JPH02149882A - 画像投射装置 - 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】 （技術分野） 本発明は、第１の光ビームを発生する光源と、この第１
光ビームの光路中に配置され、投射すべき画像を発生さ
せる少なくとも１個の画像表示パネルを有する反射型画
像表示光学系と、画像表示光学系から発する第２の光ビ
ームの光路中に配置され、画像表示光学系で発生した画
像を投射スクリーン上に投射する投射レンズ系とを具え
る画像投射装置に関するものである。

（従来の技術） 画像投射装置の概念は一般的な意味に理解されるべきで
あり、ビデオ画像、図形画像、数値情報或はこれらを結
合したものを表示する装置を具えている。表示すべき画
像には単色画像及びカラー画像の両方がある。カラー画
像の場合、表示光学系は例えば赤、緑及び青の原色用の
３個のカラーチャネルを有し、各チャネルは表示パネル
を含んでいる。単色画像は一色の画像を意味するものと
理解すべきであり、この−色は原理的に所定の波長に対
応し、実際には所定の中心波長を有する波長域に対応す
る。この画像は、中心波長及びその周辺の波長域を有す
る単色性ビームと一般に称せられている光ビームによっ
て形成される。投射スクーンは画像投射装置の一部を構
成し画像投射装置を一方の側で終端させる。投射スクリ
ーンは画像投射装置から距離を以て位置させることがで
き、例えば適当な反射部を有する壁で構成することもで
きる。

欧州特許出願第１６６１９４号公報には、２個の電極プ
レート間に形成されている液晶材料層を有する反射型画
像表示パネルを含む画像投射装置が開示されている。こ
の画像表示パネルはＬＣＤ　（液晶表示）として既知で
ある。反射型画像表示パネルを用いる場合、表示パネル
で反射した第２ビームを放射源から発する第１ビームか
ら十分な範囲に亘って空間的に分離し、第２ビームの光
路中の投射レンズ系が第１光ビームの一部をさえぎられ
ないようにする必要がある。この目的を達成するため、
欧州特許出願第１６６１９４号公報に開示されている画
像投射装置では、第１ビームの主光線を表示パネルに９
０″とは異なる予め定めた角度、すなわち表示パネルに
垂直な角度以外の角度で入射させている。従って、第２
ビームの主光線は入射角と等しい大きさで反対向きに反
射し、この結果第１ビームと第２ビームの主光線は異な
る方向に進むと共に入射角の２倍に等しい角度をなすこ
とになる。

よって、第１ビームと第２ビームを十分に分離するため
には、入射角を比較的太き（する必要がある。しかしな
がら、特にＬＣＤパネルを用いる場合、第１ビームの入
射角は零又は数度以下とすることが望ましい。よって、
２本のビームを完全に分離するには、画像表示パネルか
ら長い距離だけ離れなければならず、画像投射装置が大
型化してしまつ。

従って、本発明の目的は小型な構造であって、しかも第
１ビームの画像表示パネルに対する入射角を小さくでき
る画像投射装置を提供するものである。この目的を達成
するため、本発明による画像投射装置は、光源と画像表
示光学系との間並びに前記画像表示光学系と投射レンズ
系との間に、ビームを分離する作用を有する第１媒質か
ら第２媒質への遷移構造を設け、これら第１及び第２媒
質が異なる屈折率を有し、前記遷移構造を、前記第１光
ビーム及び第２光ビームのうちの一方の光ビームが全反
射し他方の光ビームが透過するように配置したことを特
徴とする。

上記ビーム分離作用を有する遷移構造により、第１ビー
ムと第２ビームの主光線間の角度が小さくても、これら
主光線をすなわち第１ビームと第２ビームとを大きく分
離させることができ、この結果投射レンズ系をビームス
プリッタとして機能する遷移構造に比較的接近して配置
することができる。

原理的に、２個の媒質の屈折率差が十分に大きければ、
ビーム分離遷移として透明媒質間におけるいかなる遷移
も用いることができる。本発明による画像投射装置は、
前記遷移構造を、空気と透明材料との間の界面で構成し
たことを特徴とする。

上記好適実施例は、さらに前記遷移構造がプリズム光学
系に含まれ、このプリズム光学系が対向する２個の面間
に空気層を有する２個の透明プリズムで構成したことを
特徴とする。

上記好適実施例は、遷移構造がプリズム光学系内に収容
されているので、汚染や損傷から適切に保護される。複
合プリズムの第１ビームに対する入射面と第２ビームに
対する出射面は、第１及び第２ビームの主軸に対してそ
れぞれ等しい向きをなすように設定できるので、光学収
差を最も簡単な方法で補正することができる。

