JPH0658472B2

JPH0658472B2 - 画像投影装置

Info

Publication number: JPH0658472B2
Application number: JP57234975A
Authority: JP
Inventors: ラルフ・ジエイ・ギヤグノン; ロバ−ト・テイ−・カ−ソン
Original assignee: ヒューズ―ジェイブイシー・テクノロジー・コーポレーション
Priority date: 1981-12-28
Filing date: 1982-12-28
Publication date: 1994-08-03
Anticipated expiration: 2009-08-03
Also published as: EP0083090B1; CA1218546A; NO164064C; EP0083090A2; EP0083090A3; NO824374L; DE3277280D1; JPS58150937A; NO164064B

Description

【発明の詳細な説明】本発明は画像投影装置に関し、特に油結合二色性を有す
る３色液晶ライトバルブプロジェクタに関する。

液晶ライトバルブの開発は、高品質大型スクリーンプロ
ジェクタ技術の分野でかなり進んでいる。反射モードの
液晶ライトバルブは、多数の層から形成される薄膜構造
であって、液晶層と、誘電体ミラーと、光遮蔽層と、２
つの透明電極の間に挟持された感光層とから構成され
る。偏光投影光線は液晶層を通過し、誘電体ミラーに導
かれる。陰極線管により形成される輝度の低い画像は感
光層に照射される。それにより、電極間に存在する電界
は感光層から液晶層へ切換えられて、液晶を動作させ
る。液晶層を通過し、誘電体ミラーから反射された直線
偏光投影光線は、感光層に入射する画像情報に従って、
その偏光状態が変調される。従って、複雑な分布を示す
光、たとえば高解像度の入力画像が感光層の表面に入射
すると、装置はこの画像を、拡大投影して観察スクリー
ン上に高輝度の画像を形成するような複製画像に変換す
る。デー・デー・ボスウェル（Ｄ．Ｄ．Ｂｏｓｗｅｌ）
他の米国特許第４，０１９，８０７号（１９７７年４月
２６日発行）には、このような高性能反射モード液晶ラ
イトバルブが記載されている。

この種の液晶ライトバルブを使用するグラフィックディ
スプレイプロジェクタは、１９７９年５月に行なわれた
ソサエティ・フォア・インフォメーション・ディスプレ
イ（ＳＩＤ）の国際シンポジウムの技術論文要録の２２
〜２３ページに掲載された論文「アプリケーション・オ
ブ・ザ・リキッド・クリスタル・ライト・バルブ・トウ
・ア・ラージ・スクリーン・グラフィックス・ディスプ
レイ」（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＬｉ
ｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＬｉｇｈｔＶａｌｖｅ
ｔｏａＬａｒｇｅＳｃｒｅｅｎＧｒａｐｈｉｃ
ｓＤｉｓｐｌａｙ）に記載されている。本発明の装置
はこのディスプレイシステムに類似しているが、全く同
じものではない。このディスプレイシステムは、黄色と
白色の文字を有する拡大画像を暗い青色の背景の上に投
影する。ディスプレイシステムは、入力画像を提供する
陰極線管（ＣＲＴ）と、輝度の高い平行出力光線を提供
し、必要な偏光を行なう投影光学装置と、入力機能と出
力機能とを併せもつ液晶ライトバルブとを含むものであ
る。

このシステムは、偏光光学装置のコリメーションを介し
て液晶ライトバルブを照明するために、強力な光源、た
とえばキセノンアークランプを使用する。キセノンアー
クランプからの光線は主偏光プリズムに導かれ、そこで
Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とに分離される。Ｐ偏光成分は
主偏光プリズムを通過し、Ｓ偏光成分はプリズムで反射
されてライトバルブに入射する。陰極線管により表示さ
れる画像情報は、光ファイバにより液晶ライトバルブの
一方の側に伝送され、液晶ライトバルブにより偏光状態
はＳからＰに変化させられる。その後、光は主偏光プリ
ズムを介して投影レンズによりスクリーン上に投影さ
れ、画像を形成する。この場合、主偏光プリズムは検光
子として機能し、偏光の変調を輝度すなわち光の強度の
変調に変換する。

