JPH0772498A

JPH0772498A - 複数画像合成投影装置

Info

Publication number: JPH0772498A
Application number: JP21877893A
Authority: JP
Inventors: Tadao Iwaki; 岩城　　忠雄; Naoki Kato; 直樹加藤; Katsuki Matsushita; 克樹松下; Rieko Sekura; 利江子瀬倉; Nobuyuki Kasama; 宣行笠間
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1993-09-02
Filing date: 1993-09-02
Publication date: 1995-03-17

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、複数の画像を光学的に合成投影す
ることにより、高精細で高速かつ高輝度の白黒またはカ
ラー画像の投影装置を提供することを目的とする。【構成】本発明は、複数の画像表示手段と、前記複数
の画像表示手段の発光によって得られた投影光、または
前記複数の画像表示手段を透過または反射して得られた
投影光を光学的に合成して１つの画像にする画像合成光
学系と、当該合成によって得られた合成画像を投影面上
に結像する結像光学系とを具備してなり、さらに、前記
結像光学系と前記投影面との間に配置された、透明基
板、光導電層、光反射層、液晶層、配向膜層、電圧印加
手段とからなる光書込型液晶空間光変調器と、前記光書
込型液晶空間光変調器と前記投影面との間に配置され
た、当該光書込型液晶空間光変調器に表示された前記合
成画像を偏光した読み出し光を照射して読み出した後偏
光素子を介して再び前記投影面に結像するための結像光
学系とを具備してなる構成を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高精細かつ高輝度の投
影表示装置や、高精細かつ高速の印刷装置を構成するた
めの高精細な画像を形成して投影する装置の提供を目的
としたものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、複数のＣＲＴ（Cathode Ray
Tube）やＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオー
ド）ディスプレイをマトリックス状に配列して、高精細
で大画面画像を構成するための表示装置が種々作製され
てきた。

【０００３】また、高精細な画像を形成する手段の１つ
として、図４に示すように、高輝度ＣＲＴ２５を結像レ
ンズ２６でスクリーン２７上に結像する方法があった。
高輝度ＣＲＴとしては、水平解像度５２５テレビ本程度
からそれ以上の解像度が得られ、またカラー画像も容易
に得られる。そのため、この方法は、画像投影表示装置
として多用されてきた。さらに、近年では、液晶ディス
プレイの発達に伴い、ＣＲＴの代わりにＴＦＴ（Thin F
ilm Transistor：薄膜トランジスタ）を用いたアクティ
ブマトリックス型の液晶ディスプレイ（以下ＴＦＴ液晶
ディスプレイと呼ぶ）を用いて高輝度にしたものが増加
している。

【０００４】さらには、図５に示すように、１次元ＬＥ
Ｄ２８から発せられた１次元の光点の集合を集光レンズ
２９でガルバノミラー３０の反射面上に集光し、そこか
ら反射された光を結像レンズ３１とｆθレンズ３２で感
光体３３上に結像する走査光学系も画像投影装置と考え
られる。このとき、感光体３３上には、１次元の画素列
が投影されるが、同時にガルバノミラー３０が所定の周
波数で振動するため、その結果として感光体３３上には
２次元画像が形成されることとなる。図５に示す光学系
と類似した光学系として、１次元ＬＥＤの代わりに半導
体レーザやガスレーザを用い、ガルバノミラー３０の代
わりに回転多面体ミラーも多用されている。このような
光学系は、一般にレーザプリンタなどの印刷装置に応用
されてきた。さらに、感光体３３の代わりにスクリーン
を置き、ガルバノミラー３０の振動数を３０または６０
Ｈｚとして、１次元ＬＥＤアレイ２８を画像のライン信
号で動作させることにより画像表示装置として用いるこ
とができることは明かである。近年では、ＲＧＢ各々の
波長での発光スペクトルを持つ高輝度ＬＥＤも商品化さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
画像投影装置として、高解像度、高輝度、高速の３条件
を全て満足して安価に製造するためには、種々の問題点
を有していた。例えば、複数のＣＲＴやＬＥＤディスプ
レイをマトリックス状に配列して構成する方法において
は、配列されたそれら表示装置間に必ず画像の不連続部
分が生じ、なめらかな１枚の画像として再現することが
できないという問題点があった。

【０００６】さらに、図４に示す画像投影装置において
は、高輝度ＣＲＴ２５を用いると、その表示面が一般に
は歪曲しているため、高輝度ＣＲＴ２５に表示された画
像を平坦なスクリーン２７上に投影すると、投影された
画像は歪んで映し出される。そのため、結像レンズは、
歪補正をかけるために非球面加工を施したり、複雑な組
合せレンズ系を用いなくてはならない。さらに、輝度を
稼ぐことは蛍光材料の特性限界から制限されているとい
う問題点を有していた。

【０００７】図４に示す高輝度ＣＲＴ２５の代わりに液
晶ディスプレイを用い、それを透過照明によりスクーリ
ーン２７上に投影する方法においては、その液晶テレビ
としてＴＦＴ液晶ディスプレイを用いる場合が一般的で
ある。ＴＦＴ液晶ディスプレイは、６４０×４８０画素
以上の高精細なものが出現しているが、このような高精
細ディスプレイは少なくとも５インチ以上の大型パネル
で構成されている。このような大型のＴＦＴ液晶パネル
を画像投影装置に応用すると、光学系が大きくなりコス
ト高になるばかりでなく、装置の大型化を招いてしま
う。また、液晶プロジェクタに用いられているような、
耐光性が高くて小型のＴＦＴ液晶ディスプレイにおいて
は、高精細化において限界があり、現在６４０×２４０
画素程度の密度となっている。これを１００万画素以上
の高精細なものにしようとしても、ＴＦＴ形成領域の小
面積化が困難なため、開口率が小さくなり、その結果非
常に暗いパネルとなってしまうという欠点を有してい
た。

