JP2001516472A - 単一パネル光バルブのマルチカラーバンドスクロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光バンド走査表示装置は、光バルブパネル及び光学系を含む。この光学系はマルチカラー光源及びプリズム面が形成され回転可能な光透過正多面プリズムを含む。光源は、赤、ミラー及び青の光バンドの像を形成する照明光を前記プリズムを経てそれぞれ異なる光路に沿って投射する。光学素子の組を、照明光が入射しパネル上に像を形成するように配置する。

Description

【発明の詳細な説明】 単一パネル光バルブのマルチカラーバンドスクロール発明の背景 １．発明の分野 本発明は、カラービデオ投射装置、特にこの投射装置において単一パネル光バ ルブをマルチカラーバンドでスクロールすることに関するものである。 ２．従来技術の説明 本明細書で参考として記載する米国特許第５５４８３４７号は、例えばアーク ランプのような強力な白色光源からの光を集光し、ダイクロィックフィルタを用 いて原色、すなわち赤、緑及び青のの光バンドに分離する多数の装置を開示して いる。カラー分離された光バンドは隣接するように配列され、各光バンドは例え ば「垂直」方向のような一方の方向に一層細くされ、他方の方向例えば「水平」 方向に広くされている。走査光学系を用いて３個の光バンドを光バルブパネル上 に結像させることができる。この光学装置は、例えば液晶表示（ＬＣＤ）パネル のようなマトリックス表示パネルを用いる場合に極めて有効であることを実証し ている。どのような形式の光バルブパネルを用いるか否かを問わず、走査光学系 は照明光バンドをパネルを横切るように移動させている。各光バンドはパネルの アクティブ領域の表面側に入射し、その色の光バンドはパネルの裏面側から出射 する。従って、パネルは３個のカラーで連続的に掃引されることになる。 各カラーバンドがパネルの所定の画素列を通過する前に、その画素列はその色 に関する適切な輝度情報でアドレスされる。パネルの各列は表示されるべき各ビ デオフィールド毎に３回アドレスされる。 単一の光バンドを通過する赤、緑及び青の光の大部分を同時に用いることによ り、同一の形式の光バルブパネルを用いる３−パネル装置の光効率に匹敵する光 効率が実現される。単一のパネルだけを用いることにより個別のパネル上に形成 されることなるカラー像を機械的に集束させる必要性が除去され、装置のコスト が一層安価になる。さらに、ビーム合成ダイクロィックミラーが不要になり、一 層コストが節約される。 米国特許第５５８３４７号に開示されている種々の走査装置は多くの利点、特 に良好な光効率を有している。 この特許明細書に開示されている単一プリズム走査は構造が簡単で小型である 。多数プリズム（分離され又は物理的に結合されている）走査装置は、単一プリ ズム装置よりも一層良好な走査速度均一性（異なるカラー光バンドに対して）及 び走査速度の線形性（各光バンドに対して）を有しているが、小型化の要請に適 合しないものである。発明の概要 本発明の目的は、構造が簡単で小型な単一プリズム走査装置を有し、しかも、 多数プリズム走査装置で得ることができる一層良好な走査速度均一性及び走査速 度の線形性を有する単一パネル表示装置を提供することにある。 本発明において、表示装置は光バルブパネル及び異なるカラーの光バンドでパ ネルを順次走査する光学系を含む。この光学系は、光透過性多面プリズム、光源 手段、及び光学素子の組合せを含む。