投影される画像の画質は、一般に輝度、解像度及びコン
トラストによって決まる。画質は、主偏光プリズムの前
方の光路に前置偏光プラズムを配設することにより改善
することができる。前置偏光プリズムは、主偏光プリズ
ムの欠陥をある程度補償する働きをする。すなわち、主
偏光プリズムは１つの偏光成分を透過し、別の偏光成分
を反射するという点において１００％有効であるとはい
えないため、望ましくない偏光成分が液晶ライトバルブ
に達し、そこで変調されて、主偏光プリズムを介して投
影レンズで反射されることも考えられる。その結果、色
のひずみ及び／又はコントラスト及び解像度の低下が生
じることも多い。

コストの関係から、前置偏光プリズムは主偏光プリズム
と同じ構成であるので、反射率及び透過率の特性も同じ
になるのが普通である。しかしながら２つのプリズムを
組合わせて使用する場合、投影される画像の画質が著し
く改善されるという付加的な硬化が得られる。前置偏光
プリズムは、主偏光プリズムに入射れさる光線から、１
つの偏光成分をほとんど取除く。主偏光プリズムはその
結果として得られる光線に作用して、望ましくない偏光
状態を有する残留光成分をほとんど取除く。

しかしながら、場合によっては、画像情報の表示能力を
高め、広い用途に使用できる表示を得るために、第２の
液晶ライトバルブを使用することが望ましい。このよう
な場合、第２の液晶ライトバルブは通常は前置偏光プリ
ズムにより取除かれてしまう偏光成分を必要とするの
で、前置偏光プリズムを使用することに問題が生じる。
このため、２つ以上の液晶ライトバルブを使用するとき
には、必然的に投影画像の画質が悪くなる。

ホング（Ｈｏｎｇ）他の米国特許第４，１９１，４５６
号（１９８０年３月４日発行）及びジャコブスン（Ｊａ
ｃｏｂｓｏｎ）他の米国特許第４，１２７，３２２号
（１９７８年１１月２８日発行）は、空気結合及び複数
個の液晶ライトバルブを利用するオストワルト純色型の
画像投影装置の例である。

本発明は、比較的簡単な構成を有する低コストの油結合
光学装置を具備する高コントラストのオストワルト純色
型の画像投影装置を提供することを目的とする。

本発明の実施例は、第１の色選択偏光ビームスプリッタ
と、第２の色選択偏光ビームスプリッタと、第１のダイ
クロイックセパレータと、第２のダイクロイックセパレ
ータとを内蔵する一体構造を示している。第１の色選択
偏光ビームスプリッタは前置偏光器であって、光源から
の光を第１の光線と第２の光線とに分割する働きをす
る。第１の光線は主に緑色のＳ偏光成分であり、第２の
光線は赤色及び青色のＳ偏光成分と、赤色、青色及び緑
色のＰ偏光成分とから構成される。

第２の色選択偏光ビームスプリッタは主プリズムであっ
て、第２の光線の光路に一致するように配設され、前記
偏光器からの赤色、緑色及び青色のＰ偏光成分をＳ偏光
成分として反射すると共に、前置偏光器からの赤色及び
青色のＳ偏光成分をＰ偏光成分として透過する。反射さ
れたＳ偏光光線及び透過されたＰ偏光光線は、夫々、第
３の光線及び第４の光線となる。

第１のダイクロイックセパレータは第３の光線の光路に
一致するように配設され、赤色及び青色のＳ偏光成分か
らの緑色のＳ偏光成分を分離して、第１のライトバルブ
へ導く。

第２のダイクロイックセパレータは第４の光線の光路に
一致するように配設され、Ｐ偏光光線の赤色成分と青色
成分とを分離して、第５の光線及び第６の光線を形成。
第５の光線は第２のライトバルブに導かれ、第６の光線
は第３のライトバルブに導かれる。

