JPH06502955A - 投影装置 - 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】 投影装置 発明の分野 本発明は、光学装置構造であって、映像情報の表示を投影するための装置に関し 、より詳しくは投影装置に関する。

従来技術の説労 現在、周知の物を改良して、高品質の再現画像を中型及び大型スクリーン上で得 ることを可能とする、小型投影装置の基本的に新規な構造を創造する目的で研究 が行われている。その様な投影装置が満足させなければならない主たる要件は、 所定の周囲照度条件の下での簡便な鑑賞に適した、スクリーン上に再現される画 像の高い解像度、コントラスト及び輝度である。更に、その様な投影装置は数多 くの操作上の要件を満足させなければならない。特に、投影装置の光源によって 消費される電力が低くなければならない、装置が通常の電気・温度様態で操作さ れなければならない、（投影装置に受像管が画像源として使用されているため） 投影装置Ｘ線放射レベルが許容値を超えてはならない等である。

テレｒ投影装置、即ち、受像管が光学画像源として使用されている投影装置は、 最も広範に使用されている装置である。その様なテレビ装置［ブイ・ニス・バベ ンコ、「テレビ装置の光学Ｊ　１９８２年、ラジオ・イ・スブヤズ、モスクワ、 ページ２３２〜２３４　（Ｖ、Ｓ、Ｂａｂｅｎｋｏ、　”０ｐｔｉｃｓ　ｏｆ　 ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ　ａｐｐａｒａｔｕｓｅｓ”、　１９８２．@Ｒａｄｉｏ 　１ Ｓｖｙａｚ、　Ｍｏｓｃｏｗ、　Ｐ、２３２−２３４）　］は、受像管と、その 視野内に位置する受像管のスクリーンを対象とする投影レンズとから構成される 。その様なテレ（投影装置において、受像管のスクリーン上に形成される照射可 能な画像は、ビュースクリーン上に対物レンズを通して投影される。投影画像の 輝度、コントラスト、及び色彩度を決めるその様な投影装置の発光効率は低い。

これは第１に次のような事実に原因するものである。即ち、投影画像が原画像が ら作られる際に、その面積は対物レンズの入射ひとみの面積と比較さね、原画像 （受像管スクリーン）によって拡散的に放射される光束の僅か９％までのみが、 ビュースクリーンを対象とする投影レンズを通過するためであり、このことは、 周知のプロジェクタ−の低幾何レンズ開口に起因する。対物投影レンズの入射ひ とみの面積を増加させずに、原画像の面積を増加させることによって得られる投 影装置の発光効率の増加は、ビュースクリーン上の投影領域の中央部の輝度と縁 部のそれとの間で視覚上の差を増加させ、又、視覚上の幾何収差が出現するとい う理由から、効果的ではない。

原画像の面積を増加させずに、対物レンズの入射ひとみの面積を増加させること によって、投影装置の発光効率を増加させるということは不可能であり、あるい は、このことは、幾何収差を防ぐために対物レンズと原画像との間の距離を増加 させる必要を生むこととなり、次に対物レンズと原画像との間の距離の２乗に比 例して、有効な光束を減少させる結果につながるからである。更に、大きなサイ ズの入射ひとみを持つ対物投影レンズを製造することは、技術面からみて複雑な 工程である。テレビ投影装置において、投影画像の輝度は通常、強制電力と厳密 な温度様態で受像管を作動させることによって増加する。しかしながらこれは、 受像管の耐用年数を著しく短縮させ、Ｘ線放射を増加させ、受像管の解像力を減 少させる結果となる。

又、いわゆるシュミット装置と呼ばれる鏡レンズテレビ投影装置が知られている ［ブイ・ニス・バベンコ、「テレビ装置の光学Ｊ　１９８２年、ラジオ・イ・ス ブヤズ、モスクワ、ページ２３４〜２３７　（Ｖ、Ｓ、Ｂａｂｅｎｋｏ、　”０ ｐｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎａｐｐａｒａｔｕｓｅｓ”、　１９８ ２．　Ｒａｄｉｏ　ｉ　５ｖｙａｚ、　！！ｏｓｃｏｗ　ｐ、２３４−２３７） 　］　。これらの装置■ 受像管、凹球面鏡及び補正レンズから構成され、それらは全て共通の光学軸を有 する。補正レンズと共に凹球面鏡は、対物鏡レンズを形成する。球面鏡は、受像 管のスクリーンに面する凹表面を備えて載置され、補正レンズは受像管に陰に配 置されている。受像管のスクリーンからの拡散光束は、鏡に反射して、ビュース クリーン上に補正レンズによって焦点を合わせられる。

その様な鏡レンズテレビ投影装置は、対物レンズを備えた前記の投影装置より高 い、３０％までの光学透過率を有する。これは、対物鏡レンズが大きな画角と高 い解像力とを持つからである。

