JPH0433016B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は液晶ライトバルブを用いた投影装置
に係り、特に、２色画像の投影装置に用いられる
プレ偏光プリズムに関する。

液晶ライトバルブの発達により、高品質の大型
投影装置が開発されている。反射型の液晶ライト
バルブは２枚の透明電極の間に液晶層、誘電体ミ
ラー層、遮光層がはさまれてなる薄膜多層構造を
有する。偏光された投影ビームが液晶層を介して
誘電体ミラー層に入射される。陰極線管から発生
されるような低輝度の入力像が感光層に入射され
る。その結果、感光層から発生され液晶層へ向か
う電極間の電界がスイツチング制御され、液晶層
が活性化される。液晶層を介して誘電体ミラー層
で反射された直線偏光投影ビームは導光器に入射
される情報に応じて偏光変調される。そのため、
高分解能入力画像のように複雑な分布を有する光
は導光器の表面に収束され、画像が拡大されて投
影される。これにより、スクリーン上に高輝度画
像が得られる。このような高画質反射型の液晶ラ
イトバルブが米国特許第4019807号（D.D.
Boswell et al）に記載されている。

反射型の液晶ライトバルブを用いたグラフイツ
ク表示投影装置の一例が、1979年のSID（Society
of Information Display）のダイジエストのP22
〜23の「液晶ライトバルブの大型スクリーングラ
フイツクデイスプレイへの応用」に記載されてい
る。本発明が完全にではないが非常に関係してい
るこの投影装置は濃青のスクリーン上に黄色と白
色の２色の大型画像を投影するものである。この
装置は、入力画像を出力する陰極線管と、平行で
所望の偏光を有する出力ビーム光を発生する光学
系と、入出力機能を有するライトバルブを具備す
る。

この装置は光源としてはキセノンアークランプ
を有し、ランプはコリメータおよび偏光系を介し
て液晶ライトバルブを照明する。キセノンアーク
ランプからの光は主偏光プリズムに入射され、Ｓ
偏光成分とＰ偏光成分とに分離される。Ｐ偏光成
分はプリズムを通過し、Ｓ偏光成分はプリズムで
反射されライトバルブに入射される。陰極線管に
より表わされる情報はフアイバ光学系によりライ
トバルブの一面に入射され偏光の種類がＳ偏光か
らＰ偏光に変えられる。光ビームはプリズムを介
して伝達され、投影レンズによりスクリーン上に
投影される。ここで、主プリズムは偏光変調を輝
度（明るさ）変調に代えるアナライザとして働
く。

一般に、投影像の画質は輝度、分解能とコント
ラストの関数である。画質は主プリズムの前の光
路中にプレ偏光プリズムを設けることにより向上
できる。プレ偏光プリズムは主偏光プリズムでの
欠陥を克服する点に関してはいくらか効果的であ
る。すなわち、主偏光プリズムは１つの偏光を
100％通過させ、他の偏光を100％反射させること
はできないので、不所望の偏光ビームがライトバ
ルブに達し変調された反射され、主プリズムを介
して投影レンズに入射される。これは、しばしば
色のひずみやコントラスト、分解能の低下につな
がる。

価格の理由から、プレ偏光プリズムとしては主
偏光プリズムと同一設計のものが用いられている
ので、一般にプレ偏光プリズムも同様の反射、通
過特性を有する。しかしながら、２つのプリズム
が組合せて用いられれば、投影像の画質が向上す
るという付加的な効果が生まれる。プレ偏光プリ
ズムは主プリズムに入射される光から１つの偏光
成分をほとんど除去する。そのたわ、主プリズム
は不所望な偏光成分がほとんど取除かれたビーム
に対して作用する。

しかしながら、情報表示容量や多様性を高める
ために第２の液晶ライトバルブを使うことが望ま
しくない場合がある。このような場合、第２のラ
イトバルブがプレ偏光プリズムで除去された偏光
成分を必要とするならば、プレ偏光プリズムを用
いることは問題がある。その結果、第２のライト
バルブを使うか否かは投影像の画質に応じて決め
られる。

