JPH0115848B2

JPH0115848B2 -

Info

Publication number: JPH0115848B2
Application number: JP53019430A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Hori; Shoichi Fukai; Masaaki Asai
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-02-21
Filing date: 1978-02-21
Publication date: 1989-03-20
Also published as: JPS54111846A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、光の回折現象を応用したライトバル
ブに関し、特に、液晶層に形成された周期的な屈
折率の変動による光の回折現象を応用したライト
バルブを用いて、単一のライトバルブに複数の色
相に分離された画像信号を書き込み、一組のシユ
リーレン光学系でカラー画像を投写する装置を提
供することを目的とするものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a light valve that applies the phenomenon of diffraction of light, and particularly to a light valve that applies the phenomenon of diffraction of light due to periodic fluctuations in the refractive index formed in a liquid crystal layer. The object of the present invention is to provide a device that writes image signals separated into a plurality of hues into a single light valve and projects a color image using a set of Schilleren optical systems.

近年、大画面表示を目的として、小さな画面に
作られた画像を投写光学系を介してスクリーン上
に拡大投写する投写型のデイスプレイ装置の研究
開発が活発になされ、CRT投写方式のものや、
油膜を用いたライトバルブ方式のもの等が、製品
開発されている。このうちライトバルブ方式の投
写型デイスプレイ装置としても種々の方式のもの
が検討され報告もあれているが、特に、高解像
度、低コスト等を目指すものとして、液晶を応用
したライトバルブが注目されてきた。液晶ライト
バルブにも、光散乱現象を応用するタイプ、複屈
折を応用するタイプ、光回折現象を応用するタイ
プのものが考案されており、それぞれの特徴を有
している。しかしながら、カラー投写画像を得る
にはモノクロ画像投写用のライトバルブを三種用
い、それぞれで赤青緑の画像を独立にスクリーン
上で重ね合わせるように投写しなければならな
い。上記従来の方式では、光学系が複雑になつた
り光利用率が悪くなる等の諸問題があり、単一の
ライトバルブでカラー画像を投写し得る装置が期
待されている。 In recent years, for the purpose of large-screen display, there has been active research and development of projection-type display devices that enlarge and project images created on a small screen onto a screen via a projection optical system, and CRT projection type,
Products such as those using a light valve system using an oil film have been developed. Among these, various types of light valve type projection display devices have been studied and reported, but light valves that utilize liquid crystals are attracting particular attention as they aim to achieve high resolution and low cost. Ta. Liquid crystal light valves have also been devised into types that utilize light scattering phenomena, types that utilize birefringence, and types that utilize light diffraction phenomena, each of which has its own characteristics. However, in order to obtain a color projected image, it is necessary to use three types of monochrome image projection light valves, each of which independently projects red, blue, and green images so that they are superimposed on the screen. The above-described conventional methods have various problems such as a complicated optical system and poor light utilization efficiency, and there are expectations for a device that can project a color image using a single light valve.

本発明は、上記の様な欠点を克服し、単一のラ
イトバルブで複数に色分離された画像信号を特有
の構造を有する単一のライトバルブに入射させ、
画像を投写出来るカラー画像投写用のライトバル
ブ投写装置を提供するものである。本発明の動作
原理は、基本的には、二次元光像書き込み方式に
よる液晶ライトバルブであつて、二枚の透明電極
基板間に光導電層と液晶層が配置され、書き込み
入射光の強度に応じて光導電層の抵抗が変化し、
液晶に印加される電圧が制御される事を利用する
ものである。そして本発明の特徴は、書き込み入
力として複色数の色相を有する二次元画像を用
い、色分離されて光導電層に入射する二次元画像
を、色相に対応した互いに異なる方向に形成され
た多隙スリツトよりなるフオトマスクにて周期的
にしやへいし、色分離された画像に対応して異な
る方向に光を回折する複数の回折格子を液晶層に
形成させる事にある。以下に本発明の一実施例を
図面に基づいて説明する。 The present invention overcomes the above-mentioned drawbacks and allows image signals separated into multiple colors by a single light valve to be incident on a single light valve having a unique structure.
A light valve projection device for color image projection that can project an image is provided. The operating principle of the present invention is basically a liquid crystal light valve using a two-dimensional optical image writing method, in which a photoconductive layer and a liquid crystal layer are arranged between two transparent electrode substrates, and the intensity of the writing incident light is adjusted. The resistance of the photoconductive layer changes accordingly,
This takes advantage of the fact that the voltage applied to the liquid crystal is controlled. A feature of the present invention is that a two-dimensional image having a plurality of hues is used as a write input, and the two-dimensional image that is color-separated and incident on the photoconductive layer is converted into a multi-color image formed in different directions corresponding to the hue. The purpose of this method is to form a plurality of diffraction gratings in a liquid crystal layer, which are periodically refracted using a photomask consisting of gap slits and which diffract light in different directions corresponding to color-separated images. An embodiment of the present invention will be described below based on the drawings.

