JPH04322212A

JPH04322212A - 光マルチプレクサ

Info

Publication number: JPH04322212A
Application number: JP3338823A
Authority: JP
Inventors: Merle D Parker; マール・ディー・パーカー
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1990-12-20
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1992-11-12
Also published as: US5140466A; EP0492379A1

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、光マルチプレクサ、特
に異色の分離ビームを変調し結合するマルチプレクサに
関する。

【０００２】

【従来の技術】非常に高い輝度の投影ディスプレイにお
いて、陰極線管のようなディスプレイスクリーンによっ
て放射された光の強度は高い周囲光条件により不十分で
ある場合、液晶色ディスプレイ投影システムが使用され
ることができる。そのようなシステムは、光マルチプレ
クサの３個の別々の液晶変調器を通って供給される異色
の実質上単色の３つの高強度の光ビームの生成手段を含
む。液晶変調器の孔はマルチプレクサ内で結合され、適
切な色の単一の結合されたビームとして投影されるそれ
ぞれの単色ビームを個々に変調するためにコンピュータ
走査制御によって制御され、コンピュータ制御された変
調により与えられた情報を伝送する。結合されたビーム
はスクリーン前面上に適切なディスプレイを与えるため
に拡散ディスプレイスクリーンの背面上に投影レンズを
通って供給される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この型式の液晶投影器
は日本ビクター株式会社（ＪＶＣ）、セイコー・エプソ
ン株式会社、シャープ、サンヨー、東芝等の各社によっ
て製造されており、通常の陰極線管（テレビジョン）デ
ィスプレイシステムに置換するものとして設けられてい
る。高鮮明度、スクリーン上の全解像度色画像を達成す
るために、ビクター株式会社並びにセイコー・エプソン
株式会社のＬＸ−１０００　型液晶投影器は２５０ワッ
トのハロゲンランプと、全部で６３３，６００　画素に
対して各２１１，２００　画素（４４０×４８０）を有
する３個の３１．７６インチの高密度液晶ディスプレイ
（ＬＣＭ）パネルと、レンズおよびダイクロイックミラ
ーのシステムを使用する。ダイクロイックミラーはハロゲンランプにより放射され
た白光を赤色、青色、および緑色の３色に分ける。ＬＣ
Ｍパネルの通過後、単色光ビームはダイクロイックプリ
ズムによって１つのビームに結合され、１組のレンズを
通ってスクリーンに投影される。しかしながら、従来の
液晶投影器は制限された容量が著しい制限になってある
範囲で使用するのに適していない。従来の液晶投影器に
おいて、複数の単色光ビームは３色全てを結合するため
に折曲げられるが、従来のＬＣＭ投影器は単一平面に全
て位置するビーム折曲げ通路を用いている。

【０００４】例えば航空機のコックピットのような高周
囲輝度が生じる環境においてスペースおよび重量の主な
設計制限条件が強いられる。マルチプレクサパッケージ
は非常に大きいので、従来の液晶投影器の光マルチプレ
クサの容積は航空機コックピットの使用に関してい大き
過ぎる。ある環境において、マルチプレクサの全体の容
量を最小限することは必要であるが、他の環境において
、空間制限は投影システムに対する最小後方焦点距離を
与えるためにマルチプレクサを制限し、全体の容積によ
る制限は少ない。実際に単一平面の光マルチプレクサの
３個のビームの全部を折曲むことはスペース基準を満足
できないマルチプレクサパッケージを生じさせた。

【０００５】したがって、本発明の目的は、上述の問題
を回避或いは最小にする光マルチプレクサを提供するこ
とである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の原理を実行する
にあたって、本発明の好ましい実施例によると、液晶変
調器は第１、第２、および第３の平面に取付けられる。その１つの平面は他の２つの平面に対して垂直に位置さ
れる。変調器は相互に異なる色の第１、第２、および第
３の各入力ビームをそれぞれ受信および変調するように
配置され、第１、第２、および第３の変調されたビーム
を生成する。マルチプレクサはビーム結合点からマルチ
プレクサの外に投射された結合されたビームを生成する
ため変調器間に取付けられたビーム折曲げおよび結合手
段を具備する。ビーム折曲げおよび結合手段は２つの相
互に垂直な平面においてビームを折曲げて変調する光学
手段を含む。１実施例において、第１および第２のビー
ムは第１の平面において折曲げられ、第３のビームは第
１の平面と垂直の第２の平面において折曲げられる。第
２の実施例において、２つの各変調されたビームは２つ
の相互に垂直な平面に折曲げられる。

