JP2004519745A

JP2004519745A - プロジェクションスクリーンに画像を投影するための装置

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Publication number: JP2004519745A
Application number: JP2003501954A
Authority: JP
Inventors: ミュルホフ、ディルク; ルドルフ、ギュンター; ピーラー、エバハルト; プレトリウス、マルコ
Original assignee: カールツァイスイェナゲーエムベーハー
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2004-07-02
Also published as: DE10127621A1; US20040119946A1; WO2002100113A2; DE50203210D1; EP1402739B1; EP1402739A2; WO2002100113A3; US7001026B2

Abstract

プロジェクションスクリーンに画像を投影するための装置に関する。同装置は、光を放射するための光源（１）を有し、これにより光源は照明領域（３）を生成可能である。装置は、照明領域（３）から発散された光によって照明されることが可能であり、かつ画像を生成する目的で光を変調し得る反射光モジュレータ（１２，１３，１４）を有する。さらに装置は、光モジュレータ（１２，１３，１４）の下流に設けられ、画像をプロジェクションスクリーン（１７）に投影するために変調光をもって照明され得る投影光学系（１６）を有する。光モジュレータ（１２，１３，１４）の正面に光学システム（７，２３，３１，３３，３４）が設けられる。同光学システムは一方で照明領域（３）から受けた光を光モジュレータ（１２，１３，１４）上に映し、及び他方では中間像レベル（ＺＥ）に中間像を生成するために投影光学系（１６）の正面に設けられた中間像レベル（ＺＥ）に光モジュレータ（１２，１３，１４）によって変調されたその光を映す。

Description

【０００１】
本発明は、照明領域を生成し得る光線を発する光源と、照明領域から放射される光によって照明されることが可能であり、かつ画像を生成する目的で光を変調し得る反射光モジュレータを有し、光モジュレータの下流に設けられた投影光学系とをさらに有する、プロジェクションスクリーンに画像を投影するための装置に関し、前記画像をプロジェクションスクリーンに投影するために前記変調光をもって投影光学系が照明され得る。
【０００２】
かかる装置において、たとえばＥＰ０７３４１８３Ａ２号に説明されるように、反射光モジュレータの利用を考慮すると、光モジュレータと投影光学系を照明する光学システムは光モジュレータと同じ側に設けられなければならないため、投影光学系の所要焦点インターセプトが非常に大型となる。これは、多数のレンズを備えた非常に複雑な投影光学系を生み出し、投影光学系を高価で、重たくする。
【０００３】
この情報に基づき、本発明の目的は、そのデザインが簡略化される様態で、プロジェクションスクリーンに画像を投影するための前記の種類の装置を改良することにある。
【０００４】
プロジェクションスクリーンに画像を投影するための前記の種類の装置を採用し、前記目的は光モジュレータに光学システムを正面で接続することで完成され、かかる光学システムは、一方で照明領域を経由して来る光を映し、他方で中間像レベルで中間像を生成するため、光モジュレータを経由して来る光を中間像レベルの１つに映し、かかる中間像が、投影光学系によってプロジェクションスクリーン上に投影され、それにより画像となる。
【０００５】
中間像（好ましくは実際の中間像）を生成する光学システムを投影光学系の正面に位置する中間像レベルに配することで、ここで中間像レベルは好適に投影光学系の真正面に位置されることも可能であり、本発明による装置の投影光学系の所要焦点インターセプトは、前記種類の装置よりもはるかに小さくなる。これは、投影光学系の光学条件を当然大幅に下げ、投影光学系のデザインが著しく簡略化される。特に、投影光学系で必要となるレンズの数が少なくなり、減量を有利に可能にする。
【０００６】
加えて、投影光学系の機能は、光モジュレータの反射領域ではなく中間像レベルで生成される中間像をプロジェクションスクリーン上に映すことであるため、投影光学系は、本装置のその他の部分からは完全に独立して解釈され、設計され得る。
【０００７】
また、本発明による装置において、広角投影あるいは投影光学系の光軸がプロジェクションスクリーンに対して９０°と等しくない角度を含む投影などの多様な基本条件に本発明による装置が簡単に使用され得るよう、投影光学系は他の投影光学系によって簡単に交換され得る。
【０００８】
