JPH09501781A - イメージ投写デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明はイメージ投写デバイスに関するものである。このデバイスは、照明ビームを供給するためのランプを有する照明システムと、信号ビームへ投写されるべきイメージに従って照明ビームを変調するための少なくとも１個のイメージ表示パネル、及び投写スクリーン上にイメージを投写するための投写レンズシステムを具えている。イメージ投写スクリーンとイメージ表示パネルとの構造との間のモアレ干渉を抑制するために、光学的に透明なビーム変位素子が、ランプイメージが存在する位置でイメージ表示パネルと投写スクリーンとの間の光路中に、少なくとも信号ビームの一部内に信号ビーム軸に対してある角度で配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】 イメージ投写デバイス 本発明は、照明ビームを供給するためのランプを有する照明システムと、信号 ビームへ投写されるべきイメージに従って照明ビームを変調するための画素の周 期的構造を有する少なくとも１個のイメージ表示パネル、及びイメージをイメー ジ投写スクリーン上に投写するための投写レンズシステムを具えているイメージ 投写デバイスに関する。 前記イメージ投写デバイスのために使用されるイメージ投写スクリーンは、少 なくとも観客室に面している側において、例えば、イメージ表示パネルの構造お いてまた生じている方向に延びていて、その寸法は、スクリーン上に投写された イメージ表示パネルの画素の周期的構造の寸法と同じ程度である、細長いレンズ の周期的構造などの、周期的光散乱構造を設けられている。同じオーダの２個の 周期的構造間の干渉のため、邪魔なモアレパターンがスクリーン上の投写に生成 される。モアレ干渉の程度、言い換えると、干渉パターンの変調の深さは、スク リーンの周期的な光散乱構造のピッチとイメージ表示パネルの画素のピッチとの 間の比に、画素内の活性な部分の寸法に、及びパネルにおける画素の形状に依存 している。形状は、相互に正確に真下にある２個の隣接する列の画素を有する画 素の列を含み得る。これは直交構造と呼ばれている。他の形状においては、２個 の隣接する列の画素が相互に関して半ピッチだけオフセットされている。これは デルタ構造と呼ばれている。 そのようなモアレ干渉が低減されている序言に述べられたタイプのイメージ投 写デバイスは、日本国公開特許公報、特開平4-125536号の英文抄録から既知であ る。この抄録に述べられているイメージ投写デバイスにおいては、平らな平行板 が、イメージ表示パネルの水平及び垂直軸に対してある角度でビーム中の液晶表 示パネルと投写レンズとの間の光路に配置され、その結果、パネルの周期的構造 は一方向においてのみシャープにイメージされ、一方、モアレ干渉が生じる他の 方向においては、イメージはデフォーカスされる。しかしながら、これは、それ 自体投写されるべきイメージのイメージ品質が一方向において悪くなるという欠 点を有している。 本発明の目的は、イメージ品質をすべての方向において同時に維持しながら、 モアレ干渉が抑制されるイメージ投写デバイスを提供することにある。 この目的のために、本発明によるイメージ投写デバイスは、光学的に透明なビ ーム変位素子が、ランプイメージが存在する位置でイメージ表示パネルと投写ス クリーンとの間の光路中に、少なくとも信号ビームの一部内に信号ビーム軸に対 してある角度で配置されていることを特徴としている。 ビーム変位素子を信号ビームの一部内に配置することによって、イメージ表示 パネルはスクリーン上に２度イメージされる。ビーム変位素子に入射される放射 線は横方向に変位され、そしてビームの他の部分から来るイメージに関してオフ セットされているイメージになるであろう。素子の厚さと信号ビーム軸に関する 素子の傾き角とを変化させることによって、２つのイメージの相互オフセットの 大きさが定められ得る。モアレ干渉を抑制するために必要な変位は、イメージ表 示パネル内の画素の形状によって、スクリーンの周期的な散乱構造のビッチとイ メージ表示パネルの構造のピッチとの間の比によって、及び画素内の活性な部分 の寸法によって定められる。 相互に関してオフセットされた２つのイメージは、共に異なった強度と反対位 相のモアレ干渉を引き起こし、その結果、それらは少なくとも部分的には相互に 抑制するであろう。 