【０００７】

【実施例】高い周囲光強度および制限された空間の状態
での使用に特に構成された多色液晶投影器ディスプレイ
システムが図１に機能的に示されている。アークランプ
のような高電力光源１０は図１において符号Ｇ，Ｒ，Ｂ
によりそれぞれ示された３個の高強度の、実質上単色光
ビーム、例えば緑色、赤色、青色ビームを生成するため
に通常のダイクロイックまたはその他の色のフィルタを
使用する。各ビームは反射ミラーまたは光ファイバケー
ブル１２，１４，１６によって各入力ミラー２４，２６
，２８に伝送され、各入力ミラー２４，２６，２８はマ
ルチプレクサ支持フレーム３８の３個の隣接側面に位置
する各入力正面３２，３４，３６に垂直の方向に各ビー
ムを３次元光マルチプレクサ３０に反射するように位置
付けられる。光マルチプレクサ３０は、ビームを結合し
、出口窓４０から投射された結合される出口ビームを出
力路４２に沿って供給するために、以下詳細に説明され
る光路折曲げミラーおよびダイクロイックフィルタによ
って種々の光路に沿って到来する単色ビームを導く。結
合されたビームは拡散投影スクリーン４６の後面にビー
ムの焦点を結ばさせ、スクリーンの前面４８上に所望の
多色ディスプレイを形成するように投影レンズ４４に伝
送される。光源１０、投影レンズ４４、およびスクリー
ン４６は説明の簡明のためにマルチプレクサからおよび
互いから変位されるように示されているが、マルチプレ
クサおよび互いに隣接して位置付けられることが好まし
いが、同じハウジング内に位置させてもよい。本発明は
システムの物理的な大きさの主要部分を形成するマルチ
プレクサの形態の選択された設計によって投影システム
全体の寸法を最小にする。

【０００８】図２にその１つが示されている高解像度液
晶ディスプレイモジュール（ＬＣＭ）は光マルチプレク
サの各面３２，３４，３６に取付けられている。図２に
おいて全体を５０によって示されている液晶モジュール
は市販されているシステムである。本発明の液晶モジュ
ールはセイコー・エプソン株式会社から販売されており
、３．５×２．６インチの回路板に取付けられる６５×
８０マイクロメータの４４０×４８０画素のアレイを有
する。このＬＣＭの孔は３：４のアスペクト比および１
．８５インチの対角線寸法を有する。ＬＣＭの他の型式
および寸法は利用可能であり、本発明の実施において使
用できる。液晶モジュールは孔または活性領域５４を有し、制御電
子装置５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄ　を支持する回
路板５６に取付けられている液晶構造５２から構成され
ている。各液晶モジュールはＬＣＭの平面での２方向性
調節およびＬＣＭの平面に垂直の軸を中心に回転する調
節のためにマルチプレクサの対応する正面に取付けられ
ている。これらの調節は３個全ての単色ビームの結合の
正確な一致を可能にする。液晶モジュールはコンピュー
タ６０からＬＣＭ電子装置に供給された信号によってそ
れぞれ制御される多数（例えば４４０×４８０）の個々
の区域または画素を含む。コンピュータ制御は個々のＬ
ＣＭ画素の方形アレイの全部の３個のＬＣＭに対して同
期されている走査動作を行う。これには例えば連続的に
特有に制御された各画素の長方形ラスタ型走査装置を行
う。制御は各画素をオンまたはオフに切換えるか、或い
はＬＣＭの活性領域に入射するビームの可変強度（異な
るグレースケールレベル）伝送を行うために動作可能で
ある。典型的に、各ＬＣＭの活性領域は約１×０．５イ
ンチであり、投影スクリーンの形状に必要な形状を有す
る。長方形活性領域または孔は匹敵する長方形形態の投
影スクリーンに使用される。ＬＣＭ孔の長手寸法はその
回路板の長手寸法と垂直であるので、以下詳細に説明さ
れるように、マルチプレクサの幾何学状を制限できる。

【０００９】入力ミラー２４からマルチプレクサ側面３
２に反射された緑色ビーム１２のような各到来光ビーム
はＬＣＭの活性領域と少なくとも同じ大きさの断面を有
するので、活性領域全体は到来ビームによって照射され
る。緑色、赤色、および青色の各ビームは基本的に同様
にマルチプレクサの個々の側面３２，３４，３６上の個
々の液晶変調器に供給される。したがって、例示した装
置に関して、３個のＬＣＭは長方形ボックスの３個の異
なる側面に位置され、ＬＣＭの平面と垂直の入力路に沿
って導かれた単色入力ビームをそれぞれ受光する。

【００１０】光路折曲げミラーおよびダイクロイックフ
ィルタは光マルチプレクサ内に位置され、折曲げられた
光路に沿って到来ビームを送り、全ての３個のビームを
結合し、ビーム路４２に沿ってマルチプレクサの出口窓
４０から投射される。

【００１１】マルチプレクサ内のこれらのミラーおよび
ダイクロイックフィルタの特定の幾何学的形状の装置お
よび、特に、本発明の利点を引出す２つの異なる平面の
ビーム路の折曲げである。全体的に最小にされた容量を
有するマルチプレクサ用のこの幾何学的形状の装置は図
３乃至５に示されている。

