JP3180389B2 - 画像視覚化装置 - Google Patents

画像視覚化装置

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JP3180389B2
JP3180389B2 JP32147691A JP32147691A JP3180389B2 JP 3180389 B2 JP3180389 B2 JP 3180389B2 JP 32147691 A JP32147691 A JP 32147691A JP 32147691 A JP32147691 A JP 32147691A JP 3180389 B2 JP3180389 B2 JP 3180389B2
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ラジャベンバック アンリ
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    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
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    • H04N5/7416—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor involving the use of a spatial light modulator, e.g. a light valve, controlled by a video signal

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】本発明は光の映像を表示する装置に関す
るものである。
【０００２】もっと特定して言えば、本発明は幅広いス
クリーン上へのビデオ画像の投写に適用することができ
る。
【０００３】液晶の活性マトリクスに基づくワイドスク
リーン・ビデオ投写システムは現在開発中である。こう
いったマトリクスは一般に、ビデオ信号による異る画素
のアドレス用薄膜トランジスタと連動した「ネマチック
・ヘリックス」形の液晶を用いている。それらは動的ス
ライドに相当するものである。結果として生ずる投写機
はその設計によってスライド投写機にたとえられる。色
画像は、カラーＴＶのブラウン管の機構に類似した配列
に基づいて着色した諸フィルタを備えた単一の光学バル
ブ、又は三つの単色バルブから得られる。
【０００４】これらの投写機は原理的には非常に魅力的
であるが、数％という極めて貧弱な光効率であるという
欠点がある。それは使用するセルが干渉偏光子間で仕事
をすることを必要とするからであって、このことは第一
に照明源の偏光の成分の一つが使用されない（５０％の
損失を伴う）ことを意味し、第二には偏光子による追加
吸収があって、これを考慮に入れなければならないこと
を意味している。各画素の有用な面は小さく（各画素間
の距離、各トランジスタによって占められる面積、等に
よる）、同じセル面積に対して、高品位テレビと矛盾し
ない非常に高精細度のセルを設けることが求められる
程、全てもっと小さくなるであろう。
【０００５】このような投写機の光効率における増加を
可能とする装置は現在研究中であるけれども、１０％を
超える効率を有する投写機を作ることを可能にすること
はできそうにない。
【０００６】液晶マトリクスの使用と並行して、三色レ
ーザ投射に基づくアプローチも考えることができる。こ
のようなアプローチでは、光機械的（ホログラフィック
的を含む）及び音響光学的方法による、レーザビームの
ＸＹ偏向に関する方法を使っている。これらのアプロー
チは数個のファクタで制限を受ける。 ・フリッカ現象（スクリーンの残留性による） ・高効率を保持しながら同時に多数のドットによる速い
偏向子を作ることのむずかしさ。 ・スペックル雑音による寄生現象の存在（使用するレー
ザ光源の干渉性に関係）
【０００７】ここに提案するアプローチは、信号ビーム
