JPH07508865A - カラー表示装置 - 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】 カラー表示装置 本発明はカラー表示装置に関する。

カラー・テレビジョンやカラー・プロジエクシツン装置などのカラー表示装置は 周知である。カラー・テレビジョンの１変形は蛍光ピクセル拳スクリーンが収め られた真空管を含んでいる。スクリーンは各ビクセルにおけるそれぞれの原色の ３つの蛍光ドツトを有している。各々がそれぞれの原色ドツトに対応している３ 本の電子銃を用いる。この構成は複雑で、かさばり、高価なものである。カラー ・プロジエクシコン装置は通常、白色光源によって照射されたスクリーンに投影 されるカラー・スライドを用いている。このようなスライドが適しているのが静 止画像だけであるため、このことはテレビジジン信号に役立つものではない。

テレビシコン画像を形成するための液晶表示装置は周知であるが、必要とされる 品質の十分な大きさの表示装置を製造するのは困難である。大面積の画像を得る ためには、各々がそれぞれの原色で照射される３枚の液晶表示装置を用いること が知られている。各表示装置からの光はスクリーンに投影され、スクリーンにお いて、原色が重ね合わされ、カラー画像を生じる。

これは相互に正確に整合した３つの光学部分を必要とするので、光学的に複雑な ものである。

液晶光バルブや空間光変調器を組み込んだカラー表示システムも周知である。国 際特許第ＷＯ８ｇ１０６３９１号として公告された国際特許願事ＰＣＴ／υ５１ １ｇ１００１４２号はこのようなシステムの１つに関するものである。これは白 色光源と、個別の赤、緑および青のビームを規定するグイクロイック−ミラーの アレイを含んでいる。ビームは光学スイッチと呼ばれるそれぞれの偏光子を通過 する。該偏光子は電気信号入力にしたがって偏光回転を行ったり、行わなかった りして、「オフ」または「オン」状態をもたらすようになされている。ビームは その後再度組み合わされて、単一のビームを形成し、偏光解析器を通過する。解 析器は光を回転偏光によって光バルブへ反射し、偏光が変化していない光を透過 する。赤、緑および青のビームは順次偏光回転させられ、任意の時点で、光バル ブが３色のうちの１色の光を受光するようにする。陰極線管は光バルブを照射し て、その内部に画像を形成し、該画像は赤、緑および青の入射光を投影スクリー ンなどに反射する。このシステムは複雑であって、望ましくない。

これは５つの偏光選択装置と３枚のカラー選択（ダイクロイック）ミラーを必要 とする。

本発明の目的は表示装置の代替形を提供することである。

本発明は、 （ａ）光学読取り用情報のフレームの連続したセットであって、各々が波長間隔 の共通セットに対応しており、カラー画像を形成するように組み合わせることの できるセットをもたらすようになされている表示要素と、 （ｂ）前記波長間隔の光によって表示要素を照射して、光学読取りをもたらすよ うになされており、波長間隔を空間的に分散する光発生手段と、 （ｃ）空間的に分散した光を受光し、フレームを同時に表示するのに適切な波長 間隔の時間依存選択をもたらすようになされた空間光変調手段と を備えていることを特徴とするカラー表示装置を提供する。

本発明はすべての波長間隔ないし原色に対して１つの表示要素だけを必要とする 単純な構成のカラー表示装置であるという利点を備えている。空間光変調手段が 空間的に分散した光を受光するのであるから、従来の技術のような偏光装置ない しダイクロイック・ミラーを必要とせずに必要な波長間隔を受け入れ、かつ他の 波長間隔を排除することができる。

変調手段を光発生手段に隣接して配置することができ、該変調手段はこの場合、 各波長間隔に対するそれぞれの光源を備えている。

他のかつ好ましい実施例において、変調手段は光発生手段に組み込まれた１又は 複数の光源の実像が現れる位置に配置される。この実施例において、変調手段が 光源の熱の影響を受けることは少ない。