光学システムは照明領域を光モジュレータ上に映すため、光学システムは、それにより、照明領域と光モジュレータの間の位置で、別の方法では別個に設けられる、光モジュレータの照明装置として機能する、照明光学系の機能を完全に果たし、本発明による装置では照明光学系は含まれる必要はない。
【０００９】
好適に反射光モジュレータ（非常に小型の装置の実現を有利に可能にする）であることが好適な光モジュレータは、たがいに独立して選択され得る大多数の像画素を備え、そこから入射光が（反射角度か偏光方向に対してなど）変調されて反射される像生成領域（たとえば矩形）を有し、反射光が明るい画像要素のために第１の変調状態で利用され、第２の変調状態の反射光が暗い画像要素のために利用され、本願により、画像（またはカラーフレーム）が光モジュレータかその像生成領域上に生成される。光モジュレータは、当然、暗い画像要素の画素からはまったく光が発散されない一方で、光が明るい画像要素の画素によってのみ反射されるように設計され得る。
【００１０】
好適に反射光モジュレータ（非常に小型の装置の実現を有利に可能にする）であることが好適な光モジュレータは、たがいに独立して選択され得る大多数の像画素を備え、そこから入射光が（反射角度か偏光方向に対してなど）変調されて反射される像生成領域（たとえば矩形）を有し、反射光が明るい画像要素のために第１の変調状態で利用され、第２の変調状態の反射光が暗い画像要素のために利用され、本願により、画像（またはカラーフレーム）が光モジュレータかその像生成領域上に生成される。光モジュレータは、当然、暗い画像要素の画素からはまったく光が発散されない一方で、光が明るい画像要素の画素によってのみ反射されるように設計され得る。
【００１１】
本発明による装置の好適な一実施形態において、光学システムは１：１結像光学系である。これは、中間像が光モジュレータに設定される画像と同じ寸法を有することを好適に意味し、投影光学系のレンズ直径が小さく維持し得るということを意味する。
【００１２】
本発明による装置の光学システムは特に対称形にすることが可能で、これは一方で製造工程を簡略化し、他方で光学システムが発生する像視野が非常に小さくできる（最適な場合、事実上ゼロになる）。
【００１３】
本発明による装置の光学システムは、光モジュレータの像生成部が、寸法の減少を伴って中間像に反射されるようにできる。その結果、投影光学系の光学要素をより小さくでき、減量が達成され、投影光学系の生産が簡略化されることを意味する。
【００１４】
本発明による装置の光学システムは、湾曲ミラーを好適に含む。これは、本発明による装置が非常にコンパクトにできるよう、光学システム内の光線路を折りたたまれるようにする。このようにして、所要光学要素数を著しく減少し得るよう、ミラーを介して光線が折り返されるという事実により、各光線が光学システムの他の光学要素内を２度通過するという様態に、光学システムが構成される。これは、本発明による装置の光学システムのより簡単で速い生成を可能にする。
【００１５】
光学システムが対称形に湾曲したミラーを有すると、そのような場合、生成される像視野が事実上ゼロになり、かくして存在しなくなるため、特に好適である。また、湾曲ミラーは、光線の折りたたみに貢献するだけでなく、光学システムの光学要素数を同様に減少できるよう、像自体にも寄与する。
【００１６】
本発明による装置の別の好適な実施例は、球形湾曲を有する光学システムのミラーからなる。これは、本発明による装置の全体的なコストパフォーマンスにつながる、廉価な光学システムを提供可能であることを意味する、ミラーの生産を簡略化する。
【００１７】
加えて、本発明による装置のミラーは、光モジュレータと反対方向を指向した透明光学要素の湾曲境界面上の反射コーティングからなることもできる。その利点は、調整される光学システムの調整要素の数が減少され、それがより速く生産されることを可能にする。また、反射コーティングが境界面に塗布され、それにより、簡単に汚染され得る、開いた銀コートされた境界面にはならない。これは、光学システムの反射および結像特徴を保証する。
【００１８】
本発明による装置の好適な一実施形態において、光学システムは反射屈折光学系（少なくとも１個の結像ミラーと少なくとも１個の結像レンズを含む光学系）である。かかる光学系は、有利な減量も達成されることが可能なように、光学要素をほとんど備えていない小型で特に良好な結像特性を可能にする。
【００１９】
本発明による装置の特に好適な実施例は、多色光を放射する光源を可能にし、光学システムと光モジュレータの間にカラーユニットを含み、第２反射光モジュレータがカラーユニットの下流に設けられ、カラーユニットは光学システムを介して照明領域の光でもって照明されることが可能であり、次に第１の色の光を分離し、第１の光モジュレータへと指向させ、第２の色の光を分離し、第２の光モジュレータへと指向させ、光モジュレータがカラー画像を生成すべくそれらの上を照らす光を変調し、多色像が中間像レベルに生成されるよう光学システムに送られる、組み合わされた発光ビームを形成するため、カラーユニットを用いて前記変調光が重ね合わされる。本実施例において、カラーユニットが直列に設けられても、光学システムは、中間像レベルに設定される部分画像の中間像を生成するため、焦点インターセプトは有利に拡大される必要がない。