とポンプビームとの間の効率の良いエネルギー伝達を可
能とする、投写システム中で液晶マトリクスを使用する
こと（その工業的発展が必然的である）に基づいてい
る。
【０００８】
【発明の要約】本発明の特徴は、 ・第一の光ビームを受け、変調されたビームを再送出す
る光の空間変調器と、 ・この変調されたビーム及び第二の光ビームを受け、第
二の光ビームから変調されたビームに向ってエネルギー
を伝達する、エネルギー伝達装置（つまり光増幅装置）
とを有する画像視覚化装置にある。
【０００９】
【実施例】ポンプビームから信号ビームへのエネルギー
伝達の技術は今やよく知られている。この技術は光屈折
性物質（ＢＳＯ、ＢａＴｉＯ３、ＳＢＮ等）の使用にと
りわけ依存している。
【００１０】提案するアプローチは、標準的な液晶活性
マトリクスを用いる標準的投写機の低い効率を克服する
ために、このエネルギー伝達効果を使用することにあ
る。
【００１１】図１の一般的で典型的な実施例では、第一
のビームＦ１を受け、実行される空間変調に従った画像
を伝える変調されたビームＦＭを送出する、光の空間変
調器１を持っている。空間変調器１は例えば液晶のセル
である。
【００１２】非線形媒質、例えば光屈折性結晶のような
物質のエネルギー伝達セル２（光増幅装置）は、変調さ
れたビームＦＭ及び第二のビームＦ２を、エネルギー伝
達が第二のビームＦ２から変調されたビームＦＭに向っ
て起るように、受光する。従って、表示しようとする大
きく増幅された変調ビームＦＡが得られる。この目的を
達するため、Ｆ２とＦＭの二つのビームは同じ波長を有
し、そのなす角度は先行技術で知られているように、光
屈折性物質の性質に従って定まる角度をなす。
【００１３】図２は本発明に基づく装置の典型的な実施
例の詳細を示す。
【００１４】この装置は実際上次の項目を有する。 ・ビームＦ１を発する偏光光源３（レーザ）； ・ビームＦ１を高強度ビームＦ２と低強度ビームＦ１と
に分けるビーム分離器４； ・低強度ビームＦ１を受け、変調されたビームＦＭを送
出する液晶スクリーンのような光の空間変調器１； ・低強度被変調ビームＦＭと、高強度ビームＦ２を受光
し、ビームＦ２からビームＦＭへのエネルギー伝達を遂
行する非線形媒質２、例えば光屈折性結晶のような、エ
ネルギー伝達装置； ・得られたビームＦＡをスクリーン１１上に表示するこ
とができるようにする対物レンズ５。
【００１５】この装置の動作は従って次のとおりであ
る。
【００１６】レーザ３から来る放射は、等しくない強度
ｉ及びＩｐの二つのビームＦ１及びＦ２に分けられる。
低強度のＦ１は標準的投写機で使われているのと同様な
方法で液晶マトリクスを照らすように、液晶マトリクス
に向って導かれる（レーザは偏光させ得る利点があるか
ら、標準的投写システムの入力偏光子の消去及び光平衡
に関する少くとも３dBの利得を得ることを可能とするこ
とは記憶しておかなくてはならない）。
【００１７】何故液晶投写機の効率が低いのかは既に知
っている。αをこの効率（α≪１）としよう。光学バル
ブ及び偏光子の出力においては、光の強度は従って
（α．ｉ）である。
【００１８】高強度Ｉｐを有するビームＦ２は、変調器
１から来る低レベルビームＦＭを増幅するため、ポンプ
ビームとして使用される。これを行うためには、強度Ｉ
ｐ及び（α．ｉ）を有するビームＦＭ及びＤ２は、エネ
ルギーをポンプビームＦ２から変調されたビームＦＭへ
伝達するように、光屈折率性媒質２（例えばチタン酸バ
リウム結晶）中で組合せられる。この伝達は、Ｉｐ／
（α．ｉ）の比が大（例えば１０３）である場合、変調
されたビームＦＭとポンプビームＦ２との間の角度が正
確に調整されている場合（利得は縞のピッチに依存する
−このピッチは使用している光屈折性物質の特性である
−バルブから来るような、ある角度スペクトルを有す
る、ビームを増幅するに十分である、角度通過帯域を有
する、あるミクロン値を有するチタン酸バリウムが代表
的である）、及び信号ビームがｍＷ／cm２の程度の強さ
密度を有する場合に、すぐれた効率で達成することがで
きる。この伝達相互作用の効率はＢａＴｉＯ３やＳＢＮ
