JPH04289815A - 数本の光ビームを発生させる装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は異るスペクトル領域に対
応する数本の光ビームを同時に生ずる装置に関するもの
である。

【０００２】本発明は特に色彩画像の投写機において光
の空間変調用のスクリーンを照すことに適用することが
できるが、それに限定される訳ではない。

【０００３】

【従来の技術】着色であろうとなかろうと、画像のビデ
オプロジェクタでは、投写しようとする画像は光の空間
変調器スクリーンの表面に形成される。このスクリーン
は一般に液晶のマトリックスに並べたセルによって形成
されている。光源から与えられる光はこのマトリックス
によって空間的に変調され、投写された画像はこの変調
から結果として生ずる。

【０００４】これらの投写機の問題の一つは、投写機の
発光効率が低くて数パーセントの程度であり、この問題
はカラー投写機ではもっと顕著である。その理由は多く
のカラー投写機では、多色画像が三つの単色画像の重畳
によって得られるからである。この種のカラー投写機に
おいては、白色光のビームすなわち一次ビームを生じる
単一の光源を使用し、それぞれが原色の一つに対応する
三つの単色ビームにこの一次ビームを分離することが、
標準的な慣行である。各単色ビームは一個の空間変調器
によって変調され、それぞれが原色の一つに対応する三
つの変調された単色ビームが重畳されて画像が形成され
る。

【０００５】画像投射機の発光効率が低いことは異る幾
つかの原因に関係しており、その中の一つは、照すべき
光変調器スクリーンの形状と、光源から来るビームの断
面の形状との間に差があることによる光損失に存在する
。

【０００６】従って例えば、高精細度の広幅スクリーン
のテレビセットの作成に関連して言えば、画像は１６／
９の形式（長さの幅に対する比）で作られる。この定義
に適合する画像投写システムは１６／９の形式を有する
空間変調器スクリーンを使用する。この場合、最も普遍
的な例では、光源からやってくる光ビームが円形断面を
持っていると仮定すると、空間変調器スクリーンで構成
される長方形を照射するのに使われる光エネルギーの部
分は、この長方形の面積ＳＲのビームの断面積ＳＦに対
する比（最良でも０．５４）ＳＲ／ＳＦにのみ対応する
、すなわち１６／９の形式においてＳＲができるだけ大
きくとられたときでも、同時にＳＦ中に含まれてしまう
。

【０００７】

【本発明の要約】本発明は光源、及び白色光のビームす
なわち一次ビームを数本の二次ビームに分離する手段の
、新奇の配置を提案するものであって、この二次ビーム
のそれぞれは異るスペクトル領域とある長方形の断面と
を有するものである。本発明は、一次ビームの断面の形
状に関係なく、特に１６／９の形式において少くとも二
本の二次ビームが必要であり、殊にカラービデオ投写機
での使用がこれら投写機の発光効率の向上を期待し得る
とき、有効に適用することができる。

【０００８】本発明によれば、一次ビームと呼ばれる光
ビームを生じる光源、実際上可視光のスペクトルを有す
るそのスペクトル、一次ビームによって照射され、異る
波長に対応する少くとも二本の二次ビームを代りに生じ
る光スプリッタ、から成る光ビーム発生装置が提案され
るのであって、この二次ビームの第一及び第二のビーム
はそれぞれ波長選択性のある第一及び第二のミラーによ
って得られ、この第一及び第二の選択性ミラーは一次ビ
ームの断面の異る部分をしゃ断するように位置し、光ス
プリッタは更に、少くとも部分的には全ミラーを構成し
ている背面を有し、この背面は第一に第一及び第二の選
択性ミラーに関して光源と反対側に位置し、第二に一次
ビームの伝播の軸に直角な面内にあるように出来ている
。

