JP3154691B2 - 投射装置 - Google Patents
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N9/00—Details of colour television systems
- H04N9/12—Picture reproducers
- H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
- H04N9/3102—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators
- H04N9/3105—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators for displaying all colours simultaneously, e.g. by using two or more electronic spatial light modulators
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- Signal Processing (AREA)
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- Projection Apparatus (AREA)
- Video Image Reproduction Devices For Color Tv Systems (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は投射型ディスプレイ
の光学系に関し、さらに具体的には、複数のカラー像を
形成する空間光変調器およびカラー収束（ｃｏｌｏｒ
ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ）を改良する追加の光学素子を
有する光学系に関する。
の光学系に関し、さらに具体的には、複数のカラー像を
形成する空間光変調器およびカラー収束（ｃｏｌｏｒ
ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ）を改良する追加の光学素子を
有する光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】複数の空間光変調器（ＳＬＭ）を使用し
た投射型ディスプレイの光学系は、当技術分野で知られ
ている。一般的に、像の３つのカラー成分（典型的に
は、赤、緑、および青）を形成するために、３つのＳＬ
Ｍが使用される。光は最初に３つのカラーへ分離され、
これらのカラーがそれぞれのＳＬＭへ投射されて、像の
３つの成分が形成される。３つのカラー成分は再結合さ
れ、スクリーン上に投射される。高品質の投射像を作る
ためには、３つのカラー像が適切に収束されねばならな
い。従来技術の光学系では、カラー収束はスクリーンの
コーナー部で良好ではなく、像の品質は完全とは言えな
かった。さらに、従来技術の光学系は結像経路中の複屈
折に起因する偏光の問題を有していた。
た投射型ディスプレイの光学系は、当技術分野で知られ
ている。一般的に、像の３つのカラー成分（典型的に
は、赤、緑、および青）を形成するために、３つのＳＬ
Ｍが使用される。光は最初に３つのカラーへ分離され、
これらのカラーがそれぞれのＳＬＭへ投射されて、像の
３つの成分が形成される。３つのカラー成分は再結合さ
れ、スクリーン上に投射される。高品質の投射像を作る
ためには、３つのカラー像が適切に収束されねばならな
い。従来技術の光学系では、カラー収束はスクリーンの
コーナー部で良好ではなく、像の品質は完全とは言えな
かった。さらに、従来技術の光学系は結像経路中の複屈
折に起因する偏光の問題を有していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、複数
のカラー像を形成するＳＬＭおよびカラーの収束度を改
良する追加の光学素子を有する光学系を提供することで
ある。
のカラー像を形成するＳＬＭおよびカラーの収束度を改
良する追加の光学素子を有する光学系を提供することで
ある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本明細書においては、３
つの反射型ＳＬＭを使用した投射型ディスプレイの光学
系が説明される。３つのＳＬＭ結像経路の２つは、典型
的な像結合および投射光学手法を使用する。しかし、３
番目のＳＬＭ結像経路は中継レンズを使用してＳＬＭの
中間像を生成し、この中間像は後に他の２つの像と結合
される。このアプローチは、高コントラスト、高光学効
率、および特に、カラー収束度の改良を含む、高パフォ
ーマンス投射型ディスプレイの多くの利点を有する。
