JPH06208084A - 偏光の復元 - Google Patents
偏光の復元Info
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- JPH06208084A JPH06208084A JP5211835A JP21183593A JPH06208084A JP H06208084 A JPH06208084 A JP H06208084A JP 5211835 A JP5211835 A JP 5211835A JP 21183593 A JP21183593 A JP 21183593A JP H06208084 A JPH06208084 A JP H06208084A
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- light
- polarization
- polarization state
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- circularly polarized
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- 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
- G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】光源からの未偏光の光を全て単一偏光状態で無
彩色性の光へ変換する事によって、ほぼ全ての光を利用
する事ができるようにする液晶光バルブ投影システムを
単純で安価な装置により得る。 【構成】使用出来ない不適切な方向に偏光された光を、
2つの4分の1波長の遅延器(58,60 )とその間に置か
れる反射表面(56)のある偏光復元プリズム(50)を通
す事によって、使用可能な偏光ビームに復元させる。こ
れを偏光ビーム分光器(44)から直接伝送される光のパ
スと平行するパスへ一緒に伝送し、利用装置へ送る。
彩色性の光へ変換する事によって、ほぼ全ての光を利用
する事ができるようにする液晶光バルブ投影システムを
単純で安価な装置により得る。 【構成】使用出来ない不適切な方向に偏光された光を、
2つの4分の1波長の遅延器(58,60 )とその間に置か
れる反射表面(56)のある偏光復元プリズム(50)を通
す事によって、使用可能な偏光ビームに復元させる。こ
れを偏光ビーム分光器(44)から直接伝送される光のパ
スと平行するパスへ一緒に伝送し、利用装置へ送る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶装置、特に偏光さ
れていない光の単一偏光状態の光への改良された変換に
関する。
れていない光の単一偏光状態の光への改良された変換に
関する。
【0002】
【従来の技術】ビデオ投影機の様な液晶ディスプレイ・
システムの最近の発達及び更に幅広い使用によって、液
晶装置の照明の効力を高める必要性が強調されてきた。
CRTのアドレスされた反射液晶バルブ(LCLV)
は、液晶層、誘電体ミラー、光遮断層、及び感光層を具
備し、全て2つの透明な電極の間にサンドイッチにされ
る薄膜の多層構造である。CRTのアドレスされた反射
液晶光バルブ投影システムで、偏光照明(読取り)ビー
ムは、例えばキセノン・アーク燈の様な高い照度の光源
から、一方がP偏光状態を有し、他方がS偏光状態を有
する、2本のビームへ入来する光を分割する偏光ビーム
分光器(polarising beam spliter )へ、偏光されてい
ないビームを指向させることによって獲得される。これ
等の偏光状態の一方の光は、液晶層を通って、液晶層を
通ってそれを反射し返す誘電ミラーへ通される。液晶材
料は、ブラウン管によって発生させられる様な、比較的
低い照度の書取り光の入力イメージによって光学的にア
ドレスされ、その出力は感光層に印加される。従って、
複雑な配光、例えばブラウン管からの高解像度の入力イ
メージが、感光層上に焦点を合せられるのであれば、装
置は比較的低い強度の入力イメージを、投影のために拡
大して反射させられて大きな視野スクリーン上に高輝度
のイメージを生成する事ができる高い照度のレプリカ・
イメージへ変換する。
システムの最近の発達及び更に幅広い使用によって、液
晶装置の照明の効力を高める必要性が強調されてきた。
CRTのアドレスされた反射液晶バルブ(LCLV)
は、液晶層、誘電体ミラー、光遮断層、及び感光層を具
備し、全て2つの透明な電極の間にサンドイッチにされ
る薄膜の多層構造である。CRTのアドレスされた反射
液晶光バルブ投影システムで、偏光照明(読取り)ビー
ムは、例えばキセノン・アーク燈の様な高い照度の光源
から、一方がP偏光状態を有し、他方がS偏光状態を有
する、2本のビームへ入来する光を分割する偏光ビーム
分光器(polarising beam spliter )へ、偏光されてい
ないビームを指向させることによって獲得される。これ
等の偏光状態の一方の光は、液晶層を通って、液晶層を
通ってそれを反射し返す誘電ミラーへ通される。液晶材
料は、ブラウン管によって発生させられる様な、比較的
低い照度の書取り光の入力イメージによって光学的にア
ドレスされ、その出力は感光層に印加される。従って、
複雑な配光、例えばブラウン管からの高解像度の入力イ
メージが、感光層上に焦点を合せられるのであれば、装
置は比較的低い強度の入力イメージを、投影のために拡
大して反射させられて大きな視野スクリーン上に高輝度
のイメージを生成する事ができる高い照度のレプリカ・
イメージへ変換する。
【0003】アクティブ・マトリックス液晶ディスプレ
イ(AMLCD)投影システムで、各画素は、薄膜トラ
ンジスタのマトリックスを通って指向される単一偏光状
態の高照度の光ビームによってアドレスされて、オスト
ワルト純色で、大型の高質スクリーン・ディスプレイを
実現し得る投影システムを提供する。トランジスタは集
合体として選択的に作動させられて、選択的に作動させ
られるトランジスタの空間的アレイによって形成される
イメージを提供する。
イ(AMLCD)投影システムで、各画素は、薄膜トラ
ンジスタのマトリックスを通って指向される単一偏光状
態の高照度の光ビームによってアドレスされて、オスト
ワルト純色で、大型の高質スクリーン・ディスプレイを
実現し得る投影システムを提供する。トランジスタは集
