JPH03103840A - 投射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発叫は放射光ビームを発生する放射線源と、表示すべ
き画像に従って放射光ビームを変調する変調装置と、表
示すべき画像を投射スクリーンに投射する投射レンズ装
置とを具え、前記変調装置は、放射光ビームをサブビー
ムに分割する少なくとも１つのカラー選択ミラーと、前
記サブビームを反射兼変調する第１および第２反射ライ
トバルブとを具える投射装置に関するものである。

（従来の技術） 投射装置（プロジェクタ）は、例えば、テレビジョンま
たはビデオプログラムのような画像の大型フォーマット
表示に用いるが、テキスト、イラストレーションその他
データのようなコンピュータによって発生した画像を可
視表示するためにも用いる。画像は視聴者に見え得るス
クリーンに投射するとともにこのスクリーンは、例えば
、投射装置に固定接続され、これと相俟ってアセンブリ
を形或する背面投射スクリーンとするか、または３ −４一 プロジェクタに直接結合しない前面投射スクリーンとす
る。

この種の投射装置は米国特許出願ＵＳ−八４，　１９１
，　４５６号明細書から既知である。この米国特許出願
明細書に記載されている装置は光源と、直線性偏光放射
光ビームを発生する偏光一感知ビニムスプリツタとを具
えている。このビームは２つのカラー選択ミラーによっ
て原色、即ち、青、緑および赤に対応する３つのサブー
ビームに分割している。各サブービームは中性および偏
光一感知ミラーを介して反射ライトバルブに向けるよう
にする。このライトバルブは表示すべき画像に従って反
射ビームの部分の偏光方向を回転するミラーとして作動
する。反射されたサブービームは再び偏光一感知ミラー
を通過するが、偏光方向が回転される部分はサブービー
ムの残部から分離されるようになる。

回転した偏光を有するサブービームは第２組のカラー選
択ミラーによってビームに組合わされ、このビームを投
射レンズによってスクリーンに投射する。

（発明が解決しようとする課題） かかる既知の投射装置はコンパクトではない。

ライトバルブへの放射光ビームの放射光通路は反射され
たビームの放射光通路に平行に延在する。

これがため、装置の大部分が二重に構或されるようにな
る。特に、装置は２組のカラー選択ミラーを具える。か
かるミラーは入射放射光の偏光方向に感応するため、こ
れらミラーは、入射ビームおよび反射ビームの放射光通
路に配列された単一の組によって光および品質を損失す
ることなく、取換えることはできない。

他の欠点は、既知の投射装置が、ライトバルブに入射す
るビームとライトバルブにより反射されたビームとを分
離する比較的高価な偏光一感応ビームスプリツタを用い
ることである。カラー選択ミラーを最適化するには入射
および反射ビームの分離をライトバルブおよびカラー選
択ミラー間で行う必要があるため、これら偏光一感応ビ
ームスプリツタは必要不可欠である。

本発明の目的は、放射光源により発生したビー５ ６ ムをカラーサブービームに分割するとともに品質および
光量を何等損なうことなく、ライトバルブにより反射お
よび変調されたサブービームを合成する２つの機能を１
組のカラー選択ミラーのみによって充分とするようにし
た既知の装置よりも著しくコンパクトな投射装置を提供
せんとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は放射光ビームを発生する放射線源と、表示すべ
き画像に従って放射光ビームを変調する変調装置と、表
示すべき画像を投射、スクリーンに投射する投射レンズ
装置とを具え、前記変調装置は、放射光ビームをサブビ
ームに分割する少なくとも１つのカラー選択ミラーと、
前記サブビームを反射兼変調する第１および第２反射ラ
イトバルブとを具える投射装置において、前記ライトバ
ルブに入射し、これにより反射される放射光ビームの放
射光通路の軸が前記ライトバルブの平面の各法線に対し
直角に延長させるようにしたことを特徴とする。