【０００８】また、図５に示す走査光学系を用いた画像
投影装置においては、画素密度の高い画像を形成しよう
とすると、１次元ＬＥＤアレイを小型で高密度なものに
しなければならず、しかもある程度輝度を稼ぐためには
高出力のＬＥＤアレイを開発するという問題が生じて来
る。現在、４８０画素程度の１次元ＬＥＤアレイは未だ
商品化されていない。さらに、図５に示すような画像投
影装置を１００インチ程度の大型のスクリーンや感光体
に投影する場合は、画像の歪補正が困難となり、またＬ
ＥＤ出力も１走査画素ライン当りワットクラスのものが
必要となり、実質的に実現が困難であった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以上説明した問題点を解
決するため、本発明では、複数の画像表示手段と、前記
複数の画像表示手段の発光によって得られた投影光、ま
たは前記複数の画像表示手段を透過または反射して得ら
れた投影光を光学的に合成して１つの画像にする画像合
成光学系と、当該合成によって得られた合成画像を投影
面上に結像する結像光学系とを具備してなる複数画像合
成投影装置を構成することにより、１００万画素以上の
高精細な画像を継目なしに投影することを可能ならし
め、さらに、前記結像光学系と前記投影面との間に配置
された、透明基板、光導電層、光反射層、液晶層、配向
膜層、電圧印加手段とからなる光書込型液晶空間光変調
器と、前記光書込型液晶空間光変調器と前記投影面との
間に配置された、当該光書込型液晶空間光変調器に表示
された前記合成画像を偏光した読み出し光を照射して読
み出した後偏光素子を介して再び前記投影面に結像する
ための結像光学系とを具備してなることを特徴とする複
数画像合成投影装置とすることにより、画像形成部と投
影部とを分離して高精細かつ高輝度かつ高速の画像投影
装置を実現した。

【００１０】

【作用】図９は、本発明に用いた画像合成光学系の１例
の作用を示す図であり、１００ａ、ｂは各々第１および
第２の透過型画像表示素子、１０１ａ、ｂは各々第１お
よび第２の平行平板、１０２は入射光線、１０３は屈折
光線、１０４は透過光線、１０５は入射面に立てた法
線、１０６は入射光線と出射光線のずれ量、１０７ａ、
ｂは各々第１および第２の透過型表示素子の移動方向、
１０８は第１および第２の透過型液晶素子に表示される
画像の境界間の距離である。まず、第１の透過型表示素
子１００ａを透過してきた入射光線１０２は、第１の平
行平板１０１ａの入射面で屈折されて屈折光線１０３と
なり、さらに第１の平行平板１０１ａの出射面で再び屈
折されて透過光線１０４となる。このとき、よく知られ
ているように入射光線１０２と出射光線１０４とは互い
に平行になる。空気の屈折率をｎ、第１の平行平板１０
１ａの屈折率をｎ´とし、入射面に立てた法線１０５と
入射光線１０２のなす角度をα、入射面に立てた法線１
０５と屈折光線１０３とがなす角度をβ、平行平板１０
１ａの厚みをｓ、入射光線１０２と透過光線１０４との
ずれ量をｘとすると、ｘ＝ｓ・ｓｉｎα・［１−（ｎ・
ｃｏｓα）／（ｎ´・ｃｏｓβ）］となることが知られ
ている［例えば、Ｆ．Ａ．ジェンキンス、Ｈ．Ｅ．ホワ
イト、「光学の基礎：第４版」、マグロウヒル社、ｐ
ｐ．２８、１９８１年（F.A.Jenkins and H.E.White,"
Fundamentals of optics:Fourth Edition", MacGraw-Hi
ll,pp.28,1981）］。

【００１１】ここで、αとβの関係は、スネルの法則に
よりｎ・ｓｉｎα＝ｎ´・ｓｉｎβである。従って、第
１の平行平板１０１ａと第２の平行平板１０１ｂとを図
９に示すように配置し、第１の透過型表示素子１００ａ
と第２の透過型液晶素子１００ｂとを１０７ａ、ｂの矢
印で示す方向に移動させ、入射光線１０２と透過光線１
０４とのずれ量ｘと、第１および第２の透過型液晶素子
に表示される画像の境界間の距離ｄとの関係が、ｄ＝２
・ｘとなるようにすれば、第１および第２の透過型液晶
素子に表示される画像はあたかも境界がないかのごとく
合成される。

【００１２】また、もう１つの画像合成光学系の例を図
１０に示す。図１０は、本発明の画像合成光学系の１例
の作用を示す図であり、図９と同じ作用を示す構成要素
は図９と同じ番号で示してある。図１０から明かなよう
に、第１および第２の透過型画像表示素子１００ａ、１
００ｂに表示された画像は、第１および第２の平行平板
１０１ａと１０１ｂの内部で図のように反射され、その
表示位置を平行移動されて出射される。平行平板１０１
ａ、１０１ｂを図１０のような用い方をするとき、この
ような平行平板はひし形プリズムと呼ばれる。従って、
図１０において、第１の透過型表示素子１００ａと第２
の透過型液晶素子１００ｂとを１０７ａ、ｂの矢印で示
す方向に移動させることにより、入射面では空間的に分
離されて表示されていた画像を、出射面ではあたかも１
つの画像であるかのごとく合成して表示させることがで
きる。また、図１０に用いているひし形プリズム１０１
ａ、１０１ｂの代わりに、当該ひし形プリズムの斜面に
対応する部分にミラーを配置した反射構造によっても画
像合成が可能であることは言うまでもない。

【００１３】このようにして、画像合成光学系で合成さ
れた画像を、結像光学系でスクリーン、感光体、光導伝
体あるいは光書込型空間光変調器などに結像させること
により、極めて多い画素を持った画像を投影することが
できる。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の複数画像合成投影装置の実施
例を図面を用いて説明する。図１は、本発明の複数画像
合成投影装置の基本構成図であり、１は光源、２は照明
レンズ、３は遮光マスク、４ａ、ｂは各々第１および第
２のＴＦＴ液晶ディスプレイ、５ａ、ｂは各々第１およ
び第２の平行平板プリズム、６は結像レンズ、７はスク
リーン、８は光線経路である。光源１としては、キセノ
ンランプ、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ、あ
るいは蛍光灯やＥＬ（Electro-Luminescence）ランプあ
るいはＬＥＤや半導体レーザなどを用いることができ
る。本実施例では、光源１として赤色ＬＥＤ（発光波長
８５０ｎｍ）を用いた。

