JP2000507006A - 画像投射装置の照射システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、偏光放射ビームを供給する照射システム（２１）に関する。この照射システム（２１）は、少なくとも１つの放射ビームを供給する放射源ユニット（３）及びその放射光を１つのビームに収束させる光学系と、放射源ユニット（３）により発生された放射ビーム（ｂ_I，ｂ_II）を直線偏光サブビームに分離する偏光システム（１１）と、少なくとも１つの偏光回転素子（３５）とを、順に有する。この偏光システムは、屈折率ｎ₀と第１及び第２面を有する少なくとも１つの光学的透明なプレート（１１）を有する。これらの面のうちの少なくとも１つには、ｎ₀よりも大なる屈折率ｎ₁を有する光学薄層が設けられている。変換されない偏光方向を持つサブビームの光路は、当該サブビームを他のサブビームと同じ伝搬方向に反射するためのリフレクタ（４１，４３）を組み入れている。これらビームの主光線とプレート（１１）上の法線とのなす角は、光学薄層と偏光素子（１１）を取り巻く媒質との境界面においてブリュースター角に実質的に等しい。放射源ユニット（３）は、２つの放射源（２３，２５）を有し、このような偏光システムは、各放射源（２３，２５）と組み合わされる。本発明はまた、このような照射システム（２１）を有する画像投射装置（４５）に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 画像投射装置の照射システム 技術分野 本発明は、偏光放射ビームを供給する照射システムに関し、特に、放射源ユニ ット及びその放射光をビームに収束させる光学系と、この放射源ユニットにより 発生された放射ビームを直線偏光サブビームに分離する偏光システムと、少なく とも１つの偏光回転素子とを順に有する照射システムに関する。かかる偏光シス テムは、屈折率ｎ₀と第１面及び第２面とを持つ少なくとも１つの光学的透明プ レートを有するとともに、前記面のうちの少なくとも一方には、ｎ₀よりも大な る屈折率ｎ₁を持つ光学薄層が設けられ、上記サブビームのうちの少なくとも一 方の光路は、前記サブビームを他方のサブビームと同じ伝搬方向に反射するリフ レクタを使用し、前記ビームの主光線と当該プレート上の法線とは、上記光学薄 層と当該偏光素子周囲の媒質との間の境界面にて成立するブリュースター角に実 質的に等しい角度を形成するものである。 本発明はまた、このような照射システムを有する画像投射装置に関する。 背景技術 冒頭の段落で述べたタイプの照射システムは、ＰＣＴ特許出願ＷＯ９６／０５ ５３４により知られている。この文書に記述されている照射システムは、偏光回 転素子と共働動作して放射源により発せられた非偏光放射ビームを単一の直線的 偏光方向を持つ放射ビームにほぼ完全に変換する偏光ビームスプリッタを有する ものである。このビームスプリッタは、光学的に透明なプレートからなり、その 少なくとも一方の表面には、当該プレートのそれよりも大きな値の屈折率ｎ₁を 持つ光学薄層が設けられている。サブビームのうちの少なくとも一方の光路は、 このサブビームを反射するリフレクタを、他方のサブビームと同じ方向の伝搬を なすのに組み入れている。さらに、ビームの主光線とプレート上の法線とで、光 学薄層と当該偏光素子を取り巻く媒質との間の境界面においてブリュースター角 に実質的に等しい角度が形成される。 ここで言う偏光素子自体は、知られているものであり、例えば、"Applied Opt ics，vol.25，No.23，December 1986"において、R.M.A．Azzam氏による「単層被 覆の誘電体平板又は背部無し膜を用いた赤外線のミリメートル波のための偏光ビ ームスプリッタ（Polarizing beam splitters for infrared and millimeter wa ves using single-layer-coated dielectric slab or unbacked films）」とい う記事から公知である。 偏光回転素子は、サブビームのうちの１つに存在する。かかる偏光回転素子に よって、当該２つの成分が同じ偏光方向を持って実質的に放射源のビーム全部が 同じ直線偏光方向を持つビームに変換されることが保証される。 