ここに云う“放射光通路の軸”とは、放射光ビームの主
光線が伝搬するラインを意味するものとする。ライトバ
ルブに入射する放射光ビームは傾斜して入射し、従って
、反射されたビームは傾斜して反射するため、これら２
つのビームは分離され、従って、偏光一感応ビームスプ
リツタを省略することができる。これがため、変調され
た放射光ビームは入射放射光ビームと同一の偏光方向を
有するようにライトバルブを形成することができる。こ
れがため、一方のサブービームに対し最適化されたカラ
ー選択ミラーは他のサブービームに対しても最適化され
るようになる。

本発明の好適な例では、前記カラー選択ミラーを、前記
ライトバルブに入射し、これにより反射されるビームの
双方の放射光路に配列し得るようにする。

これがため、第２組のカラー選択ミラーおよび偏光一感
応ビームスプリツタを省略することができる。反射ビー
ムの不所望な部分から所望な部分を選択するためには、
ライトバルブに配列され入７ ８ 射ビームに対しては偏光子として作用し、反射ビームに
対しては検光子として作用する偏光フィルタを用いるこ
とができる。ヨーロッパ特許出願ＵＰＡ第０．　１１６
，　１９４号明細書から明らかなように、反射ライトバ
ルブに対し傾斜して入射する放射光ビームを用いること
は既知である。しかし、既知の装置では各々がカラーフ
ィルタを有する複数の放射光源を用いている。更にサブ
ービームを合成するためにのみ別個のカラー選択ミラー
を設けている。

上記ヨーロッパ特許出願から既知の投射装置では、投射
レンズをライトバルブおよびカラー選択ミラー間に配列
するようにしている。これがため、比較的大型のカラー
選択ミラーを必要とする。この事実により、および複数
の放射光源の存在により、既知の投射装置は本発明によ
る投射装置よりも著しくコンパクトではなくなる。本発
明の好適な例では、前記投射装置は入射および反射放射
光ビームを分離する角度に依存するビーム分離器を具え
るようにする。　　　　　　゛ これかため、入射光ビームおよび反射光ビーム間の角度
が小さくても、角度一依存ビーム分離器によって両ビー
ム間を充分空間分離するコンパクトな投射装置を得るこ
とができる。

本発明の更に好適な例では、前記カラー選択ミラーは、
前記反射ライトバルブおよび前記角度依存ビーム分離器
間の放射光通路に配列し得るようにする。

本発明によれば放射光通路のこの位置に角度一依存ビー
ム分離器を配列することによってただ１個のビーム分離
器を必要とするだけで充分である。

本発明の更に他の例では、第１ライトバルブに入射し、
これにより反射するサブビームの放射光通路の軸が位置
する第１面、および前記第２ライトバルブに入射し、こ
れにより反射するサブビームの放射光通路の軸が位置す
る第２面を、零以上の角度で延在させるようにする。

入射放射光ビームがカラー選択ミラーに入射すると、こ
のビームの光線はこのカラー選択ミラニの面に対し所定
の角度で延在する。また、ライト９ １０ バルブにより反射されたビームはカラー選択ミラーの面
に対しある角度で延在する。これら２つの角度はライト
バルブに傾斜して入射する場合には一般に等しくない。

カラー選択ミラーのこの透過／反射特性が角度一依存性
である場合には往路で反射された放射光の全部が復路で
反射されるものではない。同様のことがミラーを通過す
る放射光にもあてはまる。これがため、放射光の量およ
び品質がある程度損失されるようになる。この影響は上
述した対策により制限されるようになる。ライトバルブ
に入射しこれにより反射されるビームが、カラー選択ミ
ラーの面およびライトバルブの面の交線に平行な面に位
置する場合には入射角の差による放射光の損失は完全に
なくなる。

本発明の更に他の例では、前記第１面および第２面が前
記カラー選択ミラーの面および前記反射ライトバルブの
面の交線に平行な交線に従って互いに交差し得るように
する。