のような物質においては、１００％に達する可能性があ
る。
【００１９】標準的な投写システムで強度Ｉのレーザビ
ームを直接使用する投写システムの可能な収率ｎ１と、
上記のようにエネルギー伝達法を用いる本発明に基づく
投写システムでの収率ｎ２とを比較することができる。 ｎ１＝α ｎ２＝Ｉｐ／Ｉ＝Ｉ−ｉ／Ｉ
【００２０】（α．ｉ）は１〜１０ｍＷの程度であり、
比Ｉｐ／α．ｉ（α≒５％）は、１cm２程度の相互作用
表面につき約１０３であることがわかっている。
【００２１】（α．ｉ）＝１ｍＷの場合は、ｉ＝２０ｍ
ＷでＩｐ＝１Ｗ，Ｉ＝１．０２Ｗである。このアプロー
チでは１０ｍ２の程度のスクリーン上への投写を可能に
する。標準的なアプローチでは、使用可能なものの全て
は、５００ｍＷの程度のパワー（仕事率）と思われ、こ
れは１ｍ２のスクリーン上への投写に対してやっと十分
であるであろう。
【００２２】標準的アプローチでは、照明ビームの大部
分が液晶セルによってさえぎられるが、高出力レーザを
システムの低光効率を補償するため使用するとき、事実
上の加熱という事実によってこのセルが劣化するという
危険があるという事も、記憶しておくべきである。
【００２３】従って本発明のシステムは、液晶の加熱の
問題の可能性を解決することができる。
【００２４】上記の二つの場合においては、レーザに必
要とされるパワーの値は既存のレーザ、すなわちアルゴ
ン又はクリプトンレーザのみならず二重Ｎｄ：ＹＡＧレ
ーザのパワー値と矛盾しない。パワーレーザ・ダイオー
ド、Ｎｄ：ＹＡＧ形の固体レーザによるポンピング技術
の開発は、安価で高効率且つ長寿命を有し、操作を簡単
にしたレーザ光源を作ることができる。
【００２５】テレビの速度で動画の投写をするには、使
用される光屈折性物質の応答時間を、適切にすることが
重要である。ＢＳＯの応答時間は２０ミリ秒の程度で、
従って考えている用途と矛盾しない。ＢａＴｉＯ３も使
用することができる。これは全エネルギーの伝達とパワ
ー密度に依存する応答時間を可能にする。テレビの速度
と矛盾しない応答時間であろうとする場合は、ここで考
えている大きさに対応する、１ワット／cm２から数ワッ
ト／cm２かまでの程度の、高いパワー密度値を有するこ
とが必要である。
【００２６】図１の装置は、本発明のシステムをもっと
こじんまりとすることのできる装置を含んでいる。これ
らは特に反射装置６、７及び１０であって、光ビームを
適当な方向に送ることができる。
【００２７】発散レンズ１２はビームＦ１を、空間変調
器１の全表面に分散することができる。集束レンズ８
は、対象物に最大エネルギーを集中するように、レンズ
５の光学的中心に、変調されたビームＦＭを集中するこ
とができる。
【００２８】なお、半波長板又は半波長板と四分の一波
長板との組合せのような偏光制御器がポンプビームＦ２
の通路に置いて、光屈折率性結晶２に適用された偏りを
伴うポンプビームＦ２の送出を可能とすることができ
る。
【００２９】上質の投写を得るためには、光屈折性物質
中の増幅実験で観測されることのある、寄生散乱光の増
幅及び内部反射に基づく雑音の問題を取除くことが必要
である。１９８９年５月１６日提出のフランス特許、出
願番号８９０６３４４に述べられているように、この雑
音は相互作用の間光屈折性結晶を僅かに回転させること
によって軽減することができる。
【００３０】増幅しようとする変調されたビームＦＭ
は、非線形媒質２（光屈折性結晶）中でポンプビームＦ
２と干渉する。従って、雑音を相当程度減らすか、もし
くは取除くために、雑音発生が、軸の周りに非線形媒質
を軸の回りに回転させて動かすことによって防止され
る。図３はこのような配置を示す。光屈折性結晶２は変
調されたビームＦＭとポンプビームＦ２を適当な角度で
受光する。本発明によれば、図３に示すように、結晶２
は両ビームを一つの同じ面２０によって受光する。
【００３１】光屈折性媒質２と連動する手段（図示せ
ず）により、この媒質を光屈折性結晶の入射面２０が変
調されたビームとポンプビームに関して回転するよう
