JP3221678B2 - 投射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は放射光ビームを発生する放射線源と、表示す
べき画像に従って放射光ビームを変調する変調装置と、
表示すべき画像を投射スクリーンに投射する投射レンズ
装置とを具え、前記変調装置は、放射光ビームをサブビ
ームに分割する少なくとも１つのカラー分離ダイクロイ
ックミラーを含むカラー分離兼カラー再合成システム
と、前記サブビームを反射兼変調する第１および第２反
射ライトバルブとを具える投射装置に関するものであ
る。

（従来の技術） 投射装置（プロジェクタ）は、例えば、テレビジョン
またはビデオプログラムのような画像の大型フォーマッ
ト表示に用いるが、テキスト、イラストレーションその
他データのようなコンピュータによって発生した画像を
可視表示するためにも用いる。画像は視聴者に見え得る
スクリーンに投射するとともにこのスクリーンは、例え
ば、投射装置に固定接続され、これと相俟ってアセンブ
リを形成する背面投射スクリーンとするか、またはプロ
ジェクタに直接結合しない前面投射スクリーンとする。

この種の投射装置は米国特許出願US−A4,191,456号明
細書から既知であるこの米国特許出願明細書に記載され
ている装置は光源と、直線性偏光放射光ビームを発生す
る偏光−感知ビームスプリッタとを具えている。このビ
ームは２つのカラー選択ミラーによって原色、即ち、
青、緑および赤に対応する３つのサブービームに分割し
ている。各サブービームは中性および偏光−感知ミラー
を介して反射ライトバルブに向けるようにする。このラ
イトバルブは表示すべき画像に従って反射ビームの部分
の偏光方向を回転するミラーとして作動する。反射され
たサブービームは再び偏光−感知ミラーを通過するが、
偏光方向が回転される部分はサブービームの残部から分
離されるようになる。回転した偏光を有するサブービー
ムは第２組のカラー選択ミラーによってビームに組合わ
され、このビームを投射レンズによってスクリーンに投
射する。

（発明が解決しようとする課題） かかる既知の投射装置はコンパクトではない。ライト
バルブへの放射光ビームの放射光通路は反射されたビー
ムの放射光通路に平行に延在する。これがため、装置の
大部分が二重に構成されるようになる。特に、装置は２
組のカラー選択ミラーを具える。かかるミラーは入射放
射光の偏光方向に感応するため、これらミラーは、入射
ビームおよび反射ビームの放射光通路に配列された単一
の組によって光および品質を損失することなく、取換え
ることはできない。

他の欠点は、既知の投射装置が、ライトバルブに入射
するビームとライトバルブにより反射されたビームとを
分離する比較的高価な偏光−感応ビームスプリッタを用
いることである。カラー選択ミラーを最適化するには入
射および反射ビームの分離をライトバルブおよびカラー
選択ミラー間で行う必要があるため、これら偏光−感応
ビームスプリッタは必要不可欠である。

本発明の目的は、放射光源により発生したビームをカ
ラーサブービームに分割するとともに品質および光量を
何等損なうことなく、ライトバルブにより反射および変
調されたサブービームを合成する２つの機能を１組のカ
ラー分離ダイクロイックミラーのみによって充分とする
ようにした既知の装置よりも著しくコンパクトな投射装
置を提供せんとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は放射光ビームを発生する放射線源ユニット
と、表示すべき画像に従って放射光ビームを変調する変
調装置と、表示すべき画像を投射スクリーンに投射する
投射レンズ装置とを具え、カラー分離兼カラー再合成系
を有する前記変調装置は、放射光ビームをサブビームに
分割する少なくとも１つのカラー分離ダイクロイックミ
ラーと、前記サブビームを反射兼変調して反射サブビー
ムを形成する少なくとも第１および第２反射ライトバル
ブとを具える投射装置において、前記ライトバルブに入
射し、これにより反射される放射光ビームの放射光通路
の軸を前記ライトバルブの平面の各法線に対し或る角度
で延長させるとともにカラー分離用ダイクロイックミラ
ーおよび前記カラー合成用ダイクロイックミラーをそれ
ぞれ個別に設けるようにしたことを特徴とする。