【００２０】
本発明による装置はカラーユニットの下流に設けられた第３の反射モジュレータを特に含むことができ、カラーユニットは、それで照明される光から第３の色の光を分離し、第３のカラーフレームを生成すべくその上を照明する光を変調する第３の光モジュレータにそれを指向させ、光モジュレータの変調光は、光学システムに送られる共通の発光ビームを形成するカラーユニットを用いて重ね合わされる。３個の異なるカラーフレーム用の３個の光モジュレータが提供されるため、重ね合わされたカラーフレームからなる鮮やかなカラーフレームが問題なく生成され得る。
【００２１】
原色の赤色、緑色、青色のカラーフレームは、光モジュレータによって好適に生成され、そこからハイカラー鮮明度の所望の多色画像が生成されることが可能である。
【００２２】
本発明による装置の別の好適な実施例において、光モジュレータは、好適に線形にそれらを照らす光の偏光状態、特に偏光方向を変調するように設計され、光モジュレータは反射ＬＣＤモジュレータによって好適に実現される。
【００２３】
これは、光モジュレータによる偏光変調画像またはカラーフレームの作成を可能にする。このような場合、中間像レベルの正面に設けられたアナライザは、変調光または光モジュレータで照明され得るように設けられ、かくして、あらかじめ決められた状態の偏光の光のみを中間像レベルへと通過させる。これは、光モジュレータによって明るくされる画素の光のみを、中間像レベルへ好適に通過させ、つ偽に投影光学系によってプロジェクションスクリーンに投影される。
【００２４】
アナライザは中間像レベルと光学システムの間に好適に配され、それにより本発明による装置の非常にコンパクトな構造を可能にする。
本発明の装置の別の有利な実施例において、アナライザは、照明領域から受容される光が照らし、次に第１の偏光方向の線形に偏光される光のみを光学システムに通過させる偏光ビームスプリッタとして実現され、第１の偏光方向の線形に偏光される光を持つ光モジュレータが光学システムを介して照明される。さらに、光学システムを介して光モジュレータによって反射される光は、次に、第１の偏光方向に対して９０°で回転される第２の変更方向の線形に偏光される光のみを中間像レベルへ通過させる偏光ビームスプリッタの上を照らす。光モジュレータの照明光用の偏光器として及び光モジュレータから受容される投影機光用のアナライザとして偏光ビームスプリッタを利用することで、本発明による装置は非常にコンパクトにできる（かくして、光学システム内で照明光線路と投影機光線路が完全に重なり合う）。
【００２５】
特に、光モジュレータは、行と列に設けられた多数の傾斜ミラーを含む傾斜ミラーマトリクスであってもよく、ミラーは、少なくとも第１と第２の傾斜位置でたがいから独立して傾斜されることが可能である。その場合、本発明による装置は、第１の傾斜位置のミラーによって反射される光が中間像レベルに達し、同時に、第２の傾斜位置のミラーによって反射される光は中間像レベルには達しないように設けられる。傾斜ミラーは本発明による装置を有利に可能にし、傾斜ミラーマトリクスを照明する光は特に偏光される必要なく、光の偏光によってこうむられる損失が避けられる。
【００２６】
特に、本発明による装置は、光学システムが平凸レンズと銀コートしたメニスカスレンズとからなり、平凸レンズと反対方向を指向したメニスカスレンズの境界面が銀コートされるようさらに発展されてもよい。レンズ直径は、各レンズが１回の反射で２回通過されるに十分大きなものが選択される。その場合、光学システムは２個の光学要素のみを含み、これは製造コストと必要な調整が少なくなることを意味する。かくして、本発明による装置は、全体で非常にコストパフォーマンスを高く製造できるよう提供される。
【００２７】
また、前記１個の平凸レンズを、その後、像ごとに１回だけ通過される小径を有する２個の平凸レンズと交換することも可能である。このような場合、光学システムは３個の要素を含むが、その明らかに小さい直径により、２個の平凸レンズの生産は、大径の平凸レンズの生産よりも簡単である。
【００２８】
本発明による装置の別の有利な実施例において、光学システムは、凹面のみならず凸面ミラーも含む。かくして、光学システムは、複雑な様態で、高価な材料から製造されるレンズを必要としないよう、反射ミラーに過ぎないもので実現されることが可能である。これも、本発明による装置のコストパフォーマンスのよい実現を可能にする。
【００２９】
加えて、本発明による装置は、あらかじめ決められた画像データに基づいて光モジュレータを始動させ、光モジュレータでもって所望画像またはカラーフレームを生成する制御装置も含むことができる。
【００３０】
