JP2004502190A - 反射型ｌｃｄプロジェクタ - Google Patents

Abstract

表示すべきビデオ画像に応じて光を変調する、好ましくはＬＣＤマトリクスの形態を採る変調器を利用した投射システムが開示されている。光は、そのＬＣＤマトリクスに供給され、レンズを介してミラーへとそのマトリクスで反射し跳ね返り、その後にもう１つのレンズにより画像化される。このミラーは、光源とＬＣＤマトリクスとの間の光路に配置される。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の特徴事項前に明記されるような画像投射装置に関する。
【０００２】
好ましい形態として、本発明は、反射型ＬＣＤ投射装置に関する。
【０００３】
本発明はまた、表示用画像を生成する方法に関する。
【０００４】
【従来の技術】
一般的なＬＣＤプロジェクタは、ビジネスの用途において、益々広範に使用されるようになってきている。これらのタイプのプロジェクタをビジネスのプレゼンテーションや教育の授業などに用いられるのは普通となっている。
【０００５】
図１は、典型的な反射型液晶装置（ＬＣＤ）プロジェクタを示している。図１の構成は、モノクロ（単色）タイプのプロジェクタを表しているが、当業者にとってカラーシステムへの拡張は既知なものである。例えば、カラーシステムは、Ｘキューブ及び複数の異なる色別変調器を用いて実現可能である。この技術は、当業界では周知であり、詳細については記述しない。
【０００６】
図１の構成において、ＬＣＤ１０１は反射型ＬＣＤエレメントのマトリクスとなっている。各エレメントは、９０度に至るまで入射光の偏光状態を回転させることができる。偏光ビームスプリッタ１０２は、第１の方向に偏光された光を透過させるが、直交する第２の方向に偏光された光を反射する。
【０００７】
動作において、ランプ１０４からの光は、前置偏光子１０５により予め偏光され、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０２を介して水平方向に透過される。ランプ１０４を出た光は、ほぼ平行な柱状成分にコリメートすなわち平行化される。この偏光された光は面１０７を通りＬＣＤ１０１に入射する。
【０００８】
Ｒ−ＬＣＤ１０１の各エレメントは、Ｒ−ＬＣＤ１０１を駆動するビデオ信号に応じて当該入射光の偏光状態を変えるように構成される。この技術によって、当該光は、種々の異なる状態でＲ−ＬＣＤ１０１から元のところへ反射されることになる。より詳しくは、当該光のある成分は、その偏光状態を回転させられた後に元のところへ反射され、その他の成分光は、Ｒ−ＬＣＤ１０１に最初に入射したときと同じ方向で偏光されたままである。また、当該光は、その偏光状態を部分的にのみ回転させられ、濃淡（中間調）を呈することもある。このＬＣＤマトリクスにおける多数のエレメントの各々は、異なる量だけ入射光の偏光状態を個別に回転させることができる。
【０００９】
偏光状態を変えられなかった光は、反射すると、面１０７を透過して戻り吸収される。Ｒ−ＬＣＤエレメントに入射しその偏光状態を変えられた光は、面１０７を透過しないことになるが、その代わり、投射レンズ１１０を通した画像として投射されるよう後置偏光子１０９を通って反射されることになる。ある程度その偏光状態を変化させられた光は、部分的に透過して黒や白ではなく中間調の色合いとなる。つまり、かかる偏光状態は、ゼロから９０度までのいずれの程度についても回転可能であり、これら２つの極値の間の角度が中間調の色合いを表すのである。
【００１０】
図１に示されるタイプのＲ−ＬＣＤプロジェクタには幾つかの問題がある。１つの問題は、光線は面１０７に入るときに厳密にＳ偏光又はＰ偏光されていないという点である。これにより、コントラストが低下する。この問題についてのより完全な記述と提案されている解決策は、１９９５年９月２６日に発行された米国特許第５，４５３，８５９号を参照されたい。
【００１１】
図１に示されるタイプのシステムに関連するもう１つの問題は、ＰＢＳ１０２における応力の加えられる誘発複屈折性である。このＰＢＳは、これを通過する光ビームにより不均一に温められるので、こうした現象が生じるのである。当該ガラスのこの特異な温暖化がそのガラスの応力を誘発させ、その結果そのガラスにおける複屈折性を誘導するのである。この問題を解決する従前の試みは最適条件からは劣るものであった。
【００１２】
第２従来技術のＬＣＤプロジェクタの構成は、図２に示されるタイプの軸外しＬＣＤプロジェクタ（ｏｆｆ−ａｘｉｓ ＬＣＤ ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）を利用している。ランプ１０４及び前段偏光子１０５は、反射型ＬＣＤ１０１へ偏光された光を透過する。そして光の偏光状態が、種々のＬＣＤエレメントの状態によって変えられたり変えられなかったり、或いはある程度変えられたりする。図１の場合のように、これらＬＣＤエレメントは、ビデオ信号により駆動され、これにより反射光ビーム２０３の偏光状態がそのビデオ信号に応じて変調されたものとなっている。この反射光ビームは、その後レンズ１１０を介した投射のために後段偏光子１０９を通じて透過される。
【００１３】
図２の構成に伴う基本的問題は、概ね面「Ｂ」に位置付けられる投射レンズの瞳孔が非効率な使用となっていることである。より詳しくは、ともすれば投射レンズにより捕捉されうるような当該光ビームの大部分がランプ１０４からの光の経路により妨害されるのである。したがって、このシステムの使用可能な瞳孔は、投射レンズの瞳孔全体の約４分の１であり、著しくシステム効率を落としている。図３は、図２に示されるものの如き軸外しプロジェクタの従来技術における瞳孔の利用形態を示している。当該瞳孔面積の約４分の３は、無駄になっていることが分かる。
【００１４】
【発明の概要】
本発明の目的は、光効率を改善する画像投射装置を提供することである。この目的は、請求項１に記載されているような本発明による画像投射装置により達成される。
【００１５】
本発明による画像投射装置のさらに有利な実施例は、従属請求項に記載されている。
【００１６】
本発明の他の目的は、光の効率を向上させた表示用画像を生成する方法を提供することである。この目的は、請求項１０に記載されているような本発明による画像生成方法によって達成される。