ライトバルブは、従来のように陰極線管からの書込み光
の入力に従って入射光の偏光状態を変調する。偏光状態
が変調された光はダイクロイックセパレータを介して主
プリズムである第２の色選択偏光ビームスプリッタへ戻
される。そこで、第３の光線と第４の光線は再び組合わ
され、従来の投影光学装置へ導かれる。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

第１図に示すように、本発明の好ましい実施例は一体構
造のガラス容器１０から構成され、ガラス容器内には光
学的機能を有する油が封入される。油を使用せずに容器
全体を中実のガラスで形成したり、他の適切な透明材料
を使用してもよい。

第１図に示される本発明の画像投影装置は、４つの立方
体１２，１４，１６及び１８を含む。下方の立方体１２
は、入力アパーチュアとなる平坦な下方表面２０を含む
が、これは本発明において重要な特徴ではなく、下方表
面２０に紫外線フィルタ材料をコーティングしても良
い。

下方の立方体１２には、第１の色選択偏光ビームスプリ
ッタ２２がこの表面２０に対して４５°の角度を成すよ
うに取付けられている。第１のビームスプリッタ２２は
選択された色の光線の前置偏光手段を提供し、ガラス又
は他の適切な透明材料から形成される。第１のビームス
プリッタ２２は、緑色光のみを偏光し、そのＳ成分を反
射し、Ｐ成分を透過すると共に、赤色光及び青色光のＳ
成分及びＰ成分を透過する働きをする光学薄膜コーティ
ングを有する。このコーティングは１５組の層を含み、
各組の第１の層の厚さは０．７３１四分の一波長、屈折
率は１．６である。第２の層の厚さは１．３１３四分の
一波長、屈折率は１．８であり、第３の層の厚さは０．
７３１四分の一波長、屈折率は１．６である。これら３
つの層は、０°の入射角に対して５５０ナノメートルに
等しい光学的厚さλとなるように構成される。このよう
な薄膜コーティングを有することにより、第１の偏光ビ
ームスプリッタ２２は緑色の光を偏光する。好ましい実
施例においては、緑色の光を偏光する働きをコーティン
グは、１．６５の屈折率を有する油の中にあるとき、最
高の性能を示す。

第２の色選択偏光ビームスプリッタ２４は第２の立方体
１４の中に取付けられる。この偏光ビームスプリッタ２
４は主プリズムとして作用し、第１の偏光ビームスプリ
ッタ２２の場合と同様に、入射光に対して４５°の角度
を成すように取付けられる。ただし、第２の偏光ビーム
スプリッタ２４の横軸は第１の偏光ビームスプリッタ２
２の横軸に垂直である。従って、第１の偏光ビームスプ
リッタ２２に関してＳ偏光された成分は、第２の偏光ス
プリッタ２４についてはＰ偏光される。同様に、第１の
偏光ビームスプリッタ２２に関してＰ偏光された光線
は、第２の偏光ビームスプリッタ２４に関してはＳ偏光
される。

第２の偏光ビームスプリッタ２４は、Ｓ偏光された成分
を反射し、Ｐ偏光された成分を透過するように構成され
る。第２の偏光ビームスプリッタ２４には、１．６５の
屈折率を有する油の中で性能を発揮するような光学薄膜
がその表面に形成されている。この薄膜は、厚さが１．
５５７四分の一波長で、屈折率が２．０５である第１の
層を含む。この第１の層の上に５組の層が順次形成され
る。各組は、厚さが０．９９４四分の一波長で、屈折率
が１．３５である第１の層と、厚さが１．１５７四分の
一波長で、屈折率が２．３２である第２の層と、厚さが
０．９９４四分の一波長で、屈折率が１．３５である第
３の層とを含む。５組の層の上には、さらに最後の層と
して、厚さが１．５５７四分の一波長で、屈折率が２．
０５である層が形成される。この構成は、０°の入射角
に対する光学的厚さλが５００ナノメートルである。一
般的には、特定の用途に適する厚さのガラス又は他の適
切な透明材料の上に前述のような薄膜をコーティングす
る。好ましい実施例においては、ガラスの厚さは1/8イ
ンチから1/4インチである。