合体として選択的に作動させられて、選択的に作動させ
られるトランジスタの空間的アレイによって形成される
イメージを提供する。
【0004】従来のブラウン管の投影機と較べて、液晶
光バルブ投影機は、コンパクトな大きさ、軽量、低コス
ト、正確な色の表示、等に関して多くの長所を有する。
しかしそれらは依然として、必要とされる偏光ビーム分
光器と、AMLC光バルブをアドレスする薄膜のトラン
ジスタのモードとの低透過度のために、主にスクリーン
の輝度である全光出力に関して欠点を示す。これらのシ
ステムは、たった1つの偏光状態の光を使用する事がで
きる。光の2分の1だけを効率的に通す偏光ビーム分光
器は、ただ単一偏光状態だけの光で作動する事ができ
る、捩じられたネマティック・モードの液晶の作動を採
用する装置に必要である。従って、他方の放棄される光
の復元が効果的な作動のために不可欠である。
光バルブ投影機は、コンパクトな大きさ、軽量、低コス
ト、正確な色の表示、等に関して多くの長所を有する。
しかしそれらは依然として、必要とされる偏光ビーム分
光器と、AMLC光バルブをアドレスする薄膜のトラン
ジスタのモードとの低透過度のために、主にスクリーン
の輝度である全光出力に関して欠点を示す。これらのシ
ステムは、たった1つの偏光状態の光を使用する事がで
きる。光の2分の1だけを効率的に通す偏光ビーム分光
器は、ただ単一偏光状態だけの光で作動する事ができ
る、捩じられたネマティック・モードの液晶の作動を採
用する装置に必要である。従って、他方の放棄される光
の復元が効果的な作動のために不可欠である。
【0005】より高い照度の光源を使用して大きな損失
を克服する事は、望ましくない。高められた照度は、投
影機システム要素の許容温度の上昇によって、利用でき
る光源の出力によって、及び効率及び経済性によって制
限される。高出力の光源は、偏光ビーム分光器と液晶光
バルブそれ自身の劣化をもたらし得る。
を克服する事は、望ましくない。高められた照度は、投
影機システム要素の許容温度の上昇によって、利用でき
る光源の出力によって、及び効率及び経済性によって制
限される。高出力の光源は、偏光ビーム分光器と液晶光
バルブそれ自身の劣化をもたらし得る。
【0006】高出力の照明源からの光の全てを使用する
能力は、非常に望ましいものとして認識され、この種類
の投影機がほぼ50%までパワーの消費を減らす事がで
き、或いは、小型の装置に関しては、スクリーンの輝度
を著しく高める事が可能である。
能力は、非常に望ましいものとして認識され、この種類
の投影機がほぼ50%までパワーの消費を減らす事がで
き、或いは、小型の装置に関しては、スクリーンの輝度
を著しく高める事が可能である。
【0007】照明の効率を向上させる必要を認識する事
によって、システムは他方の廃棄される、不適切に偏光
された光の復元のために考案された。偏光ビーム分光器
は、P状態の偏光の光を通し、S状態の偏光の光を反射
する。両方ではなく、一方或いは他方の偏光状態の光だ
けが、液晶光バルブ面を照明するのに使用される事がで
きる。従って、使用されない光の偏光状態を有用な偏光
状態の光へ変更し、それから2つを結合して照明光の5
0%の損失を理論的に避ける様にする事が提案されてき
た。使用され得ない偏光状態の光の復元のための従来の
案は、偏光回転ミラー及び2分の1波長の遅延板(reta
rder plate)を使用するた色々なシステムを含んでい
る。全てのものに問題が有る。反射装置は、直線偏光の
方向を変えるが、かなりの量の減偏光をもたらし、楕円
偏光或いは減偏光された光の部分を有する出力を提供す
る。楕円偏光された光は、液晶光バルブの作動の効率を
下げる。更に、一対の鏡から反射させられ、偏光を変え
るために2分の1波長の遅延器(retarder)を通過させ
られる光は、精密にも或いは適切にも平行にされない。
偏光ビーム分光器からの有用な偏光状態の入射光と組合
わせられると、液晶光バルブの作動に於ける一層の非効
率性がその様な平行化の欠如によってもたらされる。
によって、システムは他方の廃棄される、不適切に偏光
された光の復元のために考案された。偏光ビーム分光器
は、P状態の偏光の光を通し、S状態の偏光の光を反射
する。両方ではなく、一方或いは他方の偏光状態の光だ
けが、液晶光バルブ面を照明するのに使用される事がで
きる。従って、使用されない光の偏光状態を有用な偏光
状態の光へ変更し、それから2つを結合して照明光の5
0%の損失を理論的に避ける様にする事が提案されてき
た。使用され得ない偏光状態の光の復元のための従来の
案は、偏光回転ミラー及び2分の1波長の遅延板(reta
rder plate)を使用するた色々なシステムを含んでい
る。全てのものに問題が有る。反射装置は、直線偏光の
方向を変えるが、かなりの量の減偏光をもたらし、楕円
偏光或いは減偏光された光の部分を有する出力を提供す
る。楕円偏光された光は、液晶光バルブの作動の効率を
下げる。更に、一対の鏡から反射させられ、偏光を変え
るために2分の1波長の遅延器(retarder)を通過させ
られる光は、精密にも或いは適切にも平行にされない。
偏光ビーム分光器からの有用な偏光状態の入射光と組合
わせられると、液晶光バルブの作動に於ける一層の非効
率性がその様な平行化の欠如によってもたらされる。
【0008】重要な事は、従来の偏光光復元装置で使用
されてきた2分の1波長遅延板が、光出力の色彩の変化
に悩むという事である。2分の1波長の遅延器からの望
ましい偏光の出力光の照度は、可視スペクトラムの高い
方及び低い方の端部でかなり低くされ、その結果完全な
スペクトラムの光ビームに対する望ましい偏光の青及び
赤の両方の構成要素の照度は、望ましい偏光の中間波長
の緑の構成要素の照度に較べて低くされる。スペクトラ
ムを横断するこの変化は、緑の照度を低くすることによ
って、しかし効率性を低める代償としてのみ、小さくさ
れ得る。
されてきた2分の1波長遅延板が、光出力の色彩の変化
に悩むという事である。2分の1波長の遅延器からの望
ましい偏光の出力光の照度は、可視スペクトラムの高い
方及び低い方の端部でかなり低くされ、その結果完全な
スペクトラムの光ビームに対する望ましい偏光の青及び
赤の両方の構成要素の照度は、望ましい偏光の中間波長
の緑の構成要素の照度に較べて低くされる。スペクトラ
ムを横断するこの変化は、緑の照度を低くすることによ
って、しかし効率性を低める代償としてのみ、小さくさ
