JPH06324347A - 画像投影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光源からの光の利用効率を十分高くして、カ
ラー反射原稿から明るいカラー拡大投影像を小型な装置
で得ることができる画像投影装置。 【構成】 光源１１より照射された光は、偏光ビームス
プリッター１２により２分され、一方の光で原稿Ｏを照
明し、原稿Ｏから散乱反射光は、３色分解プリズム２０
₁ により３色分解されてライトバルブＬＶの光導電体上
に結像する。偏光ビームスプリッター１２で分割された
別の光は、３色分解プリズム２０₂ によって色分解さ
れ、ライトバルブＬＶの液晶層を照射して、書き込まれ
た色分解像に応じて偏光面が空間変調を受け、３色分解
プリズム２０₂ によって３色合成され、偏光ビームスプ
リッター１２の分割面でカラー像に変換され、投影レン
ズ１８を経てスクリーン１９上に投影され、拡大カラー
像が見える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像投影装置に関し、
特に、原稿の光学像を３色分解し、光書込型反射型ライ
トバルブによってこの分解像を増幅して再度３色合成し
て投影することにより、カラー印刷物、カラー写真、平
面状の実体物等のカラー反射原稿を拡大投影することが
できる画像投影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、普通紙に書かれた反射原稿を拡大
投影するには、原稿に強力な照明光を当てそれから散乱
反射された光を投影レンズによりスクリーン上に投影結
像するものであった。

【０００３】しかしながら、このような投影レンズのみ
によって反射原稿を直接投影する装置においては、投影
結像に利用される有効光量は極めて少なくまた拡大投影
するため、暗い投影像しか得られない。明るい投影像を
得るには、強力な照明光源が必要になり、装置が大型化
し、高価になる。

【０００４】そこで、反射原稿の明るい拡大投影像を得
るのに、光書込型液晶ライトバルブを用いるものが提案
されている（特開平３−１７６１５号）。これは、反射
層を挟んで一方の側に液晶セルを、他方の側に光導電層
を配置してなるいわゆる光書込型液晶ライトバルブを用
い、液晶セルと光導電層の間に電圧を印加しておき、光
導電層上の書込み光が当たった位置において敷居値以上
の電圧が液晶セルに加わり、液晶セルに反対から入射し
反射層で反射して液晶セルから出る光の偏光状態を変化
させることにより、一種の光増幅を行い、原稿から散乱
反射された比較的弱い光を比較的強い光に変換して、明
るい拡大投影像を得るものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この従来の光書込型液
晶ライトバルブを用いる反射原稿の投影装置は、投影レ
ンズのみによって直接投影する装置に比較して明るい拡
大投影像が得られることは確かであるが、いくつか問題
点がある。その中、最も大きな問題は、カラー反射原稿
をカラー像として投影できないことである。これは、光
書込型液晶ライトバルブがカラー像をカラー像として増
幅きないことによる。もう１つの問題は、光利用効率が
低く、光源の容量に比較して投影像の明るさが十分に明
るいとは言えない点にある。すなわち、特開平３−１７
６１５号においては、原稿照明光源と、液晶ライトバル
ブからの書込み像を読み出して投影する光源とは別々の
ものを用いており、しかも、後者の光源からの光の半分
しか利用していない。

【０００６】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、光源からの光の
利用効率を十分高くして、カラー反射原稿から明るいカ
ラー拡大投影像を小型な装置で得ることができる画像投
影装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の画像投影装置は、一側から順に、少なくとも、透明
電極、光導電層、反射層、電気光学効果を示す層、透明
電極からなり、光導電層側から入射した光強度分布に応
じて、電気光学効果を示す層側から入射し反射層で反射
して出て行く光の偏光分布を制御する光書込型反射型ラ
イトバルブを用いて、原稿の光学像を増幅して拡大投影
する画像投影装置において、３色分解プリズムを用いて
原稿の光学像を色分解し、各色分解像を前記光書込型反
射型ライトバルブを用いて増幅し、別の３色分解プリズ
ムにより増幅された３色の分解像を色合成して投影する
ように配置したことを特徴とするものである。

