JPH10501388A - 高解像度減色投写システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 複数の重ねられたプレイ・パネルから高解像度映像を形成するカラー・プロジェクタ。プロジェクタは、減色技法を使用して、カラー実像またはカラー虚像を投写する。パララックス効果のない高度に結像された映像を提供するために、ディスプレイ・パネルを出た光を反射し、ディスプレイ・パネル間の光路長差を補償すると同時に、高解像度結像能力を維持するダイクロイック・ミラー・アセンブリが設けられる。追加のパララックス効果を除去する光出力平均化手段が設けられる。映像を結像するために、ダイクロイック・ミラー・アセンブリと投写スクリーンの間に高解像度光学系が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】 高解像度減色投写システム 発明の分野 本発明は、カラー・映像・プロジェクタに関し、さらに詳細には、高解像度減 色液晶（ＬＣＤ）技術を使用した映像・プロジェクタに関する。 発明の背景 コンピュータがますます使用されるにつれて、液晶技術を使用した映像プロジ ェクタは、大きいスクリーン上に情報を表示する、より一般的な方法になりつつ ある。また、ヘッドマウント・ディスプレイ装置も、増大する様々な用途に対し て実行可能なオプションになりつつある。これらのプロジェクタの多くは、照明 源、映像を形成する多数のピクセルを有する１つまたは複数の液晶パネル、およ び映像を実像としてスクリーン上に結像するか、または虚像ディスプレイとして 観測するために映像をコリメートする光学系を備えている。このようなカラー・ ディスプレイの解像度と画像の品質要件は増大し続けている。 対応する解像度の損失なしに色を表示するために、プロジェクタでは、減色撮 像法が使用される。減色は、他の撮像技術、特にカラー写真およびカラー印刷に おいて定着した方法である。減色ディスプレイでは、個々のＬＣＤパネルまたは 他の映像ソースが互いに積み重ねられ、その層上に白色光スペクトルが入射する 。可視スペクトルの各部は、所望の色を生成するために各ＬＣＤパネルにおいて 選択的に減じられる。スペクトルの減じられた部分は、吸収されるか、または照 明源の方へ反射される。重ねられたＬＣＤパネルは、投写映像が３つのパネルに よって形成された映像が合成され、かつ対応するカラー画素が投写映像内で整列 するように、光ビームと一致するように配置される。 減色映像の品質は、多数のパラメータの関数である。色品質は優れているが、 使用する特定の色生成機構への依存性が高い。達成可能なピクセル・カウントは 、一般に、適切なコントラストおよびグレイスケール性能が達成できる多重化比 （multiplexing ratio）によって決定される。例えばライン毎インチ（ｌｐｉ） でのピクセル密度は、ＬＣＤ方法のタイプ、所与のサイズ・ディスプレイに対す る多重化比、およびディスプレイ・パネルへのドライブ接続を確実に行える能力 によって制限される。 減色プロジェクタの重ねられた性質は、特別な光学的および幾何学的考慮事項 をもたらす。たいていの現代のディスプレイ技術では、写真および印刷色層のよ うに、個々の層を無視できるほど薄くすることができない。このことは、３つの 別個の色面を同時に結像し、パララックス問題を除去する必要があるなど、特別 なシステム要件をもたらす。投写システムにおける適切な解像度を維持すること は、減色法の競争力にとって重要である。さらに、コンパクトさおよびシステム 安定度は、特にヘッドマウント・ディスプレイのような重要なフォーム・ファク タ用途に対して、減色法が他の色表示方法に勝る重要な利点をもたらす領域であ るのでそれらは重要である。他の重要な領域は、そのようなディスプレイなどの コストの最小化である。１つのパネルの代わりに３つのパネルを使用しても採算 がとれるように、それぞれの製造コストを最小限に抑える必要がある。 減色映像を観測または投写する従来の光学的方法は、比較的指向性の高い光ま たはコリメート光を使用するものである。指向性とは、この場合、照明によって 規定された角度が、所与のフルカラー画素またはピクセルに対して対応する各カ ラー要素を通過する一組の光線が広がる角度の程度であることを意味すると考え られる。写真やカラー熱転写映像など、ハードコピー・ピクセルの場合、層分離 はピクセル・サイズよりもはるかに小さく、したがって拡散光が使用できる。フ レネル・レンズおよび３つの大きいライトバルブを使用したオーバーヘッド・プ ロジェクタ上で実施される代表的な減色ディスプレイ（例えば米国特許第４９１ ７４６５号参照）では、視野の深さがすべての層を理想的な焦点内に保持するの に十分な場合、光は十分に指向性が高くになる。その場合、テレセントリック構 成によりすべての層について倍率が等しくなるか、あるいは種々のサイズの個々 のライトバルブが使用できる。ただし、ライトバルブが小さくなるにつれて、ま たより高い性能が望まれるにつれて、状況は複雑になる。 液晶パネルは比較的薄いが、個々のＬＣＤパネルは、映像が投写されるスクリ ーンから様々な距離のところに配置されている。これらの距離の差違により、３ つの映像を同時に単一の表面上に結像する際に難点が生じる。解像度が高いと、 ピクセル・ピッチが層分離よりも著しく小さくなり、指向性またはコリメート方 法は面倒になる。光線が対応するすべてのカラー要素を通過するのを制限するこ とによって開口数が小さくなると、開口効果を制限する回折のために、実際の光 源に対する光スループットならびに達成可能な解像度が制限される。したがって 、指向性またはコリメート方法を使用して、単一の視野深さ範囲にわたって十分 な性能を達成することが不可能になり、投写映像の品質に悪影響を及ぼす。 これらの難点のいくつかを克服する１つの装置は、投写映像の光路内に配置さ れた重ねられたダイクロイック平板ミラー・アセンブリを備えている（米国特許 第５１８４２３４号）。ダイクロイック・ミラー・アセンブリの層は、個々のＬ ＣＤパネルによって生成された赤、緑および青の映像を選択的に反射する。ミラ ー・アセンブリの個々のミラーは、ＬＣＤパネル間の間隔に対応するように離間 される。ダイクロイック・ミラー・アセンブリは、第１のダイクロイック・ミラ ー面が、ミラー・アセンブリから最も遠い液晶パネルによって変えられた光を反 射し、光ビームの残りを実質上そのまま通過させるように選択する。中央のダイ クロイック・ミラー面は、中央液晶ディスプレイ・パネルによって生成された映 像を反射し、少なくとも最も近いＬＣＤパネルに対応する映像光を通過させるよ うに選択する。最後の反射面は、すべてのスペクトル・エネルギーを反射するミ ラーである。ただし、最後のＬＣＤパネルによって形成された映像のみがこの面 に到達する。この装置は、結像レンズおよびスクリーンと関連して、ＬＣＤと像 面の間の光路長が等しく、したがって３つの映像を光学系によって像面上に同時 に結像できるカラー・プロジェクタを提供する。 上述の装置には、コンパクト小形ＡＭＬＣＤ減色ライトバルブを使用したもの など、ディスプレイ応用装置を必要とする多くの欠点がある。これらのライトバ ルブは、ますます高くなる５００〜２０００ｌｐｉ以上の密度に拡大しつつあり 、一辺に数千個のピクセルを有し、おそらく集積行および列駆動電子部品を組み 込んである。完全にコリメートされたバックライト装置を使用しない限り、従来 技術のダイクロイック・ミラー・アセンブリは発散ディスプレイ光路内の傾斜ス ラ ブの役目をする。