JPH02140792A - 表面に光を投射するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は表面に光を投射するための装置に関する。その
表面は映像が投影されろスクリーンあるはバックライト
をあＣられる（ｂａｃｋｌ　ｉｔ）表示パネルでありう
る。特に、本発明はりアブロジエクション（ｒｅａｒ−
ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）型テレビジョン表示装置に関す
る。

従来のりアブロジエクション型テし・ビジョン表示装置
の厚みは映像をスクリーン上に投写（ｔｈｒｏｗ）する
ために最終ミラーが配置される必要のある角度または位
置によって制限される。短焦点距離投影レンズでさえ、
系の全幅は１メ一トル対角線表示に対し約４０ｃｍ以上
は減少できないや英国特許第１５９０６７９号は円錐状
の光を受取ってそれを折りかされるための複数の反射面
と、臨界反射角に対する入射光の入射角に応して光を反
射または透過させるようになされた二重機能光学素子を
具備し、その二重機能光学素子が１つの表面に多数のプ
リズムを有しており、かつ他の表面が平坦である透明プ
リズム・シートによって形成された光学投影器を開示し
ている。しかし、その特許に開示されているように、プ
リズム・シートの厚みが大きすぎると、投影される映像
が、それからの光線の交差により著しく歪んしまうこと
になる。Ｌ記の特許は、映像を改善するために、多数の
プリズムを用いるか（発生される歪は肉眼では解像され
ない）あるいは第２の対のプリズム・シートを用いる（
それにより交差した光線の交差を除去する）ことを教示
している。

本発明の１つの目的は上述した問題を少なくとも緩和す
る、表面上に光を投射するための装置を提供することを
目的とする。

本発明によれば、表面に光を投射するための装置におい
て、 入射ビームの部分的反射と部分的透過を行なうビーム分
割手段と、 前記ビーム分割手段に光を送るためにそのビーム分割手
段の一例に配置された光源と、前記ビーム分割手段から
反射された光をそのビーム分割手段に向けて送り戻すた
めに前記ビーム分割手段の前記−側に設けられたミラー
手段と、前記ビーム分割手段に対する法線に関する入射
角の予め定められた制限範囲内で光がそのビーム分割手
段を通過できるようにするために前記ビーム分割手段の
他側に配置されたルーバ手段を具備した表面に光を投射
するための装置が提供される。

本発明に従って提供される装置におけるビーム分割手段
とミラー手段の効果は、光源と所要の拡大のために照明
されるべき表面との間に必要とされろ空間の大きざを減
少させることである。ルーバ手段は予め定められた制限
範囲外におけるビーム分割手段に対する法線に関し入射
角を有する光を吸収し、それによりビーム分割手段によ
って発生される不要な光線の影響を軽減する。

本発明に従って提供される装置は、ビーム分割手段から
の不要な光線により発生される二次映像の影響をルーバ
手段が軽減するので、リアプロジェクション型テレビジ
ョン表示装置に使用するのに特に適している。従って、
本発明の有利な実施例では、光源は投影されるべき映像
を発生するための表示パネルを具備している。

１つの好ましい実施例では、ルーバ手段は、ビーム分割
手段に対する法線に関する入射角の予め定められた制限
範囲がそのルーバ手段に沿った位置とともに変化し、こ
の範囲内の入射角を有する光がそのルーバ手段によって
透過されるように構成されている。このことは表面上に
均一な照明を確保するエツジ補償を与える。好ましくは
、ルーバ手段は複数の通路を有する基体よりなり、それ
らの通路は予め定められた範囲内における１つの通路の
１つの軸線に関する入射角を有する光の透過を許容する
ように並置関係をもって配列されており、この場合、２
つ以上の隣接通路が平行関係に対して偏差角をなす透過
方向を有している。このようなルーバ角度の変化は角度
の適当な変化をもって固定的に配列された通路を有する
堅固な形態の基体を作製することによって達成されうる
。

