JPH012489A - 光効率を向上したライトバルブ投影装置 - 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】 発明の背景 本発明は一般にシュリーレン暗視野型のライトバルブ投
影装置に関するものであり、更に詳しくは２つのライト
バルブを使った装置であって、そのうちの１つのライト
バルブが改良された光透過性スロット構成ををする入力
マスクを構成する光学瞳を持ち、対応する出力パルスと
協同して、入力マスクおよび出力マスク中の利用し得る
スロットを完全に利用する。

シュリーレン投写レンズを使ったライトバルブ投影装置
の一般的な原理と機構はたとえば米国特許第３．４３７
．７４６号に述べられている。このようなシステムは、
１つのライトバルブを利用するもので、粘性のある光変
調媒体の共通領域すなわち制御層ならびに共通の電子ビ
ームを使って、複数の同時に発生する電気信号に応答し
て光ビームの原色成分の点ごとの透過を同時に制御する
ための変形を制御層に生じさせて、カラー像を投影する
。

°　ライトバルブ投影装置では、フィルタを通った光が
、小レンズの配列で構成されたレンチキュラーレンズに
よって入力バープレートまたは入力マスクのスロットに
集束されて、入力マスクを通過する。電子ビームによっ
て制御層に書込まれた回折格子によって光線が回折され
たか否かに応じて、出力バープレートまたは出力マスク
は光線を阻止または通過させる。入力マスクと出力マス
クの構成は相補的である。すなわち、出力マスクの不透
明領域は入力マスクのスロット（すなわち透明領域）と
整合すると共に、出力マスクのスロットは入力マスクの
透明領域と整合する。入力マスクの構成に応じてカラー
フィルタープレートとレンチキュラーレンズの構成が規
定される。

１１１−ライトバルブ金色投影装置は代表的な変調光出
力が約１２００ルーメンであり、多くの用途に受入れる
ことができる。しかし、もっと高い光出力と解像度が要
求されるシミュレータφデイスプレィ、アリーナ・デイ
スプレィ、および幅が２０フイートを超える大観衆用ス
クリーンのようないくつかの用途がある。このような用
途に対しては２個のライトバルブを用いた多重ライトバ
ルブ（Ｍ　Ｌ　Ｖ）投影装置が使用される。ライトバル
ブのうち１つは緑色の光を作るために用いられ、別の１
つは赤と青の色（マゼンタ）を作るために用いられる。

このようなＭＬＶ投影装置は２０００ルーメンの光出力
に達することができるが、−貫した充分な余裕はない。

光源、二色性カラーおよび効率の変化、ライトバルブの
効率、ならびに走査速度によって、２０００ルーメンの
出力に達するか否かがきまる。このようなＭＬＶ投影装
置は米国特許第３．２８５．８１１号に述べられている
。

第１図には、青と赤の２色のライトバルブが示されてい
る。第１図を参照して簡単に述べると、入力マスク２０
のスロットは、「赤スロット」と呼ばれる水平方向に配
向されたスロットがプレートの中心に位置し、「青スロ
ット」と呼ばれる垂直方向に配向されたスロットが赤ス
ロットの上と下に位置するように配列される。前述した
ように、出力マスクは入力マスクに対して相補的である
。

すなわち、出力マスクの不透明なバーは入力マスク２０
のスロットと整合する。従来技術の入力マスク２０の拡
大図が第２図に示されている。説明のため、入力マスク
２０の一部を取り去ってレンチキュラーレンズ装置１６
および１８の小レンズすなわちレンチキュール１９の配
列を示している。

この形式の入力マスクでは、水平スロット２２が小レン
ズの列とそれぞれ整合し、隣り合うスロット２２は不透
明なバー２４によって隔てられている。

第２図に示される構成、すなわち５つの水平スロット２
２が入力マスク２０の第１の領域すなわち中心部分を占
め、かつ不透明なバー３２によって隔てられた７つの垂
直スロット３０が中心部分より上の部分と下の部分より
なる第２の領域に配置されるという構成は、最高の光出
力ではなくて可能な最高の解像度を得るための妥協的設
計である。水平スロット２２および垂直スロット３０は
小レンズの頂点に１つずつ対応するように配置され、ス
ロットの幾何学的透過率は２５％である。

すなわち、入力スロットは小レンズの中心から中心まで
め間隔の２５％を占める。５２５本の走査速度の場合、
水平スロット２２に対するピーク瞬時変調光効率は２８
．４３９６（第２次、第２次および第３次の光線の利用
を含む）であるが、１０２３本の走査速度の場合、ピー
ク効率は２２．８６％に下ることがわかった。これは、
２次光線の利用に対応する回折角も出力バー（またはそ
れと１対１の関係にある入力スロット）の角度間隔に対
応し、２次光線が完全に阻止されるからである。