ビーム変位素子がランプイメージの存在する位置に配置されているから、素子 の各点はイメージ表示パネルのすべての画素から放射線を受信し、一方、素子の 各点から来る光は投写スクリーン全体に散布される。この位置にいて、ビーム変 位素子はこうして完全なイメージに影響を有している。 相互に関して画素の必要とされるオフセットは一般に比較的小さいから、比較 的小さき角度だけ傾けられる比較的薄いビーム変位素子を使用することで充分で ある。この方法においては、どんな非点収差も導入され難く、イメージの品質は すべての方向において維持される。 本発明によるイメージ投写デバイスの好ましい実施例は、ビーム変位素子がほ ぼ半分の信号ビームに延びていることを特徴としている。 この場合においては、信号ビームの強度が相互に関してオフセットされている ２つのイメージにほぼ等しく分配される。２つのモアレパターンは、そのとき等 しい振幅と、等しいがしかし反対の位相とを有する。 イメージ投写デバイスにおいて、ランプイメージは、このイメージの面にビー ム変位素子を配置することができるように、特別のレンズによってイメージ表示 パネルと投写レンズシステムとの間に形成され得る。ビーム軸に沿って測定され た寸法をできるだけ小さく維持するために、好ましくは、デバイスは、ビーム変 位素子が投写レンズシステムの入口の瞳孔内に配置されていることを特徴として いる。 良く設計されたイメージ投写デバイスにおいては、ランプは究極的にこの入口 の瞳孔内にイメージされるという事実を使用するのが有利である。 ビーム変位素子が投写レンズシステムの入口の瞳孔内に配置された場合には、 ビーム変位素子は投写レンズに統合され得て、イメージ投写デバイスに個別部品 として加えられる必要はない。 本発明のこれらの及びその他の態様は、以下に記載される実施例から明らかに なり、以下に記載される実施例を参照して解明されるであろう。 図において、 図１は既知のモノクロームイメージ投写デバイスの具体例を図式的に示してい る。 図２は本発明によるイメージ投写デバイスにおけるイメージ表示パネルと投写 レンズシステムとの間の光路を詳細に図式的に示している。 図3a及び3bは本発明によるカラーイメージ投写デバイスのある実施例を図式的 に示している。 図１に示したイメージ投写デバイスは、例えば米国特許明細書第5,098,184号 に記載されている。イメージ投写デバイス１は、イメージ表示パネル５の方向と 後方とに光を放射するランプ３を含んでいる。後方に放射された光を受光して、 ランプ３のイメージを形成する球面の反射鏡７がこのランプの後側に配置されて いる。図において、反射鏡７によって形成されたランプのイメージはランプ３と 一致する。ランプはそれ自身の光に対して透明であると仮定されている。実際に は、これは一般に事実ではなく且つランプとランプイメージとは相互に続けて置 かれることが確認される。ランプ３とランプのイメージとによって放射された光 は、第１のレンズ板11へ続いて入射する平行ビームへこの光を集中させるコンデ ンサレンズシステム９によって受光される。光源に面しているこの板の側はレン ズ13のマトリックスを設けられ、他の側15は好ましくは平面である。簡単にする ために、４個のレンズのみが示されている。実際には、第１のレンズ板11は、例 えば８×６個のレンズを具えている。これらのレンズ13の各々が第２のレンズ板 19の関連するレンズ17上に光源であるランプ３をイメージさせる。光源３に面し ているこの第１のレンズ板19の側21は平面であるのに対して、光源から離れた側 はレンズ17のマトリックスを支えている。２個のレンズ板11と19とのレンズの列 と行との数は一致している。対応するレンズ17上に、異なるレンズ13によって光 源３をイメージさせるために、毎回入射ビームの異なる部分が使用される。簡単 にするために、図１は２つのサブビームb₁及びb₂のみを示している。レンズ17の 各々が、対応するレンズ13上に形成された放射線スポットのイメージをイメージ 表示パネル５上に与える。すべての再イメージがイメージ表示パネルの平面に重 畳されることを確実にするレンズ23及び25が、第２のレンズ板19の後に配置され る。 投写されるべきイメージに従ってイメージ表示パネル５により変調された光ビ ームは、引き続き投写レンズシステム26によってイメージ投写スクリーン27、例 えば透過型のイメージ投写スクリーン上に信号ビームとして投写される。観察者 29は照明システムから離れたイメージ投写スクリーンの側に存在している。