短アークガス放電ランプは、比較的高度の光出力を有する比較的に小型かつ安 価なシステムを構成することができることを理由に、放射源として広く用いられ る。実際、コンパクトなガス放電アークは、比較的に小さな光ビームにおいて大 量の光を集めることができる。 かかる公知の照射システムの欠点は、ガス放電ランプの寿命が、当該ランプに 供給される電力に極めて強い依存性を持っている点である。現在のＵＨＰランプ 、これはフィリップスの商標の例であるが、その寿命は、例えば１００ワットの 電力の場合には概ね４０００時間である。この電力を増大させた場合には、その 寿命は期待に反し短くなってしまう。 発明の開示 本発明の目的は、実質的に、放射源ユニットからの放射ビーム全部を同じ偏光 方向を有するビームに変換し、その光出力を放射源ユニットの寿命に影響を及ぼ すことなく約２倍もの大きさにすることのできる照射システムを提供することで ある。さらに、この照射システムは、比較的に簡単な手法により実現することが できる。 このために、本発明による照射システムは、放射源ユニットが２つの放射源を 有し、偏光システムが各放射源と組み合わされることを特徴としている。 ２つの放射源を使用することによって、供給電力を２倍にすることができるの で２倍の光出力が得られる。透明の光学プレートとして偏光子が採用されている 偏光変換システムは、投射システムを実現するのに非常に適しているし、またコ ンパクトな形態ともなる。さらに、２つの投射ランプを使用することにより、か かるランプのうちの１つが切れたときにでも、現状の照射システムと同じような 光出力が得られる、という利点を持つことができる。 本発明による照射システムの好適な実施例は、前記２つの放射源は、共通の偏 光システムを持つことを特徴としている。こうすることによって、高輝度を呈す る小型の照射システムを得ることができる。２つの放射源が、異なる適正な高さ をもって配されている場合、互いに幾何学的に分離された４つの光スポットが当 該照射システムの出力窓において生成されることになる。 本発明による照射システムの他の実施例は、 前記放射源は、 水晶ガラス製でその一部が放電スペースを囲繞するランプ容器と、 前記ランプ容器内に設けられ、互いに分離し、放電通路を形成し、かつ前記ラ ンプ容器外に延びる電流導体に接続されるタングステン電極と、 少なくとも０．２ｍｇＨｇ／ｍｍ³，１０^-6〜１０^-4μmolＨａｌ／ｍｍ³の充 填物（Ｈａｌは、Ｃｌ，Ｂｒ及びＩのグループに基づく材料の１つ）と、 前記 ランプ容器の中の希ガスと、 を有する高圧水銀蒸気放電ランプであり、 前記放電スペースは、前記放電通路の方向においてＳ（ｍｍ）＝ｅ・Ｄｉに等 しい寸法Ｓを持つ偏球面形状を有し、ｅは、１．０ないし１．８の範囲における 値を持ち、Ｄｉが前記放電通路に垂直な方向の径の最大値であってｆが０．９な いし１．１の範囲における値を持ちかつＰが７０ないし２００Ｗの範囲における 通常動作時に使用されるパワーであるときにＤｉ（ｍｍ）＝ｆ・［３．２＋０． ０１１（ｍｍ／Ｗ）・Ｐ（Ｗ）］を満たすものであり、 前記放電スペースを取り囲む前記ランプ容器の一部は、Ｄｉを定めた平面にお いてＤ０（ｍｍ）≧３．２＋０．０５５（ｍｍ／Ｗ）・Ｐ（Ｗ）によって与えら れる直径Ｄ０を有する凸状外表面を有し、 前記放電通路Ｄｐの長さは、１．０ないし２．０ｍｍの範囲にあり、選択され るハロゲンは、Ｂｒである、 ことを特徴としている。 前記ランプは、数千時間の寿命に関連する短いアーク長を有しており、これに より、入射ビームが小さい発散度を持つときに光学的作用をなす偏光素子が用い られる本発明による照射システムにおける放射源として極めて有効に用いられる のである。 なお、このタイプのランプは、本出願人名義の欧州特許出願ＥＰ−Ａ ０ ５ ７６ ０７１からそれ自体は知られるものである。 本発明はまた、偏光放射ビームを供給する照射システムと、このビームの経路 に配設され投射すべき画像を発生するための少なくとも１つの表示パネルと、前 記画像を投射スクリーンに投射する投射レンズ系とを有する画像投射装置に関す る。この装置は、前記照射システムが、上述した如き照射システムであることを 特徴としている。 本発明による画像投射装置の好適な実施例は、前記偏光素子と前記表示パネル との間の光路に光学インテグレータを配設したことを特徴としている。 