【００１７】
光源は光を変調器に供給し、この変調器は、画像化すべきビデオ信号に応じて変調された変調光信号を反射させる。その光源と変調器との間にはミラーが介在される。当該光源からの光の一部は、そのミラーの背面により当該変調器に達するのを遮られるが、その変調された反射光は、当該ミラーの反射表面に全体的に焦点が合わされ当該ミラーにより投射レンズを通じて反射される。
【００１８】
かかるミラーは、光源からの入射光のうち僅かの部分しか遮らないように位置付けられるので、効率が向上する。これは、入射光の経路に直接置くようにしてもよい。別の実施例においては、このミラーを湾曲したものとすることができる。
【００１９】
好適実施例では、当該変調器をＲ−ＬＣＤエレメントのマトリクスとしている。
【００２０】
Ｘキューブ又は同様のデバイスを利用すれば、カラー（表示）を得ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図４は、光源４０１，レンズ４０５及び４０６，ミラー４０７，偏光子４２９並びにＬＣＤ４１１を含む本発明の代表的実施例を示している。変調器４１０〜４１２及びＸキューブ４１５は従前の態様によりカラー（表示）を提供する。なお、偏光子４３０〜４３２を、偏光子４２９に代えて（但し、偏光子４２９に加えるのではなく）用いてもよい。説明のために、偏光子４２９を利用することを前提としている。
【００２２】
動作において、光源４０１からの光は、反射器４０２を出てレンズ４０６に向ってほぼ平行状態で透過される。ミラー４０７は、その光が略円形の断面領域を過ぎて左から右に通過するのを遮る。ミラー４０７は、図示のように傾いているので、その断面がポイント４２０から当該傾斜したミラーを見たときに円形となるような楕円の形状となっている。プロトタイプにおいては、モデル番号３０８３７のエドモンドサイエンティフィック（Ｅｄｍｕｎｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）社によるミラーは、満足な性能を呈することが分かった。このミラーの円形断面は、光源４０１により発せられる光の断面と中心を共有したほぼ同心円のものとすることができる。面「Ａ」は、概ね当該照射光路の瞳孔面に位置付けられる。
【００２３】
このミラーは、当該投射レンズに対し倍率を上げるために少し湾曲（カーブ）したものとすることができる。より詳しくは、当該ミラーを湾曲したものとすると、投射レンズの素子４０５及び４０６が同じ倍率のままであったとしても、その投射レンズに対して倍率を上げることができる。このミラーの構成及び性能パラメータの場合、当業者は、必要な曲率を容易に計算することができ、このような計算を行うソフトウェアパッケージが商業的に利用可能である。
【００２４】
ミラーを通過した後、当該光はレンズ素子４０６を通過するが、略円形のほの暗い部分を含み、ミラー４０７により遮られた断面を表すことになる。偏光後の光は、Ｘキューブ４１５を透過し、Ｒ−ＬＣＤ４１０，４１１及び４１２により変調される。
【００２５】
ＬＣＤマトリクス４１１の反射及びこれによる変調後において、光はＸキューブ４１５及び偏光子４２９を元に戻るように透過する。この反射光は、投射レンズ素子４０５〜４０７を通じ投射スクリーン４３３に投射用のミラー４０７の反射面に焦点が合わされる。４０６及び４０５は、ミラー４０７と共に、投射レンズの２つの素子として共働作用する必要がある。レンズ４０５及び４０６について言及はするものの、これらのレンズは、ミラー４０７とともに投射レンズを形成するようレンズ素子として現実に相互に作用し合うものである。
【００２６】
Ｘキューブ４１５の動作は、このようなＸキューブが当業者に既知であるので詳しい事項については説明しない。但し、白色光がそのキューブに表面４２１のところで入り、赤、緑及び青成分はそれぞれ変調器４１０，４１１及び４１２へ方向付けられることには触れておく。白色光のこれら赤、緑及び青成分の偏光（状態）は、変調器４１０，４１１及び４１２によりそれぞれ変調される。そしてこれら赤、緑及び青成分は、白色光に再合成され、その白色光はＸキューブを表面４２１のところで抜け出る。偏光子４２９を通過した後は、不所望な偏光を伴う成分が除去され、当該白色光ビームは、ＬＣＤ４１０，４１１及び４１２を駆動するビデオ信号に応じて変調されたものとなる。この技術は、当業者にとっては慣例的なものであり、ここでは詳述しないことにする。
【００２７】
レンズ素子４０６，Ｒ−ＬＣＤマトリクス４１１とミラー４０７との間の距離は、レンズ素子４０６への入射光がミラー４０７に焦点合わせさせられるようなものとしている。なお、偏光子４２９を、図４に示されるように、位置４３０，４３１及び４３２に配置替えしてもよい。これらの付加的な位置は、当該偏光子と最大コントラストを呈する当該ＬＣＤとの間に何の光学素子も配置されないことになるので好ましい。この偏光子の配置はまた、赤、緑及び青チャネルにおいて個別の偏光子が存在するという事実のために、当該偏光子にかかる強度（パワー）を低下させることになる。これにより、寿命が長くなる。注記するに、瞳孔面「Ａ」においてミラー４０７が存在するために、本システムは、他の多くの反射型ＬＣＤ投射システムとは異なり、テレセントリックなものとはならない。
【００２８】
記述したシステムは、フルカラープロジェクタを提供する。偏光子４２９ではなく偏光子４３０〜４３２が用いられる場合には、Ｘプリズム４１５、光変調器４１０及び４１２並びに偏光子４３０及び４３２を省略することによって、本発明に応じてモノクロ方式のプロジェクタを構成することができる。
【００２９】
以上、本発明の好適実施例を述べたが、当業者であれば色々な改変形態を見い出せるものである。このような改変形態も、請求項によりカバーしようとするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のＬＣＤプロジェクタを示す図。
【図２】別のタイプの従来技術のＬＣＤプロジェクタを示す図。
【図３ａ】図２の従来技術の構成における当該瞳孔の非効率な使用形態を描写した図。
【図３ｂ】本発明の照射経路における当該瞳孔の利用形態を描写した図。
【図４】本発明の代表的実施例を示す図。

