JPH04274230A

JPH04274230A - マトリックススクリーンを介した２つの偏光ビームの画像プロジェクタ

Info

Publication number: JPH04274230A
Application number: JP3322477A
Authority: JP
Inventors: Christophe Nicolas; クリストフ　ニコラ; Jean-Pierre Huignard; ジャン−ピエール　ユイナール
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1990-11-09
Filing date: 1991-11-11
Publication date: 1992-09-30
Anticipated expiration: 2015-10-03
Also published as: FR2669127A1; EP0485268B1; EP0485268A1; DE69107960D1; DE69107960T2; JP3093391B2; FR2669127B1; US5299036A

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光の空間変調を液晶ディ
スプレイスクリーンによって行うイメージプロジェクタ
ー（画像投影機）に関するものであり、特に、互いに直
交し且つ相補（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｉｒｅ）関係に
ある２つの偏光を用いたイメージプロジェクタに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】イメージプロジェクタでは光を空間変調
してスクリーン上に画像を投影する。光源から出た光は
、光を空間変調するのに必要な手段を集合させた光変調
装置へ送られる。光の空間変調器としては一般に液晶マ
トリックススクリーン　（英語では液晶ディスプレイ（
ＬＣＤ）　と略記）が用いられている。このＬＣＤマト
リックススクリーンはビデオ信号によって駆動される液
晶の単位セルのマトリックスを有し、各単位セルは単位
画素点に対応している。ＬＣＤマトリックススクリーン
を用いてイメージを形成する最も簡単な方法は直線偏光
された光でＬＣＤマトリックススクリーンを照明する方
法である。この方法では、光源とＬＣＤマトリックスス
クリーンとの間に偏光子を配置してＬＣＤマトリックス
クリーンの照明に特定の偏光の方向を選択させると同時
に、ＬＣＤマトリックスの後方に第２の偏光子（「偏光
検光子」と呼ぶ）を配置してＬＣＤマトリックススクリ
ーンが生じさせた偏光の角度変調を強度変調に変える。この方法の大きな欠点は、ＬＣＤマトリックススクリー
ンを照明するために特定の偏光方向を選択するため、光
エネルギーの半分以上が失なわれることである。

【０００３】ＬＣＤマトリックススクリーンの照明効率
を改良するために、光を偏光方向が互いに相補関係にあ
る２つの偏光ビームに空間的に分離して光源から出た全
ての光を使用する方法は公知である。この方法には以下
のような複数の方式が用いられている：（ａ）　第１の
方法（ヨーロッパ特許出願第　０，３７２，９０５号参
照）では、各偏光ビームで一つのＬＣＤマトリックスを
照明し、２つのＬＣＤマトリックスによって別々に形成
された画像が重ね合わされる。この方法の主な欠点は、
２つのＬＣＤスクリーンを使用する必要があるため画像
プロジェクタのコストが極めて高くなることである。（ｂ）　他の方法では、２つの偏光ビームの１方の偏光
方向を９０度回転させて２つのビームの偏光方向を同一
にした後、２つのビームをＬＣＤスクリーンに送ってＬ
ＣＤスクリーンを照明する。この構造はエス．アイ．デ
ィー．（Ｓ．　Ｉ．　Ｄ．）が主催した１９９０年の「
ユーロディスプレイ（ＥＵＲＯＤＩＳＰＬＡＹ）　」会
議のアムステルダム大会の報告書（９０頁）　に記載さ
れている。この文献に記載の構造は少なくとも１つの欠点がある。すなわち、この構造では、ＬＣＤマトリックススクリー
ンへ送られる２つのビームの間の角度が大きくならない
ようにすると、必要なプロジェクタの寸法がかなり大き
くなる（偏光分離素子とＬＣＤマトリックススクリーン
との間の距離）か、開口度の広い投影対物レンズを用い
る必要がある。この構造のもう１つの欠点は、２つの偏
光ビームの光路を対称にすることができないため、同一
のＬＣＤマトリックススクリーン上で２つのビームによ
って作られた各照明光、換言すれば２つのビームの断面
を完全に重ねることが困難であるという点にある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、２つ
の偏光ビームの１方の偏光方向を９０度回転させた後に
２つの偏光ビームでＬＣＤマトリックススクリーンの照
明を行う形式の画像プロジェクタの上記欠点を解決する
ことにある。本発明の目的は、特に、変調装置が小型化
でき、しかも、開口度の小さい投影対物レンズを用いる
ことができるような新規な配置を有する上記形式の変調
装置を提供することにある。本発明は、いわゆる「正面
」型（投影スクリーンに投影される光の拡散反射を利用
する形式）の画像プロジェクタにも、いわゆる「背面」
型（投影スクリーンに投影された光の拡散透過を利用す
る形式）の画像プロジェクタにも適用することができ、
また、モノクロ画像の形成にもカラー画像の形成にも適
用することができる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の画像プロジェク
タは、少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの液晶
マトリックススクリーンと、少なくとも１つの偏光方向
回転要素と、互いに直交する偏光方向を有する２つ偏光
ビームに光を分離する少なくとも１つの偏光分離器とを
有し、上記２つの偏光ビームはその１方が偏光方向回転
要素を通った後にマトリックススクリーンによって変調
されるようになっている画像プロジェクタにおいて、各
偏光ビームを少なくとも２回反射する第１の手段を有し
、第１回目の反射ではビームがマトリックススクリーン
と同軸な光学軸線の方向へ反射され、第２回目の反射で
はビームがマトリックススクリーンの方向へ反射され、
さらに、偏光分離器とマトリックススクリーンとの間の
光路の少なくとも一部で各偏光ビームを収束させて、第
１回目の反射とマトリックススクリーンとの間で各偏光
ビームがソースイメージを形成するようにする第２の手
段を有していることを特徴としている。上記配置とする
ことによって、主光学軸線に極めて近い位置に設けた鏡
を用いて２つの偏光ビームをマトリックススクリーンの
方へ向けることが可能になり、その結果、２つの偏光ビ
ームが互いに成す角度が小さくなり、各偏光ビームは光
学軸線の近傍に光源のイメージを形成することができる
。上記配置の他の利点は２つの偏光ビームの光路を完全
に対称にすることができるという点にある。本発明は、
添付図面を参照した以下の実施例の説明からより明らか
になろう。しかし、本発明が以下の実施例に限定される
ものではない。