光は、アセンブリの表面に当たると、異なる媒質のために反射 される。非点収差やコマなど光学収差がもたらされる。さらに、ミラーの重ねら れた性質のために、これらの収差の程度は波長への依存性が高い。このため、さ もなければよく訂正されたシステムの性能が著しく損ねられ、高解像度ディスプ レイが望まれる場合、または高い集光効率が必要な場合、投写光学系内に追加の 複雑さが必要になる。いくつかの望ましい構成では、この装置によってもたらさ れる新しい収差が、補償の対象である光路差とほとんど同様に、高解像度性能を 制限する。さらに、ミラー・アセンブリとＬＣＤパネルの適切な位置合わせを行 い、維持する必要があるために、装置に複雑さが追加される。 上述の従来技術の他の欠点は、ＬＣＤパネル間の側部オフセットが必要なこと である。したがって、口径食、すなわち関連する非重複領域における映像品質の 変化を最小限に抑えるために、各パネルの明るい、すなわち「透明な」領域を大 きくする必要がある。このような面積の増大は、映像品質およびディスプレイ・ パネル・サイズに影響を及ぼし、したがってコスト、収量、または他の考慮事項 をもたらす。例として、米国特許第５１８４２３４号に記載されている形状、お よび隣接するアクティブ層間で１．５ｍｍの理想的な分離を有する３つの同一の ＬＣＤマトリックス・パネルを仮定すると、追加の寸法は、第１のパネルと最後 のパネルの間の分離（厚さ）の二倍、すなわち６ｍｍになる。デバイス面積を物 理的に大きくする代わりに、より小さい有効ピクセル・サイズを有するアレイが 使用できるが、十分にコンパクトかつ高解像度のライトバルブでは、これは望ま しくない。これは、特に、標準のＩＣプロセスおよび設計規則を使用して製造さ れる小形アクティブ・マトリックス基板の場合にそうである。バス・ライン、薄 膜トランジスタ（ＴＦＴ）および集積行および列駆動電子部品などアクティブ要 素を基板上に組み込んだ場合、この追加の寸法は、非常に著しいサイズの増大、 ウエハ当たりのデバイスの数の減少、デバイス収量の減少、コストの増大、パッ ケージ・サイズの増大、あるいは必要なフォトリソグラフィ・システムのコスト および複雑さの増大を表す。 従来技術のプロジェクタの他の欠点は、エイリアシング、すなわち個々の重ね られた描画デバイスのピクセル・グリッド構造間の空間的干渉によって生じるモ アレ生成物が生じやすいことである。一般に、ピクセル数、密度、グレイスケー ル、コントラストおよび応答時間に関して、最大性能が必要な場合に望ましいア クティブ・マトリックスＬＣＤの場合、グリッド構造は、一般に不透明であり、 非常に大きい。モアレ生成物は、事実上、得られた映像層間のパララックスと同 じパララックス効果である。ただしこの場合は、比較できるグリッド構造が、す べての層内のすべての波長の光を減ずる。このため、従来技術の有効性が、指向 性の高い照明か、またはスーパー捻れネマチックを含む弱多重化ツイスト・ネマ チックＬＣＤなど、大きい不透明なグリッド構造のないデバイスに制限される。 発明の概要 したがって、本発明の目的は、高解像度の実像またはコリメート映像をもたら す液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）カラー・プロジェクタを提供することである。 本発明の他の目的は、アクティブ・マトリックス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣ Ｄ）、または減色配置内にマトリックスまたはグリッド構造を有する他の透過デ ィスプレイの使用を可能にすることである。 本発明の他の目的は、重ねられたスペクトル非重複映像ソース層を同時に結像 し、層間のパララックス効果を除去するコンパクトかつ安定なＬＣＤプロジェク タを提供することである。 本発明の他の目的は、所要の投写光学系の複雑さを最小にし、減色層のサイズ およびそれに伴うコストを最小にし、プロジェクタ・アセンブリに関する公差を 緩和し、安価な非コリメート照明源を効率的に使用することができる低コストＬ ＣＤカラー・プロジェクタを提供することである。 本発明の他の目的は、好ましくないモアレタイプ・エイリアシング生成物のな い減色マトリックス・アドレス式プロジェクタを提供することである。 上記その他の目的は、光源を複数の重ねられた液晶ディスプレイ・パネル、お よびカラー映像を実像としてスクリーン上に結像するかあるいは虚像を観測する ために映像をコリメートする光学系と組み合わせる本発明によって達成される。 ＬＣＤパネルから投写された光は、個々のピクセル部位を通過する間に変えられ て、カラー映像を形成する。パネルから出た変えられた光は、１つまたは複数の 重ねられたダイクロイック・ミラーによって反射される。映像は色に応じて反射 され、ミラーの位置は、重ねられたＬＣＤパネルの厚さを補償するように調節さ れる。光路は、投写光学系内で訂正すべき重ねたミラー内の光収差が最小になる ように配置される。これは、発散する映像光線の前の空気と屈折媒質の隔離傾斜 境界を除去することによって達成される。一実施態様では、反射ミラーは、大部 分が光学系の軸に垂直な入口面と出口面とを有する比較できる屈折媒質内に埋め 込まれる。他の実施態様では、１つまたは複数の収差タイプが抑制されるように 、ミラー・アセンブリを相補対の形で使用する。 重ねたグリッド構造から生じるエイリアシング、またはモアレ生成物は、角度 可変幾何学的干渉縞の周期性を制御し、かつ多数の縞を平坦にすることによって 除去される。これは、投写および観測光学系の集光角を、アクティブ層分離とラ イトバルブ・ピッチの比率と関連させ、指定された関係に従って減色層および光 学系を構成することによって行う。コリメート構成の場合、観測者の目の瞳孔に ついても検討する。 選択した実施形態は、組込み部品およびサブシステムの安定度、機能性および コストを改善する手段を提供する。 図面の簡単な説明 第１図は、カラー・プロジェクタの第１の実施形態の立体図である。 第２図は、ＬＣＤパネル・アセンブリの分解図である。 第３図は、カラー・プロジェクタの第１の実施形態の平面図である。 第４図は、モアレ生成物の発生源およびこれらの生成物を除去するための好ま しい実施形態の詳細である。 第５図は、本発明の第２の実施形態の平面図である。 第６図は、本発明の第３の実施形態の平面図である。 第７図は、本発明の第４の実施形態の平面図である。 第８図は、本発明の第５の実施形態の平面図である。 第９図は、本発明の第６の実施形態の平面図である。 第１０図は、本発明の第７の実施形態の平面図である。 第１１図は、本発明の第８の実施形態の平面図である。 第１２図は、本発明の第９の実施形態の平面図である。 第１３図は、本発明の第１０の実施形態の立体図である。 第１４図は、本発明の第１１の実施形態の平面図である。 好ましい実施形態の説明 第１図には、本明細書に記載のカラー・プロジェクタの一実施形態の立体図が 開示されている。本発明のすべての実施形態は、第１図に最も良く示されている いくつかの共通の部品を含む。プロジェクタ内には、照明ビームを生成するため に反射器（図示せず）を含む光源１０が含まれている。光源１０は、ＬＣＤアセ ンブリ１２に入射する白色光を放出する。ＬＣＤアセンブリ１２は、３つの別個 の液晶ディスプレイ・パネルを含む。各ディスプレイ・パネルは、光源１０から 放出された白色光から特定のスペクトル成分を選択的にフィルタする働きをする 。本明細書に記載の実施形態では、ＬＣＤパネルは、赤、緑および青の光をフィ ルタする働きをする。ただし、これは減色プロセスに関する制限の意味ではない 。