JPH08508120A - ビーム合成装置及びこれを具えるカラーイメージプロジェクション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 異なる色の３つの副ビームｂ_G，ｂ_R ｂ_Bを１つのカラービームｂ_cに合成する装置であって、この装置は透明基板２０，２２上に配置された２つの色選択反射器２１，２３を有し、屈折率と厚さとの積がこれら基板２０，２２の屈折率と厚さとの積に等しいプレート２７を、これら色選択反射器の双方によって反射される副ビームｂ_Gのみの光路中に配置することにより、基板２０，２２により生ぜしめられる非点収差を合成ビームｂ_cの光路中の１つの補正素子２８により補正しうるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】 ビーム合成装置及びこれを具えるカラーイメージプロジェクション装置 本発明は、透明なプレート状基板上に配置された２つの色選択反射器を具え、 異なる色の３つの副ビームを１つのカラービームに合成する光学装置に関するも のである。 この種類の装置は例えば、１つの同一のシーンの３つの単色イメージを互いに 異なる色で発生する３つの主イメージ源から放出される３つの副ビームを１つの カラービームに合成し、このカラービームを１つの投写レンズ系に供給するカラ ーイメージプロジェクション装置に用いることができる。この場合、３つの単色 イメージを投写スクリーン上に１つのイメージとして投写することができる。 ３つの液晶画像表示パネル（以後ＬＣＤパネルと称する）から放出される３つ の異なる色の副ビームを合成する装置は、特に米国特許第５，０４６，８３７号 明細書に開示されている。この装置はダイクロイックミラーの形態の２つの色選 択反射器を有し、これら反射器の各々はガラス基板上に配置されている。副ビー ムの１つ、例えば緑のビームは２つのミラーにより反射され、残りの２つのサブ ビーム、すなわち赤及び青のビームは１つのダイクロイックミラーにより一度反 射され、１つのミラーの基板を一度通過する。これらのミラーは副ビーム中に斜 めに、例えば副ビームの軸線に対し４５°の角度に配置され、副ビームはミラー の領域で集束ビームである為、ミラーの基板を通過する副ビームには非点収差が 導入される。このことは、このビームが、ビーム軸を有する２つの互いに垂直な 平面内で異なる集束度を有するということを意味する。従って、ビームは前記の ２つの平面において投写スクリーン上に鮮明に焦点合わせされず、投写されたイ メージは収差を呈する。ミラーは結像光学系に配置されている為、これらミラー の平坦度は高くなければならず、この平坦度は比較的厚い基板を用いることによ ってのみ達成しうるので、前記の非点収差が比較的大きくなる。この非点収差は ３つの副ビームのうちの２つにしか生じない。従って、投写されたカラーイメー ジのひずみは投写レンズ系を調整又は改良することにより補正することができな い。 この欠点を解決するために、特開平５−２７３４３号公報明細書では、ダイク ロイックミラーの各々に対するもとの基板と同じ厚さを有する追加の基板を設け 、副ビームの各々がＬＣＤパネルから投写レンズ系に至るその光路上で基板を２ 度通過するようにすることにより、３つの副ビーム中の非点収差を互いに等しく することが提案されている。この特開平５−２７３４３号公報明細書では、副ビ ームのこの等しくなった非点収差を投写レンズ系により補正することができるよ うにする為、この投写レンズ系を適切に改変させる必要がある。しかし、非点収 差は、追加の基板をダイクロイックミラーに設けない装置の場合の非点収差の２ 倍となる為、必要とする補正も実現するのが一層困難となる。 本発明の目的は、非点収差を簡単に補正しうる装置を提供せんとするにある。 