更に他の例では、前記変調装置は、前記放射光源ユニッ
トにより発生した放射光ビームを赤色、緑色および青色
に分割する２つのカラー選択ミラーと、３つのサブビー
ムを表示すべき画像の部分で変調する３つの反射ライト
バルブを具えるようにする。

（実施例） 図面につき本発明に実施例を説明する。

第１図は本発明投射装置の１例の構成を示す。

放射光源ユニット１０はランプ１１を具える。後方に放
射された光を反射する反射器ｌ２をランプ１ｌの後方に
　する。ランプ１１により放射され反射器１２によって
反射された光を放射光ビーム２０に集束するコンデンサ
レンズ系ｌ３をランプ１１の前方に配列する。或は又他
の構成の放射光源ユニットを用いることもできる。放射
光ビーム２０はカラー選択ミラー３０に入射させ、この
ミラー３０によって光を第１波長帯で透過し、第２波長
帯で反射する。従ってこのビームを各々が異なる色を有
する２つのサブービーム２１および２２に分割する。次
いでサブービーム２ｌを反射ライトバルブ４１、例えば
、反射型液晶表示パネル（ＬＣＤ）に入射させる。ミラ
ー３１１１ ｌ２ を通過したサブービーム２２は反射ミラー３２を経て第
２ライトバルブ４２に向けて案内する。反射ミラー３２
はニュートラルミラーとするか、またはサブービーム２
２の波長範囲に最適のミラーとすることができる。

ライトバルブ、即ち、ＬＣＤ４１および４２は表示すべ
き画像に従って駆動回路４９を経て部分的に反射または
非反射となり、この画像はテレビジョンまたはビデオプ
ログラムの１部分を形或するか、或は他の信号源例えば
テキストまたは他のグラフィック情報を発生させること
ができる。ライトバルブ４１および４２によって反射さ
れたサブービーム２ｌおよび２２からの放射光は表示す
べき画像に従って変調されるサブービーム２４および２
５を形或する。

サブービーム２５はミラー５２によってカラー選択ミラ
ー５ｌに案内する。サブービーム２４および２５はミラ
ー５２によって合或ビームに合成し、投射レンズ系６０
によって投射スクリーン（図示せず）に投射する。ミラ
ー３１と同様に、ミラー５ｌもサブービーム２４の放射
光の波長に反射性とするとともにサブービーム２５の波
長に透過性とする。ミラー５２はニュートラルミラーと
するか、またはサブービーム２５の波長帯の放射光に対
し最適化することができる。

実際上、液晶表示パネル（ＬＣＤ）は反射性ライトバル
ブとして用いることができる。こおんライトバルブは偏
光された光で作動する。これがため、放射光源ユニット
は偏光フィルタｌ４を既に内蔵し、従って放射光ビーム
２０は正しい偏光方向の偏光された光のみを具える。更
にミラー３１，３２、５１および５２はこの偏光方向に
対し最適化するのが好適である。放射光源ユニット１０
を適宜構成し、光源により放射され、異なる偏光方向を
有する放射光のｌ部分を正しい偏光方向を有する光に変
換する。かかる光源はヨーロッパ特許出願ＥＰ−Ａ　Ｏ
，　２５８，　９２７号の第２２図から明らかである。

更に、ミラー３１，３２、５１および５２はこの偏光方
向に最適化するのが好適である。

投射装置を適宜構成して投射レンズ系６０とライトバル
ブ４１および４２の各々との間の光学的距離をｌ３ １４ 等しくし得るようにする。第ｌ図の投射装置は２個のラ
イトバルブのみを示す。例えば３色を有する系を得るた
め、および／または系を二重設計するために多数のライ
トバルブを何の問題もなく追加することができ、２番目
の設計には他の偏光方向を用いるようにする。例えば、
ステレオ投射装置はこれと相俟って１個の光源のみを用
いて得ることができる。