【００１５】光源１として、キセノンランプやメタルハ
ライドランプのような白色光源を用いるときは、照明レ
ンズ２とＴＦＴ液晶パネル４ａ、４ｂとの間に、波長フ
ィルタを挿入して、単波長に変換するか、もしくは、平
行平板プリズム５ａ、５ｂの代わりに、図１０で示した
ようなひし形プリズムあるいはひし形プリズムと同等の
ミラー群を用いて屈折角の波長分散を防ぐのが望まし
い。光源１から出射した光を、コンデンサレンズなどの
照明レンズ２でほぼ平行光束に変換して第１および第２
のＴＦＴ液晶ディスプレイ４ａと４ｂに照射する。この
とき、照射光束がＴＦＴ液晶ディスプレイ４ａ、４ｂの
画像表示部分のみを照射するように、遮光マスク３を用
いて照射光束領域を制限する。なお、ＴＦＴ液晶ディス
プレイ４ａ、４ｂには、照明光の入射側と出射側とに偏
光面が互いに垂直または平行になるような偏光板が取り
付けられていることは言うまでもない。このようにして
ＴＦＴ液晶ディスプレイ４ａ、４ｂを透過した照明光束
はそこに表示されている画像を光強度分布を持った光画
像として読み出す。作用で説明したように、画像合成光
学系としての平行平板プリズム５ａ、５ｂは、前記光画
像を１つの画像として合成し、この１つに合成された画
像は結像レンズ６でスクリーン７上に投影結像される。

【００１６】図１に示した平行平板プリズム５ａ、５ｂ
は、２つのひし形プリズムの斜面同士をエポキシ系の光
学接着剤で接合したものを用いた。このとき、接着剤の
厚みと、ばりは、合成する画像の画素サイズに対して無
視できる程度に薄くなければならない。本実施例では、
接着剤の厚みを制御するために、接着剤の中に粒径がそ
ろった微粒子を混入し、充分に分散させた後、加圧接着
させた。具体的には、粒径５μｍの石英ビーズを接着部
分で約２００〜５００個／ｍｍ2 となるように分散させ
て用いた。もちろん、通常の液晶ディスプレイなどで多
用されている高分子ビーズを用いてもよいことは言うま
でもない。また、平行平板プリズムの材質として、ＢＫ
７を用いた。このとき、接合した一方のひし形プリズム
の頂角は３０度とし、その厚みを２０ｍｍとすると、Ｔ
ＦＴ液晶ディスプレイ１００ａと１００ｂとに表示され
る画像間の距離は約６．７ｍｍとなり、当該ＴＦＴ液晶
ディスプレイ間を約５ｍｍ程度離間して配置することが
できた。このことによって、前記ＴＦＴ液晶ディスプレ
イからの電極線を取り出すスペースおよびこれら液晶デ
ィスプレイを保持し移動させるための機構を取り付ける
だけのスペースを確保することができた。ＴＦＴ液晶デ
ィスプレイ１００ａと１００ｂとの距離をさらに広くし
たい場合は、より屈折率の高いガラス材料を用いて平行
平板プリズム１０１ａ、１０１ｂを形成したり、あるい
は図１０に示すような配置でひし形プリズムを用いるの
が望ましい。

【００１７】ＴＦＴ液晶パネルとしては、多結晶シリコ
ンを用いてＴＦＴを形成した１．３インチのものを用
い、その画素数は７４２×２３０とした。このようにし
て、画像合成されて得られた画素数は、７４２×４６０
画素となり実質的に１４インチのＴＦＴ液晶ディスプレ
イと同等数の画素を実現することができた。

【００１８】次に、さらに多くの画素を実現するために
ＴＦＴ液晶ディスプレイを４枚用いて画像合成した実施
例について説明する。図２は、本発明の実施例を示す構
成図であり、１０はＬＥＤアレイ、１１は拡散板、１２
はＴＦＴ液晶ディスプレイアレイ、１３は平行平板プリ
ズム複合対、１４は結像レンズ、１５は光書込型液晶空
間光変調器である。図２では、光源としてＬＥＤアレイ
を用いている。このＬＥＤアレイは、高輝度赤色ＬＥＤ
を１６×１６配列して発光領域を広げたものである。さ
らに、ＬＥＤアレイ１０の直後には、照明光を均一にす
るため拡散板を配置してある。また、照明光が均一な領
域にはＴＦＴ液晶ディスプレイアレイ１２が所定の間隔
を開けて配列してある。このＴＦＴ液晶ディスプレイ１
２の間隔部分では、これらＴＦＴ液晶ディスプレイから
の配線を取り出すための機構や、ＴＦＴ液晶ディスプレ
イそのものの位置調整をするための機構が施されてい
る。また、図２においては、図１に示した遮光板３は図
面から省略されている。

【００１９】図２における平行平板プリズム１３は、図
１で示したような平行平板プリズムが４枚接着剤で接合
されている。ただし、接合されている各平行平板プリズ
ムの入射面に立てた法線は、前記４枚のＴＦＴ液晶ディ
スプレイに表示された画像が同時に接合する平行平板プ
リズム複合体１３の中心部の頂点とそれに対向する頂点
とを含む入射面への垂直平面上にあり、前記中心部より
も所定の角度外側に倒れた状態にある。この法線の倒れ
角は、図９におけるαと同等である。従って、このとき
ＴＦＴ液晶ディスプレイ１３に表示されている各画像
は、前記平行平板プリズム１３の中心の方に作用で説明
したのと同じ所定の量だけシフトし、その結果ＴＦＴ液
晶ディスプレイアレイ１２の各ディスプレイに表示され
た画像は合成されて１つの画像となる。このようにして
合成された画像は、結像レンズ１４によって光書込型液
晶空間光変調器１５の書込面に結像されて表示される。

【００２０】次に、図２に示した光書込型液晶空間光変
調器について簡単に説明する。図３は、本発明で用いた
光書込型液晶空間光変調器の構造を示す模式的断面図で
あり、１６ａ、１６ｂは各々透明基板、１７ａ、１７ｂ
は各々透明電極層、１８は光導電体層、１９は誘電体多
層膜ミラー、２０ａ、２０ｂは各々配向膜層、２１は無
反射コーティング、２２はスペーサ、２３は液晶層、２
４は駆動回路である。図３において液晶分子を狭持する
ためのガラスやプラスチックなどの透明基板１６ａ、１
６ｂは、表面にＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）などの透明
電極層１７ａ、１７ｂ、一酸化珪素の斜方蒸着やポリイ
ミドのラビング処理で形成された配向膜層２０ａ、２０
ｂが設けられている。透明基板１６ａと１６ｂはその配
向膜層２０ａ、２０ｂ側をスペーサ２２を介して間隙を
制御して対向させ、液晶層２３を狭持するようになって
いる。