【０００９】

【実施例】図１は本発明による光ビーム発生装置１の非
拘束の代表的な図を示す。

【００１０】発生装置１は、一次ビームＦＰと呼ばれる
光ビームを生じる光源２を含む。一次ビームは数本の二
次ビームを発生するように作られ、そのスペクトルは二
次ビームのスペクトル領域を包含していなければならな
い。例えばカラー画像の投写器への適用の場合には、三
種の単色二次ビームＦ１，Ｆ２，Ｆ３、すなわち一つは
青、もう一つは赤、三番目は緑に相当するビームを作る
ことができるように、一次ビームのスペクトルは事実上
可視光のスペクトルに対応している。

【００１１】一次ビームＦＰは、例えばパラボラ反射器
から成る形式のように、市場で普通に入手できる白色光
源によって得られるような、事実上平行光線によるビー
ムである。この効果に対しては、図１に示すように、球
形の反射器４とコリメーション・レンズＬＣとの間で且
つこのレンズの光軸５上に置かれた白色の標準光源Ｓを
使用することも可能である。この光源は球形反射器の曲
率中心でレンズＬＣの焦点にある。光源Ｓは一次ビーム
ＦＰを形成するようにレンズＬＣで平行にされる光３を
生じる。コリメータレンズの光軸は一次ビームＦＰの伝
播の軸５を構成する。

【００１２】一次ビームＦＰは数種類の波長選択ミラー
から成る形式の、光スプリッタ装置ＳＬの方へ伝播する
。このそれぞれの選択ミラーは与えられた波長を反射す
る。このような選択ミラーは、第一に異る色の二本のビ
ーム（例えば青と赤）を反対方向に反射させ、第二に三
番目の色（例えば緑）の三番目のビームを透過させるこ
とを、特に可能とする二色性チューブ（普通に市場で入
手できる）に存在する。

【００１３】本発明の一つの特性によれば、光スプリッ
タＳＬは一次ビームＦＰの通路に介入させた、第一の波
長選択ミラー及び第二の波長選択ミラーＭ１，Ｍ２から
成り、各々選択ミラーは一次ビームＦＰの断面の異る部
分ＳＦ１，ＳＦ２をさえぎる。第一のミラーＭ１は例え
ば第一の二次ビームＦ１を形成する青色に対応する波長
を反射し、第二の選択ミラーＭ２は例えば、第二の二次
ビームＦ２を形成する、赤色に対応する波長を反射する
。

【００１４】光スプリッタＳＬは更に背面１５を有し、
この背面が第一及び第二の選択ミラーＭ１，Ｍ２に関し
て光源２の反対側に位置して、全ての波長を少くとも部
分的に反射する。既に述べた無拘束の例においては、背
面１５は第三の二次ビームＦ３を透過するように設計し
た窓６を持っている。

【００１５】提案する実施例においては、背面１５のみ
ならず第一及び第二の選択性ミラーＭ１，Ｍ２も、図１
にその断面を見せている三角形断面のプリズムを形成し
ている、光に対して透明な（例えばガラス製の）ブロッ
ク１６によって支えられている。背面１５はプリズムの
斜辺面にあり、二つの選択ミラーＭ１，Ｍ２は他の二辺
に相当する面にある。

【００１６】第一の透明部分及び第二の透明部分７，８
は、選択ミラーＭ１，Ｍ２における主屈折角を妨げるた
めにそれぞれ第一及び第二の選択ミラーＭ１，Ｍ２に付
加されている。これらの７，８の部分の形状はその入光
面１２，１３、及び出光面１６，１７が、それぞれ入射
光線及び出現光線に垂直であるようになっている。

【００１７】本発明の別の特性によれば、光源２から見
たとき、第一及び第二の選択ミラーＭ１，Ｍ２はそれぞ
れ直角の見かけの表面ＳＡを持っている。

【００１８】二つの選択ミラーＭ１，Ｍ２は伝播の軸５
に関して傾斜しており、この軸と傾斜角ａ１，ａ２とい
う等しい角度を成すことが望ましい（が絶対的ではない
）。見かけの表面ＳＡの面積は、実際の表面ＳＲに傾斜
角ａ１，ａ２の正弦を乗じたものに等しい。