この発明は上述した事情に対処すべくなされた
もので、１つまたは複数の偏光プリズムを使うこ
とによつて、２つまたは複数のライトバルブに入
射される光の色別のプレ偏光を行なう投影装置を
提供することをその目的とする。

この発明の好ましい実施例において、プレ偏光
プリズムは光源からの光に対して作用し、第１の
偏光ビームを第１ダイクロイツクセパレータへ入
射させ、第２の偏光ビームを第２のダイクロイツ
クセパレータへ入射させるように光を分ける。こ
れらの２つのビームは第２の偏光プリズムに入射
される前にダイクロイツクアダーで再び混合され
る。第２の偏光プリズムは第１の色および第１の
偏光ビームを第１ライトバルブに、第２の色およ
び第２の偏光ビームを第２ライトバルブに入射さ
せる。その結果、第１ライトバルブは第１の色と
第１の偏光成分を写し出し、第２のライトバルブ
は第２の色と第２の偏光成分を写し出す。各ライ
トバルブとも、入射光の偏光状態を入力光（書込
光）によつて変調される。書込光が存在する場合
は、偏光状態はライトバルブによつて第１から第
２、あるいは第２から第１の状態に変わる。各ラ
イトバルブの出力光は第２の偏光プリズムに入射
され、偏光変調が輝度変調に変えられる。第２偏
光プリズムの出力光が従来と同様投影レンズに入
射される。

他の実施例によれば、ダイクロイツクセパレー
タは光源からの光を分け第１の色の光を第１のプ
レ偏光プリズムへ、第２の色の光を第２のプレ偏
光プリズムへ入射させる。第１のプレ偏光プリズ
ムにより第１の色および第１の偏光成分が得ら
れ、第２のプレ偏光プリズムにより第２の色およ
び第２の偏光成分が得られる。第１、第２のプレ
偏光プリズムからの光が主偏光プリズムに入射さ
れる前にダイクロイツクアダーで１つの光に混合
される。主プリズムは、従来と同様に、第１の偏
光成分を第１のライトバルブに、第２の偏光成分
を第２ライトバルブに入射させる。第１ライトバ
ルブは第１の色および第１の偏光成分を写し出
す。第２ライトバルブは第２の色および第２の偏
光成分を写し出す。各ライトバルブの出力光は主
偏光プリズムによつて投影レンズに入射される。

以下、図面を参照してこの発明による液晶ライ
トバルブを用いた２色画像の投影装置の一実施例
を説明する。第１図はその斜視図である。この投
影装置１０は光源としてキセノンアークランプ１
２を有する。ランプ１２の光軸上にコリメータレ
ンズ１４が設けられる。キセノンアークランプ１
２とコリメータレンズ１４は全可視光スペクトラ
ム（白色光）を含む偏光されてない高輝度平行ビ
ームを発生する。この発明の要旨からはずれない
限り、他の光エネルギ源を用いても構わない。

ランプ１２、コリメータレンズ１４と同軸上に
プレ偏光ビームスプリツタ１６が設けられる。プ
レ偏光ビームスプリツタ１６は米国特許第
2403731号（MacNeille）に記載の偏光選択的分
割干渉コーテイング素子やマルチ反射層素子であ
ることが好ましい。この米国特許によれば、適当
な反射率と厚さの多数の膜がコーテイングされて
いる反射層が２個の半正六面体を２等分する面、
すなわち、正六面体の側面と45゜で交差する面に
配設される。薄膜コーテイングは第１の偏光（こ
こではＰ偏光と呼ぶ）をほとんど通過させ、第２
の偏光（以下、Ｓ偏光と呼ぶ）をほとんど反射さ
せる。したがつて、プレ偏光ビームスプリツタ１
６はＰ成分をほとんど第１の方向へ通過させ、Ｓ
成分をほとんど第２の方向へ反射させる。これに
より、２つの偏光ビームが発生される。第１図で
Ｐ偏光は水平偏光として、Ｓ偏光は垂直偏光とし
て表わされている。