第１図の実施形態では、ＬＣＤパネル・アセンブリはプリズム１４に接触して いる。プリズムは、明るい、既知の屈折率の材料から構成される。ＬＣＤパネル ・アセンブリからの光は、それ以上屈折せずにプリズムに入る。プリズム１４の ２つの辺に沿って、ＬＣＤパネルを透過した光を反射するダイクロイック・ミラ ー・アセンブリ１６がある。反射された光は、プリズムから出てプロジェクタ光 学系１８に入る。プロジェクタ光学系１８は、遠隔視野スクリーン上に映像を結 像する。光学系１８の集光角およびＬＣＤパネル層内の空間関係は、以下に詳細 に説明する空間および角度モアレ・パターンを平坦化するために調節される。第 １図に示される光学系１８は、従来の多重素子ディスプレイ・レンズの代表であ る。このタイプのレンズ装置は、当技術分野において周知である。 また、第１図には、ヘッドマウント・ディスプレイ応用装置において使用され るものなど、仮想映像ディスプレイの好ましい実施形態が示されている。レンズ が、表示される映像をほぼコリメートするように設計および配置されている場合 、映像のコリメーションは、スクリーンを無限遠またはその近くまたはその先に 配 置することに対応する（光線はわずかに拡がる）。その場合、投写ディスプレイ は、介在スクリーンなしに目によって直接観測できる。 ＬＣＤパネル・アセンブリ１２のより詳細な図を第２図に示す。このアセンブ リは、個々のＬＣＤパネル２４、２６および２８から構成される。カラー映像を 生成するために、このタイプのＬＣＤパネル・アセンブリでは、当技術分野にお いて通常減色と呼ばれるプロセスを使用する。各パネルは、特定の色用のカラー フィルタである。本明細書に記載の実施形態では、色は、赤、緑および青である が、他の組み合わせも考えられる。パネル内には、光の透過を制御する画素の高 密度マトリックスがある。パネル内の各画素は、特定の色を選択的に通過させ又 はフィルタ（吸収）する。本発明のこの実施形態では、黄セル２４が青色光を選 択的にフィルタし、シアン・セル２６が赤色光を選択的にフィルタし、マゼンダ ・セル２８が緑色光を選択的にフィルタする。各ＬＣＤパネル内の画素を操作す ることによって、所望の色の組み合わせが表示される。このタイプの減色の主要 な利点は、カラーフィルタ・アレイを組み込んだ加色法を使用する電子カラーフ ィルタに比較して、はるかに高いフルカラー映像が達成できることである。 本明細書に記載の実施形態によって扱われる主要な難題は、ディスプレイ・パ ネルの重ねた減色配置により高い映像品質性能を達成するために、パララックス 効果を克服することである。換言すれば、ＬＣＤパネルの空間分離では、表示さ れた映像が視線の関数になる。もちろん、指向性の高い光またはコリメート光を 使用する従来の投写方法の場合と同様に、単一の視線を選択することにってパラ ラックス効果を回避することができるが、これは、多くのシナリオにおいて、特 に分離と画素サイズの比率が大きくなるにつれて、実行できなくなる。一般に、 円錐の光線が好ましい。その利点は、実際の光源から集光効率が高くなる、高解 像度ディスプレイの場合に回折制限解像度が高くなる、所望の像面のところにな い構造が不鮮明になることである。さらに、ディスプレイを通過する光線の円錐 がディスプレイ内の位置の関数として、または一般に仮想映像ディスプレイを観 測する場合と同様に観測位置の関数として変化する。これらの状況では、パララ ックス効果を除去または補償する必要がある。 これらのパララックス効果はさらに克服することができる。１つのタイプのパ ララックス効果は、減色層内の別個の層が、それぞれそれ自体の波長帯域上で独 立して機能する場合に発生する。ディスプレイの所望の動作を表すこの例では、 得られた映像は独立しているが、位置が変化する。好ましい実施形態では、この タイプのパララックス効果は、主として２つの方法で除去される。第１の方法は 、ディスプレイ・パネルと次の投写光学系の間に光路長補償手段を組み込むこと である。本明細書に記載の第２の方法では、重ねた層形状内で複数の波長選択光 学系を使用する。本明細書に記載の発明では、空間オフセット・スペクトル選択 ミラーを使用して減色層の分離を補償することによって、これらの両方を達成す る。 第２のタイプのパララックス効果は、ディスプレイ・パネルが理想的でなく、 その変えられた波長において完全に独立でない場合に発生する。これは、変化機 構内のスペクトル重複またはクロストークのために、例えば減色ＬＣＤシステム 内の理想的でない偏光子のために発生する。他のスペクトル重複機構は、アクテ ィブ・マトリックス・デバイス用の行および列アドレス付け構造内で使用される ものなど、ＬＣＤパネル内に不透明構造が存在し、そのために周期的エイリアシ ングまたはモアレタイプ生成物が生じることである。これらは、空間および角度 モアレ・パターンが無くなるように、光学系１８の集光角およびＬＣＤパネル層 内の空間関係を規定することによって制御されるパララックス効果である。 本明細書に記載の実施形態は、高解像度能力およびコンパクトなサイズなど、 個々のディスプレイ・パネルの他の望ましい特性を維持しながら、これらのタイ プのパララックス効果の両方を除去する方法を提供する。 第３図には、第１の実施形態の平面図が示されている。この特定の図により、 カラー・プロジェクタの動作がよりよく理解できよう。上述のように、光は、光 源１０からＬＣＤアセンブリ１２へ透過し、次いでＬＣＤアセンブリ１２は光を フィルタして青、赤および緑の映像を形成する。一般に、第１の実施形態および 次の各実施形態では、発生した映像の各ピクセルは、第３図に示される光の円錐 と関連している。映像はすべて、光がプリズム１４に入る際に異なる光路長を有 する。プリズム１４内で、光はダイクロイック・ミラー・アセンブリ１６によっ て反射される。ダイクロイック・ミラー・アセンブリ１６は、異なる３つのミラ ー１９、２０、および２１から構成される。光路長を等しくし、それによりパラ ラックス効果を減じるするために、カラー映像スペクトルの異なる部分が種々の ミラーによって反射される。この実施形態では、黄セル２４においてフィルタさ れた光がミラー１９によって反射され、シアン・セル２６においてフィルタされ た光がミラー２０によって反射され、最後にマゼンダ・セル２８においてフィル タされた光がミラー２１によって反射される。ミラー１９、２０および２１は平 行であり、青、赤および緑の光について光路長訂正を行う適切な分離を有する。 光がプリズム１４から出て、光学系１８中を進行するまでに、３つの色の光はす ベて等しい光路長を有することになる。この第１の実施形態では、ミラーは、距 離ｄ／２√２のオフセットがある。ただし、ｄは、隣接するＬＣＤパネルのアク ティブ層間の間隔である。 プリズムをこのように使用すると、傾斜屈折ミラー層が存在するためにもたら される光収差が大幅に小さくなる。集束光線束または発散光線束の前で使用した 場合、そのような傾斜要素は非対称性をもたらし、非点収差やコマなど光学収差 が生じる。この光学収差は、特に要素の厚さに離散的な波長依存性がある場合、 後で除去することが困難である。プリズムを使用すると、球面収差や色収差など 他の効果が生じるが、屈折面上に傾斜がないために、これらの効果がより対称性 になり、次の光学系１８内ではるかに制御しやすくなる。この実施形態はプリズ ム１４と直接接触するセル２８を示すが、２つの要素間に空気間隙をつくること によって、比較できる性能が達成される。ただし、表面が平行で、結像層に対し て傾いていないことを条件とする。