【００１２】参照目的のために、３次元座標系Ｘ，Ｙ，
Ｚは図３に示され、複数の相互に垂直な座標方向を識別
し、マルチプレクサの形態を説明するのに用いられる。説明を簡明にするために、構造的な支持素子およびＬＣ
Ｍを取付ける複数の回路板は３個の液晶変調器の各活性
領域６２，６４，６６のみを示す図３から省かれている
。これらのＬＣＭは複数の単色光ビームをマルチプレク
サ入力ミラー２４，２６，２８によって光源１０から受
信する。図３において、各ビームの複数の成分およびマ
ルチプレクサ内の光路の種々のセグメント長は個々のビ
ームの色を示す文字（Ｒ，Ｇ，またはＢ）によって識別
され、下付（ｘ，ｙ，またはｚ）はその特定のビーム路
脚部の方向を示す。したがって、入力緑色ビーム１２は
＋Ｘ方向において入力ミラー２４によって緑色ＬＣＭの
ＬＣＭ活性領域６２に供給される。入力赤色ビーム１４
は−Ｘ方向において入力ミラー２６によって赤色ＬＣＭ
の活性領域６４に供給され、青色ビーム１６は−Ｚ方向
において入力ミラー２８によって青色ＬＣＭ活性領域６
６の活性領域に供給される。到来緑色ビームは緑色ＬＣ
Ｍを通過し、そこにおいてコンピュータ制御下で変調さ
れ、符号Ｇｘ　で示された第１の緑色光路脚部に沿って
第１の光路折曲げミラーＦＭ１　に供給される。ＬＣＭ
６２とミラーＦＭ１　の入射点の間の緑色ビームの光路
長は符号Ｇｘ　として図示されている。緑色ビームは折
曲げられ、ミラーＦＭ１　により通路Ｇｙ　に沿ってダ
イクロイックフィルタＤＦ１　に反射される。ミラーＦ
Ｍ１　とダイクロイックフィルタＤＦ１　の間の緑色ビ
ームの光路長は符号Ｇｙ　で示され、緑色ビームをこの
通路に沿って−Ｙ方向に投射されることを示す。したが
って、緑色ビームはミラーＦＭ１　によってＸ，Ｙ平面
に折曲げられる。

【００１３】赤色ビームは液晶モジュール６４を通って
マルチプレクサへ入力され、通路Ｒｘ　に沿って第２の
ダイクロイックフィルタＤＦ２　に導かれる。ＬＣＭ６
４と第２のダイクロイックフィルタＤＦ２　の間の距離
は符号Ｒｘ　として示され、上述のようにＸ軸に沿って
投射された赤色ビームの光路長を示す。

【００１４】青色ビームはＬＣＭ６６に供給され、入力
ミラー２８から光路脚部Ｂｚ　に沿って第２のダイクロ
イックフィルタＤＦ２　に供給される。参照符号Ｂｚ　
は青色ＬＣＭ６６と第２のダイクロイックフィルタＤＦ
２　の間の青色ビームの光路長を示す。もちろん、この
流れの方向はＺ軸と平行である。

【００１５】青色ビームはＸ軸と平行にダイクロイック
フィルタＤＦ２　によって反射され、符号（ＲＢ）ｘ　
で示された光路脚部に沿って赤色ビームと共に伝播する
。赤色ビームＲｘ　はダイクロイックフィルタＤＦ２　
を通過し、フィルタにより光路脚部（ＲＢ）ｘ　に沿っ
て反射された青色ビームと第１のダイクロイックフィル
タＤＦ１　で結合される。したがって、符号ＲＢｘ　は
第２のダイクロイックフィルタＤＦ２　と第１のダイク
ロイックフィルタＤＦ１　の入射点の間のＸ軸と平行の
結合された赤色および青色ビームの光路長を示す。

【００１６】結合された赤色および青色ビーム（ＲＢ）
ｘ　はダイクロイックフィルタＤＦ１　によって光路脚
部（ＧＲＢ）ｙ　に沿って出口光路折曲げミラーＦＭ２
　にＹ軸と平行に反射される。緑色ビームＧｙ　は第１
のダイクロイックフィルタＤＦ１　を通過し、第１のダ
イクロイックフィルタＤＦ１　により反射された結合さ
れた赤色と青色のビームと結合するので、光路脚部（Ｇ
ＲＢ）ｙ　のビームは３個全てのビームの結合である。全部の３個のビームは初めに第１のダイクロイックフィ
ルタＤＦ１　の出力側に発生する。３個の結合されたビ
ームは出口ミラーＦＭ２によってＸ軸と平行に反射され
、マルチプレクサの出口窓４０から投影レンズ４４に向
かう結合された出口ビーム（ＧＲＢ）ｘ　を生成する。

【００１７】図３を見てわかるように、緑色ビームＧｘ
　，Ｇｙ　および赤色ビームＲｘ　，（ＲＢ）ｘ　，（
ＧＲＢ）ｙ　の両者はＸ，Ｙ平面で折曲まれ、青色ビー
ムＢｚ　，（ＲＢ）ｘ　，（ＧＲＢ）ｙ　はＸ，Ｚ平面
並びにＸ，Ｙ平面に折曲まれる。ビームは全て同一平面
で折曲げられない。青色ビームの初めの折曲げ平面Ｘ，
Ｚは他の２個のビームの折曲げ平面Ｘ，Ｙと垂直である
。この装置はマルチプレクサのよりコンパクトな容積を
許容する。なぜなら、図４および図５に示されているよ
うに、複数のＬＣＭ回路板の互いに接近した配置が可能
であるからである。