あるいは、標準の状態で平行通路を有しているが、屈曲
されてくその場合には支持フレームによりその位置に固
着されうる）隣接通路が完全には平行でない１つ以上の
領域を与えるようになされうる可撓性の基体を作製して
もよい。

他の好ましい形態では、フレネルレンズ機構がビーム分
割手段とルーバ手段との間に設けられる。

このようにして、ビーム分割手段を通過した光のコリメ
ートが行なわれる。

ビーム分割手段は交互に配列された反射ストリップと透
明ストリップを有する基体よりなり、ミラー手段から反
射された光がこのビーム分割手段の透明ストリップに入
射するように構成されうる。

好ましくは、この装置には、光がビーム分割手段に最初
に入射する前に偏光されるようにするための手段が設け
られる。このようにして、ビーム分割手段で発生されう
るゴースト映像の強度、即ちそれの悪影響が感知されな
いレベルまで大幅に軽減されうる。

以下図面を参照して本発明の実施例につき説明しよう。

第１図は背面から照明されるデフユーザ・プレート６よ
りなるデイスプレィ・ユニットの一部分を示している。

光源（図示せず）から光ビームがビーム分割器２に投射
され、このビームの透過した部分ｔ、がルーμド・プレ
ート３に送られ、そこでこのビーム部分は、それの方向
がルーバの透過方向に対して、すなわちルーバが通過を
許容する方向に対して実質的な角度をなしているので、
吸収される。ビーム分割器２で最初に反射されたこのビ
ームの部分子１はそのビーム分割器２に対してφの角度
をもって配置されたミラー４に送られ、このミラーがそ
のビームの部分をビーム分割器２の方へと送り戻す。こ
の場合、透過された部分ｔ２はその後に予め定められた
制限範囲内の角度でルーμド・プレート３に入射し、そ
れを通ってデフユーザ・プレート５に送られるようにな
されており、反射された部分子２は続いてミラー４によ
りビーム分割器２に向けて送り戻される。その後にビー
ム分割器を透過される部分はルーμド・プレート３を通
過するのを禁止する角度を有するか、あるいは非常に低
い強度を有しており、デフユーザ・プレート５の照明に
対しては大きな影響を有しない。

ルーμドやプレート３は１センチメートル当り３．５の
ルーバを有し、各ルーバは０．５ｃｍの幅を有するルー
バ・シートでありうる。デイスプレィφユニットの全体
の厚みは入射ビームがビーム分割器に入る前に付加的な
ミラーで反射されうるようにすることによってさらに減
少されうる。

前述のように、この系はりアブロシエクション型テレビ
ジョン表示装置に使用するのに特に適している。リアプ
ロジェクション型テレビジョン表示装置において第１図
の系に使用するための光源１０が第２図に示されている
。この光源ｌＯはランプｌｌ、凹面ミラー１２、非球面
コンデンサ１３、ＩＲ／ＵＶフィルタ１４、平凸レンズ
１５、および投影レンズ１６を具備している。投影され
るべき映像を発生するためのデイスプレィ・パネル１８
が平凸レンズ１５と投影レンズ！６との間に配置されて
いる。この実施例では、デフユーザ・プレート５はテレ
ビジョン表示装置のスクリーンとして作用する。

あるいは、第３図に示されているように大きいデイスプ
レィ・パネル１９にバックライトを当てろために、また
は表示装置のシャドウ映像を発生ずるためにデイスプレ
ィ舎パネル■９の後にデフユーザ・プレート５を配置し
た状態で用いられ得る。

図示されたビーム分割器２は比較的廉価で最大効率を有
する（内部吸収が最小の）単一層誘電体型のものである
。一側としては、−側に酸化チタンを被覆され、他側に
フッ化マグネシウムの反射防止被覆を施されたガラス・
プレートである。ビーム分割器の特性は誘電体被覆の厚
みに依存する。