プリズムは中心回転軸線、及びＮを少なく とも４に等しい偶数とした場合に軸線の周りに対称的に配置したＮ個のプリズム 面を有する。光源手段はプリズムに隣接して配置され、異なるカラーの第１、第 ２及び第３の光バンドの像を形成する照明光をプリズムを介して投射する。各像 を形成する照明光は回転軸線に向く光路をそれぞれ伝搬する。第１及び第２の光 路は、第３の光路に対して角度Ｉ＝（ｎ＋ＪｍＪ）をなす。ここで、ｎは正の整 数（すなわち、０、１、......）であり、ｍは１又は２に等しく、Ｊ＝３６００ ／Ｎとする。光学素子の組合せは、プリズムを通過した照明光が入射するように 配置されると共にこの照明光を案内及び集束し、プリズムが回転するにしたがっ てパネルを走査する互いに平行な照明光を有する互いに離間した光バンドをパネ ル上に形成するように配置する。図面の簡単な説明 図１は本発明による単一パネル表示装置の第１実施例の線図であり、 図２は本発明による単一パネル表示装置の第１実施例の線図である。好適実施例の説明 図１は赤、緑及び青の照明光を各光路Ｒ、Ｇ及びＢに沿って光バルブパネルＰ まで案内する単一パネル表示装置の側面図である。これらの光路の各々は照明光 が伝搬する各カラーの照明光の中心軸線を表す。この表示装置は、それぞれ赤、 緑及び青の照明光を発生する個別の光源ＳＲ、ＳＧ及びＳＢと、対称的に面形成 された多面プリズムＬ１０と、レンズ群Ｌ１２及びＬ１４と、ミラーＭＲ１０、 ＭＧ10、ＭＢ１０、ＭＲ１２、ＭＧ１２、ＭＢ１２と、ミラーＭ１４を含む偏光 ビームスプリッタＬ１６とを含む。本明細書において用いられている用語「レン ズ」は、一般的に構成され、入射面又は出射面が平面形状又は湾曲形状を有する か否かを問わず、入射面又は出射面を有する透過性光学素子を含むものである。 光源ＳＲ、ＳＧ、ＳＢは、各カラーバンドの像が形成される絞りＩを経てカラ ー照明光を放出する。光源は、各バンドの像がプリズムＬ１０の長手軸線Ｘから 等距離で位置するように配置する。これらの光源は、その中心照明光がプリズム の軸線Ｘに向く各光路に沿って発生するように配向する。赤及び青の照明光は各 外側の光路（Ｒ及びＢ）に沿ってプリズムに入射し、これらの光路は中央の（緑 ）の照明光の光路Ｇに向けて互いに集束する。各外側光路は中央の光路に対して 角度Ｉ（軸線Ｘから測定する）をなす。この角度Ｉはプリズムのプリズム面Ｆの 数Ｎと関連する。図１に示す八角形プリズムＬ１０の場合、各プリズム面は角度 Ｊ＝３６００／８＝４５０にわたって延在する。角度ＩはＪＪ（又は、ＫＪ）と なるように適切に選択され、軸線Ｘを中心とするプリズムのＪ０の各回転毎にプ リズム面は３個の光路の各々と１回直交し、その時各光路は軸線Ｘを直接通過す る。図１に示す瞬時において、プリズム面は緑の光路Ｇと直交している。１個の 光路（例えば、光路Ｇ）が軸線Ｘを通過するときは必ず最終的にパネルＰの中央 に入射する。 個別の光源ＳＲ、ＳＧ及びＳＢの変形例として、３個の全ての光バンドの像を 発生することができる単一の光源を用いることができる。この形式の特に有益な 光源は、ドケット番号１５０４−１２９４号として本願と同時に出願された米国 特許出願に開示されており、その内容は参考として記載する。 別の変形例として、図示の平坦なプリズム面の代わりに、凹面状のプリズム面 をＦ’を用いることができる。この凹面状のプリズム面はプリズムＬ１０の製造 を僅かに複雑にするが、パネルＰを横切るバンドの走査速度の線形性を改善する ことができる。