発明の要約 ライトバルブ投影装置は、入力マスクとそれに対して相
補的な出力マスクを有するシュリーレン暗視野型の２色
ライトバルブを含む。２色ライトバルブは光学瞳を有し
、光学瞳は第１および第２の方向に配列された複数の小
レンズで構成された小レンズのアレーを含んでいる。入
力マスクの第１の領域には第１の方向に伸びるスロット
が設けられ、また第２の領域には第２の方向に伸びるス
ロットが設けられている。各領域のスロットは不透明な
バーによって隔てられている。光フィルタ手段が設けら
れ、上記第１の領域のスロットに第１の色を通し、上記
第２の領域のスロットに第２の色を通す。入力マスクは
、第１の領域のスロットを、第１の方向に配列された小
レンズに対して非対称に配置することによって従来の入
力マスクに比べて改良される。この改良の効果は第１の
色の光出力が大幅に大きくなることである。

好適実施例の説明 カラーデイスプレィを作るための多重ライトバルブ（Ｍ
ＬＶ）投影装置はシュリーレン暗視野型の２個の別々の
ライトバルブを含む。一方のライトバルブは第１の原色
（たとえば緑）を発生し、他方のライトバルブは２色（
たとえば赤と青）を発生する。再び第１図および第２図
を参照すると、本発明を適用できる代表的な２色ライト
バルブ投影装置が示されている。この装置は順に、楕円
反射器１２をそなえた、白色光を発生するランプ１０、
カラーフィルタ・プレート１４、ランプ側とは反対側の
表面上に第１の小レンズ１７のアレーを配置した第１の
レンチキュラーレンズ・プレート１６、および入力味を
含み、入力味はランプ側の表面上に第２の小レンズ１９
のアレーが配置され、反対側の表面上に入力マスク２０
が配置された第２のレンチキュラーレンズ・プレート１
８で構成される。第２図に示す従来の入力マスク２０で
は、第１の領域すなわち中心部分に、不透明なバー２４
によって隔てられた複数の水平方向に伸びる第１のスロ
ット２２が設けられている。マスクの中心には、第１図
に破線で概略的に示した電子銃２８のために開口が設け
られている。入力マスク２０の第２の領域が中心部分よ
り上の部分と下の部分を含み、この第２の領域には複数
の垂直方向に伸びる第２のスロット３０が形成すれて、
不透明なバー３２によって隔てられている。第２図には
また、入力マスク２０の一部を破断して、第２のレンチ
キュラーレンズ・プレート１８の第２の小レンズ１９が
水平方向に伸びる行と垂直方向に伸びる列として配列さ
れて小レンズのアレーを形成する様子を示しである。５
個の水平スロット２２が入力マスクの中心部分に形成さ
れ、７個の垂直スロット３０が入力マスク２０の中心部
分より上の部分と下の部分に形成されている。水平スロ
ット２２および垂直スロット３０はともに第２の小レン
ズ１９の頂点のそれぞれに整合するように配置される。

スロット２２および３０は第２の小レンズ１９の中心か
ら中心までの間隔の２５％の幾何学的透明度、すなわち
幅をそなえている。

しかし、第２の小レンズ１９はほぼ長方形で、縦横比が
３対４であるので、水平スロット２２は垂直スロット３
０に比べて３対４の比だけ互いに近接しかつ狭くなって
いる。

第２のレンチキュラーレンズ・プレート１８はライトバ
ルブ３４の密閉エンベロープの一部を形成する。ライト
バルブ３４の中には電子銃２８、入力マスク２０．偏向
プレート３６、回転ディスク３８、および流体タンク４
０が含まれている。

回転ディスク３８がタンク４０を通って回転するにつれ
て、回転ディスク３８の上に制御オイル層が形成される
。電子銃２８からの電子ビーム（図示しない）によって
制御層ラスタ面４２の上に情報が書き込まれる。シュリ
ーレン・レンズ４６、出力カラー選択マスク４８、およ
び投写レンズ５０を含むシュリーレン投写レンズ系４４
が、ライトバルブ３４の、電子銃２８とは反対側の端に
固定される。出力マスク４８は入力マスク２０の相補に
なっている。すなわち、出力マスク４８の（第１図に概
略的に示す）水平スロットおよび垂直スロットが入力マ
スク２０の不透明な水平バー２４および垂直バー３２と
それぞれ整合し、また出力マスク４８の水平バーおよび
垂直バーが入力マスクの水平スロット２２および垂直ス
ロット３０と整合する。もちろん出力マスク４８には中
心の開口がない。したがって、制御層が乱されない場合
、すなわち制御層に情報が書き込まれない場合には、出
力マスク４Ｂのバーは入力マスク２０のスロット２２お
よび３０を通った光を阻止し、ライトバルブ投影装置か
らの光出力はない。これがシュリーレン暗視野型のライ
トバルブ投影装置の基本的な特徴である。