画像表示光学系が画像情報に応じて第２ビームの偏光方
向を変調し、有用な光が最良に用いられる画像投射装置
の実施例は、前記光源から遷移構造までの光路並びに遷
移構造から投射レンズ系までの光路中に偏光感知ビーム
スプリッタを設け、光源から発するビームを２個の相互
に直交する偏光サブビームに分離し、これらサブビーム
を共に画像表示光学系に入射させ、これらサブビームが
画像情報で変調された後これらサブビームを合成するよ
うに構成したことを特徴とする。

偏光回転表示パネルを具えるより一般的な画像投射装置
においては、第１の偏光方向を有する光だけが表示パネ
ルを透過するので、本発明による画像投射装置の上記実
施例において上記第１の偏光方向と直交する第２の偏光
方向を有する光が（光源からの光の全ては基本的に第２
偏光方向を有している）画像情報で変調されるので、有
用な光を最良の状態で利用できることになる。

米国特許第４１２７３２２号から、光束を増大させるた
め同一光源からの２個の直交偏光した光ビームを同一の
画像情報で変調しその後これらビームを合成する構成が
既知である。この従来の装置においては各光ビームが個
々の画像表示パネルによって変調されるので、本発明に
よる画像投射装置に必要なパネル数の２倍のパネルが必
要になる。さらに、従来の装置では、変調された第２ビ
ームは偏光感知ビームスプリッタによって変調されてい
ない第１ビームから分離されており、全反射に基づいて
作動する素子によって分離するものではない。

実用的に重要な本発明による画像投射装置の実施例は、
前記画像表示系を、カラー選択素子と画素がグループに
分割されている複合画像表示パネルとを具えるカラー画
像表示系とし、画素の各グループが所定の色のサブ画像
を発生し、この色が、関連する画素グループに属するカ
ラー選択素子の色と対応することを特徴とする。

このカラー画像表示は、前記カラー選択素子を、光ビー
ムを異なる色の３個の単色性サブビームに分離すると共
に単色画像情報で変調されたサブビームをカラー画像情
報で変調された１個の光ビームに合成する複数のカラー
選択性ビームスプリッタで構成し、サブビームの各々の
光路中に個別の画像表示パネルを配置し、この画像表示
パネルの集合的な画素が前記画素群のうちの１個を構成
することを特徴とすることができる。

さらに、この実施例は、前記カラー画像表示系が、画素
がグループで配置されている画像表示パネルを含み、各
画素グループが所定の色のサブ画像を発生し、関連する
画素の属する画素グループによって発生すべきサブ画像
の色に対応する色の光だけを透過するカラーフィルタを
画素の各々に設けたことを特徴とすることができる。

上記実施例は、カラー画像投射装置が有する光学素子の
数が最小のものとなると共に、特に小型構造とすること
ができる利点を有している。

本発明によるカラー画像投射装置の別の実施例は、前記
光源を、対応する数の単色光ビームを放出する複数の単
色光源で構成し、これら光源が個別のカラーチャネルの
一部を構成し、カラーチャネルの各々に単色性反射型画
像表示パネル及びビームスプリッタを配置し、投射レン
ズ系の前段に、画像情報で変調された単色性光ビームを
カラー画像情報で変調された１個の光ビームに合成する
カラー選択性素子から成る光学系を配置したことを特徴
とする。

以下図面に基き本発明の詳細な説明する。

（実施例） 第１図において、符号ｌは照明光学系を表示し、この照
明光学系は例えば金属ハロゲンランプから成る放射源２
と単レンズとして線図的に示す集光光学系３とを具える
。この集光光学系は複数のレンズ及び／又はミラーを含
むことができる。照明光学系１からビームｂ、を発生し
、このビームは画像表示パネル１０に入射する。この画
像表示パネル１０は、例えば液晶パネル（ＬＣＤ）とす
ることができる。このパネル１０は例えばネマティック
形の液晶材料層１３を有し、この液晶材料層を２個のプ
レート１１及び１２で封止する。プレート１１は透明で
あり例えばガラスで構成され、プレート１２は透明とす
ることができ又は反射性とすることもできる。これらプ
レートの各々に制御電極１４．１５を形成する。

電極１４は透明とし、電極１５は、ガラスプレート１２
を用いた場合反射性とし、反射プレー目２を用いる場合
透明のものとすることができる。これら電極は多数の列
電極及び行電極に分割することができ、これら列及び行
電極により表示パネルに多数の画素を形成することがで
きる。線図的に示す駆動端子１６及び１７を経てマトリ
ックス電極を駆動することにより画素を制御することが
できる。従って、所望の位置で液晶材料層１３を通る電
界を形成することができる。この電界によって液晶材料
層１３の実効反射率が変化し、関連する画像の区域に局
部的な電界が存在するか否かに応じて当該画像を通る光
の偏光面が回転する。