【００１９】従って第一の選択ミラー及び第二の選択ミ
ラーはそれぞれ、青色及び赤色に対応する第一の二次ビ
ーム及び第二の二次ビームＦ１，Ｆ２を反射し、これら
二本の二次ビームの各断面は、二次ビームを発生した選
択ミラーの見かけの表面積に等しい。

【００２０】実際に本発明は、各二次ビームＦ１，Ｆ２
が１６／９の形式において長方形の断面を与えられると
き、その最も有望な応用の一つを見出すのである。これ
はこのような形式が互いに傍に置かれたとき、殆ど正方
形の表面を構成するからである。

【００２１】事実第一及び第二の選択ミラーＭ１，Ｍ２
が互いに側面を接して位置すると、その長さは図の面に
直角な面内にあり、その幅ｌ１，ｌ２は光源２から見た
見かけの幅ｌ１´，ｌ２´よりも大きい。その幅ｌ１´
及びｌ２´が、傾斜角ａ１，ａ２によって見かけの幅ｌ
１´，ｌ２´が１６／９の形式において見かけの表面を
与えるようなものであれば、二つの選択ミラーＭ１，Ｍ
２によって交差される一次ビームＦＰの断面の全表面積
は正方形に接近する。

【００２２】従って、本発明の組立品は取られるエネル
ギー量の一次ビームＦＰで得られるエネルギー量に対す
る比を改善する。選択ミラーＭ１，Ｍ２の見かけの表面
が１６／９の形式を与えられるときは、１６／９の形式
はまた第一及び第二の二次ビームＦ１，Ｆ２のそれぞれ
の断面にも与えられ、とられる光エネルギーの一次ビー
ムで得られるエネルギーに対する比は、二個の１６／９
形式の長方形が同時に、側面を接してそれぞれ一次ビー
ムの円形断面に内接されるのであるから、０．６３にな
る。一方ただ１個の内接長方形しかない場合は、先行技
術のようにこの比は導入部で示したとおり０．５４であ
る。

【００２３】図２はブロックすなわちプリズム１６の透
視図であって、このプリズム１６は選択ミラーを一次ビ
ームＦＰの断面に内接することを説明することができる
。

【００２４】図２には第一及び第二の選択ミラーＭ１，
Ｍ２及び背面１５は示していないが、これらはそれぞれ
第一及び第二の面２２及び２３、並びにそれらを支える
プリズム１６の斜辺面２１で表わされる。第二のミラー
Ｍ２は面２３上にあり、背面１５は斜辺面２１上にある
。これらのミラー又は面はすべて同一の長さＬ１を持っ
ており、プリズム１６の高さで与えられる。

【００２５】第一及び第二の透明部分７，８はそれぞれ
プリズム１６の面２２及び２３に対して接触しており、
これらの面と同じ長さＬ１を持っている。これらの部分
の入光面１２，１３は一次ビームＦＰの伝播の軸５に直
角である。

【００２６】更に、これらの入光面１２，１３は選択ミ
ラーＭ１，Ｍ２の見かけの幅と同じ幅ｌ１´，ｌ２´を
持っている。

【００２７】一次ビームＦＰは図２において破線で示し
た円ＳＦで表わされる円形の断面を有する。側面を接し
て位置する二つの入光面１２，１３（それぞれ１６／９
形式を持っている）はその幅ｌ１´，ｌ２´を加算して
、一次ビームＦＰの断面に内接されている殆ど正方形に
近い表面を形成する。第一及び第二の入光面１２，１３
は選択ミラーＭ１，Ｍ２と同じ形式と面積を有し、これ
ら入光面１２，１３はそれぞれ一次ビームＦＰの断面の
第一及び第二の部分ＳＦ１，ＳＦ２をしゃ断する。