ここに云う“放射光通路の軸”とは、放射光ビームの
主光線が伝搬するラインを意味するものとする。ライト
バルブに入射する放射光ビームは傾斜して入射し、従っ
て、反射されたビームは傾斜して反射するため、これら
２つのビームは分離され、従って、偏光−感応ビームス
プリッタを省略することができる。これがため、変調さ
れた放射光ビームは入射放射光ビームと同一の偏光方向
を有するようにライトバルブを形成することができる。
これがため、一方のサブービームに対して最適化された
カラー分離ダイクロイックミラーは他のサブービームに
対しても最適化されるようになる。

前記カラー分離ダイクロイックミラーは、前記ライト
バルブに入射し、これにより反射されるビームの双方の
放射光路に配列し得るようにされている。

これがため、第２組のカラー分離ダイクロイックミラ
ーおよび偏光−感応ビームスプリッタを省略することが
できる。反射ビームの不所望な部分から所望な部分を選
択するためには、ライトバルブに配列され入射ビームに
対しては偏光子として作用し、反射ビームに対しては検
光子として作用する偏光フィルタを用いることができ
る。ヨーロッパ特許出願EP−Ａ第0,116,194号明細書か
ら明らかなように反射ライトバルブに対し傾斜して入射
する放射光ビームを用いることは既知である。しかし、
既知の装置では各々がカラーフィルタを有する複数の放
射光源を用いている。更にサブービームを合成するため
にのみ別個のカラー選択ミラーを設けている。

上記ヨーロッパ特許出願から既知の投射装置では、投
射レンズをライトバルブおよびカラー選択ミラー間に配
列するようにしている。これがため、比較的大型のカラ
ー選択ミラーを必要とする。この事実により、および複
数の放射光源の存在により、既知の投射装置は本発明に
よる投射装置よりも著しくコンパクトではなくなる。前
記投射装置は入射および反射放射光ビームを分離する角
度に依存するビーム分離器を具えるようにする。

これがため、入射光ビームおよび反射光ビーム間の角
度が小さくても、角度−依存ビーム分離器によって両ビ
ーム間を充分空間分離するコンパクトな投射装置を得る
ことができる。

前記カラー分離ダイクロイックミラーは、前記反射ラ
イトバルブおよび前記角度依存ビーム分離器間の放射光
通路に配列されている。

放射光通路のこの位置に角度−依存ビーム分離器を配
列する場合にはただ１個のビーム分離器を必要とするだ
けで充分である。

第１ライトバルブに入射し、これにより反射するサブ
ビームの放射光通路の軸が位置する第１面、および前記
第２ライトバルブに入射し、これにより反射するサブビ
ームの放射光通路の軸が位置する第２面は、零以上の角
度で延在されている。

入射放射光ビームがカラー分離ダイクロイックミラー
に入射すると、このビームの光線はこのカラー分離ダイ
クロイックミラーの面に対し所定の角度で延在する。ま
た、ライトバルブにより反射されたビームはカラー分離
ダイクロイックミラーの面に対しある角度で延在する。
これら２つの角度はライトバルブに傾斜して入射する場
合には一般に等しくない。カラー分離ダイクロイックミ
ラーのこの透過／反射特性が角度−依存性である場合に
は往路で反射された放射光の全部が復路で反射されるも
のではない。同様のことがミラーを通過する放射光にも
あてはまる。これがため、放射光の量および品質がある
程度損失されるようになる。この影響は上述した対策に
より制限されるようになる。ライトバルブに入射しこれ
により反射されるビームが、カラー分離ダイクロイック
ミラーの面およびライトバルブの面の交線に平行な面に
位置する場合には入射角の差による放射光の損失は完全
になくなる。

前記第１面および第２面が前記カラー分離ダイクロイ
ックミラーの面および前記反射ライトバルブの面の交線
に平行な交線に従って互いに交差するようになってい
る。

更に他の例では、前記変調装置は、前記放射光源ユニ
ットにより発生した放射光ビームを赤色、緑色および青
色に分割する２つのカラー分離ダイクロイックミラー
と、３つのサブビームを表示すべき画像の部分で変調す
る３つの反射ライトバルブを具えるようにする。