第３の立方体１６は、緑色光を反射し、赤色光及び青色
光を透過する第１のダイクロイックセパレータ又はダイ
クロイックフィルタ２８を含む。第１のダイクロイック
セパレータ２８は、第２の偏光ビームスプリッタ２４か
ら４５°の入射角で光が入射するように取付けられる。
このダイクロイックセパレータは、１．６５の屈折率を
有する油の中で性能を発揮するように設計される。第１
のダイクロイックセパレータ２８は、厚さが０．７３１
四分の一波長で、屈折率が１．６である第１の層と、厚
さが１．１５７四分の一波長で、屈折率が２．３２であ
る第２の層と、厚さが０．７３１四分の一波長で、屈折
率が１．６である第３の層とから成る層を１５組重ねた
薄膜多層構造を有する。この１５組の層の上に、さらに
１５組の別の層がコーティングされており、この別の層
の各組は、夫々、厚さが０．７６０四分の一波長で、屈
折率が１．６である第１の層と、厚さが１．２０３四分
の一波長で、屈折率が２．３２である第２の層と、厚さ
が０．７６０四分の一波長で、屈折率が１．６である第
３の層とから形成される。この構成は、０°の入射角に
対する光学的厚さλが５３５ナノメートルである。

第３の立方体１６、ほぼ透明のアパーチュア３０をさら
に含む。アパーチュア３０はライトバルブの射出窓であ
る。第４の立方体１８は、赤色光を反射して、Ｐ偏光状
態の青色光を透過する働きをする第２のダイクロイック
セパレータ３２を含む。この第２のダイクロイックセパ
レータ３２は、第２の偏光ビームスプリッタ２４により
透過される第４の光線の光路と一致するように配設され
ると共に、入射光線に対して４５°の角度を成すように
取付けられる。第２のダイクロイックセパレータは、屈
折率が１．６２の油の中において性能を発揮するような
光学薄膜コーティングを有する。このコーティングは１
５組の層を含み、各組は、厚さが０．７１７四分の一波
長で、屈折率が１．６である第１の層と、厚さが１．１
５四分の一の波長で、屈折率が２．３２である第２の層
と、厚さが０．７１７四分の一波長で、屈折率が１．６
である第３の層とを有する。これらの１５組の層の上
に、さらに１５組の別の層がコーティングされており、
この別の層の各組は、夫々、厚さが０．７４６四分の一
波長で、屈折率が１．６である第１の層と、厚さが１．
１９６四分の一波長で、屈折率が２．３２である第２の
層と、厚さが０．７４６四分の一波長で、屈折率が１．
６である第３の層とから形成される。この構成は０°の
入射角に対する光学的厚さがλが６２５ナノメートルで
ある。これらのコーティングにより、赤色光は、第４の
立方体１８の背面にある第２のライトバルブの出射窓で
あるアパーチュア３４に向かって反射される。青色光
は、第４の立方体１８の上面にある第３のライトバルブ
の出射窓であるアパーチュア３６に向かう。前述のコー
ティングの多くのものは、ジェネシー・カンパニー（米
国ニューヨーク州、ロチェスター）がサービスとして提
供している「シン・フィルム・コンピュータ・プログラ
ム」（ＴｈｉｎＦｉｌｍＣｏｍｐｕｔｅｒＰｒ
ｏｇｒａｍ）により性能評価されており、それに従って
形成された。