【００２１】なお、液晶層２３として、エステル系Ｓｍ
Ｃ液晶混合物に光学活性物質を添加して強誘電性液晶組
成物としたもの、例えばエステル系ＳｍＣ液晶混合物と
して、４−（（４′−オクチル）フェニル）安息香酸
（３″−フルオロ、４″−オクチルオキシ）フェニルエ
ステルと、４−（（４′−オクチルオキシ）フェニル）
安息香酸（３″−フルオロ、４″−オクチルオキシ)フ
ェニルエステルを１：１で混合したものを用い、これに
光学活性物質として５−オクチルオキシナフタレンカル
ボン酸、１′−シアノエチルエステルを２５重量％加え
て強誘電性液晶組成物としたものを用いるような場合
は、配向膜層２０ａ、２０ｂとしては、透明基板の法線
方向から７５度から８５度の角度で一酸化珪素を斜方蒸
着したものを用いる。

【００２２】また、液晶層２３として、ｎ型ネマチック
液晶を用いる場合は、電圧無印加の状態で基板法線方向
に液晶分子の長軸方向がほぼ一致するように配向させる
ため、ポリイミドなどの垂直配向材料を密度の低いラビ
ング処理を施したものを用いる。

【００２３】また、光による書き込み側の透明基板１６
ａ上には光導電体層１８、誘電体ミラー１９が配向膜層
２０ａとの間に積層形成されている。光導電層１８とし
ては、イントリンシックな水素化アモルファスシリコン
層やショットキーバリア構造を有する水素化アモルファ
スシリコン層、あるいはまたＣｄＴｅやＺｎＳｅなどの
カルコゲナイド系光半導体層を用いることができる。本
実施例では、イントリンシックな水素化アモルファスシ
リコン層を光導電体層１８として用いた。また、書き込
み側の透明基板１６ａと読み出し側の透明基板１６ｂと
のセル外面には、無反射コーティングを形成するのが好
ましい。本実施例では、読み出し側基板１６ｂのセル外
面上にのみ無反射コーティング２１を施した。

【００２４】次に、上記構造を持つ光書込型液晶空間光
変調器を動作させる方法を説明する。透明電極１７ａと
１７ｂとには、駆動回路２４から駆動電圧が印加されて
いる。前記液晶層２３が前記強誘電性液晶組成物から構
成されている場合は、前記駆動回路２４を用いて、例え
ば暗部では動作閾値電圧の最小値以下であり、光照射部
では動作閾値電圧以上であるようなパルス電圧あるいは
直流バイアス電圧または１００Ｈｚ〜５０ｋＨｚの交流
電圧を重畳した交流バイアス電圧を透明電極層１７ａと
１７ｂとの間に印加しながら、書込光画像を照射するこ
とにより画像書込を行う。また、前記液晶層２３が前記
ｎ型ネマチック液晶組成物から構成されている場合は、
前記駆動回路２４を用いて、例えば１〜１０ｋＨｚの交
流電圧を印加しながら、光画像を照射することにより画
像書込を行う。どちらの場合においても、光導電体層１
８の膜厚と光電特性に依存するが、印加駆動電圧の実効
値はおよそ６〜２０ボルト程度である。

【００２５】以上のようにして、図２における光書込型
液晶空間光変調器１５に書き込まれた前記合成画像は、
当該光書込型液晶空間光変調器の読み出し基板側から照
射された読み出し光により読み出されて、例えば図１の
７で示すようなスクリーン上に投影される。図２のよう
に、ＴＦＴ液晶ディスプレイ１２の画像を光書込型液晶
空間光変調器１５に一度書き込んでから投影することに
よって、このようなＴＦＴ液晶ディスプレイの持ってい
る開口率が小さくて暗い画像になるとか強度の大きな光
に対する表示不良が生じるといった問題がなくなり、数
万ルーメンといった強力な光束の画像投影が可能となる
のである。さらに、このような光書込型液晶空間光変調
器は、その液晶層に強誘電性液晶組成物を用いる場合の
限界解像度はおよそ３８０ｌｐ／ｍｍであり、またその
液晶層にｎ型ネマティック液晶組成物を用いる場合の限
界解像度はおよそ１００ｌｐ／ｍｍであるため、前記合
成画像の画素数としては２０×２０平方センチメートル
の領域内でおよそ２０００×２０００〜７６００×７６
００となる。これは、高解像度テレビあるいはコンピュ
ータグラフィックス用のディスプレイとしても充分な値
である。

【００２６】次に、本発明の画像合成投影装置を反射型
液晶プロジェクタに応用した１実施例を図７に示す。図
７において、４２ａ、ｂ、ｃは各々第１、２、３の書込
用光源、４３ａ、ｂ、ｃは各々第１、２、３のＴＦＴ液
晶ディスプレイ、４４ａ、ｂ、ｃは各々第１、２、３の
平行平板プリズム複合体、４５ａ、ｂ、ｃは各々第１、
２、３の結像レンズ、４６ａ、ｂは各々第１、２の直角
プリズム、４７ａ、ｂ、ｃは各々第１、２、３の光書込
型液晶空間光変調器、４８ａ、ｂ、ｃは各々第１、２、
３の偏光ビームスプリッタ、４９は読出用光源、５０、
５１は各々第１、２のコールドフィルタ、５２はグリー
ン反射フィルタ、５３、５４、５５は各々第１、２、３
の全反射ミラー、５６、５７は第１、２のダイクロイッ
クプリズム、５８は偏光板、５９は投影レンズである。