に、軸０の周りの平均の位置の周りに振動させることが
できる。
【００３２】更に、結晶の移動が結晶中での妨害の確立
を妨げることができるようにするために、軸０に対して
結晶の外、好ましくは図３に示すとおり結晶の高さにほ
ぼ等しい距離に位置するように、ある種の設備を設ける
と利益がある。
【００３３】増幅された信号と増幅された雑音との観測
から、結晶の移動速度は、雑音の増幅に影響を与えるに
十分ではあるが、ずっと速く確定する変調されたビーム
に関する利得の機構には極めて僅かしか影響しない、あ
る制限値よりも小さいことが望ましい。
【００３４】雑音に対応する干渉ネットワークの確立に
対する時定数は信号に対する時定数よりもずっと長いか
ら、毎秒当り１度の程度の回転が、信号対雑音比におい
て支配的倍率を得（実験的には１０倍の倍率が示され
た）、雑音のない増幅画像を得るのには十分であること
がわかった。提案した投写装置はこの可能性から大きく
利益を受ける筈である。結晶の交互運動から生じ得る、
スクリーン上での考えられる僅かな画像のずれは、適切
な光学システムによって容易に補償することができる。
例えばこのシステムは、光屈折性結晶２に関して逆方向
に振動し、結晶２と事実上同じ屈折率を有する、並行面
を持つ一枚の板で構成される。
【００３５】各瞬間において、結晶１及びこの並行面を
有する板は、被変調ビームＦＭの伝播の方向に直角の方
向に関して、対称の位置を占める。従って、被変調ビー
ムＦＭと増幅ビームＦＡとは常にほぼ直線的関係にな
る。
【００３６】三色投写は以上述べたものと同じような三
つの独立したシステムから得ることができる。このこと
は、青色、緑色及び赤色において同様の性質をもった、
光屈折性結晶を得ることを必要とする。今日、ＢａＴｉ
Ｏ３形の結晶は緑色及び緑青色でうまく働いている。対
照的に、それらは赤色で僅かに感度が足りない。ドーピ
ングの最適化によってこの欠点を克服することができ
る。
【００３７】この場合には、三色（赤、青、緑）に対応
する三本のビームが空間変調器によって空間的に処理さ
れる。図４に示されるもののような配置が例えば使用さ
れる。三本のビーム、赤（Ｆ１Ｒ）、緑（Ｆ１Ｖ）、青
（Ｆ１Ｂ）は空間変調器１Ｒ、１Ｖ、１Ｂによって処理
される。変調後のビームＦＭＲ、ＦＭＶ、ＦＭＢは二色
性の立方体に送出される。この立方体の３Ｒという面は
赤色ビームＦＭＲを反射する。３Ｂという面は青色ビー
ムＦＭＢを反射する。緑色ビームＦＭＶは反射しないで
立方体を貫通する。従ってこれら三本のビームは一本の
ビームＦＭＴに組合され、これが上記のようにエネルギ
ー伝達装置２の中で増幅されて、増幅されたビームＦＡ
を与える。エネルギー伝達に関しては、装置２は三本の
ポンプビームＦ２Ｒ、Ｆ２Ｖ、Ｆ２Ｂを受光するが、こ
れらは三色、赤、緑、青に対応しており、ビームＦ１
Ｒ、Ｆ１Ｖ、Ｆ１Ｂを作ったのと同じ光源から与えられ
ることが望ましい。
【００３８】光屈折性結晶２の代りに、直列においた二
個又は三個の光屈折性結晶を使用しても、本発明のシス
テムを構成することが可能である。図５はこのような配
置を示しているが、ここで各結晶２Ｒ、２Ｖ、２Ｂはた
だ一つの波長のただ一つのビームだけの増幅が可能であ
り、他の波長に対しては透明（ただ透過させるだけ）で
ある。
【００３９】従って結晶２ＲはポンプビームＦ２Ｒ（赤
色）を受光し、ビームＦＭＴの赤色成分の増幅を可能と
する。これはビームＦＭＴの緑色及び青色成分に対して
は透明である。
【００４０】結晶２Ｖ及び２Ｂの動作はそれぞれ緑色及
び青色の成分について同様である。
【００４１】図６に示すように、エネルギー伝達装置２
Ｒ、２Ｖ、２Ｂを各空間変調器１Ｒ、１Ｖ、１Ｂと関連
づけ、変調後においてのみ三つの変調されたビームを再
結合することもできる。
【００４２】本発明のシステムは、唯一個の変調器しか
持っていないシステムにも適用することができる。この
場合には、三つのレーザから来る光線は、赤色、緑色、
青色の画素の循環と等価なものを得るように、異る画素
上にレンズ又はホログラムのマトリクスによって収束さ