光学インテグレータ自体は、例えば、本出願人名義の合衆国特許ＵＳ−Ａ５， ０９８，１８４から知られるものである。このような光学インテグレータを偏光 素子と表示パネルとの間の光路に配設することによって、特に、当該光ビームに おける均一な光分布を得ることができ、これにより、形成される画像の均質性が 促進されるのである。 しかしながら、光学インテグレータは、付加的な効果のために本発明による照 射システムに用いることができる。偏光システムにより供給される直線偏光ビー ムは、放射源から当該サブビームが単一のビームに再び結合する場所までの異な る経路を経ている各サブビームの組み合わせからなるものであるので、その複合 ビームにおける強度分布は、一定ではなくなる。かかるインテグレータの存在に よって、表示パネルの領域において均一な分布が得られるようにビーム全体にお ける強度が広がり、もって形成すべき画像のより良い均質性に寄与することとな る。 本発明による画像投射装置の他の実施例は、前記表示パネルは、ＤＭＤパネル であり、前記投射スクリーンは、前記照射システムにより供給された照射ビーム の偏光方向に対応する偏光方向を有する偏光スクリーンであることを特徴として いる。 カラー画像投射の場合のこの表示パネル或いは３つの表示パネルには、液晶材 料を適用することができる。このようなパネルの場合、投射すべき画像情報は当 該画像情報に応じて当該パネルに入射するビームの偏光状態を変調することによ り加えられるので、入射放射光は偏光されるべきである。この変調された放射ビ ームは、その後画像投射スクリーン上にプロジェクションレンズ系を介して投射 される。 入射ビームに望まれる偏光状態は、前記表示パネルの一部を形成する使用され る偏光子及び検光子に基づいて、直線又は円とすることができる。円偏光の表示 パネル、すなわち放射ビームの円偏光状態を変調するパネルを用いる場合には、 照射システムにより供給された偏光の直線状態を円偏光状態に変えるよう、例え ば、４分のλプレートが上述の照射システムと表示パネルとの間に配設されるの が良い。 表示パネルとして液晶パネル（ＬＣＤパネル）を用いることに代え、ＤＭＤ（ Digital Micromirrored Device）パネルを代替え使用することができる。例えば 、ビデオ投射システムにおけるＤＭＤパネルの公知応用の例としては、合衆国特 許ＵＳ−Ａ４，６３８，３０９を参照することができる。 ＤＭＤは、単一のシリコンウェーハにより作られる半導体素子でありマトリク ス状の変形可能なミラー素子を有する。各ミラー素子は、それに印加される電圧 に応じて傾斜するものであり、表示すべき画像情報を表現する。この態様におい て、マトリクス状のミラー素子に入射する放射光は、異なる角度をもって当該投 射システム又はその外部へと反射されるのである。その後、当該システムにおい て反射した放射光は、光学系により１つのビームに集光せしめられ、投射レンズ 系を介して投射画像へと変換される。したがって、この場合、再生されるべき画 像情報は、入射放射光がそのミラー素子により反射した角度に基づいて得られる ものであって、当該パネルに呈される偏光状態の変調に基づいて得られるもので はない。直線偏光ビームがＤＭＤパネルに供給される場合は、画像情報の追加の 結果として、言い換えればミラー素子上の反射によって偏光状態が変わるもので はない。かかる投射に偏光画像投射スクリーンが用いられ、当該スクリーンの偏 光方向が偏光素子と偏光回転素子とのコンビネーションにより供給されたビーム の偏光方向と対応する場合においては、周辺光の約５０％がそのスクリーンによ って阻止されるとともに、実質的に全ての信号光が視聴者へと通過するのである 。こうして、コントラストの極めて高い投射画像が得られる。 本発明のこれらの態様及びこれ以外の態様は、以下に記述される実施例を参照 することによって明らかとされる。 図面の簡単な説明 第１ａ図及び第１ｂ図は、どのようにして透明プレート形態の偏光素子が照射 されるのかを表した、単一の放射源を備えた照射システムの２つの実施例を示し ている。 第２図は、本発明による照射システムの実施例を模式的に示している。 第３図は、本照射システムの出口窓における光分布を示している。 第４図は、重なる２つの偏光素子の動作原理を示している。 第５図は、本発明による照射システムに用いられる放射源ユニットに適した、 ショートアークを有する放射源を模式的に示している。 