【０００６】

【実施例】図１は本発明のモノクロ型イメージプロジェ
クタ１を示している。このイメージプロジェクタ１はソ
ースビーム（光源光）と呼ばれる光のビームＦＳを作る
光源２を有している。このビームＦＳは特定の偏光方向
を有していない。このソースビームＦＳは互いにほぼ平
行である。従って、ソースビームＦＳは例えばパラボラ
反射器（図示せず）の焦点または収束レンズの焦点に配
置した照明ランプ（図示せず）によって構成することが
できる。ソースビームＦＳは伝搬軸線ｘ１に沿って偏光
分離器ＳＰの方へ伝搬する。偏光分離器ＳＰは従来型の
ものにすることができ、例えば誘電性材料の薄膜層で構
成された積層フィルムの偏光分離面ＳＰにすることがで
き、この偏光分離器ＳＰは公知の方法で各屈折率を変化
させる。このような偏光分離面は「偏光分離立方体」と
して作られたものを市場で容易に入手することができる
。図示した非限定的な実施例では、偏光分離面ＳＰが伝
搬軸線ｘ１に対して４５度の角度ａ１を成している。偏
光分離面ＳＰはソースビームＦＳを強度がほぼ等しく且
つ偏光方向が互いに直角な２つの偏光ビームＦＰ１、Ｆ
Ｐ２に分割する。第１の偏光ビームＦ１は分離面ＳＰを
透過し、第１の伝搬軸線ｘ１に沿って鏡Ｍ１へ向かって
伝搬される。この第１の偏光ビームＦＰ１の偏光方向Ｐ
はＳＰへの入射面（この入射面はＦＳの平均入射光線、
換言すれば軸線ｘ１を含む面であり、偏光分離面ＳＰに
対する法線である）に平行である。第２の偏光ビームＦ
２は偏光分離面ＳＰによって反射されて第２の伝搬軸ｘ
２に沿って鏡Ｍ２へ向かうビームである。この第２の伝
搬軸ｘ２は第１の伝搬軸ｘ１に対してほぼ９０度の角度
ａ２を成し、この第２の偏光ビームＦＰ２の偏光方向Ｓ
は入射面に垂直であり、換言すれば、第１の偏光ビーム
ＦＰ１の面に対して直交している。

【０００７】２つの偏光ビームＦＰ１、ＦＰ２はＬＣＤ
マトリックススクリーン５を照明するようになっている
。ＬＣＤマトリックススクリーン５を公知のように「９
０度螺旋ネマチック」型液晶を含む行と列に配置された
複数のセルを有している。図では、図面面を簡単にする
ために行を形成する５つの液晶セルＣ１〜Ｃ５のみが図
示してある。各セルＣ１〜Ｃ５は図の面に垂直に延びた
セルの一つの行を表している。２つの偏光ビームＦＰ１
、ＦＰ２は同一のマトリックススクリーン５によって変
調されなければならない。そのために、これらの２つの
偏光ビームのいずれか一方の光路上に偏光回転要素ＲＰ
を配置して、選択したビームを形成する光の偏光を９０
度回転させる。図示した非限定的な実施例では、第２の
偏光ビームＦＰ２の第２の伝搬軸線ｘ２上の偏光分離面
ＳＰと鏡Ｍ２との間に回転要素ＲＰを配置することによ
って、ビームの偏光方向を９０度回転させて偏光方向を
Ｓ型方向からＰ型方向に変える。回転要素ＲＰを出た第
２の偏光ビームＦＰ’２の偏光方向はＰ型となり、従っ
て、第１の偏光ビームＦＰ１の方向と同じになる。こう
して得られた２つの偏光ビームＦＰ１とＦＰ’２は同一
の偏光方向Ｐを有し且つ互いに直角な２つの方向に伝搬
される（図１では、図面を簡単にするために第１の偏光
ビームＦＰ１は一部分のみを示してある）。

【０００８】本発明の１つの特徴は、２つの偏光ビーム
ＦＰ１、ＦＰ２’の各々が先ず第１の鏡Ｍ１、Ｍ２によ
ってマトリックススクリーン５と同軸な光学軸線ｘＰへ
向かって反射され、次に、第２の鏡Ｍ３、Ｍ４によって
マトリックススクリーン５へ向かって反射される点にあ
る。本発明の他の特徴は、２つの偏光ビームＦＰ１、Ｆ
Ｐ２’が収束されて、各ソースビームのイメージＩＳ１
、ＩＳ２（図では楕円形で表してある）を、好ましくは
主光学軸線ｘＰの近くに形成して、マトリックススクリ
ーン５の方へ送られる２つのビームＦＰ１、ＦＰ２’が
互いに相対的に小さい角度ａ３を成すようになっている
点にある。本発明のさらに他の特徴は、偏光分離面ＳＰ
がマトリックススクリーン５の面に対して直角な面内に
配置されており、さらに、偏光分離面ＳＰの面が主光学
軸線ｘＰを含んで、マトリックススクリーン５、鏡Ｍ１
、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４およびビーム収束手段によって構成
される組立体の対称面を構成している点にある。これら
各要素の相対位置は違えることもできるが、上記の配置
にすることによって２つの偏光ビームＦＰ１、ＦＰ２の
光路を主光学軸線に対して完全に対称にすることができ
、従って２つの偏光ビームＦＰ１、ＦＰ２’をマトリッ
クススクリーン５の上で容易に完全に重ねることができ
る。