この画像投影装置の動作について説明する。高出力光源
３８及びコリメータレンズ４０は、コリメートされた偏
光されない白色光線１０２により入力アパーチュア２０
の表面を照明する。光は入力アパーチュア２０を通過し
て、第１の色選択偏光ビームスプリッタ２２に４５°の
角度に入射する。第１の偏光ビームスプリッタ２２は、
緑色のＳ偏光された光線１０４を光学ダンプ（図示せ
ず）に向けることにより、この光線を装置から取除く。
第１の偏光ビームスプリッタ２２は、第１の緑色のＳ偏
光された光線１０４を装置外へ反射する一方、赤色及び
青色のＳ偏光成分と、赤色、青色及び緑色のＰ偏光成分
とを含む第２の光線１０６を透過して、第２の偏光ビー
ムスプリッタ２４まで導く。第２の偏光ビームスプリッ
タは主ビームスプリッタとして使用され、入射したＰ偏
光成分をＳ偏光成分としてほとんど反射すると共に、入
射したＳ偏光成分をＰ偏光成分として透過する。その結
果、第２の光線の入射Ｐ偏光成分の赤色、緑色及び青色
の成分は、第３の光線１０８として第１の（緑色）ダイ
クロイックセパレータ２８に向かって反射される。第１
のダイクロイックセパレータ２８は緑色フィルタとして
作用し、第１の偏光ビームスプリッタ２２に関して説明
したのと全く同様に赤色及び青色の成分１０９をほとん
ど透過して、装置外へ出す一方、緑色のＳ偏光された光
線１１０を反射し、この光線１１０は第２のアパーチュ
ア３０を介して第１の液晶ライトバルブ４４に達する。
液晶ライトバルブ４４は、従来と同様の方法により、陰
極線管４６から発する書込み光線の有無に従って緑色の
Ｓ偏光成分の偏光状態を変化させる。

前述のように、第２の偏光ビームスプリッタ２４は、本
質的に赤色及び青色のＰ偏光光成分から成る第４の光線
１１２を透過して、第２のダイクロイックセパレータ３
２へ導く。第２の（赤／青）ダイクロイックセパレータ
３２は、第４の光線のうち赤色の光線を第５の光線１１
４として反射し、第５の光線はアパーチュア３４を介し
て第２の液晶ライトバルブ４８に達する。青色光は第６
の光線１１６として透過され、アパーチュア３６を介し
て第３の液晶ライトバルブ５０に達する。第２及び第３
の液晶ライトバルブ４８及び５０は、夫々、陰極線管５
２及び５４により吸収れさる書込み光線に従って入射光
の偏光状態を変化させる。このように偏光状態を変調さ
れた光は、各々の液晶ライトバルブ４８及び５０により
第２のダイクロイックセパレータ３２に戻される。第２
のダイクロイックセパレータ３２、各々の液晶ライトバ
ルブからの偏光状態を変調された光を組合わせて単一の
光線とし、この光線は第２の偏光ビームスプリッタ２４
に導かれる。第２の偏光ビームスプリッタ２４は液晶ラ
イトバルブの出力を再び組合わせて単一の光線１１８と
し、この光線１１８は出力アパーチュア２６を介して従
来のようにテレセントリック投影レンズ５６に達する。
テレセントリック投影レンズは、カラーの画像を適切な
表面（図示せず）に投影する。