傾いていないとは、表面または境界の垂直軸 または対称軸に対応する方向が、反射面によってそれらの間の光路に沿って折り 曲げられた後、ディスプレイ・パネルに垂直であることを意味する。したがって 、光がプリズム１４から出るプリズム１４の表面も、ディスプレイ・パネルに対 して傾いていない。 ミラー・アセンブリ１６をプリズム１４に組み込むことによって屈折効果およ びそれに伴う解像度制限収差を除去することの他に、２つの反射器をこのように 使用すると、ＬＣＤパネル内の側部オフセットが不要になり、カラー・プロジェ クタのコンパクトさが高められる。これはまた、ＬＣＤパネルのサイズが小さく なり、したがって製造コストが下がるので望ましい。 また、第１の実施形態には、吸収カラーフィルタ手段１１９および１２０が示 されている。この実施形態におけるフィルタ手段１１９は黄色であり、青色光を 選択的に吸収し、赤色光および緑色光を通過させる。フィルタ手段１２０は赤色 光を吸収し、少なくとも緑色光を選択的に通過させる。これらの吸収フィルタが 含まれているため、波長選択ミラー１９、２０および２１に関する公差が大幅に 緩和される。完全なスペクトル純度、すなわち、反射帯域の完全反射率および非 反射帯域のゼロ反射率を必要とせずに、はるかにコストの低い性能が許容できる 。ミラー１９はまだ赤および緑に対して非常に低い反射率を有しているが、青に 対する反射率の若干の低下は容認できる。したがって、離散的または傾斜多層誘 電体ミラーの場合、層をはるかに少なくできる。あるいは、重クロム酸ゼラチン とともに構成されるものなど、共形体積ホログラフィ・ミラーを使用した場合、 回折効率が完全に満たないことがある。他のダイクロイック（波長選択）ミラー は、架橋したコレステリック液晶シリコンなど、複屈折コレステリック構造であ り、これも緩和した反射率要件から恩恵を受ける。吸収フィルタが含まれたミラ ー層についてさらに説明すると、赤反射ミラーでは、緑に対する屈折率が低い必 要があるが、赤の部分的反射のみが必要である。ミラー21では、緑帯域の部分的 反射のみが必要である。もちろん、システム・スループットは、そのような性能 が費用効率が高い場合、高反射率を維持することに依存する。 プリズム１４は、ガラス、アクリル、または他の同様の光学材料など、ＬＣＤ パネル基板の屈折率にもミラー基板の屈折率にも比較できる屈折率を有する媒体 を代表することが光学系の簡単さの観点ならびに位置合わせおよび安定度の観点 から好ましいが、第３図に示される構成は、介在する空間に空気が充填されてい る場合でも従来技術に勝る大きな利点を示す。ＬＣＤパネル内に（第６図に示さ れる構成と比較して）側部オフセットが不要である利点が残る。さらに、傾斜フ ィルタを使用することによってもたらされる光学収差の（すべてではないが）い くつかは、プリズム１４のない第３図に示される相補配置によって小さくなる。 より高いレベルのディスプレイ詳細および映像品質を得るためにＬＣＤパネル の解像度およびピクセル数が増大するので、何らかのタイプの不透明マトリック ス構造をパネルに組み込むのが普通である。これらのマトリックス構造は、一般 に重ねられたミラー光路長補償機構によって除去されない追加のグリッドパター ン映像変化を与える。これらの重ねられたグリッドは、劇的なモアレ生成物また はエイリアシング生成物を形成する。これらの縞は、一般に角度モアレ効果であ るが、比較的指向性の高い光では、多数のウィンドウ・スクリーンを通して観察 した場合に観測されるエイリアシングとまったく同様に、従来の空間モアレ・パ ターンと同じに見える。第４図に、これらの幾何学的生成物の発生源およびそれ を除去するための好ましい実施形態を示す。 第４図を参照すると、光源１０は、重ねられたＬＣＤパネルを照明する。図が 見やすいように、各パネルの不透明マトリックス構造のみ、それぞれマトリック ス１３０、１３１および１３２が示されている。ピクセル・ピッチ、ピクセル開 口および層分離は、この実施形態における例が見やすいように、３つのすべての パネル間で均一かつ等しいと見なすが、実際のシステムではこのような制約はな い。幾何学的角度縞は、縞１３８〜１４４として示されている。この３つのマト リックス構造の重ねられた層では、主要な縞ピーク１３８、１４０、１４２およ び１４４は、それぞれ１３３、１３５、１３７および１３９などの光線に対応す る。これらの縞ピークは３つの層すべてでピクセルのアクティブ開口を通過する 。中間のピーク１３９、１４１および１４３は、それそれ１３４、１３６および １３８などの光線に対応する。ただし、第１および第３のマトリックス構造内の 開口を通過するこれらの光線束は、マトリックス１３１によって部分的に侵され る。この説明は縞の発生源を代表するが、詳細は、ピクセル・ピッチ、開口パタ ーン、分離、側部変位、回転角などのパラメータおよびその他の形状ファクタに 大きく依存する。これらは、いくつかの構成について数値的にモデル化されてい る。 これらのピークは本来真に指向性であるので、今度は従来技術において使用さ れるコリメート照明の方法を容易に分析することができる。光をコリメートする ことによって、ディスプレイ領域全体にわたって単一の角度を選択する。したが って、モアレ縞振幅は、均一であり、例えばテレセントリック観測の場合、ピー ク１３８によって表される。前に指摘したこの方法の欠点には、投写映像解像度 の拡散制限、ならびにピーク１３９〜１４４および図に示されていない多数のピ ークを含む他のすべての縞寄与を廃棄することによって達成される低効率がある 。 本明細書に記載の発明の実施形態では、投写光学系１８の集光開口１４５は、多 数の縞を含むように大きくなっている。実際のアセンブリでは、光学系１８は、 一般に第４図に示されるよりも遠く離れた位置にあり、その開口１４５が、所望 の集光角が維持されるようにその距離と比例する。また、同じ縞がディスプレイ 上の各点から集められるように、集光角がパネル間で一定であるテレセントリッ ク形状またはその他の形状を何らかの方法で保持することも有利である。ただし 、これは、十分な縞が集積しており、角度開口ウィンドウをスライドさせること により集められた視覚的に容認できる光エネルギーの均一度が得られる場合には 不要である。第４図の例では、媒質中のモアレ縞の周期性は、約２ｐ／Ｄラジア ンである。ただし、ｐは、直線ピクセル・ピッチであり、Ｄは第１の層と最後の 層の間の分離である。ライト・バルブを離れた後の透過媒質が空気であるこの状 況では、これは、ライト・バルブ層媒質の屈折率によって、２ｎｐ／Ｄに拡大さ れる。最小集光角をこの角分離の２倍にし、かつ収量を開口内の４つの縞の程度 にすると、所用の最小開口数（ＮＡ）も約２ｎｐ／Ｄと計算できる。投写の倍率 が大きいと仮定すると、これは、１／（２^*ＮＡ）のｆ／数または約Ｄ／４ｎｐ に対応する。特定の例について、ｎ＝１．５、２００ｌｐｉ、および全分離０． ０６”を使用すると、ｆ／２または好ましくはより速い（より小さいｆ／数）の レンズの場合、最良のモアレ平坦化が得られる。１０００ｌｐｉおよび全分離０ ．０３０”では、ｆ／５またはより速いレンズが必要である。 このタイプのモアレ平坦化は、画定集光角が目の瞳孔になるらしいヘッド・マ ウント・タイプのディスプレイに適用できる。目の瞳孔が５ｍｍであり、例えば 集光光学系に対する焦点距離が５０ｍｍであると仮定すると、ｆ／１０観測形状 が得られる。したがって、比率Ｄ／ｐは、４ｎ^*１０＝６０またはそれ以上であ る必要がある。ＬＣＤパネルが１０００ｌｐｉの場合、式を反転させて、０．０ ６０”以上の全層間隔が得られ、本発明のモアレ平坦化目的が達成できる。 