以下において、図面を例として本発明はより詳細に説明される。
図１から分かるように、プロジェクションスクリーンに画像を投影する目的の第１の実施例で本発明による装置は、（ハロゲンまたはアーク灯などの）光源１を含み、その白色光が絞り２によって受容され、照明領域３が絞り２のアパーチャ内に生成され、その形状が、アパーチャの形状によってあらかじめ決められる。ここに示される例において、照明領域３は、矩形形状を含む。照明領域３の光は、偏光ビームスプリッタコーティング５を含有する偏光ビームスプリッタキューブ４の上に降りかかる。
【００３１】
偏光ビームスプリッタキューブ４の偏光ビームスプリッタコーティング５は、その偏光された方向が投影面に対して垂直（図１で、偏光された左側）である線形偏光光であるように、第１の方向に線形に偏光される（投影面に垂直に偏光される、ｓ偏光）照明領域３から受容される光を反射する。それと反対に、第２の方向で偏光される光（投影面に平行、ｐ偏光）は、偏光ビームスプリッタコーティング５内を通過し、光線トラップ６の上を照らす。
【００３２】
偏光ビームスプリッタコーティング５で偏光される光（ｓ偏光）は、偏光ビームスプリッタ４の下流に設けられた光学システム７によって、カラーユニット８の上で反射される。
【００３３】
カラーユニット８は、それぞれ９０°の角度で交差し、光学システム７から受容される白色光をその赤色、緑色および青色の成分に分割する第１と第２のカラービームスプリッタコーティング１０、１１を有するカラービームスプリッタキューブ９からなり、前記色成分は異なるカラーチャンネル内へと指向される。加えて、カラーユニット８は、３個の反射光モジュレータ（ＬＣＤモジュレータ）１２、１３、及び１４を含み、そのそれぞれがカラーチャンネルの内の１つの中に配され、各色の光で照明されることが可能である。光モジュレータ１２、１３、及び１４は、あらかじめ決められた画像データに基づいてトリガユニット１５によって制御され、光モジュレータ１２〜１４によって反射された光が、変調される画像のカラーフレームに応じて変調される。かくして、偏光変調された光が、光モジュレータ１２〜１４によって放射され、各カラーフレームが光モジュレータ１２〜１４の上にそれぞれ生成される。
【００３４】
光モジュレータ１２、１３、及び１４によって変調された光と、したがってカラーフレームは、光モジュレータ１２、１３、及び１４によってカラービームスプリッタキューブ９に反射し返され、カラービームスプリッタキューブ９により重ね合わされ、次に、光学システム７によって、（以下に詳述されるように）偏光ビームスプリッタキューブ４の下流に設けられた中間像レベルＺＥ内に映され、次に、中間像レベルＺＥの下流に設けられた投影光学系１６によってプロジェクションスクリーン１７に投影される。絞り１８は中間像レベルＺＥ内に配され、中間像はそのアパーチャ内に位置され、それは、中間像のための外側境界を含む。
【００３５】
光学システム７は、照明領域７が光モジュレータ１２，１３，１４及び／またはそれらの画像生成領域と結合されるように設けられる。加えて、光モジュレータ１２，１３，１４の画像生成領域は中間像レベルＺＥと結合され、光学システム７は対称形の１：１像光学システムである。これは、そのアパーチャと、したがって照明領域３が、光モジュレータ１２，１３，１４の等しく実施される画像生成領域のそれぞれと同一寸法と形状を持つよう、絞り２が選択された理由である。
【００３６】
図１に図示される実施例において、光学システム７は、その平面側が偏光ビームスプリッタキューブ４とカラービームスプリッタキューブ９に対して指向される平凸レンズ１９と、その側面２１が平凸レンズ１９とは反対方向に指向され、光学システム７内の光線路が折りたたまれる銀コートされたコーティング２２を含むメニスカスレンズ２０を含む。
【００３７】
光学システムの装置は、図１に関連して以下の表１に示される。
【表１】

屈折率と波長に対するアッベ係数はここでは５８７．６ｍｍで与えられ、偏光ビームスプリッタキューブは長手方向の長さが６５．００ｍｍであり、中間像レベルＺＥは、投影光学系１６に向かって指向される面から２．００ｍｍ離れている。光モジュレータ１２と１４のカラービームスプリッタキューブ９の各面までの距離も２．００ｍｍである。
【００３８】
図１に図示される光学システム７は、一方でＬＣＤモジュレータ１２〜１４上に照明領域３の１：１像を生成し、他方でＬＣＤモジュレータ１２〜１４の１：１像を中間像レベルＺＥに生成する反射屈折光学系である（結像ミラーとレンズを含む）。平凸レンズ１９の直径は、偏光ビームスプリッタキューブ４の長手方向の長さと、カラービームスプリッタキューブ７の長手方向の長さの合計と少なくとも同じだけ大きいものであり、平凸レンズ１９は、与えられる像の間で２回通過される。平凸レンズ１９は、より小さい直径を有する２個の平凸レンズ（図示せず）によって有利に取り換えられてもよい。
【００３９】