しかし、第４図に示されているように、このようなビー
ム分割器の反射および透過係数は入来光線の入射角と偏
光状態に依存する。グラフＡはｐ偏光成分（入射平面に
対して平行な）に対する変化を示しており、そしてグラ
フＢはＳ偏光成分（入射平面に対して垂直の）に対する
変化を示している。特定の入来光線に対するこの変化の
作用は、偏光成分のそれぞれにつきビーム分割器による
最初の干渉における反射率に第２の干渉における透過率
を掛は算しそして入来光の偏光状態を表すためにウェイ
トづけされた平均をとることによって決定される。これ
の一側が第５図に示されており、入来光の偏光状態とシ
ステムの幾何学的形状が注意深く選択されておれば、相
当に均一な照明が得られることがこの図から判る。矢印
Ｃは実用的なシステムにおける期間入射角を有する光を
示している。その領域における照明の変化は、原理的に
は、液晶表示装置のようなデイスプレィ・パネルの入射
角での不均一な透過から生ずる効果を部分的に相殺する
ために用いられうる。

システムを設計する場合に考慮される必要のある他の要
件は、デフユーザ・プレート・スクリーン５に投影され
るように映像を位置決めすること、およびビーム分割器
５とミラー４との間のスペースを効率的に使用すること
である。投影される映像を正しく位置決めするためには
、デイスプレィ・パネルの中心からの光線が事実上スク
リーン５の中心に入射しなければならない。スペースの
効率的な使用のためには、光源からの光のコーンの外側
光線がミラー４の表面と共直線性でなけれはならない、
実用的な実施例では、ビーム分割器とミラーの間の角度
φは２５．６８°であり、光の投影コーンの軸線と水平
面（垂直スクリーンに対する）の間の角度は５１．３５
°であり、光の投影コーンの画像垂直面上のコーン角度
は２５．９４°である。

映像形成ビームは１つのビーム分割器を２回通過しなけ
ればならず、システムにおける他の損失（例えばミラー
からの反射損失）を考慮する前でさえ約７５％の光損失
を生ずるから、このシステムは光損失を受ける傾向があ
る。

このシステムでは初期投影光コーンによってカバーされ
る角度範囲に等しい角度範囲で映像形成光線ｔ２がルー
バを通過することになり、かつルーバド・プレート３は
垂直面から離れる角度をもって急激に低下した透過を有
するので、映像の頂部および底部における強度の顕著な
低下（ｆａｌｌｏｆｆ）を回避するために、ルーバのカ
ットオフ角度がオリジナルの投影ビームのコーン角度よ
りも大幅に大きくなるようにルーバのカットオフ角度を
選択する必要がある。このような映像強度の低下は段階
的な中性密度フィルタを用いて補償されつるが、このこ
とはさらに他の光損失を導入すので、実用的には許容で
きない。

逆に言えば、ルーバド・プレート３は、望ましくない「
ゴースト」映像を発生するでろう透過光線ｔ、およびｔ
３を捕捉するのに十分に小さいカットオフ角度を有して
いなければならない。従って、垂直軸では例えば２６°
程度の小さな投影コーン角度が適当であり、この装置は
競合システムよりも実質的に薄いが、それの十分な潜在
力は実現されない。

ルーバ・カットオフの問題に対する１つの解決策は第６
図に示されているように可変角度を有し、ルーバのエツ
ジの近傍の隣接通路の透過方向が平行関係からの偏差角
度を有するようになされたルーバ２０を設けることであ
る。このようにして、ルーバを通過しる光のビーム分割
器に対する垂線に関する入射角度はそのルーバに沿っに
位置とともに変化する。