つの反射型ＳＬＭを使用した投射型ディスプレイの光学
系が説明される。３つのＳＬＭ結像経路の２つは、典型
的な像結合および投射光学手法を使用する。しかし、３
番目のＳＬＭ結像経路は中継レンズを使用してＳＬＭの
中間像を生成し、この中間像は後に他の２つの像と結合
される。このアプローチは、高コントラスト、高光学効
率、および特に、カラー収束度の改良を含む、高パフォ
ーマンス投射型ディスプレイの多くの利点を有する。
【０００５】アーク灯からの白色光は、照射系の中で赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）の３つのカラー成分
へ分離される。各カラー成分は、それぞれ固有の偏光ビ
ームスプリッタ（ＰＢＳ）立方体を通して３つのＳＬＭ
の１つへ導かれる。３つのＳＬＭの２つにおいて、像形
成光は各ＳＬＭから反射され、それぞれのＰＢＳ立方体
を通過し、２つのカラーがダイクロイック・コーティン
グを使用して再結合される。次に、レンズが２色の像を
結像し、それをスクリーン上に投射する。
（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）の３つのカラー成分
へ分離される。各カラー成分は、それぞれ固有の偏光ビ
ームスプリッタ（ＰＢＳ）立方体を通して３つのＳＬＭ
の１つへ導かれる。３つのＳＬＭの２つにおいて、像形
成光は各ＳＬＭから反射され、それぞれのＰＢＳ立方体
を通過し、２つのカラーがダイクロイック・コーティン
グを使用して再結合される。次に、レンズが２色の像を
結像し、それをスクリーン上に投射する。
【０００６】しかし、第３のＳＬＭは全く別の経路に置
かれる。その場合、そのＳＬＭによって反射されＰＢＳ
を通過する像形成光は、まず倍率がほぼ１の中継レンズ
によって結像され、中間像平面が生成される。次に、こ
の中間像（第３のカラーＳＬＭによる）は、ＰＢＳまた
はダイクロイック・コーティングを使用して最初の２つ
のカラー像と再結合される。再結合は、３つのカラー像
が、投射レンズに関してスクリーンと共役な位置に確実
に形成されるように行われる。したがって、レンズによ
って投射された完全な３色像は、ＳＬＭの２つの実像、
および中継レンズによって生成された第３ＳＬＭの中間
像から構成される。
かれる。その場合、そのＳＬＭによって反射されＰＢＳ
を通過する像形成光は、まず倍率がほぼ１の中継レンズ
によって結像され、中間像平面が生成される。次に、こ
の中間像（第３のカラーＳＬＭによる）は、ＰＢＳまた
はダイクロイック・コーティングを使用して最初の２つ
のカラー像と再結合される。再結合は、３つのカラー像
が、投射レンズに関してスクリーンと共役な位置に確実
に形成されるように行われる。したがって、レンズによ
って投射された完全な３色像は、ＳＬＭの２つの実像、
および中継レンズによって生成された第３ＳＬＭの中間
像から構成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１には、本発明の投射装置の光
学系が示される。投射装置１０はカラー分離光学系、最
初の２つのＳＬＭに対する像形成結合光学系、中継レン
ズを含む第３のＳＬＭに対する像形成結合光学系、およ
び投射レンズを含む。赤、緑、および青を各ＳＬＭにど
のように割り当てるかについては、いくつかの方法があ
るが、図１の実施例では、中継レンズを含む第３の経路
に青が割り当てられ、最初の２つのＳＬＭに赤および緑
が割り当てられる。この実施例のＳＬＭは、入射光の偏
光を選択的に回転させることによって機能する反射型液
晶アレイである。以下に、前記の各種の光学系サブシス
テムを詳細に説明する。
学系が示される。投射装置１０はカラー分離光学系、最
初の２つのＳＬＭに対する像形成結合光学系、中継レン
ズを含む第３のＳＬＭに対する像形成結合光学系、およ
び投射レンズを含む。赤、緑、および青を各ＳＬＭにど
のように割り当てるかについては、いくつかの方法があ
るが、図１の実施例では、中継レンズを含む第３の経路
に青が割り当てられ、最初の２つのＳＬＭに赤および緑
が割り当てられる。この実施例のＳＬＭは、入射光の偏
光を選択的に回転させることによって機能する反射型液
晶アレイである。以下に、前記の各種の光学系サブシス
テムを詳細に説明する。
【０００８】投射装置１０は、白色光源１２（たとえば
金属ハロゲン・アーク灯）、および効率的な集光を行う
ための集光レンズ１４（パラボラまたは楕円反射器）を
含む。さらに、紫外光および赤外光を除去する１つまた
は複数のフィルタ１６が照射経路１７中に設けられる。
金属ハロゲン・アーク灯）、および効率的な集光を行う
ための集光レンズ１４（パラボラまたは楕円反射器）を
含む。さらに、紫外光および赤外光を除去する１つまた
は複数のフィルタ１６が照射経路１７中に設けられる。