その ような応用に適しているイメージ投写スクリーンは、例えば、米国特許明細書第 4,573,764号から既知であり、観察者29に面している側において、周期的散乱構 造、例えば観察空間を一様に横切る水平方向に投写された放射線を散布させるよ うな線形レンズ構造を設けられている。そのような周期的構造のピッチは１mmの 数十分の一程度である。投写スクリーン上に投写された場合に、イメージ表示パ ネルの画素の周期的構造は、同じ程度の周期を有する。両方の周期的構造が同じ 程度のものであるから、これら２つの周期的構造は投写スクリーン上へのイメー ジの投写に際して干渉して、邪魔なモアレ干渉を引き起こす。２つの構造のピッ チの間の比がｎ（ここでｎは整数である）である場合でさえも、モアレ干渉が生 じ得る。その変調深さはまた、画素内の活性な部分の寸法によって決定される。 モアレ干渉の程度は、こうして、スクリーンの周期的構造のピッチとイメージ表 示パネルの構造のピッチとの間の比によって、画素内の活性な部分の寸法によっ て、及びイメージ表示パネル内の画素の形状によって決定される。 本発明においては、光学的に透明なビーム変位素子33を、イメージ表示パネル ５と投写スクリーン27との間の光路内で且つランプイメージが存在する位置にお いて、図１に示されたようなイメージ投写デバイス内のスクリーンに投写される 信号ビーム35の一部33内に配置することが提案される。他のサブビーム37は投写 スクリーンに向かって直接通される。図２はそのようなビーム変位素子31を用い るデバイスの投写レンズシステム26への、イメージ表示パネル５からの放射線通 路の部分を図式的に示している。参照符号35はパネルの画素６から出発する光ビ ームを示している。ビーム軸に関して傾いて配置された、平らな平行板の形での この素子は、このビームの一部分33のみに存在し、それ自身に平行にそれを通過 するビーム部分を変位させる。その変位の方向は投写スクリーン上でレンズ構造 の縦方向と垂直である。変位の程度はビーム変位素子31の厚さにより、及び信号 ビーム軸に関して配置されている角度により決定される。その他のビーム部分37 はスクリーンに向かって邪魔されないで通される。画素６からのビーム部分33， 37は互いに対してオフセットされるので、投写レンズが図２に示されてない投写 スクリーン上の２つの互いにオフセットされた画素にこの画素をイメージする。 従って、互いに対してオフセットされた２つのイメージが投写スクリーン上に作 られる。 ビーム変位素子31が類似した方法で全部の画素の光ビームを処理するために、 このビーム変位素子31が図１内のランプ３のイメージが形成される位置に配置さ れる。 ランプのイメージが形成される平面において、各点がイメージ表示パネルの各 画素から光を受光し、一方この平面の各点から来る光が投写スクリーン全面に散 布される。この位置においてビーム変位素子31が完全なイメージに影響する。原 理的には、ビーム変位素子は小さくてもよく、ビーム35の小さい部分だけをカバ ーする。しかしながら、その時ビーム変位素子31を通過したビーム部分33内の光 エネルギーは、他のビーム部分37の光エネルギーよりも小さく、投写スクリーン 上で互いに関してオフセットされたイメージは異なる輝度を有する。ビーム変位 素子が信号ビームの半分をカバーすることを保証することによって、スクリーン 上のオフセットされたイメージが同じ輝度を有する好ましい実施例が得られる。 ビーム変位素子31がビーム35の半分に配置された場合には、投写されたイメージ がこのスクリーンの構造と同じ程度に干渉する。これらの２つのイメージはこれ によりイメージ表示パネルの構造のピッチの半分だけ互いに対して変位されて、 干渉パターンが逆位相であるのでスクリーンから幾らかの距離において干渉はも はや見えない。 モアレ抑制の異なる程度を使用するのに充分な場合には、イメージ表示パネル のピッチの半分以外のビーム変位が選ばれ得る。 ランプイメージが存在する位置は、例えば図２に示されているように、投写レ ンズ25の入口の瞳孔24である。ビーム変位素子31はこの時レンズ25に統合され得 て、付加的な別の部品を構成しない。代わりに、特別のランプイメージがレンズ によってイメージ表示パネルと投写レンズとの間の光路内に実現され得る。この ときビーム変位素子31はこのランプイメージの位置に配置され得る。しかしなが ら、特別のランプイメージを実現するためには、デバイス内の特別の空間が必要 であるから、投写レンズ内のビーム変位素子31の配置がデバイスの小型化の観点 から好ましい。 ビーム変位素子31は、例えば図２に示されたような平らな平行板であってもよ い。 