【０００９】上記の非限定的な実施例では、２つの偏光
ビームＦＰ１、ＦＰ２’は第１の鏡Ｍ１、Ｍ２によって
主光学軸線ｘＰ上の同一の収束点ＰＣの方へ送られる。第１の鏡Ｍ１、Ｍ２の向きは２つのビームＦＰ１、ＦＰ
２’が主光学軸線ｘＰに直角で且つ互いに重なり合った
軸線ｘ４、ｘ５に沿って伝搬するように決定する。第１
および第２の偏光ビームＦＰ１、ＦＰ２’の各々は第２
の鏡Ｍ３、Ｍ４によって反射された後に軸線ｘ６、ｘ７
に沿ってマトリックススクリーン５へ向かって送られる
。これらの２つの伝搬軸ｘ６、ｘ７は互いに収束して、
マトリックススクリーン５の面内またはこの面の近傍で
互いに交差する。図１に示した非限定的な実施例では、
２つの偏光ビームＦＰ１、ＦＰ２’を収束させるために
、第１および第２の偏光ビームＦＰ１、ＦＰ２’の各光
路上で偏光分離面ＳＰの近くには、第１の収束レンズＬ
Ｃ１と第２の収束レンズＬＣ２とが配置されている。各
収束レンズＬＣ１、ＬＣ２は、２つのビームＦＰ１、Ｆ
Ｐ２’を例えば収束点ＰＣで収束するように設計されて
いて、第２の鏡Ｍ３、Ｍ４上で反射された各ビームが主
光学軸線ｘＰの極めて近傍の伝搬軸ｘ６、ｘ７上にソー
スイメージＩＳ１、ＩＳ２を形成する。なお、これらの
２つのビームＦＰ１、ＦＰ２’を各々異なる点（図示せ
ず）に収束させ、これらの２つの収束点を互いに対称（
すなわち偏光分離面ＳＰの面に対して対称）することも
できる。また、第１の鏡Ｍ１、Ｍ２を変えて、収束点Ｐ
Ｃをマトリックススクリーンのより近くまたは遠くにす
ることもできるとういうことも理解できよう。重要なことは、２つの偏光ビームの成す開口角度（ビー
ムＦＰ２’に対して示した開口角度ａ６等）の関数で、
主光学軸線上のマトリックススクリーン５とイメージポ
イントＩＳ１、ＩＳ２との間の距離が、これらのビーム
がはみ出さないで完全にマトリックススクリーン５の表
面を照明して、全ての光エネルギーがスクリーン５を通
るようにすることである。

【００１０】上記の非限定的な実施例では、マトリック
ススクリーンと第２の鏡Ｍ３、Ｍ４との間の主光学軸線
ｘＰ上でマトリックススクリーン５の近くに視野レンズ
ＬＣｈが配置されている。より正確には、視野レンズＬ
Ｃｈは２つの伝搬軸ｘ６、ｘ７のほぼ交点に配置されて
いる。この視野レンズＬＣｈの役目はマトリックススク
リーン５に対して視野レンズＬＣｈの反対側の主光学軸
線ｘＰ上に配置された対物レンズまたは投影装置ＬＰ（
図ではレンズによって概念的に示してある）の入力ひと
み（ｐｕｐｕｉｌｌｅ　ｄ’ｅｎｔｒｅ）　の面内にソ
ースイメージＩＳ’１、ＩＳ’２を形成することにある
。この光学的系ではＩＳ’１とＩＳ’２が投影対物レン
ズＬＰの開口内に完全に含まれるように拡大される。従
って、光源２から出て、集光レンズまたは収束レンズＬ
Ｃ１、ＬＣ２によって制限されたエネルギーの全てが損
失無しにレンズＬＣｈとＬＰとを通る。なお、必要な場
合には、「リレーレンズ　（ｌｅｎｔｉｌｌｅ　ｒｅｌ
ａｉｓ）」とよばれるレンズＬＲを２つの第１イメージ
ＩＳ１、ＩＳ２を含む面またはその近くの面内に配置し
て、収束レンズＬＣ１、ＬＣ２のイメージを視野レンズ
ＬＣｈの面内に形成することもできる。リレーレンズＬ
Ｒは収束レンズＬＣ１、ＬＣ２から出た全ての光エネル
ギーが視野レンズＬＣｈを通ることができるように設計
されている。

【００１１】マトリックススクリーン５の液晶セルＣ１
〜Ｃ５は、例えばビデオ信号によってそれ自体公知の方
法（図示せず）で駆動される。各セルＣ１〜Ｃ５が駆動
されると、各セルを通過する光線、すなわち２つの偏光
ビームＦＰ１、ＦＰ２’を構成する光線の偏光方向が角
度変調される。この角度変調はそれ自体公知の偏光検光
子（この場合、偏光検光子は偏光子として働く）によっ
て強度変調される。この偏光検光子は特定の偏光方向を
選択する役目をする。すなわち、検光子Ａを介してマト
リックススクリーン５を見るとビデオ画像が見られ、こ
の画像は投影対物レンズＬＰを用いて投影スクリーンＥ
Ｐ上にすることができる。図１に示した実施例では、マ
トリックススクリーン５が収束光線によって照明される
が、例えばイメージＩＳ１、ＩＳ２が対物焦点面内とな
るような視野レンズＬＣｈを選択して、平行光線または
わずかに傾斜した光線で照明することもできる。この場
合には、マトリックス５または検光子Ａの後に第２の視
野レンズＬＣｈ’を配置して、投影対物レンズＬＰ面内
にイメージＩＳ’１とＩＳ’２とを形成するようにする
こともできる。