さらに、軸線Ｘの周りに対称的な８個のプリズム面を示すが、４ 個に等しいか又はそれ以上のいかなる数のプリズム面を用いることもできる。 光学素子（すなわち、プリズム、レンズ及びミラー）は、回転するプリズムＬ １０のプリズム面に入射する各光バンドが連続してパネルＰ上に合焦し走査する ように作用する。これらの光学素子は、プリズムの回転に対して、赤、緑及び青 の光バンドの各々の照明光が各絞りＩにおける像の位置から光バルブパネルＰに 入射するまでに等価な光路を伝搬するように適切に選択及び配置する。これは重 要なことである。その理由は、照明光がパネルを走査する際、全ての３個のカラ ーバンドの照明光が同一の入射角でパネルに連続して（好ましくは、垂直に）入 射するからである。 光路に沿って説明するに、照明光は、プリズムＬ１０を出射すると、レンズ群 Ｌ１２に入射する前に集束交差する。各絞りを出射すると、各光バンドの中心照 明光線は発散する。レンズ群Ｌ１２はレンズ群Ｌ１４と協働し、照明光を再集束 してパネルＰ上に赤、緑及び青の像を形成する。 ミラーＭＲ１０及びＭＢ１２は、赤及び青の光を反射し他の全てのカラー光を 通過させるダイクロィックミラーとする。これらのミラーは互いに角度をなし、 レンズ群Ｌ１２及びＬ１４に最も接近したミラーである。ミラーＭＧ１０及びＭ Ｇ１２は、緑の光を反射し他の全てのカラー光を通過させるダイクロィックミラ ーとする。これらのミラーはミラーＭＲ１０及びＭＢ１２に対してそれぞれ平行 であるが、レンズからより離れ位置する。ダイクロィックミラーとする必要のな いミラーＭＢ１０及びＭＲ１２は、同様にミラーＭＲ１０及びＭＢ１２に対して それぞれ平行であるが、レンズからミラーＭＧ１０及びＭＧ１２よりも遠く離れ 位置する。 一方のミラー組（すなわち、ＭＲ１０，ＭＧ１０，ＭＢ１０）と他方のミラー 組（ＭＢ１２，ＭＧ１２，ＭＲ１２）との間の角度並びに各ミラー組のミラー間 の間隔は、３個のバンドの照明光の光路が調整されるように選択し、これらの照 明光をほぼ同一の集束状態でレンズ群Ｌ１４に入射させる。図１の図示の例にお いて、各ミラー組は対向するレンズ群の中心面（Ｃ１２又はＣ１４）に対して４ ５°の角度をなす。レンズ群１２と協働するレンズ群１４はバンドの照明光を偏 向し集束させる。照明光は、レンズ群１４から出射した際互いにほぼ平行になる ように偏向される。照明光がレンズ群Ｌ１４を通過した後、これらの照明光はミ ラーＭ１４によりパネルに向けて反射する。この例示した実施例において、パネ ルは反射型液晶表示装置とし、ミラーＭ１４は照明光をパネルに向けて反射する ように角度形成された偏光ビームスプリッタＬ１６の偏光面とする。この光学装 置を用いる場合、光源ＳＲ，ＳＧ，ＳＢから発生した照明光を偏光した光とする 必要があり、この偏光した光の偏光方向はレンズ群Ｌ１４からの照明光の偏光方 向がミラーＭ１４を透過する偏光した光の偏光方向と直交するように設定する必 要がある。このミラーは照明光をＬＣＤパネルの画素に向けて反射する。透過状 態の各画素は入射光の偏光方向を９０°回転させ、偏光回転した光をミラーＭ１ ４を経て投射レンズ系のようなターゲットＴに向けて反射する。 図２は本発明による単一パネル表示装置の別の実施例の側面図である。この表 示装置は光源ＳＲ、ＳＧ及びＳＢ並びに多面プリズムＬ２０を含み、これらの全 ては図１の実施例の対応する素子と同一である。