れ得る。
【0009】更にその上、その様な偏光状態を変換する
ための従来のシステムは、元のビームと復元されたビー
ムを液晶光バルブの照明される面上に互いに重ねられる
様に効率的に変換することによって2つを組合わせてき
た。その様な従来の装置は、かなりの量の望ましい光を
投影レンズの望ましい収集コーンの角度の外側へ落とし
て、廃棄されるのに十分大きい2つの光源間の変換コー
ンの角度を提供する。更に、従来の技術の光復元装置
は、一般的に複雑で、値段が高く、比較的に多くの数の
構成要素を必要とし、それによって大きな容器及び高い
製造コストを必要とする。
ための従来のシステムは、元のビームと復元されたビー
ムを液晶光バルブの照明される面上に互いに重ねられる
様に効率的に変換することによって2つを組合わせてき
た。その様な従来の装置は、かなりの量の望ましい光を
投影レンズの望ましい収集コーンの角度の外側へ落とし
て、廃棄されるのに十分大きい2つの光源間の変換コー
ンの角度を提供する。更に、従来の技術の光復元装置
は、一般的に複雑で、値段が高く、比較的に多くの数の
構成要素を必要とし、それによって大きな容器及び高い
製造コストを必要とする。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は上で述べられた問題を回避或いは最小にする偏光され
た光の復元システムを提供する事である。
は上で述べられた問題を回避或いは最小にする偏光され
た光の復元システムを提供する事である。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の原理をその好ま
しい実施例に基いて実行する際に、偏光されていない光
は、その偏光されていない光を第1の偏光状態の元のビ
ームと第2の偏光状態の分割されたビームとに分割する
事によって単一偏光状態を有する光へ変換される。それ
から分割されたビームは円偏光され、そして円偏光の方
向が逆にされる。逆にされた円偏光され分割されたビー
ムは、第1の偏光状態を有する復元された光ビームへ変
えられ、そして第1の偏光状態の元のビームと組合され
る。2本のビームは密接に隣接して平行するパスに沿っ
て伝達される。1つの実施例で復元は、第1の偏光状態
の元のビームと第2の偏光状態の分割されたビームとを
提供する偏光ビーム分光器に偏光されていない光を通す
事によって行われる。第2の偏光状態の分割されたビー
ムは、4分の1波長の遅延器を通過させられて、ビーム
を円偏光し、それからその偏光は分割されたビームを反
射器上に当てる事によって逆にされる。それから反射器
によって逆にされた円偏光のビームは、偏光ビーム分光
器によってその偏光を元のビームの直線偏光状態に変え
る第2の4分の1波長の遅延器を通される。それからそ
の2本は小さいコーンの角度で、ほぼ平行に並んだパス
に沿って光源のイメージを投影システムの液晶光バルブ
の全面を照明する大きさに拡大するビーム拡大レンズま
で伝達される。
しい実施例に基いて実行する際に、偏光されていない光
は、その偏光されていない光を第1の偏光状態の元のビ
ームと第2の偏光状態の分割されたビームとに分割する
事によって単一偏光状態を有する光へ変換される。それ
から分割されたビームは円偏光され、そして円偏光の方
向が逆にされる。逆にされた円偏光され分割されたビー
ムは、第1の偏光状態を有する復元された光ビームへ変
えられ、そして第1の偏光状態の元のビームと組合され
る。2本のビームは密接に隣接して平行するパスに沿っ
て伝達される。1つの実施例で復元は、第1の偏光状態
の元のビームと第2の偏光状態の分割されたビームとを
提供する偏光ビーム分光器に偏光されていない光を通す
事によって行われる。第2の偏光状態の分割されたビー
ムは、4分の1波長の遅延器を通過させられて、ビーム
を円偏光し、それからその偏光は分割されたビームを反
射器上に当てる事によって逆にされる。それから反射器
によって逆にされた円偏光のビームは、偏光ビーム分光
器によってその偏光を元のビームの直線偏光状態に変え
る第2の4分の1波長の遅延器を通される。それからそ
の2本は小さいコーンの角度で、ほぼ平行に並んだパス
に沿って光源のイメージを投影システムの液晶光バルブ
の全面を照明する大きさに拡大するビーム拡大レンズま
で伝達される。
【0012】
【実施例】AMLCモジュールを採用した単純にされた
伝送液晶投影システムが図1で示される。アーク・ラン
プ10の様な、源からの高照度の光は、光パス12a,12b,12
cに沿って、第1の直線偏光状態の光を伝送し、第2の
直線偏光状態の光を反射する偏光ビーム分光器プリズム
14を指向する。従って、例えばP状態の偏光された光
が、16a,16b,及び16c で全体的に示される光パスに沿っ
てプリズム14によって伝送され、一方S偏光状態の光
が、18a,18b,及び18c で示される光パスに沿ってプリズ
ムによって反射される。P偏光状態の光は、予め定めら
れた空間パターンで選択的に作動させられて、偏光され
た光が液晶光バルブ・モジュール20の面に当り、選択さ
れたイメージ・パターンでそこを通って伝送されるのを
可能にする薄膜トランジスタのアレイ或いはマトリック
スを具備するAMLC光バルブ20へ伝送される。液晶光
バルブ・モジュールを通って伝送される光は、光のパス
24a,24b,及び24c によって示され、イメージ・スクリー
ン28上へ投影するために投影レンズ26へ伝送される。
伝送液晶投影システムが図1で示される。アーク・ラン
プ10の様な、源からの高照度の光は、光パス12a,12b,12
cに沿って、第1の直線偏光状態の光を伝送し、第2の
直線偏光状態の光を反射する偏光ビーム分光器プリズム
14を指向する。従って、例えばP状態の偏光された光
が、16a,16b,及び16c で全体的に示される光パスに沿っ
てプリズム14によって伝送され、一方S偏光状態の光
が、18a,18b,及び18c で示される光パスに沿ってプリズ
ムによって反射される。P偏光状態の光は、予め定めら
れた空間パターンで選択的に作動させられて、偏光され
た光が液晶光バルブ・モジュール20の面に当り、選択さ
れたイメージ・パターンでそこを通って伝送されるのを
可能にする薄膜トランジスタのアレイ或いはマトリック
スを具備するAMLC光バルブ20へ伝送される。液晶光
バルブ・モジュールを通って伝送される光は、光のパス
24a,24b,及び24c によって示され、イメージ・スクリー