受動的に制御される画像表示パネルの代りに、能動的に
制御できる画像表示パネルを用いることもできる。能動
型画像表示パネルにおいては、−方の基板プレートに電
極を形成し他方のプレートには半導体駆動電子素子を形
成する。画像の各々は、例えば薄膜トランジスタのよう
なそれ自身の能動制御素子によって駆動される。

これら両方の型式の直接駆動画像表示パネルは、例えば
欧州特許出願筒０．２６６、１８４号に記載されている
。

画像表示パネルは、米国特許筒４，１２７，３２２号に
記載されているような一層複雑な光学系の一部のものと
することもできる。上記光学系において、画像は陰極線
管により発生する。陰極線管から放射される光は光導電
層に入射し、この光導電層に陰極線管上の画像に応じた
電荷パターンが発生する。この電荷パターンにより、光
導電層と対向電極との間に存在する液晶材料層に陰極線
管の表示画像に従う電界が形成される。電界を変化させ
ることにより、液晶材料層の複屈折性が変化し、この結
果液晶材料層に入射する投射ビームの偏光方向の回転に
局部的な差異が発生する。この投射光学系においては、
適切に作動させるために多数の付加的な層を形成する必
要がある。米国特許第４１２７．３２２号に開示されて
いる装置は、より専門的な用途用のものとして構成され
ている。

液晶材料層を有する画像表示パネルを用いて画像を投映
するためには、画像表示パネルに入射するビームを偏光
光、好ましくは直線偏光光とする必要がある。しかしな
がら、放射′ａ２は一最的に非偏光光を放射する。この
ため、偏光子４を用いて放射源からの光から所望の偏光
方向を有する直線偏光成分を取り出す。画像表示パネル
で反射したビームｂ２の光路中に、例えば偏光子４の偏
光方向とほぼ平行な偏光方向を有する検光子９を配置す
る。このように構成することにより、電界により付勢さ
れビームの偏光方向を変化させない画素から発生した光
は、投射レンズ系２０に向けて検光子９を透過する。一
方非付勢画素はビームの偏光方向を９０゛回転させ、こ
の非付勢画素から発する光は検光子により阻止される。

従って、検光子９はビームの偏光変調を強度変調に変換
することになる。単レンズ素子によって線図的に図示し
た投射レンズ系２０は、画像表示パネル１０の画像を投
射するスクリーン３０上に表示する。このスクリーン３
０と投射【／ンズ系２０との間の光路長は比較的長いも
のである。投射光学系２０とスクリーン３０との間の光
路を反射体によって折り曲げることにより、投射装置の
寸法を小型のものとすることができる。

本例において、電界が印加されていない画素は投射スク
リーン３０上に黒点として表示される。或いは、画像を
以下のように制御することも可能である。すなわち、画
素に電界を印加した場合当該画素に入射した直線偏光の
偏光方向が９０°回転せず、入射直線偏光が楕円偏光に
変換されるように制御することも可能である。この場合
、当該画素からの光の一部は投射スクリーンに向けて検
光子を透過し、残りの成分は検光子によって阻止される
。従って、対応する画素は投射スクリーン上に黒点とし
てではなく白点として又は灰色点として表示される。こ
の場合、灰色の程度は調整することが可能である。

液晶の画像表示パネルを有する画像投射装置は、原理的
に直線偏光を用いる代わりに、円偏光又は楕円偏光を用
いて作動させることができる。

この場合、画像表示パネルは、円偏光の偏光方向を僅か
に変化させ、又は楕円偏光の楕円軸間の比を僅かに変化
させる。そして、最終的に別の偏光手段を用いて上記偏
光光を直線偏光に変換し、これによって直線偏光の偏光
方向の変化に変換する。

駆動状態にある画素がビームの偏光方向を回転させ非駆
動状態の画素は偏光方向を回転させない画像表示系を用
いる場合、ビーム全体の偏光方向を９０°回転させる特
別な液晶材料層を画像表示パネルに直列に配置し、駆動
状態の画素が偏光方向を変化させない画像表示パネルを
有する画像投射装置で形成される画像と同−掻性の画像
を投射スクリーン上に表示することができる。