（実施例） 図面につき本発明に実施例を説明する。

第１図は本発明投射装置の１例の構成を示す。放射光
源ユニット10はランプ11を具える。後方に放射された光
を反射する反射器12をランプ11の後方に配列する。ラン
プ11により放射され反射器12によって反射された光を放
射光ビーム20に集束するコンデンサレンズ系13をランプ
11の前方に配列する。或は又他の構成の放射光源ユニッ
トを用いることもできる。放射光ビーム20はカラー分離
ダイクロイックミラー31に入射させ、このミラー31によ
って光を第１波長帯で透過し、第２波長帯で反射する。
従ってこのビームを各々が異なる色を有する２つのサブ
ービーム21および22に分割する。次いでサブービーム21
を反射ライトバルブ41、例えば、反射型液晶表示パネル
（LCD）に入射させるミラー31を通過したサブービーム2
2は反射ミラー32を経て第２ライトバルブ42に向けて案
内する。反射ミラー32はニュートラルミラーとするか、
またはサブービーム22の波長範囲に最適のミラーとする
ことができる。

ライトバルブ、即ち、LCD41および42は表示すべき画
像に従って駆動回路49を経て部分的に反射または非反射
となり、この画像はテレビジョンまたはビデオプログラ
ムの１部分を形成するか、或は他の信号源例えばテキス
トまたは他のグラフィック情報を発生させることができ
る。ライトバルブ41および42によって反射されたサブー
ビーム21および22からの放射光は表示すべき画像に従っ
て変調されるサブービーム24および25を形成する。サブ
ービーム25はミラー52によってカラー選択ミラー51に案
内する。サブービーム24および25はミラー52によって合
成ビームに合成し、投射レンズ系60によって投射スクリ
ーン（図示せず）に投射するミラー31と同様に、ミラー
51もサブービーム24の放射光の波長に対して反射性とす
るとともにサブービーム25の波長に対して透過性とす
る。ミラー52はニュートラルミラーとするか、またサブ
ービーム25の波長帯の放射光に対し最適化することがで
きる。

実際上液晶表示パネル（LCD）は反射性ライトバルブ
として用いることができる。このライトバルブは偏向さ
れた光で作動する。これがため、放射光源ユニットは偏
光フィルタ14を既に内蔵し、従って放射光ビーム20は正
しい偏光方向の偏向された光のみを具える。更にミラー
31、32、51および52はこの偏光方向に対し最適化するの
が好適である。放射光源ユニット10を適宜構成し、光源
により放射され、異なる偏向方向を有する放射光の１部
分を正しい偏向方向を有する光に変換する。かかる光源
はヨーロッパ特許出願EP−A 0,258,927号の第22図から
明らかである。更に、ミラー31、32、51および52はこの
偏光方向に最適化するのが好適である。

投射装置を適宜構成して投射レンズ系60とライトバル
ブ41および42の各々との間の光学的距離を等しくし得る
ようにする。第１図の投射装置は２個のライトバルブの
みを示す。例えば３色を有する系を得るためおよび／ま
たは系を二重設計するために多数のライトバルブを何の
問題もなく追加することができ、２番目の設計には他の
偏光方向を用いるようにする。例えば、ステレオ投射装
置はこれと相俟って１個の光源のみを用いて得ることが
できる。

第２図は同一のカラー分離ダイクロイックミラーを用
いて入射放射光ビームを分割し、反射され、変調された
サブービームを合成し得るように構成された投射装置を
示す。図中符号10は放射光ビーム20を発生し、放射する
光源を示す。この放射光ビームは２つのカラー分離ダイ
クロイック（選択）ミラー31および33を通過する。これ
らミラーのうちの例えばミラー31は赤色光を反射し、短
い波長の光を透過する。ミラー33は青色光を透過し、長
い波長の光を反射する。放射光ビーム20を２つのミラー
31および33によって３つのサブービーム、即ち、赤色サ
ブービーム21、緑色サブービーム22および青色サブービ
ーム23に分割する。次いで、これらサブービームを３つ
の反射LCD41、42および43でそれぞれ反射する。これら
３つのLCDの各々は制御回路49を経て表示すべきビデオ
信号の“赤色”、“緑色”または“青色”部分によって
駆動し従ってLCDにより反射されたサブービーム24、25
および26をビデオ信号の色成分によって変調する。