光発生手段は白色光源と、この光源からの光を分散するようになされ、かつ該光 源とその実像の間の光路に配置された分散手段とを組み込んでいることもできる 。

本発明は表示要素の像を受像手段に投影するようになされた映写レンズを含んで いることができ、また光発生手段は表示要素を照射し、少なくとも１つの光源か らの、全体的に映写レンズに向かっている収束光をもたらすようになされた集光 レンズ・システムを含んでいることができる。集光レンズ・システムは２枚の集 光レンズを備えていてもよい。光源は白色光源でよく、光発生手段は光源からの 光を分散して、前記波長間隔をもたらすようになされた分散手段を含んでいても よく、変調手段を光源の実像がそれぞれの波長間隔において集光レンズ・システ ムによって作成される位置に配置することができる。

本発明をより完全に理解できるように、本発明の実施例を単なる例として、添付 図面を参照して以下で説明する。添付図面において、 第１図は、本発明のカラー表示装置の略平面図である。

第２図は、本発明のカラー表示装置の代替形の略平面図である。

第１図を参照すると、総括的に１０で示されている本発明のカラー表示装置が示 されている。装置１０は３つの光源１２Ｒ１１２Ｇおよび１２Ｂ（総括的に「光 源１２」と呼ぶ）を組み込んでおり、これらはそれぞれ赤、緑および青の光をも たらす。

緑色光源１２Ｇは集光レンズ１６と映写レンズ１８の光軸である軸１４上に配置 されている。赤色光源１２Ｒおよび青色光源１２Ｂは緑色光源１２Ｇから等距離 に、また対向する側面にあり、光源１２は軸１４に対して直角に延びている平面 内に配置されている。

装置１０は電気的に制御される液晶空間光変調器２０も組み込んでおり、該変調 器は２０Ｐおよび２０Ｑで示される２つの代替位置の一方に配置されている。こ れらの位置が２者択一のものであること、および装置１０の実親形態は２０Ｐま た２０Ｑのいずれかに１つの変調器２０を有するものであって、両方の位置では ないことを強調しておく。位置２０Ｐは光源１２のすぐ近くに隣接している。位 置２０Ｑはレンズ１６によって形成される光源１２の結像面である。この結像面 は映写レンズ１８の近傍にある（ただし、これとは連続していない）。

装ｆｉｉｏによって結像される透過要素２２は集光レンズ１６に隣接して配置さ れている。要素２２はテレビジ震ン・フォーマットの画像情報を担持している液 晶表示装置であり、該表示装置は入射ビームによる光学読取りに適したものであ る。

装置１１０の作動は次の通りである。この場合、変調器２０は光源１２に隣接し た位置２０Ｐにある。位置２０Ｑは占有されていない。テレビジョン信号は光源 ２４によって透過要素ないし表示袋ｇ１２２へ供給される。信号は連続した信号 フレーム・セットで構成されており、各セットは情報の３つの連続したフレーム を組み込んでいる。各フレーム・セットはカラー画像１つを作成するのに必要な 画像情報を含んでいる。セット内の情報の３つのフレームの各々はそれぞれの原 色、すなわち赤、緑または青に対応している。テレビジョン信号と同期して、駆 動信号はＴＶ信号源２４によって、位置２０＋’にある変調器２０へ供給される 。変調器２０は３つの部分（図示せず）を有しており、これらの部分の各々は駆 動信号によって制御されて光学的に不透明または透明となることができる。駆動 信号は変調部分の光学的状態を制御して、赤色光［１２Ｒ，緑色光源１２Ｇおよ び青色光源１２Ｉ３が光を表示装！Ｉ２２に一時に１つずつ、かつ順次供給する ようにする。すなわち、１つの変調部分が透明なとき、他の２つは不透明であり 、駆動信号は各部分を順次不透明から透明に切り替える。変調器２０はしたがっ て、高速で、位置を変更できるシャッタとして作用する。

赤色光、緑色光および青色光は鎖線２８Ｒ１実線２８Ｇおよび点線２８Ｂのそれ ぞれによって示されるように表示装置２２を通過する。集光レンズ１６は光源１ ２の実像を位置２０Ｑに形成する。映写レンズ１８は表示装（Ｉ２２の実像をス クリーン３０に形成する。表示装（１２２から出て、映写レンズ１８を通過する 光線は表示装置の像がスクリーン３０に形成されるのに寄与する。結果として、 表示装置２２が照射される方向は重要なものではなく、シたがって、光源１２が 大きすぎないことを条件として、光Ｒ１２の総合サイズでもない。同じ理由から 、集光レンズ１６から映写レンズ１８までの距離は特に正確である必要はない。