駆動状態にある画素が偏光方向を変化させない駆動装置
において、例えば強調されたコントラストを得る目的の
ため、又は装置のカラー依存性を低減させるため、或い
は表示パネルのスイッチング速度を高くするために駆動
状態の画素が投射スクリーン上で黒点として表示される
ことを望む場合、第１図において符号１８で表示する付
加的な偏光回転素子を用いることもできる。

液晶結晶材料層の代りに、付加的な偏光回転素子１８と
してλ／４板を用いることもできる。ここで、λは投射
光の波長である。この偏光回転素子は、ここで説明して
いる実施例にも勿論適用することができる。

第１図はビームｂ、及びｂ２の主光線だけを示す。

しかしながら、これらビームは、画像表示パネル１０全
体に匹敵する所望のビーム幅を有している。

投射レンズ系２０にはビームｂ２の光だけが入射しビー
ムｂ、の光は入射しない。投射レンズ系と画像表示パネ
ルとの間の距離が長くなることなく投射レンズ系の部分
でビームｂ、とｂ２とを適切に分離するため、複合プリ
ズム素子５の形態をした角度依存性ビームスプリッタを
用いる。この素子５はガラス又は合成樹脂材料の２個の
透明プリズム６及び７を具え、これらプリズム間に空気
層８を形成する。プリズム材料の屈折率ｎ、　（ｎ＋ｅ
は例えばｌ、５）は空気の屈折率（ｎ＋−１，０）より
も大きいから、プリズムと空気の界面に臨界角θ９より
大きいか又は臨界角に等しい角度θ、で入射したビーム
は、この界面で完全に反射することになる。

Ｉ ここで、ｓｉｎ　θｇ≠ ｌＩ 一方、光ビームが臨界角より小さい角度で界面に入射す
ると、このビームは完全に透過する。第１図の実施例に
おいて、プリズム６及び７の屈折率並びに空気層の配向
を適切に選択して、光源からのビームｂ、を表示パネル
１０に向けて界面で反射させ、画像表示パネル１０から
のビームｂ２を界面で透過させる。従って、界面におけ
るビームｂ、及びｂ２の入射角を、それぞれ臨界角より
も大きく又は小さくなるよう設定する。

プリズム系を配置することにより、ビームｂ２の中心光
線はビームｂ、の中心光線とほぼ９０°の角度をなすこ
とになる。この結果、投射レンズ系２０は表示パネル１
０に接近して位置させることができ、画像投射装置をプ
リズム系のない場合よりも相当小型化することができる
。

或いは、ビームｂ、及びｂ２の方向に対する界面６゜８
の向きを適切に選択し、ビームｂ、が表示パネル１０に
向いて透過しくビームｂ、はプリズム系の下側に位置す
る）、ビームｂ２が反射して投射レンズ系２０に入射す
るように構成することもできる。このように構成するこ
とにより、カラービーム投射を行う場合変調ビームｂ２
に色収差がほとんど発生しない利点が達成される。

カラー画像を投射する場合、１個の表示パネルを有する
画像表示系を用いる代りに、例えば３個の画像表示パネ
ルと複数のカラー選択性ビームスプリッタを具える複合
画像表示系を用いることができる。第２図は、この複合
画像表示系の一例を示す。

第２図に示す実施例において、カラー分離は２個のダイ
クロイックミラー４１及び４２で構成するダイクロイン
ク交差体４０と称せられている光学素子により行なう。

界面６，８で反射したビームｂ、は、例えば青色光を反
射する第１のダイクロイックミラー４１に入射する。青
の成分ＥＩＩ＋ｂは表示パネル５０に入射し、この表示
パネル５０において青のサブ画像を発生し青色用の画像
情報で変調されたビームｂ２１．をパネル５０によりダ
イクロイック交差体４０に向けて反射する。赤及び緑の
成分を有しダイクロインクミラー４１を透過したビーム
は、第２のダイクロイックミラー４２に入射し、赤の成
分ｂ１．１は反射して表示パネル６０に入射する。この
表示パネルにおいて赤のサブ画像が発生する。赤画像の
ための画像情報で変調されたビームｂ２＋ｒはダイクロ
イック交差体４０で反射する。ダイクロイックミラー４
２を透過した緑のビーム成分す８１．は緑用の画像表示
パネル１０で変調されダイクロイック交差体４０に向け
てビーム成分ｂ２，９として反射する。

ダイクロインクミラー４１及び４２は戻り側のビーム成
分ｂ２＋ｂ及びＩ）２＋、、を反射しビーム成分ｂ２１
．を透過するから、これらビーム成分は結合されてカラ
ー画像情報で変調された１本のビームｂ２となる。