【００１８】図４および図５はマルチプレクサの素子の
上面および前面図をそれぞれ示し、さらに緑色液晶モジ
ュール６２と、赤色液晶モジュール６４と、青色液晶モ
ジュール６６とそれぞれ取付ける回路板６２ａ，６４ａ
，６６ａ　が示されている。複数のミラーおよびダイク
ロイックフィルタの寸法並びにこれらの回路板の寸法は
全体の最小容積の制限を形成する。ここに開示された実
施例において、ＬＣＭの１つの軸に沿った素子または画
素の数は他の軸に沿った数よりも多いので、各ＬＣＭの
活性領域は正方形形態ではなく長方形からなる。もちろ
ん、正方形形態はＬＣＭ孔に対して代りに使用できる。しかしながら、そのような正方形形態でさえも、ＬＣＭ
が取付けられる基体は電気駆動回路網を適応させるため
ほぼ長方形である。図３乃至図５の長軸はＺ方向に、ＬＣＭ６６はＸ方向に
延在し、回路板の長軸は全てＹ方向に延在する。図５に
おいて青色液晶モジュールおよびその回路板６６，６６
ａは説明の簡明のために除去されていることに注意すべ
きである。

【００１９】図３乃至図５の最小容積のマルチプレクサ
の上述の幾何学的形状装置は幾つかの条件または要求を
満たす。これらは次の通りである：（ａ）３色装置に必
要な容量が最小である、（ｂ）ＬＣＭの任意の画像は任
意の別のものまたはスクリーンに関して回転されない、
（ｃ）完全に結合された３色のビームから任意の点から
単一色のＬＣＭへの光路長は全ての３つの色に一致する
。この後者の基準は３個のビームが初めに第１のダイク
ロイックフィルタＤＦ１　での交差点において結合され
、結合された３色（ＧＲＢ）ｙ　を生成されることに注
目することによって観察されることができる。その部分
は光路長Ｇｘ　プラス光路長Ｇｙ　が光路長Ｒｘ　プラ
ス（ＲＢ）ｘ　の合計と等しいように配置される。ＬＣ
Ｍ６４から第１のダイクロイックフィルタＤＦ１　にお
ける全ての３つの結合点までの赤色ビーム路長はＬＣＭ
６２から第１のダイクロイックフィルタＤＦ１　までの
緑色ビームの全光路長に等しい。同様に、緑色および赤
色のこれらの光路長はそれぞれＬＣＭ６６から第１のダ
イクロイックフィルタＤＦ１　までの青色ビームの全光
路長である青色ビームＢｚ　プラス光路長（ＲＢ）ｘ　
の合計に等しい。等しい光路長のこの条件は全ビームが
投影レンズによってスクリーン上に均等に集束されるこ
とを保証するために望ましい。全ビームは第１のダイク
ロイックフィルタＤＦ１　からの共通の１つの通路を進
行する。

【００２０】ＬＣＭを最も有効に使用するために、スク
リーン４８の合同長方形形態はスクリーンの長軸と平行
の各ＬＣＭ活性領域の縦軸（長手寸法）によって使用さ
れる。各ＬＣＭは上述のように全ての３つのＬＣＭが共
に一致できるようにマルチプレクサの構造に調節可能に
取付けられるので、３つの各ＬＣＭからの対応する画素
は投影スクリーン上に互いに重なる。取付けられる回路
板と共に各ＬＣＭの調節を意味するＬＣＭ取付けの粗調
節は隣接する液晶モジュール間の最小空間を設定するこ
とを必要とする。この空間は一方が他方に関して調節さ
れるとき隣接するモジュール間の干渉を不可能にするこ
とを必要とする。

【００２１】光の拡散特性により、３個のビームは光マ
ルチプレクサ内に集束されることができない。したがっ
て、投影された３つの色画像の色補正を成遂げるために
、各ＬＣＭから投影光学システムの後方焦点への光路長
は等しくなければならない。これは上述のように各ＬＣ
Ｍから３個のビームが初めに結合される点まで、すなわ
ち第１のダイクロイックフィルタＤＦ１　までの光路長
を等しくさせるためである。

【００２２】これらの制限を満たすために、上述の最小
容積のマルチプレクサは図示のように配置される。それ
ぞれＹ，Ｚ平面およびＸ，Ｚ平面にある赤色ＬＣＭ６４
および青色ＬＣＭ６６はＺ，Ｙ平面とそれぞれ平行の両
方の長軸に関して互いに垂直に配置される。両者は各ビ
ームを結合する第２のダイクロイックフィルタＤＦ２　
から等距離にある。図３および図４に示されているよう
に、赤色ＬＣＭ６４および青色ＬＣＭ６６の孔の平面は
それぞれ系の軸と垂直にある。第３の、すなわち緑色Ｌ
ＣＭ６２は図５に示されているように対向して配置され
、＋Ｙ方向の１つの孔の高さの最小値だけ赤色ＬＣＭ６
４の孔から＋Ｙ方向への孔のずれを有する赤色ＬＣＭ６
４と平行にある。

【００２３】図５に示されているように、マルチプレク
サ素子の上述の形態は結合された出口ビーム（ＲＧＢ）
ｘ　の後方の後部素子が緑色ＬＣＭ６２の後方（＋Ｘ方
向）に実際入込み、さらにＸ方向にシステム全体を短く
することを可能にする。

