写型表示装置 |
JP2973750B2 (ja) * | 1992-03-31 | 1999-11-08 | 松下電器産業株式会社 | 照明光学装置とそれを用いた投写型表示装置 |
US5430562A (en) * | 1993-01-25 | 1995-07-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Liquid crystal light valve including between light and light valve microlenses and two reflecting layers with a matrix of openings |
US5506701A (en) * | 1993-01-28 | 1996-04-09 | Dai Nippon Printing Co., Ltd. | Hologram color filter, liquid crystal display device using the same, and fabrication process of hologram color filter |
DE4307178C2 (de) * | 1993-03-08 | 1996-09-19 | Lueder Ernst | Vorrichtung und Verfahren zur Polarisation von Licht |
WO1995000865A1 (en) * | 1993-06-17 | 1995-01-05 | Xmr, Inc. | Improved optical beam integration system |
JP3344635B2 (ja) * | 1993-12-27 | 2002-11-11 | シャープ株式会社 | カラー液晶表示装置 |
US5737113A (en) * | 1995-08-04 | 1998-04-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical modulators and color image display device employing the same |
-
1995
- 1995-04-28 FR FR9505113A patent/FR2733619B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-04-16 US US08/633,242 patent/US5877824A/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-04-16 ZA ZA963007A patent/ZA963007B/xx unknown
- 1996-04-24 EP EP96400876A patent/EP0740476B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1996-04-24 DE DE69610734T patent/DE69610734T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-04-30 JP JP10889296A patent/JP3657347B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2733619A1 (fr) | 1996-10-31 |
EP0740476A1 (fr) | 1996-10-30 |
JPH095699A (ja) | 1997-01-10 |
DE69610734T2 (de) | 2001-05-23 |
FR2733619B1 (fr) | 1997-06-27 |
US5877824A (en) | 1999-03-02 |
ZA963007B (en) | 1996-08-28 |
EP0740476B1 (fr) | 2000-10-25 |
DE69610734D1 (de) | 2000-11-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1063555B1 (en) | Polarization luminaire and projector using it | |
US6513953B1 (en) | Illumination system and projector | |
US6923544B2 (en) | Projector | |
US5184248A (en) | Image projection apparatus | |
US7030951B2 (en) | Apparatus and method for displaying image | |
KR100579333B1 (ko) | 프로젝터 | |
US5896232A (en) | Highly efficient and compact frontlighting for polarization-based reflection light valves | |
KR100400114B1 (ko) | 고효율조명디바이스및그러한디바이스를포함하는영상투영장치 | |
US5737124A (en) | Polarizing splitter device and application to a system for illuminating a liquid-crystal screen | |
EP0467447B1 (en) | Image projection apparatus | |
JP3657347B2 (ja) | 液晶スクリーンの照明装置 | |
US6142633A (en) | Polarized light illuminator and projection type image display apparatus | |
US20090046254A1 (en) | Projector system | |
JP3610835B2 (ja) | 照明装置およびそれを用いた投写型表示装置 | |
JPH09133905A (ja) | 光偏向装置及びその装置を利用する液晶バルブ型の投射システム | |
JPH06289387A (ja) | 照明光学系及び投写型表示装置 | |
US7196743B2 (en) | Image display apparatus having particular phase difference | |
JPH05181135A (ja) | 偏光照明装置及び該偏光照明装置を用いた投写表示装置 | |
JP2000310751A (ja) | 投写型表示装置及びそれに用いる照明装置 | |
JP3498707B2 (ja) | プロジェクタ | |
KR100209628B1 (ko) | 투사형 표시장치 | |
JP2001108940A (ja) | 照明装置及びそれを用いた投写型表示装置 | |
JP3587198B2 (ja) | 投写型表示装置 | |
KR19990072383A (ko) | 공간변조소자및표시장치 | |
JPH09185053A (ja) | 液晶表示装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040618 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040624 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20040901 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20040906 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041224 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050218 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050309 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |