JPH09510858A - ペンタプリズムを使用するｌｃｄプロジェクタ用ビーム結合器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ＬＣＤプロジェクションテレビジョンシステム用ビーム結合器は、３つの分離した光源を画面上にフォーカスさせるペンタプリズムを使用する。ビーム結合器としてのペンタプリズムの使用は、コンパクトな光路と、製造の簡単さと、前記ペンタプリズムの一部としての費用効果的なダイクロイックミラーとを可能にする。前記３つの光源からのペンタプリズム内の光路は、上述した利点を提供する直角三角形を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】 ペンタプリズムを使用するＬＣＤプロジェクタ用ビーム結合器 発明の分野 本発明は、フロントプロジェクションおよびリアプロジェクション双方のビデ オカラープロジェクションシステムに関するものであり、特にペンタプリズムを 使用するＬＣＤプロジェクションテレビジョンシステム用ビーム結合器に関する ものである。 本発明の背景 近年、種々の形式のテレビジョンシステムが開発され、商品化されてきた。こ のようなプロジェクションシステムは、大画面を提供するとしても、標準的なＣ ＲＴを基礎としたシステムより高価になる傾向があり、より扱いにくく、より重 要なことに、２面上に提供される映像がより暗くなる傾向がある。プロジェクシ ョンシステムの費用および寸法と同様、発生される映像は、このようなシステム において使用される光学システムに、しばしば直接依存する。 先行技術によるシステムにおける光学システムの例は、Thomas S．McKechnie に対して１９９２年１月２８日に付与された米国特許明細書第５，０８４，８０ ７号において記載されている。米国特許明細書第５，０８４，８０７号において 記載されている先行技術のシステムは、この特許の図に示されており、３つのタ ングステンハロゲンランプからの光が、組み合わされたダイクロイックミラー対 およびダイクロイックプリズムを経て、伝送および／または反射されて、３つの 液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を経て伝送される装置を説明している。前記３つの ＬＣＤは、３つのチャネルを変調し、テレビジョン映像の赤色、緑色および青色 部分を形成する。 前記組み合わされたダイクロイックミラーは、白色光源をスペクトルの赤色、 青色および緑色部分に分解する。次にこれらの３つの色部分を、前記ダイクロイ ックプリズムによって再結合し、再結合された光を、プロジェクションレンズに よってプロジェクションスクリーンに投射する。 この先行技術のシステムは、多くの利点を有しているが、第１の組み合わされ たダイクロイックミラーの組と第２のダイクロイックプリズムとによって、この 装置の複雑さと寸法とは増加し、もちろん、完成されたプロジェクションテレビ ジョンシステムの価格も増加する。 他の先行技術のシステムは、Ledebuhrに対して１９８７年８月１８日に付与さ れた米国特許明細書第４，６８７，３０１号において記載されている。この特許 は、プルミコンプリズム（plumicon prism）を基礎とするＬＣＤプロジェクタを 記載している。この形式のシステムによって、前記プリズム装置を大きく作るの に相当量のガラスが使用され、これは極めて高価なものであり、もちろんこれは 、プロジェクションテレビジョンシステムにおいて欠点となる。 他の先行技術のＬＣＤプロジェクションシステムは、E．Dolgoffに対して１９ ９１年４月３０日に付与された米国特許明細書第５，０１２，２７４号において 記載されている。この特許において記載されているシステムは、１つが赤色の画 像データを表示し、１つが緑色の画像データを表示し、１つが青色の画像データ を表示する３つのＬＣＤを使用する。各々のＬＣＤは、固有の色、すなわち、赤 色光源、青色光源および緑色光源の光によって照明される。赤色、緑色および青 色光源からの光は、集光装置によって集束され、コリメーティング光学系によっ てコリメートされ、一連のダイクロイックプリズムを通過し、完全なカラー映像 をスクリーン上に形成する。 この特許において記載されているシステムは、広く使用されているが、ある欠 点が存在する。さらに特に、使用されるプロジェクションレンズのバックフォー カスが、例えば他のプリズム設計においてみられるよりも、極めて長い。このた め、このようなシステムの設計および製造は、極めて費用の掛かる。本質的に、 プロジェクションレンズの長いバックフォーカスは、市販用で信頼性のあるプロ ジェクションテレビジョンシステムの製造において、問題を生じる。 したがって、本発明の目的は、フロントおよびリアプロジェクションの双方に 使用でき、コンパクトな光路を有し、製造するのが簡単なＬＣＤプロジェクタ用 ビーム結合器を提供することである。 本発明の他の目的は、費用効果的なダイクロイックミラーシステムを有するＬ ＣＤカラープロジェクションテレビジョンシステムを提供することである。 本発明のさらに他の目的は、簡単で、安価で、製造するのが容易であって、結 果として、消費者が許容する市販用プロジェクションシステムのキャビネットサ イズになる、プロジェクションテレビジョンシステム用ダイクロイック結合器を 提供することである。 プロジェクションテレビジョンの範囲から離れた他の先行技術の光学システム は、the Journal of the International Society of Optical Engineering，Sep tember 1994，Volume 33，Number ９に記載されている。このシステムは、プロ ジェクションテレビジョンシステムには関係ないが、高速写真に好適な一軸三色 光源システムが記載されている。 前記記載されているシステムは、３つの白色光源と、多数のコリメーティング レンズと、五角ホルダに搭載された３つのダイクロイックフィルタとを含む光学 装置である。第１光源からの光は、第１コリメーティングレンズを通過し、平行 な光ビームを発生する。次にこの光は、ダイクロイックフィルタを通過し、この フィルタは、赤色光のみを透過させ、青色および緑色光を反射する。透過された 赤色光は、緑色光のみを透過させ赤色および青色光を反射する第２のダイクロイ ックフィルタの内側表面で反射する。最後に、前記赤色光は、青色光のみを透過 させるように製造された第３フィルタで反射する。結合された赤色、緑色および 青色光は、５角形装置を通過し、コリメーティングレンズによって集束する。 前記ダイクロイックフィルタをこれらの性能のために特別に製造することを必 要とするこのシステムは、光入射角に対して極めて敏感である。加えて、この文 献に記載されている五角ホルダを、ステンレススチールブロックから極めて正確 に機械加工しなければならず、重要な部品および光源を、このブロック中にねじ 込まれたロッドに装着する。したがって、このシステムが、プロジェクションテ レビジョンシステムにおいて興味深い光学装置を与えるとしても、明らかに高価 なものとなり、特別な製造技術を必要とし、これらのすべてが、市販用プロジェ クションテレビジョンシステムにおける使用には好適ではない。 本発明の要約 本発明によれば、ペンタプリズムの使用を基礎とするＬＣＤプロジェクション テレビジョンシステム用ビーム結合器が提供される。 映像を構成するマトリックスに配置された複数の画素を有する複数の液晶デ ィスプレイ（ＬＣＤ）装置と、 各々が前記ＬＣＤ装置の各々の第１の側においてコリメートされた光を向け る複数の光源と、 前記ＬＣＤ装置の各々の第２の側から前記コリメートされた光を受け、各々 の光源からの結合された光を表示スクリーンに向ける、ペンタプリズムの形態に 配置されたダイクロイック結合器とを具える、複合カラービデオ映像を表示スク リーンに投射する装置である。 ３つのコリメートされた光源、赤色、緑色および青色を、前記ペンタプリズム の３つの側を形成する３つのダイクロイックミラーに、３つのＬＣＤディスプレ イ装置を経て向けて入射させる。 赤色光は、第１ダイクロイックミラーを通過し、第２および第３ダイクロイッ クミラーから４５°の角度において反射し、その後表示スクリーンに向かう。緑 色光は、第２ダイクロイックミラーを通過し、第３ダイクロイックミラーから４ ５°の角度において反射し、その後表示スクリーンに向かう。同様に、青色光は 、第３ダイクロイックミラーを通過し、表示スクリーンに向かう。 本発明の利点および特徴は、前記赤色、緑色および青色光源からの光に関する 光路が、前記ペンタプリズム内で直角三角形を形成することである。 本発明の他の特徴は、ビーム結合器としてのペンタプリズムを使用することに よって、製造するのが簡単で、費用効果的なダイクロイックミラー装置を有する プロジェクションテレビジョンシステムにおいてコンパクトな光路が提供される ことである。 本発明の他の特徴は、前記第１赤色ダイクロイックミラーは、前記第２緑色ダ イクロイックミラー上に配置してもよい赤色フィルタとしてのみ機能するため、 本発明のプロジェクションテレビジョンシステムの構成において任意であること である。 本発明のこれらのおよび他の目的および特徴は、添付した図に関連した以下の 詳細な説明からより完全に理解されるであろう。 