図１に示されたイメージ投写デバイスはモノクロームイメージ投写デバイスで あるが、本発明はそれに制限されず、代わりにカラーイメージ投写デバイスに用 いられてもよい。カラーイメージ投写デバイスは、例えば先に述べた米国特許明 細書第5,098,184号から既知であり、図3a及び3bに示されている。図3aに示され たデバイスは、原色赤、緑及び青の各々に対するカラーチャネルである、３個の カラーチャネル38，40及び42を有している。各カラーチャネルは照明システム41 と、レンズ43及び転送イメージ表示パネル45を具えている。これらの素子は図で は緑チャネル内に示されている。イメージ情報によって変調されたモノクローム ビーム47，49，51が、例えば二色性交差53によって、信号ビーム50へ組み合わさ れる。続いてこの信号ビーム50が（図示されない）スクリーン上へ投写レンズ55 によって投写される。イメージ投写デバイス１のこの実施例においては、ランプ イメージがイメージ表示パネルと二色性交差53との間のこれらのチャネル内に形 成される場合には、ビーム変位素子31がモアレ干渉を抑制する目的のためにカラ ーチャネル38，40，42の各々内に配置されてもよい。しかしながら、図3a内に破 線によって示されているように、１個のビーム変位素子31が組み合わされたビー ム50内になるべく配置されるほうがよい。 図3bはカラーイメージ投写デバイスの別の形状を示している。このデバイスに おいては、１個の照明システム57だけが使用され、その照明システムの放射線は カラー選択反射鏡65，67と鏡69及び76とによって３個のモノクロームビーム59， 61，63に分離され、レンズ64，66，68を介してモノクロームイメージ表示パネル 71，73，75へ送られる。変調されたモノクロームビームはカラー選択反射鏡77， 78によって組み合わされ、ビーム変位素子31が（図示されてない）スクリーン上 のモアレ干渉を抑制するために配置され得る投写レンズ79へ送られる。ここで再 び別々のビーム変位素子が、カラー選択反射鏡である再組み合わせ鏡78へのイメ ージ表示パネルからの別々のカラーチャネル内に配置されてもよい。そのような ビーム変位素子31は組み合わされたビームｂ_cの光路内に、例えば図3bに破線に よって示されているようにな、投写レンズ79内に好ましくは配置される。 前述の本発明は、イメージ投写スクリーンが観察者と面している側に周期的構 造を有するイメージ投写デバイスにおけるモアレ干渉を抑制することに限られる ものではなく、代わりにスクリーン上に投写されるイメージ表示パネルの周期的 構造と同じオーダであるスクリーン上のあらゆる周期的構造に対して用いられて もよい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．照明ビームを供給するためのランプを有する照明システムと、信号ビームへ 投写されるイメージに従って照明ビームを変調するための画素の周期的構造を有 する少なくとも１個のイメージ表示パネル、及びイメージをイメージ投写スクリ ーン上に投写するための投写レンズシステムを含んでいるイメージ投写デバイス において、光学的に透明なビーム変位素子が、ランプイメージが存在する位置で イメージ表示パネルと投写スクリーンとの間の光路中に、少なくとも信号ビーム の一部内に信号ビーム軸に対してある角度で配置されていることを特徴とするイ メージ投写デバイス。 ２．請求項１記載のイメージ投写デバイスにおいて、前記ビーム変位素子がほぼ 半分の信号ビームに延びていることを特徴とするイメージ投写デバイス。 ３．請求項１又は２記載のイメージ投写デバイスにおいて、前記ビーム変位素子 が投写レンズシステムの入口の瞳孔内に配置されていることを特徴とするイメー ジ投写デバイス。 ４．照明ビームを供給するためのランプを有する照明システムと、放射線ビーム を３っのモノクロームサブビームに分離するための手段と、信号サブビームへ投 写されるべきイメージに従って前記サブビームを変調するための画素の周期的構 造を有する３っのモノクロームイメージ表示パネルと、信号サブビームを単一の 信号ビームヘ再組み合わせするための手段、及びイメージ投写スクリーン上にイ メージを投写するための投写レンズシステムとを具えているカラーイメージ投写 デバイスにおいて、光学的に透明なビーム変位素子がランプイメージが存在する 位置で少なくとも信号ビームの一部内に信号ビーム軸に対してある角度で配置さ れていることを特徴とするカラーイメージ投写デバイス。