Claims (11)

1. 画像を投射する装置であって、
   光を供給する光源と、
   前記光を受けビデオ信号に応じて当該光の特性を変調しかつその変調光を反射する変調器と、
   前記光源と前記変調器との間に配され前記光源から前記変調器へ伝達される光の一部を遮るミラーと、
   を有し、
   前記ミラーは、当該変調光の略全部を投射レンズに反射するように構成される、
   画像投射装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、前記特性は前記光の偏光状態である装置。
3. 請求項２に記載の装置であって、前記ミラーにより遮られる当該光の部分は、略円形である装置。
4. 請求項３に記載の装置であって、当該遮断部分は、当該供給された光の断面と略同心状を呈する装置。
5. 請求項２に記載の装置であって、当該装置は、前記変調器と前記光源との間に配置されたレンズを有し、前記レンズは、前記光源から前記レンズを通過する光が前記変調器に対し焦点合わせされるように前記変調器から距離を置いて配されている、装置。
6. 請求項５に記載の装置であって、前記変調器は、反射型ＬＣＤマトリクスである装置。
7. 請求項６に記載の装置であって、前記ＬＣＤマトリクスと前記レンズとの間に配される偏光子をさらに有する装置。
8. 請求項７に記載の装置であって、Ｘキューブをさらに有する装置。
9. 請求項８に記載の装置であって、前記偏光子は、前記Ｘキューブと前記変調器との間に配される装置。
10. 請求項１に記載の装置であって、前記投射レンズは、互いに略直角に配置され前記変調器からの当該変調光を受光するよう位置づけられる２つの素子を有し、前記反射ミラーは、前記２つの素子の間において、前記変調光が前記素子の一方を介して受光され当該ミラーにより前記素子の他方を介して反射され当該ビデオ画像を表示するような角度で配される、
    装置。
11. 表示用画像を生成する方法であって、
    光源を反射型ＬＣＤマトリクスへ方向づけるステップと、
    変調された光信号を生成するよう表示すべきビデオ信号を示すように当該光に関する偏光状態を変調するステップと、
    当該変調光信号を前記光源と前記ＬＣＤマトリクスとの間に位置づけられるミラーへ戻すよう反射するステップと、
    さらに当該変調光を前記ミラーにつき投射レンズを通じるようさらに反射させるステップと、
    を有する方法。

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