第１図に本発明の第１の実施例に用いたライト
バルブの概略を示す。１は透明基板、２は基板の
内側の透明電極、３は回折格子の形成される液晶
層、４は投写光L₁を反射する誘電体鏡でL₁は鏡
４で反射されL₂となつてスクリーンに向かう。
５は光吸収層、６は光導電層、７は金属マスク、
８は入射される画像L₃を各色相に分離する光学
フイルタで各色に分離する部分を有している。９
は透明電極、１０は透明基板である。光学フイル
タ８と金属マスク７の関係は第２図に示す如くで
ある。すなわちフイルタ８には赤緑青の各色を透
過させる三種のカラーフイルタ部分１１，１２，
１３が形成されており、その上に各色すなわち各
色相に対応した異なる方向に配置された赤、緑、
青用のマスク７ａ，７ｂ，７ｃが形成され、この
間に多隙スリツトが形成されている。第１図のフ
イルタ８、マスク７の部分は、第２図のＡ−A′，
Ｂ−B′又はＣ−C′線部分の断面を示している。な
お、吸収層５はL₃を吸収するためのものでL₃が
弱ければ不要である。 FIG. 1 schematically shows a light valve used in a first embodiment of the present invention. 1 is a transparent substrate, 2 is a transparent electrode inside the substrate, 3 is a liquid crystal layer in which a diffraction grating is formed, 4 is a dielectric mirror that reflects projection light L ₁ , and L ₁ is reflected by mirror 4 and becomes L ₂ . and head to the screen.
5 is a light absorption layer, 6 is a photoconductive layer, 7 is a metal mask,
8 is an optical filter that separates the incident image _L3 into each hue, and has a portion that separates the incident image L3 into each color. 9
is a transparent electrode, and 10 is a transparent substrate. The relationship between the optical filter 8 and the metal mask 7 is as shown in FIG. That is, the filter 8 includes three types of color filter parts 11, 12, which transmit each color of red, green, and blue.
13 is formed, and on top of that, red, green,
Masks 7a, 7b, and 7c for blue are formed, and multi-slits are formed between them. The filter 8 and mask 7 portions in FIG. 1 are A-A′ in FIG.
A cross section taken along line B-B' or C-C' is shown. Note that the absorption layer 5 is for absorbing L ₃ and is unnecessary if L ₃ is weak.