【００２７】第１の書込用光源４２ａ、第１のＴＦＴ液
晶ディスプレイ４３ａ、第１の平行平板プリズム複合体
４４ａ、第１の結像レンズ４５ａ、第１の直角プリズム
４６ａは、各々第１の光書込型液晶空間光変調器４７ａ
に赤色画像成分（Ｒ成分）を書き込むための書込用光学
系であり、第２の書込用光源４２ｂ、第２のＴＦＴ液晶
ディスプレイ４３ｂ、第２の平行平板プリズム複合体４
４ｂ、第２の結像レンズ４５ｂは、各々第２の光書込型
液晶空間光変調器４７ｂに緑色画像成分（Ｇ成分）を書
き込むための書込用光学系であり、第３の書込用光源４
２ｃ、第３のＴＦＴ液晶ディスプレイ４３ｃ、第３の平
行平板プリズム複合体４４ｃ、第３の結像レンズ４５
ｃ、第３の直角プリズム４６ｃは、各々第３の光書込型
液晶空間光変調器４７ｃに青色画像成分（Ｂ成分）を書
き込むための書込用光学系である。また、読出用光源４
９、第１、２のコールドフィルタ５０、５１、第１、
２、３の全反射ミラー５３、５４、５５、第１、２のダ
イクロイックプリズム５６、５７、偏光板５８、投影レ
ンズ５９は、各々前記第１、２、３の光書込型液晶空間
光変調器４７ａ、ｂ、ｃに書き込まれたＲ成分画像、Ｇ
成分画像、Ｂ成分画像を読み出して投影する読出用光学
系である。

【００２８】まず、書込用光学系について説明する。書
込用光学系としては、Ｒ用、Ｇ用、Ｂ用ともに基本的動
作は同様であるために、それらを代表してＲ用書込光学
系の動作を説明する。書込用光源４２ａとしては、ハロ
ゲン光源の発光点を球面反射ミラーの中心に配して平行
光束を取り出し、さらに赤色フィルタをかけた構造のも
のを用いた。赤色フィルタは、前記光書込型液晶空間光
変調器の光導電体層の光感度として最も感度が高い波長
帯域であり、かつ前記平行平板プリズム複合体による画
像合成において色分散の効果を最小に抑えるために用い
るものである。この書込光源４２ａの出射側に図２で示
したような拡散板を配してもよいことは言うまでもな
い。このようにして得られた書込光は、第１のＴＦＴ液
晶ディスプレイアレイ４３ａを照射する。このＴＦＴ液
晶ディスプレイアレイ４３ａには、最終的に得たい画像
のＲ成分だけが表示されている。

【００２９】また、図７のように、ＴＦＴ液晶ディスプ
レイアレイが、４枚のＴＦＴ液晶ディスプレイから構成
されている場合は、最終的に得たい画像が４分割された
ものが各ＴＦＴ液晶ディスプレイに表示されている。こ
のように各ＴＦＴ液晶ディスプレイに表示された画像
は、図９で説明したように光学的に合成された後結像レ
ンズ４５ａで、直角プリズム４６ａを介して、第１の光
書込型液晶空間光変調器４８ａの書込面に照射されて書
き込まれる。Ｒ用書込光学系と同じように、Ｇ用、Ｂ用
書込光学系においても書込光としては赤色光が用いられ
ており、これらのＲ用書込光学系との違いは、Ｇ用書込
光学系では第２のＴＦＴ液晶ディスプレイ４４ｂには最
終的に得たい画像のＧ成分だけが、Ｂ用書込光学系では
第３のＴＦＴ液晶ディスプレイ４４ｃには最終的に得た
い画像のＢ成分だけが表示されていることと、Ｇ用書込
用光学系には配置の関係から直角プリズムが不要になっ
ていることだけである。

【００３０】次に、読出用光源４９は、メタルハライド
光源の発光点を球面鏡の中心に配して平行光束を作り出
す構造になっており、ここから得られた平行光束は、第
１および第２のコールドフィルタ５０と５１を介して可
視光のみが取り出される。これらコールドフィルタは、
波長がおよそ７００ｎｍ以上の近赤外光はほぼ９９％以
上反射または吸収し、７００ｎｍ以上の可視光はほぼ９
９％以上透過するような光学特性を持っている。ここ
で、用いるコールドフィルタの枚数は、読出用光源４９
の出射光強度とその発光スペクトルに依存する。ここで
は、３００Ｗのメタルハライド光源を用いているため
に、コールドフィルタを２枚用いたが、それ以上の出射
光強度のメタルハライド光源の場合は、コールドフィル
タは３枚必要となるかもしれない。さらに、読出用光源
として、演色性に優れて発光点も小さいキセノン光源を
用いる場合は、その発光スペクトルから４００ｎｍ以下
の紫外線を除去するための紫外線カットフィルタを光源
の直後に挿入したほうが好ましい。

【００３１】このようにして得られた読出光は、まずＧ
反射フィルタ５２によってＧ成分のみが反射され、第２
の偏光ビームスプリッタ４８ｂに導かれる。Ｇ反射フィ
ルタ５２は、本実施例においては５００〜６００ｎｍの
読出光だけが反射されて、それ以外の波長の読出光は透
過する。第２の偏光ビームスプリッタ４８ｂでは、前記
Ｇ成分の読出光の内ｓ偏光成分だけが反射されて第２の
光書込型液晶空間光変調器４７ｂの読出面に照射され
る。このとき、第１の全反射ミラー５２と第２の偏光ビ
ームスプリッタ４８ｂとの間に、この第２の偏光ビーム
スプリッタ４８ｂに入射する読出光の偏光がｓ偏光とな
るように偏光板を挿入してもよい。この第２の光書込型
液晶空間光変調器には、上記のように最終的に得たい画
像のＧ成分だけが表示されているために、このＧ成分画
像領域から反射された光は変調される。

【００３２】当該光書込型液晶空間光変調器の液晶層が
強誘電性液晶組成物からなる場合は、通常はＧ成分画像
領域から反射された光は全て９０度偏光面が回転したｐ
偏光光束として反射され、二値Ｇ画像として読み出され
る。また、当該光書き込み型液晶空間光変調器の液晶層
がｎ型ネマティック液晶組成物からなる場合は、Ｇ成分
画像領域から反射された光はその階調レベルに対応した
角度だけ偏光面が回転しその結果Ｇ成分画像の階調に対
応したｐ偏光成分を持った光が反射され、階調を持った
Ｇ画像として読み出される。