第６図は、本発明による画像投射装置の実施例を模式的に示している。 発明を実施するための最良の形態 第１ａ図及び第１ｂ図は、知られている照射システム１の２つの実施例を示し ている。この照射システム1は、ランプ５とリフレクタ７とを備えた放射源ユニ ット３を有する。このランプ５は、照射すべき対象物、例えば表示パネルの方向 及びその逆の方向に光を放つ。リフレクタ７は、その逆方向に発せられた光を集 めることを確実にし、ここでは当該対象物の方向に伝送するようにしている。こ のリフレクタ７は、自己コリメートするものとしても良い。そうでない場合、ラ ンプ５により発せられた光を平行ビームｂに収束させるために付加的にコリメー タレンズ９が必要となる。主光線のみが図示されているこの平行ビームｂは、そ の後偏光素子１１に入射する。 この偏光素子１１は、屈折率ｎ₀を持ちかつ少なくとも一方の側に屈折率ｎ₁を 持つ光学薄層１５が設けられた光学的透明なプレート１３からなる。ここでｎ₁ ＞ｎ₀である。両側に光学薄層が設けられたこのような素子自体は、"Applied Op tics，vol.25，No.23，December 1986"において、R.M.A．Azzaul氏による「単層 被覆の誘電体平板又は背部無し膜を用いた赤外線のミリメートル波のための偏光 ビームスプリッタ（Polarizing beam splitters for infrared and millimeter waves using single-layer-coated dielectric slab or unbacked films）」と いう論文から公知である。この光学薄層は、例えばＴｉＯ₂，ＣｅＯ₂又はＺｎＯ₂ からなる。このような偏光素子は、蒸気蒸着又は液浸により比較的簡単な方法 で製造することができる。さらに、前述した材料は、極めて高い温度に対して耐 性がある。 照射ビームがこのような偏光素子１１に入射すると、ビームｂの主光線と素子 １１上の法線１２とが、ｓ偏光された光がビームｂｓとして当該ビームｂから反 射するとともにｐ偏光された光がビームｂｐとして透過することになる角度を持 つ場合には、２つの相互に直交する直線偏光されたサブビームが形成されること となる。この角度は、空気と透明プレート上に設けられた光学薄層との界面でブ リュースター角に実質的に等しいものである。この角度では、ｓ偏光の光の反射 はほぼ８０％であり、ｐ偏光の光の反射は僅か２％である。空気と光学薄層との 境界面でのこのブリュースター角の値は、式ｔｇθ_B＝ｎ₁に従って、透明プレー ト１３上に設けられた光学薄層１５の反射率ｎ₁によって決定される。空気以外 の媒質に偏光素子が存在する場合には、ここでのブリュースター角は、この媒質 の屈折率にも依存することになる。 さらに、元のビームｂから逸れて反射しているサブビームを再びこのビームｂ の伝搬方向に向けて伝送するために、反射素子１７が設けられている。この態様 において、互いに直交する直線偏光とされた２つの平行なサブビームが形成され る。これら２つのサブビームのうちの１つに、例えばλ／２プレート又は偏光方 向を９０°回転させる分子配列を有する液晶層の形態を採る偏光回転素子１９を 設けることによって、かかる２つの偏光方向を互いに等しくすることができる。 したがってこの態様により、放射源ユニット３からのビーム全部は、実質上、単 一偏光方向を有する直線偏光ビームに変換される。 円偏光とする場合は、偏光素子１１及び偏光回転素子１９の組み合わせ部分と 照射すべき対象物との間にλ／４プレートを配置すれば良い。これにより、直線 偏光ビームを円偏光ビームに変換することができるのである。このような構成は 、例えば円偏光の光で動作するディスプレイパネルに必要となる。 第１ａ図は、ｓ偏光ビーム成分が反射素子１７により元のビームの方向と平行 な方向に反射されるようにした照射システム１の実施例を示しているが、これは 第１ｂ図ではｐ偏光成分の場合である。ディスプレイパネルに伝送すべきビーム のｐ又はｓの所望される最終的な偏光に応じて、偏光回転素子１９は、ｓ又はｐ の偏光サブビームに配置される。第１ａ図及び第１ｂ図のどちらにおいても、照 射システム１により供給されるビームは、ｓ偏光とされる。 透明プレートに光学薄層をその第１の側とその第２の側とに設けることにより 、偏光分離効果を増加させることができる。