以上、本発明を特定の用途に利用される特定の実施例に
関して説明したが、本発明の趣旨を逸脱することなく他
の構成の容器を使用することもできる。上述の構成要素
の多くは、ジェネシー・カンパニー（米国、ニューヨー
ク州、ロチェスター）がサービスとして提供しているシ
ン・フィルム・コンピュータ・プログラムに従って設計
し、性能評価したものである。また、赤色光フィルタ及
び緑色光フィルタにより夫々フィルタ処理される偏光成
分に関してもある程度の変更が可能である。さらに、本
発明の趣旨を逸脱しなければ他のダイクロイックフィル
タを使用しても良い。前述のように、前置偏光器として
作用するビームスプリッタは一体構造のビームスプリッ
タである必要はなく、２つのビームスプリッタを組合わ
せたものであっても良い。前述の実施例においては、特
定の屈折率を有する光学的機能をもつ油の中に構成要素
が配置されていたが、装置の構成に応じて、本発明の趣
旨を逸脱しない範囲内で他の屈折率を有する油を使用し
てもさしつかえない。さらに、油の代わりに中実のガラ
ス又は石英ガラス板を使用しても良い。また先の説明の
中で特定のコーティングを施すものとされている表面
は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で必要な特性を提供
する任意の数の材料でコーティングを施すこともでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の好ましい実施例の略斜視図である。１０……容器；２４……第１の色選択偏光ビームスプリ
ッタ；２４……第２の色選択偏光ビームスプリッタ；２
８……第１のダイクロイックセパレータ；３２……第２
のダイクロイックセパレータ；４４……第１の液晶ライ
トバルブ；４８……第２の液晶ライトバルブ；５０……
第３の液晶ライトバルブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ロバ−ト・テイ−・カ−ソンアメリカ合衆国カリフオルニア州フラ−トン・エヌ・ユツカ・アベニユ−2001 (56)参考文献米国特許4191456（ＵＳ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光を、主として第１の色の第１
の偏光成分からなる第１のビームと、第２、第３の色の
第１の偏光成分と第１、第２、第３の色の第２の偏光成
分とからなる第２のビームとに分割する第１の色選択偏
光ビームスプリッタと、前記第２のビームを、主として
第１の偏光成分からなる第３のビームと、主として第
２、第３の色の第２の偏光成分からなる第４のビームと
に分割する第２の色選択偏光ビームスプリッタと、前記
第３のビームから第１の色成分を分離してそれを第１の
ライトバルブへ導くための第１のダイクロイックセパレ
ータと、前記第４のビームから第２の色成分を分離して
第２のライトバルブへ導くとともに、第３の色成分を分
離して第３のライトバルブへ導くための第２のダイクロ
イックセパレータとを内蔵する一体構造の画像投影装
置。
【請求項２】前記第１、第２の色選択偏光ビームスプリ
ッタは互いに９０°で交差する横軸を有するように配置
されてなる、特許請求の範囲第１項による画像投影装
置。
【請求項３】前記各色選択偏光ビームスプリッタとダイ
クロイックセパレータとは互いに油によって結合されて
なる、特許請求の範囲第２項による画像投影装置。
【請求項４】光源と、３個のライトバルブと３個の陰極
線管と、投影レンズとを内蔵する一体構造の各色画像投
影装置であって、前記光源からの光を、主として第１の
色の第１の偏光成分からなる第１のビームと第２、第３
の色の第１の偏光成分と第１、第２、第３の色の第２の
偏光成分とからなる第２のビームとに分割する第１の色
選択偏光ビームスプリッタと、前記第２のビームを、主
として第１の偏光成分からなる第３のビームと、主とし
て第２、第３の色の第２の偏光成分からなる第４のビー
ムとに分割する第２の色選択偏光ビームスプリッタと、
前記第３のビームから第１の色成分を分離してこれを第
１のライトバルブへ導くための第１のダイクロイックセ
パレータと、前記第４のビームから第２の色成分を分離
して第２のライトバルブへ導くとともに、第３の色成分
を分離して第３のライトバルブへ導くための第２のダイ
クロイックセパレータと、を内蔵し、第１、第２、第３
の実質的に単色の偏光変調ビームが、前記各ライトバル
ブと第１、第２のダイクロイックセパレータから夫々第
２の色選択偏光ビームスプリッタへ戻されて、第５のビ
ームとして再合成され、前記投影レンズへ導かれるよう
に構成された、一体構造の画像投影装置。
【請求項５】前記第１、第２の色選択偏光ビームスプリ
ッタは互いに９０°で交差する横軸を有するように配置
されてなる、特許請求の範囲第４項による画像投影装
置。
【請求項６】前記各色選択偏光ビームスプリッタとダイ
クロイックセパレータとは互いに油によって結合されて
なる、特許請求の範囲第５項による画像投影装置。