【０００８】この場合、偏光ビームスプリッターと単一
の光源を用い、その光源から照射された光を偏光ビーム
スプリッターにより２つの成分に分割し、一方の成分で
原稿を照明し、その像を一方の３色分解プリズムにより
色分解して光書込型反射型ライトバルブの書込み側に入
射させ、偏光ビームスプリッターにより分割された他方
の成分を別の３色分解プリズムを経て光書込型反射型ラ
イトバルブの読出し側に入射させ、反射した３色成分を
別の３色分解プリズムで合成し、その合成光を偏光ビー
ムスプリッターを経て投影するように配置することによ
り、光源からの光を無駄なく有効に用いることができ
る。

【０００９】また、３個の偏光ビームスプリッターと単
一の光源を用い、その光源から照射された光を３色分解
プリズムにより色分解し、各色成分を対応する偏光ビー
ムスプリッターにより２つの成分に分割し、各色の一方
の成分で原稿を照明し、その像を第２の３色分解プリズ
ムにより色分解して光書込型反射型ライトバルブの書込
み側に入射させ、３個の偏光ビームスプリッターにより
分割された各色の他方の成分を光書込型反射型ライトバ
ルブの読出し側に入射させ、反射した３色成分を３個の
偏光ビームスプリッターの対応するものに反対側から入
射させ、各偏光ビームスプリッターで反射された３色成
分を第３の３色分解プリズムで合成し、その合成光を投
影するように配置してもよい。

【００１０】なお、光書込型反射型ライトバルブとし
て、透明電極の少なくとも一方を３色分解プリズムの色
分解像領域毎に３分割して別々に電圧印加制御できるよ
うにしたもの、あるいは、その色分解像領域に対応して
並列に配置した３個の別々の光書込型反射型ライトバル
ブを用いて、色成分毎に感度調節、色調節等を行うよう
に配置することもできる。さらに、記憶作用を有するも
のを用いることもできる。

【００１１】また、３色分解プリズムとして、分割され
た各色の光のプリズムを通過する光路長が等しく、か
つ、各色の光のプリズムからの出射面が入射光の光軸に
垂直な同一面上に位置するものを用いるのが望ましい。

【００１２】

【作用】本発明においては、３色分解プリズムを用いて
原稿の像を色分解し、各色分解像を光書込型反射型ライ
トバルブを用いて増幅し、別の３色分解プリズムにより
増幅された３色の分解像を色合成して投影するように配
置したので、カラー反射原稿から明るいカラー拡大投影
像を投影することができる。また、１つの共通光源と偏
光ビームスプリッターを用いて、原稿照明と増幅像読み
出しの両方を行うことができるため、光源からの光を無
駄なく有効に利用でき、小型の装置で明るいカラー拡大
投影像を投影することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の画像投影装置を実施例に基づ
いて説明する。本発明の画像投影装置においては、光書
込型液晶ライトバルブ等の光書込型反射型ライトバルブ
と、３色分解プリズムを用いる。装置の説明の前に、こ
れらの例について説明する。

【００１４】図３は、光書込型液晶ライトバルブＬＶの
１例の層構造を示す断面図であり、左から順に、ガラス
基板、透明電極、液晶配向膜、スペーサにより設けられ
た間隔に注入されている例えば強誘電性液晶、液晶配向
膜、反射層を構成する誘電体ミラー、遮光層、光導電
体、透明電極、ガラス基板からなり、両透明電極間には
電圧が印加されている。液晶層は、例えば、印加される
電圧が敷居値以下の場合に、その層へ入射し誘電体ミラ
ーで反射され再び逆方向に進んで出て行く光の偏光方向
を変化させず、印加電圧が敷居値以上になると、その射
出光の偏光方向を９０°回転させるようなものであり、
電圧の印加関係と偏光方向の回転を逆転させることもで
きる。この液晶層は、液晶以外の電気光学効果を有する
結晶で置き換えることも可能である。なお、上記のよう
に強誘電性液晶を用いると、そのヒステリシスにより、
電圧印加を切っても電圧印加と同じ状態を保つことがで
き、記憶作用を有するようになる。