【０００９】さらに、この装置は光均質光学系（ｌｉｇ
ｈｔ ｈｏｍｏｇｅｎｉｚａｔｉｏｎ ｏｐｔｉｃｓ）
（たとえば、光トンネルまたはハエの目レンズ系）を含
む。図１には、光トンネル均質化器（ｌｉｇｈｔ ｔｕ
ｎｎｅｌ ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｅｒ）１８が示される。
光トンネル均質化器１８の次に中継レンズ２０が配置さ
れる。中継レンズ２０は白色光出力をダイクロイック・
カラー・スプリッタ２２、２４へ集束する。図１では、
第１のダイクロイック・カラー・スプリッタ２２が青色
光を経路２６へ反射し、赤色光および緑色光成分を透過
する。第２のダイクロイック・カラー・スプリッタ２４
は赤色光を経路２８へ反射し、緑色光を経路３０へ透過
する。単色用の３つの視野レンズ３２、３４、３６は均
一の光出力を３つのＳＬＭ３８、４０、および４２上に
結像するために使用される。
ｈｔ ｈｏｍｏｇｅｎｉｚａｔｉｏｎ ｏｐｔｉｃｓ）
（たとえば、光トンネルまたはハエの目レンズ系）を含
む。図１には、光トンネル均質化器（ｌｉｇｈｔ ｔｕ
ｎｎｅｌ ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｅｒ）１８が示される。
光トンネル均質化器１８の次に中継レンズ２０が配置さ
れる。中継レンズ２０は白色光出力をダイクロイック・
カラー・スプリッタ２２、２４へ集束する。図１では、
第１のダイクロイック・カラー・スプリッタ２２が青色
光を経路２６へ反射し、赤色光および緑色光成分を透過
する。第２のダイクロイック・カラー・スプリッタ２４
は赤色光を経路２８へ反射し、緑色光を経路３０へ透過
する。単色用の３つの視野レンズ３２、３４、３６は均
一の光出力を３つのＳＬＭ３８、４０、および４２上に
結像するために使用される。
【００１０】赤および緑のカラー成分は、それぞれＳＬ
Ｍ４２および４０を照射するために使用される。照射光
学系は、ｓ偏光が確実にＳＬＭへ導かれるように、偏光
素子を含むことができる。
Ｍ４２および４０を照射するために使用される。照射光
学系は、ｓ偏光が確実にＳＬＭへ導かれるように、偏光
素子を含むことができる。
【００１１】赤色ＳＬＭ４２のためには、赤色ＰＢＳ立
方体４４がｓ偏光を赤色ＳＬＭ４２上へ反射する。同様
に、緑色ＳＬＭ４０については、第２の緑色ＰＢＳ立方
体４６が緑のｓ偏光を緑色ＳＬＭ４０上に反射する。
方体４４がｓ偏光を赤色ＳＬＭ４２上へ反射する。同様
に、緑色ＳＬＭ４０については、第２の緑色ＰＢＳ立方
体４６が緑のｓ偏光を緑色ＳＬＭ４０上に反射する。
【００１２】ＳＬＭの機能は、入射光のｓ偏光を像形成
ｐ偏光へ選択的に回転することである。像は、ＳＬＭに
よって反射された光がＰＢＳによってｓおよびｐの偏光
成分へ分離されたときに形成される。ＰＢＳは、元のｓ
偏光を反射し、像形成ｐ偏光を透過する。赤経路および
緑経路の双方は同様に動作する。
ｐ偏光へ選択的に回転することである。像は、ＳＬＭに
よって反射された光がＰＢＳによってｓおよびｐの偏光
成分へ分離されたときに形成される。ＰＢＳは、元のｓ
偏光を反射し、像形成ｐ偏光を透過する。赤経路および
緑経路の双方は同様に動作する。
【００１３】第３の青色ＳＬＭ３８は青色光のために使
用される。他の２つのカラーと同じように、ｓ偏光され
た青色光は、青色ＰＢＳ立方体４８を通して青色ＳＬＭ
３８へ導かれる。他の２つのＳＬＭと同じように、ｐ偏
光された像形成光は、青色ＳＬＭ３８によって反射され
青色ＰＢＳ立方体４８によって透過される。
用される。他の２つのカラーと同じように、ｓ偏光され
た青色光は、青色ＰＢＳ立方体４８を通して青色ＳＬＭ
３８へ導かれる。他の２つのＳＬＭと同じように、ｐ偏
光された像形成光は、青色ＳＬＭ３８によって反射され
青色ＰＢＳ立方体４８によって透過される。
【００１４】このとき、青色ＳＬＭ３８の中間像を形成
するために、中継レンズ５０が使用される。
するために、中継レンズ５０が使用される。
【００１５】２つの反射器、すなわち、前面ミラー５２
および直角プリズム５４を使用して、中間像は緑色ＰＢ
Ｓ立方体４６の表面に隣接した中間像平面５６上に導か
れ集束される。この平面は投射レンズ５８に関してスク
リーンと共役な位置に置かれる。中間像とは、ここで
は、何らかの光学的改変ないしは改質（たとえば拡大ま
たは集束）を与える手段を通して透過された像を意味す
る。図１の実施例では、そのような手段は中継レンズで
ある。
および直角プリズム５４を使用して、中間像は緑色ＰＢ
Ｓ立方体４６の表面に隣接した中間像平面５６上に導か
れ集束される。この平面は投射レンズ５８に関してスク
リーンと共役な位置に置かれる。中間像とは、ここで
は、何らかの光学的改変ないしは改質（たとえば拡大ま