第３図はカラー画像投射装置の別の実施例を示す。本例
においては、光源からのビームｂ１は２個のプリズム間
の空気層で全反射しない。本例の画像投射装置はプリズ
ム系７０を具え、このプリズム光学系により色分解及び
カラー画像合成の両方を行なう。プリズム系７０は３個
のプリズム７１．７２及び７３で構成され、第１の空気
層７５をプリズム７１と７２との間に形成し、第２の空
気Ｎ７６をプリズム７２と７３との間に形成する。プリ
ズム７２には第１のダイクロイックＮ７７をコートし、
プリズム７３には第２のグイクロイック層７８をコート
する。

光源２から発するビームｂ１は面８１を経てプリズム７
１に入射し、例えばガラスから成るプリズム材料と空気
との界面を形成する面８０に入射する。面８０への入射
角θ、は臨界角よりも大きいので、ビームｂ、は面８０
で全反射する。このビームｂ＋は空気１ｉ７５を通過し
てプリズム７２に入射する。この場合、入射角は空気層
とプリズム７２との間の界面における臨界角よりも小さ
くなるように設定する。その後、ビームｂ、はプリズム
７２の内部を通過してダイクロインク層７７に入射し、
このダイクロイック層によって例えば青成分ビームｂ１
．．が反射する。反射した青のビーム成分ｔ）ｌ＋ｂは
プリズム７２と空気層７５との間の界面に入射し、この
界面で全反射して青の表示パネル５０に入射する。青の
画像情報で変調されたビーム成分ｂ２１．は、空気層７
５との界面でダイクロイック層７７に向けて再び全反射
し、このダイクロイック層で反射され投射レンズ系２０
に入射する。ダイクロイック層７７を透過した赤及び緑
の成分のビームは第２のダイクロイック層７８に入射し
、このダイクロイック層７８において赤のビーム成分す
、、ｒは反射し、緑のビーム成分は透過して縁周の画像
表示パネル１０に入射する。緑の画像情報で変調された
ビーム成分ｂ２，９は反射し、投射レンズ系２０に直接
入射する。ダイクロイック層７８で反射した赤のビーム
成分ｈｌ＋ｒは空気層７６との界面で全反射して赤用の
表示パネル６０に入射する。赤の画像情報で変調された
赤のビーム成分ｂ２５．は空気層７６との界面で全反射
し、次にダイクロイック層７８で反射して緑のビーム成
分ｔ１２．　ｑと結合する。ダイクロイック層７６にお
いて、これらのビーム成分は青のビーム成分ｂ２１．と
結合され、カラー画像情報で変調された完全なビームｂ
２が得られる。このビームｂ２はプリズム７１と空気と
の間の界面８０に臨界角以下の角度で入射し、この界面
を透過して投射レンズ系２０に入射する。

偏光子４及び検光子９はプリズム７１の面８０上に設け
るのが好ましい。このように構成することにより、これ
らの素子は３個のカラービーム成分に同時に作用し、各
カラー成分に対してそれぞれ個別にこれら素子を設ける
必要がなくなり、しかも素子４及び９を保持する部材も
不要になる。

さらに、プリズム素子８２をプリズム７１の面８０上に
配置するのが好ましい。プリズム８２を配置することに
より、画像表示パネルとしてプリズム光学系の入射面８
１及び出射面８３を第１ビームｂ、及び第２ビームｂ２
の主光線に対してそれぞれ等しい向きのものとすること
ができる。投射ビームｂ、、　ｂ、に関し、プリズム光
学系７０は二重平行平面板として作用し、この結果投射
ビームの光学収差を簡単な方法で最小にすることができ
る。

第４図は照明光学系１からの光を効率よく利用した実施
例を示す。光源から発生したビームｂ１は偏光方向が相
互する２個のビーム成分ｂ１′及びす、″を有している
。このビームｂ、は偏光感知ビームスプリッタ９０に入
射する。このビームスプリッタは、２個の透明プリズム
９１と９２を有しこれらプリズム間に偏光分離１１９３
を形成したもので構成する。偏光分離層９３は、入射面
に平行な偏光方向を有し一般的にＰ偏光と称せられてい
るビーム成分す、　Ｊを反射し、入射面と直交する方向
の偏光面を有しＳ偏光と称せられているビーム成分ｂ１
＃を透過する。