このシステムの性能をさらに高めることができるが、他のシステム分岐では、 縞の振幅を小さくすることによって行う。固定の開口サイズおよびピクセル・ピ ッチを仮定すると、一般に、パネルを互いに平行かまたは特定の方向にわずかに ずらすことによって、振幅を小さくすることができる。例えば、３枚重ねの層の まん中のパネルをわずかなピクセル・ピッチ（おそらく２５％）移動することが できる。そのようなずれは、縞振幅を小さくでき、他の点において容認できる。 第５図に、本発明の第２の実施形態を開示する。この実施形態では、第３図の 実施形態とその対称性が同じであり、プリズム１５は追加の辺を有し、折れ角は 現れた映像を別個の辺の外にもたらすように変更されている。ダイクロイック・ ミラー１７は、５つの辺のうちの２つにかかる。これは、例えば、映像ソース・ アセンブリが、例えば相互接続、集積ドライバまたはバックライト構造のために 、第３図に示される投写光路を暗くするのに十分に大きい場合、特に有利な反射 方法である。 第６図に、本発明の第３の実施形態を開示する。この実施形態では、ＬＣＤア センブリ３２は、第３図に示されるＬＣＤアセンブリ１２と異なって構成されて いる。ＬＣＤアセンブリ３２は、個々のパネルがミラー・アセンブリ３６によっ て反射された後、映像が適切に整合するように、互いにずれている。ＬＣＤアセ ンブリ３２は、プリズム３４の表面に平行であり、例えば直接接触し、アセンブ リ３２内でフィルタされた光は、それ以上の屈折を除去するような角度でプリズ ム３４に入る。次いで、光の赤、緑および青の成分がミラー・アセンブリ３６に よって反射される。ミラーの間隔はｄ／√２である。ただし、ｄは隣接する減色 層間の分離である。ミラーの反射は、光路長差を補償し、光は、傾斜境界によっ てそれ以上屈折せずにプリズム３４から出て、光学系１８に入り、表示される。 本発明のこの実施形態には、光学系１８に関してより簡単かつよりコンパクトな 形態が可能であので、以前のカラー・プロジェクタに勝る利点がある。わずかな 球面収差または色収差がもたらされるが、特に解像度および集光要件が大きい場 合、発散ビームにおける傾斜要素に関連するより面倒な色依存性非点収差および コマが回避される。さらに、ミラーをプリズムと一体化させることにより、ＬＣ Ｄパネルに対するミラー位置を正確に位置合わせし、維持する仕事が簡単化され る。ただし、ごくわずかな誤差があっても、大きな映像明度の問題が生じる。 第７図に、本発明の第４の実施形態を開示する。この実施形態では、映像を操 作するために、ビームスプリッタが光路内に配置されている。本発明の最も基本 的な形態では、光源１０は、光をフィルタして映像を形成するＬＣＤパネル・ア センブリ１２中に白色光を透過する。ビームスプリッタ５０において、映像光の 一部がミラー・アセンブリ５４の方向において反射される。前のミラー・アセン ブリの場合と同様に、それぞれ可視スペクトルの特定の部分を反射する３つのダ イクロイック・ミラーがある。ミラー・アセンブリ内のミラー間の分離は、ＬＣ Ｄパネル・アセンブリ１２内のパネルの厚さによって生じる光路長差を補償する 。次いで、ミラー・アセンブリ５４から反射された光は、再びビームスプリッタ ５０を通って光学系１８へ進む。記載のこの実施形態では、ＬＣＤパネル・アセ ンブリ１２内のパネル間にオフセットが不要であり、ミラー５４のただ１つの組 が非常にコンパクトなカラー・プロジェクタを提供する。 いくつかの追加の任意選択の要素を、第８図の第５の実施形態に示す。これを 、すでに第７図において識別されたものと組み合わせて使用して、図示の基本的 実施形態の性能を改善する。ビームスプリッタ５０は、ペリクル（膜）ビームス プリッタを使用して達成できるものなど、非常に薄いものとして示されているが 、より厚いビームスプリッタも使用できる。より厚いビームスプリッタに関連す る収差を回避するために、それを図示の任意選択のキューブ・プリズム３０１内 に埋め込む。重ねられた映像ソースが適切な偏光特性を有する場合、ビームスプ リッタ５０は、多層誘電体膜やコレステリック膜を使用して製造できるものなど 、偏光ビームスプリッタでよい。直線偏光ビームスプリッタの場合、実施形態の 透過効率を改善するために、四分の一波長板５２が組み込まれている。さらに、 ＬＣＤパネルを通過する一層多くの光を維持するために、第２のミラー層５８お よび任意選択の四分の一波長板５６を組み込むことによって、他の変形が得られ る。図示のように、任意選択の要素をすべて組み込むことによって、発生した映 像の偏光状態が不定の場合でも、さもなければビームスプリッタと関連する効率 損失がなくなる。 第９図に示すように、第４の実施形態をさらに改変して、ミラー・アセンブリ ５４など、光パワーを有するミラーを含む第６の実施形態を形成することができ る。ＬＣＤアセンブリ１２を透過した光の一部は、ビームスプリッタ４４によっ てミラー４５へ反射される。図示の実施形態では、ミラー４５は、スペクトル選 択性であり、各スペクトル成分ごとに映像をほぼコリメートまたは結像する。次 いで、反射光は、後で虚像としてまたはスクリーン上で観測するために、ビーム スプリッタ４４を部分的に透過する。あるいは、任意選択の補助投写レンズ１８ が他の投写手段になる。ビームスプリッタ４４上の選択したビームスプリッティ ング面は、映像ソースに最も近い側である。この配置は、コンパクト、軽量、側 部ＬＣＤ変位が不要であり、ビームスプリッタを透過した光が大きくコリメート され、実質上収束または発散しないので、埋込みプリズムがない場合でも傾斜ビ ームスプリッタに関する収差が実質上ない。さらに、この実施形態は、３つの等 しい光路長を有する１つの投写システムではなく、３つの別個の投写システムを 含んでいるので、従来技術から分離される。特別の湾曲ダイクロイック・ミラー 反射器アセンブリは、多層誘電体、共形体積ホログラムまたはコレステリック膜 など波長選択性反射器を使用して、その平坦な対に類似に構成されている。反射 器は比較できる曲率を有するものとして示されているが、本発明は、そのように 制限されない。同様に、図示されていない追加の光学要素を含む変形、またはビ ームスプリッタを含まないが、重ねられたダイクロイック湾曲ミラーを保持する 変形が可能である。 第１０図に示される本発明の第７の実施形態は、本発明がどのようにして薄い 平坦なミラー基板または高価なコーティング・プリズムを製造せずに実施できる かを示す。第５図と形態が同じであるこの例では、光源１０は、ＬＣＤパネル４ ３２を照明して、光路４０１、４０２および４０３を生成する。この実施形態で は、４０１、４０２および４０３の例がそれぞれ青、緑および赤に対する光路を 表すと考える。光線は、プリズム４０４に入り、図示のようにプリズム４０４に 光学的に結合された基板４０５へ透過する。４０５の反対側の面上のスペクトル 選択性ミラー４０６は、緑色光および赤色光は反射するが、青色光は透過する。 基板４０７は、基板４０５に光学的に結合され、鏡面４０８が４０６に対向する が、スペーサ４１５によって所定の距離だけ制御可能に離間する。間隙４０９は 、光学セメントまたは他の同様の材料で充填される。青色光は、ミラー４０８に よって反射され、４０６を通って戻る。赤、緑および青の光は、プリズム４０４ 中を進み、ミラー４１１および４１３を有しかつ基板４０５および４０７のアセ ンブリと同様にスペーサ４１６によって互いに結合された基板４１０および４１ ２ に入射する。スペーサ４１５および４１６は、一般に異なる厚さものである。