図面の簡単な説明 図１は、プロジェクションテレビジョンシステムにおけるビーム結合器として のペンタプリズムの使用を示す。 図２は、前記ペンタプリズムに使用する特定の幾何学的配置を示す。 図３Ａ−３Ｃは、本発明に使用する前記ダイクロイックミラーの透過特性を示 す。 発明の詳細な説明 ここで図１を参照すると、本発明によるペンタプリズムの使用を基礎としたＬ ＣＤプロジェクションテレビジョンシステム用ビーム結合器が示されている。 図１に示すものが、本質的にプロジェクションテレビジョンシステムにおいて 使用するダイクロイック結合器であることを理解されたい。これを以下に詳細に 説明する。プロジェクションテレビジョンシステムの残りの部分は良く知られて おり、ここではさらに詳細には説明しない。 本システムは、３つの光源１０、１１および１２を含む。これらの光源を、プ ロジェクションテレビジョンシステムにおいて使用するどのような標準的な形式 のものとしてもよいが、好適な光源は、１−３ｍｍの範囲におけるアークを有す るメタルハライドアークランプである。このような光源は、白色光を透過させる ことができ、またはこのような光源を、例えば、１つの赤色、１つの緑色および １つの青色光源とすることができ、前記赤色光源が光源１０から成り、前記青色 光源が光源１１から成り、前記緑色光源が光源１２から成ることを理解されたい 。前記３つの光源の各々からの光を、コリメーティング光学部１３、１４および １５によってコリメートする。前記光をコリメートした後、これらの光を１６、 １７および１８において各々示す３つのＬＣＤに当てる。前記３つのＬＣＤは、 ３つのチャネルを変調し、結果としてのテレビジョン画像の赤色、緑色および青 色部分を形成する。 前記光が３つのＬＣＤ１６、１７および１８を通過した後、これらの光をダイ クロイックミラー１９、２０および２１に当てる。ダイクロイックミラー１９は 、赤色光を透過させ、赤色エッジフィルタでもある。ダイクロイックミラー２１ は、赤色光を反射し、緑色光を透過させる。同様に、ダイクロイックミラー２０ は、赤色および緑色光を反射し、青色光を透過させる。 したがって、光源１０からの赤色光は、ＬＣＤ１６およびダイクロイックミラ ー１９を通過し、ミラー２１および２０で反射され、プロジェクションレンズ２ ２の方に向かう。同様に、光源１１からの青色光は、赤色および緑色光を反射す るダイクロイックミラー２０を通過し、プロジェクションレンズ２２の方に向か う。また、光源１２からの緑色光は、ＬＣＤ１８およびダイクロイックミラー２ １を通過し、ダイクロイックミラー２０で反射し、プロジェクションレンズ２２ の方に向かう。２３において示す視聴者は、適切な表示スクリーンにおけるテレ ビジョン画像をみることができる。 図１は、ここに示すダイクロイックミラー、すなわちミラー１９、２０および ２１が、ペンタプリズムの３つの側を形成することを示し、結果として、プロジ ェクションテレビジョンシステムを製造する場合、寸法、費用および複雑さのい ずれにおいても相当有利になる。前記ダイクロイックミラーに関する特定の角度 を、図２の参照と共に以下に説明する。 ここで、図２を参照すると、ダイクロイックミラー１９、２０および２１が示 されており、これらは、図１に示す同様の同一に扱われるダイクロイックミラー に関係する。図示するように、前記赤色光源は、ダイクロイックミラー１９に対 して９０°の角度を有する。同様に、前記青色光源は、ダイクロイックミラー２ ０に対して１１２．５°の角度を有する。最後に、前記緑色光源は、ダイクロイ ックミラー２１に対して１１２．５°の角度を有する。再び、上述したように、 前記赤色光は、ダイクロイックミラー２０を通過し、ダイクロイックミラー２１ および２０で角度４５°において反射し、その後、図１において２２において示 すプロジェクションレンズの方に向かう。同様に、前記青色光は、ダイクロイッ クミラー２０を通過し、前記プロジェクションレンズの方に向かい、前記緑色光 は、ダイクロイックミラー２１を通過し、ダイクロイックミラー２０で角度４５ ° において反射し、プロジェクションレンズ２２の方に向かう。したがって、図２ において２４において示すペンタプリズム装置の組み合わせは、前記３つの光源 から完全なテレビジョン画像を提供する。 前記ペンタプリズムの内部の前記赤色光源に関する光路は、直角三角形の３つ の辺を形成し、緑色光源からの光路は、直角三角形の２辺を形成し、前記青色光 源からの光路は、直角三角形の１辺を形成することに注意することが重要である 。 