【００１２】図１に示した実施例では、２つの偏光ビー
ムを１つの同一の偏光方向にするために偏光回転要素Ｒ
Ｐを第２の偏光ビームＦＰ２の光路上に配置しているが
、もちろん、第１の偏光ビームＦＰ１の偏光方向を回転
させることもできる。この場合には、Ｓ型の偏光方向（
図面の面に垂直な方向として図示）を維持した第２のビ
ームＦＰ２の光路上には偏光回転要素はなく、第１の偏
光ビームＦＰ１の偏光方向をＰ形方向からＳ形方向へ９
０度回転させるために、第１の偏光ビームの光路上に偏
光回転要素を配置する必要がある。偏光方向の９０度回
転は「２分の１波長板」と呼ばれる結晶板で作られた回
転子によって行うことができる。しかし、この結晶板は
クロマチックであるという欠点がある。すなわち１つの
波長およびこの波長に近い比較的狭い空間通過帯域でし
か正確に作動しないという欠点がある。本発明の１つの
特徴は、偏光回転要素ＲＰが導波路モードで作動する９
０度螺旋ネマチック型の液晶セルによって構成されてい
る点にある。このセルは所望の機能を発揮し、しかも、
コストが安く、クロマチックではない。このセルは当然
２つの偏光ビームＦＰ１、ＦＰ２の伝搬方向と偏光方向
に対して正確に位置決めする必要がある。偏光分離面Ｓ
Ｐは公知の偏光分離器立方体ＣＳＰで構成することがで
きる。この場合には、回転要素ＲＰを偏光分離器立方体
ＳＣＰの１つの面に対して配置するのが好ましい。また
、各偏光ビームＦＰ１、ＦＰ２’を収束レンズＬＣ１、
ＬＣ２以外の方法て収束することもできるとういことも
理解できよう。例えば、第１の鏡Ｍ１、Ｍ２の代わりに
パラボラ型鏡ＭＰ１、ＭＰ２（図１に破線で図示）を用
いることもできる。この場合には、収束レンズＬＣ１、
ＬＣ２を無くすことができる。なお、２つの偏光ビーム
をマトリックススクリーン５の方へ向けるのに使用され
る第２の鏡Ｍ３、Ｍ４はプリズム１２の２つの面に形成
するのが好ましい。そうすることによって、寸法が小型
化でき、位置決めが容易になり、対称に配置することが
できる。

【００１３】図１の実施例は、例えば白色光または単色
光で作動するモノクロプロジェクタに適用されるが、本
発明の利点は、モノクロプロジェクタのいくつかの機能
を多重化することによって、カラーイメージプロジェク
タにすることができる点にある。すなわち、図１のプロ
ジェクタ１のいくつかの主機能を強化することによって
カラーイメージプロジェクタにすることができる。カラ
ープロジェクタの場合にはこれらの機能のいくつかを数
回繰り返す必要がある。これらの主機能には、２つの偏
光ビームＦＰ１、ＦＰ２またはＦＰ２’に沿った直交偏
光Ｐ、Ｓを分離し、次いで収束し、各ビームが少なくと
も２回の反射した後にマトリックススクリーン５へ送っ
て、主光学軸線ｘＰの近くにソースイメージＩＳ１、Ｉ
Ｓ２を形成する機能が含まれる。以下、説明を簡単にす
るためにこれらの機能を行う要素は「分離器−方向決め
器組立体」ＥＳＥとよぶ組立体にまとめられ、第２の鏡
Ｍ３、Ｍ４によって反射された後にマトリックススクリ
ーン５の方へ送られる第１、第２の偏光ビームＦＰ１、
ＦＰ２’で２つの偏光ビームＧＰの群を構成する。区別
すべき他の重要な機能はマトリックススクリーン５によ
って実行される変調機能であり、マトリックススクリー
ン５と視野レンズＬＣｈ（視野レンズＬＣｈ’が設置さ
れている場合には、この視野レンズＬＣｈ’も含む）と
が「変調組立体」ＥＭとよばれる別の組立体にあつめら
れる。マトリックススクリーン５を通る第１と第２の偏
光ビームＦＰ１、ＦＰ２’は、このスクリーン５から出
た後各々第１の変調ビームＦＭ１と第２の変調ビームＦ
Ｍ２とを構成する。これらの変調ビームはそれが伝搬す
る軸線で表されている（図１では図を明瞭にするために
、第２の変調ビームＦＭ２は一部分のみが示されている
）。これらの２つの変調ビームＦＭ１、ＦＭ２は同一の
画像を形成するためのものであり、以下の説明では、「
変調ビーム群ＧＭ」と呼ぶ。また、図１に示す変調器Ｅ
Ｍが後に有する分離器−方向決め器組立体ＥＳＥを「モ
ノクロ装置」ＤＭと呼ぶことにする。