サブービーム24、25および26はカラー選択ミラー31お
よび33により合成ビーム27に合成しこの合成ビームを投
射レンズ系60を経てスクリーンに投射する。

第１図および第２図に示す例では、放射光ビームの放
射光通路の長さは、放射光源ユニットが戻り放射光ビー
ム27に位置せず、投射レンズ系が放出された放射光ビー
ム20を遮蔽しないような長さとする必要がある。これが
ため投射装置の価格を低減する可能性が制限されるよう
になる。第３図は入射放射光ビームおよび反射放射光ビ
ーム間の空間分離を角度依存ビーム分離器によって得る
ようにした本発明による投射装置を示す。放射光源ユニ
ットで発生した放射光ビーム20をカラー分離ダイクロイ
ックミラー31によって２つのカラーサブービーム21およ
び22に分割する。これら両ビームはライトバルブ、即ち
LCD41および42に入射し、ここでこれらビームを表示す
べき画像に従って変調する。入射ビーム21および22は角
度−依存ビーム分割器を通過し、これらビーム分割器の
各々は２つのプリズム71および75並びに72および76を具
える。前記角度−依存ビーム分割器は主プリズム71およ
び72をそれぞれ具え、これを入射ビームの放射光通路に
配列するとともにLCDにより反射されたビームの放射光
通路に配列する。これらプリズムの一方の面、即ち、面
73および74を、全内部反射（TIR）がLCD41または42によ
って反射された放射光ビーム24および25に対し生じるよ
うに配向する。２つの補助プリズム75および76をこれら
面73および74に対向して配設し、面73および74の側部に
エアーギャップが残存し得るようにする。これら補助プ
リズムによって入射放射光ビーム21および22に及ぼす主
プリズムの屈折効果を補償して、ビーム分割器が入射ビ
ームに対し平−平行板（プラノ−パラレル）の効果を有
する。入射ビームが反射ビームよりも異なる角度でエア
ーギャップに対し延在するため、反射ビームには全内部
反射のみが発生する。反射放射光ビーム24および25の歪
みを最小にするために、主プリズムの出力面は発生ビー
ムの光軸に対しては直角にはならず、入力面に対する光
軸の角度に等しい角度で延在する。これがため、プリズ
ム71および72も反射ビーム24および25に及ぼすプラノ−
パラレル板の効果を有する。

ビーム24を反射する特定のプリズム71をライトバルブ
41によって反射されたビーム24の主プリズム71に対し配
列する。これがため、このビームはカラー分離ダイクロ
イック（選択）ミラー51を経てライトバルブ42からのビ
ーム25と合成するとともにこれらを投射レンズ系60を経
てスクリーン（図示せず）に投射し得るようにする。プ
リズム77は単一ガラスブロックにプリズム71と一体に形
成する。プリズム71および75並びにプリズム72および76
間のエアーギャップには屈折率の著しく相違する材料、
即ち、TIRを生ぜしめるプリズムの材料で充填する。

第４図は角度−依存ビーム分割器のみを用いる場合の
例を示し、この場合、ビーム分割器は放射光源ユニット
および投射レンズ系並びに放射光源ユニットおよびカラ
ー分離ダイクロイック（選択）ミラー間に配列する。

第１図〜第３図では、放射光ビーム20を発生する放射
光源ユニット10を示した。放射光ビーム20は角度−依存
ビーム分割器80ではほぼ90゜で反射して色分離および変
調装置に入射する。この装置は２つのカラー分離ダイク
ロイックミラー31および33並びに３個の反射ライトバル
ブ41、42および43を具える。この装置の作動は後述する
所から明らかであり、従って、ここでは詳細には示さな
い。ライトバルブからの変調ビーム27は、ビーム分割器
の主プリズム81の面84に入射し、全内部反射のない角度
で面82に入射し、次いで補助プリズム85を通過し、面86
を経てビーム分割器80に至る。表示すべき画像を投射レ
ンズ系60を経て投射スクリーンに表示する。

これがため、変調装置および投射レンズ系間に角度−
依存ビーム分割器を配列することによって極めてコンパ
クトな投射装置を得ることができる。

上述した例の欠点は、反射ライトバルブに入射しこれ
により反射されるサブービームがカラー分離ダイクロイ
ックミラーに対し種々の異なる角度で延在することであ
る。かかるミラーの色分離は入射角に依存するため、色
分離および色再結合は異なるカット−オフ波長で発生す
る。このカットオフ波長は放射光の半分が通過し、他の
半分反射する波長となる。カラー分離ダイクロイックミ
ラーのカットオフ波長はほぼ１〜2nm/度で変化する角度
依存性を有する。