球面鏡の直径は、受像管によって放射される光束のより複雑な使用に基づいて選 択される。実際には、球面鏡の直径は、受像管スクリーンの直径の３倍から４倍 である様に選択される。鏡の曲面の半径と補正レンズの直径は、最大相対開口と 許容口径食を得るための条件を基にして選択される。そこで、鏡の曲面の半径は 、鏡の直径の０．８から１．０である様に選択され、一方、補正レンズは鏡の直 径の０．６５から０．７５である様に選択される。これらの比は、小さな受像管 スクリーンサイズに対して鏡と補正レンズが大きいことを示している。小さなス クリーンサイズを有する受像管を使用することは、平均的な又は大きいビュース クリーンに対して投影装置の発光効率を制限する。言い替えれば、中型サイズ及 び大型サイズのスクリーン上で、投影画像の高輝度、高コントラスト及び高色彩 度を得ることは、小さな受像管スクリーンでは不可能である。しかし、受像管ス クリーンサイズを大きくすることは、球面鏡及び補正レンズの直径を実質的に大 きくする事となり、即ち、投影装置のサイズを大きくすることであり、これは投 影装置の製造及び調整をより複雑にする。

又、投影装置として、光フアイバープレートと、原画像の平面と一致する光ガイ ドの入口表面と、対物レンズのビュー領域内に位置する光フアイバープレートの 光ガイドの出口表面を備えた対物レンズとから構成される周知のものがある（米 国特許第３，５０６．７８２号）。紫外線拡散光放射の受像管は、原画像の一次 変調器としてこの投影装置に使用されており、ダイクロイックフィルターがその スクリーン上に位置して、可視ビームを反射して紫外線を通過させる。前記光フ アイバープレートはダイクロイックフィルター上に載置され、ホトクロミック光 ガイドを有しており、その透過度は紫外線の輝度に応じて変化する。従って、ホ トクロミック光ガイドは物理的に活性な光学媒体であり、可視光がそれを通過し て原画像を形成するため、実質的には原画像の２次空間光変調器である。更に、 投影装置は、第１の鏡と補正レンズによって形成され、光源点からの可視光を光 フアイバープレートの光ガイドを通してダイクロイックフィルターに導くための 第１の光学装置と、ビュースクリーン上に投影される画像を拡大する目的の前記 補正レンズと第２の鏡と対物レンズによって形成され、ダイクロツクフィルター によって反射された画像を投影するための第２の光学装置とから構成される。

電子ビームによる画像管蛍光スクリーンの走査の間、蛍光体は、ダイクロイック フィルターを通過してホトクロミック光ガイドへ入る紫外線光によって発光し、 その透過度は、紫外線光の輝度が増加するに従って減少する。そこで、可視光の 光源点から、第１の鏡と補正レンズによって、光ガイドの光学軸に沿って方向付 けられた光線は、ダイクロイックフィルターに衝突して、それがら反射し、前記 補正レンズと第２の鏡を通って、光ガイドの光学軸に沿って、対物レンズの入射 ひとみの中に進む。紫外線光の輝度を変化させることによって、受像管スクリー ン上の原画の１次画像の要素ずつ、光ガイドの透過度が変化し、その結果として 原画の２次画像が光ガイドの出口面の空間内の可視光線によって要素ずつ形成さ れ−その２次画像がビュースクリーンに対物レンズによって投影される。

この投影装置の長所は、投影画像のより高いコントラストと高い光学伝送係数で ある。これは、原画の投影画像が方向付けられた光源によって形成されるためで ある。

しかしながら、光フアイバープレートの光ガイドが作られるホトクロミック材料 は、ハーフトーン階調の狭い直線領域を持つ画像の形成を確実にし、これが原画 像と比較した時に投影画像のハーフトーン及び色の歪みの原因となる。更に、そ れらの物理化学的特性に起因して、ホトクロミック材料は限られた周期性を持っ ており、そのことが、情報の動表示の場合には投影装置の作動耐用年数を短くす る。情報の動表示のスピードと質が変調光のパワー（この場合、紫外線光のパワ ー）に依存することは、投影装置のディスプレースクリーン上の原画画像フレー ムの変更の頻度を制限する。

ホトクロミック材料から作られた光ガイドの使用は、その様な投影装置の使用範 囲を制限する。その理由は、ホトクロミック光ガイドは紫外線光の効果によって それらの透過度を変えるのみであって、言い替えれば、その様な投影装置は、紫 外線光を放射する原画像を投影することが可能であるということである。