第２図は同一のカラー選択ミラーを用いて入射放射光ビ
ームを分割し、反射され、変調されたサブービームを合
成し得るようにした本発明投射装置の１例を示す。図中
符号１０は放射光ビーム２０を発生し、放射する光源を
示す。この放射光ビームは２つのカラー選択ミラー３１
および３３を通過する。

これらミラーのうちの例えばミラー３１は赤色光を反射
し、短い波長の光を透過する。ミラー３３は青色光を透
過し、長い波長の光を反射する。放射光ビーム２０を２
つのミラー３１および３３によって３つのサブービーム
、即ち、赤色サブービーム２１，緑色サブービーム２２
および青色サブービーム２３に分割する。次いで、これ
らサブービームを３つの反射ＬＣＤ４１，４２および４
３にそれぞれ反射する。これら３つのＬＣＤの各々は制
Ｍ路４９　　を経て表示すべきビデオ信号の“赤色”緑
色”または“青色”部分によって駆動し、従ってＬＣＤ
により反射されたサブービーム２４、２５および２６を
ビデオ信号の色成分によって変調する。

サブービーム２４、２５および２６はカラー選択ミラ−
３１および３３により合成ビーム２７に合成し、この合
成ビームを投射レンズ系６０を経てスクリーンに投射す
る。

第１図および第２図に示す例では、放射光ビームの放射
光通路の長さは、放射光源ユニットが戻り放射光ビーム
２７に位置せず、投射レンズ系が放出された放射光ビー
ム２０を遮蔽しないような長さとする必要がある。これ
がため投射装置の価格を低減の可能性が制限されるよう
になる。第３図は入射放射光ビームおよび反射放射光ビ
ーム間の空間分離を角度依存ビーム分離器によって得る
ようにした投射装置を示す。放射光源ユニットで発生１
５ １６ した放射光ビーム２０をカラー選択ミラー３１によって
２つのカラーサブービーム２ｌおよび２２に分割する。

これら両ビームはライトバルブ、即ち、ＬＣＤ４１およ
び４２に入射し、ここでこれらビームを表示すべき画像
に従って変調する。入射ビーム２ｌおよび２２は角度一
依存ビーム分割器を通過し、これらビーム分割器の各々
は２つのプリズム７ｌおよび７５並びに７２および７６
を具える。前記角度一依存ビーム分割器は主プリズム７
ｌおよび７２をそれぞれ具え、これを入射ビームの放射
光通路に配列するとともにＬＣＤにより反射されたビー
ムの放射光通路に配列する。これらプリズムの一方の面
、即ち、面７３および７４を、全内部反射（ＴＩＲ　）
がＬＣＤ４１または４２によって反射された放射光ビー
ム２４および２５に対し生じるように配向する。２つの
補助プリズム７５および７６をこれら面７３および７４
に対向して配設し、面７３および７４の側部にエアーギ
ャップが残存し得るようにする。これら補助プリズムに
よって入射放射光ビーム２ｌおよび２２に及ぼす主プリ
ズムの屈折効果を補償して、ビーム分割器が入射ビーム
に対し平一平行板（プラノーパラレル）の効果を有する
。入射ビームが反射ビームよりも異なる角度でエアーギ
ャップに対し延在するため、反射ビームには全内部反射
のみが発生する。反射放射光ビーム２４および２５の歪
みを最小にするために、主プリズムの出力面は発生ビー
ムの光軸に対しては直角にはならず、入力面に対する光
軸の角度に等しい角度で延在する。これがため、プリズ
ム７ｌおよび７２も反射ビーム２４および２５に及ぼす
プランパラレル板の効果を有する。