たは集束）を与える手段を通して透過された像を意味す
る。図１の実施例では、そのような手段は中継レンズで
ある。
【００１６】青色ＰＢＳ立方体４８と中間像平面５６の
間に置かれた半波長（λ／２）遅延膜６０は、ｐ偏光さ
れた像形成青色光をｓ偏光された青色光へ回転するため
に使用される。
間に置かれた半波長（λ／２）遅延膜６０は、ｐ偏光さ
れた像形成青色光をｓ偏光された青色光へ回転するため
に使用される。
【００１７】次に、ｓ偏光された青色光は、緑色ＰＢＳ
立方体４６を用いてｐ偏光された像形成緑色光と再結合
される。すなわち、緑色ＳＬＭ４０からのｐ偏光は緑色
ＰＢＳ立方体４６を通過し、中間像平面５６からのｓ偏
光は緑色ＰＢＳ立方体４６によって反射される。
立方体４６を用いてｐ偏光された像形成緑色光と再結合
される。すなわち、緑色ＳＬＭ４０からのｐ偏光は緑色
ＰＢＳ立方体４６を通過し、中間像平面５６からのｓ偏
光は緑色ＰＢＳ立方体４６によって反射される。
【００１８】次に、赤、緑、および青の像を結合するた
めに、ダイクロイック・カラー結合プリズム６４が使用
される。ダイクロイック・コーティングは、赤色ＰＢＳ
立方体４４から入射される赤色光を反射し、緑色ＰＢＳ
立方体４６から入射される緑色光および青色光を透過す
る。結合された赤色、緑色、および青色像は投射レンズ
５８へ導かれる。
めに、ダイクロイック・カラー結合プリズム６４が使用
される。ダイクロイック・コーティングは、赤色ＰＢＳ
立方体４４から入射される赤色光を反射し、緑色ＰＢＳ
立方体４６から入射される緑色光および青色光を透過す
る。結合された赤色、緑色、および青色像は投射レンズ
５８へ導かれる。
【００１９】青色および緑色の像を再結合するとき、緑
色ＰＢＳの偏光コーティングを使用しない代替方法は、
別個のダイクロイック・コーティング（図示していな
い）を使用することである。このダイクロイック・コー
ティングは、緑色光を透過するが青色光を反射するよう
に設計される。このダイクロイック結合器は、緑色ＰＢ
Ｓの中に組み込むことができる。この緑色ＰＢＳコーテ
ィングは、まず偏光コーティングを含み（緑色ＳＬＭに
隣接した対角線に沿って）、次に青色／緑色ダイクロイ
ック結合器を含む（青色ＳＬＭの像に隣接して）。
色ＰＢＳの偏光コーティングを使用しない代替方法は、
別個のダイクロイック・コーティング（図示していな
い）を使用することである。このダイクロイック・コー
ティングは、緑色光を透過するが青色光を反射するよう
に設計される。このダイクロイック結合器は、緑色ＰＢ
Ｓの中に組み込むことができる。この緑色ＰＢＳコーテ
ィングは、まず偏光コーティングを含み（緑色ＳＬＭに
隣接した対角線に沿って）、次に青色／緑色ダイクロイ
ック結合器を含む（青色ＳＬＭの像に隣接して）。
【００２０】次に、ＳＬＭの再結合された３色像は、投
射レンズ５８を使用して後方または前方の投射スクリー
ン６２上に結像される。赤色および緑色ＳＬＭの像、お
よび青色ＳＬＭの中間像は、３つの像の合成像をスクリ
ーンに投射できるように、それぞれ投射レンズ５８に関
してスクリーンと共役な位置に置かれる。
射レンズ５８を使用して後方または前方の投射スクリー
ン６２上に結像される。赤色および緑色ＳＬＭの像、お
よび青色ＳＬＭの中間像は、３つの像の合成像をスクリ
ーンに投射できるように、それぞれ投射レンズ５８に関
してスクリーンと共役な位置に置かれる。
【００２１】倍率がほぼ１の中継レンズを組み込んだ光
学系の第２の実施例は、図２に示される。第２の実施例
では、投射装置１００は、図１の実施例で示した光学系
と同じように、アーク灯１０２、集光レンズ１０４、光
トンネル均質化器１０６、および中継レンズ１０８を含
む。図２において、照射光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、およ
び青（Ｂ）の成分へ分割するために、交差型ダイクロイ
ック構成体１１０が使用される。交差型ダイクロイック
構成体１１０は、４つのプリズムを組み合わせて１つの
交差型ダイクロイック立方体に形成するか、２つのプレ
ートを組み合わせて１つの交差型プレートに形成するこ
とができる。次に、３つのカラー成分は、３つの別々の
視野レンズ１１８、１２０、１２２およびＰＢＳ立方体
１２４、１２６、１２８を通して３つのＳＬＭ１１２、
１１４、１１６へ導かれる。３つのＳＬＭの２つについ
ては、ＳＬＭによって反射された像形成光は、ＰＢＳ立
方体によって反射され、続いてダイクロイック結合プレ
ート１３０（または立方体）を使用して再結合され、投
射レンズ１３２へ導かれる。図２では、図１の第１の実
施例と同じように、これらの最初の２つの経路は緑色お
よび赤色へ割り当てられる。第３の経路では、ＳＬＭお
よびＰＢＳによって反射された像形成光は、中継レンズ