入射面は入射ビームの主光線によって形成される面であ
り面９３に垂直である。

偏光分離面９３で反射したビーム成分す、　ｌは反射体
９５により画像表示パネルに向けて反射する。このビー
ム成分は角度依存性ビーム分離素子５の空気層８を通過
する。ただし、その入射角は、臨界角より小さい角度と
なるからである。画像情報で変調されると共に反射した
ビーム成分ｂ２′は、空気Ｎ８に臨界角より大きい角度
で入射し、この界面で反射体９６に向けて全反射し、こ
の反射体９６によって偏光感知ビームスプリッタ９０に
向けて反射する。画像表示パネル１０の付勢された画素
からの光は偏光方向が変化せず、この光は偏光分離層９
３によって投射レンズ系２０に向けて反射する。非付勢
状態の画素からの光は照明光学系に向けて分離層９３を
透過する。

Ｓ偏光ビーム成分ｂＩ＃は反射体９６によってビームス
プリッタ５に向けて反射し、このスプリッタによって画
像表示パネル１０に向けて反射し、この画像表示パネル
で画像情報で変調されると共に反射し、その後ビームス
プリッタ５を通過し、反射体９５ニよって偏光感知ビー
ムスプリッタ９０に向けて反射する。このビーム成分ｂ
２″のうち、付勢された画素からの光はビームスプリッ
タ９０を透過して投射レンズ系２０に入射する。

ビームスプリッタ９０は２個のビーム成分ｂＩ′及びｂ
Ｉ＃を形成するだけでなく、これらビーム成分を画像表
示パネルで変調した後再び１本のビームｂ２に結合する
作用を果たす。さらに、偏光感知ビームスプリッタ９０
は、ビーム成分の偏光変調を強度変化に変換する作用も
果たす。従って、このビームスプリッタは、画像表示パ
ネルの前側及び後側に配置される偏光子と検光子とで置
換される。

ビームスプリッタ９０の多様な機能により、第４図の実
施例の素子の数を最小のものとすることができる。

１個の画像表示パネルを有する代りに、第４図に示す画
像投射装置に第２図に示す方法と同様な方法で複合画像
表示系を設けることもできる。第２図のダイクロイック
交差体４０を、符号４０で線図的に示す。

色分解は、カラー分離プリズム光学系と一般的に称せら
れている光学系によって行なうことができる。第５図は
緑、青及び赤のサブ画像をそれぞれ発生する反射型画像
表示パネル１０．５０及び６０を有するカラー画像投射
装置に上記光学系をいかにして配置するかを示す。プリ
ズム光学系１００は３個のプリズム１０１．１０２及び
１０３を具え、第１ダイクロインク層１０４をプリズム
１０１　と１０２との間の界面に形成し、第２のダイク
ロイックＮ１０５をプリズム１０２と１０３との間に形
成する。

グイクロイック層１０４は青のビーム成分ｂｌ′＋ｂを
プリズム１０１の前側面に向けて反射する。このプリズ
ム１０１の前側面は、青のビーム成分が青の表示パネル
５０に向けて反射されるような角度で空気に接するウグ
イクロイック層１０４を透過した光のうち緑の成分ｂ＋
′Ｉｇは縁周の画像表示パネル１０に向けてそのまま透
過し、赤の成分ｂｌ′＋ｒはグイクロイック層１０５に
よりプリズム１０２の前側面に向けて反射する。空気層
１０６がこの前側面とグイクロイック層１０４との間に
存在する。サブビーム成分ｂｌ′＋ｒはガラスと空気と
の界面に適切な角度で入射し、この界面で赤用の表示パ
ネル６０に向けて反射する。ビームｂ、′をプリズム光
学系１００で分離したと同様の方法により、関連する表
示パネル５０．１０及び６０で変調された後のサブビー
ム成分ｂｔ’　＋ｂ＋　ｂｔ’　＋９及びｂｇＺｔｒを
このプリズム光学系１００によりサブビームｂｚ′　に
再合成する。偏光感知ビームスプリドブリズム９０によ
ってサブビームｂ２′　の偏光変調を強度変調に変換す
る。

偏光分離面９３を透過したビームｂ、＃（図示せず）は
、ビームｂ、′　と同一光路を反対方向に伝播する。

この画像投射装置の偏光感知ビームスプリッタは、ウオ
ルストンプリズムを用いて既知の方法で構成でき、ウオ
ルストンプリズムは複屈折性材料から成る２個のプリズ
ムを光学軸が互いに直交するように一緒に結合すること
により構成される。