こ の実施形態では、緑および青はミラー４１１によって反射され、赤は４１１によ って透過されるが、ミラー４１３によって反射される。次いで、結合した光線は プリズム４０４から出て、光学系１８によって結像される。 この実施形態は、ミラー分離がミラー厚さと無関係に制御できることを示す。 これは、特にミラー分離が小さい場合に非常に有利である。第３図における議論 の場合と同様に、ミラー要件は、離間結合領域４０９および４１４内に吸収手段 を組み込むことによってさらに緩和される。この実施形態では、プリズムおよび ミラー・アセンブリ内に非常に簡単かつ比較的安価な光学部品が使用できると同 時に、パララックス問題が効果的に除去され、減色ＬＣＤプロジェクタに関する 解像度能力が犠牲にならない。 第１１図に示される本発明の第８の実施形態では、軸外れ投写方法が実施され ている。光源１０は、ＬＣＤパネル・アセンブリ１２上に直接放射するのではな く、ある角度ずらしてセットされている。ＬＣＤアセンブリ１２によって生成さ れた映像は、ある角度で出て、ミラー・アセンブリ６０によって反射される。ミ ラー・アセンブリ６０は、ＬＣＤアセンブリ１２に平行にかつ光学系１８の軸に 垂直に位置合わせされる。ミラー・アセンブリ６０内のミラーの分離は、ＬＣＤ アセンブリ１２内に生じた光路長差を補償するようなものである。光は、ミラー ・アセンブリ６０によって反射され、次いで光学系１８を通って出て表示される 。この実施形態には、コンパクトさならびに重量制御の利点がある。さらに他の オプションとして、光学系１８の前の光路を埋め込むこともできる。 第９の実施形態を第１２図に示す。これは、ミラー層５０１が、３つの個々の スペクトル的に純粋であるが、部分的にのみ反射性のミラーから構成される極め てコンパクトなプロジェクタである。結像ミラー５０２は、すべてのディスプレ イ波長に対して一部が反射性であり、一部が透過性である。光源１０は、ＬＣＤ パネル層１２を照明する。１２からの光のある部分は、ミラー５０２を通過し、 ミラー・アセンブリ５０１に入射する。この光のある部分は、比較できるミラー 層の動作についての前の説明に一致して、ミラー層内の適切な層によって反射さ れる。ミラー位置は、反射された光線がミラー５０２に戻る前に、システム軸に 沿って光路長が等しくなるように調節される。反射に際して、５０２は、各色成 分ごとに映像光線をコリメートまたは結像する。このコリメートされた光のある 部分はミラー・アセンブリ５０１を通過し、直接観測されるか、または図示され ていない追加の光学系によって投写される。当業者に周知の、第１の通過に関し てすべて透過する光を除去する追加の手段も図示されていない。例は、軸外れ配 置または偏光制御要素を含む。 第１１図の実施形態の変形は、要素５０１の代わりに単一のビームスプリッタ を使用し、かつ要素５０２の代わりに、第８図に示されるミラー層形状と同じ湾 曲ミラー層を使用したシステムである。 重ねられたＬＣＤ映像ソースの出力を円偏光の形にできる場合、第１１図の実 施形態の他の変形が可能である。そうであれば、ミラー層内の３つのミラーは、 所与の波長範囲について円偏光の一方の旋回を反射し、他方の旋回ならびに指定 されたスペクトル帯域外の光を通過させる架橋したコレステリック液晶シリコン 材料から構成することが好ましい。この変形では、５０１に入射するすべての光 は、適切に反射され、要素５０２から戻った光は、５０２からの反射の際に旋回 が変化しているので通過する。この実施形態は、改善された透過を達成すると同 時に、パララックス効果を効果的に除去する。 第１３図に、本発明の第１０の実施形態を開示する。この実施形態では、形状 は同じであるが、光路を第１の反射方向に対して対角的に反射させる相補形ミラ ー層を追加することによって、従来技術の傾斜ミラー層の収差効果が部分的に補 償される。このようにして、第１の層によってもたらされる非点収差のほとんど が第２の層によって補償される。このような補償は、必要な補償の程度が色帯域 に依存するので、非常に効果的である。第１２図では、映像・ソース６３２から 出た１０からの光線は、第１のミラー層６０１によって選択的に反射される。そ れらは、次いで、ミラー層６０１に対する入射軸光線および反射軸光線を含む平 面がミラー層６０２に対する入射軸光線および反射軸光線を含む平面にほぼ垂直 になるように、形状が６０１と同じである第２のミラー層６０２によって反射さ れる。これは、プリズムがない場合の第３図に関して上述した変形と同じである 。ここで、異なる潜在的により効果的なレベルの収差補償が達成される。 第１４図に、本発明の第１１の実施形態を開示する。前述のいくつかの他の実 施形態の場合と同様に、ダイクロイック・ミラーは、大部分がディスプレイ・パ ネルおよび光学系の軸に対して傾斜していない入口面と出口面とを有する媒質内 に埋め込まれている。第１３図では、光源１０からの光は、重ねられたプレイ・ パネル３２を通過し、ダイクロイック・ミラー層７１６に入射する。７１６内の 各波長選択ミラーは、ピンと張ったペリクル膜など非常に薄く、それらの間の間 隙７１７および７１８は、７１６とパネル３２の間の材料、好ましくは空気と同 じ屈折率のものである。このようにして、ミラー基板の薄さは、発散する光線の 光路内で屈折非対称性を最小にする。前述のように、ダイクロイック・ペリクル ・ミラーの分離は、ディスプレイ・パネルの分離を補償するように調整される。 この場合、ミラー間の屈折率は、一般に、変化層間の屈折率ｎとまったく異なる ので、第１３図に示されるように４５度をなすミラー層内の隣接するミラー間の 分離は、約ｄ／ｎ√２である。ただし、ｄは、隣接するディスプレイ・パネル変 化層間の分離である。最適の性能を得るには、ペリクルは、それぞれの両面に色 消し反射を最小にする特別のコーティングを必要とする。この実施形態は、おそ らく少しも費用のかからない方法であるが、潜在的に非常に軽量かつ形状が非常 にコンパクトであると同時に、高解像度能力を維持している。 以上は、新規かつ明らかでない高解像度減色投写システムの説明である。本発 明の追加の変更および応用は、例えばスペクトル部品の数、順序および性質の変 更、他の減色ライト・バルブ技術の使用、または透明電極を有する重ねられたエ レクトロルミネセンス・ディスプレイなど層加色放出システムへの応用でさえも 識別可能である。出願者は、本発明を以上の説明に限定しないが、本発明を以下 の請求の範囲に規定する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年５月２９日 【補正内容】 補正請求の範囲 １．光生成手段と、 個々の画素が前記光生成手段によって生成された光を変化させて映像を形成す る、複数の重ねられた高解像度ディスプレイ・パネルと、 前記変化された光を受ける屈折面を有して変化された光を屈折させる屈折媒質 を含み、その屈折面のすべてが複数の重ねられたプレイ・パネルに対して実質上 傾斜しないように配置され、前記複数の重ねられた高解像度ディスプレイ・パネ ルから生じるパララックス生成物を補償する高解像度補償手段と、 変化された光を結像し、複合実像または複合虚像を形成する高解像度光結像手 段と を含むカラー投写システム。 ２．前記高解像度ディスプレイ・パネルが不透明マトリックス・アドレス構造を 含むことを特徴とする請求項１に記載のカラー投写システム。 ３．前記高解像度ディスプレイ・パネルがアクティブ・マトリックス液晶パネル であることを特徴とする請求項１に記載のカラー投写システム。 ４．各ディスプレイ・パネル間に側部オフセットがないことを特徴とする請求項 １に記載のカラー投写システム。 ５．前記高解像度補償手段が、それぞれ変化された光を特定のスペクトル帯域内 で反射する複数の重ねられたダイクロイック・ミラーをさらに含むことを特徴と する請求項１に記載のカラー投写システム。 ６．前記複数のダイクロイック・ミラーが透明プリズムに組み込まれることを特 徴とする請求項５に記載のカラー投写システム。 ７．複数のダイクロイック・ミラーが前記プリズムの２つの面に組み込まれるこ とを特徴とする請求項６に記載のカラー投写システム。 ８．プリズムが三角形であり、複数のダイクロイック・ミラーが、前記プリズム の片面内に組み込まれ、前記複数のディスプレイ・パネルからの光をほぼ９０度 反射することを特徴とする請求項６に記載のカラー投写システム。 ９．プリズムが三角形であり、前記複数のディスプレイ・パネルからの光をほぼ １８０度反射することを特徴とする請求項７に記載のカラー投写システム。 １０．前記各重ねられたプレイ・パネル間に側部オフセットがないことを特徴と する請求項７に記載のカラー投写システム。 １１．吸収カラーフィルタ手段がダイクロイック・ミラー間に挿入されることを 特徴とする請求項５に記載のカラー投写システム。 １２．前記高解像度補償手段が、 第１の複数のダイクロイック・ミラーと、 前記複数の重ねられた高解像度ディスプレイ・パネルから離れて配置され、前 記複数のディスプレイ・パネルと前記第１の複数のダイクロイック・ミラーの間 の光路に沿って変化された光の光路内にあるビームスプリッティング手段とから 構成され、 前記第１の複数のダイクロイック・ミラーが複数の重ねられたプレイ・パネル に対して実質上傾斜していないことを特徴とする請求項１に記載のカラー投写シ ステム。 １３．ビームスプリッティング手段が、変化された光の一部を、ディスプレイ・ パネルに対して９０度の角度をなす第１の複数のダイクロイック・ミラーに対し て９０度の角度に反射することを特徴とする請求項１２に記載のカラー投写シス テム。 １４．複数のダイクロイック・ミラーが湾曲して、変化された光の反射の間、光 パワーを供給することを特徴とする請求項１３に記載のカラー投写システム。 １５．第１の四分の一波長板がビームスプリッティング手段と第１の複数のダイ クロイック・ミラーの間に配置され、ビームスプリッティング手段が偏光ビーム スプリッティング手段であることを特徴とする請求項１１２に記載のカラー投写 システム。 １６．高解像度補償手段がさらに、 ビームスプリッティング手段と第１の複数のダイクロイック・ミラーの間に配 置された第１の四分の一波長板と、 前記ビームスプリッティング手段用の偏光手段と、 複数のディスプレイ・パネルに平行に配置され、ビームスプリッティング手段 および第１の複数のダイクロイック・ミラーから等しい距離にある第２の複数の ダイクロイック・ミラーと、 ビームスプリッティング手段と第２の複数のダイクロイック・ミラーの間に配 置された第２の四分の一波長板とから構成されることを特徴とする請求項１３に 記載のカラー投写システム。 １７．前記ビームスプリッティング手段がペリクル・ビームスプリッタであるこ とを特徴とする請求項１２に記載のカラー投写システム。 １８．複数のダイクロイック・ミラーが前記複数のディスプレイ・パネルに実質 上平行であり、前記高解像度光結像手段が前記複数のディスプレイ・パネルに実 質上垂直な対称軸を有し、したがって焦点軸に平行でない前記複数のディスプレ イ・パネルからの変化された光の一部のみが前記高解像度光結像手段によって集 光されることを特徴とする請求項５に記載のカラー投写システム。 １９．前記高解像度補償手段が、非コリメート光線が複数のディスプレイ・パネ ルを通過することによって生じる多数角度干渉縞を平坦化するのに十分大きい集 光角を含むことを特徴とする請求項１に記載のカラー投写システム。 ２０．集光角に対応する開口数が約２ｎｐ／Ｄまたはそれ以上であり、ただしｎ は、複数のディスプレイ・パネルの連続する対間の媒質の屈折率であり、ｐは、 各ディスプレイ・パネル内の隣接するピクセル間のミリメートル距離であり、Ｄ は、複数のディスプレイ・パネルのうちの任意の２つの間の最大ミリメートル距 離であることを特徴とする請求項１９に記載のカラー投写システム。 ２１．前記高解像度ディスプレイ・パネルが不透明マトリックス・アドレス構造 を含むことを特徴とする請求項１９に記載のカラー投写システム。 ２２．集光角が結像手段の焦点距離と観測者の目の瞳孔直径とによって規定され 、前記光結像手段が、目の瞳孔直径によって前記集光角を維持している間に観測 者の目の動きを可能にする追加の集光角をもたらすことを特徴とする請求項１９ に記載のカラー投写システム。 ２３．複数のディスプレイ・パネルのうちの１つまたは複数が他のディスプレイ ・パネルから横方向かまたは特定の方向にずれていることを特徴とする請求項１ ９に記載のカラー投写システム。 ２４．前記集光角の大きさおよび方向が各ディスプレイ・パネル上のすべての点 について一定であることを特徴とする請求項１９に記載のカラー投写システム。 ２５．前記高解像度補償手段が、 第１の複数のダイクロイック・ミラーと、 第１の複数のダイクロイック・ミラーによってもたらされる解像度制限効果を 補償できる第２の複数のダイクロイック・ミラーとから構成されることを特徴と する請求項１に記載のカラー投写システム。 ２６．ダイクロイック・ミラー間の分離がミラー厚さと無関係に制御されること を特徴とする請求項５に記載のカラー投写システム。 ２７．複数のダイクロイック・ミラーがそれぞれ特定のスペクトル帯域内で部分 的に透過性であり、前記結像手段が湾曲反射要素を含むことを特徴とする請求項 ５に記載のカラー投写システム。 ２８．複数のダイクロイック・ミラーがコレステリック円偏光ビームスプリッタ であることを特徴とする請求項２７に記載のカラー投写システム。 ２９．前記高解像度補償手段が、複数の非常に薄い重ねられたダイクロイック・ ペリクル・ミラーから構成され、隣接するダイクロイック・ミラー間の屈折率が 複数のダイクロイック・ミラーと前記複数のディスプレイ・パネルの間の屈折率 と同じであることを特徴とする請求項１に記載のカラー投写システム。 ３０．隣接するダイクロイック・ミラー間に空気があることを特徴とする請求項 ２９に記載のカラー投写システム。 ３１．光生成手段と、 前記光の光路内の個々の画素が前記光生成手段によって生成された光の強度を 変化させて映像を形成する、複数の重ねられた高解像度ディスプレイ・パネルと 、 それぞれ高解像度ディスプレイ・パネルの１つによって変化された光を選択的 に反射し結像して、前記複数の重ねられた高解像度ディスプレイ・パネルの複合 実像または複合虚像を形成する、複数の重ねられた湾曲ダイクロイック・ミラー と を含むカラー投写システム。