ン28上へ投影するために投影レンズ26へ伝送される。
【0013】偏光状態Sの光は、偏光ビーム分光器14に
よって反射させられ、完全に失われる即ち廃棄され得
る。この光は、源10から与えられる入力光の50%を含
み得る。
よって反射させられ、完全に失われる即ち廃棄され得
る。この光は、源10から与えられる入力光の50%を含
み得る。
【0014】偏光状態Sの他方の廃棄される光の復元の
ための従来の構造は、S状態の偏光された光が、S状態
の偏光の光をP状態の偏光の光へ変える2分の1波長の
遅延器を通される復元システム(図示されていない)を
具備していた。それからこの改変偏光光は、適切に折り
返された光のパスに沿って供給され、ほぼ45゜の角度
で配置される表面から主ビーム・パスへ反射されて、液
晶モジュール20の面の表面上に当る。復元された光は、
液晶モジュール20の面で、偏光復元プリズム14から直接
に伝送されるビームと共に収斂する。この様に、従来の
復元システムは液晶モジュールの面上の2本の収斂ビー
ムの像を写す。上で述べられた様に、その様な従来の復
元システムは完全に平行なビームを生成せず、非常に無
彩色性でなく、コンパクトでも単純でもない。
ための従来の構造は、S状態の偏光された光が、S状態
の偏光の光をP状態の偏光の光へ変える2分の1波長の
遅延器を通される復元システム(図示されていない)を
具備していた。それからこの改変偏光光は、適切に折り
返された光のパスに沿って供給され、ほぼ45゜の角度
で配置される表面から主ビーム・パスへ反射されて、液
晶モジュール20の面の表面上に当る。復元された光は、
液晶モジュール20の面で、偏光復元プリズム14から直接
に伝送されるビームと共に収斂する。この様に、従来の
復元システムは液晶モジュールの面上の2本の収斂ビー
ムの像を写す。上で述べられた様に、その様な従来の復
元システムは完全に平行なビームを生成せず、非常に無
彩色性でなく、コンパクトでも単純でもない。
【0015】出願は、更に効率的で、可視スペクトラム
に亘ってよりリニヤで平坦な応答を有する2つの2分の
1波長の遅延器を採用する改良型の偏光された光の復元
システムを提供する。
に亘ってよりリニヤで平坦な応答を有する2つの2分の
1波長の遅延器を採用する改良型の偏光された光の復元
システムを提供する。
【0016】本発明の改良型の偏光された光の復元シス
テムを採用する単純にされた投影システムは図2aで示
される。図2aのシステムの別々の部分は、図2b及び
2cで拡大図で示される。例えばキセノン・アーク・ラ
ンプであり得る高照度の光源40からの光は、42a,42b,及
び42c で示される光パスに沿って、46a,46b,46c で示さ
れるパスに沿ってP状態の偏光の光を通す偏光ビーム分
光器プリズム44(図2c)へ供給される。偏光状態Sの
光は、パス48a,48b,48c に沿う偏光ビーム分光器から、
全体的に50で示される偏光光復元装置(図2b及び2
c)へ反射させられる。この偏光復元装置は図2bで別
に示される。偏光復元装置は、基本的に、入力面52と、
入力面に対して直角に配置され入力面と同じ大きさを有
する出力面54と、入力及び出力面の夫々に関連して45
゜で延在するシステムの反射表面を形成する傾き斜辺56
とを有する直角プリズムを具備する。斜辺56は反射を最
も効果的にする適切な反射性の銀の被覆剤で被覆され
る。第1の4分の1波長の遅延器58が、入力面52上へ装
着され、適切に接着される。第2の4分の1波長の遅延
器60は、出力面54上に装着され、適切に接着される。
テムを採用する単純にされた投影システムは図2aで示
される。図2aのシステムの別々の部分は、図2b及び
2cで拡大図で示される。例えばキセノン・アーク・ラ
ンプであり得る高照度の光源40からの光は、42a,42b,及
び42c で示される光パスに沿って、46a,46b,46c で示さ
れるパスに沿ってP状態の偏光の光を通す偏光ビーム分
光器プリズム44(図2c)へ供給される。偏光状態Sの
光は、パス48a,48b,48c に沿う偏光ビーム分光器から、
全体的に50で示される偏光光復元装置(図2b及び2
c)へ反射させられる。この偏光復元装置は図2bで別
に示される。偏光復元装置は、基本的に、入力面52と、
入力面に対して直角に配置され入力面と同じ大きさを有
する出力面54と、入力及び出力面の夫々に関連して45
゜で延在するシステムの反射表面を形成する傾き斜辺56
とを有する直角プリズムを具備する。斜辺56は反射を最
も効果的にする適切な反射性の銀の被覆剤で被覆され
る。第1の4分の1波長の遅延器58が、入力面52上へ装
着され、適切に接着される。第2の4分の1波長の遅延
器60は、出力面54上に装着され、適切に接着される。
【0017】図2b及び2cを参照すると、偏光の復元
システムのプリズム50は、偏光ビーム分光器44の一方の
表面に直ぐに隣接して配置されて、パス48a,48b,及び48
c に沿う偏光ビーム分光器によって反射させられるS状
態の偏光の光を受容する。4分の1波長の遅延器58を通
過する際に、このS偏光状態の光は、4分の1波長の遅
延器によって円偏光され、それから復元プリズム50の銀
メッキされた反射表面56へ通る。表面56からの反射は、
光の円偏光の方向を逆にされ、パス64a,64b,及び64c に
沿うこの逆にされた円偏光された光を第2の即ち出力の
4分の1遅延器60へ通す。後者は、逆に円偏光された光
に作用して、その光を直線に偏光し、パス68a,68b,及び
68c に沿う復元装置から伝送される単一のP状態の偏光
をそれに与える。第2の4分の1波長の遅延器60は、逆
に円偏光された状況から直線状況へ偏光を戻し、偏光の
ベクトルは元の直線偏光された光のベクトルにぴったり
適合する(アラインされる)。従って、偏光ビーム分光
器44と偏光復元装置50との組合せは、(a)パス46上の
単一偏光Pの元のビームと、(b)パス68に沿うP偏光
の分割されたビームとを提供する。元のビームのパス
(パス46a,b,c )と分割されたビームのパス(パス68a,
b,c )は互いに平行である。(パス68に於ける)分割さ
れたビームの偏光は、(パス46に於ける)P状態の光の
偏光と精密にアラインされる。2本のビーム46,68 の偏
光ベクトルの精密なアラインメントを確実にするため
に、パス68上のビームの偏光アラインメントは、その表
面に対して垂直な軸の周りで4分の1波長の遅延器60を