１３４を通して導かれる。中継レンズは、投射レンズ１
３２に関してスクリーンと共役な位置に第３のＳＬＭの
中間像１３６を生成する。次に、この像は第２のダイク
ロイック結合プレート１３８（または立方体）の中で最
初の２つのＳＬＭからの光と再結合され、投射レンズ１
３２へ導かれる。この実施例では、中間像１３６はミラ
ー１４０を使用して投射レンズ１３２の後方焦点距離へ
導かれる。次に、中間像１３６は直角プリズム１４２に
よってダイクロイック結合プレート１３８へ導かれる。
学系の第２の実施例は、図２に示される。第２の実施例
では、投射装置１００は、図１の実施例で示した光学系
と同じように、アーク灯１０２、集光レンズ１０４、光
トンネル均質化器１０６、および中継レンズ１０８を含
む。図２において、照射光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、およ
び青（Ｂ）の成分へ分割するために、交差型ダイクロイ
ック構成体１１０が使用される。交差型ダイクロイック
構成体１１０は、４つのプリズムを組み合わせて１つの
交差型ダイクロイック立方体に形成するか、２つのプレ
ートを組み合わせて１つの交差型プレートに形成するこ
とができる。次に、３つのカラー成分は、３つの別々の
視野レンズ１１８、１２０、１２２およびＰＢＳ立方体
１２４、１２６、１２８を通して３つのＳＬＭ１１２、
１１４、１１６へ導かれる。３つのＳＬＭの２つについ
ては、ＳＬＭによって反射された像形成光は、ＰＢＳ立
方体によって反射され、続いてダイクロイック結合プレ
ート１３０（または立方体）を使用して再結合され、投
射レンズ１３２へ導かれる。図２では、図１の第１の実
施例と同じように、これらの最初の２つの経路は緑色お
よび赤色へ割り当てられる。第３の経路では、ＳＬＭお
よびＰＢＳによって反射された像形成光は、中継レンズ
１３４を通して導かれる。中継レンズは、投射レンズ１
３２に関してスクリーンと共役な位置に第３のＳＬＭの
中間像１３６を生成する。次に、この像は第２のダイク
ロイック結合プレート１３８（または立方体）の中で最
初の２つのＳＬＭからの光と再結合され、投射レンズ１
３２へ導かれる。この実施例では、中間像１３６はミラ
ー１４０を使用して投射レンズ１３２の後方焦点距離へ
導かれる。次に、中間像１３６は直角プリズム１４２に
よってダイクロイック結合プレート１３８へ導かれる。
【００２２】図２の実施例と図１の実施例との主な相異
は、次のとおりである。
は、次のとおりである。
【００２３】照射光を３つのカラー成分Ｒ、Ｇ、および
Ｂへ分離するために、交差型ダイクロイック構成体１１
０が使用される。
Ｂへ分離するために、交差型ダイクロイック構成体１１
０が使用される。
【００２４】照射光を透過および反射して投射レンズで
結像するために、ＰＢＳ立方体１２４、１２６、１２８
が使用される。すなわち、照射のためにはｐ偏光が使用
され、ＳＬＭの結像のためにはｓ偏光が使用される。
結像するために、ＰＢＳ立方体１２４、１２６、１２８
が使用される。すなわち、照射のためにはｐ偏光が使用
され、ＳＬＭの結像のためにはｓ偏光が使用される。
【００２５】３つのカラーの最終的な像の結合は、２つ
のダイクロイック結合プレート１３０、１３８によって
行われる。最初のダイクロイック結合プレート１３０は
緑色および赤色のＳＬＭ１１４、１１２からの光を結合
し、２番目のダイクロイック結合プレート１３８は赤色
／緑色光を青色光と結合する。この構成によって、投射
レンズ１３２のレトロフォーカス距離が長くなる。
のダイクロイック結合プレート１３０、１３８によって
行われる。最初のダイクロイック結合プレート１３０は
緑色および赤色のＳＬＭ１１４、１１２からの光を結合
し、２番目のダイクロイック結合プレート１３８は赤色
／緑色光を青色光と結合する。この構成によって、投射
レンズ１３２のレトロフォーカス距離が長くなる。
【００２６】これまで説明した光学系サブシステムのい
くつかを任意に組み合わせて、それらを組み込んだ他の
実施例を考えることができる。交換可能なサブシステム
としては、２つのプレートを使用したダイクロイック・
カラー分離器の代わりに交差型ダイクロイック照射器を
使用すること、ｐ偏光像の代わりにｓ偏光像を使用する
こと、ＰＢＳ結合器と組み合わせて使用される１つのダ
イクロイック結合器の代わりに２つのダイクロイック・
カラー結合プレートを使用することである。
くつかを任意に組み合わせて、それらを組み込んだ他の
実施例を考えることができる。交換可能なサブシステム
としては、２つのプレートを使用したダイクロイック・
カラー分離器の代わりに交差型ダイクロイック照射器を
使用すること、ｐ偏光像の代わりにｓ偏光像を使用する
こと、ＰＢＳ結合器と組み合わせて使用される１つのダ
イクロイック結合器の代わりに２つのダイクロイック・