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｇ０３Ｂ 33/12 7617−2Ｈ Ｇ０３Ｂ 33/12 Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０ 7706−5Ｈ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０Ｚ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光生成手段と、 個々の画素が前記光生成手段によって生成された光を変化させて映像を形成す る、複数の重ねられた高解像度ディスプレイ・パネルと、 前記複数の重ねられた高解像度ディスプレイ・パネルから生じるパララックス 生成物を補償する高解像度補償手段と、 変化された光を結像し、複合実像または複合虚像を形成する高解像度光結像手 段とを含むカラー投写システム。 ２．前記高解像度ディスプレイ・パネルが不透明マトリックス・アドレス構造を 含むことを特徴とする請求項１に記載のカラー投写システム。 ３．前記高解像度ディスプレイ・パネルがアクティブ・マトリックス液晶パネル であることを特徴とする請求項１に記載のカラー投写システム。 ４．各ディスプレイ・パネル間に側部オフセットがないことを特徴とする請求項 １に記載のカラー投写システム。 ５．高解像度補償手段が、空気と屈折媒質の間に屈折境界を含み、前記屈折境界 のすべてが複数の重ねられたプレイ・パネルに対して実質上傾斜していないこと を特徴とする請求項１に記載のカラー投写システム。 ６．前記高解像度補償手段が、それぞれ変化された光を特定のスペクトル帯域内 で反射する複数の重ねられたダイクロイック・ミラーをさらに含むことを特徴と する請求項５に記載のカラー投写システム。 ７．前記複数のダイクロイック・ミラーが透明プリズムに組み込まれることを特 徴とする請求項６に記載のカラー投写システム。 ８．複数のダイクロイック・ミラーが前記プリズムの２つの面に組み込まれるこ とを特徴とする請求項７に記載のカラー投写システム。 ９．プリズムが三角形であり、複数のダイクロイック・ミラーが、前記プリズム の片面内に組み込まれ、前記複数のディスプレイ・パネルからの光をほぼ９０度 反射することを特徴とする請求項７に記載のカラー投写システム。 １０．プリズムが三角形であり、前記複数のディスプレイ・パネルからの光をほ ぼ１８０度反射することを特徴とする請求項８に記載のカラー投写システム。 １１．前記各重ねられたプレイ・パネル間に側部オフセットがないことを特徴と する請求項８に記載のカラー投写システム。 １２．吸収カラーフィルタ手段がダイクロイック・ミラー間に挿入されることを 特徴とする請求項６に記載のカラー投写システム。 １３．前記高解像度補償手段が、 第１の複数のダイクロイック・ミラーと、 前記複数の重ねられた高解像度ディスプレイ・パネルから離れて配置され、前 記複数のディスプレイ・パネルと前記第１の複数のダイクロイック・ミラーの間 の光路に沿って変化された光の光路内にあるビームスプリッティング手段とから 構成され、 前記第１の複数のダイクロイック・ミラーが複数の重ねられたプレイ・パネル に対して実質上傾斜していないことを特徴とする請求項１に記載のカラー投写シ ステム。 １４．ビームスプリッティング手段が、変化された光の一部を、ディスプレイ・ パネルに対して９０度の角度をなす第１の複数のダイクロイック・ミラーに対し て９０度の角度に反射することを特徴とする請求項１３に記載のカラー投写シス テム。 １５．複数のダイクロイック・ミラーが湾曲して、変化された光の反射の間、光 パワーを供給することを特徴とする請求項１４に記載のカラー投写システム。 １６．第１の四分の一波長板がビームスプリッティング手段と第１の複数のダイ クロイック・ミラーの間に配置され、ビームスプリッティング手段が偏光ビーム スプリッティング手段であることを特徴とする請求項１３に記載のカラー投写シ ステム。 １７．高解像度補償手段がさらに、 ビームスプリッティング手段と第１の複数のダイクロイック・ミラーの間に配 置された第１の四分の一波長板と、 前記ビームスプリッティング手段用の偏光手段と、 複数のディスプレイ・パネルに平行に配置され、ビームスプリッティング手段 および第１の複数のダイクロイック・ミラーから等しい距離にある第２の複数の ダイクロイック・ミラーと、 ビームスプリッティング手段と第２の複数のダイクロイック・ミラーの間に配 置された第２の四分の一波長板とから構成されることを特徴とする請求項１４に 記載のカラー投写システム。 １８．前記ビームスプリッティング手段がペリクル・ビームスプリッタであるこ とを特徴とする請求項１３に記載のカラー投写システム。 １９．複数のダイクロイック・ミラーが前記複数のディスプレイ・パネルに実質 上平行であり、前記高解像度光結像手段が前記複数のディスプレイ・パネルに実 質上垂直な対称軸を有し、したがって焦点軸に平行でない前記複数のディスプレ イ・パネルからの変化された光の一部のみが前記高解像度光結像手段によって集 光されることを特徴とする請求項６に記載のカラー投写システム。 ２０．前記高解像度補償手段が、非コリメート光線が複数のディスプレイ・パネ ルを通過することによって生じる多数角度干渉縞を平坦化するのに十分大きい集 光角を含むことを特徴とする請求項１に記載のカラー投写システム。 ２１．集光角に対応する開口数が約２ｎｐ／Ｄまたはそれ以上であり、ただしｎ は、複数のディスプレイ・パネルの連続する対間の媒質の屈折率であり、ｐは、 各ディスプレイ・パネル内の隣接するピクセル間のミリメートル距離であり、Ｄ は、複数のディスプレイ・パネルのうちの任意の２つの間の最大ミリメートル距 離であることを特徴とする請求項２０に記載のカラー投写システム。 ２２．前記高解像度ディスプレイ・パネルが不透明マトリックス・アドレス構造 を含むことを特徴とする請求項２０に記載のカラー投写システム。 ２３．集光角が結像手段の焦点距離と観測者の目の瞳孔直径とによって規定され 、前記光結像手段が、目の瞳孔直径によって前記集光角を維持している間に観測 者の目の動きを可能にする追加の集光角をもたらすことを特徴とする請求項２０ に記載のカラー投写システム。 ２４．複数のディスプレイ・パネルのうちの１つまたは複数が他のディスプレイ ・パネルから横方向かまたは特定の方向にずれていることを特徴とする請求項２ ０に記載のカラー投写システム。 ２５．前記集光角の大きさおよび方向が各ディスプレイ・パネル上のすべての点 について一定であることを特徴とする請求項２０に記載のカラー投写システム。 ２６．前記高解像度補償手段が、 第１の複数のダイクロイック・ミラーと、 第１の複数のダイクロイック・ミラーによってもたらされる解像度制限効果を 補償できる第２の複数のダイクロイック・ミラーとから構成されることを特徴と する請求項１に記載のカラー投写システム。 ２７．ダイクロイック・ミラー間の分離がミラー厚さと無関係に制御されること を特徴とする請求項６に記載のカラー投写システム。 ２８．複数のダイクロイック・ミラーがそれぞれ特定のスペクトル帯域内で部分 的に透過性であり、前記結像手段が湾曲反射要素を含むことを特徴とする請求項 ６に記載のカラー投写システム。 ２９．複数のダイクロイック・ミラーがコレステリック円偏光ビームスプリッタ であることを特徴とする請求項２８に記載のカラー投写システム。 ３０．前記高解像度補償手段が、複数の非常に薄い重ねられたダイクロイック・ ペリクル・ミラーから構成され、隣接するダイクロイック・ミラー間の屈折率が 複数のダイクロイック・ミラーと前記複数のディスプレイ・パネルの間の屈折率 と同じであることを特徴とする請求項１に記載のカラー投写システム。 ３１．隣接するダイクロイック・ミラー間に空気があることを特徴とする請求項 ３０に記載のカラー投写システム。 ３２．光生成手段と、 前記光の光路内の個々の画素が前記光生成手段によって生成された光の強度を 変調して映像を形成する、複数の重ねられた高解像度ディスプレイ・パネルと、 それぞれ高解像度ディスプレイ・パネルの１つによって変化された光を選択的 に反射し結像して、前記複数の重ねられた高解像度ディスプレイ・パネルの複合 実像または複合虚像を形成する、複数の重ねられた湾曲ダイクロイック・ミラー とを含むカラー投写システム。