調節可能な様に回転する事によって、容易に調節され得
る。反射防止被覆70(図2a及び2c)は、偏光ビーム
分光器44と偏光光の復元プリズム50の両方の出力面に施
される。
システムのプリズム50は、偏光ビーム分光器44の一方の
表面に直ぐに隣接して配置されて、パス48a,48b,及び48
c に沿う偏光ビーム分光器によって反射させられるS状
態の偏光の光を受容する。4分の1波長の遅延器58を通
過する際に、このS偏光状態の光は、4分の1波長の遅
延器によって円偏光され、それから復元プリズム50の銀
メッキされた反射表面56へ通る。表面56からの反射は、
光の円偏光の方向を逆にされ、パス64a,64b,及び64c に
沿うこの逆にされた円偏光された光を第2の即ち出力の
4分の1遅延器60へ通す。後者は、逆に円偏光された光
に作用して、その光を直線に偏光し、パス68a,68b,及び
68c に沿う復元装置から伝送される単一のP状態の偏光
をそれに与える。第2の4分の1波長の遅延器60は、逆
に円偏光された状況から直線状況へ偏光を戻し、偏光の
ベクトルは元の直線偏光された光のベクトルにぴったり
適合する(アラインされる)。従って、偏光ビーム分光
器44と偏光復元装置50との組合せは、(a)パス46上の
単一偏光Pの元のビームと、(b)パス68に沿うP偏光
の分割されたビームとを提供する。元のビームのパス
(パス46a,b,c )と分割されたビームのパス(パス68a,
b,c )は互いに平行である。(パス68に於ける)分割さ
れたビームの偏光は、(パス46に於ける)P状態の光の
偏光と精密にアラインされる。2本のビーム46,68 の偏
光ベクトルの精密なアラインメントを確実にするため
に、パス68上のビームの偏光アラインメントは、その表
面に対して垂直な軸の周りで4分の1波長の遅延器60を
調節可能な様に回転する事によって、容易に調節され得
る。反射防止被覆70(図2a及び2c)は、偏光ビーム
分光器44と偏光光の復元プリズム50の両方の出力面に施
される。
【0018】偏光ビーム分光器44と偏光光の復元プリズ
ム50とからの2本のビームは平行にされ、そして3゜乃
至4 1/2 ゜程度の小さいコーンの角度で発散する。こ
れらのビームは、ビーム拡張器即ち拡大レンズ72へ入射
させられて、平行なビーム部分の夫々、パス46に沿って
提供されるもの及びパス68に沿って提供されるものは、
レンズ72の別の部分に当る。2本の平行なビーム部分は
互いに密接に隣接するが、著しく重なる事はない。レン
ズ72がP偏光状態の2本の平行にされたビームを組合せ
更に拡大して、それらがAMLCモジュール76の全面上
に当るように指向させる。液晶モジュールに入射する単
一偏光状態の偏光光は、液晶モジュールを制御するトラ
ンジスタ・アレイの選択的活性化に従って選択された空
間パターンへ通される。液晶モジュールを通って伝送さ
れる光は、更に拡大されて、スクリーン80上に望ましい
イメージを投影する投影レンズ78を指向させられる。
ム50とからの2本のビームは平行にされ、そして3゜乃
至4 1/2 ゜程度の小さいコーンの角度で発散する。こ
れらのビームは、ビーム拡張器即ち拡大レンズ72へ入射
させられて、平行なビーム部分の夫々、パス46に沿って
提供されるもの及びパス68に沿って提供されるものは、
レンズ72の別の部分に当る。2本の平行なビーム部分は
互いに密接に隣接するが、著しく重なる事はない。レン
ズ72がP偏光状態の2本の平行にされたビームを組合せ
更に拡大して、それらがAMLCモジュール76の全面上
に当るように指向させる。液晶モジュールに入射する単
一偏光状態の偏光光は、液晶モジュールを制御するトラ
ンジスタ・アレイの選択的活性化に従って選択された空
間パターンへ通される。液晶モジュールを通って伝送さ
れる光は、更に拡大されて、スクリーン80上に望ましい
イメージを投影する投影レンズ78を指向させられる。
【0019】4分の1波長の遅延器は、全可視スペクト
ラムに亘って平坦な色の透過特性で容易に利用可能であ
り、従って復元プリズムによって色彩の変化は殆ど或い
は全くもたらされない。復元プリズムの反射表面56は、
投影軸の光学的光パスの方向に関連して精密に45゜で
配置される。従って、P状態偏光の元のビームとP状態
偏光の分割ビーム、つまり偏光ビーム分光器44からの第
1のものと復元プリズム50からの第2のものとが、互い
に精密に平行となる。この特性は、復元プリズム50から
の分割ビームの出力の偏光ベクトル調節可能なアライン
メントと組合されて、液晶モジュールに当る全ての光の
偏光ベクトルの精密に平等なアラインメントを提供す
る。2本の平行なビーム部分は、拡大レンズ72の異なる
部分を通る事によって組合される。従って、従来の技術
に於ける様に、共通領域上での組合せのために2本のビ
ームを収斂させる必要はない。この構成は、2本の平行
なビームのコーンの角度を十分に小さい値にして、その
全てが液晶モジュール面に当ってこの光の如何なる無駄
も回避する様にできる。液晶モジュールの境界を越えて
通る光は殆ど或いは全く無い。何らかの光の偏光度を減
らすための2分の1波長の遅延器は無いので、液晶モジ
ュールの作動の高い効率が維持される。
ラムに亘って平坦な色の透過特性で容易に利用可能であ
り、従って復元プリズムによって色彩の変化は殆ど或い
は全くもたらされない。復元プリズムの反射表面56は、
投影軸の光学的光パスの方向に関連して精密に45゜で
配置される。従って、P状態偏光の元のビームとP状態
偏光の分割ビーム、つまり偏光ビーム分光器44からの第
1のものと復元プリズム50からの第2のものとが、互い
に精密に平行となる。この特性は、復元プリズム50から
の分割ビームの出力の偏光ベクトル調節可能なアライン
メントと組合されて、液晶モジュールに当る全ての光の
偏光ベクトルの精密に平等なアラインメントを提供す
る。2本の平行なビーム部分は、拡大レンズ72の異なる
部分を通る事によって組合される。従って、従来の技術
に於ける様に、共通領域上での組合せのために2本のビ
ームを収斂させる必要はない。この構成は、2本の平行
なビームのコーンの角度を十分に小さい値にして、その
全てが液晶モジュール面に当ってこの光の如何なる無駄
も回避する様にできる。液晶モジュールの境界を越えて
通る光は殆ど或いは全く無い。何らかの光の偏光度を減
らすための2分の1波長の遅延器は無いので、液晶モジ