カラー結合プレートを使用することである。
【００２７】これまで説明した光学系は、３つの反射型
空間光変調器に基づいて高分解能投射型ディスプレイの
改良された光学パフォーマンスを達成する。カラー収束
は、本発明の大きな利点である。青の経路に中継レンズ
を使用することによって、典型的光学系で生じるカラー
収束ミスの問題を直接に解決することができる。倍率が
小さい（１程度で差が＜１％）中継レンズを使用するこ
とによって、赤／緑の経路に対して青の経路を小さな倍
率で修正することが可能となる。投射レンズのパフォー
マンスと組み合わせて青の中継レンズの倍率を最適化す
ることによって、最終像でカラー収束度が著しく改善さ
れる。改善されるパフォーマンスとして、次のものがあ
る。
空間光変調器に基づいて高分解能投射型ディスプレイの
改良された光学パフォーマンスを達成する。カラー収束
は、本発明の大きな利点である。青の経路に中継レンズ
を使用することによって、典型的光学系で生じるカラー
収束ミスの問題を直接に解決することができる。倍率が
小さい（１程度で差が＜１％）中継レンズを使用するこ
とによって、赤／緑の経路に対して青の経路を小さな倍
率で修正することが可能となる。投射レンズのパフォー
マンスと組み合わせて青の中継レンズの倍率を最適化す
ることによって、最終像でカラー収束度が著しく改善さ
れる。改善されるパフォーマンスとして、次のものがあ
る。
【００２８】低複屈折の材料を必要とするガラス経路を
最小にすることによって、コントラストが著しく改善さ
れる。偏光ビームスプリッタ立方体の最初の半分だけを
低複屈折のガラスで製造すればよい。像形成光が一度Ｐ
ＢＳコーティングを通過すると、残りのガラスの複屈折
はコントラストに無関係である。
最小にすることによって、コントラストが著しく改善さ
れる。偏光ビームスプリッタ立方体の最初の半分だけを
低複屈折のガラスで製造すればよい。像形成光が一度Ｐ
ＢＳコーティングを通過すると、残りのガラスの複屈折
はコントラストに無関係である。
【００２９】カラー分割光学系をカラー再結合光学系か
ら分離することによって、カラーの効率性が改善され
る。カラー分割光学系のコーティングとカラー結合光学
系のコーティングは、別々に最適化することができる。
ら分離することによって、カラーの効率性が改善され
る。カラー分割光学系のコーティングとカラー結合光学
系のコーティングは、別々に最適化することができる。
【００３０】使用される分割／結合光学系のすべてを直
角型分割／結合光学系とし、１つのチャネルから他のチ
ャネルへ散乱する迷光（「クロストーク」）を除去する
ことによって、スループットが改善される。
角型分割／結合光学系とし、１つのチャネルから他のチ
ャネルへ散乱する迷光（「クロストーク」）を除去する
ことによって、スループットが改善される。
【００３１】さらに、投射レンズのレトロフォーカス距
離は、すべてのカラー結合光学系を通して３つのＳＬＭ
を直接に結像する典型的光学構成と比較して短くなる。
離は、すべてのカラー結合光学系を通して３つのＳＬＭ
を直接に結像する典型的光学構成と比較して短くなる。
【００３２】さらに、レトロフォーカス距離が短くなる
ので、開口数が大きな光学系を使用することができる。
さらに、そのような光学系はスループットを改善する。
なぜなら、大部分の応用例では、スループットはランプ
の明るさに制限されるからである。
ので、開口数が大きな光学系を使用することができる。
さらに、そのような光学系はスループットを改善する。
なぜなら、大部分の応用例では、スループットはランプ
の明るさに制限されるからである。
【００３３】要するに、本発明は、空間光変調器の中間
像を形成する手段と、前記中間像をスクリーン上に投射
する手段とを備えた投射装置に関する。さらに、この投
射装置は、複数のカラー像をスクリーン上に投射する手
段と、前記カラー像の少なくとも１つを、倍率および残
存する色収差について修正する手段とを含む。図１およ
び図２の中継レンズ５０および１３４がこれらの修正を
行う。
像を形成する手段と、前記中間像をスクリーン上に投射
する手段とを備えた投射装置に関する。さらに、この投
射装置は、複数のカラー像をスクリーン上に投射する手
段と、前記カラー像の少なくとも１つを、倍率および残
存する色収差について修正する手段とを含む。図１およ
び図２の中継レンズ５０および１３４がこれらの修正を
行う。
【００３４】複数のカラー像を投射する本発明の投射装
置は、複数のカラーの源と、複数のカラーの各々を、前
記カラーの各々に対応する空間光変調器に投射する手段
と、カラー像の各々を像再結合経路中で合成像へ結合す
る手段と、像再結合経路中の複屈折に起因する偏光分裂
を除去する手段と、コントラストを与える手段とを備え
ている。