第１図および第２図に示された２色ライトバルブ投影装
置の例では直交回折軸および適当な空間ろ減作用を使っ
て、画素の色と強度を独立に制御する。ライトバルブ３
４の入力瞳は色に関して空間ろ減作用により分割されて
、フィルタ・プレート１４からの赤色光が水平スロット
２２を通過し、フィルタ会プレート１４からの青色光が
垂直スロット３０を通過するようにする。高周波搬送波
、たとえば５２５本の走査速度の場合は４８ＭＨ２およ
び９６ＭＨ２，１０２３本の走昏速度の場合は９６ＭＨ
２の搬送波が偏向プレート３６のうちの垂直プレートに
印加され、赤色映像信号によって変調される。電子ビー
ムは制御層ラスタ面４２の上に変調されたラスタすなわ
ち第１の回折格子を形成する。調波関係にある搬送波信
号、たとえば５２５本の走査速度の場合は１２ＭＨ２，
１０２３本の走査速度の場合は２４ＭＨ２のような分数
調波の搬送波を水平プレートに印加して、これを青色映
像信号で変調することによって電子ビームを水平方向に
速度変調することにより、第１の格子に直交して第２の
回折格子が形成される。制御層ラスク面４２上の第１の
回折格子は赤色光を垂直方向に回折する。これにより、
赤色光は出力マスク４８に形成された相補的な水平スロ
ットを通過する。一方、制御層ラスク面４２上の第２の
回折格子は青色光を水平方向に回折して、出力マスクの
相補□的な垂直スロットを通過させる。

上述のＭＬＶ投影装置の２色ライトバルブは通常のもの
である。装置の光出力は２色ライトバルブの赤色光出力
によって制御される。更に詳しく言うと、入力マスク２
０とそれに対して相補的な出力マスク４８の構成によっ
て制限される。

入力マスク２０の幾何学的透過率は２５％であり、実際
の入力透過率は４３％である。実際の透過率が幾何学的
透過率より高くなるのは、５つの水平スロットの各々が
関連する１行の第１の小レンズの頂点の上に中心合わせ
されていて、行の小レンズの行が入射光の一部を対応す
る水平スロット２２に集束するからである。下記の表Ｉ
は赤色光を通す入力マスク２０の５つの水平スロットに
ついて、５２５本と１０２３本の線走査の場合の第１次
、第２次および第３次の回折光の利用率とピーク効率の
パーセントを示す。

表１ このように入力マスク２０の構成では、１０２３本の高
解像度の場合の赤色光出力は５２５本の標準的な解像度
の場合より効率が低くなる。というのは第２次の回折光
が完全に阻止され、第３次の回折光の透過が大幅に減少
するからである。

第３図および第４図はマスクの中心部分に形成した４つ
の水平スロット６２により大幅に赤色光出力を高くする
改良された構成の本発明による入力マスク６０を示す。

この入力マスク６０の中心部分に設けられる水平スロッ
トの数が従来の入力マスク２０に比べて少なくなってい
るが、入力マスク６０では５２５本と１０２３本の線走
査の場合において最初の３つの次数の回折光の利用率が
最適化されている。

第３図では、入力マスク６０の一部を破断して、第２の
レンチキュラーレンズ中プレート１８および水平方向の
行と垂直方向の列に配列された第２の小レンズ１９をも
示している。レンズ・プレート１８および第２の小レン
ズ１９は従来のものである。そして前に述べたように、
小レンズの縦横比は３対４である。入力マスク６０の水
平スロット６２の幾何学的透過率は５０％である。すな
わち、各水平スロットの幅は小レンズの隣接した行の間
の中心から中心までの距離の５０％である。

簡単に述べると、各水平スロット６２の幅は小レンズ１
９の小さい方の寸法の５０％である。第４図は入力マス
ク６０と第２のレンチキュラーレンズ・プレート１８の
一部を示す。小レンズ１９のうち入力マスクの不透明な
部分の後に小レンズは破線で囲んで示しである。水平ス
ロット６２はレンチキュラーアレーの小レンズ１９の行
に対して非対称に配置される。外側の２つの水平スロッ
ト６２ａは小レンズの隣り合う行の中心間の距離の１２
．５！％だけ外側に形成される。内側の２つの水平スロ
ット６２ｂは１２．５９６だけ内側に形成される。不透
明なバー６４により水平スロット６２が互いに隔てられ
る。内側の２つの水平スロット６２ｂを隔てているバー
６４は外側の水平スロット６２ａと内側の水平スロット
６２ｂを隔てている不透明なバー６４より広い。第４図
によりはっきりと示されているように、中心のバー６４
は小レンズの中心の行を完全に覆うようになっている。