以上のライトバルブの光導電面側に入射された
カラー画像L₃は三種のカラーフイルタ１１，１
２，１３により赤、緑、青の各色信号に分離され
て、その後それぞれに対応した周期的な光マスク
７ａ，７ｂ，７ｃの間の多隙スリツトを通して光
導電層６に入射される。光導電層６の抵抗変化に
応じて液晶層３、周期的な電圧が印加される。液
晶層は通常交流駆動されるものであり、誘電体鏡
４があつても所定の電圧を液晶層３に印加でき
る。その結果液晶層３に屈折率の周期的な変動が
生じ、回折格子が形成される。このとき第２図の
マスクから明らかなごとく、各色相に対応して互
いに異なる三種類の方向に光を回折する回折格子
を形成する。ライトバルブの液晶層３に投写光
L₁を入射させると、それぞれの色相に対応して
異なる方向に形成されたそれぞれの回折格子を通
り、誘電体鏡４より反射された赤、緑、青の画像
信号に対応する光強度を有する回折光が、独立に
三方向に反射される。したがつてこの反射回折光
L₂をシユリーレンマスクを含むシユリーレン光
学系を用いることにより、スクリーン上にカラー
画像を拡大投写することができる。なお、シユリ
ーレンマスクとしては、例えば特公昭43−23208
号公報等により周知のカラーフイルタを用いるも
のである。 The color image _L3 incident on the photoconductive surface side of the above light valve is generated by three types of color filters 11 and 1.
2 and 13 into red, green, and blue color signals, and then enter the photoconductive layer 6 through multi-gap slits between corresponding periodic photomasks 7a, 7b, and 7c. A periodic voltage is applied to the liquid crystal layer 3 in response to a change in resistance of the photoconductive layer 6. The liquid crystal layer is normally driven by alternating current, and even with the dielectric mirror 4, a predetermined voltage can be applied to the liquid crystal layer 3. As a result, periodic fluctuations in the refractive index occur in the liquid crystal layer 3, forming a diffraction grating. At this time, as is clear from the mask in FIG. 2, a diffraction grating is formed that diffracts light in three different directions corresponding to each hue. Light projected onto liquid crystal layer 3 of light valve
When L ₁ is incident, it passes through each diffraction grating formed in different directions corresponding to each hue, and has light intensities corresponding to red, green, and blue image signals reflected from the dielectric mirror 4. The diffracted light is independently reflected in three directions. Therefore, this reflected diffraction light
By using a Schilleren optical system including a Schilleren mask for _L2 , a color image can be enlarged and projected onto a screen. In addition, as a Schilleren mask, for example,
A well-known color filter is used in this method.

第３図に第２の実施例のライトバルブと、その
書き込み系の概略図を示す。２６はマトリクス式
のカラーブラウン管、２７はグラスフアイバー、
２８は透明な基板、２９は透明電極、３０はフオ
トマスクで第１図のマスク７に相当する。３１は
光導電層、３２は光吸収層、３３は誘電体鏡、３
４は液晶層、３５は透明電極、３６は透明基板で
ある。この実施例はカラーブラウン管２６を用い
ており、カラーブラウン管には第４図に示すごと
く螢光体面から各色相青、赤、緑に分離された光
画像が発せられており、第１図のごとくフイルタ
８をバルブ内に設けて色分離を行う必要はない。
すなわち、グラスフアイバー２７は第４図にその
拡大図を示す様にブラウン管２６の赤緑青の各螢
光体面３７，３８，３９から発した光が透明電極
２９を内蔵した透明基板２８に付着した三種類の
各赤、緑、青の画像に対応して設けられたフオト
マスク４１，４２，４３を独立に通過する様に配
置されている。本実施例の動作原理は第１の実施
例と同様であるが、前述したごとく、色分離機能
を有する手段が、ブラウン管自体の構造に内蔵さ
れておりカラーフイルター等を必要としない点が
特徴である。なお、２次元光学光像をライトバル
ブの光電面に導くのにグラスフアイバー２７を用
いたがレンズ系を用いても可能である。次に本実
施例の投写装置の概略を示して動作を述べる。 FIG. 3 shows a schematic diagram of the light valve of the second embodiment and its writing system. 26 is a matrix color cathode ray tube, 27 is a glass fiber,
28 is a transparent substrate, 29 is a transparent electrode, and 30 is a photomask, which corresponds to the mask 7 in FIG. 31 is a photoconductive layer, 32 is a light absorption layer, 33 is a dielectric mirror, 3
4 is a liquid crystal layer, 35 is a transparent electrode, and 36 is a transparent substrate. This embodiment uses a color cathode ray tube 26, on which light images separated into blue, red, and green hues are emitted from the phosphor surface as shown in FIG. 4, and as shown in FIG. It is not necessary to provide the filter 8 in the bulb to perform color separation.
That is, as shown in an enlarged view in FIG. 4, the glass fiber 27 is a three-dimensional structure in which the light emitted from the red, green, and blue phosphor surfaces 37, 38, and 39 of the cathode ray tube 26 adheres to the transparent substrate 28 containing the transparent electrode 29. The light is arranged so as to independently pass through photomasks 41, 42, and 43 provided corresponding to each type of red, green, and blue image. The operating principle of this embodiment is the same as that of the first embodiment, but as mentioned above, the feature is that the means having the color separation function is built into the structure of the cathode ray tube itself and does not require a color filter or the like. be. Although the glass fiber 27 was used to guide the two-dimensional optical image to the photocathode of the light valve, it is also possible to use a lens system. Next, the outline of the projection device of this embodiment will be shown and its operation will be described.

