JPS63132215A - 複数光束を単一光束にする投写方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、投写式カラーＴＶ、２台以上のスライド、映
画等の映写機で、あるいはそれらの組合せでスクリーン
上に合成画面を投写する場合などに有用な複数光線の合
成システムに関するものである。

［従来の技術］ 現在、使用されている投写式カラーＴＶの大部分はＲ（
レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の３本のＣＲ
Ｔ　（ブラウン管）を横一列に並べて、各ＣＲＴ画面を
レンズで投写してスクリーン上で画像を合成する形式（
ここでは、３管３ビ一ム方式と名付ける）を採用してい
る。

第９図はそのような３管３ビ一ム方式の概略構成図を示
したもので、１００，１０１．１０２はそれぞれＢ、Ｇ
、ＨのＣＲＴ、１０３，１０４゜１０５はそれぞれ投写
レンズ、１０６はスクリーンである。

この方式の利点は、 ■単色ＣＲＴを光源とするので、カラーＣＲＴの場合の
ようなシャドーマスクによるエネルギー損失がない。

■投写系の途中での光量損失がほとんどない。

点にあり、各種の投影装置に３管３ビ一ム方式が多用さ
れているのが実状である。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記３管３ビ一ム方式においても以下の
ような問題点がある。

■ＲＧＢの各光源の角度差によるカラーバランス保持の
困難性 ３管３ビ一ム方式はスクリーン上の各点に対し、Ｒ，Ｇ
、Ｂの３色が別々の角度から照射される構成がとられ、
多くはＧを中央にしてＲとＢはそれぞれかなりの角度差
をもってスクリーンに入ｍしてくる。その角度差はスク
リーンの中心点ではＧとＲ（第９図においてｆｌＪｌ）
、ＧとＢ（第９図においてθ２）ともに８度前後の場合
が多い。

また、スクリーン１０６の中心から離れるに従ってＧと
Ｒ，ＧとＢのそれぞれなす角度には差が生じる。

このため、スクリーン１０６上の画像を観察する位置に
よって、また、スクリーン１０６上の場所によって色調
に変化を生じやすい、つまり、カラーバランスの保持が
難かしい０例えば、純白の画面をスクリーン上に写して
検査すると、見る位置によって全面が純白ではなく紫色
の場所が生じたり、赤や青系統の色が画面の一部または
全面に生じたりすることが起こる。また、白に限らず、
通常の動画を写しても上記の色のかぶった画面となって
しまう問題点がある。

■スクリーンの外光吸収層の占める率の低下入射角の異
なるＲ、Ｇ、Ｂの３色の光の出射路を確保するには、Ｇ
色だけの場合に比べ、レンチキュラーレンズの断面構造
の設計への制約が大きくなり、縞状の外光吸収層の形成
できるスペースが減少する問題点がある。

以上の問題点を有する３管３ビ一ム方式とは別に、グイ
クロイックミラーやハーフミラ−を使う方式も提案され
ているが、本質的に大きな光量ロスを伴なう欠点があり
、実用例は少ない、ダイクロイックミラ一方式等の公知
文献としては、ｒＤｅｖｓｒｏｐｍｅｎｔ　ＰｌａＳｔ
ｉｃ　０ｐｔｉｃＳｆｏｒ　Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ丁ｅ
ｌｅｖｉｓｉａｎ　　ＳｙｇｔｅｍｓＪ（Ｒｏｇｅｒ　
　Ｌ、Ｈｏｗ　　ａｎｄ　　Ｂｒ１ａｎ　　Ｈ，ｗｅｌ
ｈａｍ　　：ＩＥＥＥ　　Ｃｈｉｃ−ａｇａ　　Ｆａｌ
ｌ　　Ｃｏｎｆｅｒｅｒ＋ｃｅ　　ｏｎ　　Ｃｏｎｓｕ
ｍｅｒ　　ＥｒｅｃｔｒｏｎｉｃｓＰａｇｅ３．Ｐａｇ
ｅ７　　、Ｎｏｖｅ＋５ｂｅｒ　　１３　．１９７３）
等がある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、大きな
光量ロスを生じることなく、複数光源からの光をスクリ
ーンに対し同じ入射角で照射することのできる複数光束
を中−光束にする投写方式を提供することにある。