【００１５】このような光書込型反射型ライトバルブＬ
Ｖの光導電体側から画像書込み光が投射されると、光が
照射された部分は光導電体のインピーダンスが低下し、
光が照射されていない部分に比べて、高電圧が液晶に印
加される。このため、画像に相当する電界分布が液晶に
加わり、液晶側から入射して誘電体ミラーで反射されて
出て行く投影光は、液晶の電界分布に応じて偏光方向の
変調が行われる。すなわち、書込み光の強さに応じて投
影光の偏光面の空間変調を受ける。

【００１６】図４は、本出願人の提案（特願平４−２５
９２８４号）に係る３色分解プリズムの平面図、立面
図、側面図及び外観斜視図を示す図であり、この３色分
解プリズム２０は、光軸に垂直な入射面ａと、入射面ａ
に平行で光軸の周りに９０°ずつの角度をおいて光軸か
ら距離Ｄ離れて同一面上に配置された３つの出射面ｂ、
ｃ、ｄを有し、プリズム２０中には、入射面ａの直後に
光軸に対して４５°及び−４５°の角度をなして相互に
交差するようにダイクロイックミラー２、３が配置され
ている。そして、ダイクロイックミラー２と平行で、そ
の反射方向に光軸に垂直に距離Ｄ離れてプリズム２０の
反射側面ｅが設けられ、また、ダイクロイックミラー３
と平行で、その反射方向に光軸に垂直に距離Ｄ離れてプ
リズム２０の反射側面ｆが設けられている。そして、上
記反射側面ｅ、ｆの中心を通り光軸に平行な直線は、そ
れぞれ出射面ｂ、ｃの中心を通るような関係になってい
る。また、ダイクロイックミラー２、３の光軸方向の後
には、光軸を含み出射面ｂ、ｃの中心を通る平面に対し
て４５°の角度をなして反射側面ｇが設けられ、反射側
面ｇと平行で、その反射方向に光軸に垂直に距離Ｄ離れ
て別の反射側面ｈが設けられている。反射側面ｈの中心
を通り光軸に平行な直線は、出射面ｄの中心を通る位置
関係になっている。なお、出射面ｂ、ｃ、ｄには、それ
ぞれ青、赤、緑のスペクトルを所望の形にトリミングす
るトリミングフィルター２１〜２３が配置されている。

【００１７】このような３色分解プリズム２０におい
て、光軸に沿って入射面ａに垂直に入射した白色光は、
ダイクロイックミラー２でその青成分が光軸に直交する
方向に反射され、次いで反射側面ｅで光軸に平行に反射
され、出射面ｂより出射する。また、赤成分は、ダイク
ロイックミラー３で青成分とは反対側の光軸に直交する
方向に反射され、次いで反射側面ｆで光軸に平行に反射
され、出射面ｃより出射する。緑成分は、ダイクロイッ
クミラー２、３を透過し、反射側面ｇで青成分、赤成分
の反射方向を２分する方向で光軸に直交する方向に反射
され、次いで反射側面ｈで光軸に平行に反射され、出射
面ｄより出射する。したがって、各色につき、プリズム
中の光路長は、屈折率を１とすると、何れの色について
もＤ＋（入射面ａと出射面ｂ、ｃ、ｄが位置する平面と
の光軸方向の距離）であり、同一である。

【００１８】この３色分解プリズムは、分割された各色
の光のプリズムを通過する光路長が等しく、かつ、各色
の光のプリズムからの出射面が入射光の光軸に垂直な同
一面上に位置するので、この３色分解プリズムを用いる
撮影光学系等を同軸に構成することができ、装置を小型
にすることができ、また、各色のプリズム中の光路長が
等しいので、この３色分解プリズムを使用する光学系の
収差補正が容易になり、しかも、色分解された３つの画
像が同一面に位置するので、同一の記録媒体、同一の撮
像装置を用いて３つの画像を記録、撮像できる等のメリ
ットを有するものである。