例えば、ｓ偏光ビーム成分の反射率 を非常に高い８０％程度とすることができ、ｐ偏光ビーム成分の反射率を非常に 低い２％程度とすることができる。そして、ｐ偏光ビーム成分を伴う小量のｓ偏 光光だけが偏光素子により通過させられることとなる。 第２図は、本発明による実施例の照射システム２１の平面図である。第１図の 対応する部分は同じ参照符号で示されている。ここでの照射システム２１は、２ つの光源２３及び２５を備える放射源ユニット３を有する。したがって、２つの 照射ビームｂ_I及びｂ_IIが存在し、ｂ_Iは第１ａ図のようにして当該偏光素子を照 射し、ｂ_IIは第１ｂ図のようにして当該偏光素子を照射する。各光源は、リフレ クタ２７及び２９により少なくとも一部が取り囲まれている。リフレクタ２７， ２９が自己コリメートするものではない場合、付加的にコンデンサレンズ３１， ３３が当該光路に設けられる。この場合、偏光素子１１は、異なる光源によりそ れぞれ発射された２つの光ビームｂ_I及びｂ_IIにより照射される。この２つの照 射源２３，２５は、４つの実質上幾何学的に分離した光ビームｂｐ_I，ｂｓ_I，ｂ ｐ_II及びｂｓ_IIがこの照射システムの射出窓において発せられるような、図の平 面に対し異なる高さで位置付けられることが保証される。このような光の分布は 、 第３図に示される。そして、ｓ偏光又はｐ偏光ビームＢのどちらが望まれている かに基づいて、２つの等価的な偏光サブビームすなわちｂｐ_Iとｂｐ_IIか、又は ｂｓ_Iとｂｓ_IIが偏光素子１１の後で偏光回転素子３５に入射する。各偏光素子 は、この図の平面内には配されていないがその下又は上に位置付けされる。図に おいて、偏光回転素子３５は、当該図の平面においては位置付けられないので、 破線により示されている。ビームｂ_Iは、単一の矢印によって示され、ビームｂ_{I I} は、二重の矢印によって示される。実際上は、かかる４つのビームは空間的に 互いに分離しており、ｂ_Is及びb_IIpの一方は、この図の平面上方に位置し、他方 はこの図の平面の下に位置する。同じことが、ビームｂ_IIs及びｂ_Ipにも当ては まる。偏光素子１１と光源２３，２５の各々との間における２つの光路は、これ ら光路を折り返すための折返ミラー３７，３９を含む。このような形態により、 コンパクトなシステムで同一偏光方向かつ比較的高強度の光ビームが得られる。 偏光サブビームｂ_Ip及びｂ_IIsは、リフレクタ４３によって他の２つのサブビー ムに平行になるよう偏向される。こうして、本照射システム２１により供給され るビームＢは、同じ偏向方向を有するほぼ平行なビームとなるのである。 単一光源を有するシステムに比較して必要となる追加のスペースは、第２の光 源用のスペースである。何故なら、かかる２つの光源からの光ビームはこのシス テムにおいては互いに数回は交差するからである。 かかる偏向分離は、複数の偏向素子の重ね合わせによってさらに最適化するよ うにしても良い。第４図は、２つの偏向素子１１，１１’を有する偏向セパレー タの動作原理を示している。この第１の偏向素子１１によりｐ偏光成分ｂ_pと共 に透過したビームｂの少なくとも一部のｓ偏光成分ｂｓ'は、第２の偏光素子１ １'上で反射する。ｓ偏光の光の透過は、偏光素子の数が増えるほど少なくなる のである。 以上において述べたように、偏光すべきビームは、偏光分離が起きるような法 線１２に対する所定の角度をもって偏光素子１１に入射させるべきである。光ビ ーム全部の有効な偏光分離を実現するためには、この入射角又はその近傍の角度 をもって、偏光素子にビームの主光線及び縁部光線の双方を入射させるのが良い 。このような態様は、狭い発散を持つ光ビームを発する放射源、言い換えれば、 縁 部光線が主光線と比較的小さい角度をなす光ビームを発する放射源で実現するこ とができる。 狭い発散を有する光ビームを供給する放射源ユニットというのは、例えば、低 いスループットの放射源ユニットである。 ここで「スループット」という用語は、放射エネルギーを搬送する光学系のパ ワーを指している。このパワーは、Ｅ＝Ａ・Ωにより定まる。Ａは放射表面であ り、Ωは光の発射する空間的角度であり、どちらも本システムの入り口孔の場所 でこの孔の中心の位置で測定される。