以上のような目的は、片面が多数のリニアプリズム列、
他面が平面で構成されるリニアプリズム板の片方の面へ
相異なる斜めの２方向から別々の平行光束を入射させて
、他方の面から前記２つの光束を同一方向に単一光束と
して出射させるように設定したすくなくとも１つの光学
系を有することを特徴とする複数光束を単一光束にする
投写方式により達成される。

［作用］ 上記のような複数光束を単一光束にする投写方式によれ
ば、 複数の光源からの光束をプリズムによって同じ方向に合
成してから単一光束で出射するために、本質的に大きな
光量ロスを生じることなく、複数光源からの光束をスク
リーンに対して同じ入射角で照射することができる。こ
のため、 ■プロジェクタ１フ式のカラーＴＶにおいてはカラーユ
ニフォーミティ（−視点からみたときの画面内での色調
の均等性）、カラーシフト（視点を移動したときの色調
の変化）などのカラーバランス上の問題が生じない。

■透過型映写スクリーンにおいては外光吸収層の占める
率の高度化が容易に達成できる。

等の利点が得られる。

また、本発明の方式によれば、光源の数を４゜５、・・
・・・・・・・・・・、ｎというように増加することも
可能で、Ｒ，Ｇ、Ｂの光源以外にも動画をスクリーン背
景に合成するなど広範囲の応用が可能になる。

〔実施例］ 以下、本発明の複数光束を単一光束にする投写方式につ
いて具体的な実施例に基づき詳細に説明する。

第１図は本発明の複数光束を単一光束にする投写方式の
基本原理を説明するための図であり、本発明に係るリニ
アプリズム板の一部分を拡大した図である。

同図において、１はリニアプリズム板を構成する素材を
示しており、ここでは透明メタクリル樹脂を用いている
。２はリニアプリズムであり、厚さ２ｍｍ　Ｘ２００ｍ
ｍ　Ｘ２００ｍｍの透明メタクリル樹脂板３の片面に第
１図のような断面のリニアプリズム状の溝を単結晶ダイ
ヤモンドバイトを用いて鏡面切削加工して形成したもの
である。なお、図においてはピッチＰ＝０．２ｍｍで、
先端角４８°の２等辺三角形状断面のリニアプリズムが
示しである。

リニアプリズム２をもつリニアプリズム板３について簡
単に光路追跡してみると、メタクリル樹脂の屈折率は約
１．４９　　だから、第１図で平面側に４５°の斜方向
から入射した光は、 の計算からメタクリル樹脂板内では入射平面に対し約２
８，３°の傾斜角で入ってゆくことがわかる。

次にプリズム面への入射角は、 ８０°−２８，３°−２４°＝　３７．７゜であるから
該プリズム面からの出射角は、ｓｉｎ　　−ｌ　　（１
，４９Ｘ５ｉｎ　３７．７°）＝６６゜となる、つまり
、前記リニアプリズム板３に対し垂直方向に出射してい
くことがわかる。この光線と逆に４５°斜方向から入射
した光についても同様にして別のプリズム面から垂直方
向に出射することがわかる。

その様子を第２図に示した。

なお、第１図、第２図は、光源からの光が入射する面が
リニアプリズム板３の平面側であり、その入射角が４５
°の場合を示したが、本発明の複数光束を単一光束にす
る投写方式は、光源からの光が入射する面がプリズム側
である場合や、さらに２つの光束の入射角がリニアプリ
ズム板３に対し４５°の方向になくても構成できる。さ
らに、合成された出射光の方向もリニアプリズムに対し
垂直方向に限定する必要はなく、求められる方向に設定
することができる。

第３図は本発明において、光源からの光が入射する面が
プリズム側である場合の構成の一例を示した図である。

本構成においてはリニアプリズム板３のリニアプリズム
２は断面形状が正三角形である。そのプリズムにそれぞ
れ垂直面９から６０°をなす２千行光束１０．１１を入
射すると合成出射光１２は前記垂直面９に平行に出射す
る。

本発明の複数光束を単一光束にする投写方式の設計は、
主にリニアプリズムの両側面の傾斜角、プリズム素材の
屈折率、２つの平行光束の入射角度を所定の条件で関係
づけることにより行なわれ、厳密には各光源の波長に応
じた素材の屈折率を用いることの要否等も考慮に入れて
行なわれる。