【００３３】Ｇ反射フィルタ５２を透過した読出光はＲ
成分とＢ成分を持っている。この読出光は第１の全反射
ミラー５３によって反射され、第１のダイクロイックプ
リズム５６によってＲ成分とＢ成分に分岐される。すな
わち、Ｒ成分である６００〜７００ｎｍの読出光は第３
の全反射ミラー５５に向けて反射され、Ｂ成分である４
００〜５００ｎｍの読出光は第２の全反射ミラー５４に
向けて反射される。このようにして、Ｒ成分の読出光は
第３の全反射ミラー５５で反射された後、そのｓ偏光成
分だけが第１の偏光ビームスプリッタ４８ａで反射され
第１の光書込型液晶空間光変調器４７ａの読出面に照射
される。同様にして、Ｂ成分の読出光は第２の全反射ミ
ラー５４で反射された後、そのｓ偏光成分だけが第３の
偏光ビームスプリッタ４８ｃで反射され第３の光書込型
液晶空間光変調器４７ｃの読出面に照射される。

【００３４】上記同様に、第２の全反射ミラー５４と第
３の偏光ビームスプリッタ４８ｃとの間、および第３の
全反射ミラー５５と第１の偏光ビームスプリッタ４８ａ
との間には偏光板を配してもよいことは言うまでもな
い。第１の光書込型液晶空間光変調器４７ａと第３の光
書込型液晶空間光変調器４７ｃとには各々上記のように
最終的に得たい画像のＲ成分とＢ成分のみが表示されて
いる。Ｇ成分の場合と同様に、これら光書込型液晶空間
光変調器の液晶層が強誘電性液晶組成物から構成されて
いる場合は、Ｒ成分とＢ成分画像は各々二値のＲ成分画
像とＢ成分画像として読み出され、これら光書込型空間
光変調器の液晶層がｎ型ネマティック液晶組成物から構
成されている場合は、階調を持ったＲ成分画像とＢ成分
画像として読み出される。

【００３５】このようにして、第１、第２、第３の光書
込型液晶空間光変調器４７ａ、４７ｂ、４７ｃから読み
出された各Ｒ、Ｇ、Ｂ成分画像は第２のダイクロイック
プリズム５７で合成される。すなわち、当該Ｒ成分画像
とＢ成分画像とは第２のダイクロイックプリズム５７で
反射され、当該Ｇ成分画像は第２のダイクロイックプリ
ズム５７を透過した後、同一光軸上で重ね合わされる。
このようにして、重ね合わされたＲＧＢ合成画像は、偏
光板５８を透過した後、投影レンズ５９で適切な倍率と
明るさを持ってスクリーン上に投影結像される。

【００３６】本実施例による反射型液晶プロジェクタ
は、それを構成する要素部品が全て平面光学部品で構成
されているため、投影画像の歪み等に対する補正は、Ｃ
ＲＴ光源を用いる場合に比べて非常に容易である。ま
た、光書込型液晶空間光変調器は、光アドレス部分（光
導電体層）と光変調層（液晶層）とを誘電体ミラーで光
学的に完全に分離しているため、強力な読出光に対して
も悪影響を受けずに良質な画像を投影することができ
る。

【００３７】次に、本発明の画像合成投影装置に用いる
画像入力手段への画像信号供給方法に付いて説明する。
図８は、本発明の画像入力手段の信号入力方法の１例を
示す図であり、６０は同期信号発生回路、６１は画像メ
モリ、６２はアドレスコントローラ、６３ａ、ｂ、ｃ、
ｄは各々第１、２、３、４のＤ／Ａ変換器、６４ａ、
ｂ、ｃ、ｄは各々第１、２、３、４の増幅器、６５ａ、
ｂ、ｃ、ｄは各々第１、２、３、４のマトリックス回
路、６６ａ、ｂ、ｃ、ｄは各々第１、２、３、４のＸド
ライバ、６７ａ、ｂ、ｃ、ｄは各々第１、２、３、４の
Ｙドライバ、６８ａ、ｂ、ｃ、ｄは各々第１、２、３、
４の表示部である。

【００３８】ＣＡＤ（Computer Aded Design）などで作
り出されたデジタル画像情報が記憶されている画像メモ
リ６１から、所定の画像領域のデジタル画像情報（例え
ば、画像の中心を原点とした各座標象現に対応するデジ
タル画像情報）がアドレスコントローラ６２によって取
り出される。このときアドレスコントローラ６２は、同
期信号発生回路６０からの同期信号に同期して動作す
る。このアドレスコントローラ６２によって取り出され
た所定のデジタル画像情報は第１、２、３、４のＤ／Ａ
変換器６３ａ、ｂ、ｃ、ｄで各々ＮＴＳＣやＰＡＬなど
に対応したアナログ画像情報に変換された後、第１、
２、３、４の各増幅器によって増幅され、第１、２、
３、４のマトリックス回路に各々入力される。

【００３９】各マトリックス回路は、同期信号発生回路
６０からの同期信号に同期してアナログ画像信号をＸＹ
掃引信号に変換する。これらマトリックス回路からのＸ
座標掃引信号は、第１、２、３、４のＸドライバ６６
ａ、ｂ、ｃ、ｄに入力される。またマトリックス回路か
らのＹ座標掃引信号は、第１、２、３、４のＹドライバ
６７ａ、ｂ、ｃ、ｄに入力される。これら各Ｘドライバ
とＹドライバからの表示信号は第１、２、３、４の表示
部６８ａ、ｂ、ｃ、ｄの各画素を励起して、前記所定の
画像領域の画像を各表示部６８ａ、ｂ、ｃ、ｄに表示す
る。図８における表示部６８ａ、ｂ、ｃ、ｄが図２など
のＴＦＴ液晶ディスプレイアレイを構成しているにほか
ならない。

【００４０】もちろん、図８に示すようなデジタル画像
信号を表示する以外にも、アナログ画像信号をＸＹ信号
の同期サンプラを用いて部分表示させるなどの方法によ
って、アナログ画像信号の表示も可能であることは言う
までもない。以上説明したように、本発明の画像合成投
影装置は少なくとも４つの画像を光学的に合成して投影
することが可能であることを示したが、合成画像が４以
上、例えば８枚の場合はどのようにして行うかを次に示
す。