【００１４】図２はカラー画像プロジェクタ１０に本発
明を応用した概念図であり。この画像プロジェクタでは
色が例えば赤、緑および青の複数の原色の組み合わせに
よって生じる。各プロジェクタ１０は赤、青および緑の
光の処理に割り当てられた第１、第２および第３のモノ
クロ装置ＤＭｒ、ＤＭｖ、ＤＭｂを有する。各モノクロ
装置は図１に示した装置に類似しており、非偏光の単色
光Ｆｒ１　　Ｆｖ１、Ｆｂ１のビームが伝搬する伝搬軸
ｘ１を有する。各スペクトルは対応するモノクロ装置の
色に対応している。これらの非偏光単色ビームは、各々
特定の光源または図２に示すように単一の白色光源２ａ
から生じる。単一の光源の場合には、白色光ビームＦＬ
Ｂを二色性フィルタ、例えば公知の２色性立方体ＣＳＣ
等の波長選択要素を用いて３つの異なる単色ビームＦｒ
１　　Ｆｖ１、Ｆｂ１に分離する。この場合には、波長
選択性鏡ＭＳｒ　が赤色成分を反射して、平面鏡ＭＰ１
　によって反射された後にモノクロ装置ＤＭｒ　へ送ら
れる単色ビームＦｒ１を形成する。他の波長選択性鏡Ｍ
Ｓｂ　は青色成分を反射して、平面鏡ＭＰ２　によって
反射された後にモノクロ装置ＤＭｂ　の方へ伝搬される
単色ビームＦｂ１を形成する。ビームＦｖ１を形成する
緑色成分はモノクロ装置ＤＭｖ　へ直接伝搬される。各
モノクロ装置の後には、各変調ビームＧＭｒ　、ＧＭｂ
　、ＧＭｖ　が投射スクリーンＥＰ上で重なるように、
検光子Ａｒ　、Ａｖ　、Ａｂ　と投射対物レンズＬＰｒ
　、ＬＰｖ　、ＬＰｂ　が配置されている。

【００１５】図３は、各色の処理に割り当てられた複数
の変調組立体に対して単一の分離器−方向決め器組立体
ＥＳＥの用いることができるようにしたカラープロジェ
クタ１５の概念図である。光源２ａは非偏光白色光ビー
ムＦＬＢを出す。この白色光ビームＦＬＢは光源ビーム
ＦＳ（図１）のと同様に、分離器−方向決め器組立体Ｅ
ＳＥへ送られる。この分離器−方向決め器組立体ＥＳＥ
は、２つの偏光ビームＦＰ１、ＦＰ２’の場合と同様に
、同一の偏光方向Ｐを有する第１と第２の偏光ビームに
よって形成された２つの偏光ビームの群ＧＰを出す。これら２つのビームの各々は光学軸線ＳＡＯの片側にイ
メージＩＳ１、ＩＳ２を形成する。この光学軸線ＡＯは
図１に示した主光学軸線ｘＰに対応する。ソースイメー
ジＩＳ１、ＩＳ２は白色光で形成されているので、先ず
、３原色赤、青、緑に分離し、各色でマトリックススク
リーンを照明する（図３には図示せず）。これらのマト
リックススクリーンは図１に示したマトリックススクリ
ーン５のようなマトリックススクリーンであり、各々は
赤、青および緑に割り当てられた第１、第２および第３
の変調装置ＥＭｒ　、ＥＭｂ　、ＥＭｖ　に配置されて
いる。従って、２つの偏光ビーム群ＧＰは図２に示した
に二色性立方体ＣＳＣと類似の二色性立方体等のそれ自
体公知のカラー分離装置を通る。このカラー分離装置は
第１および第２の平らな鏡ＭＰ１、ＭＰ２によって赤色
および青色成分を反射して、各々を第１および第２の単
色光学軸線ｘＭｒ、ｘＭｂに沿って第１および第２の変
調装置ＥＭｒ、ＥＭｂへ送り、緑色成分を第３の単色軸
線ｘＭｖに沿って第３の変調装置ＥＭｖ　へ送る。これ
らの赤色、青色および緑色成分は、ＦＰ１、ＦＰ２’等
の２つの偏光ビーム群ＧＰによって構成されているので
、図１に示した第２の鏡Ｍ３、Ｍ４とマトリックススク
リーン５との間の光路での２つの偏光ビームＦＰ１、Ｆ
Ｐ２’と同様に、これらの各成分は同一の偏光方向を有
する２つの偏光ビーム（図示せず）の形を取る拡散ビー
ムであり、それらの軸線はほぼマトリックススクリーン
の平面内で交差する。

【００１６】各変調装置ＥＭから出た変調ビーム群ＧＭ
ｒとＧＭｂ用の平らな鏡ＭＰ３、ＭＰ４によって変調ビ
ーム群ＧＭｒ、ＧＭｂ、ＧＭｖを再結合させるための装
置へ送られる。３原色の３つの変調ビーム群ＧＭｒ、Ｇ
Ｍｂ、ＧＭｖは「再結合装置」とよばれる二色性装置Ｃ
ＳＣ１（前記の色分離立方体ＳＣＳに類似）によって重
ね合わされ、再結合されて、単一の投影対物レンズＬＰ
によって投射スクリーンに投射される。しかし、図２の
場合と同様に、３つの変調ビームの組によって形成され
た３つのイメージを３つの別々の投影対物レンズによっ
て投射スクリーンＥＰ上に投射することもできる。図１
を参照して説明した視野レンズＬＣｈ、ＬＣｈ’（図３
には図示せず）の各々は、カラー分離装置ＣＳＣおよび
二色性装置ＳＣＳ１によって実施される色の分離または
重ね合わせの前または後に配置される。なお、視野レン
ズ群を共通の単一装置にすることもできる。同様に、図
２の実施例のように、各チャネル毎、すなわち変調装置
毎に１つの検光子Ａｒ　、Ａｂ　、Ａｖ　を設けること
もできる。また、全３原色に共通な単一の検光子Ａを３
原色を重ね合わせた後に配置することもできる。