【００２８】背面１５は、既に述べた窓６と、この窓６
の両側に位置する第三及び第四のミラーＭ３，Ｍ４とか
ら成る。

【００２９】窓６は７，８の部分の面１２，１３の長さ
に等しく且つ平行な長さＬ１を持っている。すなわち、
第一及び第二の選択ミラーＭ１，Ｍ２の長さにも等しく
、その幅ｌ３はこれら７，８の部分の見かけの幅ｌ１´
，ｌ２´に等しく、一方背面１５は窓６の幅の２倍に当
る幅ｌ３ａを持っている。説明している無拘束の例では
、窓６は伝播の軸５に関して中央にあり、伝播の軸５の
両側に位置する第一及び第二の帯域Ｂ１及びＢ２で構成
され、それぞれ長さＬ１を有する第一及び第二の１／２
窓を形成するようになっている。第三のミラーＭ３と共
に、第一の１／２窓Ｂ１は一次ビームＦＰの断面の第一
の部分ＳＦ１をしゃ断し、第四のミラーＭ４と共に、第
二の１／２窓Ｂ２は一次ビームの第二の部分ＳＦ２をし
ゃ断する。

【００３０】再び図１を参照すると、本発明の別の特性
にもとづき、背面１５は光源２に向って一次ビームＦＰ
の未使用成分を反射して、二次ビームＦ１，Ｆ２，Ｆ３
を形成するように、伝播の軸５に直角を成す。

【００３１】図１に示す無拘束の例においては、第一及
び第二のミラーＭ１　，Ｍ２　の傾斜角ａ１，ａ２は４
５°であって、第一及び第二の二次ビームＦ１，Ｆ２は
、一次ビームＦＰの伝播の軸５と９０°の角をなす第二
の軸１０に関して反対方向に伝播するようになっている
。

【００３２】図１から理解できるように、第一及び第二
の選択ミラーＭ１，Ｍ２は伝播の軸５に関して対称的に
位置し、その長さはこの軸に関して中心におかれている
。これら二つの選択ミラーはその長さのところで互いに
接している。この長さは図面に対して直角であるから、
その接合部１１も図面に対して直角で、説明している無
拘束の例では、この接合部１１は光源２の方を向いてい
て、伝播の軸５の面と同じ面内に在る。

【００３３】窓６は第三の二次ビームＦ３、すなわち例
では、緑色に対応する波長に関して希望するスペクトル
領域に対して、全く透明であり、他の成分を反射する。 窓６は一次ビームＦＰの伝播の軸５に関して中心がある
から、この軸は第三の二次ビームＦ３の軸をも構成する
。

【００３４】この構成において、動作は次のとおり行わ
れる。第一の選択ミラーＭ１は一次ビームの第一の部分
ＳＦ１に関係している。一方、それは青色成分を反射し
て第一の二次ビームＦ１を構成し、他方一次ビームのこ
の部分の他の波長に対しては透明である。従って赤色と
緑色を背面１５の方へ通過させる。第一の選択ミラーＭ
１（青色に作用する）を横切った一次ビーム第一の部分
ＳＦ１に関しては、背面１５は第三のミラーＭ３と窓６
の第一の１／２すなわち帯域Ｂ１とを提供し、Ｂ１は緑
色に対してのみ透明である。第三のミラーＭ３は全ミラ
ーであって、すなわち全波長を反射するのである。

【００３５】これの結果は次のとおりである。・　　一
番目に、窓６の第一の１／２部分Ｂ１に向って伝播され
た光に関しては、緑色成分のみがこの窓を通過して第三
の二次ビームＦ３の一部を構成し、その他の成分はこの
第一の１／２部分Ｂ１によって光源２の方へ反射される
。 ・　　二番目に、第三のミラーＭ３に向って伝播した光
に関しては、全部が光源２に向って反射される。