【００４１】図６は、本発明の１実施例を示す構成図で
あり、３５は光源アレイ、３６はＬＣＤ（Liquid Cryst
al Display）アレイ、３７ａ、ｂは各々第１、２の平行
平板プリズム複合体、３８は第３の平行平板プリズム複
合体、３９はシリンドリカルレンズ、４０は結像レン
ズ、４１はスクリーンである。

【００４２】図６が図２と異なっている部分は、平行平
板プリズム複合体が３枚用いられている点とシリンドリ
カルレンズが挿入されている点である。ＬＣＤアレイ３
６は一般に長方形（または正方形）であるため、平面に
光軸を共有した最密充填すると４回対称に配置されるた
め、１回の光学的画像合成で用いることが可能なＬＣＤ
アレイの数は４枚となる（もし、ＬＣＤアレイが三角形
のパネルの集合ならば、光軸を共有する最密充填は３、
５、６、…となるから、１回の光学的画像合成で用いる
ことが可能なＬＣＤアレイの数は３、５、７、…とな
る）。従って、図８に示すように８枚のＬＣＤパネルの
集合からなるＬＣＤアレイ３６を光学的に画像合成しよ
うとすると、４枚ずつに分割して画像合成をしなければ
ならない。すなわち、第１の平行平板プリズム複合体３
７ａは、ＬＣＤアレイ３６の上部４枚のＬＣＤパネルに
表示された画像を光学的に合成し１枚の画像とし、第２
の平行平板プリズム複合体３７ｂは、ＬＣＤアレイ３６
の下部４枚のＬＣＤパネルに表示された画像をを光学的
に合成し１枚の画像とする。

【００４３】このようにして、８枚の画像を２枚の画像
に合成した後、この２枚の合成画像は第３の平行平板プ
リズム複合体３８によって光学的に合成され１枚の画像
とされる。このようにして合成された画像は、縦方向に
長細い画像となってしまうため、これをシリンドリカル
レンズ３９によって縦方向に圧縮した後、結像レンズ４
０でスクリーン４１上に結像する。もちろん、このよう
な画像の縦方向の圧縮を考慮して、ＬＣＤアレイ３６に
表示される画像は、あらかじめ縦横比を修正された画像
を表示しなければならないことは言うまでもない。ある
いは、このような画像合成光学系を図７に示すような反
射型液晶プロジェクタに適用する場合に、ＬＣＤアレイ
３６の画像修正が施されていない場合には、投影レンズ
５９内に縦横比を修正するためのシリンドリカルレンズ
を配さなければならないことは言うまでもない。

【００４４】

【発明の効果】以上、本発明の画像合成投影装置は、複
数の画像表示手段と、前記複数の画像表示手段の発光に
よって得られた投影光、または前記複数の画像表示手段
を透過または反射して得られた投影光を光学的に合成し
て１つの画像にする画像合成光学系と、当該合成によっ
て得られた合成画像を投影面上に結像する結像光学系と
を具備してなる複数画像合成投影装置を構成することに
より、１００万画素以上の高精細な画像を継目なしに投
影することを可能ならしめ、さらに、前記結像光学系と
前記投影面との間に配置された、透明基板、光導電層、
光反射層、液晶層、配向膜層、電圧印加手段とからなる
光書込型液晶空間光変調器と、前記光書込型液晶空間光
変調器と前記投影面との間に配置された、当該光書込型
液晶空間光変調器に表示された前記合成画像を偏光した
読み出し光を照射して読み出した後偏光素子を介して再
び前記投影面に結像するための結像光学系とを具備して
なることを特徴とする複数画像合成投影装置とすること
により、画像形成部と投影部とを分離して高精細かつ高
輝度かつ高速の画像投影装置を実現した。

【００４５】このように、本発明の複数画像合成投影装
置は、高精細の白黒あるいはカラー画像を極めて明るく
投影することが可能であるため、実施例で説明した反射
型液晶プロジェクタなどの高輝度映像投影装置に応用す
ることにより、明るい背景内での画像投影が可能とな
り、一般の表示装置はもちろんのこと、社屋内外の公告
用表示装置やゲームや遊興娯楽用映写装置などへ応用し
た場合の効果は大きい。

【００４６】あるいはまた、本発明で投影することがで
きる画像の画素数は、現在市販されている液晶ディスプ
レイの技術を大きく変更することなく、１００万〜５０
０万画素とすることができるため、コンピュータグラフ
ィックスなどで用いられるような１００万画素以上の大
きな画素数の画像情報を表示可能ならしめることによる
コンピュータデザインやコンピュータ合成映像に関する
産業分野に与える効果は大きい。

【００４７】さらにまた、本発明の複数画像を合成投影
する対象として、スクリーンではなく例えば電子写真印
刷装置の感光体を用いることにより、高精細の画像を時
系列的に走査することなく画像全てを一度に投影感光さ
せることができる。このとき実現される印刷物の解像度
は、光書込型液晶空間光変調器２×２平方センチメート
ルの領域に書き込まれた画像をＡ４版サイズの印刷用紙
に投影したならば、およそ１００〜７５０ｄｐｉとなり
従来以上の解像度の印刷物を提供することが可能とな
り、本発明が電子写真印刷装置やその他の光学式印刷装
置の技術発展に与える効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複数画像合成投影装置の基本構成図で
ある。