【００１７】図４は例えば３つの変調装置を用いた３原
色カラープロジェクタに本発明をいかに適用するかを示
す概念図である。すなわち、マトリックススクリーン５
のような３つのＬＣＤマトリックススクリーンと幾何学
的に３つに分けた同一なビームを用い、３原色に共通な
一つの投影対物レンズを最も有効な条件で使用すること
のできるように配置する方法を示す図である。この場合
にも、図３の実施例と同様に、白色光ビームＦＬＢが分
離器−方向決め器組立体ＥＳＥに送られて白色光の２つ
の互いに対を成す（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｉｒｅ）偏
光ビーム群ＧＰを出し、これらの偏光ビームによって２
つのソースイメージＩＳ１、ＩＳ２が形成される。これ
ら２つの偏光ビームは図１に示した２つの偏光ビームＦ
Ｐ１、ＦＰ２’に対応する。白色光の２つの偏光ビーム
ＦＰ１、ＦＰ２’は二色性装置、例えばカラー分離立方
体ＣＳＣを通って幾何学的特性が同一な赤色、青色およ
び緑色に対応する狭いスペクトル範囲を有するビームと
なる。緑色光はカラー色分離立方体を透過して伝搬され
て、第１および第２の偏光ビームＦＰ１、ＦＰ２’（　
図１）と類似した２つのビームＦ１ｖ　、Ｆ２ｖとなる
。これら２つのビームＦ１ｖ　およびＦ２ｖ　は緑色に
割り当てられた視野レンズＬＣｈ　および変調装置組立
体ＥＭｖ　のマトリックススクリーンへ送られる。この
変調装置組立体ＥＭｖ　は２つのビームＦ１ｖ　、Ｆ２
ｖ　（伝搬軸によって表してある）がほぼ視野レンズの
所で交差するように配置されている。赤色光成分はカラー分離立方体によって緑色光に対して
９０゜に反射されて、第１および第２の偏光ビームＦＰ
１、ＦＰ２’と類似した２つのビームＦ１ｒ　、Ｆ２ｒ
　が作られる。これらのビームのスペクトルは赤色に対
応している。これら２つの赤色ビームＦ１ｒ　、Ｆ２ｒ
　は赤に割り当てられた変調装置へ送られ、視野レンズ
ＬＣｈｒを通る。この視野レンズＬＣｈｒは平らな鏡Ｍ
ｒ１によって反射されたこれら赤色ビームが赤色用の中
間ソースイメージＩＳ１ｒ　、ＩＳ２ｒ　を生成できる
ようにする。これらの中間ソースイメージＩＳ１ｒ　、
ＩＳ２ｒ　の面では、視野レンズＬＣｈｒ　と平らな鏡
Ｍｒ２で２回目に反射された後の赤色光が到達する変調
装置組立体ＥＭｒ’を含む視野レンズＬＣｈ　との間の
光学的結合をリレーレンズＬＲｒによって行われる。

【００１８】第３のスペクトル成分すなわち青色光成分
も青色に割り当てられた変調装置ＤＭｂ　へ伝搬される
２つのビームＦ１ｂ　、Ｆ２ｂ　によって構成される。これらの青色成分の光路とその処理は上記のものと対称
である。すなわち、２つの青色ビームＦ１ｂ　、Ｆ２ｂ
　は平らな鏡Ｍｂ１によって反射された後、青色用の中
間イメージＩＳ１ｂ　とＩＳ２ｂとを生成するための青
色用視野レンズＬＣｈｂを通る。この中間ソースイメー
ジの面では、視野レンズＬＣｈｂと平らな鏡Ｍｂ２で２
回目に反射された青色光が到達する変調装置組立体ＥＭ
ｂ　を含む視野レンズＬＣｈとの間の光学的結合がリレ
ーレンズＬＲｂ　によって行われる。３つの変調装置組
立体ＥＭｖ　、ＥＭｒ　、ＥＭｂ　は二色性装置ＣＳＣ
１、例えば前記の立方体ＣＳＣと類似した立方体の周囲
に配置されていて、３つの変調装置から出た変調ビーム
を重ね合わせ、再結合させて、異なる色のこれらビーム
を共通の投影対物レンズＬＰの方へ送る。この変調装置
組立体ＥＭｖ　、ＥＭｒ　、ＥＭｂ　と、二色性立方体
ＣＳＣ１と、投影対物レンズＬＰとは、各変調装置組立
体に対して視野レンズＬＣｈ　が投影対物レンズＬＰの
面内でソースイメージＩＳ’１およびＩＳ’２　（各変
調装置組立体に対応する色で）　を生成するように配置
されている。二色性立方体ＣＳＣ１中では波長選択的な
反射が行われる。

【００１９】ビームＦ１ｂ　とＦ２ｂ　、Ｆ１ｒ　とＦ
２ｒ　、Ｆ１ｖ　とＦ２ｖ　は同一の偏光方向を有して
いるので、３色に共なて単一の検光子Ａを使用すること
ができる。この場合、検光子Ａは２色性立方体ＣＳＣ１
と投射対物レンズＬＰとの間に配置されている。しかし
、３つの別々の検光子（図示せず）を使用することがで
き、例えば二色性立方体ＣＳＣ１の３つの入力面に３枚
のプラスチックシートの形の検光子を接着することもで
きる。上記の配置によって同一の幾何学的特性を有する
ビーム群を用いて３つのマトリックススクリーン５全て
を照明することができる。視野レンズとリレーレンズを
設けることによって光束は損失なく伝送される。また、
ビームの幾何学的な拡大範囲が維持される。視野レンズ
ＬＣｈ　は全て同じにするのが好ましく、また、リレー
レンズも全て同じにするのが好ましい。