赤色、緑色、青色のカラーフレームは、以下のようにＬＣＤモジュレータ１２に向けられる。照明領域２（原文まま）から発する光（好適には白色光）は、投影面に垂直に線形に偏光される光を光学システム７上に指向させる偏光ビームスプリッタキューブ４の偏光ビームスプリッタコーティング５の上を照らし、光学システム７が次にカラーユニット８上に前記光を指向させる。この光は、第１のカラービームスプリッタコーティング１０が青色光を反射し、それをＬＣＤモジュール１４上に指向させるべく、カラービームスプリッタキューブ９内で赤色、緑色および青色成分に分割される。残りの色成分はカラービームスプリッタコーティング１０を通過する。第２のカラービームスプリッタコーティング１１は赤色光を反射し、ＬＣＤモジュール１２上にそれを指向させ、残りの色成分は通過させ、緑色光はＬＣＤモジュール１３に達する。
【００４０】
ＬＣＤモジュレータ１２〜１４は同一に構築され、１８．５ｍｍ×１３．９ｍｍまたは２６．４ｍｍ×１９．８ｍｍの矩形画像生成領域からなり、たとえば、トリガユニット１５を用いた互いから独立して始動されることが可能な、行と列に設けられる多数の画素を有し、少なくとも２つの異なる状態が各画素に設定され得る。第１の状態において、各画素の上を照らす光はその偏光方向を変えることなく反射され、一方、第２の状態において、反射光の偏光方向は入射光の偏光に対して９０°回転される。
【００４１】
画素を明るい画素として始動させるため、第２の状態は、偏光が９０°回転され、前記反射光がｐ偏光を含むように設定される。画素が暗い画像要素として始動されると想定される場合、光を反射できるが、その偏光は変えない第１の状態に必ず設定される。これは、偏光変調カラーフレームをＬＣＤモジュレータ（または画像生成領域）上に設定させる。これらの偏光変調カラーフレームは、光学システム７を用いて、カラービームスプリッタ９を介して中間像レベルＺＥに結像され、光は、ここでアナライザとして作用し、ｐ偏光の光のみを通過させ、ｓ偏光の光を光源１とは反対方向に反射させる偏光ビームスプリッタキューブ４も通過し、明るい設定の画素の光のみが中間像レベルＺＥに結像されるようになる。
【００４２】
かくして中間像レベルＺＥに映される中間像は、次に、投影光学系１６によってプロジェクションスクリーン１７に投影される。
図２は、プロジェクションスクリーンに画像を投影する目的のための、本発明による装置の別の実施例を図示し、本装置は、光学システム７の代わりに光学システム２３を有している点で、図１に図示されるものとは異なっている。その他の要素はすべて図１のものと対応しており、同じ図面参照番号を与えられている。これらの要素の説明については、図１のそれぞれの説明を参照すること。
【００４３】
光学システム２３は、共通の光軸を構成し、その曲率中心が、中間像レベルＺＥに位置する点Ｋで接するよう設けられる第１と第２の球面ミラー２４と２５を含む、第１ミラー２４は凹面で、第２ミラー２５は凸面である。ミラー２４と２５は、偏光ビームスプリッタキューブ４から受容される光が第１のミラー２４の上を照らし、そこで第２のミラー２５に反射され、第２のミラー２５が次に前記光を第１ミラー２４に反射し返し、そこで、前記光がカラーユニット８に指向されるよう設けられる（かくして、光学システム２３内での光線の経路はＷ字型になる）。
【００４４】
２個のミラー２４と２５の曲率半径Ｒ１，Ｒ２は、第１のミラー２４の曲率半径Ｒ１が、第２のミラー２５の曲率半径Ｒ２の２倍の大きさであるよう選択される。かくして、光学システム２３は２個のミラー２４，２５のみを含み、非常にコンパクトな投影装置を実現でき、しかも高い送光強度を有する光線の多数に折りたたまれた経路を有する２個だけのコンポーネントからなる１：１結像システムを提供する。
【００４５】
図２に図示される投影装置のさらなる実施例を図３に図示し、ここで２個のミラーは、ガラスブロック２８の湾曲し、銀コートされた境界面２６、２７によって実現される。加えて、図２に図示される実施例とは異なり、偏光ビームスプリッタキューブ４をガラスブロック２８に光学的に接続する第１ガラスアダプタ２９と、カラービームスプリッタキューブ９をガラスアダプタ２８に光学的に接続する第２のガラスアダプタ３０とが設けられる。ガラスアダプタ２９と３０は、ガラスブロック２８と、偏光ビームスプリッタキューブ４と、カラービームスプリッタ９とに好適に接着されるが、一緒にねじられてもよい。
【００４６】
ガラスブロック２８とガラスアダプタ２９、３０（設けられている場合）を使用する別の利点は、ガラス体内の電気ブラシアイグレット１のビーム広がり角度が空中でよりも小さく、システム全体がよりコンパクトにできる点にある。
【００４７】
ガラスアダプタ２９，３０がない構成と比較して、ガラスと空気の境界面の数が減少される点で、本実施例は有利である。ガラスと空気の境界面は汚染されやすい。加えて、ミラーは、銀コートされた境界面２６，２７によって形成され、これらの銀コートされた領域が、空中でいかなる境界面も持たず、したがって汚染され得ないことを意味する。図３に図示される実施例は、ガラスアダプタ２９，３０なしにも当然実現されることが可能である。