本発明は、透明なプレート状基板上に配置された２つの色選択反射器を有し、 互いに異なる色の３つの副ビームを合成する光学装置において、 ２つの色選択反射器により反射される副ビームの光路中で第１の色選択反射器 の前に透明プレートが配置され、この透明プレートの屈折率と厚さとの積及びそ の配置位置は、２つの色選択反射器により反射される当該副ビームがこの透明プ レートを有効に通過するような積及び配置位置であり、前記光学装置には非点収 差補正素子が設けられていることを特徴とする。 この本発明の装置では、３つの副ビームの非点収差を完全に等しくする必要が ある場合以上の非点収差を副ビームに加えない為、非点収差を容易に補正しうる 。更に、補正素子を加えることにより、この装置はそれ自体で補正されるアセン ブリを構成する為、この装置が用いられる機器でこの装置の下流又は上流に配置 される光学系にもはや何の手段も講じる必要がない。 特開平４−１４９４１６号公報明細書には、ビーム合成装置と投写レンズ系と の間にシリンドリカルレンズを補正素子として配置したイメージ投写装置が開示 されている。しかし、この装置では、異なるビームの非点収差が互いに等しくな らない為、この装置では非点収差のないカラービームをすべてのカラーに対し得 ることができない。 本発明の第１実施例では屈折率と厚さとの積が色選択反射器の基板の各々の屈 折率と厚さとの積に等しい１つの透明プレートが前記の副ビームの光路中で他の 副ビームの光路以外に配置されているようにする。 本例によれば、各副ビームが１つの透明プレートのみを、すなわち透明プレー ト材料からその周囲の媒体への２つの遷移部のみを通過する為、可能な反射が最 小に制限されるという利点が得られる。 追加のプレートのための余分なスペースが殆どない実施例では、第１の色選択 反射器が２つの基板間に配置され、これら基板の各々は第２の色選択反射器の基 板の屈折率と厚さとの積の半分の、屈折率と厚さとの積を有しているようにする 。 本発明は更に、１つのシーンの、異なる色の３つのイメージを供給する３つの 主イメージ源と、これら主イメージ源から放出される３つの副ビームを１つのカ ラービームに合成するビーム再合成装置と、このカラービームを投写スクリーン 上に投写する投写レンズ系とを有するカラーイメージ投写装置に関するものであ る。この装置では、前記のビーム再合成装置が上述したように構成されているこ とを特徴とする。 上記のシーンとは広い意味に解釈すべきであり、これにはテレビジョンイメー ジ、グラフィック情報、数値情報、又はこれらの組合わせをも含むものである。 主イメージ源は、液晶画像表示パネルや、動作が分散力に基づく、例えばＰＤＬ Ｃ（高分子分散型液晶）の画像表示パネルや、小型ミラーのマトリックスを有し 、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）と称されるパネルや、陰極線管を以て構成 しうる。 本発明のこれらの特徴やその他の特徴は後に説明する実施例から明らかとなる であろう。 図中、 図１は、本発明を用いうるカラーイメージ投写装置を線図的に示し、 図２は、この装置に用いられる既知のビーム再合成装置を示し、 図３は、本発明によるビーム再合成装置の第１実施例を示し、 図４は、本発明によるビーム再合成装置の第２実施例を示し、 図５は、本発明を用いた反射イメージ表示パネルを有するカラーイメージ投写 装置を示す。 図１はカラープロジェクションテレビジョン装置の一実施例を線図的に示す。 この装置は３つの区分、すなわち照明系Ａと、イメージ表示系Ｂと、投写レンズ 系、例えばズームレンズＣとを有する。照明系の主軸線ＯＯ′は光軸ＤＤ′と整 列されており、この光軸は最初３つの副光軸に分割され、これら副光軸が後に、 投写レンズ系の光軸ＥＥ′と一致する１つの光軸に結合される。 照明系Ａから生じるビームは色選択反射器１、例えば青の色成分ｂ_Bを反射し ビームの残りの部分を透過するダイクロイックミラーに入射される。