【００３６】要約すれば、一方では第三のミラーＭ３が
全ての成分を光源２の方向に反射する。しかし青色成分
は前以て第一の選択ミラーＭ１で偏向されているから、
緑色と赤色の成分だけが第三のミラーＭ３によって、伝
播の軸５に沿って光源２の方へ反射される。これらは図
１にそれぞれｒ１という矢印とｖ１という矢印によって
記号化されている成分である。他方では、第一の選択ミ
ラーＭ１の作用のあとで、窓の第一の１／２部分Ｂ１の
方へ伝播してきた光に関しては、青色関係の成分を持っ
ていない。緑色は窓の第一の１／２部分で透過されるか
ら、赤色成分（ｒｆという矢印で記号化されている）だ
けが、伝播の軸５に平行に、光源２に向って反射される
。

【００３７】同様の動作が一次ビームの断面の第二の部
分ＳＦ２についても見られる。但し第二の選択ミラーＭ
２が赤色に対して作用する点を除く。第二の選択ミラー
Ｍ２は、一次ビームＦＰの断面の第二の部分ＳＦ２の通
路に位置している。最初に、このミラーＭ２は赤色に関
連する成分を反射して第二の二次ビームＦ２を構成する
。二番目に、この第二の選択ミラーＭ２は他の波長に対
しては透明である。従ってミラーＭ２は一次ビーム断面
の第二の部分ＳＦ２に含まれている、緑色及び青色の成
分を通過させる。この第二の部分ＳＦ２はそれ自身二つ
の部分に分けられ、その一つは第四のミラーＭ４の方へ
向って伝播させられ、一方もう一つの部分は窓６の第二
の１／２部分Ｂ２に向って伝播させられる。

【００３８】第四のミラーＭ４はすべての波長を、軸５
に平行に光源２に向って反射する。従って緑色と青色と
を光源２の方へ反射することになり、この緑色と青色は
第二の選択ミラーＭ２によって透過される唯一の成分で
ある。これらの成分は図１にそれぞれ矢印ｖ２及び矢印
ｂ２によって示されている。窓の第二の１／２部分Ｂ２
は緑色だけに透明であって、第三の二次ビームＦ３を得
るのに寄与している。従ってこの１／２部分Ｂ２は他の
すべての成分を光源２に向って反射するが、他のすべて
の成分とはこの例では図１にｂ２´という矢印で示され
た青色のことである。

【００３９】背面１５の第一及び第二の選択ミラーＭ１
　，Ｍ２のこの配置によって、一次ビームＦＰの断面か
ら、特に１６／９の形式で異る波長を持つ長方形の断面
を有する、三つの二次ビームＦ１，Ｆ２，Ｆ３を得るこ
とが可能となる。この配置によってはまた、二次ビーム
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３を構成するのに使用しなかった光を、
伝播の軸５に平行に光源２の方へ送り返すことができる
。反射器４によって、この光エネルギーは一次ビームＦ
Ｐを構成するのに今発生させた光エネルギーに加算され
、このビームＦＰの断面全体に分布される。この還流さ
せた光はまた、二次ビームＦ１，Ｆ２，Ｆ３を構成しよ
うとする。

【００４０】第一及び第二の選択ミラーＭ１，Ｍ２及び
背面１５は、標準的な自身でまかなえる要素から構成さ
れる。選択ミラーＭ１，Ｍ２は例えば干渉フィルタの標
準的技術に従って、誘電体の薄層の積重ねによって形成
することができる。

【００４１】これらの選択ミラーＭ１，Ｍ２はプリズム
１６の面に直接作ることもできるが、ガラス板の上に作
って後プリズム１６と透明部分７，８との間に置いても
よい。

【００４２】窓６は二つの部分すなわち帯域Ｂ１，Ｂ２
によって構成され、共に緑色に対して透明であるが、第
一の部分は青色を反射し、第二の部分は赤色を反射する
から、これらの帯域は選択ミラーで構成することができ
る。重要な点は、それらが緑色以外の入射光を全部反射
すべき事であって、従って緑色の通過帯域フィルタで置
き換えることができる。