【００４８】
図４は、本発明による投影装置の別の実施例を図示し、カラーユニット８が、偏光ビームスプリッタキューブ４と投影光学系１６を備えた共同の光軸ＯＡを含む点で、図１の実施例とは異なっている。加えて、光学システム３１は、カラーユニット８と偏光ビームスプリッタキューブ４との間に設けられ、光学システム３１の光軸が光軸ＯＡと同じであり、ミラー要素がなく、レンズだけを含み、光学システム３１内での光線の経路が折りたたまれない。残りの要素は、図１に図示される要素と同じで、同じ図面参照番号を与えられている。これらの要素の説明については、図１のそれぞれの説明を参照すること。
【００４９】
図４に図示される実施例において、光学システム３１は、光モジュレータ１２〜１４の画像生成領域上で照明領域３の１：１像と、中間像レベルＺＥで光モジュレータ１２〜１４上に指向されるカラーフレームの１：１像も実施する。当業者であれば、光学システムが１：１像を実施すると想定されていると言われると、光学システム３１の正確な装置を簡単に決定できる。
【００５０】
本発明による投影装置の別の実施例が図５に図示される。本実施例は、偏光ビームスプリッタコーティング５を通過し、したがって、投影面と線形に偏光される（ｐ偏光）光源１の光が、ＬＣＤモジュレータ１２〜１４の画像生成領域を照明するために利用される。投影装置の偏光ビームスプリッタキューブ４の下流に設けられた部分（すなわち光学装置３１とカラーユニット８）は、図４に図示される投影装置のそれぞれの部分と同一であり、前記部分は同じ図面参照番号で識別され、その説明は図４の説明から取られる。
【００５１】
図５に図示される実施例において、線形に偏光された光が、ＬＣＤモジュレータ１２〜１４を照明するべく、ｐ偏光とともに使用され、この光は、図５に見られるように、偏光ビームスプリッタキューブ４の偏光ビームスプリッタコーティング５にまさに反射されるため、明るい画像要素がｓ偏光の線形に偏光された光で実現される。
【００５２】
図６は、主に図４，５に図示される実施例の組み合わせを示す、本発明による投影装置の別の実施例を図示し、偏光ビームスプリッタキューブ４の偏光ビームスプリッタコーティング５によって分割される光が、それらに対して垂直に配された第１のアーム３２と第２のアーム３３内へ広がる。第１のアーム３２は、偏光ビームスプリッタキューブ４の下流に設けられた１：１結像光学系３４を含み、それは次に、カラーフレーム発生器３５の下流に設けられる。カラーフレーム発生器３５は、第１と第２のカラービームスプリッタコーティング１０，１１を有するカラービームスプリッタキューブ９と、２個のＬＣＤモジュレータ１２，１４とを含む。したがって、カラーフレーム発生器３５は、第２ＬＣＤモジュール１３が省略された点でのみ、カラーフレーム発生器８と異なる。
【００５３】
第２のアーム３３内で、１：１結像光学系３６は、偏光ビームスプリッタキューブ４の下流に配され、緑色フィルタ３７と、ガラスブロック３８と、ＬＣＤモジュール１３が、この順序で下流に設けられる。
【００５４】
緑色フィルタ３７は、緑色の光のみを通過させ、緑色のカラーフレームが、ＬＣＤモジュール１３を用いて設定されることが可能である。ガラスブロック３８の長さは、緑色のカラーフレーム用のガラス路が、第１のアーム３２内の赤色と青色のカラーフレーム用のガラス路と等しいことを保証するよう選択される。
【００５５】
かくして、図６に図示される実施例において、赤色と青色のカラーフレームは、第１のアーム３２内のｓ偏光の線形に偏光された光で設定され、緑色の光は、第２のアーム３３内のｐ偏光の線形に偏光された光で設定される。設定されたカラーフレームは次に、中間像レベルＺＥで１：１結像光学系３４，３６で映され、そこで重ね合わされ、反射光学系１６を用いてプロジェクションスクリーン１７に投影され得る多色中間像が生成される。図６に図示される装置を用いて、緑色のフィルタ３７が、第１のみならず、第２のカラービームスプリッタコーティング１０，１１を通過することを可能にされ、したがって、特定量の赤色及び／または青色の色成分を含むことが可能な光ではなく、緑色の光でＬＣＤモジュール１３を明瞭に占めるため、多色像の色鮮明度が向上され得る。
【００５６】