第５図は反射型のシユリーレン投写系と上記ラ
イトバルブ４０とを組み合わせたもので、４４は
投写光源、４５はコンデンサレンズ、４６はピン
ホールマスク、４７はシユリーレンレンズ、４８
はプロジエクシヨンレンズ、４９はシユリーレン
マスク、５０はスクリーンであり、５１はライト
バルブ４０の電圧源である。いまカラーブラウン
管２６の三色の螢光体面３７，３８，３９から発
した光が書き込み光としてグラスフアイバー２７
を介してライトバルブ４０に印加されると、その
書き込み光の強度に応じて光導電層３１の抵抗が
変化し、液晶層３４には三種類のグレーテイング
（回折格子）が形成される。一方投写光源４４か
ら発せられた光はコンデンサレンズでピンホール
マスク４６に集光され、シユリーレンレンズ４７
を通してライトバルブ４０に照射される。このラ
イトバルブ４０からの反射光は、プロジエクシヨ
ンレンズ４８、シユリーレンマスク４９を通して
スクリーン５０に投写され、拡大カラー画像がス
クリーン５０上に得られる。 FIG. 5 shows a combination of a reflective Schilleren projection system and the light valve 40, where 44 is a projection light source, 45 is a condenser lens, 46 is a pinhole mask, 47 is a Schilleren lens, and 48
49 is a projection lens, 49 is a Schilleren mask, 50 is a screen, and 51 is a voltage source for the light valve 40. The light emitted from the three-color phosphor surfaces 37, 38, and 39 of the color cathode ray tube 26 is used as writing light to be applied to the glass fiber 27.
When the writing light is applied to the light valve 40 through the writing light, the resistance of the photoconductive layer 31 changes depending on the intensity of the writing light, and three types of gratings (diffraction gratings) are formed in the liquid crystal layer 34. On the other hand, the light emitted from the projection light source 44 is condensed onto a pinhole mask 46 by a condenser lens, and is focused by a Schiller lens 47.
The light bulb 40 is irradiated through the light. The reflected light from the light valve 40 is projected onto a screen 50 through a projection lens 48 and a Schilleren mask 49, and an enlarged color image is obtained on the screen 50.

第６図には書き込み入力光源としてインデツク
ス管又はトリニトロン（登録商標）管を用いた時
の要部概略を示す。これらの管の螢光体はストラ
イプ状に配置されているので、三種類の螢光体
と、三種類の回折格子を形成する為のフオトマス
クの配置を第６図に示す様な配置にすればよい。
５２，５３，５４はブラウン管上の三種類の螢光
面を示し、５５，５６，５７はそれぞれの螢光面
に対応したフオトマスクの三種類の構造を示すも
ので、それぞれ互いに異なる方向に各フオトマス
クの間に周期的な多隙スリツトが形成されてい
る。 FIG. 6 schematically shows the main parts when an index tube or Trinitron (registered trademark) tube is used as a write input light source. The phosphors in these tubes are arranged in stripes, so if you arrange the three types of phosphors and the photomasks to form three types of diffraction gratings as shown in Figure 6. good.
Reference numerals 52, 53, and 54 indicate three types of fluorescent surfaces on a cathode ray tube, and reference numerals 55, 56, and 57 indicate three types of structures of photomasks corresponding to the respective fluorescent surfaces. Periodic multi-porous slits are formed between them.