光学システムにおいては、当該システムの さらに下流のスループットが増加することはなく、むしろ放射が損失するよう放 射を阻止することにより減少する一方である。 比較的に小さいスループットの照射システムを実現可能な放射源の例は、リフ レクタにより取り囲まれた、短いアーク長を有するガス放電ランプである。この ようなランプの例としては、キセノンランプや短アークメタルハライドランプが 挙げられる。ところが、これら両方のタイプのランプは、比較的寿命が短いとい った欠点を持っている。さらに、キセノンランプには、爆発の危険がある。短い アーク長を持ち、安全でしかも非常に長い寿命（１００ワット時に約４０００時 間）があって、本発明による照射システムにおいて上述したような偏光素子と組 み合わされて用いるのに非常に適したランプは、ＵＨＰ（Ultra High Pressure ）ランプである。このランプ自体は、前述した欧州特許出願ＥＰ−Ａ０５７６ ０７１から知られるものである。 第５図は、このようなランプの実施例を示している。このランプ５は、水晶製 のランプ容器５１を備えており、その一部５３は、放電スペース５５を取り囲ん でいる。互いに分離している２つのタングステン電極５７は、ランプ容器５１に 組み込まれている。この２つの電極５７は、放電通路５９を定めるとともに、ラ ンプ容器５１外にまで延びる電流導線６１に接続されている。ランプ容器５１は 、その放電スペースにおいて、少なくとも０．２ｍｇＨｇ／ｍｍ³，１０^-6〜１ ０^-4μmolＨａｌ／ｍｍ³（Ｈａｌは材料Ｃｌ，Ｂｒ又はＩのうちの１つ）とさら に希ガスとが満たされている。放電スペース５５は、球面の形状と、放電通路５ ９の方向における寸法Ｓとを有している。これらは、Ｓ（ｍｍ）＝ｅ・Ｄｉによ って定まる。ここでｅは１．０ないし１．８の範囲にある値を有し、Ｄｉは、Ｄ ｉ（ｍｍ）＝ｆ・［３．２＋０．０１１（ｍｍ／Ｗ）・Ｐ（Ｗ）］である。なお 、Ｄｉは、放電通路５５に垂直な方向の径の最大値であり、ｆは０．９ないし１ ．１の範囲における値であり、Ｐは、通常動作時における消費電力であって７０ ないし２００Ｗの範囲内にあるものである。放電スペース５５を取り囲むランプ 容器５１の部分５３は、Ｄｉの位置する平面において直径Ｄ₀を有する凸状外表 面６３を有する。かかるＤ０は、Ｄ０（ｍｍ）≧３．２＋０．０５５（ｍｍ／Ｗ ）・Ｐ（Ｗ）によって定められる。この放電通路５９の長さＤｐは、１．０ない し２．０ｍｍの範囲にあり、選択されるハロゲンは、Ｂｒである。ここで述べて いるランプについてのさらなる詳細については、前記欧州特許出願を参照するこ とができる。 第６図は、本発明による照射システム２１と、投射すべき画像に応じて放射ビ ームに画像情報を加えるための画像表示パネル４７とを有する画像投射装置４５ の実施例を示している。この表示パネル４７は、当該パネルにより発生した画像 を拡大した形で投射スクリーン５１上に投射する投射レンズシステム４９の前に 配置される。 この表示パネルは、例えば液晶パネルとすることができる。このようなパネル は、２つの光学的透明なプレートの間に封入される液晶材料の層を有する。これ らプレートの各々の上には、駆動電極が設けられている。これら電極は、ディス プレイパネルにおける多数の画素が形成されるよう多数の行及び列に分割される ようにすることができる。それぞれの画素は、かかるマトリクス電極を駆動する ことによって駆動可能である。したがって、局部的な電界が、当該液晶材料を挟 んで所望の位置に印加されうるのである。このような電界は、当該材料の有効屈 折率の変化をなさせしめ、指定の画素を通過する光が、その該当画素の位置にお いて電界が存在するか否かに応じて偏光方向の回転を受けたり受けなかったりす るのである。 このパッシブ駆動表示パネルの代わりに、アクティブ駆動パネルを使用するこ とができる。最後に述べた表示パネルにおいて、かかる支持プレートのうちの一 方が電極を有するとともに、他方プレートには半導体駆動電極が設けられるので ある。ここで各画素は、それ自体のアクティブ駆動素子、例えば薄膜トランジス タにより駆動される。どちらのタイプのダイレクト駆動型画像表示パネルも、例 えば欧州特許出願ＥＰ ０ ２６６ １８４に記述されている。 このような表示パネルでは、入射ビームは偏光されるべきである。何故なら、 この偏光方向の変調により画像情報が加えられるからである。