或は、複屈折性材料から成るグラン−トムソンプリズム
又はグランーテエイラープリズムと称せられているプリ
ズム素子を用いることも可能である。

これらの光学素子においては、Ｐ又はＳの偏光方向を存
するビーム成分はプリズム面で内部全反射を受け、他の
ビーム成分は内部全反射を受けない。

上記プリズム素子並びにウオルストンプリズムは、複屈
折材料を用いているため価格が高価である。

このため、民生用の画像投射装置に用いるビームスプリ
ッタとして第６図に示すビームスプリッタを用いること
ができる。このビームスプリッタ１１０は、例えばガラ
スから成る２個の透明プリズム１１１及び１１２を有し
、これらプリズム間に中間層１１３を形成したもので構
成する。この中間層１１３は複屈折性材料で構成し、高
い複屈折性を有する液晶材料で構成するのが好ましい。

液晶材料の常光線に対する屈折率ｎ０は大部分がほぼ１
．５に等しく、異常光線に対する屈折率ｎ０は、中間層
１１３の構成に応じて１．６と１．８の間の値をとる。

中間層１１３を液晶材料で構成する場合、プリズム１１
１及び１１２に配向層と一般的に称せられているＮ１１
４及び１１５を形成し、これら配向層によって中間Ｎ１
１３の光学軸を紙面と直交する方向に延在させる。第６
図において、この光学軸を円１１６で図示する。

ビームスプリッタに入射するビームは、Ｓ偏光成分及び
Ｐ偏光成分の２個の偏光成分をとる。プリズム材料の屈
折率は、中間層１１３の屈折率ｎ、例えば１．８に等し
いものとする。ビームｂ、が、臨界角θ９に等しいか又
はこれより大きい入射角で中間層１１３に入射すると、
Ｐ偏光成分は屈折率ｎ０が適用されるため矢印１１７の
方向に全反射する。偏光方向が入射面と直交する方向に
延在するＳ偏光成分の場合、液晶材料の屈折率ｎ、が適
用されるため、ビームスプリッタを通過する際屈折率差
が発生せず、Ｓ偏光成分は中間層１１３及びプリズム１
１２をオリジナルの方向に通過する。

液晶材料の場合屈折率差Δｎ　＝ｎ＠　　　ｎｏを大き
くとれるので、液晶材料層を有するビームスプリッタ１
１０は入射角が大きい場合に好適である。

さらに、プリズム材料の屈折率及び中間Ｎ１１３の屈折
率はビームｂ、の波長が変化すると共に同じように変化
するので、このビームスプリッタは広い波長域に亘って
高い偏光効率を有することになる。

第６図のビームスプリッタの重要な利点は、安価になる
ことである。すなわち、高価な複屈折プリズム材料が不
要になると共にその生産が比較的容易なためである。

プリズム１１１及び１１２は固体である必要はない。

従って、中間層１１３の屈折率ｎ１に等しい高い屈折率
を有する透明液体又は合成材料を収容した他の透明壁部
材で構成することも可能である。これら壁部材は内部に
収容する液体又は合成樹脂材料と同一の屈折率を有し、
これらの収容される材料は偏光状態を変化させないこと
が必要である。

このビームスプリッタ１１０は、ビームｂ、′　及びｂ
２″が反射型画像表示パネルで画像情報によって変調さ
れた後、これらビームを結合するために用いることもで
きる。

第７図は三原色緑、青及び赤用のカラーチャネル１２０
．１２１及び１２２を有する画像投射装置を示す線図的
平面図である。これらカラーチャネルの各々は、個別の
放射源２、角度依存性ビームスプリシタ５及び反射型画
像表示パネル１０を具える。これらの構成要素２．５及
び１０を緑のチャネル内に示す。他のチャネルにも対応
する構成要素を同様な方法で配置する。画像情報で変調
されたカラービームｂ、、　ｂｂ及びす、をダイクロイ
ック交差体４０又はカラー合成プリズム光学系によって
１本のビームに結合し、このビームを投射レンズ系２０
を介して表示スクリーン（図示せず）上に投射する。

第７図に示す画像投射装置の各カラーチャネル１２０、
１２１．１２２に第４図と同様に偏光怒知ビームスプリ
ッタを設けて、同一の画像表示パネルによって変調させ
た２個の相互に直交する偏光ビームを形成し、その後こ
れらビームを合成することもできる。この場合、有用な
光を最良の状態で用いることができる。

本発明の画像投射装置に用いることができる直接制御反
射型ＬＣＤ表示パネルが米国特許第４２３９３４６号に
開示されている。

この米国特許の発明概念はただ１個の表示パネルを用い
るカラー画像投射装置に用いるのに好適である。この概
念の装置は、第１図及び第４図に示す構成のものとする
ことができ、単色パネル１０が複合パネルすなわちカラ
ーパネルで置換されている。このカラーパネルは、例え
ば単色パネルの画素数の３倍の画素を具えている。この
カラーパネルの画素は、赤、緑及び青の３個のグループ
に配置され、サブ画像はこれら画素群から発生する。