【００２４】３次元光マルチプレクサの変更した形態の
幾何学的形状装置および構成が図６乃至図９に示されて
いる。レンズの後方焦点距離は最小である。後方焦点距
離は投影レンズ４４から各液晶モジュールまでの距離で
ある。上述のマルチプレクサと全く同一のこのマルチプ
レクサにより、各液晶モジュールから３個のビームが初
めに結合される点までの光路長は３個の単色ビームと同
じであり、後方焦点長または焦点距離は各距離を減少し
、素子を配置することによって最小にされるので、全３
個のビームの第１の結合点から投影レンズまでの距離も
また最小にされる。後者はマルチプレクサの出口窓にで
きるだけ接近するように（光路に沿って測定されたとき
）第１の結合素子を配置することによって部分的に達成
される。

【００２５】図６乃至図９の装置において、複数の単色
光ビームは符号Ｇ（緑色），Ｂ（青色），Ｒ（赤色）で
示された通路に沿った緑色、青色、および赤色の入力ミ
ラー１００，１０２，１０４　への入力である（図６参
照）。入力ミラーはそれぞれ＋Ｘ，−Ｘ，および−Ｚ方
向に緑色、青色、および赤色の液晶モジュール１０６，
１０８，１１０　の孔を通る各ビームを反射する。モジ
ュールは各回路板１０６ａ，１０８ａ，１１０ａ（図７
乃至図９参照）に取付けられる。緑色ＬＣＭ１０６　お
よび青色ＬＣＭ１０８　の長軸はＺ軸と平行であり（そ
れ故、各回路板の長手寸法はＹ軸と平行である）、赤色
液晶モジュール１１０　の長手寸法はＹ軸と平行であり
、その回路板の長手寸法はＸ軸と平行である。緑色ビー
ムは符号Ｇｘ　で示されたミラー１００　から第１の光
路脚部に沿って緑色ＬＣＭ１０６　を通る入力である。（前述の符号を使用すると、符号Ｇｘ　はＬＣＭ１０６
　からＸ軸と平行の第１の光路折曲げミラーＦＭ３　ま
での緑色ビーム光路脚部の長さを示す）。緑色ビームは
第１の光路折曲げミラーＦＭ３　から長さＧｙ　のＹ軸
方向の光路脚部に沿って第１のダイクロイックフィルタ
ＤＦ３　に反射されるので、ダイクロイックフィルタＤ
Ｆ３　を通って光路脚部（ＧＢ）ｙ　に沿って第２のダ
イクロイックフィルタＤＦ４　に伝送し、それからマル
チプレクサの出口を通って出口光路（ＧＢＲ）ｚ　に沿
って投影レンズ４４に反射される。青色ビームはミラー
１０２　から青色液晶モジュール１０８　を通って第１
の光路脚部Ｂｘ　に沿ってダイクロイックフィルタＤＦ
３　への入力であり、それからダイクロイックフィルタ
ＤＦ３　を通って伝送される緑色ビームと共に光路脚部
（ＧＢ）ｙ　に沿って反射される。赤色ビームは入力ミ
ラー１０４　から赤色ＬＣＭ１１０　を通って第１の光
路脚部Ｒｚ　に沿ってダイクロイックフィルタＤＦ４　
への入力である。赤色ビームはダイクロイックフィルタ
ＤＦ４　からマルチプレクサの出口窓を通って−Ｚ軸方
向に反射される光路脚部（ＧＢＲ）ｚ　において結合さ
れたビーム（ＧＢ）ｙ　と結合されるようにダイクロイ
ックフィルタＤＦ４　を通過する。

【００２６】図６に示された装置は投影レンズの後方焦
点距離を最小にする、すなわちレンズ４４の最後部素子
と活性素子すなわち３次元光マルチプレクサの液晶変調
器の間の光路長を最小にするために主として使用される
。図６乃至図９の装置の第２の利点はマルチプレクサによ
り必要な容積を減少することである。ダイクロイックフ
ィルタおよび光路折曲げミラーの光被覆物効率が結合す
る色のオーダを選択することを決定するファクターであ
るため、上述の装置の付加的な利点は上述の光路の選択
が任意の色の伝送の最適化を可能にすることである。例
えば、１つの被覆物は所定の色に対して反射効率が低け
れば、そのような色は図６乃至図９に示された赤色ビー
ムのように、反射しない光路に沿って伝送されることが
可能である。上述の装置は任意の色を任意の入力におい
て供給することを可能にする。最小にされた後方焦点長
および容積はこの装置が投影ディスプレイに有用にする
。その場合、容積および重量は重要なファクターであり
、さらに重要なことは、投射軸の方向における計器長は
投影システムに取付けるのに利用できる空間の形態およ
び寸法のために最小にされなければならない。

【００２７】図６乃至図９の形態は多くの条件を満たす
。それらの条件は次のことを含む：（ａ）マルチプレク
サに対するコンパクトな空間の要求、（ｂ）スクリーン
および互いに関する複数のＬＣＭの画像の同じ方向の維
持、（ｃ）結合された出力ビームの任意の点から任意の
１つのＬＣＭまでの各色に対する光路長の均等性、（ｄ
）投影システムの後部素子、すなわちレンズから各液晶
モジュールまでの距離の最小化。