第４図に簡単な場合の計算の一例として、２つの平行光
束がリニアプリズム板の平面側に入射し、その合成光が
リニアプリズム板に対し垂直に出射する構成の光学系の
関係を求める。

第４図において、リニアプリズム面が入射側平面となす
角をＡ、素材の屈折率をｎ、平面側に入射する平行光の
入射角をα１とすると、第１面（平面）での屈折率角φ
ｌは −−１５ｉｎａｌ φ１＝ｓｌｎ　　　　（） であり、このφ！により、Ａとφ１の関係は、＝ｔａｎ
　−、（ｓｉｎ　＄１−一） ｃｏｇφｌ　−Ｌ　／　ｎ で与えられる。

なお、このような本発明の構成はメタクリル樹脂板に限
らず、他の透明プラッチックや、ガラスなどの別素材の
場合についても、同じ考え方で屈折率に応じてそれにふ
されしいプリズム角を設定すれば上記と同様の作用をさ
せることができる。

次に、上記したメタクリル製リニアプリズムと同じ構成
のリニアプリズム板で外形寸法だけ異なるもの数枚用意
し、実際にＲ，Ｇ、８３本のＣＲＴからの光を合成した
具体例を実施例１および。

実施例２で説明する。

（実施例１） 第５図はリニアプリズム板を３枚使い、レンズは１個と
いう３管ｌビ一ム方式のプロッジェクシ１ンカラーＴＶ
を示すａ＠構成図である。

同図において、３１，３２．３３はそれぞれ前記したよ
うな構成のリニアプリズム板、３４はサーキュラ−のフ
レネルレンズ、３５はシリンドリカル形式の７フオーカ
ルレンズ、３６は投写レンズ、３７は投影スクリーン、
３８はＲ光源、３９はＧ光源、４０はＢ光源、４１，４
２．４３はそれぞれＲ光源３８．Ｇ光源３９．Ｂ光源４
０のリレーレンズである。

本実施例の構成においては、リニアプリズム板３１に対
してそれぞれ４５ｃ′の角度からＧとＢのＣＲＴから出
た光線がそれぞれリレーレンズ４２゜４３を通して平行
光束化されて、相異なる４５°の斜方向からリニアプリ
ズム板３１に入射し、該リニアプリズム板３を垂直方向
に出射してゆく。

３枚のリニアプリズム板３１，３２．３３ｅｌＮのよう
に２等辺三角形状に配鐙しておくと、リニアプリズム板
３１から垂直方向に出射したＧとＢの合成光線はリニア
プリズム板３３に対し４５°の斜方向から入射すること
になり、該リニアプリズム板３３を垂直方向に出射する
ことになる。

同様にしてＲのＣＲＴから出た光線はり１／−レンズ４
１によって平行光束化され、リニアプリズム板３２を経
てリニアプリズム板３３に４５°の斜方向から入射し、
該リニアプリズム板３３と垂直方向に出射するので、最
終的にはＲ，Ｇ、Ｂが同一方向に揃い単一光束として出
射することになる。ただし、この場合、各光線はリニア
プリズム板を通って光路が４５°曲げられる毎に画面が
横方向に ｆｆ倍に引き伸ばされ、全光線とも２回ずつリニアプリ
ズム板を通過するので、結局 ｒＴｘｒ′Ｔ＝２倍の横長の画面になってしまう。

そこで、シリンドリカル形式の７フオーカルレンズ３４
．３５を用いて横方向だけ画面を１／２に圧縮して元の
ＣＲＴと同じ縦横比率に修正し、投写レンズ３６により
スクリーン３７上に画像を投写するようにしている。な
お、図では凸のシリンドリカルレンズはリニアフレネル
レンズを用いているが、通常の円筒状レンズであっても
かまわない。

各リレーレンズ４１，４２．４３は凸レンズであって、
その焦点位置にＣＲＴの画面を位置させることにより平
行光としてリニアプリズム板３１．３２へ光を導くもの
であって、焦点距＃／口径つまり、Ｆナンバーが小さい
ほど明るい画像を得ることができる。また、リレーレン
ズとＣＲＴの間の空間を液体で満たす、いわゆるリクイ
ラドカブリングにすれば、フレアの少ない鮮明な画像が
得られる。