可視光外部点光源を備える第１の光学装置の存在と、ホトクロイック光ガイドと ダイクロツクフィルターの使用は、投影装置の構造をより複雑にする。

更に、可視光の外部光源の使用は、投影装置によって消費される電力の増加の原 因となる。

発頭の目的上概要 本発明の目的は、光フアイバープレートの光ガイドの構造的実体が、投影装置の 長い作動期間に渡って、投影カラー及びモノクローム原画像の高品質を確保し、 構造の簡素化と消費側の節減を図った投影装置を作成することである。

この問題は、光フアイバープレート（１）と、対物レンズ（８）とから成り、光 フアイバープレート（１）のその光ガイド（３）の入口面（２）は原画像の平面 （ａ−ａ）に一致し、光フアイバープレート（１）の光ガイド（３）の出口面（ ９）はその視野の中に配置される構成から成る投影装置において解決され、本発 明に従えば、光学系が、光線を光ビームに集結させ、その光ビームを対物レンズ の入射ひとみに方向付けるために、光ビームの伝搬経路の光フアイバープレート の光ガイドの各々に形成される。

光線を光ビームに集結し対物レンズの入射ひとみにその光ビームを方向付けるた めに、光フアイバープレートの光ガイドの各々に形成される光学系は、光線に対 して物理的に受動光学媒体であり、一定の光伝達、屈折、反射要素を有する光学 要素を使用して１次原画像の光学幾何伝達を確実にするのみである。このことは 、次に、原画における画像フレームの変更頻度及び周期性に関わらず、投影装置 の長い耐用期間の間、投影画像の広いハーフトーン階調領域、色彩度及び色純度 の保持を確実にする。原画によって放射された光束が対物レンズの入射ひとみに 集中することは、投影装置によって消費される勧を増加させること無く、ビュー スクリーン上の投影画像の輝度の増加を確実にする。光フアイバープレートの光 ガイド内に光学系を実現することは、構成の簡素化とサイズの縮小を確実にする 。更に、その様な投影装置は、光フアイバープレートの光ガイドによって通過す る光学スペクトルの全帯域に渡って、如何なる種類の原画像も投影することが可 能である。

光線を光ビームに集結させ、その光ビームを対物レンズの入射ひとみに方向付け るための光学系の構成を実現した実施例が可能である。光ガイドの光学軸が対物 レンズの光学軸に平行で、その入射ひとみを通過しない場合、光ガイドの光線経 路に順次配置されたフォコンと、正レンズと屈折プリズムによって光学系が構成 され、一方、フォコンと正レンズの共通光学軸が光ガイドの光学軸に一致するこ とも可能である。レンズの入射ひとみを通る最大光束伝達を確実にする、屈折プ リズムの構成と、対物レンズの入射ひとみに相対して分離した光ガイドへのその 方向付けは、周知の方法に従って周知の計算によって決定される。

光フアイバープレートの光ガイドの光学軸が、レンズの入射ひとみに方向付けら れている場合、光ガイドの光線経路にそってフォコンと正レンズを順次配置する ことによって光学系を形成し、その光学軸が光ガイドの光学軸に一致して、対物 レンズの入射ひとみに方向付けられることも可能である。その場合、光線の偏向 は、対物レンズの入射ひとみに関して光ガイドを方向付けることによって確実に される。

図工上１■Ｐ１逸吸 本発明の利点は、それを実現した後述の具体例と添付の図面から、よりたやすく 理解されるであろう。

図１は、本発明に係るテレ（投影装置内に作成された投影装置の概略図を示す。

図２は、図１の外部要素（Ａ）を示す。

図３は、本発明に係るテレビ投影装置内に作成された投影装置の第２の実施例の 概略図を示す。

図４は、図３の外部要素（Ｂ）を示す。

好週望塞施例例説明 本発明に従って作成され、テレビ受像管のスクリーンからの原画像を投影するた めに供される、テレビ装置の第１の実施例を考察する。この投影装置は、光フア イバープレート（１）（図１）と、原画像の（ａ−ａ）平面に一致する光ガイド （３）の入口面（２）とから構成される。言い替えれば、光ガイドの入口面（２ ）を備えた光フアイバープレート（１）は、テレビ受像管（５）のスクリーン（ ４）上に位置している。受像管（５）のスクリーン（４）は、光ガイド（３）の 入口面（２）に塗布され、アルミニウムで作られた光反射フィルム（７）によっ て覆われた蛍光層（６）によって形成されている。更に投影装置は、対物レンズ （８）（図１）と、そのビュー領域内に位置する光ガイド（３）の出口面（９） から構成されている。光ガイド（３）の光学軸（０，−０＋）は、対物レンズ（ ８）の光学軸（０１−０□）に平行である。光学系（１０）　（７２）は、図中 矢印によって条件的に指定された光線の伝搬経路の中の光フアイバープレート（ １）の光ガイド（３）の各々に形成され、光線を光ビームとして集結させ、更に 光ビームを対物レンズ（８）の入射ひとみ（１１）　（図１）に方向付ける。光 学系（１０）は、光ガイドの構成経路にそって順次配置されたフォコン（ｆｏｃ ｏｎ）　（１２）　（図２）と、三日月形正レンズ（１３）と、屈折プリズム（ １４）とから構成される。そこで、フォコン（１２）の光学軸（Ｏｓ−Ｏｓ、０ ４−　Ｏａ）と三日月形正レンズ（１３）とは、光ガイド（３）の光学軸（０１ −ＯＸ）と一致している。光ガイド（３）の各々は殻（１５）内に作られ、その 内側表面は光反射層（１６）、この場合はアルミニウムの層で覆われている。