このビーム 部分は他の色選択反射器２に到達し、この色選択反射器２が緑の色成分ｂ_Gを反 射するとともに残りの赤の色成分ｂ_Rを透過させて反射器３に到達させ、この反 射器３が赤のビームを投写レンズ系に向ける。反射器３はニュートラル反射器又 は赤の光に対し最適な反射器とすることができる。青のビームはニュートラル反 射器又は青選択反射器４により反射されて液晶パネルの形態の第１の表示パネル ７に到達される。この表示パネルは既知のように電子的に駆動されて、投写すべ きイメージの青の成分がこの表示パネル上に現れる。青情報で変調されたビーム は、青のビームを透過するとともに緑のビームを反射する色選択反射器５と青の ビームを反射する他の色選択反射器６とを介して投写レンズ系Ｃに達する。緑の ビームｂ_Gは第２の表示パネル８を透過し、この表示パネルでこのビームが緑の イメージ成分で変調され、次に色選択反射器５及び６により順次に反射されて投 写レンズ系Ｃに向かう。赤のビームｂ_Rは第３の表示パネル９を透過し、この表 示パネルでこのビームが赤のイメージ成分で変調され、次に色選択反射器６を介 して投写レンズ系に達する。 青、赤及び緑のビームはこのレンズ系の入力部で重畳される為、カラーイメー ジが生ぜしめられ、このカラーイメージがこのレンズ系により投写スクリーン（ 図１に図示せず）上に拡大されて結像される。 照明系Ａの出力部と表示パネル７，８及び９の各々との間の光路長は互いに等 しくして、ビームｂ_B，ｂ_G及びｂ_Rの断面積がこれらの表示パネルの領域で等し くなるようにするのが好ましい。表示パネル７，８及び９と投写レンズ系の入射 アパーチュアとの間の光路長も互いに等しくして異なる色のシーンが投写スクリ ーン上に満足に重畳されるようにするのが好ましい。 表示パネル７，８及び９の前には追加のレンズ１０，１１及び１２を配置し、 これらレンズにより照明系の出射面からのすべての放射が投写レンズ系Ｌの入射 ひとみ内に集中されるようにすることができる。 図２は通常のビーム再合成装置を詳細に示す。色選択反射器５及び６は反射層 ２１及び２３を有し、これら反射層２１及び２３は透明の、例えばガラスの基板 ２０及び２２上にそれぞれ設けられている。パネル８からの緑の副ビームｂ_Gは その光路上の反射層２１及び２３により反射され、基板２０及び２２の１つをも 通ることなく投写レンズ系Ｃに到達する。赤及び青の副ビームｂ_R及びｂ_Bは基板 ２２及び２０をそれぞれ１度だけ通る為、これらの副ビームには非点収差が導入 される。投写レンズ系Ｃがこの非点収差に対し補正されていたとするならば、こ の投写レンズ系を通る緑の副ビームに非点収差が導入されてしまい、全体的な補 正が達成されない。 この問題は図３に示す本発明によるビーム再合成装置において解決される。こ の装置では、色選択層２１が、素子６の基板２２の厚さの半分の厚さの基板２５ 上に設けられている。層２１の上方には、基板２２と同じ厚さの他の基板すなわ ちプレート２６が設けられている。基板２５及び２６は基板２２と同じ屈折率を 有する。緑の副ビームｂ_Gはパネル８からのその光路上で基板２６を通り、次に 層２１で反射され、基板２６を２度目に通り、次に層２３により投写レンズ系Ｃ に向けて反射される。青の副ビームｂ_Bはまず最初基板２５を通り、次に基板２ ６を通り、次に層２３により反射される。従って、副ビームｂ_G及びｂ_Bは、赤の 副ビームｂ_Rが透過する基板２２の厚さの半分に等しい厚さである基板厚さを２ 度通過し、従ってすべての副ビームは互いに等しい厚さで等しい屈折率の基板を 同じ角度で有効に透過する。従って、これらの副ビームには図２の装置における ビームｂ_R及びｂ_Bにおけるのと等しい非点収差が導入される。３つの副ビームに おける非点収差が互いに等しい為、この非点収差は合成ビームｂ_cの光路中のシ リンドリカルレンズ２８のような１つの素子により補正しうる。