この精度は集光効率だけに影響を及ぼす。しかしながら、変調器２０が２０Ｑに 配置されている場合、レンズ１６によって作成された光源１２の結像面に配置さ れることが重要である。また、表示装置Ｉ２２、映写レンズ１８およびスクリー ン３０の相対位置が、下記の周知の等式を満たしていることも重要である。

Ｕ＝映写レンズ１８と表示装置２２の間の物体距離Ｖ−映写レンズ１８とスクリ ーン３０の間の像距離ｆ＝映写レンズの焦点距離 映写レンズ１８は位置を調節して、表示装置２２の焦点のあった像がスクリーン ３０に現れるようにすることができる。

ＴＶ信号源２４からの信号出力を同期させ、２０Ｐにある変調器２０が赤色光２ ８Ｒを透過するが、緑色光２８Ｇおよび青色光２８Ｂをブロックするのと同時に 、カラー画像の赤色光に対応する情報の各フレームが表示装置２２に到達するよ うにする。同様に、表示装置ｌ１２２が緑色光または青色光のそれぞれでの照射 のための情報の形態を担持しているときに、緑色光２８Ｇまたは青色光２８Ｂを 変調器２０によって透過させる（各場合に、他の２つの色をブロックして）。し たがって、ＴＶ信号は各セットが赤のフレーム、青のフレームおよび緑のフレー ムを順次含んでいるフレームのセットからなっている。

各フレームは各場合の該当する色の光で連続してスクリーン３０に表示される。

代替策として、装置１０が位置２０Ｐから除去され、位置２０Ｑに配置された空 間光変調器２０を備えていることもできる。相違点は、表示装置２２が３色すべ ての光を同時に受光するが、変調器２０が２０Ｑにある光源１２の３つの実カラ ー画像の２つからの光をブロックすることである。結果として、一時に３色のう ち１色だけがスクリーン３０に到達する。色の選択は、したがって、変調前では な（、変調後に行われるが、それ以外の作動は上述のものと同じである。

図２を参照すると、総括的に４０で示されている装置の形態の本発明の代替実施 例が示されている。装置４０は白色光源４２を組み込んでおり、該光源は第１集 光レンズ４４の焦点面に配置されている。レンズ４４からの光は高分散プリズム ４６を通って第２集光レンズ４８へ、そこから透過性液晶表示装置５０へ到達す る。表示装置１５０を透過した光は空間光変調器５２および映写レンズ５４を通 過する。変調器５２は第２集光レンズ４８の焦点面に配置されている。スクリー ン５６は映写５４からの光を受光する。スクリーンは式（１）にしたがってレン ズ５４および表示装置５０に関して配置されている。テレビジョン信号源（図示 せず）はフレーム信号の連続したセットを表示装置５０に供給し、また駆動信号 を変調器５２へ供給する。

装置４０の作動は次の通りである。５８などの収束光で示されている光源４２か らの白色光は第１集光レンズ４４によってほぼ平行にされる。光５８はプリズム ４６によって分散され、赤と青の光はそれぞれ実線および鎖線で示される。光源 ４２の分散カラー画像は第２集光レンズ４８の焦点面に作成され、赤と青の像は それぞれ実線および鎖線の交点５９および６０で示されている。これらの像は変 調器５２上で重ねられ、該変調器は赤色高、緑色高および青色光の像のそれぞれ をブロックまたは透過するように配置された部分（図示せず）を有している。

プリズム４６によってもたらされる分散は、光源４２の赤、緑および青の像が互 いに相当程度まで重なり合わないようにするのに十分なものである。

細長いフィラメントを有するフィラメント・ランプの形態の光源４２の場合、フ ィラメントの像の分散寸法はフィラメントの幅、すなわち横断寸法となる。その 結果、フィラメントの赤、緑および青の像は互いに横断方向に変位されたほぼ平 行な長手方向寸法を有する。これは２つの利点をもたらす。すなわち、他の場合 のものよりも小さい映写レンズ５４を使用することができ、かつカラー画像の重 なりを少なくすることである。