【００１９】以上、本発明の画像投影装置に用いる光書
込型反射型ライトバルブＬＶと３色分解プリズム２０を
例示したが、本発明に用いる光書込型反射型ライトバル
ブＬＶと３色分解プリズム２０はこれらに限定されるも
のではない。

【００２０】さて、このようなライトバルブＬＶと３色
分解プリズム２０を用いて、図１に光路図を示すよう
に、本発明の１実施例の画像投影装置を構成する。図１
において、キセノンランプ等の光源１１より照射された
光は、偏光ビームスプリッター１２により偏光方向が直
交する２つに分割される。分割面で反射したＳ偏光成分
の光は、照明用レンズ１３を経て反射原稿Ｏ全面を照明
する。原稿Ｏから散乱反射された光は、書込み用レンズ
１４により、原稿Ｏの縮小像を図３のようなライトバル
ブＬＶの光導電体上に結像するが、レンズ１４とライト
バルブＬＶの間に図４のような３色分解プリズム２０₁
が配置されており、また、光導電体の各色に対する感度
補正をすべく、各色毎に適宜ＮＤフィルター２１〜２３
が用いられており、原稿Ｏの青、赤、緑の色分解像がラ
イトバルブＬＶの光導電体上に結像される。

【００２１】光書込型反射型ライトバルブＬＶとして
は、光導電体の波長特性が青、赤、緑何れの成分に対し
てもほぼ同じであれば、単一のものを用いてもよいが、
波長特性が均一でない場合、又は、色成分毎に感度調
節、色調節等をする必要がある場合には、電極を３色分
解プリズム２０の色分解像領域毎に３分割して別々に電
圧印加制御できるようにしたもの、あるいは、その色分
解像領域に対応して並列に配置した３個のライトバルブ
ＬＶを用いる。

【００２２】光書込型反射型ライトバルブＬＶにおいて
は、例えば正電圧を印加して初期化し、所定の負電圧を
印加することにより、その液晶層に各色の入力画像が書
き込まれる。

【００２３】一方、偏光ビームスプリッター１２を直通
し、読出し用レンズ１５を経たＰ偏光成分は、図４のよ
うな別の３色分解プリズム２０₂ によって青、赤、緑の
色成分に３分割され、ミラー１６を経て書き込まれた３
つの色分解像の色及び領域に対応した状態でライトバル
ブＬＶの液晶層を照射する。その誘電体ミラーで反射さ
れた各色成分の光は、液晶に書き込まれた対応する色の
色分解像に応じて偏光面が空間変調を受け、ミラー１６
を経て３色分解プリズム２０₂ によって３色合成され
て、読出し用レンズ１５を経て偏光ビームスプリッター
１２の分割面に戻る。原稿Ｏの黒領域に対応する部分の
光は何ら偏光面の回転が起こらないので、その分割面に
達する偏光面はＰ偏光のままであり、分割面で反射され
ないが、原稿Ｏの何れかの色領域又は白領域に対応する
部分の光は書き込み光の強さに応じて偏光面が回転する
ので、偏光ビームスプリッター１２の分割面に達する光
には反射光の強さに比例するＳ偏光成分が含まれてお
り、そのＳ偏光成分が分割面で反射される。このよう
に、ライトバルブＬＶ、３色分解プリズム２０₂ 及び偏
光ビームスプリッター１２の組み合わせによって、光書
込型反射型ライトバルブＬＶに書き込まれた３色分解像
が色合成して読み出される。読み出されたカラー画像
は、ミラー１７、投影レンズ１８を経てスクリーン１９
上に投影され、原稿Ｏの明るい拡大カラー像が見える。