図７は、本発明による画像を投影する装置の別の実施例を図示し、本実施例は、カラーフレーム発生器３５の代わりに、カラーフレーム発生器３９が設けられている点で、図６に図示されるものとは異なる（他の要素は図６に図示される実施例におけるものと同じであり、したがって再び説明されることはない）。カラーフレーム発生器３９は、結像光学系３４の下流に設けられたカラービームスプリッタコーティング４１を有するカラービームスプリッタキューブ４０を含み、カラービームスプリッタキューブ４０は、１：１結像光学系３４の光軸に対して４５°に傾斜され、第１及び第２のＬＣＤモジュール１２，１４は、カラービームスプリッタコーティング４０を通過する光が第２のＬＣＤモジュール１４上に降りかかるように設けられている。加えて、カラーフレーム発生器３９は、カラービームスプリッタキューブ４０と１：１結像光学系３４の間に設けられ、その上を照らす光から緑色の色成分を除去し、それを遮蔽する拒否フィルタ４２を含む。カラービームスプリッタキューブ４０のカラービームスプリッタコーティング４１は青色の光成分を反射し、残りの光成分（その場合赤色）を通過させ、青色と赤色のカラーフレームがＬＣＤモジュレータ１２，１４上に設定され得る。本実施例において、カラービームスプリッタキューブ４０の装置は、カラービームスプリッタコーティング４１のみを含み、たがいに交差するカラービームスプリッタコーティングがないため、カラービームスプリッタキューブ４０の装置は簡略化される。
【００５７】
図８は、図４に図示されるものをさらに発展させた実施例を図示し、その違いは、カラービームスプリッタキューブ９と第２のＬＣＤモジュール１３の間に、緑色光のみを通過させるカラーフィルタ４３が追加で設けられている点である。これは、カラービームスプリッタコーティング１０，１１を通過する光の、おそらく存在する赤色及び／または青色の色成分が濾過して取り除かれることを有利に意味し、ＬＣＤモジュール１３が緑色の光のみで占められることが保証され得る。これは、投影される多色像の色鮮明度を増加させる。
【００５８】
本発明による装置の別の実施例が図９で分解図で示され、偏光ビームスプリッタキューブ４に対する光学システム７とその装置の設計は、図１に図示される実施例と同一である。ただし、図１に図示される実施例との違いは、それがカラーフレーム発生器８は有していないが、その代わりに、プリズム構造４５を有するカラーフレーム発生器４４を有する点にある。プリズム構造は、ＥＰ０７３４１８３Ａ２号の図２に図示されるプリズム構造の設計とおおむね同一である。加えて、図９に図示される実施例は、偏光ビームスプリッタキューブ４と中間像レベルＺＥとの間に位置する逸脱プリズム４６を有し、逸脱プリズム４６は光の広がり方向を９０°回転させる。このために、逸脱プリズム４６の各境界面４７が銀コートされることが可能であるが、好適には、全内部反射（全反射）が利用される（この場合、境界面４７は銀コートされない）。最後に、ガラスブロック４８は絞り２と偏光ビームスプリッタキューブ４の間に設けられ、照明領域３からＬＣＤモジュール１２〜１４まで達するガラス路が、ＬＣＤモジュール１２〜１４から中間像レベルＺＥまで達するガラス路のものと等しくなるようガラスブロックのが選択される。図９に図示される実施例は、逸脱プリズム４６を利用した逸脱により非常にコンパクトにできるという利点を有する。逸脱プリズム４６の代わりに、光線路を９０°回転させることが可能ないかなる他の光学要素も使用され得る。
【００５９】
図１０は、投影光学系１６の可能な実施例を図示し、前述実施例のいずれとも使用されることが可能である。反射光学系１６の正確な設計は以下の表から取られ、反射率とアッベ係数は５８７．６ｍｍの波長に関して与えられた。
【表２】

【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例に基づく、本発明による装置の概略を示す断面図。
【図２】光学システムが凹面と凸面ミラーとからなる本発明による装置の第２実施例の概略を示す断面図。
【図３】図２に図示されるものをさらに発展させた実施例の概略を示す断面図。
【図４】本発明による装置の別の実施例の概略を示す断面図。
【図５】本発明による装置の異なる実施例の概略を示す断面図。
【図６】本発明による装置のさらに別の実施例の概略を示す断面図。
【図７】図６に図示されるものをさらに発展させた実施例を示す断面図。
【図８】図４に図示されるものをさらに発展させた実施例を示す断面図。
【図９】本発明による装置の別の実施例の分解図。
【図１０】本発明による装置の投影光学系の断面図。

Claims

光を放射するための光源（１）と、該光源は照明領域（３）を生成可能であることと、同照明領域（３）から発散された光によって照明されることが可能であり、かつ画像を生成する目的で光を変調し得る反射光モジュレータ（１２，１３，１４）と、該光モジュレータ（１２，１３，１４）の下流に設けられ、前記画像をプロジェクションスクリーン（１７）に投影するために前記変調光をもって照明され得る投影光学系（１６）とからなる、プロジェクションスクリーンに画像を投影するための装置において、前記光モジュレータ（１２，１３，１４）の正面に光学システム（７，２３，３１，３３，３４）が設けられ、同光学システムは一方で前記照明領域（３）から受けた光を前記光モジュレータ（１２，１３，１４）上に映し、及び他方では中間像レベル（ＺＥ）に中間像を生成するために前記投影光学系（１６）の正面に設けられた前記中間像レベル（ＺＥ）に前記光モジュレータ（１２，１３，１４）によって変調されたその光を映し、前記投影光学系（１６）は前記中間像を前記プロジェクションスクリーン上に投影し得ることを特徴とする、プロジェクションスクリーンに画像を投影するための装置。