動作原理、投写原理は第３図〜第５図に示した
第２の実施例と全く同様である。 The operating principle and projection principle are exactly the same as the second embodiment shown in FIGS. 3 to 5.

さらにペネトレーシヨン管を用いてTVカラー
画像を投写する場合の実施例を示す。ペネトレー
シヨン管は、発光色の異なる２種類の螢光体が二
層に構成され加速電圧を変化させて、高解像度の
２色の画像を表示する事が可能なCRTである。
第７図にこれを用いて構成した投写系の概略を示
す。５８は青及び赤を発光するペネトレーシヨン
管を示しその２次元光学像は書きこみレンズ５９
によりライトバルブ６０に結像される。６０のラ
イトバルブは前記実施例で用いたタイプのもの
で、赤及び青の画像信号が分離されて、プロジエ
クシヨンレンズ６１及びシユリーレンマスク６２
を通してスクリーン６３に投影される。一方縁の
画像信号は６４のブラウン管から書きこみレンズ
６５により、ライトバルブ６６に結像される。ラ
イトバルブ６６は原理的には、前記実施例のライ
トバルブと同様であり、書きこみ光像に対応し
て、液晶層に周期的な屈折率の変動が生じる事を
応用するものであるが、色分離を行なう必要がな
いので、メタルマスクとして、一方向にのみスト
ライプ状の構造をしたものを用いている。緑の画
像信号は、プロジエクシヨンレンズ６７、及びシ
ユリーレンマスク６８を通してスクリーン６３に
投影される。この様にしてスクリーン６３上に、
赤、緑、青の三色の画像信号が合成されるので、
カラー画像が得られる訳である。特に、合成画像
の解像度は緑のそれにより決定されるのでこの場
合、緑信号に独立のライトバルブを用いて解像度
をできるだけ高くしているのも本実施例の特徴で
ある。 Furthermore, an embodiment will be shown in which a TV color image is projected using a penetration tube. A penetration tube is a CRT that has two layers of two types of phosphors that emit light of different colors, and can display high-resolution two-color images by changing the accelerating voltage.
FIG. 7 shows an outline of a projection system constructed using this. Reference numeral 58 indicates a penetration tube that emits blue and red light, and its two-dimensional optical image is captured by a writing lens 59.
An image is formed on the light valve 60 by the following. The light valve 60 is of the type used in the previous embodiment, and the red and blue image signals are separated and sent to the projection lens 61 and the Schiller lens mask 62.
The image is projected onto the screen 63 through the camera. The image signal of one edge is focused on a light valve 66 by a writing lens 65 from a cathode ray tube 64. The light valve 66 is basically the same as the light valve of the previous embodiment, and is adapted to the fact that periodic fluctuations in the refractive index occur in the liquid crystal layer in response to the written light image. Since there is no need to perform color separation, a metal mask with a striped structure in only one direction is used. The green image signal is projected onto the screen 63 through a projection lens 67 and a Schlieren mask 68. In this way, on the screen 63,
The three color image signals of red, green, and blue are combined, so
This means that a color image can be obtained. In particular, since the resolution of the composite image is determined by that of green, a feature of this embodiment is that an independent light valve is used for the green signal to make the resolution as high as possible.

上記に述べたように、本発明のライトバルブ式
投写装置は、書き込み画像信号源からの異なる複
数色の二次元光学像を色分離し、色分離された複
数の画像信号に対応して異なる方向に光を回折す
る回折格子を液晶層に形成するライトバルブと、
このライトバルブに書き込まれた画像信号を拡大
投写する手段とを設けたことにより、簡単な構成
で解像度の高いカラー投写画像が得られ、かつ工
業的にも優れた投写装置である。 As described above, the light valve type projection device of the present invention color-separates two-dimensional optical images of different colors from a writing image signal source, and rotates the images in different directions corresponding to the color-separated image signals. A light valve that forms a diffraction grating in the liquid crystal layer that diffracts light;
By providing a means for enlarging and projecting the image signal written in the light valve, a high-resolution color projected image can be obtained with a simple configuration, and the projector is industrially superior.