【００２４】ところで、図１の実施例は、偏光ビームス
プリッター１２に波長依存性がないか又は少ないことを
前提とした実施例であったが、高精度な偏光ビームスプ
リッターは波長範囲が狭いので、この場合には、図２の
ように配置を変更する。すなわち、１個の偏光ビームス
プリッター１２の代わりに３個の偏光ビームスプリッタ
ー１２₁ 〜１２₃ を並列に配置し、一方、光源１１とこ
れら偏光ビームスプリッター１２₁ 〜１２₃ の間に図４
のような３色分解プリズム２０₂ を配置して、光源１１
より照射された光を３つの色の光に分解し、各色の光に
各偏光ビームスプリッターを対応させ、偏光ビームスプ
リッター１２₁ 〜１２₃ により各色の光を偏光方向が直
交する２つに分割し、各々分割面で反射したＳ偏光成分
の光は、対応する照明用レンズ１３₁ 〜１３₃ を経て反
射原稿Ｏ全面を照明する。各色の照明光は原稿Ｏ上で再
度合成されるので、白色光による照明と同じになる。図
１の場合と同様、原稿Ｏから散乱反射された光は、書込
み用レンズ１４により、原稿Ｏの縮小像をライトバルブ
ＬＶの光導電体上に結像するが、レンズ１４とライトバ
ルブＬＶの間に配置された図４のような３色分解プリズ
ム２０₁ により３色分解され、原稿Ｏの青、赤、緑の色
分解像がライトバルブＬＶの光導電体上に結像される。
なお、光導電体の各色に対する感度補正をすべく、各色
毎に適宜ＮＤフィルター２１〜２３が配置される。

【００２５】一方、偏光ビームスプリッター１２₁ 〜１
２₃ を直通した３色のＰ偏光成分は、ミラー１６を経
て、書き込まれた３つの色分解像の色及び領域に対応し
た状態でライトバルブＬＶの液晶層を照射し、その誘電
体ミラーで反射された各色成分の光は、液晶に書き込ま
れた対応する色の色分解像に応じて偏光面が空間変調を
受け、ミラー１６を経て、対応する色用の偏光ビームス
プリッター１２₁ 〜１２₃ の分割面に戻る。原稿Ｏのカ
ラー画像に応じて変調を受けた各色の光は、これら分割
面で反射されるが、偏光ビームスプリッター１２₁ 〜１
２₃ の反射側には第３の図４のような３色分解プリズム
２０₃ が配置されており、この３色分解プリズム２０₃
によって３色合成され、ミラー１７、投影レンズ１８を
経てスクリーン１９上に投影され、原稿Ｏの明るい拡大
カラー像が見える。

【００２６】以上のように、本発明においては、３色分
解プリズム２０₁ を用いて原稿Ｏの像を色分解し、各色
分解像を光書込型反射型ライトバルブＬＶを用いて増幅
し、別の３色分解プリズム２０₂ 又は２０₃ により増幅
された３色の分解像を色合成して投影するので、カラー
反射原稿から明るいカラー拡大投影像を投影することが
できる。また、１つの光源１１からの光を偏光ビームス
プリッター１２又は１２₁ 〜１２₃ で２分し、一方を原
稿Ｏ照明用に、他方を増幅像読み出し用に用いるため、
光源１１が１つでよく、かつそれからの光を無駄なく有
効に利用するので、小型の装置で明るいカラー拡大投影
像を投影することができる。

【００２７】以上、本発明の画像投影装置を実施例に基
づいて説明してきたが、本発明はこの実施例に限定され
ず、種々の変形が可能である。また、上記したように、
光書込型反射型ライトバルブＬＶ、３色分解プリズム２
０₁ 、２０₂ 、２０₃ として、図３、図４に示したもの
に限らず、公知の種々のものを用いることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の画像投影装置によると、３色分解プリズムを用いて原
稿の像を色分解し、各色分解像を光書込型反射型ライト
バルブを用いて増幅し、別の３色分解プリズムにより増
幅された３色の分解像を色合成して投影するように配置
したので、カラー反射原稿から明るいカラー拡大投影像
を投影することができる。また、１つの共通光源と偏光
ビームスプリッターを用いて、原稿照明と増幅像読み出
しの両方を行うことができるため、光源からの光を無駄
なく有効に利用でき、小型の装置で明るいカラー拡大投
影像を投影することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の画像投影装置の光路図であ
る。