さらに、各レンズ、プリズム板ともフッ化マグネシウム
などによる反射防止膜を施せば、一層明るさの向上と、
フレアの防止に有効である。また、リニアプリズム板３
２のもうひとつの４５°方向からスライドやムービーな
どの別の映像を送ってＴＶと合成することも回部である
。

（実施例２） 第６図は、リニアプリズム板を２枚（図において５０．
５１で示す）だけ使う方式のプロジェクションＴＶの概
略構成図である。なお、第６図において第５図と略同じ
部材には同一番号が付しである。

ＣＲＴは電気的操作により、画面を横に圧縮したり、伸
ばしたりすることが回走であるり、これはコンバーゼン
ス調整と呼ばれている。この原理を利用して実施例１よ
りも光学系を簡素化したのがこの方式である。

第６図に示すように、まずリニアプリズム板５０によっ
てＧとＲを実施例１と同様の方法で合成出射させ、リニ
アプリズム板５１に対し、４５°方向から入射させ、該
リニアプリズム板５１から垂直方向に出射させるように
する。

次にリニアプリズム板５１の別の４５°の斜方向からは
、ＢのＣＲＴからの光をリレーレンズ４３を介して直接
入射させることにより、Ｒ，Ｇ、Ｂ３色を合成して投写
レンズ３６へ導きスクリーン３７上に画像を得る方式で
ある。

ここで、ＧとＲの光線は２回リニアプリズム板を通るの
で、あらかじめＣＲＴ上の画像を電気的走査で横方向に
１／２に、また、Ｂの光線は１回だけリニアプリズム板
を通るので、横方向に１／Ｔ７に圧縮したコンバーゼン
ス調整をあらがじめ行なっておくことにより第５図と同
様の効果を得ることができる。

第７図は横：縦の比率が４：３の画面において前記Ｒ，
Ｇ、Ｈの各コンバーゼンス調整を模式的に示した図であ
り、第７図（ａ）はＲとＧのコンバーゼンス調整を示し
、第７図（ｂ）はＢのコンバーゼンス調整を示している
。

また、本方法によれば、Ｂからの光束は１回しかリニア
プリズム板を通過しないので、蛍光体の発光エネルギー
がＧやＨに比べ、出しずらいＢのＣＲＴにとっては好都
合で、全体の明るさの確保が容易となる利点もある。

第８図は第６図の方式をはじめにプリズム側に光束を入
射する構成で実現した概略構成図で、６ＯはＧとＲから
の光束を合成するリニアプリズム板、６１はＧとＲの合
成光束と、Ｂからの光束を合成するリニアプリズム板で
ある。なお、第８図においても第５図と略同じ部材には
同一番号が付しである。

本発明は前記実施例に限らず種々の変形、応用が可能で
ある。

例えば、前記実施例では、光源をＲ，Ｇ、ＢのＣＲＴに
限って説明したが、リニアプリズム板の数が増すに従っ
て合成できる光束の数が増えるので、各種の投影装置に
応用することができる。

例えば、光源の数を６個にすれば、２組のＲｌＧ、Ｂ　
　光源を用いることができ、６管１ビ一ム方式で大きい
スクリーンにも十分な明るさが得られるようにすること
ができる。

［発明の効果］ 以上、説明した様に本発明の複数光束を単一光束にする
投写方式によれば、 複数の光源からの光束奄同じ方向に合成してから出射す
るために、本質的に大きな光量ロスを生じることなく、
複数光源からの光束をスクリーンに対して同じ入射角で
照射することができる。このため、 ■プロジェノ９１フ式のカラーＴＶにおいてはカラーユ
ニフォーミティ、カラーシフトなどのカラーバランス上
の問題が生じない。