この表示パネルの 各画素には電圧が印加され、かかる電圧はその位置を占める画像情報に対応する ものである。つまり、画素毎に、当該画素に入射する放射光の偏光方向が、その 画素に表示すべき画像情報に従って変調されるのである。本発明による照射シス テムは、偏光ビームを当該表示パネルに供給する可能性を提供するものであり、 かかる表示パネルのために、当該放射源により供給された放射ビームのほぼ最大 限の強度が利用されるのである。 上記画像投射装置がカラー画像投射装置である場合、かかる装置は、原色の赤 、緑及び青につきそれぞれ１つずつの３つの表示パネルの他に、対応するパネル へとそれぞれ入射する赤、緑及び青色ビームに直線偏光ビームを分割する複数の ダイクロイックミラーを有する。これらのパネルによって変調されたビームは、 その後他のダイクロイックミラーのセットにより１つのビームに再合成される。 このビームは、投射レンズシステムにより投射スクリーン上に１つの画像として 表示される。 またその代わりに、カラー画像投射装置に単一のカラー表示パネルを使用する こともできる。ここでは、各画素の正面に構成されたマトリクス形態のダイクロ イックミラーを使用するのが好ましく、例えば、直視型表示装置の表示パネルに つき合衆国特許ＵＳ−Ａ５，０２９，９８６に記述されているようなものがある 。 このディスプレイパネルはまた、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）パネルの 代わりにＤＭＤ（Digital Micromirrored Device）パネルとすることもできる。 ＤＭＤは、単一のシリコンウェーハによって作製されマトリクス形態の変形可能 なミラー素子を有する半導体素子である。各ミラー素子は、それに印加される電 圧に応じて傾くことができるものである。このような形態においては、マトリク ス形態のミラー素子に入射する放射光が、様々な角度をもって投射システム又は その外部へと反射するものである。その後、当該システムへと反射した放射光は 、光学システムにより１つのビームに集められ、投射レンズ系を介して投射画像 に変換される。このようなパネルの動作は、入射する放射光の偏光状態の変調に 基づくものではないが、再生すべき画像情報は、当該入射放射光がミラー素子に より反射されたときの角度から得られるものである。 直線偏光ビームがＤＭＤパネルで使われた場合には、画像情報の追加のために 、換言すればミラー素子の反射角の調整のために偏光状態が変化しないものとな る。このことは、画像情報を含むビームが、当該照射システムにより供給された ビームと同じ偏光状態を依然として保持していることを意味している。 ここで、照射システムにより供給されるビームの偏光方向に対応する偏光方向 を有する偏光画像投射スクリーン５１を使用することを提案する。偏光画像投射 スクリーンというのは、正面スクリーンが使用される場合は、視聴者に向けて所 定の偏光方向の放射光だけを反射し、背面スクリーンが使用される場合は、放射 光を透過するスクリーンである。異なる偏光方向を有する放射光は、視聴者には 遮られることとなる。偏光されていない周辺光の約５０％は遮断されるのに対し て、当該スクリーンの偏光方向に対応する偏光方向を持つ信号光の殆ど全ては、 視聴者に到達することになる。この形態によれば、非常に高いコントラストを有 する画像を得ることができる。円偏光子の設けられた偏光投射スクリーンの例は 、本出願人名義の未だ予備的公開の済んでいないベルギー特許出願ＢＥ ０９３ ０１０４２に記載されている。直線偏光子を有する偏光投射スクリーンの例は、 欧州特許明細書ＥＰ−Ｂ ０ ２９５ ９１３に記述されている。 さらに、照射システム２１と表示パネル４７との間に、光学インテグレータ５ ３を配設するようにしても良い。このインテグレータは、第１のレンズプレート ５５と第２のレンズプレート５７とを有する。レンズ５９及び６１は、第２のレ ンズプレート５７の後段に配置することができる。これらレンズによって、全て のインテグレータレンズの画像がディスプレイパネル４７の平面において正しく 重ね合わさり、表示パネルが正しくその投射スクリーン上に像の形成をなすこと が確実となる。このようなインテグレータ５３は、例えば、詳細な説明として参 照される合衆国特許ＵＳ−Ａ５，０９８，１８４から知られるものである。 