【００２８】緑色および青色ビームは２つの異なる平面
Ｘ，ＹおよびＹ，Ｚに両者共折曲げられ、赤色ビームは
全く折曲げられないことに注意すべきである。それ故、
光路脚部（ＧＢＲ）ｚ　に沿った結合されたビームの全
て３個のＬＣＭの画像の方向の必要な一致性を達成する
ために、Ｙ軸と平行の赤色ＬＣＭ１１０　の孔の長手寸
法およびＺ軸と平行の緑色および青色ＬＣＭ１０６，１
０８　の孔の長手寸法を物理的に方向付けることが必要
である。赤色ビームが折曲げられない光路を通るため、
赤色ＬＣＭ孔の画像の長軸は常にＹ軸と平行である。緑
色ビームの光路は光路Ｇｘ　の緑色ＬＣＭ孔の画像の長
軸をＺ軸と平行にあるようにし、光路Ｇｙ　の長軸は依
然Ｚ軸と平行である。しかしながら、ダイクロイックフ
ィルタＤＦ４　からの反射時に、緑色孔１０６　の画像
はＸ軸を中心に回転するので、ダイクロイックフィルタ
ＤＦ４を離れるときに、その長軸がＹ軸と平行になるの
で、赤色ビームの長軸と平行になり、互いに一致する。

【００２９】同様に、青色ＬＣＭの画像の長軸は初め光
路脚部Ｂｘ　に沿ってＺ軸と平行にある。ダイクロイッ
クフィルタＤＦ３　からの反射の際に、この長軸は光路
脚部（ＧＢ）ｙ　を通過するとき、Ｚ軸と依然平行であ
る。また、赤色画像も同様に、この青色画像は第２のダ
イクロイックフィルタＤＦ４　からの反射の際にＹ軸と
平行の縦軸を有するようにＸ軸を中心に回転される。し
たがって、全て３個の画像の長軸は平行であり、出口ビ
ーム光路（ＧＢＲ）ｚ　と一致する。

【００３０】上述のように、投影された３個の色画像の
色補正を達成するために、各ＬＣＭから投影光学システ
ムの後方焦点までの光路長は等しくなければならない。したがって、図６乃至図９の装置において、種々の素子
は光路脚部Ｒｚ　がＧｘ　＋Ｇｙ　＋（ＧＢ）ｙ　に等
しく、またＢｘ　＋（ＧＢ）ｙ　に等しいように配置さ
れる。さらに、前述の実施例のように、全３個のビーム
の第１の結合点、すなわちダイクロイックフィルタＤＦ
４　から各ＬＣＭ１０６，１０８，１１０　までの光路
長は全て互いに等しい。

【００３１】この装置において、初めの実施例のように
、ビームは全て同じ数のダイクロイックフィルタを通過
しない。ダイクロイックフィルタを通過するビームは一
般にわずかに短い光路長を伝送するが、実質上の距離は
同じである。必要或いは所望に応じて、光路長のこの差
は適切な１つの液晶モジュールの実質上の距離を変更す
ることによって容易に補償されることができるので、全
て３個の光路長は等しい。

【００３２】多くの制限は図６乃至図９の実施例に適用
する。ＬＣＭ孔１０６と１０８　の短軸は前述のように
Ｙ軸と整列され、一方赤色ＬＣＭ孔１１０　の短軸はＸ
軸と整列される。別の表現をすれば、孔１１０　の長軸
は孔１０６　と１０８　の短軸と平行に位置する。緑色
孔１０６　はＹ軸に沿って青色孔１０８　から少なくと
も１個の孔の幅（短軸）だけずれ、Ｙ軸に沿って赤色孔
１１０　からずれる。再び、前の実施例のように、折曲
げは１つのみの平面ではなく２つの相互に垂直な平面に
生じる。図６乃至図９の実施例において、緑色および青
色の各ビームは共にＸ，Ｙ平面で折曲げられ（第１の折
曲げミラーＦＭ３　によって）、さらにＹ，Ｚ平面で折
曲げられる（第２の折曲げミラーＦＭ４　によって）。青色ビームは第１のダイクロイックフィルタＤＦ３　に
よってＸ，Ｙ平面で折曲げられ、第２のダイクロイック
フィルタＤＦ４　によってＹ，Ｚ平面に折曲まれる。赤色ビームは青色および緑色ビームと結合されるように
第２のダイクロイックフィルタＤＦ４を通過するが、全
く折曲げられず、マルチプレクサの出力軸に沿って出口
窓を通過する。

【００３３】図８に示されているように、第２のダイク
ロイックフィルタＤＦ４　は緑色ＬＣＭ１０６　に取付
ける回路板１０６ａの最も左側の縁部１２０　に比較的
接近して配置される。回路板１０６ａの最も左側の縁部
１２０　はこのマルチプレクサの出口窓に最も近い縁部
である。回路板１０６ａの上述の方向付けに関して、Ｙ
軸と平行の長手寸法に関して、ダイクロイックフィルタ
ＤＦ４　は出口窓（図８の左側）に接近するように配置
されることができるので、投影システムレンズ４４に接
近する。マルチプレクサ内の全部で３個のビームの第１
の結合点（フィルタＤＦ４　の位置）から出口窓までの
光路長は最後の結合フィルタＤＦ４　のこの配置によっ
て最小にされる。他方では、図３乃至図５の装置におい
て、結合されたビームはダイクロイックフィルタＤＦ１
　での結合後−Ｘ方向に出るように折曲げミラーＦＭ２
　によって最後の折曲げに対する光路脚部（ＧＲＢ）ｙ
　に沿って伝送する。したがって、図６乃至図９の装置
は図３乃至図５の装置よりも小さい後方焦点長を与える
。