この表示装置は光源から発生し た各照明光を３個の異なる光路を経て光バルブパネルＰに案内するレンズ及びミ ラーも含む。実線は、プリズムが図示の位置にある時間瞬時において主要な赤、 緑及び青の照明光が伝播する光路Ｒ，Ｇ及びＢを示す。実線の光路Ｒ及びＢと隣 接するは破線の光路は、プリズムＬ２０が回転しそのプリズム面が青及び青の中 心光線と直交する位置にある時の赤及び青の照明光の光路を示す。 第１実施例のように、光源ＳＲ，ＳＧ、ＳＢは各絞りＩを経て光を放射し、こ の絞りの位置又はその近傍に各カラー光バンドの像を形成する。これらの光源は 、各カラーバンド像がプリズムＬ２０の軸線Ｘから等距離で位置すると共に光源 から発生した中心光線が軸線Ｘに向くように適切に位置決め及び配向する。一方 、角度Ｉは図１の実施例の角度よりも大きくし、赤及び青の照明光のために設け た個別のレンズ及びミラー光学系の位置決めを一層容易にする。特に、角度Ｉは １ＪＪとなるように選択し、プリズムの軸線Ｘ周りの各ＪＯ回転毎に各プリズム 面が３個の光路の各々と直交し各光路が軸線Ｘを直接通過するようにする。 第１実施例のように、光源ＳＲ，ＳＧ，ＳＢは各絞りＩを経て光を放射し、こ の絞りの位置又はその近傍に各カラー光バンドの像を形成する。これらの光源は 、各カラーバンド像がプリズムＬ２０の軸線Ｘから等距離で位置すると共に光源 から発生した中心光線が軸線Ｘに向くように適切に位置決め及び配向する。一方 、角度Ｉは図１の実施例の角度よりも大きくし、赤及び青の照明光のために設け た個別のレンズ及びミラー光源系の位置決めを一層容易にする。特に、角度Ｉは １ＪＪとなるように選択し、プリズムの軸線Ｘ周りの各ＪＯ回転毎に各プリズム 面が３個の光路の各々と直交し各光路が軸線Ｘを直接通過するようにする。 プリズムＬ２０が時間的に図２に示す位置にある場合、１のプリズム面が緑の 光バンド光源からの照明光と直交し、この照明光はＺ軸に沿う直線状の光路を伝 播する。この光路を伝播すると、緑の光はレンズ群Ｌ２１Ｇ青の光を反射するダ イクロックミラーＭ２３Ｍ、赤の光を反射するダイクロックミラーＭ２３Ｒ及び レンズ群Ｌ２４を通過する。その後、緑の光はミラーＭ２４でパネルＰに向けて 反射する。プリズムＬ２０、レンズ群Ｌ２１Ｇ及びＬ２４、並びにミラー２４は 、光源ＳＧの絞りＩの位置又はその近傍に形成された緑の光バンドの像をパネル Ｐ上に合焦させるように協働する光学素子の第１の組み合せを構成する。 光学素子（プリズムＬ２０、レンズ群Ｌ２４及びミラーＭ２４を含む）の第２ の組み合せは、青の光バンドの像をパネルＰ上に合焦させるように協働する。実 線の光路Ｂに関して、青の照明光はプリズムＬ２０及びレンズ群Ｌ２１Ｂを通過 し、ミラーＭ２１Ｂで反射レンズ群Ｌ２２Ｂを経てミラーＭ２２Ｂに入射する。 ミラーＭ２２Ｂは青の照明光を反射しレンズ群Ｌ２３Ｂを経てミラーＭ２３Ｂに 入射させる。ミラーＭ２３Ｂは、青の光を反射し光路Ｇに沿って伝播する緑の光 に対して透明なダイクロックミラーとする。ミラーＭ２３Ｂで反射した後、青の 照明光はミラーＭ２３Ｒ及びレンズ群Ｌ２４を通過し、最終的にミラーＭ２４に よりパネルＰに向けて反射する。 緑の光路Ｇに対して青の光路Ｂの光路長が長いことを補償するため、この光学 素子の第２の組み合せは第１及び第２のサブの組み合せを含む。これらサブの組 み合せの各々はサブ光路中にそれぞれ配置する。光学素子の第１のサブ組み合せ はプリズムＬ２０、レンズ群Ｌ２１Ｂ、ミラーＭ２１Ｂ及びレンズ群Ｌ２２Ｂを 含み、光源ＳＢの絞りＩの付近に形成された青の光バンドの像を、ミラーＭ２２ Ｂ付近に形成する。