表示装置５０および変調器５２の光学的透過率は、図１に関して説明したように 、テレビジジン信号源（図示せず）によって制御される。その結果、変調器５２ が赤、緑および青の波長間隔を順次透過すると、連続した単一のカラー・フレー ムが画面上に現れ、表示袋［５０は連続した単一のカラー・フレームを担持する 。装置４０はしたがって、図１の装置１ｏと等価であり、２０Ｑに変調器を備え ており、離散したカラー光源１２が白色光源４２と分散要素４６に置き換えられ ている。

プリズム４６を、変調器５２の位置で適切な分散を生じさせるのに適当な順序で ブレーズされた屈折回折格子に置き換えることによって、装置４０を改変するこ ともできる。平坦なスクリーン５６を広角装置の湾曲スクリーンに置き換えるこ ともできる。

装置１０および４０が赤、緑および青の３色を用いる必要はない。適切なカラー 画像を作成するために可視スペクトル（４０Ｃ１−７００ｎｍ’）の妥当な範囲 をカバーする複数の波長間隔を用いる必要がある。どの間隔を選択した場合でも 、各テレビジョン・フレームはこれを照射する関連波長間隔に適切な画像の詳細 を担持してぃなけれ、ばならない。装置１ｏおよび４０は異なる波長間隔におけ るドウエル時間を可変とすることによって調節して、カラー制御を行うことがで きる。

カラー制御には他の手法もある。この手法は上述の等時間間隔ではなく、変調器 ５２によって作成された空間か変間隔を含んでいる。この代替策においては、変 調器５２を制御して、光が通過してスクリーン５６に到達する１つまたは複数の 透明な照射領域の大きさを変えることが可能である。これには有限な大きさの典 型的な市販の光源とともに使用した場合に、他の利点が得られる可能性がある。

このような光源は変調器５２において異なる色の像の重なり具合を増加させる。

重畳領域は上述の空間間隔を変える変調器５２によって低減または排除される。

装置１０および４０の先使用効率は、光源４２から第２図の右方へ出る光を第１ 集光レンズ４４へ反射させる凹面鏡を用いることによって改善することもできる 。表示装置２２および５０は透過性ではなく、反射モードの装置であってもよい 。この場合、本発明の装置は折り返された光路を有することとなる。

Ｎ　［１ｎ） 補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．（ａ）光学読取り用情報のフレームの連続したセットであって、各々が波長 間隔の共通セットに対応しており、カラー画像を形成するように組み合わせるこ とのできるセットをもたらすようになされている表示要素と、 （ｂ）前記波長間隔の光によって表示要素を照射して、光学読取りをもたらすよ うになされており、波長間隔を空間的に分散する光発生手段と、 （ｃ）空間的に分散した光を受光し、フレームを同時に表示するのに適切な波長 間隔の時間依存選択をもたらすようになされた空間光変調手段と を備えていることを特徴とするカラー表示装置。
2. ２．変調手段が光発生手段に隣接して配置されており、各波長間隔に対してそれ ぞれの光源を備えていることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の装置。
3. ３．変調手段が光発生手段に組み込まれている１つまたは複数の光源の実像が現 れる位置に配置されていることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の装置。
4. ４．光発生手段が白色光源と、この光源からの光を分散するようになされ、かつ 該光源とその実像の間の光路に配置された分散手段とを組み込んでいることを特 徴とする、請求の範囲第３項に記載の装置。
5. ５．表示要素の像を受像手段に投影するようになされた映写レンズを含んでおり 、光発生手段が表示要素を照射し、少なくとも１つの光源からの、全体的に映写 レンズに向かっている収束光をもたらすようになされた集光レンズ・システムを 含んでいることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の装置。
6. ６．集光レンズ・システムが２枚の集光レンズを備えていることを特徴とする、 請求の範囲第５項に記載の装置。
7. ７．少なくとも１つの光源が白色光源であり、光発生手段が光源からの光を分散 して、前記波長間隔をもたらすようになされた分散手段を含んでおり、変調手段 が光源の実像がそれぞれの波長間隔において集光レンズ・システムによって形成 される位置に配置されることを特徴とする、請求の範囲第６項に記載の装置。