ュールの作動の高い効率が維持される。
【0020】図2aに示されるシステムの特別な実施例
で、アーク・ランプ40からの光は、偏光ビーム分光器44
の正方形入力面と精密に適合し得る正方形の出力面を具
備する光ファイバの束(図示されていない)によって偏
光ビーム分光器の入力面を指向させられる。例えば、液
晶モジュール76の約1 1/2 インチの正方形の面を精密
に完全に覆うために組合せビームを拡大するビーム拡大
レンス72と共に、この入力面は4分の1インチで在り得
る。従って投影レンズは6インチ平方のスクリーン180
上の強い輝度のイメージを容易に提供し得る。この実施
例は、航空機の操縦室のディスプレイのために開発され
たが、勿論10乃至15フィート平方程度のスクリーン
上へのイメージの投影用システムを含む他の形状と、よ
り大きい寸法のディスプレイに容易に適用される。
で、アーク・ランプ40からの光は、偏光ビーム分光器44
の正方形入力面と精密に適合し得る正方形の出力面を具
備する光ファイバの束(図示されていない)によって偏
光ビーム分光器の入力面を指向させられる。例えば、液
晶モジュール76の約1 1/2 インチの正方形の面を精密
に完全に覆うために組合せビームを拡大するビーム拡大
レンス72と共に、この入力面は4分の1インチで在り得
る。従って投影レンズは6インチ平方のスクリーン180
上の強い輝度のイメージを容易に提供し得る。この実施
例は、航空機の操縦室のディスプレイのために開発され
たが、勿論10乃至15フィート平方程度のスクリーン
上へのイメージの投影用システムを含む他の形状と、よ
り大きい寸法のディスプレイに容易に適用される。
【0021】本発明の原理を具現した例示的なシステム
は、戦闘機への応用例で太陽光の下で読取り可能であ
り、1500flの輝度で、太陽光に下で35:1のコ
ントラスト比を持つ6インチ平方のスクリーンを有する
ディスプレイを提供する。この例示的応用例の光復元プ
リズムは、未偏光の光を投影レンズのF/9.5受容角
度内で使用可能な垂直方向に偏光された無彩色性の光に
変換するのに87%の効率をもたらす。
は、戦闘機への応用例で太陽光の下で読取り可能であ
り、1500flの輝度で、太陽光に下で35:1のコ
ントラスト比を持つ6インチ平方のスクリーンを有する
ディスプレイを提供する。この例示的応用例の光復元プ
リズムは、未偏光の光を投影レンズのF/9.5受容角
度内で使用可能な垂直方向に偏光された無彩色性の光に
変換するのに87%の効率をもたらす。
【0022】AMLCDモジュールを使用する投影シス
テムへのその応用例で示された前述の偏光復元プリズム
は、単一偏光状態の光の効率的な源を必要とする如何な
るシステムにも容易に適用可能である。従ってここで説
明される様な本発明の原理は、例えば反射性液晶光バル
ブを採用している、投影システムに容易に応用可能であ
る。
テムへのその応用例で示された前述の偏光復元プリズム
は、単一偏光状態の光の効率的な源を必要とする如何な
るシステムにも容易に適用可能である。従ってここで説
明される様な本発明の原理は、例えば反射性液晶光バル
ブを採用している、投影システムに容易に応用可能であ
る。
【0023】図面で例示されるシステムは、例示の都合
上、単色システムの様に示される。しかし、説明された
偏光光復元構成はオストワルト純色の液晶投影システム
に等しく応用可能であるという事が容易に理解されるで
あろう。
上、単色システムの様に示される。しかし、説明された
偏光光復元構成はオストワルト純色の液晶投影システム
に等しく応用可能であるという事が容易に理解されるで
あろう。
【0024】単一S状態の偏光の光を提供するために形
作られた図2aのシステムの僅かに変更された実施例が
図3に示され、一方図2aのシステムは単一P状態の偏
光の光を提供する。図2aの構成要素と同じ或いは類似
している図3の構成要素は、同一の参照番号によって示
されるが、付加的に頭に1を有するので、例えば図2a
のランプ40は図3のランプ140 に対応する。アーク・ラ
ンプ140 からの偏光されていない光は、パス146a,146b,
146cに沿うS状態の偏光の光をビーム拡大レンズ172 へ
反射する偏光ビーム分光器144 へ供給される。P偏光状
態の光は、偏光ビーム分光器を通って、第1の4分の1
波長の遅延器158 と、45゜の角度の反射表面156 と、
出力4分の1波長の遅延器160 とを有する光復元プリズ
ム150 へ伝送される。従って偏光復元プリズムは、元の
光ビーム146 のパスと密接に隣接して精密に平行するパ
スに沿う拡大レンズ172 の第2の部分を指向する、パス
168a,168b,及び168cに沿う偏光状態Sの復元ビームを提
供する。システムの残りのものも同じである。ビーム拡
大レンズ172 からの光は拡大されて、そこからそれがデ
ィスプレイ・スクリーン180 上へ更に拡大して投影する
ための投影レンズ178 へ伝送されるAMLCモジュール
176 の全活性面へ入射される。
作られた図2aのシステムの僅かに変更された実施例が
図3に示され、一方図2aのシステムは単一P状態の偏
光の光を提供する。図2aの構成要素と同じ或いは類似
している図3の構成要素は、同一の参照番号によって示
されるが、付加的に頭に1を有するので、例えば図2a
のランプ40は図3のランプ140 に対応する。アーク・ラ
ンプ140 からの偏光されていない光は、パス146a,146b,
146cに沿うS状態の偏光の光をビーム拡大レンズ172 へ
反射する偏光ビーム分光器144 へ供給される。P偏光状
態の光は、偏光ビーム分光器を通って、第1の4分の1
波長の遅延器158 と、45゜の角度の反射表面156 と、
出力4分の1波長の遅延器160 とを有する光復元プリズ
ム150 へ伝送される。従って偏光復元プリズムは、元の
光ビーム146 のパスと密接に隣接して精密に平行するパ
スに沿う拡大レンズ172 の第2の部分を指向する、パス
168a,168b,及び168cに沿う偏光状態Sの復元ビームを提
供する。システムの残りのものも同じである。ビーム拡
大レンズ172 からの光は拡大されて、そこからそれがデ
ィスプレイ・スクリーン180 上へ更に拡大して投影する
ための投影レンズ178 へ伝送されるAMLCモジュール
176 の全活性面へ入射される。
【0025】他の比率も可能であるが、図4aに示され
る様にプリズム構成要素の幅をそれらの高さの2倍にす
ることによって、図4bに示される結果の出力光ビーム