ほぼ10゜の角度差によってカットオフ波長をほぼ10〜
20nmだけシフトするため、表示すべき画像には光の量が
損失する。第５図は入射ビームおよび出射ビームが同一
角度でカラー分離ダイクロイックミラーに入射する投射
装置の他の例を示す。明瞭とするために、第５図は３次
元で示し、放射光ビームの主光線のみを示す。第４図に
示す装置と比較するに、色分離および変調装置は変調装
置と対向するビーム20およびビーム27の主光線の２等分
線に一致する軸を中心として角度−依存ビーム分割器80
に対しほぼ90だけ回転する。この回転によってライトバ
ルブに入射するサブービームの主光線によって弧を描く
面が形成されるとともに他のライトバルブと同様に追加
され面にもはや一致せずこれに対しある角度で延在する
ライトバルブによって反射されたサブービームとなる。
角度−依存ビーム分割器の第５図に示すような90゜の回
転の場合には、これら弧面はライトバルブおよびカラー
分離ダイクロイックミラーの面に交差する光に平行とな
る。放射光ビームの主光線がカラー分離ダイクロイック
ミラー31および33の法線に対し同一角度で延在する場合
にはこれらミラーのカットオフ波長は入射ビームおよび
反射ビームに等しくなるとともに表示された画像に色変
化は生じなくなる。

その他の理由で角度−依存ビーム分割器を90゜以下の
角度で回転することができ、かつ、第４図および第５図
に示す例の中間の位置にこの素子を位置させることがで
きる。この場合にはカットオフ波長が相違するもビーム
全体の主光線が１平面に位置する場合よりも小さくな
る。

【図面の簡単な説明】 第１図はサブービームの傾斜入射によるビーム分離を用
いる本発明投射装置の１例の構成を示す説明図、 第２図はカラー分離ダイクロイック（選択）ミラーを入
射ビームの放射光通路および反射ビームの放射光通路の
双方に配列した投射装置の構成を示す説明図、 第３図は角度−依存ビーム分離器を用いる本発明による
投射装置の他の例の構成を示す説明図、 第４図はカラー選択ミラーを角度−依存ビーム分離器お
よびライトバルブ間に位置させた投射装置の例を示す説
明図、 第５図はかかる投射装置の好適な例を示す説明図であ
る。 10……放射光源ユニット 11……ランプ 12……反射器 13……コンデンサレンズ系 14……偏光フィルタ 20……放射光ビーム 21、22……サブービーム 24、25……サブービーム 27……合成ビーム 31、33……カラー分離ダイクロイックミラー 41、42、43……反射ライトバルブ 49……駆動回路 51、52……カラーカラー分離ダイクロイックミラー 60……投射レンズ系 71、72、75、76、80……角度−依存ビーム分割器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−12291（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−122637（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放射光ビーム（20）を発生する放射線源ユ
   ニット（10）と、表示すべき画像に従って放射光ビーム
   を変調する変調装置と、表示すべき画像を投射スクリー
   ンに投射する投射レンズ装置（60）とを具え、カラー分
   離兼カラー再合成系を有する前記変調装置は、放射光ビ
   ームをサブビーム（21,22）に分割する少なくとも１つ
   のカラー分離ダイクロイックミラー（31）と、前記サブ
   ビーム（21,22）を反射兼変調して反射サブビーム（24,
   25）を形成する少なくとも第１および第２反射ライトバ
   ルブ（41,42）とを具える投射装置において、前記ライ
   トバルブ（41,42）に入射し、これにより反射される放
   射光ビームの放射光通路の軸を前記ライトバルブの平面
   の各法線に対し或る角度で延長させるとともにカラー分
   離用ダイクロイックミラー（31）および前記カラー合成
   用ダイクロイックミラー（51）をそれぞれ個別に設ける
   ようにしたことを特徴とする投射装置。
2. 【請求項２】前記投射装置は、一方において前記カラー
   分離ダイクロイックミラー（31）および前記反射ライト
   バルブ（41,42）間の、他方において前記反射ライトバ
   ルブ（41,42）および前記カラー合成用ダイクロイック
   ミラー（51）間の入射および反射ビーム（22、25;21、2
   4）の放射線経路に配列され、入射および反射ビームを
   分離する角度に依存するビーム分離器（71,75;72,76）
   を具えることを特徴とする請求項１に記載の投射装置。
3. 【請求項３】請求項１および２の何れかの項に記載の投
   射装置に使用する変調装置。