ビーム２４を反射する特定のプリズム７ｌをライトバル
ブ４１によって反射されたビーム２４の主プリズム７１
に対し配列する。これがため、このビームはカラー選択
ミラー５１を経てライトバルブ４２からのビーム２５と
合成するとともにこれらを投射レンズ系６０を経てスク
リーン（図示せず）に投射し得るようにする。プリズム
７７は単一ガラスブロックにプリズム７ｌと一体に形成
する。プリズム７ｌおよび７５並びにプリズム７２およ
び７６間のエアーギャップには屈折率の著しく相違する
材料、即ち、ＴＩＲｌ７ −１　８− を生ぜしめるプリズムの材料で充填する。

第４図は角度一依存ビーム分割器のみを用いる場合の例
を示し、この場合、ビーム分割器は放射光源ユニットお
よび投射レンズ系並びに放射光源ユニットおよびカラー
選択ミラー間に配列する。

第１図〜第３図では、放射光ビーム２０を発生する放射
光源ユニッ｝１０を示した。放射光ビーム２０は角度一
依存ビーム分割器８０ではほぼ９０゜で反射して色分離
および変調装置に入射する。この装置は２つのカラー選
択ミラー３１および３３並びに３個の反射ライトバルブ
４１、４２および４３を具える。この装置の作動は後述
する所から明らかであり、従って、ここでは詳細には示
さない。ライトバルブからの変調ビーム２７は、ビーム
分割器の主プリズム８ｌの面８４に入射し、全内部反射
のない角度で面８２に入射し、次いで補助プリズム８５
を通過し、面８６を経てビーム分割器８０に至る。表示
すべき画像を投射レンズ系６０を経て投射スクリーンに
表示する。

これがため、変調装置および投射レンズ系間に角度一依
存ビーム分割器を配列することによって極めてコンパク
トな投射装置を得ることができる。

上述した例の欠点は、反射ライトバルブに入射しこれに
より反射されるサブービームがカラー選択ミラーに対し
種々の異なる角度で延在することである。かかるミラー
の色分離は入射角に依存するため、色分離および色再結
合は異なるカットーオフ波長で発生する。このカットオ
フ波長は放射光の半分が通過し、他の半分反射する波長
となる。

カラー選択ミラーのカットオフ波長はほぼ１〜２ｎｍ／
度で変化する角度依存性を有する。

ほぼ１０°の角度差によってカットオフ波長をほぼ１０
〜２０ｎｍだけシフトするため、表示すべき画像には光
の量が損失する。第５図は入射ビームおよび出射ビーム
が同一角度でカラー選択ミラーに入射する本発明による
投射装置の他の例を示す。

明瞭とするために、第５図は３次元で示し、放射光ビー
ムの主光線のみを示す。第４図に示す装置と比較するに
、色分離および変調装置は変調装置と対向するビーム２
０およびビーム２７の主光線の２ｌ９ ２０ 等分線に一致する軸を中心として角度−依存ビーム分割
器８０に対しほぼ９０だけ回転する。この回転によって
ライトバルブに入射するサブービームの主光線によって
弧を描く面が形威されるとともに他のライトバルブと同
様に追加され面にもはや一致せずこれに対しある角度で
延在するライトバルブによって反射されたサブービーム
となる。角度依存ビーム分割器の第５図に示すような９
０゜の回転の場合には、これら弧面はライトバルブおよ
びカラー選択ミラーの面に交差する光に平行となる。放
射光ビームの主光線がカラー選択ミラー３１および３３
の法線に対し同一角度で延在する場合にはこれらミラー
のカットオフ波長は入射ビームおよび反射ビームに等し
くなるとともに表示された画像に色変化は生じなくなる
。