合計５行の小レンズ１９がマスク６０の中心部に対応し
ている。

入力マスク６０の中心部より上と下にある部分には７個
の垂直スロット６６が形成され、垂直スロットは不透明
なバー６８によって隔てられている。垂直スロット６６
は小レンズ１９の頂点に対して対称に配置される、すな
わち小レンズの頂点に中心合わせされている。垂直スロ
ット６６は水平スロット６２に対してほぼ直角である。

垂直スロット６６の幾何学的透過率は、従来のマスク２
０では２５％であるのに対して、本発明のマスク６０で
は小レンズ１９の大きい方の寸法に沿った小レンズの中
心間の間隔の２９％まで増加した。

マスクには電子銃（図示しない）を入れるため中心間ロ
ア０が設けられている。水平スロット６２の幾何学的透
過率を５０％に倍増すると共に、小レンズの行の頂点に
対してスロット６２を非対称に配置し、更に小レンズの
中心の行を見えないように覆９たことにより、実際の入
力透過率が５５゜５９％になり、５２５本の線走査と１
０２３本の線走査の両方の場合において４つのスロット
６２を通る赤色光のピーク効率が増大するという予想外
の結果が生じた。このような結果を表■に示す。

表■ １０２３本の高解像度線走査では、赤色光の効率が従来
の入力マスク２０の場合の２２．８６’、６に対して、
本発明の入力マスク６０の場合には２９．５２９６とな
り、赤色光出力が少なくとも３０％改溌される。垂直ス
ロット６６の幾何学的スロット幅が増加するため、入力
マスク６ｏの青色光出力も従来の入力マスク２ｏに比べ
て約１４０６改善される。出力マスク（図示しない）は
、その中に中心開口がないという点を除けば、入力マス
クに対して相捕的になっている。