ペンタプリズムビーム結合器を使用することの利点は、フロントまたはリアプ ロジェクションシステムの双方において使用することができ、直角三角形の形状 の極めてコンパクトな光路を有し、製造するのが簡単で、費用効果的なダイクロ イックミラーを利用できることである。 前記赤色ダイクロイックミラーは、これが単に赤色フィルタであり、したがっ て上述したように前記緑色ダイクロイックミラー上に配置することができるため 、任意であることにも注意されたい。 前記ダイクロイックミラーに関する角度公差を、５−１０分の範囲内とし、平 坦さが前記各々のミラーの各々の面と交差して１０波長程度とするのが好適であ る。 図３を参照すると、図１および２に関して上述したダイクロイックミラーの透 過特性が示されている。さらに特に、光源からの青色および緑色を反射し、赤色 を透過させるダイクロイック１９を図３Ａにおいて示す。ダイクロイック２１は 、任意の赤色フィルタの使用と共に、緑色を透過させ、青色および赤色を反射す る。同様に、図３Ｃに示すように、ダイクロイック２０は、青色を透過させ、緑 色および赤色を反射する。 上述した本発明の開示および説明は説明的なものであり、その寸法、形状およ び材料における種々の変更に加え、説明した構成の細部における種々の変更を、 本発明の精神を逸脱せずに、添付した請求の範囲内で行うことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０ 7706−5Ｈ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０Ｄ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．映像を構成するマトリックスに配置された複数の画素を有する複数の液晶デ ィスプレイ（ＬＣＤ）装置と、 各々が前記ＬＣＤ装置の各々の第１の側においてコリメートされた光を向け る複数の光源と、 前記ＬＣＤ装置の各々の第２の側から前記コリメートされた光を受け、各々 の光源からの結合された光を表示スクリーンに向ける、ペンタプリズムの形態に 配置されたダイクロイック結合器とを具える、複合カラービデオ映像を表示スク リーンに投射する装置。 ２．請求の範囲１に記載の装置において、前記複数の光源が、赤色光源、緑色光 源および青色光源を含むことを特徴とする装置。 ３．請求の範囲２に記載の装置において、前記ダイクロイック結合器が、赤色光 を透過させる第１ダイクロイックミラーと、赤色光を反射すると共に緑色光を透 過させる第２ダイクロイックミラーと、青色光を透過させると共に赤色光および 緑色光を反射する第３ダイクロイックミラーとを含むことを特徴とする装置。 ４．請求の範囲３に記載の装置において、前記赤色光源からの光が前記第１ダイ クロイックミラーに９０°の角度において当たり、前記緑色光源からの光が前記 第２ダイクロイックミラーに１１２．５°の角度において当たり、前記青色光源 からの光が前記第３ダイクロイックミラーに１１２．５°の角度において当たる ことを特徴とする装置。 ５．請求の範囲４に記載の装置において、前記赤色光源からの光が、前記第１ダ イクロイックミラーを透過し、前記第２ダイクロイックミラーから４５°の角度 において反射し、前記第３ダイクロイックミラーから４５°の角度において反射 し、前記表示スクリーンに９０°の角度において当たることを特徴とする装置。 ６．請求の範囲５に記載の装置において、前記青色光源からの光が、前記第３ダ イクロイックミラーを透過し、前記表示スクリーンに９０°の角度において当 たることを特徴とする装置。 ７．請求の範囲６に記載の装置において、前記緑色光源からの光が、前記第２ダ イクロイックミラーを透過し、前記第３ダイクロイックミラーから４５°の角度 において反射し、前記表示スクリーンに９０°の角度において当たることを特徴 とする装置。 ８．請求の範囲７に記載の装置において、前記第１、第２および第３ダイクロイ ックミラーが前記ペンタプリズムの３つの側を構成することを特徴とする装置。 ９．請求の範囲８に記載の装置において、前記第１ダイクロイックミラーを透過 し、前記第２ダイクロイックミラーに反射され、前記第３ダイクロイックミラー に反射され、前記表示スクリーンに向かう前記赤色光源からの光に関する光路が 、直角三角形の３辺を形成することを特徴とする装置。 10．請求の範囲９に記載の装置において、前記第２ダイクロイックミラーを透過 し、前記第３ダイクロイックミラーに反射され、前記表示スクリーンに向かう前 記緑色光源からの光に関する光路が、直角三角形の２辺を形成し、前記第３ダイ クロイックミラーを透過し、前記表示スクリーンに向かう前記青色光源からの光 に関する光路が、直角三角形の１辺を形成することを特徴とする装置。