置は、複数のカラーの源と、複数のカラーの各々を、前
記カラーの各々に対応する空間光変調器に投射する手段
と、カラー像の各々を像再結合経路中で合成像へ結合す
る手段と、像再結合経路中の複屈折に起因する偏光分裂
を除去する手段と、コントラストを与える手段とを備え
ている。
【００３５】投射型ディスプレイ用光学系のいくつかの
実施例および変更例を詳細に説明したが、本発明の開示
および教示は、当業者に対して多くの代替的設計を示唆
することが明らかであろう。
実施例および変更例を詳細に説明したが、本発明の開示
および教示は、当業者に対して多くの代替的設計を示唆
することが明らかであろう。
【００３６】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。 （１）第１の空間光変調器の中間像を形成する第１手段
と、前記中間像をスクリーン上に投射する第２手段とを
備えた、投射装置。 （２）前記第１手段が中継レンズを含む、上記（１）に
記載の投射装置。 （３）前記第１手段が、前記第２手段の投射レンズの後
方焦点距離に、前記中間像を形成する手段を含む、上記
（２）に記載の投射装置。 （４）第２の空間光変調器と、前記第２の空間光変調器
からの像を前記スクリーン上に投射する手段とを備え
た、上記（２）に記載の投射装置。 （５）前記第２の空間光変調器からの前記像および前記
中間像の各々が前記スクリーン上に投射される前に、そ
れらの像を結合する手段を備えた、上記（４）に記載の
投射装置。 （６）前記第２の空間光変調器が前記投射レンズの前記
後方焦点距離に像を形成する、上記（４）に記載の投射
装置。 （７）前記結合手段が偏光ビーム・スプリッタおよびダ
イクロイック・カラー結合器を含む、上記（５）に記載
の投射装置。 （８）複数のカラーの源と、前記カラーの各々を、各カ
ラーに対応した空間光変調器上に個別的に投射して、複
数のカラー像を形成する手段と、前記カラー像の少なく
とも１つの中間像を形成する手段と、前記カラー像の少
なくとも１つの前記中間像を前記複数のカラー像の残り
と結合して、像再結合経路中に合成像を形成する手段
と、前記合成像をスクリーン上に投射する手段とを備え
た、投射装置。 （９）中間像を形成する前記手段が、倍率および残存の
色収差について前記カラー像の前記少なくとも１つを修
正する手段を含む、上記（８）に記載の投射装置。 （１０）像再結合経路中の複屈折に起因する偏光分裂を
減少させコントラストを与える手段を含む、上記（８）
に記載の投射装置。
の事項を開示する。 （１）第１の空間光変調器の中間像を形成する第１手段
と、前記中間像をスクリーン上に投射する第２手段とを
備えた、投射装置。 （２）前記第１手段が中継レンズを含む、上記（１）に
記載の投射装置。 （３）前記第１手段が、前記第２手段の投射レンズの後
方焦点距離に、前記中間像を形成する手段を含む、上記
（２）に記載の投射装置。 （４）第２の空間光変調器と、前記第２の空間光変調器
からの像を前記スクリーン上に投射する手段とを備え
た、上記（２）に記載の投射装置。 （５）前記第２の空間光変調器からの前記像および前記
中間像の各々が前記スクリーン上に投射される前に、そ
れらの像を結合する手段を備えた、上記（４）に記載の
投射装置。 （６）前記第２の空間光変調器が前記投射レンズの前記
後方焦点距離に像を形成する、上記（４）に記載の投射
装置。 （７）前記結合手段が偏光ビーム・スプリッタおよびダ
イクロイック・カラー結合器を含む、上記（５）に記載
の投射装置。 （８）複数のカラーの源と、前記カラーの各々を、各カ
ラーに対応した空間光変調器上に個別的に投射して、複
数のカラー像を形成する手段と、前記カラー像の少なく
とも１つの中間像を形成する手段と、前記カラー像の少
なくとも１つの前記中間像を前記複数のカラー像の残り
と結合して、像再結合経路中に合成像を形成する手段
と、前記合成像をスクリーン上に投射する手段とを備え
た、投射装置。 （９）中間像を形成する前記手段が、倍率および残存の
色収差について前記カラー像の前記少なくとも１つを修
正する手段を含む、上記（８）に記載の投射装置。 （１０）像再結合経路中の複屈折に起因する偏光分裂を
減少させコントラストを与える手段を含む、上記（８）
に記載の投射装置。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の投射装置の１つの実施例を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図２】本発明の投射装置の他の実施例を示すブロック
図である。
図である。