補正素子２８を 有するビーム再合成装置は自己補正装置を構成する為、この装置を機器内に、こ の機器の他の光学系を変更することなく収容することができる。 シリンドリカルレンズの代わりに、斜め配置の平面平行プレート、くさび状部 材、プリズム又は斜め配置の球面レンズを用いることができる。 図４は本発明の第２実施例を示す。色選択反射器５及び６は図２に示すものと 同じである。緑の副ビームｂ_Gが通る光路には、基板２０及び２２と同じ屈折率 及び同じ厚さを有する透明プレート２７のみが挿入されている。副ビームｂ_G及 びｂ_Bは反射器６へのこれらの光路上で、プレート又は基板材料と周囲媒体との 間の遷移部を図３の場合のように４回ではなく２回通過するだけである為、誤反 射のおそれは図３の装置におけるよりも少なくなる。ＬＣＤパネル８と反射器５ との間に殆どスペースがないイメージプロジェクション装置の実施例では、図３ の解決策が好ましい。 上述した実施例では、プレート２７と基板２５及び２６との屈折率自体及び厚 さ自体は基板２２のそれに等しくするか或いはその半分にする必要はない。プレ ート２７や基板２５及び２６の屈折率と厚さとの積が基板２２に対するこの積に 等しくなるか或いはその半分になるようにすれば充分である。 本発明は、赤、緑及び青のイメージを供給するために３つの陰極線管を用いる イメージ投写装置に用いることもできる。このような装置は図３に示す装置に類 似しているが、この場合パネル７，８及び９の代わりに陰極線管を用いる。この 装置では、照明装置Ａ及び図１の反射器１，２，３及び４が存在しない。 本発明は更に、反射器を有するＬＣＤパネル又は個々に駆動しうる傾斜可能ミ ラーのマトリックスを有するパネルのような、反射式画像表示パネルを用いたカ ラーイメージ投写装置に用いることができる。ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス ）の名称で知られている最後に述べたパネルは特に米国特許第４，６１５，５９ ５号明細書に説明されている。 図５は、ビーム再結合装置がビーム分割装置としても用いられる装置の実施例 の線図を示す。この装置には前述した説明以外の説明を要しない。パネル３０， ３１及び３２により反射される副ビームがこれらパネルに入射される副ビームか ら空間的に分離されるようにするためには、例えば最後に述べた副ビームの入射 角が零度よりも大きくなるようにすることができる。プロジェクション装置の寸 法を小さくするためには、照明装置Ａから生じるビームｂ_iをパネルの方向に反 射させ、合成ビームｂ_cを投写レンズ系Ｃの方向に通すビーム分割素子３５を用 いるのが好ましい。光の損失を最小にするには、素子３５を米国特許第４，９６ ９，７３０号に記載されたようなＴＩＲ（全内部反射）素子として構成するのが 好ましい。 前述したように、色選択素子５及び６はダイクロイックミラーを以て構成する ことができる。この場合、図３，４及び５における層２１及び２３が所定の屈折 率及び所定の厚さの複数の副層を有し、これら副層が相俟って、所定の色の光を 透過させるとともに他の色の光を反射させるようにする。或いはまた、１９９０ 年１０月発行の“Japanese Journal of Applied Physics”，vol．29，no.10の 第１９７４〜１９８４頁の論文“New liquid crystal polarized colour projec tion principle”に記載されたように、色選択反射器としてコレステリック（ch olesteric）フィルタを用いることができる。コレステリックミラーは所定のピ ッチのらせん又はヘリックス状の構造とした液晶材料の光学層を有する。このよ うなミラーは、分子ヘリックスの回転方向に一致する回転方向を有するとともに 分子ヘリックスのピッチに適合した波長を有する円偏光光を反射し、他の波長の 光を透過する。 本発明は、上述した装置に用いる以外に、一般に、互いに異なる色の副ビーム をプレート状の色選択反射器により１つのビームに合成する必要がある結像光学 システムに用いることができる。