れる。
【００４３】増幅は図４又は図５の配置を適用すること
によって達成することができる。
【００４４】上記の記述は、純粋に一例によって与えら
れてきたことは明かである。本発明の範囲を逸脱しない
で、他の諸変形も考えることができる。特に、エネルギ
ー伝達装置（又は増幅装置）のみならず、空間変調器の
性質も上記に示した以外の異るものとすることもでき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の典型的な実施例を示す。
【図２】本発明に基づく装置の典型的な実施例の詳細を
示す。
【図３】非線形媒質のシフトに備えた装置を示す。
【図４】三色投写に適用した本発明による装置を示す。
【図５】図４の装置の一変形を示す。
【図６】三色投写に適用した本発明による別の装置を示
す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミシェル パピュション フランス国， 91140 ビレボン エス ／ イベット， リュ デュ バ ド ラ フェーム， 16番地 (72)発明者 アンリ ラジャベンバック フランス国， 75013 パリ， リュ ド ラ コロニ， 67−69番地 (72)発明者 ブリジット ロワスロー フランス国， 91120 ビレボン エス ／ イベット， レジダンス デュ ム リン ド ラ プランシェ， ８番地 (56)参考文献 Ａｒｔｈｕｒ Ｃｈｉｏｕ ａｎｄ Ｐｏｃｈｉ Ｙｅｈ，Ｅｎｅｒｇｙ ｅ ｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｏｐｔｉｃ ａｌ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｓ ｕｓｉｎｇ ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａ ｃｔｉｖｅ ｈｏｌｏｇｒａｍｓ，ＡＰ ＰＬＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳ，Ｏｐｔｉｃ ａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒ ｉｃａ，第29巻，第８号，ｐ．1111− 1117 Ｈ．Ｒａｊｂｅｎｂａｃｈ，Ａ．Ｄｅ ｌｂｏｕｌｂｅ ａｎｄ Ｊ．Ｐ．Ｈｕ ｉｇｎａｒｄ，Ｎｏｉｓｅ ｓｕｐｐｒ ｅｓｓｉｏｎ ｉｎ ｐｈｏｔｏｒｅｆ ｒａｃｔｉｖｅ ｉｍａｇｅ ａｍｐｌ ｉｆｉｅｒｓ，ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴ ＥＲＳ，Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔ ｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，第14巻，第 22号，ｐ．1275−1277 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/13

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光ビーム（Ｉ）を供給する光源（３）
    と、 光ビーム（Ｉ）を受理し、視覚化すべき画像を搬送する
    変調済みビームを送出するような形でビームの強度を変
    調する光空間変調器（１）、及び変調済みビーム（Ｆ
    Ｍ）を受理しビームにより搬送された画像を表示する視
    覚化手段（５、１１）を含んでなる画像視覚化装置にお
    いて、 光源はレーザ源であり、それが発出する光ビームが第一
    のレーザビームを構成し、 変調器（１）と視覚化手段（５、１１）の間に光増幅装
    置（２）がもうけられ、一方では第一の変調済みレーザ
    ビーム（ＦＭ）を、他方では変調済みビーム（ＦＭ）を
    増幅するべくポンプビームとして用いられる第二のレー
    ザビーム（Ｆ２）を受理し、増幅済みビームを視覚化手