これら各画素の群の画素は、投射スクリーン上の画素に
常時加え合される。従って、例えば画素の各々の出射側
に、特定の色光だけを透過する個々のカラーフィルタが
配置される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による画像投射装置の第１実施例を示す
線図、 第２図及び第３図はカラー画像投射装置の実施例を示す
線図、 第４図は画像投射装置の変形例を示す線図、第５図は第
４図に示す実施例によるカラー画像投射装置を示す線図
、 第６図は画像投射装置に用いられる偏光感知ビームスプ
リッタの実施例を示す線図、 第７図は３個の光源を有するカラー画像投射装置の実施
例を示す線図である。 １・・・照明光学系　　　　２・・・放射源３・・・集
光光学系 ５．７０１・・複合プリズム素子 ６．７・・・プリズム　　　８・・・空気層１０、５０
．６０・・・画像表示パネル２０・・・投射レンズ系　
　　３０・・・スクリーン４０・・・グイクロイック交
差体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の光ビームを発生する光源と、この第１光ビー
   ムの光路中に配置され、投射すべき画像を発生させる少
   なくとも１個の画像表示パネルを有する反射型画像表示
   光学系と、画像表示光学系から発する第２の光ビームの
   光路中に配置され、画像表示光学系で発生した画像を投
   射スクリーン上に投射する投射レンズ系とを具える画像
   投射装置において、前記光源と画像表示光学系との間並
   びに前記画像表示光学系と投射レンズ系との間に、ビー
   ムを分離する作用を有する第１媒質から第２媒質への遷
   移構造を設け、これら第１及び第２媒質が異なる屈折率
   を有し、前記遷移構造を、前記第１光ビーム及び第２光
   ビームのうち一方の光ビームが全反射し他方の光ビーム
   が透過するように配置したことを特徴とする画像投射装
   置。 ２、前記遷移構造を、空気と透明材料との間の界面で構
   成したことを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置
   。 ３、前記遷移構造がプリズム光学系に含まれ、このプリ
   ズム光学系が対向する２個の面間に空気層を有する２個
   の透明プリズムで構成したことを特徴とする請求項２に
   記載の画像投射装置。 ４、前記画像表示光学系が、画像情報に応じて第２の光
   ビームの偏光方向を変調する請求項１、２又は３に記載
   の画像投射装置において、前記光源から遷移構造までの
   光路並びに遷移構造から投射レンズ系までの光路中に偏
   光感知ビームスプリッタを設け、光源から発するビーム
   を２個の相互に直交する偏光サブビームに分離し、これ
   らサブビームを共に画像表示光学系に入射させ、これら
   サブビームが画像情報で変調された後これらサブビーム
   を合成するように構成したことを特徴とする画像投射装
   置。 ５、前記画像表示光学系を、カラー選択素子と、画素が
   グループに分割されている複合画像表示パネルとを具え
   るカラー画像表示系とし、画素の各グループが所定の色
   のサブ画像を発生し、この色が、関連する画素グループ
   に属するカラー選択素子の色と対応することを特徴とす
   る請求項１、２、３又は４に記載の画像投射装置。 ６、前記カラー選択素子を、光ビームを異なる色の３個
   の単色性サブビームに分離すると共に単色画像情報で変
   調されたサブビームをカラー画像情報で変調された１個
   の光ビームに合成する複数のカラー選択性ビームスプリ
   ッタで構成し、サブビームの各々の光路中に個別の画像
   表示パネルを配置し、この画像表示パネルの集合的な画
   素が前記画素群のうちの１個を構成することを特徴とす
   る請求項５に記載の画像投射装置。 ７、前記カラー画像表示系が、画素がグループで配置さ
   れている画像表示パネルを含み、各画素グループが所定
   の色のサブ画像を発生し、関連する画素の属する画素グ
   ループによって発生すべきサブ画像の色に対応する色の
   光だけを透過するカラーフィルタを画素の各々に設けた
   ことを特徴とする請求項６に記載の画像投射装置。 ８、カラー画像を投射する請求項１、２、３又は４に記
   載の画像投射装置において、前記光源を、対応する数の
   単色光ビームを放出する複数の単色光源で構成し、これ
   ら光源が個別のカラーチャネルの一部を構成し、カラー
   チャネルの各々に単色性反射型画像表示パネル及びビー
   ムスプリッタを配置し、投射レンズ系の前段に、画像情
   報で変調された単色性光ビームをカラー画像情報で変調
   された１個の光ビームに合成するカラー選択性素子から
   成る光学系を配置したことを特徴とする画像投射装置。