光学素子の第２のサブ組み合せはレンズ群Ｌ２３Ｂ、ミラー Ｍ２３Ｂ、レンズ群Ｌ２４及びミラーＭ２４を含み、ミラーＭ２２Ｂ付近に形成 された光バンドの像をパネルＰ上に形成する。 光学素子（プリズムＬ２０、レンズ群Ｌ２４及びミラーＭ２４を含む）の第３ の組み合せは、赤の光バンドをパネルＰ上に合焦させるように協働する。実線の 光路Ｒに沿って説明するに、赤の照明光はプリズムＬ２０及びレンズ群Ｌ２１Ｒ を通過し、ミラーＭ２１Ｒで反射しレンズ群Ｌ２２Ｒを経てミラーＭ２２Ｒに入 射する。ミラーＭ２２Ｒは赤の照明光を反射しレンズ群Ｌ２３Ｒを経てミラーＭ ２３Ｒに入射させる。ミラーＭ２３Ｒは、赤の光を反射し光路Ｇ及びＢを伝播す る緑及び青の光に対して透明なダイクロィックミラーとする。ミラーＭ２３Ｒで 反射した後、赤の照明光はレンズ群Ｌ２４を通過し、最終的にミラーＭ２４によ りパネルＰに向けて反射する。 緑の光路Ｇに対して赤の光路Ｒの光路長が長いことを補償するため、光学素子 の第３の組み合せは同様に第１及び第２のサブ組み合せを含む。これらサブ組み 合せの各々はサブ光路に沿って形成する。赤の光路の光学素子の第１のサブ組み 合せは、プリズムＬ２０、レンズ群Ｌ２１Ｒ、ミラーＭ２１Ｒ及びレンズ群Ｌ２ ２Ｒを含み、光源ＳＲの絞りに形成した赤の光バンドの緑をミラーＭ２２Ｒ付近 に形成する。光学素子の第２のサブ組み合せは、レンズ群Ｌ２３Ｒ、ミラーＭ２ ３Ｒ、レンズ群Ｌ２４及びミラーＭ２４を含み、ミラーＭ２２Ｒ付近に形成され た光バンドの緑をパネルＰ上に形成する。 光学素子の第２及び第３の組み合せは、赤及び青の光バンドをパネルＰ上に形 成する照明光が緑の光バンドをパネル上に形成する照明光に対してほぼ平行にな るように配置する。図２の実施例において、青及び赤のサブ光路の各々は緑の光 路の光路長（光源ＳＧの絞りからパネルＰまで測定し光路長）にほぼ等価な光路 長を有する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光バルブパネルと、このパネルを異なる色の光バンドで順次走査する光学系 とを含む表示装置であって、前記光学系が、 ａ．中心回転軸線、及びこの軸線の周りに対称的に配置され、Ｎを少なくと も４に等しい偶数であるとした場合にＮ個のプリズム面を有する光透過性多面 プリズムと、 ｂ．前記プリズムを介して、それぞれ異なるカラーの第１、第２及び第３の 光バンドを形成する照明光を投射する光源手段であって、第１、第２及び第３ の光バンドの照明光が前記回転軸線に向く第１、第２及び第３の光路に沿って それぞれ伝搬し、ｎを正の整数とし、ｍを１又は２に等しくし、Ｊ＝３６００ ／Ｎとした場合に、第１及び第２の光路が第３の光路に対して角度Ｉ＝（ｎ＋ ＪｍＪ）をなす光源手段と、 ｃ．プリズムを通過した後の照明光が入射するように配置されると共に、照 明光を案内及び集束して第１、第２及び第３の光バンドを前記パネルに形成す るように配置され、これら光バンドがほぼ平行な照明光を有すると共に、前記 プリズムが回転軸線の周りで回転するにしたがって前記パネルを走査するよう に構成した光学素子の組合せとを具える表示装置。 ２．前記プリズム面の各々が、前記角度Ｊにわたって延在する請求項１に記載の 表示装置。 ３．前記プリズム面を平坦な面とした請求項１に記載の表示装置。 ４．前記プリズム面の各々を凹面とした請求項１に記載の表示装置。 ５．