【００４３】通常は各二次ビームに属すると考えられる
波長は交換することができる。各選択ミラーはそれぞれ
が希望する波長を反射するように作れば十分である。

【００４４】背面１５の上記説明は、長方形断面を有す
る三種の二次ビームＦ１，Ｆ２，Ｆ３を作り出すのに適
用することができることも頭に入れておくことが望まし
い。しかし本発明は二つの二次ビームだけが必要なとき
でもその価値を保有するものである。この場合には、（
第三の二次ビームＦ３の波長に対して透明な）窓６を、
第三及び第四のミラーＭ３，Ｍ４と同様な方法で、全波
長を反射する全ミラーで置き換えることで十分である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にもとづくビーム発生装置の線図的図を
示す。

【図２】図１に示すプリズムの透視図を示す。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一次ビームと呼ばれる光ビームを生じ
   る光源でそのスペクトルが事実上可視光のスペクトルで
   あるような光源と、一次ビームで照射され、引換えに異
   る波長に対応する少くとも二つの二次ビームを生じる光
   スプリッタとから成り、二次ビームの第一のもの及び第
   二のものがそれぞれ波長選択性である第一のミラー及び
   第二のミラーによって得られ、この第一及び第二の選択
   性ミラーが一次ビームの断面の異る部分をさえぎるよう
   に置かれ、その光スプリッタは更に少くとも部分的には
   全ミラーを構成する背面を持っており、この背面が第一
   には第一及び第二の選択性ミラーに関して光源と反対側
   に置かれ、第二には一次ビームの伝播の軸に直角な面内
   にあることを特徴とする光ビーム発生装置。
2. 【請求項２】　　背面が、第一及び第二の二次ビームと
   も異る第三の二次ビームを生じるように異る波長に透明
   な窓を含むことを特徴とする、請求項１による発生装置
   。
3. 【請求項３】　　第一及び第二の選択性ミラーが、傾斜
   角に沿って伝播の軸に関して傾斜しており、光源から見
   てこれら二つの選択性ミラーが長方形の見かけの表面を
   有することを特徴とする、請求項１による発生装置。
4. 【請求項４】　　第一及び第二の選択性ミラーの見かけ
   の表面が１６／９の形式を有することを特徴とする、請
   求項３による発生装置。
5. 【請求項５】　　第一及び第二の選択性ミラーが伝播の
   軸上で接合していることを特徴とする、請求項３による
   発生装置。
6. 【請求項６】　　第一及び第二の選択性ミラーの接合部
   が光源の方を向いていることを特徴とする、請求項５に
   よる発生装置。
7. 【請求項７】　　窓が第一及び第二の選択性ミラーの見
   かけの表面積と等しい表面積を持ち、同じ形式を有する
   ことを特徴とする、請求項３による発生装置。
8. 【請求項８】　　窓が伝播の軸に関して事実上中央に来
   ていることを特徴とする、請求項７による発生装置。
9. 【請求項９】　　窓の第一の部分が少くとも第二の二次
   ビームを構成する波長に関して反射性であり、この窓の
   第二の部分が少なくとも第一の二次ビームを構成する波
   長に関して反射性であることを特徴とする、請求項６に
   よる発生装置。
10. 【請求項１０】　　窓の第一及び第二の部分がそれぞれ
    選択性のミラーを構成することを特徴とする、請求項９
    による発生装置。
11. 【請求項１１】　　三角形断面のプリズムを形成する透
    明のブロックを含み、第一及び第二の選択性ミラー並び
    に背面がそれぞれ上記プリズムの面に位置することを特
    徴とする、請求項１による発生装置。
12. 【請求項１２】　　第一及び第二の選択性ミラーはそれ
    ぞれプリズムと、一次ビームの一部と二次ビームをそれ
    ぞれ通過させる入光面と出光面を有する透明部分との間
    に位置し、この透明部分はその入光面と出光面とがそれ
    ぞれ一次ビームの軸及び二次ビームの軸に直角であるよ
    うになっていることを特徴とする、請求項１１による発
    生装置。
13. 【請求項１３】　　選択性ミラーが誘電体の薄層の積重
    ねによって構成されていることを特徴とする、前記各請
    求項による発生装置。