の足跡は正方形となるであろう。この特別な構成は平行
にされたビームに特に都合が良い。従って図4aは、そ
の夫々がその垂直方向の寸法の2倍である水平方向の寸
法(図4a参照)を有する偏光復元プリズム250 の出力
面に隣接する偏光ビーム分光器244 の出力面を示す。こ
の様に、2本の組合された平行で並んだビームは、図4
bに示される様に組合された正方形の足跡246,268 を提
供する。
る様にプリズム構成要素の幅をそれらの高さの2倍にす
ることによって、図4bに示される結果の出力光ビーム
の足跡は正方形となるであろう。この特別な構成は平行
にされたビームに特に都合が良い。従って図4aは、そ
の夫々がその垂直方向の寸法の2倍である水平方向の寸
法(図4a参照)を有する偏光復元プリズム250 の出力
面に隣接する偏光ビーム分光器244 の出力面を示す。こ
の様に、2本の組合された平行で並んだビームは、図4
bに示される様に組合された正方形の足跡246,268 を提
供する。
【図1】従来の技術の液晶光バルブ投影システムの構成
要素の略図。
要素の略図。
【図2】改良型の光復元構成を採用した液晶光バルブ投
影システムの構成要素の図(図2a、2b,2c)。
影システムの構成要素の図(図2a、2b,2c)。
【図3】別の偏光状態の光を提供するように配置された
図2aのシステムの変形実施例の図。
図2aのシステムの変形実施例の図。
【図4】偏光復元システムのある代替形状の図。
10,40,140 …アーク・ランプ(源)、12,12a,12b,12c,1
6,16a,16b,16c,18,18a,18b,18c,24,24a,24b,24c,42,42
a,42b,42c,46,46a,46b,46c,48,48a,48b,48c,64,64a,64
b,64c,68,68a,68b,68c,146,146a,146b,146c,168,168a,1
68b,168c…光パス、14,44,144,244 …プリズム(ビーム
分光器)、20,76,176 …バルブ(モジュール)、26,72,
78,172,178…レンズ、28,80,180 …スクリーン、50,15
0,250…光復元装置(プリズム)、52…入力面、54…出
力面、56,156…斜辺(反射表面)、58,60,160 …遅延
器、70…反射防止被覆、246,268 …足跡。
6,16a,16b,16c,18,18a,18b,18c,24,24a,24b,24c,42,42
a,42b,42c,46,46a,46b,46c,48,48a,48b,48c,64,64a,64
b,64c,68,68a,68b,68c,146,146a,146b,146c,168,168a,1
68b,168c…光パス、14,44,144,244 …プリズム(ビーム
分光器)、20,76,176 …バルブ(モジュール)、26,72,
78,172,178…レンズ、28,80,180 …スクリーン、50,15
0,250…光復元装置(プリズム)、52…入力面、54…出
力面、56,156…斜辺(反射表面)、58,60,160 …遅延
器、70…反射防止被覆、246,268 …足跡。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ユージン・ダブリュ・クロス、ジュニア アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92027、エスコンディド、モンテマー・ア ベニュー 2156 (72)発明者 ロナルド・ディー・シャーリー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92084、ビスタ、アルタ・ビスタ・ドライ ブ 1664
Claims (17)
- 【請求項1】 偏光されていない光を第1の偏光状態の
元のビ−ムと第2の偏光状態の分けられたビ−ムとに分
割する事と、 前記分割されたビ−ムを第1の4分の1波長遅延器に通
して第1の円偏光ビ−ムを用意する事と、 前記第1の円偏光ビ−ムを第2の4分の1波長遅延器に
通して前記元のビ−ムの偏光状態を持つ復元されたビ−
ムを用意する事と、 前記元のビ−ムと復元されたビ−ムとの両方を利用装置
に向ける事と、のステップを具備する、偏光されていな
い光を単一偏光状態を持つ光に変換する方法。 - 【請求項2】 前記円偏光ビ−ムの円偏光を逆にするス
テップを具備する請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記第1の円偏光ビ−ムの円偏光を逆に
して第2の円偏光ビ−ムを用意するステップを具備し、
前記第2の4分の1波長遅延器にビ−ムを通すステップ
が第2の円偏光ビ−ムを第2の遅延器に通す事を具備す
る請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 前記逆にするステップが前記円偏光ビ−
ムを前記第1の遅延器からの前記第2の遅延器に反射さ
せる事を具備する請求項2に記載の方法。 - 【請求項5】 前記向けるステップが前記元のビ−ムと
復元されたビ−ムとを互いに隣接し平行なパスに沿って
送る事を具備する請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】 前記偏光されていない光を第1の直線偏
光状態の元のビ−ムと第2の直線偏光状態の分けられた
ビ−ムとに分割する事と、 前記分割されたビ−ムを円偏光する事と、 前記分割され円偏光されたビ−ムの円偏光を逆にする事
と、 前記逆にされた円偏光ビ−ムを元に戻して前記第1の直
線偏光状態を持つ復元された光ビ−ムを用意する事と、 前記元のビ−ムと復元されたビ−ムとを組合わせる事
と、を具備し、偏光されていない光を単一偏光状態を持
つ光に変換する方法。 - 【請求項7】 前記分割されたビ−ムを円偏光する前記
ステップが前記分割されたビ−ムを4分の1波長遅延板
を通す事を具備する請求項6に記載の方法。 - 【請求項8】 前記元に戻すステップが前記逆にされた
円偏光ビ−ムを第2の4分の1波長遅延器を通す事を具
備する請求項7に記載の方法。 - 【請求項9】 前記逆にするステップが前記円偏光ビ−
ムを前記第1の遅延器からの前記第2の遅延器に反射さ
せる事を具備する請求項8に記載の方法。 - 【請求項10】 前記組合わせるステップが前記元のビ
−ムと逆にされたビ−ムを一つの組合わされたビ−ムと