前記光学システム（７，２３，３１，３３，３４）は１：１結像光学系であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記光学システム（７，２３，３１，３３，３４）は対称的に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
前記光学システム（７，２３，３１，３３，３４）は好適には球形に湾曲されている湾曲ミラー（２２，２４）を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
前記光学システム（７，２３）の前記ミラー（２２）は前記光モジュレータ（１２，１３，１４）と反対方向を指向した透明光学要素（７，２３）の湾曲境界面上の反射コーティングとして設けられることを特徴とする請求項４に記載の装置。
前記光学システム（７，２３）は反射屈折光学系であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
前記光源（１）は多色光を生成し、前記光学システム（７，２３，３１，３３，３４）と前記光モジュレータ（１２，１３，１４）との間にカラーユニット（９，４０）が設けられ、同カラーユニット（９，４０）の下流に第２の光モジュレータ（１３）が設けられ、同カラーユニット（９，４０）は前記光学システム（７，２３，３１，３３，３４）を介して前記照明領域の光で照明されることが可能であるとともに、第１の色の光を分離し及び第１の光モジュレータ（１２）へと指向させ及び、第２の色の光を分離し及び第２の光モジュレータ（１３）へと指向させ、前記光モジュレータ（１２，１３，１４）はそれぞれカラーフレームを設定すべくそれらの上を照らす光を変調し、及び前記変調光を前記カラーユニット（９，４０）に反射し、同カラーユニットは前記反射光を共通の発光ビームに重ね合わせて前記光学システム（７，２３，３１，３３，３４）へと指向させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
前記装置は前記カラーユニット（９，４０）の下流に設けられた第３の光モジュレータ（１４）を有し、前記カラーユニット（９，４０）は第３のカラーフレームを設定すべく、それに照明される光から第３の色の光を分離し、及びその上を照明する光を変調する第２の光モジュレータ（１４）へと指向させ、前記変調光を前記カラーユニット（９，４０）へ反射させることを特徴とする請求項７に記載の装置。
前記第１の光モジュレータ（１２）には赤色カラーフレームを設定可能であり、前記第２の光モジュレータ（１３）には緑色カラーフレームを設定可能であり、前記第３の光モジュレータ（１４）には青色カラーフレームを設定可能であることを特徴とする請求項８に記載の装置。
前記光モジュレータ（１２，１３，１４）はそれらの上を照明する光の偏光状態を変調させ、前記装置には前記中間像レベル（ＺＥ）の正面に配置された前記アナライザ（４）が設けられ、同アナライザは前記中間像レベル（ＺＥ）に受容されるべき所定の偏光状態をもって変調された光のみを生じることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
前記アナライザ（４）は前記中間像レベル（ＺＥ）と前記光学システム（７，２３，３１，３３，３４）との間に設けられる請求項１０に記載の装置。
前記アナライザ（４）は前記照明領域（３）からの光を受容し、その光のうち第１の偏光状態の光のみを前記光学システム（７，２３，３１，３３，３４）に指向させ、同光学システム（７，２３，３１，３３，３４）から受けた光のうち第２の偏光状態の光のみを前記中間像レベル（ＺＥ）へと指向させる、偏光ビームスプリッタとして実現されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の装置。
前記第１の偏光状態及び第２の偏光状態の光はそれぞれ線形に偏光され、同２つの線形の偏光状態は互いに相対して９０度回転していることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
前記光学システム（７）は平凸レンズ（１９）と銀コートしたメニスカスレンズ（２０）とからなることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
前記光学システム（２３）は凹面ミラー（２４）と凸面ミラーとを有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
前記凹面ミラー及び凸面ミラーはガラス体の銀コートされた外面によって実現されることを特徴とする請求項１５に記載の装置。