光バルブパネルと、このパネルを異なる色の光バンドで順次走査する光学系 とを含む表示装置であって、前記光学系が、 ａ．中心回転軸線、及びこの軸線の周りに対称的に配置され、Ｎを少なくと も４に等しい偶数であるとした場合にＮ個のプリズム面を有する光透過性多面 プリズムと、 ｂ．前記プリズムを介して、それぞれ異なるカラーの第１、第２及び第３の 光バンドを形成する照明光を投射する光源手段であって、第１、第２及び第３ の光バンドの照明光が前記回転軸線に向く第１、第２及び第３の光路に沿って それぞれ伝搬し、ｎを正の整数とし、ｍを１又は２に等しくし、Ｊ＝３６００ ／Ｎとした場合に、第１及び第２の光路が第３の光路に対して角度Ｉ＝（ｎ＋ ＪｍＪ）をなす光源手段と、 ｃ．前記プリズムを経て投射された照明光を集光するように集束する第１及 び第２のレンズ手段と、 ｄ．前記第１のレンズ手段からの照明光を各光バンド毎に異なる光路に沿っ て前記第２のレンズ手段に入射させるミラー光学系であって、各光バンドの照 明光が第２のレンズ手段にほぼ同一の集束状態で入射し、第２のレンズ手段か らほぼ平行に出射するミラー光学系とを具え、 前記パネルを、前記プリズムが前記軸線の周りで回転するにしたがって、第 ２のレンズ手段を出射した照明光が前記第１、第２及び第３の光バンドの個別 の走査像を前記パネルに形成するように前記第２のレンズ手段に対して配置し た表示装置。 ６．前記プリズム面の各々が、前記角度Ｊにわたって延在する請求項５に記載の 表示装置。 ７．前記プリズム面を平坦な面とした請求項５に記載の表示装置。 ８．前記プリズム面の各々を凹面とした請求項５に記載の表示装置。 ９．光バルブパネルと、このパネルを異なる色の光バンドで順次走査する光学系 とを含む表示装置であって、前記光学系が、 ａ．中心回転軸線、及びこの軸線の周りに対称的に配置され、Ｎを少なくと も４に等しい偶数であるとした場合にＮ個のプリズム面を有する光透過性多面 プリズムと、 ｂ．前記プリズムを介して、それぞれ異なるカラーの第１、第２及び第３の 光バンドを形成する照明光を投射する光源手段であって、第１、第２及び第３ の光バンドの照明光が前記回転軸線に向く第１、第２及び第３の光路に沿って それぞれ伝搬し、ｎを正の整数とし、ｍを１又は２に等しくし、Ｊ＝３６００ ／Ｎとした場合に、第１及び第２の光路が第３の光路に対して角度Ｉ＝（ｎ＋ ＪｍＪ）をなす光源手段と、 ｃ．プリズムを通過した後の第１の光バンドの照明光が入射するように配置 されると共に、照明光を案内及び集束して第１の光バンドの像を前記パネルに 形成するように配置された光学素子の第１の組合せと、 ｄ．プリズムを通過した後の第２の光バンドの照明光が入射するように配置 されると共に、照明光を案内及び集束して第２の光バンドの像を前記パネルに 形成するように配置された光学素子の第２の組合せと、 ｅ．プリズムを通過した後の第３の光バンドの照明光が入射するように配置 されると共に、照明光を案内及び集束して第３の光バンドの像を前記パネルに 形成するように配置された光学素子の第３の組合せとを具え、 前記第１、第２及び第３の光バンドの照明光が前記パネルにほぼ平行に入射 し、前記プリズムが回転軸線の周りで回転するにしたがって前記パネルを走査 するように構成した表示装置。 １０．前記プリズム面の各々が、前記角度Ｊにわたって延在する請求項９に記載 の表示装置。 １１．前記プリズム面を平坦な面とした請求項９に記載の表示装置。 １２．前記プリズム面の各々を凹面とした請求項９に記載の表示装置。