【００３４】図６乃至図９の装置において、寸法の制限
は折曲げミラーＦＭ３と緑色ＬＣＭ１０６　の間の必要
な最小距離である。さらに、ＬＣＭ１０８　（青色）は
図７に示されているように少なくとも１つの孔の幅（小
さい寸法）だけ緑色ＬＣＭ１０６　から−Ｙ方向にずれ
、同様に、赤色ＬＣＭ１１０　は青色ＬＣＭ１０８　か
ら−Ｙ方向に下方にずれる。Ｚ方向の赤色ＬＣＭ１１０
　の直接の位置付けはＧｘ　＋Ｇｙ　＋（ＧＢ）ｙ　並
びにＢｘ　＋（ＧＢ）ｙ　に等しい光路脚部Ｒｚ　を有
することによって設定される。

【００３５】図示のように、ミラーおよびダイクロイッ
クフィルタの全てによるビーム折曲げは９０°の角度に
おいて折曲げることによって達成される。ビームの色は
本発明の原理から逸脱することなく交換されることがで
きることが容易に理解できるであろう。したがって、赤
色および緑色ビームまたは、青色および緑色ビームまた
は、赤色および青色ビームに交換可能であり、そのよう
な交換の組合わせが使用されることができる。

【００３６】投影レンズは高精度投影レンズであり、特
定の実施例において、画像を孔の寸法を横約１．５イン
チ×１インチから１側で約６インチに拡大する。光路長
が等しくないならば、拡大率は各色で異なることができ
、異なる色がコーナで不鮮明になる。最小後方焦点長の
実施例に関して、光マルチプレクサは約５．７５×５．
７５×６インチの寸法を有することができ、図３乃至図
５の最小容積装置は約５×４×７．５インチの寸法を有
することができる。これらの寸法はここで述べられたＬ
ＣＭの特定の寸法に基づく。

【００３７】複数の平面に折曲げられた光路を使用し、
最小容積および最小後方焦点長の両方を与える３次元光
マルチプレクサの形態、変調器画像の対応する方向付け
、複数のビームの均等の光路長、および投影システムの
最小後方焦点長が開示されていることが認識されるであ
ろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】光マルチプレクサを用いる高輝度液晶投影シス
テムの簡単なブロック図。