【手続補正書】 【提出日】１９９６年１月２３日 【補正内容】 １．請求の範囲を次の通りに訂正する。 「 請求の範囲 １．透明なプレート状基板上に配置された２つの色選択反射器を有し、互い に異なる色の３つの副ビームを合成する光学装置において、 ２つの色選択反射器により反射される副ビームの光路中で第１の色選択 反射器の前に透明プレートが配置され、この透明プレートの屈折率と厚さとの積 及びその配置位置は、２つの色選択反射器により反射される当該副ビームが、第 ２の色選択反射器の基板の屈折率と厚さとの積に等しい屈折率と厚さとの積を有 する 透明プレートを有効に通過するような積及び配置位置であり、前記光学装置 には非点収差補正素子が設けられていることを特徴とする光学装置。 ２．請求の範囲１に記載の光学装置において、屈折率と厚さとの積が色選択 反射器の基板の各々の屈折率と厚さとの積に等しい１つの透明プレートが前記の 副ビームの光路中で他の副ビームの光路以外に配置されていることを特徴とする 光学装置。 ３．請求の範囲１に記載の光学装置において、第１の色選択反射器が２つの 基板間に配置され、これら基板の各々は第２の色選択反射器の基板の屈折率と厚 さとの積の半分の、屈折率と厚さとの積を有していることを特徴とする光学装置 。 ４．１つのシーンの、異なる３つのイメージを供給する３つの主イメージ源 と、これら主イメージ源から放出される３つの副ビームを１つのカラービームに 合成するビーム再合成装置と、このカラービームを投写スクリーン上に投写する 投写レンズ系とを有するカラーイメージ投写装置において、前記のビーム再合成 装置が請求の範囲１〜３のいずれか一項に記載の光学装置であることを特徴とす るカラーイメージ投写装置。」 ２．明細書第２頁第１６〜１７行の「当該副ビームがこの透明プレートを」を「 当該副ビームが、第２の色選択反射器の基板の屈折率と厚さとの積に等しい屈折 率と厚さとの積を有する透明プレートを」に訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．透明なプレート状基板上に配置された２つの色選択反射器を有し、互いに異 なる色の３つの副ビームを合成する光学装置において、 ２つの色選択反射器により反射される副ビームの光路中で第１の色選択反射 器の前に透明プレートが配置され、この透明プレートの屈折率と厚さとの積及び その配置位置は、２つの色選択反射器により反射される当該副ビームがこの透明 プレートを有効に通過するような積及び配置位置であり、前記光学装置には非点 収差補正素子が設けられていることを特徴とする光学装置。 ２．請求の範囲１に記載の光学装置において、屈折率と厚さとの積が色選択反射 器の基板の各々の屈折率と厚さとの積に等しい１つの透明プレートが前記の副ビ ームの光路中で他の副ビームの光路以外に配置されていることを特徴とする光学 装置。 ３．請求の範囲１に記載の光学装置において、第１の色選択反射器が２つの基板 間に配置され、これら基板の各々は第２の色選択反射器の基板の屈折率と厚さと の積の半分の、屈折率と厚さとの積を有していることを特徴とする光学装置。 ４．１つのシーンの、異なる３つのイメージを供給する３つの主イメージ源と、 これら主イメージ源から放出される３つの副ビームを１つのカラービームに合成 するビーム再合成装置と、このカラービームを投写スクリーン上に投写する投写 レンズ系とを有するカラーイメージ投写装置において、前記のビーム再合成装置 が請求の範囲１〜３のいずれか一項に記載の光学装置であることを特徴とするカ ラーイメージ投写装置。