１０ 投射装置 １２ 白色光源 １４ 集光レンズ １６ フィルタ １７ 照射経路 １８ 光トンネル均質器 ２０ 中継レンズ ２２ ダイクロイック・カラー・スプリッタ ２４ ダイクロイック・カラー・スプリッタ ２６ 経路 ２８ 経路 ３０ 経路 ３２ 視野レンズ ３４ 視野レンズ ３６ 視野レンズ ３８ 青色ＳＬＭ ４０ 緑色ＳＬＭ ４２ 赤色ＳＬＭ ４４ 赤色ＰＢＳ立方体 ４６ 緑色ＰＢＳ立方体 ４８ 青色ＰＢＳ立方体 ５０ 中継レンズ ５２ 前面ミラー ５４ 直角プリズム ５６ 中間像平面 ５８ 投射レンズ ６０ 遅延膜 ６２ 前方投射スクリーン ６４ ダイクロイック・カラー結合プリズム １００ 投射装置 １０２ アーク灯 １０４ 集光レンズ １０６ 光トンネル均質器 １０８ 中継レンズ １１０ 交差型ダイクロイック構成体 １１２ ＳＬＭ １１４ ＳＬＭ １１６ ＳＬＭ １１８ 視野レンズ １２０ 視野レンズ １２２ 視野レンズ １２４ ＰＢＳ立方体 １２６ ＰＢＳ立方体 １２８ ＰＢＳ立方体 １３０ ダイクロイック結合プレート １３２ 投射レンズ １３４ 中継レンズ １３６ 中間像 １３８ ダイクロイック結合プレート １４０ ミラー １４２ 直角プリズム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０ Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｃ Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０ (72)発明者 ファド・イリア・ドアニ アメリカ合衆国10536、 ニューヨーク 州カトナ シィダー・ロード 125 (72)発明者 ロバート・リー・メルシャー アメリカ合衆国10549、 ニューヨーク 州マウント・キスコ デール・クリー ク・レーン ９ (72)発明者 ラマ・ナンド・サイ アメリカ合衆国06801、 コネティカッ ト州ベヘル ファー・ホライズン・ドラ イブ 20 (56)参考文献 特開 平８−201756（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−82723（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−281881（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 27/18 G02B 27/28 G02F 1/13
Claims (3)
- 【請求項１】光源からの光を複数のカラー成分に分離す
る手段と、 前記カラー成分の各々と対応して設けられた複数の空間
光変調器と、 各前記カラー成分を、対応する空間変調器上に個別に投
射し、空間光変調器からの反射光により複数のカラー像
を形成する複数の偏光ビーム・スプリッタと、 前記カラー像の少なくとも１つの中間像を形成する手段
と、 前記中間像を前記複数のカラー像の残りと結合して、像
再結合経路中に合成像を形成する手段と、 前記合成像をスクリーン上に投射する投射レンズとを備
え、 前記中間像を形成する手段は中継レンズを含み、 前記中間像および前記残りのカラー像は、前記投射レン
ズに関して前記スクリーンと共役な位置に形成され、 前記合成像を形成する手段はダイクロイック・カラー結
合手段を含む投射装置。 - 【請求項２】前記中間像は前記残りのカラー像と関連す
る所定の偏光ビーム・スプリッタを介して前記ダイクロ
イック・カラー結合手段に結合される、請求項１に記載
の投射装置。 - 【請求項３】前記ダイクロイック・カラー結合手段は、
前記残りのカラー像を受け取る第１のダイクロイック・
カラー結合手段と、前記第１のダイクロイック・カラー
結合手段からのカラー像および前記中間像を受け取る第
２のダイクロイック・カラー結合手段とを含む、請求項
１に記載の投射装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/908395 | 1997-08-07 | ||
| US08/908,395 US6247816B1 (en) | 1997-08-07 | 1997-08-07 | Optical system for projection displays using spatial light modulators |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11119153A JPH11119153A (ja) | 1999-04-30 |
| JP3154691B2 true JP3154691B2 (ja) | 2001-04-09 |
Family
ID=25425727
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|---|---|---|---|
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