ルーバ２０はエツジに向って隣接ルーバが正確には平行
でないように組み立てられる。このようなルーバはスク
リーン争フレームに組込まれたピンの間でそのスクリー
ン・フレームを多数回横切って延長する細いマットブラ
ック・テープを設けることによって作製されうる。スク
リーン・フレームに対する各ビンの角度がルーバ内にテ
ープにより形成された通路の角度を、従ってその通路の
透過方向を画定する。あるいは、ルーバド・シートとし
て示唆されたルーバ・シートがそれと同じ効果を得るた
めに屈曲されかつその状態に保持され得るが、そのよう
にするとパッケージ深さが大きくなる。いずれの形態で
も、映像形成光線はルーバの局部方向と平行に通過し、
その光線の損失は最小になる。

ルーバφカットオフ問題に対する他の解決策では、第７
図に示されているように、映像形成光線をコリメートす
るためにルーバド・プレート３の前にフレネルレンズ２
２が設けられる。

この問題についての詳細な幾何学的解析の結果は、これ
らの修正のいずれにおいても、透過光線ｔｌ、ｔ３がル
ーバ方向に対してなす最小角度が第１図の基本構成にお
いて生ずるものよりも大きくなるという効果がある。こ
れは第８図を参照することによって判るが、その図は成
分ｔ３がルーバ方向に対してなす角度αを、曲線Ａ１に
より示されているように標準構造（最小角度２６．６°
）の場合に光ｔ３が衝突するスクリーン位置、曲線Ｂ１
によりしめされている可変角度ルーバ（最小角度３３゜
４″）、 および曲線Ｃ１で示されているフレネル系（最小角度４
０．５”　）の間数として示している。スクリーンの底
部近傍に当る光線はｔ３が最終映像の位置より下に当り
従って無視さるような角度で反射される。

第８図に対する解析は、光源から４０°コ一ン角度（垂
直方向における）が得られかつミラー角度および位置が
光線ｔ２を映像の中心においてスクリーンに対し直交さ
せるとともに、系の全体の厚みを最小限に抑えるように
選択された場合に対するものである。ｔ３がスクリーン
に対してなす角度は３つの可能な実施例に対して比較さ
れる。

光線ｔ、の場合には、第１図の基本実施例では、これが
ルーバに対してなす最小角度はｔ３に対するものに等し
くなるように示され得るが、ｔ、の場合にはこれはとに
かく映像位置より下で生ずる。可変角度ルーバとフレネ
ルレンズの両方の実施例の場合に、ｔ、はルーバに対し
基本実施例におけるよりもはるかに大きな角度をなす。

ルーバ・フィルムは、透過光が直交入射状態にある場合
でも（すなわちルーバ方向に対して平行）、その透過光
を減衰させることがなく、かつこの効果は、ルーバの密
度がカットオフ角度を減少させるように増大されるにと
もなって、−層顕著となる。

従って、これらの修正例はルーバ・フィルムに対してよ
り大きなカットオフ角度を用いることを可能にし、それ
に伴いピーク画像輝度が小さくなる（典型的には１０％
〜２０％）とともに、映像全体にわたってピーク画像輝
度を維持させうる効果を有する。

他の問題は、入来光ｒ、の入射角が大きいためにビーム
分割器の空気ｌガラス表面が多量の光を反射しくその空
気／ガラス表面が反射防止被覆を施されていても）、こ
れにより主映像に近接して低強度ゴースト映像が生じう
ろことである。この映像ゴースト問題に対する１つの解
決策は入来光を、それの電界が入射平面に対して平行に
なるように、直線的に偏光させることである。これによ
りゴースト映像の強度をそれがもはや視覚的に感知でき
ないレベルまで大幅に低下させ得る。スライドプロジェ
クタに本発明を適用した場合には、これにより光強度の
損失を生ずるが、液晶表示が投影される場合には、光は
すでに偏光されており、この偏光が正しい方向となるよ
うにシステムを設計するだけでよい、ある種の状況にお
いて、偏光感応ビーム分割面が用いられている場合には
、この構成では主ビーム映像の減少を生ずることになる
。