【図２】図１のマルチプレクサに使用される型式の単一
液晶変調器の概要図。

【図３】最小量の３次元光マルチプレクサの第１の実施
例の折曲げ光路を限定するマルチプレクサ素子の空間形
態および位置を示す概略線図。

【図４】図３のマルチプレクサの構成部品の幾何学的配
置を示す上面図。

【図５】図３のマルチプレクサの構成部品の幾何学的配
置を示す前面図。

【図６】後方焦点距離が最小にされる３次元光マルチプ
レクサの複数の折曲げ光路を限定する素子の空間形態お
よび位置を示す概略線図。

【図７】図６の３次元光マルチプレクサの構成部品の前
面図。

【図８】図６の光マルチプレクサを左側からみた図。

【図９】図６の３次元光マルチプレクサの上面図。

【符号の説明】

１０…光源、１２…光ファイバ、２４，２６，２８…入
力ミラー、３０…光マルチプレクサ、４０…出口窓、４
４…投影レンズ、４６…スクリーン、５２…液晶構造、
５４…孔、５６…回路板、６４，６６　…液晶モジュー
ル。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　第１、第２、および第３の相互に垂直
な表面を有するマルチプレクサと、前記各表面に取付け
られ、相互に異なる色の第１、第２、および第３の入力
光ビームをそれぞれ受信および変調するように構成され
ている第１、第２、および第３の変調器と、前記ビーム
の全部を結合するフレーム内に取付けられ、前記フレー
ム内のビーム結合点から前記マルチプレクサの外に投射
される結合されたビームを形成するビーム結合手段とを
具備し、このビーム結合手段は変調されたビームを前記
各変調器から前記ビーム結合点まで互いに実質上等しい
光路長に沿って３次元に折曲げて伝送する光学手段を具
備することを特徴とする多ビーム光マルチプレクサ。
【請求項２】　　前記結合点はマルチプレクサ内に前記
ビームの全部が集束される点であり、前記結合されたビ
ームは前記結合点から線形の光路に沿って投射される請
求項１記載のマルチプレクサ。
【請求項３】　　前記各変調器は１つ以上の変調器孔の
選定された寸法だけ他の各変調器の孔からずれている変
調器孔を備えている請求項１記載のマルチプレクサ。
【請求項４】　　前記ビーム結合手段は前記第１の変調
器から第１のミラーまでの前記第１のビームの第１の光
路長Ｇｘ　を形成し、前記第２のビームまでの前記第１
のビームの第２の光路長Ｇｙ　を生成するために前記第
１のビームを屈折させるミラーを具備し、前記第２の変
調器から前記第１のビームまでの前記第２のビームの光
路長Ｂｘ　は前記第１と第２の光路長の合計に等しい請
求項１記載のマルチプレクサ。
【請求項５】　　１つの平面は他の２つの平面と垂直に
ある第１、第２、および第３の平面にそれぞれ取付けら
れ、相互に異なる色の第１、第２、および第３の入力ビ
ームをそれぞれ受信および変調するように構成され、第
１、第２、および第３の変調されたビームを生成する第
１、第２、および第３の光変調器と、ビーム結合点から
前記マルチプレクサの外に投射される結合されたビーム
を形成するために、前記ビームの全部を結合する前記変
調器間に取付けられたビーム折曲げ手段とを具備し、前
記ビーム折曲げおよび結合手段は２つの相互に垂直な平
面において前記変調されたビームを折曲げる光学手段を
具備していることを特徴とする光マルチプレクサ。
【請求項６】　　前記ビーム折曲げ手段は第１の平面に
おいて前記第１および第２の変調されたビームを折曲げ
る手段および、前記第１の平面と垂直の前記第２の平面
において前記第３の変調されたビームを折曲む手段を具
備している請求項５記載の光マルチプレクサ。
【請求項７】　　前記ビーム折曲げ手段は２つの相互に
垂直な平面において第１および第２の変調されたビーム
をそれぞれ折曲げる手段を具備している請求項５記載の
光マルチプレクサ。
【請求項８】　　前記ビーム折曲げ手段は２つ以上の相
互に垂直な平面において１つ以上の前記変調されたビー
ムを折曲げる手段を具備している請求項５記載のマルチ
プレクサ。
【請求項９】　　前記ビーム折曲げ手段は前記変調され
たビームを前記各変調器から前記ビーム結合点まで互い
に実質上等しい光路長に沿って伝送する光学手段を具備
している請求項５記載のマルチプレクサ。
【請求項１０】　　前記結合点はマルチプレクサ内に位
置している前記ビームの全部が集中する点であり、前記
結合された点は前記結合点から線形の光路に沿って投射
される請求項５記載のマルチプレクサ。
【請求項１１】　　前記結合点はマルチプレクサ内に位
置している前記ビームの全部が集中する点であり、前記
結合されたビームは前記結合点から角張った光路に沿っ
て投射される請求項５記載のマルチプレクサ。
【請求項１２】　　前記各変調器は１つ以上の変調器孔
の選定された寸法だけ他の変調器の孔からずらされてい
る変調器孔を含む請求項５記載のマルチプレクサ。
【請求項１３】　　第１および第２の相互に平行で間隔
を隔てた平面にそれぞれ取付けられた第１および第２の
液晶変調器と、前記第１および第２の平面と垂直な平面
において前記第１および第２の変調器に隣接して取付け
られた第３の液晶変調器とを具備し、それらの液晶変調
器は相互に異なる色の第１、第２、および第３の入力ビ
ームをそれぞれ受信し、前記色の第１、第２、および第
３の変調されたビームをそれぞれ伝送するように構成さ
れており、さらに、第１のダイクロイックフィルタ手段
と、Ｙ軸に沿って前記第１の変調されたビームを前記第
１のダイクロイックフィルタ手段に反射してそれを透過
させる第１の光路折曲げミラー手段と、Ｙ軸に沿って反
射させるために前記第２の変調されたビームを前記第１
のダイクロイックフィルタ手段に伝送し、第２と第３の
変調器からのビームを結合させるために前記第２の変調
されたビームと一致してＸ軸に沿って前記第３の変調さ
れたビームを反射させるように配置されている第２のダ
イクロイックフィルタ手段とを具備し、前記第１のダイ
クロイックフィルタ手段はＹ軸に沿って前記第１の変調
されたビームを伝送し、Ｙ軸に沿って前記結合された第
２および第３の変調されたビームを反射するように形成
され配置され、Ｙ軸に沿って前記３色の結合されたビー
ムを生成し、Ｙ軸に沿った前記３色の結合されたビーム
を反射する第２の光路折曲げミラーを具備していること
を特徴とする相互に垂直なＸ、Ｙ、およびＺ軸を有する
光マルチプレクサ。
【請求項１４】　　第１および第２の相互に平行で間隔
を隔てた平面にそれぞれ取付けられた第１および第２の
液晶変調器と、前記第１および第２の平面と垂直な平面
において前記第１および第２の変調器に隣接して取付け
られた第３の液晶変調器とを具備し、それらの液晶変調
器は相互に異なる色の第１、第２、および第３の入力ビ
ームをそれぞれ受信し、前記色の第１、第２、および第
３の変調されたビームをそれぞれ伝送するように構成さ
れており、さらに、前記第１の変調器と第２の変調器の
間に配置された第１のダイクロイックフィルタ手段と、
前記第１のビームをＹ軸に沿って前記第１のダイクロイ
ックフィルタ手段に反射してそれを通過させ、Ｙ軸に沿
って伝送された第１の変調されたビームと一致してＹ軸
に沿って前記第２の変調されたビームを反射するように
配置され、Ｙ軸に沿って２色のビームを生成する第１の
光路折曲げミラー手段と、Ｚ軸に沿って前記２色のビー
ムを反射するように形成および配置され、前記第３の変
調されたビームを受けて透過するように配置され、Ｚ軸
に沿ってマルチプレクサの出力ビームとして３色ビーム
を伝送する第２のダイクロイックフィルタ手段とを具備
していることを特徴とする光マルチプレクサ。