Ｐ偏光ビームは第１ダイクロイツクセパレータ
１８に入射される。Ｓ偏光ビームは第２ダイクロ
イツクセパレータ２０に入射される。ダイクロイ
ツクセパレータ１８，２０、ダイクロイツクアダ
ー２２はビームの偏光方向には何ら影響を与えな
い。ダイクロイツクセパレータ１８，２０は波長
に対して選択的にコーテイングが施されていて、
第１の色成分を反射して、第２の色成分を通過さ
せる特性を有する。ダイクロイツクセパレータ１
８，２０とダイクロイツクアダー２２はOptical
Coating Laboratories Inc.製である。

第１ダイクロイツクセパレータ１８はＰ偏光白
成分光を受けて、Ｐ偏光緑成分光を反射する。す
なわち、第１ダイクロイツクセパレータ１８は入
射白成分光から緑成分光を抜き取る。このＰ偏光
反射光は破線の水平偏光として図示される。第２
ダイクロイツクセパレータ２０はプレ偏光プリズ
ム１６から反射されたＳ偏光を受け、入射白成分
光から赤成分を抜き出しダイクロイツクアダー２
２へ反射させる。ダイクロイツクアダー２２はセ
パレータ１８，２０からのビームを混合してＰ偏
光緑成分とＳ偏光赤成分とから成るビームを出力
する。

合成ビームは主プリズム２４に入射される。主
プリズムも前述の米国特許第2403731号に記載さ
れているバイプリズムの一種の偏光ビームスプリ
ツタである。主プリズム２４はプレ偏光ビームス
プリツタ１６と同一の設計であることが望まし
い。主プリズム２４はＰ偏光緑成分を通過させ、
トリムフイルタ２６を介して第１のライトバルブ
２８に入射させる。主プリズム２４はＳ偏光赤成
分を反射し、トリムフイルタ３０を介して第２ラ
イトバルブ３２に入射させる。主プリズム２４は
偏光器であるので、入射Ｐ偏光からプレ偏光プリ
ズム１６により取り除かれきれなかつた残りのＳ
偏光を取り除く。入射Ｓ偏光に対しても、同様
に、主プリズム２４により不要なＰ偏光が取り除
かれる。このことにより、第２カラーチヤネルを
犠性にすることなく、単一のプレ偏光ビームスプ
リツタを用いることによつてもコントラストが向
上する。

トリムフイルタ２６，３０は不要の色成分がラ
イトバルブに到達することを防ぐ。米国特許第
4019807に記載のように、ライトバルブ２８，３
２は陰極線管３４，３６のような変調源からの書
込光によつて入射光を偏光変調する。

ライトバルブ２８，３２により変調された光は
再び主プリズム２４に戻され、偏光変調が輝度変
調に変換される。主プリズム２４はライトバルブ
２８，３２からの変調光を混合して、従来と同様
に、スクリーン（図示しない）上に投影するため
に投影レンズ３８に入射させる。ビームスプツタ
はニユーヨークのGenesee社の薄膜フイルム用の
コンピユータプログラムにより設計、製造され
る。

第２実施例を第２図を参照して説明する。投影
装置１０′は光源としてキセノンアークランプ１
２′を有する。ランプ１２′の光軸上にコリメータ
レンズ１４′が設けられる。ランプ１２′とコリメ
ータレンズ１４′が偏光されていない白色光から
なる高輝度平行ビームを発生する。上述したよう
に、この発明の要旨からはずれない限り、他の光
源を用いてもよい。

ダイクロイツクセパレータ１６′がランプ１
２′の光軸に対して45゜傾いて設けられる。セパレ
ータ１６′は緑色成分と赤色成分を反射するよう
に波長選択性のコーテイングが施されている。第
２図において、緑成分は波線、赤成分は実線で示
されている。セパレータ１６′はOptical
Coating Laboratories Inc.製である。