して密接に隣接し平行なパスに沿って送る事を具備する
請求項6に記載方法。 - 【請求項11】 前記組合わされたビ−ムをビ−ム拡大
レンズに向けるステップを具備する請求項10に記載の
方法。 - 【請求項12】 前記組合わされたビ−ムを拡大するス
テップを具備する請求項10に記載の方法。 - 【請求項13】 入力面と出力面と内部反射面とを持つ
プリズムと、 前記入力面上の第1の4分の1波長遅延器と、 前記出力面上の第2の4分の1波長遅延器と、 単一偏光状態の光を前記第1の4分の1波長遅延器に向
ける為の手段と、前記第2の4分の1波長遅延器からの
光を利用する為の出力手段と、具備する直線偏光の偏光
状態を変える為の光復元システム。 - 【請求項14】 偏光されていない光の入力ビ−ムを提
供する為の光源と、 前記入力光を受取り、第1の偏光状態の光を送り、第2
の偏光状態の光を反射させる様に配置された偏光ビ−ム
分光器と、 前記偏光ビ−ム分光器から前記第2の偏光状態の光を受
取る様に形作られ配置された偏光復元プリズムとを具備
する液晶光バルブ投影システムであり、前記偏光復元プ
リズムが:前記第2の偏光状態の光を円偏光する為の4
分の1波長遅延器手段と、 前記第1の4分の1波長遅延器からの円偏光光を反射し
逆にする反射器手段と、 前記逆にされた円偏光光の偏光を元に戻して前記元のビ
−ムの直線偏光状態と整合しアラインされる直線偏光状
態にする為の手段とを具備する、システム。 - 【請求項15】 前記元に戻す為の手段が第2の4分の
1波長遅延器手段を具備する請求項14に記載のシステ
ム。 - 【請求項16】 前記元の及び復元されたビ−ムの両方
を受取る様に位置付けられた液晶モジュ−ルと、一方は
前記偏光ビ−ム分光器と偏光復元プリズム他方は前記液
晶モジュ−ルの間に挿入されたビ−ム拡大レンズとを有
する請求項14に記載のシステム。 - 【請求項17】 前記偏光ビ−ム分光器と偏光復元プリ
ズムとが同じ直線偏光状態で、3°より大きくない拡大
角を持つ互いに平行なビ−ムを用意する請求項14に記
載のシステム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US935622 | 1992-08-26 | ||
| US07/935,622 US5303083A (en) | 1992-08-26 | 1992-08-26 | Polarized light recovery |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06208084A true JPH06208084A (ja) | 1994-07-26 |
Family
ID=25467436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5211835A Pending JPH06208084A (ja) | 1992-08-26 | 1993-08-26 | 偏光の復元 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5303083A (ja) |
| EP (1) | EP0584802A1 (ja) |
| JP (1) | JPH06208084A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004507774A (ja) * | 2000-08-24 | 2004-03-11 | ウェイビエン・インコーポレイテッド | 投影ディスプレイ用偏光回復システム |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6025897A (en) * | 1993-12-21 | 2000-02-15 | 3M Innovative Properties Co. | Display with reflective polarizer and randomizing cavity |
| EP0962807B1 (en) * | 1993-12-21 | 2008-12-03 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Multilayered optical film |
| US5828488A (en) | 1993-12-21 | 1998-10-27 | Minnesota Mining And Manufacturing Co. | Reflective polarizer display |
| US6096375A (en) * | 1993-12-21 | 2000-08-01 | 3M Innovative Properties Company | Optical polarizer |
| US6804058B1 (en) | 1993-12-21 | 2004-10-12 | 3M Innovative Properties Company | Electroluminescent light source and display incorporating same |
| US5882774A (en) | 1993-12-21 | 1999-03-16 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Optical film |
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| JP3298437B2 (ja) * | 1996-12-18 | 2002-07-02 | セイコーエプソン株式会社 | 光学素子、偏光照明装置および投写型表示装置 |
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| US7023602B2 (en) * | 1999-05-17 | 2006-04-04 | 3M Innovative Properties Company | Reflective LCD projection system using wide-angle Cartesian polarizing beam splitter and color separation and recombination prisms |
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