他の有益な解決策は、入来光線が遭遇するビーム分割器
の最初の面としてビーム分割面を設けることである（す
なわち、その面は、反射防止面がさらにルーバド・プレ
ートに向ってビーム分割器内に配置されている状態で、
ミラー４に対向している）。この状況では、減衰された
ビームでゴースト映像が形成され、ビーム分割面を通る
第２番目の透過によってさらに減衰される。

第９図は修正された設計を示しており、この場合には、
交互のミラー・ストリップ３１と透明ストリップ３２に
分割された（例えばアルミ被覆ガラスのフォトリトグラ
フィまたはエツチングによって）１つの面３０で前記ビ
ーム分割器２が置換されている。パターン・ミラーに入
射する光線のある部分は「クリア」部分を透過されて、
ルーバド・プレート３で吸収され、他方、その光線の他
の部分はクリア部分を通過するような態様で反射される
。

ミラー・ストリップのパターンを適当に設計することに
よって、効率５０％までの装置を作製することができる
。それらのストリップは本質的に感知できないように十
分に小さくなければならないとともに、種々の部品のア
ラインメントが注意深く行なわれなければならない。

【図面の簡単な説明】

第１図本発明による表示装置の一部分を示す慨略図、第
２図は本発明の１つの実施例に使用するための光源を示
す図、第３図は本発明の第２の実施例の一部分を示す慨
略図、第４図は本発明で使用するためのビーム分割器の
入射角にともなう反射および透過係数の変化を示すグラ
フ、第５図は本発明で使用するためのビーム分割器に対
する初期入射角に対する光の全透過を示すグラフ、第６
図および第７図は第１図の表示装置に対する（１正例を
示す慨略図、第８図は本発明の異なる実施例の相対的性
能を示すグラフ、第９図は第１図の表示装置に対する他
の１１１正例を示す慨略図である。 図面において、２はビーム分割器、３はルーバド・プレ
ート、４はミラー、５はデフユーザ・プレート、ＩＯは
光源、１１はランプ、１２は凹面ミラー１３は非球面コ
ンデンサ、１４はｌ　Ｒ／ＵＶフィルタ、１５は平凸レ
ンズ、１６は投影レンズ、１９は表示パネルをそれぞれ
ボす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、表面に光を投射するための装置において、入射ビー
   ムの部分的反射と部分的透過を行なうビーム分割手段と
   、 前記ビーム分割手段に光を送るためにそのビーム分割手
   段の一側に配置された光源と、 前記ビーム分割手段から反射された光をそのビーム分割
   手段に向けて送り戻すために前記ビーム分割手段の前記
   一側に設けられたミラー手段と、前記ビーム分割手段に
   対する法線に関する入射角の予め定められた制限範囲内
   で光がそのビーム分割手段を通過できるようにするため
   に前記ビーム分割手段の他側に配置されたルーバ手段を
   具備した表面に光を投射するための装置。 ２、前記光源が投影されるべき映像を形成するための表
   示パネルを具備している請求項１の装置。 ３、前記ビーム分割手段に対する法線に関する入射角の
   前記予め定められた制限範囲が前記ルーバ手段に沿った
   位置とともに変化する請求項１または２の装置。 ４、前記ルーバ手段が並置関係をもって配列された複数
   の通路を有し、２つ以上の通路が平行関係に対し偏差角
   をなす透過方向を有する予め定められた範囲内における
   １つの通路の軸線に関して入射角を有する光を透過させ
   うるようになされた基体を具備した請求項３の装置。 ５、ビーム分割手段とルーバ手段との中間にフレネルレ
   ンズ機構をさらに具備した請求項１または２の装置。 ６、前記ビーム分割手段が交互の反射ストリップと透明
   ストリップを有する基体を具備している請求項１〜５の
   いずれかによる装置。 ７、前記ビーム分割手段の前記他側においてそのビーム
   分割手段の１つの面上に反射防止被覆が設けられている
   請求項１〜６のうちのいずれかによる装置。