赤色と青色の光についての２色ライトバルブの説明を行
なってきたが、本発明はこれらの色に限定されない。カ
ラーフィルタ・プレートの特性に応じて任意の補色を使
うこともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は入力マスクと出力マスクを含む代表的な従来技
術のライトバルブ投影装置の概略構成図である。第２図
はレンチキュラーレンズ・プレートの小レンズを示すた
め一部を破断した従来の入力マスクの拡大図である。第
３図はレンチキらラーレンズ・プレートの小レンズを示
すため一部を破断した本発明による入力マスクの拡大図
である。 第４図は第３図の入力マスクの一部を破断した部分拡大
図である。 ［主な符号の説明］ １９・・・小レンズ、６０・・・入力マスク、６２ａ・
・・外側の水平スロット、６２ｂ・・・内側の水平スロ
ット、６６・・・垂直スロット、６４．６８・・・不透
明なバー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入力マスクおよびそれと相補的な出力マスクを有す
   るシュリーレン暗視野型２色ライトバルブを含むライト
   バルブ投影装置において、２色ライトバルブに対する光
   学瞳が、 第１および第２の方向に配列された複数の小レンズより
   なる小レンズのアレーと、 上記第１の方向に伸びる複数の第１のスロットが形成さ
   れた第１の領域および上記第２の方向に伸びる複数の第
   ２のスロットが形成された第２の領域を有し、上記第１
   および第２の領域のそれぞれの上記スロットが不透明な
   バーによって互いに隔てられている入力マスクと、 上記第１の領域の上記第１のスロットに第１の色を通し
   、上記第２の領域の上記第２のスロットに第２の色を通
   すための光フィルタ手段とを含み、上記入力マスクの上
   記第１領域の上記第１スロットが上記第１の方向に配列
   された上記小レンズに対して非対称に配置されているこ
   とを特徴とする、上記第１の色の光出力を改善したライ
   トバルブ投影装置。 ２、上記第１領域の上記第１スロットの各々の幾何学的
   幅が上記第２領域の上記第２スロットの幾何学的幅より
   大きい請求項１記載のライトバルブ投影装置。 ３、上記第１の領域が上記入力マスクの水平方向に伸び
   る中心部分よりなる請求項１記載のライトバルブ投影装
   置。 ４、上記第２の領域が上記入力マスクの上記中心部分よ
   り上の部分と下の部分よりなる請求項３記載のライトバ
   ルブ投影装置。 ５、上記マスクの上記中心部分に４つのスロットが形成
   され、そのうちの外側の２つのスロットは第２の領域の
   隣接部分に近くなるように非対称に配置され、内側の２
   つのスロットは互いに近くなるように非対称に配置され
   ている請求項３記載のライトバルブ投影装置。 ６、５行の小レンズが上記入力マスクの上記の水平方向
   に伸びる中心部分に対応しており、中心の１行の小レン
   ズが上記の２つの内側のスロットを隔てる不透明なバー
   によって完全に覆われている請求項５記載のライトバル
   ブ投影装置。 ７、隣り合う上記の内側のスロットと外側のスロットが
   それぞれ、隣り合う行の小レンズの中心間の垂直方向間
   隔に対して約１２．５パーセントだけ非対称にずらされ
   ている請求項６記載のライトバルブ投影装置。 ８、各スロットの幅が隣り合う行の小レンズの中心間の
   垂直方向間隔の約５０パーセントである請求項７記載の
   ライトバルブ投影装置。 ９、上記中心部分より上と下の上記部分に形成された上
   記スロットが上記中心部分に形成された上記スロットに
   対してほぼ直角である請求項４記載のライトバルブ投影
   装置。 １０、上記中心部分より上と下の上記部分に形成された
   上記スロットは上記第２の方向に配列された上記小レン
   ズの列に対して対称に配置されていて、それぞれの幅が
   隣り合う列の小レンズの中心間の水平方向の間隔の約２
   ９パーセントである請求項９記載のライトバルブ投影装
   置。 １１、カラーで表示すべき画像がシュリーレン暗視野型
   の２個の別々のライトバルブからの光の相加によって形
   成され、第１のライトバルブが赤と青の光を発生し、第
   ２のライトバルブが緑の光を発生し、上記第１のライト
   バルブが入力マスクおよびそれと相補的な出力マスクを
   有しているライトバルブ投影装置において、上記第１の
   ライトバルブに対する光学瞳が、 行と列に配列された複数の小レンズよりなる小レンズの
   アレーと、 水平方向に伸びる中心部分に上記小レンズの行の方向に
   伸びる複数の第１のスロットが形成され、また中心部分
   より上と下の部分に上記小レンズの列の方向に伸びる複
   数の第２のスロットが形成されており、上記中心部分お
   よび上記中心部分より上と下の上記部分に形成された上
   記スロットが不透明なバーによって互いに隔てられてい
   る入力マスクと、 上記中心部分の上記第１のスロットに赤色光を通し、上
   記中心部分より上と下の上記部分の上記第２のスロット
   に青色光を通すための光フィルタ手段とを含み、 上記中心部分の上記第１のスロットが行に配列された上
   記小レンズに対して非対称に配置され、上記中心部分の
   上記第１のスロットの各々の幾何学的幅が上記中心部分
   より上と下の上記部分の上記第２のスロットの幾何学的
   幅より大きいことを特徴とする、第１のライトバルブか
   らの赤色光出力を改善したライトバルブ投影装置。 １２、上記複数の第１のスロットが上記マスクの上記中
   心部分に形成された４つの水平方向に配置されたスロッ
   トであり、これらのスロットのうち、上記中心部分より
   上の部分に隣接した一方の外側スロットが該上の部分に
   向って外側に非対称に配置され、他方の外側スロットが
   上記中心部分より下の部分に向って外側に非対称に配置
   され、内側の２つのスロットが互いに向って内側に非対
   称に配置されている請求項１１記載のライトバルブ投影
   装置。 １３、５行の小レンズが上記入力マスクの上記の水平方
   向に伸びる中心部分に対応し、中心の１行の小レンズが
   上記内側の２つのスロットを隔てる不透明なバーによっ
   て完全に覆われている請求項１２記載のライトバルブ投
   影装置。 １４、隣り合う上記内側および外側のスロットがそれぞ
   れ、隣り合う行の小レンズの中心間の垂直方向の間隔に
   対して約１２．５パーセントだけ非対称にずらされてい
   る請求項１３記載のライトバルブ投影装置。 １５、上記第１のスロットの各々の幅が隣り合う行の小
   レンズの中心間の垂直方向の間隔の約５０パーセントで
   ある請求項１４記載のライトバルブ投影装置。 １６、上記中心部分より上と下の上記部分に形成された
   上記第２のスロットは小レンズの列に対して対称に配置
   されていて、それぞれの幅が隣り合う列の小レンズの中
   心間の水平方向の間隔の約２９パーセントである請求項
   １５記載のライトバルブ投影装置。