【００２０】図５は本発明の他のカラープロジェクタ２
５を図示したものである。この実施例では、図４の二色
性立方体ＣＳＣとＣＳＣ１が別々の鏡によって置き代え
られている。白色光のソースイメージＩＳ１、ＩＳ２は
図３、図４の実施例と同様に形成され、白色光の２つの
偏光ビーム群ＧＰが青色光のみ反応する第１の波長選択
性鏡ｍ１へ送られる。この波長選択性鏡ｍ１は青色成分
Ｆ１ｂ　とＦ２ｂ　を反射し、緑色成分Ｆ１ｖ　、Ｆ２
ｖ　と赤色成分Ｆ１ｒ　、Ｆ２ｒ　を通過させる。すな
わち、青色成分のみが第２の鏡ｍ２へ送られ、赤色成分
と緑色成分は第３の波長選択性鏡ｍ３へ送られる。青色
成分Ｆ１ｂ　、Ｆ２ｂ　は第２の鏡ｍ３によって、青色
の変調に割り当てられたマトリックススクリーン５ｂ　
の方へ反射される。第２の鏡ｍ２には単色光、例えば緑
色の単色光のみが送られるので波長選択性鏡である必要
はない。この緑色成分Ｆ１ｖ　、Ｆ２ｖ　は、緑色にの
み反応する第３の鏡ｍ３の作用下で緑色に割り当てられ
たマトリックススクリーン５ｖ　の方へ反射され、赤色
成分Ｆ１ｒ　、びＦ２ｒ　は第３の鏡ｍ３によって赤色
に割り当てられたマトリックススクリーン５ｒの方ヘ送
られる。従って、３つの成分の各々はそれらに割り当て
られた各マトリックススクリーン５ｒ　、５ｂ　、５ｖ
　を通る。これらの３成分は各変調ビーム群ＧＭｒ　、
ＧＭｂ　およびＧＭｖ　を構成する。青色に関する変調
ビーム群ＧＭｂ　は、次いで、緑色のみに反応する第４
の選択性鏡ｍ４と、赤色のみに反応する第５の選択性鏡
ｍ５とを通過した後、投影対物レンズＬＰに到達する。

【００２１】緑色に関する変調ビーム群ＧＭｖ　は選択
性鏡ｍ４によって反射された後、第５の選択性鏡ｍ５を
通って投影対物レンズＬＰに達する。赤色に関する変調
ビーム群ＧＭｒ　は、選択性であってもなくてもよい第
６の鏡ｍ６によって反射された後、選択性鏡ｍ５によっ
て投影対物レンズＬＰの方へ再反射される。検光子は各
マトリックススクリーンと組み合わせるか、図５に示す
ように、例えば第５の選択性鏡ｍ５と投影対物レンズＬ
Ｐとの間に設けた単一の検光子にすることができる。図
５には視野レンズと対物レンズは図示していないが、図
５の配置にこれらのレンズを使用することは可能である
。この配置の利点は、ソースイメージＩＳ１、ＩＳ２と
マトリックススクリーン５ｒ、５ｂ、５ｖとの間および
マトリックススクリーンと投影対物レンズＬＰとの間の
距離を等しくすることができる点にある。各色の透過順
序は任意に変えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　モノクロイメージが投影可能な本発明のプ
ロジェクタの概念図。

【図２】　　カラーメージを投影可能な本発明のプロジ
ェクタの概念図。

【図３】　　単一のカラー分離装置を用いたカラー画像
プロジェクタの図。

【図４】　　図３のカラー画像プロジェクタの第２の実
施例の概念図。

【図５】　　別々の波長選択性鏡を用いた図３の形式の
カラー画像プロジェクタの概念図。

【符号の説明】

１　　プロジェクタ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　２　　光源５　　マトリックススクリ
ーン　　　　　　　　　　　　　　ＬＣ１、ＬＣ２　　
収束レンズＦＰ１、ＦＰ２、ＦＰ２’　　偏光ビームＩＳ１、ＩＳ
２　　ソースイメージ　　　　　　　　　　ＬＲ　　リ
レーレンズＣＳＰ　　分離立方体素子　　　　　　　　　　　　　
　　　　　Ｃ１〜Ｃ５　　液晶セルＭ１〜Ｍ５、ＭＰ１、ＭＰ２鏡