緑成分は通常の平面状の銀メツキ鏡であるリレ
ーミラー１８′に入射される。ミラー１８′はセパ
レータ１６′と平行に設けられるので、緑成分は
ミラー１８′で反射されたセパレータ１６′に入射
された方向と平行に伝搬される。

セパレータ１６′から出力された偏光されてい
ない赤色平行光が第１プレ偏光ビームスプリツタ
２０′に入射される。リレーミラー１８′で反射さ
れた偏光されていない緑色平行光が第２プレ偏光
ビームスプリツタ２２′に入射される。ビームス
プリツタ２０′，２２′も上述した米国特許第
2403731号に記載されているような偏光選択的な
光分割干渉コーテイング素子あるいはマルチ反射
層素子で構成されるのが好ましい。

プレ偏光ビームスプリツタ２０′はＰ偏光赤色
成分をほとんど通過させ、Ｓ偏光赤色成分（実線
の垂直偏光）をほとんど反射しダイクロイツクア
ダー２４′へ入射させる。同様に、プレ偏光ビー
ムスプリツタ２２′はＳ偏光緑色成分をほとんど
反射し、Ｐ偏光緑色成分（破線の水平偏光）をほ
とんど通過させダイクロイツクアダー２４′へ入
射させる。不要な成分は、たとえばオプテイカル
ダンプ（図示せず）により除去される。

ダイクロイツクアダー２４′はダイクロイツク
セパレータ１６′と同一もしくは類似の構造であ
る。ダイクロイツクアダー２４′はダイクロイツ
クセパレータ１６′と平行であるので、プレ偏光
ビームスプリツタ２０′で反射された赤色光がプ
レ偏光ビームスプリツタ２２′を通過した緑色光
と混合されて単一のビームとして第３偏光ビーム
スプリツタ２６′（以下、主プリズムと称す）に
入射される。

主プリズム２６′も前述した米国特許第2403731
号に記載の偏光選択的光分割干渉コーテイング素
子あるいはマルチ反射層素子であることが望まし
い。主プリズム２６′はプレ偏光ビームスプリツ
タ２０′，２２′と同一な構造であることが望まし
い。主プリズム２６′はほとんどのＰ偏光緑成分
をトリムフイルタ２８′を介して第１のライトバ
ルブ３０′へ通過させ、ほとんどのＳ偏光赤成分
を反射させトリムフイルタ３２′を介して第２ラ
イトバルブ３４′へ入射させる。主プリズム２
６′も偏光器であるので、入射Ｐ偏光からプレ偏
光プリズム２２′で除去されきれなかつた残りの
Ｓ偏光成分を除去する。主プリズム２６′は入射
Ｓ偏光状からも、プレ偏光プリズム２０′で除去
されきれなかつた残りのＰ偏光成分を除去する。
プレ偏光ビームスプリツタ２０′，２２′により、
第２カラーチヤンネルを犠性にすることなくコン
トラストが向上する。

米国特許第4019807号に記載のように、ライト
バルブ３０′，３４′はそれぞれ陰極線管３６′，
３８′のような変調源からの書込光によつて入射
光を偏波変調する。

ライトバルブ３０′，３４′からの光は主プリズ
ム２６′に入射され、偏波変調光から輝度変調光
に変換される。主プリズム２６′はライトバルブ
３０，３４′からの光を混合し、スクリーン（図
示せず）上に投影するために投影レンズ４０′に
入射させる。