ここに記載の投影装置は次の方法で作動する。受像官（５）のスクリーンを電子 線で走査する間、拡散光によって蛍光面（６）の要素毎の照明が行われる。拡散 された光は、フォコン（１２）、三日月形正レンズ（１３）、屈折プリズム（１ ４）を通過する。

フォコン（１２）はその出口面に拡散された光を集中させる。三日月形正レンズ （１３）は、フォコン（１２）からの放散する広い光ビームを狭い光ビームへと 変形させる。

光線の光ビームへの集中はこの方法で確実にされる。その後、屈折プリズム（１ ４）は、対物レンズ（８）の入射ひとみに光ビームを屈折させる。

投影装置の他の実施例を次に考察する。この投影装置と第１の実施例に記載され た装置との間の違いは、光ガイド（３）の光学軸（０，−０１）（図３）が、対 物レンズ（８）の入射ひとみ（１１）に方向付けられていることである。このこ とは、光線を光ビームに集結させ、光ビームを対物レンズ（８）の入射ひとみ（ １１）に方向付けるための光学系（１０）　（図４）の構成を簡単にするのに役 立つ。この光学装置（１０）は、光ガイド（３）内の光線の経路に順次沿って、 フォコン（１ｏ）と三日月形正レンズ（１８）を配置することによって形成され ており、その光学軸（Ｏｓ−Ｏｓ、０ｓ−０６）は光ガイド（３）の光学軸（Ｏ ｓ−Ｏｔ）に一致しており、又対物レンズ（８）の入射ひとみ（１１）に方向付 けられている。

この投影装置は、第１の実施例に記載された投影装置と類似の方法で作動する。

その違いは、フォコン（１７）によって集結された光ビームと正三日月形レンズ （１８）が、対物レンズ（８）の入射ひとみ（１１）に直接方向付けられている ことである。

崖栗利用 本発明に従った投影装置は、テレビ投影装置、投影型ディスプレー、投影型指示 器、及びエビジアスコープに最も効果的に使用される。これらの投影装置は、投 影画像の周縁及び中央領域において均一な輝度で、５０％を超える高発光効率を 確実にする。さらにこの様な投影装置は、高発光効率を持つ原画像のサイズを大 きくすることによって、対物レンズの一定のサイズの入射ひとみに対する投影画 像の輝度を増加させることが可能で、これは又、投影装置の解像力を増加させる ことを可能とする。

手続補正書（７え、 平成５年１２月１５日

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．光ファイバープレート（１）と、対物レンズ（８）とから成り、光ファイバ ープレート（１）の光ガイド（３）の入口面（２）は原画像の平面（ａ−ａ）に 一致し、光ファイバープレート（１）の光ガイド（３）の出口面（９）はその視 野の中に配置される構成の投影装置において、 光線を光ビームに集結させ、その光ビームを対物レンズ（８）の入射ひとみに方 向付けるための光学系（１０）が、光線の伝搬経路に沿って、光ファイバープレ ート（１）の光ガイド（３）の各々に形成されることを特徴とする前記投影装置 。
2. ２．光学系（１０）が、光線の経路に沿って、光ガイド（３）内に順次配置され たフォコン（１２）と、正レンズ（１３）と、屈折プリズム（１４）とによって 形成され、フォコン（１２）の光学軸（Ｏ３−Ｏ３）と正レンズの光学軸（Ｏ４ −０４）とが光ガイド（３）の光学軸（Ｏ１−Ｏ１）に一致する請求項１記載の 投影装置。
3. ３．光学系（１０）が、光線の経路に沿って、光ガイド（３）内に順次配置され たフォコン（１７）と正レンズ（１８）とによって形成され、フォコン（１７） の光学軸（Ｏ５−Ｏ５）と正レンズ（１８）の光学軸（Ｏ６−Ｏ６）とが光ガイ ド（３）の光学軸（Ｏ１−Ｏ１）に一致し、対物レンズ（８）の入射ひとみ（１ １）に方向付けられている請求項１記載の投影装置。