かかる公知の光学インテグレータを本発明による照射システムに使用すること によって、特別の効果が得られる。表示パネルを照射する直線偏光ビームは、放 射源ユニット３と当該サブビームが結合して単一ビームとなる位置との間におけ る異なる光路をそれぞれ経る２つのサブビームの組み合わせであるので、このビ ームにおける強度分布は一定とはならない。しかしながら、インテグレータシス テムを用いることによって、光ビーム全体（横断方向）における強度を均等に分 布させることができるのである。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 ステムは、各放射源（２３，２５）と組み合わされる。 本発明はまた、このような照射システム（２１）を有す る画像投射装置（４５）に関する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 偏光された放射ビームを供給する照射システムであって、放射源ユニッ ト及びその放射光をビームに収束させる光学系と、前記放射源ユニットにより発 生された放射ビームを直線偏光サブビームに分離する偏光システムと、少なくと も１つの偏光回転素子とを順に有し、前記偏光システムは、屈折率ｎ₀並びに第 １の面及び第２の面を持つ少なくとも１つの光学的透明なプレートを有するとと もに、これら面の少なくとも１つには、ｎ₀よりも大きい屈折率ｎ₁を持つ光学薄 層が設けられ、前記サブビームのうちの少なくとも一方の光路は、当該サブビー ムを他のサブビームと同じ伝搬方向に反射するリフレクタを組み入れており、前 記ビームの主光線と前記プレート上の法線とが、前記光学薄層と前記偏光素子周 辺の媒質との間の境界面において実質的にブリュースター角に等しい角度を呈す る、照射システムにおいて、 前記放射源ユニットは、２つの放射源を有し、前記偏光システムは、各放射源 と関連付けて構成されていることを特徴とする照射システム。 ２． 請求項１に記載の照射システムにおいて、 前記２つの放射源は、共通の偏光システムを持つことを特徴とする照射システ ム。 ３． 請求項１又は２に記載の照射システムにおいて、 前記放射源は、 水晶ガラス製でその一部が放電スペースを囲繞するランプ容器と、 前記ランプ容器内に設けられ、互いに分離し、放電通路を形成し、かつ前記ラ ンプ容器外に延びる電流導体に接続されるタングステン電極と、 少なくとも０．２ｍｇ Ｈｇ／ｍｍ³，１０^-6〜１０^-4μmol Ｈａｌ／ｍｍ³ の充填物（Ｈａｌは、Ｃｌ，Ｂｒ及びＩのグループに基づく材料の１つ）と、 前記ランプ容器の中の希ガスと、 を有する高圧水銀蒸気放電ランプであり、 前記放電スペースは、前記放電通路の方向においてＳ（ｍｍ）＝ｅ・Ｄｉに等 しい寸法Ｓを持つ偏球面形状を有し、ｅは、１．０ないし１．８の範囲における 値を持ち、Ｄｉが前記放電通路に垂直な方向の径の最大値であってｆがS０．９ ないし１．１の範囲における値を持ちかつＰが７０ないし２００Ｗの範囲におけ る通常動作時に使用されるパワーであるときにＤｉ（ｍｍ）＝ｆ・［３．２＋０ ．０１１（ｍｍ／Ｗ）・Ｐ（Ｗ）］を満たすものであり、 前記放電スペースを取り囲む前記ランプ容器の一部は、Ｄ_iを定めた平面にお いてＤ_o（ｍｍ）≧３．２＋０．０５５（ｍｍ／Ｗ）・Ｐ（Ｗ）によって与えら れる直径Ｄ_oを有する凸状外表面を有し、 前記放電通路Ｄｐの長さは、１．０ないし２．０ｍｍの範囲にあり、選択され るハロゲンは、Ｂｒである、 ことを特徴とする照射システム。 ４． 偏光放射ビームを供給する照射システムと、このビームの経路に配設さ れ投射すべき画像を発生するための少なくとも１つの表示パネルと、前記画像を 投射スクリーンに投射する投射レンズ系とを有する画像投射装置において、 前記照射システムは、請求項１，２又は３記載の照射システムであることを特 徴とする画像投射装置。 ５． 請求項４に記載の画像投射装置において、 前記偏光素子と前記表示パネルとの間の光路に光学インテグレータを配設した ことを特徴とする画像投射装置。 ６． 請求項４又は５に記載の画像投射装置において、 前記表示パネルは、ＤＭＤパネルであり、 前記投射スクリーンは、前記照射システムにより供給された照射ビームの偏光 方向に対応する偏光方向を有する偏光スクリーンであることを特徴とする画像投 射装置。