[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明の一実施例の要部であるライト
バルブを示す断面図、第２図は上記実施例のフオ
トマスクの形状とカラーフイルタの配置を示す説
明図、第３図は第２の実施例に用いるライトバル
ブ及びその書き込み系の断面図、第４図は上記第
２の実施例の書き込み系を示す要部拡大図、第５
図は拡大投写系の全体を示す概略図、第６図は第
３の実施例の書き込み系を示す拡大説明図、第７
図は他の投写系の概略図である。３……液晶層、７……金属マスク、８……光学
フイルタ、２２……光導電層、２６……カラーブ
ラウン管、２７……グラスフアイバー、３０……
フオトマスク、４０……ライトバルブ、４４……
投写光源、４５……コンデンサレンズ、４６……
ピンホールマスク、４７……シユリーレンレン
ズ、４８……プロジエクシヨンレンズ、４９……
シユリーレンマスク、５０……スクリーン、５１
……電圧源。 FIG. 1 is a sectional view showing a light valve which is a main part of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram showing the shape of a photomask and the arrangement of color filters in the above embodiment, and FIG. A sectional view of a light valve and its writing system used in the embodiment, FIG. 4 is an enlarged view of main parts showing the writing system of the second embodiment, and FIG.
The figure is a schematic diagram showing the entire enlarged projection system, FIG. 6 is an enlarged explanatory diagram showing the writing system of the third embodiment, and FIG.
The figure is a schematic diagram of another projection system. 3...Liquid crystal layer, 7...Metal mask, 8...Optical filter, 22...Photoconductive layer, 26...Color cathode ray tube, 27...Glass fiber, 30...
Photo mask, 40...Light bulb, 44...
Projection light source, 45... Condenser lens, 46...
Pinhole mask, 47... Schiller lens, 48... Progeexsion lens, 49...
Schilleren Mask, 50...Screen, 51
...voltage source.

Claims

[Scope of Claims] 1. A signal source that outputs a color two-dimensional image, a color separation means that separates the color two-dimensional images from this signal source in hue, and a first and second transparent electrodes each having a first transparent electrode and a second transparent electrode inside. 1. A second transparent substrate and a liquid crystal layer disposed between the two transparent substrates and to which a voltage is applied from a voltage source via the first and second transparent electrodes, and each color is separated by the color separation means. Diffraction gratings are formed in the liquid crystal layer in different directions for each separated color signal, and a light valve diffracts and reflects projection light from a projection light source, and a Schiller lens projects the reflected light from the light valve onto a screen. a light valve type projection device comprising an optical system, wherein the light valve includes: a first transparent substrate having the first transparent electrode; and a light valve that corresponds to each color signal separated by the color separation means. a mask disposed on the first transparent substrate in different directions and through which a color signal passes periodically; and a mask onto which the color signal passing through the mask is incident and whose resistance changes according to the intensity of the color signal. a photoconductive layer disposed on the photoconductive layer; a dielectric mirror disposed on the photoconductive layer that reflects projection light from the projection light source; and a dielectric mirror disposed between the dielectric mirror and the second transparent substrate. is applied to the first and second transparent electrodes through the photoconductive layer, the resistance of which changes periodically according to the intensity of the incident color signal that has passed through the mask, and is controlled by the resistance of the photoconductive layer. and the liquid crystal layer to which a periodic voltage is applied and the periodic diffraction grating corresponding to the direction in which the mask is arranged is formed, and the Schilleren optical system diffracts and reflects each color signal in a different direction. A light valve type projection device comprising a Schilleren mask that allows reflected light from the light valve to pass through.