その他の理由で角度一依存ビーム分割器を９０゜以下の
角度で回転することができ、かつ、第４図および第５図
に示す例の中間の位置にこの素子を位置させることがで
きる。この場合にはカットオフ波長が相違するもビーム
全体の主光線が１平面に位置する場合よりも小さくなる
。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は本発明サブービームの傾斜入射によるビーム分
離を用いる投射装置の構或を示す説明図、第２図はカラ
ー選択ミラーを入射ビームの放射光通路および反射ビー
ムの放射光通路の双方に配列した投射装置の１例の構成
を示す説明図、第３図は角度一依存ビーム分離器を用い
る投射装置の１例の構成を示す説明図、 第４図はカラー選択ミラーを角度一依存ビーム分離器お
よびライトバルブ間に位置させた投射装置の１例を示す
説明図 第５図は本発明による投射装置の好適な例を示す説明図
である。 １０　　・・・　放射光源ユニット １１　　・・・　ランプ ｌ２　　・・・　反射器 １３　　・・・　コンデンサレンズ系 １４　　・・・　偏光フィルタ ２０　　・・・　放射光ビーム ２１、２２　　・・・　サブービーム ２１ ２２ ２４、２５　　・・・　サブービーム ２７　　・・・　合戒ビーム ３０　　・・・　カラー選択ミラー ３Ｌ　３２　　・・・　反射ミラー ４１，　４２　　・・・　反射ライトバルブ４９　　・
・・　駆動回路 ５１　５２　　・・・　カラー選択ミラー６０　　・・
・　投射レンズ系 ７ｌ１７２、７５、７６、８０　　・・・　角度一依存
ビーム分割器２３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、放射光ビーム（２０）を発生する放射線源（１０）
   と、表示すべき画像に従って放射光ビームを変調する変
   調装置と、表示すべき画像を投射スクリーンに投射する
   投射レンズ装置（６０）とを具え、前記変調装置は、放
   射光ビームをサブビーム（２１、２２）に分割する少な
   くとも１つのカラー選択ミラー（３１）と、前記サブビ
   ーム（２４、２５）を反射兼変調する第１および第２反
   射ライトバルブ（４１、４２）とを具える投射装置にお
   いて、前記ライトバルブ（４１、４２）に入射し、これ
   により反射される放射光ビームの放射光通路の軸が前記
   ライトバルブの平面の各法線に対し直角に延長させるよ
   うにしたことを特徴とする投射装置。 ２、前記カラー選択ミラー（３１、３３）を、前記ライ
   トバルブに入射しこれにより反射されるビームの双方の
   放射路に配列するようにしたことを特徴とする請求項１
   に記載の投射装置。 ３、前記投射装置は入射および反射放射光ビームを分離
   する角度に依存するビーム分離器（７１、７５；７２、
   ７６；８０）を具えることを特徴とする請求項１または
   ２に記載の投射装置。 ４、前記カラー選択ミラー（３１、３３）は、前記反射
   ライトバルブ（４１、４２、４３）および前記角度依存
   ビーム分離器（８０）間の放射光通路に配列するように
   したことを特徴とする請求項３に記載の投射装置。 ５、第１ライトバルブに入射し、これにより反射するサ
   ブビーム（２２、２５）の放射光通路の軸が位置する第
   １面、および前記第２ライトバルブに入射し、これによ
   り反射するサブビーム（２３、２６）の放射光通路の軸
   が位置する第２面を、零以上の角度で延在させるように
   したことを特徴とする請求項１、２、３または４に記載
   の投射装置。 ６、前記第１面および第２面が前記カラー選択ミラーの
   面および前記反射ライトバルブの面の交線に平行な交線
   に従って互いに交差するようにしたことを特徴とする請
   求項５に記載の投射装置。 ７、前記変調装置は、前記放射線源ユニットにより発生
   した放射光ビームを赤色、緑色および青色に分割する２
   つのカラー選択ミラー （３１、３３）と、３つのサブビームを表示すべき画像
   の部分で変調する３つの反射ライトバルブ（４１、４２
   、４３）を具えることを特徴とする請求項１に記載の投
   射装置。 ８、請求項１〜７の何れかの項に記載の投射装置に使用
   する変調装置。