ビームスプリツタはニユーヨークのGenesce社
の薄膜フイルムのためのコンピユータプログラム
により設計、製造される。

以上、この発明の特定な実施例を説明したが、
この発明はこれらに限定されることなくこの発明
の要旨を変えない限り種々変更可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による液晶ライトバルブを用
いた２色画像の投影装置の一実施例の斜視図、第
２図は第２実施例の斜視図である。 １２……キセノンアークランプ、１４……コリ
メータレンズ、１６……プレ偏光プリズム、１
８，２０……ダイクロイツクセパレータ、２２…
…ダイクロイツクアダー、２４……主偏光プリズ
ム、２６，３０……トリムフイルタ、２８，３２
……ライトバルブ、３４，３６……陰極線管、３
８……投影レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光エネルギを発する光源と、 ダイクロイツクセパレータとプレ偏光ビームス
   プリツタとからなり、前記光源からの光を異なる
   色、異なる偏光状態の複数のビームに分割し、プ
   レ偏光する手段と、 前記複数のビームの各々の偏光状態を選択的に
   変調する反射型ライトバルブと、 変調された複数のビームを単一の出力ビームに
   合成する手段とを具備し、２色画像を投影する投
   影装置において、前記プレ偏光手段は、 前記光源からの光を第１、第２の偏光状態を有
   する第１、第２のビームに分割し、プレ偏光する
   第１のプレ偏光ビームスプリツタと、 前記第１のビームから第１の色の光を抽出する
   第１ダイクロイツクセパレータと、 前記第２のビームから第２の色の光を抽出する
   第２のダイクロイツクセパレータと、 前記第１、第２のビームを、第１の色、第１の
   偏光状態を基本的に有する第１の成分と、第２の
   色、第２の偏光状態を基本的に有する第２の成分
   とを実質的に有する第１の単一のビームに合成す
   るダイクロイツクアダーと、 前記第１の単一のビームを分割し、第１の色、
   第１の偏光状態の光を反射し、第２の色、第２の
   偏光状態の光を透過する第２の偏光ビームスプリ
   ツタと、 前記第２の偏光ビームスプリツタにより反射さ
   れた光の偏光状態を第１の偏光状態から第２の偏
   光状態へ選択的に変調する第１のライトバルブ
   と、 前記第２の偏光ビームスプリツタにより透過さ
   れた光の偏光状態を第２の偏光状態から第１の偏
   光状態へ選択的に変調する第２のライトバルブと
   を具備し、前記第２の偏光ビームスプリツタは前
   記変調された複数のビームを単一の出力ビームに
   合成する手段であることを特徴とする投影装置。 ２ 前記プレ偏光手段の偏光ビームスプリツタは
   バイプリズム型の偏光ビームスプリツタであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の投
   影装置。 ３ 光エネルギを発する光源と、 ダイクロイツクセパレータとプレ偏光ビームス
   プリツタとからなり、前記光源からの光を異なる
   色、異なる偏光状態の複数のビームに分割し、プ
   レ偏光する手段と、 前記複数のビームの各々の偏光状態を選択的に
   変調する反射型ライトバルブと、 変調された複数のビームを単一の出力ビームに
   合成する手段とを具備し、２色画像を投影する投
   影装置において、前記プレ偏光手段は、 前記光源からの光を第１、第２の色成分に分割
   するダイクロイツクセパレータと、 前記第１の色成分を第１の偏光状態にプレ偏光
   する第１の手段と、 前記第２の色成分を第２の偏光状態にプレ偏光
   する第２の手段と、 前記第１、第２の手段の出力を、第１の色、第
   １の偏光状態を基本的に有する第１の成分と、第
   ２の色、第２の偏光状態を基本的に有する第２の
   成分とを実質的に有する第１の単一のビームに合
   成する第３の手段と、 前記第１の単一のビームを分割し、第１の色、
   第１の偏光状態の光を反射し、第２の色、第２の
   偏光状態の光を透過する偏光ビームスプリツタ
   と、 前記偏光ビームスプリツタにより反射された光
   の偏光状態を第１の偏光状態から第２の偏光状態
   へ選択的に変調する第１のライトバルブと、 前記偏光ビームスプリツタにより透過された光
   の偏光状態を第２の偏光状態から第１の偏光状態
   へ選択的に変調する第２のライトバルブとを具備
   し、前記偏光ビームスプリツタは前記変調された
   複数のビームを単一の出力ビームに合成する手段
   であることを特徴とする投影装置。 ４ 前記プレ偏光手段の偏光ビームスプリツタ、
   第１の手段、第２の手段の少なくとも一つはバイ
   プリズム型の偏光ビームスプリツタであることを
   特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の投影装
   置。