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　少なくとも１つの光源　（２，　２ａ
）と、少なくとも１つの液晶マトリックススクリーン　
（５）と、少なくとも１つの偏光方向回転要素（ＲＰ）
と、互いに直交する偏光方向を有する２つの偏光ビーム
（ＦＰ１，　ＦＰ２，　ＦＰ２’）に光を分離する少な
くとも１つの偏光分離器（ＣＳＰ）とを有し、上記２つ
の偏光ビームはその一方が偏光方向回転要素（ＲＰ）を
通った後にマトリックススクリーン　（５）によって変
調されるようになっている画像プロジェクタにおいて、
各偏光ビームを少なくとも２回反射する第１の手段（Ｍ
１，　Ｍ２，　Ｍ３）を有し、第１回目の反射ではビー
ムがマトリックススクリーン　（５）と同軸な光学軸線
（ｘＰ）の方向へ反射され、第２回目の反射ではビーム
がマトリックススクリーン　（５）の方向へ反射され、
さらに、偏光分離器（ＳＰ）とマトリックススクリーン
　（５）との間の光路の少なくとも一部で各偏光ビーム
を収束させて、第１回目の反射とマトリックススクリー
ン　（５）との間で各偏光ビームがソースイメージを形
成するようにする第２の手段（ＬＣ１，　ＬＣ２）を有
することを特徴とする画像プロジェクタ。
【請求項２】　　偏光分離器　（ＣＳＰ）が偏光分離面
（ＳＰ）を有し、この偏光分離面（ＳＰ）の面はマトリ
ックススクリーンの面に垂直で且つ光学軸線（ｘＰ）を
含む請求項１に記載の画像プロジェクタ。
【請求項３】　　２つの偏光ビーム（ＦＰ１，　ＦＰ２
）を反射させる第１の手段が光学軸線（ｘＰ）に対して
対称に配置されている請求項２に記載の画像プロジェク
タ。
【請求項４】　　２つの偏光ビーム（ＦＰ１，　ＦＰ２
）を反射させる第１の手段が、各偏光ビーム（ＦＰ１，
　ＦＰ２，　ＦＰ２’）に対して該ビームを光学軸線（
ｘＰ）の方へ反射させる第１の鏡（Ｍ１，　Ｍ２）と、
該ビームをマトリックススクリーン　（５）の方へ反射
させる第２の鏡（Ｍ３，　Ｍ４）とを有する請求項１〜
２のいずれか一項に記載の画像プロジェクタ。
【請求項５】　　各偏光ビームを収束させる第２の手段
が第１および第２の収束レンズ（ＬＣ１，　ＬＣ２）を
有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像プロジ
ェクタ。
【請求項６】　　第１および第２の収束レンズ（ＬＣ１
，　ＬＣ２）が偏光分離器（ＳＰ）と第１の鏡（Ｍ１，
　Ｍ２）との間に配置されている請求項５に記載の画像
プロジェクタ。
【請求項７】　　第１の鏡（Ｍ１）が各偏光ビームを収
束させるための第２の手段をさらに構成するパラボラ型
の鏡である請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像プ
ロジェクタ。
【請求項８】　　偏光回転要素（ＲＰ）が９０度螺旋ネ
マチック型の液晶セルである請求項１〜７のいずれか一
項に記載の画像プロジェクタ。
【請求項９】　　第２の鏡（Ｍ３，　Ｍ４）が一つのプ
リズムの表面上に形成されている請求項４に記載の画像
プロジェクタ。
【請求項１０】　　マトリックススクリーン　（５）と
第２の鏡（Ｍ３，　Ｍ４）との間でマトリックススクリ
ーン　（５）の近くに視野レンズ（ＬＣｈ）　が配置さ
れている請求項４に記載の画像プロジェクタ。
【請求項１１】　　第２の鏡（Ｍ３，　Ｍ４）とマトリ
ックススクリーン　（５）との間で第２の鏡（Ｍ３，　
Ｍ４）の近くにいわゆるリレーレンズが配置されている
請求項４に記載の画像プロジェクタ。
【請求項１２】　　偏光分離器（ＳＰ）と、偏光回転要
素（ＲＰ）と、偏光ビームを２回反射させる第１の手段
と、偏光ビームを収束させる第２の手段とを組み合わせ
た分離器−方向決め器組立体　（ＥＳＥ）によって２つ
の偏光ビーム（ＦＰ１，　ＦＰ２）がマトリックススク
リーン　（５）の方へ送られ、分離器−方向決め器組立
体　（ＥＳＥ）から出た２つの偏光ビーム（ＦＰ１，　
ＦＰ２’）　がマトリックススクリーン　（５）へ伝搬
される偏光ビーム群（ＧＰ）を構成し、マトリックスス
クリーン　（５）による変調が変調装置（ＥＭ）で実施
され、分離器−方向決め器組立体　（ＥＳＥ）が少なく
とも一つの変調装置（ＥＭ）と協働する請求項１〜１１
のいずれか一項に記載の画像プロジェクタ。
【請求項１３】　　複数のモノクロ装置（ＤＭｒ、　Ｄ
Ｍｂ、　ＤＭｖ）　を有し、各モノクロ装置が一つの変
調装置（ＥＭ）と協働する分離器−方向決め器組立体（
ＥＳ）によって形成されており、各モノクロ装置が互い
に異なる一つの色に対応する請求項１２に記載の画像プ
ロジェクタ。
【請求項１４】　　各モノクロ装置（ＤＭｒ、　ＤＭｂ
、　ＤＭｖ）　が互いに異なる一つの投影装置と協働す
る請求項１３に記載の画像プロジェクタ。
【請求項１５】　　二色性カラー分離装置　（ＣＳＣ）
を介して複数の変調装置　（ＥＭｖ，ＥＭｂ，　　ＥＭ
ｒ）と協働した分離器−方向決め器組立体（ＥＳＥ）　
を有し、各変調装置（ＥＭ１〜ＥＭ３）が互いに異なる
色に対応する請求項１２に記載の画像プロジェクタ。
【請求項１６】　　各変調装置　（ＥＭｖ，　ＥＭｂ，
　ＥＭｒ）が再結合用二色性装置（ＣＳＣ１）を介して
同一の投影対物レンズと協働する請求項１５に記載の画
像プロジェクタ。
【請求項１７】　　各変調装置　（ＥＭｖ，　　ＥＭｂ
，　　ＥＭｒ）が互いに異なる投影対物レンズ（ＬＰｒ
、　ＬＰｖ、ＬＰｂ）と協働する請求項１５に記載の画
像プロジェクタ。
【請求項１８】　　変調装置　（ＥＭｂ，　　ＥＭｒ，
　　ＥＭｒ）が再結合用二色性装置（ＣＳＣ１）の周囲
にこの装置から等しい間隔で配置されており、少なくと
も１つの変調装置と二色性カラー分離装置　（ＣＳＣ）
との間の中間ソースイメージを形成する第３の手段（Ｌ
Ｃｈｖ，　ＬＣｈｂ，ＬＣｈｖ）を有する請求項１６に
記載の画像プロジェクタ。
【請求項１９】　　６つの鏡　（ｍ１〜ｍ６）　を用い
て少なくとも３つの変調装置　（ＥＭｂ，ＥＭｒ，　　
ＥＭｖ）と協働する一つの分離器−方向決め器組立体（
ＥＳＥ）　および単一の投影対物レンズ（ＬＰ）と協働
する一つの分離器−方向決め器組立体　（ＥＳＥ）を有
し、６つの鏡の中の少なくとも４つは波長選択性の鏡で
あり、各変調装置が互いに異なるカラー対応する請求項
１２に画像プロジェクタ。