■透過型映写スクリーンにおいては外光吸収層の占める
率の高度化が容易に達成できる。

等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はそれぞれは本発明の複数光束を単一光
束にする投写方式の基本原理を説明するための図である
。 第３図は本発明において、光源からの光が入射する面が
プリズム側である場合の構成の一例を示した図である。 第４図は２つの平行光束がリニアプリズム板の平面側に
入射し、その合成光がリニアプリズム板に対し垂直に出
射する構成の光学系の関係を説明するための図である。 第５図はリニアプリズム板を３枚使い、レンズは１個と
いう３管１ビ一ム方式のブロジェクシ１ン、カラーＴＶ
を示す概略構成図である。 第６図は、リニアプリズム板を２枚だけ使う方式のプロ
ジェクションＴＶの概略構成図である。 第７図は第６図のプロジェクションＴＶのＲ，Ｇ、Ｂの
各コンバーゼンス調整を模式的に示した図である。 第８図は第６図の方式をプリズム側に光束を入射する構
成で実現した概略構成図である。 第９図は従来の３管３ビ一ム方式の概略構成図である。 １：リニアプリズムの素材 ２：リニアプリズム ３．３１，３２，３３゜ ５０．５１，６０，８１：リニアプリズム板３４：サー
キュウラーのフレネルレンズ３５ニアフオーカルレンズ ３６：投写レンズ ３７：投影スクリーン ３８：Ｒ光源（ＣＲＴ） ３９：Ｇ光源（ＣＲＴ） ４０：Ｂ光源（ＣＲＴ） ４１．４２，４３：リレーレンズ 代理人　　弁理士　　山　下　穣　平 第１図 第２図 第３図 第４図 第７図 （Ｃン （ｂ） 日ＣＦ？Ｔ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）片面が多数のリニアプリズム列、他面が平面で構
   成されるリニアプリズム板の片方の面へ相異なる斜めの
   ２方向から別々の平行光束を入射させて、他方の面から
   前記２つの光束を同一方向に単一光束として出射させる
   ように設定したすくなくとも１つの光学系を有すること
   を特徴とする複数光束を単一光束にする投写方式。
2. （２）前記片方の面がリニアプリズム板の平面側であり
   、前記他方の面が該リニアプリズム板のプリズム側であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複数光
   束を単一光束にする投写方式。
3. （３）前記片方の面がリニアプリズム板のプリズム側で
   あり、前記他方の面が該リニアプリズム板の平面側であ
   り、かつプリズムの全反射作用により前記２つの光束を
   同一方向に単一光束として出射させるように設定したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複数光束を
   単一光束にする投写方式。
4. （４）前記設定が前記リニアプリズムの両斜面の傾斜角
   、プリズム素材の屈折率、両光束の入射角度を所定の条
   件で関係づけることにより行なわれることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の複数光束を単一光束にする
   投写方式。
5. （５）前記２つの光束の前記リニアプリズム板の平面へ
   の入射角がそれぞれ４５°であり、前記２光束の合成光
   を上記リニアプリズム板と垂直方向に単一光束として出
   射させるように設定したことを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載の複数光束を単一光束にする投写方式。
6. （６）前記リニアプリズムの断面形状を正三角形とし、
   該リニアプリズム板に対し、それぞれ垂直面から６０°
   をなす相異なる２つの斜方向から２つの平行光束を前記
   リニアプリズムに入射させ、該リニアプリズム板の平面
   側から垂直方向に合成光を出射させることを特徴とする
   特許請求の範囲第３項記載の複数光束を単一光束にする
   投写方式。
7. （７）ｎ個（ｎ≧２：ｎは自然数）のリニアプリズム板
   を用いる系であって、第１のリニアプリズム板で合成し
   た平行光束を第２のリニアプリズム板に入射させる要領
   で、順々に光束を合成することにより、３個以上の光源
   から出射された光を同一方向に合成して単一光束として
   出射させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の複数光束を単一光束にする投写方式。
8. （８）２個のリニアプリズム板を用いる系であって、第
   １のリニアプリズム板で第１の光源と第２の光源からの
   光を合成した光束を第２のリニアプリズム板に入射させ
   るとともに、第２リニアプリズム板への他のひとつの入
   射光は第３の光源からの光を直接入射させることを特徴
   とする特許請求の範囲第７項記載の複数光束を単一光束
   にする投写方式。
9. （９）前記２つの光束を出射する光源がブラウン管であ
   り、前記２つの光束の合成によりできる画面の縦横の長
   さ比率調整を、電気的に走査線長さを伸縮させるコンバ
   ーゼンス調整方式を用いて行なうことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の複数光束を単一光束にする投写
   方式。
10. （１０）前記光束の合成によりできる画面の縦横の長さ
    比率調整を、シリンドリカルアフォーカルレンズによっ
    て行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
    複数光束を単一光束にする投写方式。
11. （１１）前記リニアプリズム板の入出射面のすくなくと
    も一方に反射防止膜を設けたことを特徴とする特許請求
    の範囲第１項記載の複数光束を単一光束にする投写方式
    。