    段に向かって送出し、 光増幅装置（２）の移動手段がもうけられ、変調済みビ
    ームとの関係においてこの光増幅装置の移動を可能にし
    ており、 前記移動手段が固定軸（０）との関係において光増幅装
    置（２）を振動させ、 前記光増幅装置（２）の運動によってひき起こされる画
    像の移動を補償するべく光増幅装置とは逆方向に固定軸
    （０）を中心として回転し、その位置が変調済みビーム
    の伝播方向に対し垂直な方向との関係において増幅装置
    の位置と各瞬間において対称である平行面をもつ前記光
    増幅装置（２）とほぼ同じ屈折率を有する板を有してい
    ることを特徴とする画像視覚化装置。
  2. 【請求項２】 第一のビーム（Ｆ１）の経路に置かれ投
    射用対物レンズ（５）の光学中心に変調済みビームを集
    束させる集束レンズ（８）を有することを特徴とする請
    求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記空間変調器（１）が液晶装置である
    ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記光増幅装置（２）が光屈折性結晶で
    あることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 第一の光ビーム（Ｆ１）及び第二の光ビ
    ーム（Ｆ２）が同じ偏光で偏光されることを特徴とする
    請求項１に記載の装置。
  6. 【請求項６】 第一（Ｆ１）及び第二（Ｆ２）の光ビー
    ムが同じ光源（３）によって供給され、ビーム分離装置
    （４）がもうけられ、この光源により供給された１本の
    ビームを低強度の第一のビーム（Ｆ１）と高強度の第二
    のビーム（Ｆ２）に分離することを特徴とする請求項５
    に記載の装置。
  7. 【請求項７】 各々特定の波長の光ビーム（Ｆ１Ｒ、Ｆ
    １Ｖ、Ｆ１Ｂ）を受理する複数の光空間変調器（１Ｒ、
    １Ｖ、１Ｂ）と、空間変調器により変調されたビーム及
    びポンプビーム（Ｆ２Ｒ、Ｆ２Ｖ、Ｆ２Ｂ）を受理し変
    調済みビームを供給する各空間変調器に結びつけられた
    光増幅装置（２）と、光増幅装置（２）により供給され
    た変調・増幅済みビームを受理し組合せられたビーム
    （ＦＡ）を供給する、ビーム組合せ装置（３０）を有す
    ることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  8. 【請求項８】 規定の波長のビームを変調する複数の光
    空間変調器（１Ｒ、１Ｖ、１Ｂ）と、変調器により変調
    されたビームを受理し組合せられたビーム（ＦＭＴ）を
    供給するビーム組合せ装置（３０）と、組合せられたビ
    ーム及び前記波長を含む１本のポンプビームを受理する
    光増幅装置（２）を有することを特徴とする請求項１に
    記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記波長のうちの１つを有するポンプビ
    ームを各々１本ずつ受理する、組合せられたビーム上に
    直列に置かれた複数の光増幅装置（２Ｒ、２Ｖ、２Ｂ）
    を有し、各々の光増幅装置が、単数又は複数の波長の増
    幅を可能にし、その他の波長に対し透過性を有すること
    を特徴とする請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記空間変調器が、異なる波長の少な
    くとも３本のビームを受理し、これら３本のビームが、
    異なる形で変調され得るように空間変調器の異なる３つ
    の変調要素上に集束され、３本の変調済みビームがその
    後単数又は複数の増幅装置に伝送されることを特徴とす
    る請求項１に記載の装置。
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