【図２】本発明の別の実施例の画像投影装置の光路図で
ある。

【図３】光書込型液晶ライトバルブの１例の層構造を示
す断面図である。

【図４】３色分解プリズムの１例の平面図、立面図、側
面図及び外観斜視図を示す図である。

【符号の説明】

Ｏ…反射原稿 ＬＶ…ライトバルブ １１…光源 １２、１２₁ 〜１２₃ …偏光ビームスプリッター １３、１３₁ 〜１３₃ …照明用レンズ １４…書込み用レンズ １５…読出し用レンズ １６…ミラー １７…ミラー １８…投影レンズ １９…スクリーン ２０₁ 〜２０₃ …３色分解プリズム ２１〜２３…ＮＤフィルター

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一側から順に、少なくとも、透明電極、
   光導電層、反射層、電気光学効果を示す層、透明電極か
   らなり、光導電層側から入射した光強度分布に応じて、
   電気光学効果を示す層側から入射し反射層で反射して出
   て行く光の偏光分布を制御する光書込型反射型ライトバ
   ルブを用いて、原稿の光学像を増幅して拡大投影する画
   像投影装置において、３色分解プリズムを用いて原稿の
   光学像を色分解し、各色分解像を前記光書込型反射型ラ
   イトバルブを用いて増幅し、別の３色分解プリズムによ
   り増幅された３色の分解像を色合成して投影するように
   配置したことを特徴とする画像投影装置。
2. 【請求項２】 偏光ビームスプリッターと単一の光源を
   用い、前記光源から照射された光を前記偏光ビームスプ
   リッターにより２つの成分に分割し、一方の成分で原稿
   を照明し、その像を一方の３色分解プリズムにより色分
   解して前記光書込型反射型ライトバルブの書込み側に入
   射させ、前記偏光ビームスプリッターにより分割された
   他方の成分を前記の別の３色分解プリズムを経て前記光
   書込型反射型ライトバルブの読出し側に入射させ、反射
   した３色成分を前記別の３色分解プリズムで合成し、そ
   の合成光を前記偏光ビームスプリッターを経て投影する
   ように配置したことを特徴とする請求項１記載の画像投
   影装置。
3. 【請求項３】 ３個の偏光ビームスプリッターと単一の
   光源を用い、前記光源から照射された光を３色分解プリ
   ズムにより色分解し、各色成分を対応する偏光ビームス
   プリッターにより２つの成分に分割し、各色の一方の成
   分で原稿を照明し、その像を第２の３色分解プリズムに
   より色分解して前記光書込型反射型ライトバルブの書込
   み側に入射させ、前記３個の偏光ビームスプリッターに
   より分割された各色の他方の成分を前記光書込型反射型
   ライトバルブの読出し側に入射させ、反射した３色成分
   を前記３個の偏光ビームスプリッターの対応するものに
   反対側から入射させ、各偏光ビームスプリッターで反射
   された３色成分を第３の３色分解プリズムで合成し、そ
   の合成光を投影するように配置したことを特徴とする請
   求項１記載の画像投影装置。
4. 【請求項４】 前記光書込型反射型ライトバルブとし
   て、前記透明電極の少なくとも一方を３色分解プリズム
   の色分解像領域毎に３分割して別々に電圧印加制御でき
   るようにしたもの、あるいは、その色分解像領域に対応
   して並列に配置した３個の別々の光書込型反射型ライト
   バルブを用いて、色成分毎に感度調節、色調節等を行う
   ように配置したことを特徴とする請求項１から３の何れ
   か１項記載の画像投影装置。
5. 【請求項５】 前記光書込型反射型ライトバルブとし
   て、記憶作用を有するものを用いたことを特徴とする請
   求項１から４の何れか１項記載の画像投影装置。
6. 【請求項６】 前記３色分解プリズムとして、分割され
   た各色の光のプリズムを通過する光路長が等しく、か
   つ、各色の光のプリズムからの出射面が入射光の光軸に
   垂直な同一面上に位置するものを用いたことを特徴とす
   る請求項１から５の何れか１項記載の画像投影装置。