【図２】本発明の１実施例を示す構成図である。

【図３】本発明で用いた光書込型液晶空間光変調器の構
造を示す摸式的断面図である。

【図４】従来の画像投影装置の１例を示す模式図であ
る。

【図５】従来の画像投影装置の１例を示す模式図であ
る。

【図６】本発明の１実施例を示す構成図である。

【図７】本発明を反射型液晶プロジェクタに応用した１
実施例である。

【図８】本発明で用いた画像入力手段の信号入力方法の
１例を示す図である。

【図９】本発明に用いた画像合成光学系の１例の作用を
示す図である。

【図１０】本発明における画像合成光学系の１例の作用
を示す図である。

【符号の説明】

１光源２照明レンズ３遮光マスク４ａ第１のＴＦＴ液晶ディスプレイ４ｂ第２のＴＦＴ液晶ディスプレイ５ａ第１の平行平板プリズム５ｂ第２の平行平板プリズム６結像レンズ７スクリーン８光線経路１０ＬＥＤアレイ１１拡散板１２ＴＦＴ液晶ディスプレイ１３平行平板プリズム複合体１４結像レンズ１５光書込型液晶空間光変調器１６ａ、ｂ透明基板１７ａ、ｂ透明電極層１８光導電体層１９誘電体ミラー２０ａ、ｂ配向膜層２１ＡＲコート２２スペーサ２３液晶層２４駆動回路２５高輝度ＣＲＴ２６結像レンズ２７スクリーン２８１次元ＬＥＤアレイ２９集光レンズ３０ガルバノミラー３１結像レンズ３２ｆθレンズ３３感光体３５光源アレイ３６ＬＣＤアレイ３７ａ第１の平行平板プリズム複合体３７ｂ第２の平行平板プリズム複合体３８第３の平行平板プリズム複合体３９シリンドリカルレンズ４０結像レンズ４１スクリーン４２ａ第１の書込用光源４２ｂ第２の書込用光源４２ｃ第３の書込用光源４３ａ第１のＴＦＴ液晶ディスプレイアレイ４３ｂ第２のＴＦＴ液晶ディスプレイアレイ４３ｃ第３のＴＦＴ液晶ディスプレイアレイ４４ａ第１の平行平板プリズム複合体４４ｂ第２の平行平板プリズム複合体４４ｃ第３の平行平板プリズム複合体４５ａ第１の結像レンズ４５ｂ第２の結像レンズ４５ｃ第３の結像レンズ４６ａ第１の直角プリズム４６ｂ第２の直角プリズム４７ａ第１の光書込型液晶空間光変調器４７ｂ第２の光書込型液晶空間光変調器４７ｃ第３の光書込型液晶空間光変調器４８ａ第１の偏光ビームスプリッタ４８ｂ第２の偏光ビームスプリッタ４８ｃ第３の偏光ビームスプリッタ４９読出用光源５０第１のコールドフィルタ５１第２のコールドフィルタ５２Ｇ反射フィルタ５３第１の全反射ミラー５４第２の全反射ミラー５５第３の全反射ミラー５６第１のダイクロイックプリズム５７第２のダイクロイックプリズム５８偏光板５９投影レンズ６０同期信号発生回路６１画像メモリ６２アドレスコントローラ６３ａ第１のＤ／Ａ変換器６３ｂ第２のＤ／Ａ変換器６３ｃ第３のＤ／Ａ変換器６３ｄ第４のＤ／Ａ変換器６４ａ第１の増幅器６４ｂ第２の増幅器６４ｃ第３の増幅器６４ｄ第４の増幅器６５ａ第１のマトリックス回路６５ｂ第２のマトリックス回路６５ｃ第３のマトリックス回路６５ｄ第４のマトリックス回路６６ａ第１のＸドライバ６６ｂ第２のＸドライバ６６ｃ第３のＸドライバ６６ｄ第４のＸドライバ６７ａ第１のＹドライバ６７ｂ第２のＹドライバ６７ｃ第３のＹドライバ６７ｄ第４のＹドライバ６８ａ第１の表示部６８ｂ第２の表示部６８ｃ第３の表示部６８ｄ第４の表示部１００ａ第１の透過型画像表示素子１００ｂ第２の透過型画像表示素子１０１ａ第１の平行平板１０２ｂ第２の平行平板１０３屈折光線１０４透過光線１０５入射面に立てた法線１０６入射光線と透過光線のずれ量１０７ａ、ｂ移動方向１０８画像境界間の距離

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者瀬倉利江子東京都江東区亀戸６丁目31番１号セイコー電子工業株式会社内 (72)発明者笠間宣行東京都江東区亀戸６丁目31番１号セイコー電子工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の画像表示手段と、前記複数の画像表示手段の発光によって得られた投影
光、または前記複数の画像表示手段を透過または反射し
て得られた投影光を光学的に合成して１つの画像にする
画像合成光学系と、当該合成によって得られた合成画像を投影面上に結像す
る結像光学系とを具備してなる複数画像合成投影装置。
【請求項２】赤色画像のみを表示する複数の画像表示
手段と、当該複数の画像表示手段の発光によって得られた投影
光、または当該複数の画像表示手段を透過または反射し
て得られた投影光を光学的に合成して１つの画像にする
赤色画像合成光学系と、緑色画像のみを表示する複数の画像表示手段と、当該複数の画像表示手段の発光によって得られた投影
光、または当該複数の画像表示手段を透過または反射し
て得られた投影光を光学的に合成して１つの画像にする
緑色画像合成光学系と、青色画像のみを表示する複数の画像表示手段と、当該複数の画像表示手段の発光によって得られた投影
光、または当該複数の画像表示手段を透過または反射し
て得られた投影光を光学的に合成して１つの画像にする
青色画像合成光学系と、これら合成によって得られた赤色、緑色、青色合成画像
を投影面上に重畳結像してカラー画像投影する結像光学
系とを具備してなる複数画像合成投影装置。
【請求項３】前記複数の画像表示手段は透過型ディス
プレイまたは発光型ディスプレイであり、前記画像合成光学系は、入射面に立てた法線が前記投影
光の光軸に対して所定の角度を持った複数の透明平行平
板プリズムまたはひし形プリズムの組み合わせからなる
請求項１または２記載の複数画像合成投影装置。
【請求項４】前記投影面が、感光体または光導電体で
ある請求項３記載の複数画像合成投影装置。
【請求項５】前記結像光学系と前記投影面との間に配
置された、透明基板、光導電層、光反射層、液晶層、配
向膜層、電圧印加手段とからなる光書込型液晶空間光変
調器と、前記光書込型液晶空間光変調器と前記投影面との間に配
置された、当該光書込型液晶空間光変調器に表示された
前記合成画像を偏光した読み出し光を照射して読み出し
た後偏光素子を介して再び前記投影面に結像するための
結像光学系とを具備してなることを特徴とする請求項４
記載の複数画像合成投影装置。
【請求項６】前記液晶層は、強誘電性液晶組成物から
なる請求項５記載の複数画像合成投影装置。
【請求項７】前記液晶層は、電圧無印加の状態で液晶
の長軸方向が基板法線方向にほぼ一致するように配向し
たｎ型ネマチック液晶組成物からなる請求項５記載の複
数画像合成投影装置。