JPH0740743B2 - 新規な液晶光弁カラ−プロジェクタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 この発明は一般に液晶光弁（LCLV）プロジェクタに係
り、特にカラー投射を実現するプロジェクタに関する。

この発明は特別の適用に関して説明されているが、この
発明はそれに限定されないと理解すべきである。この技
術における通常の知識を有し且つこの発明の技術を利用
する者は、この発明の範囲内で付加的な適用を認識し得
よう。

従来技術の説明 液晶光弁の開発は、高品位大画面プロジェクタ技術の確
固とした発展に実質的なドアを開いた。過去において、
これらのプロジェクタは単色性を有するか、あるいは色
分離のために分離光弁をを使用していた。LCLVは、液晶
体、誘電層ミラー、光遮蔽層および二つの透明電極間に
サンドウィッチされた光反応層からなる薄膜、多層構成
である。偏光された投射ビームは誘電体ミラーに対して
液晶層を介して指向される。陰極線管（CRT）によって
生成されたような低強度の光は、光反応層に供給され、
それで液晶を活性化する如く液晶層上の光反応層から電
極を横切る電界をスイッチングする。液晶層を介して通
過し且つ誘電体ミラーから反射される直線的に偏光され
た投射光は、光導体上に入射する情報に基いて偏光−変
調される。このため、仮に、例えば高解像度入力画像の
ような複雑な分布光は光導体上に照射され、装置は観察
画面上に高輝度画像を生成する如き倍率で投射すること
ができる複製としての画像に変換する。1977年４月26日
にD.D.Boswell他に付与された米国特許第4,019,807号は
高性能反射モード液晶光弁について開示している。

上述したタイプの液晶光弁を使用したグラフィックス表
面プロジェクタは、国際シンポジウム1979 Society for
Information Display（SID）で発表されたDigest of T
echnical Papers（1979年５月）の第22,23頁に「液晶光
弁のグラフィックス表示への応用」と題された論文に記
述されている。この表示システムすなわち特別ではある
がこの発明と全く関係のないタイプのものは、ダークブ
ルー背景上にイエローホワイト特性を有する大規模画像
を投射する。このシステムは、入力画像を提供するCR
T、平行にされた出力ビームの輝度および必要な光偏向
を与える投射光学系、ならびに入出力機能を連結するLC
LVを含んでいる。

このシステムは平行および偏光光学系を介してLCLVを照
明するためにキセノンアークランプのような強力な光源
を使用する。キセノンアークランプから照射された光は
偏光プリズムに伝送され、そこで“S"および“P"成分と
して分離される。“P"成分がプリズムを介して進行する
と同時に“S"成分がLCLV方向に反射される。陰極線管に
よって表示された情報はLCLVの一側にファイバ光学系に
よって移送され、そこで“S"から“P"にステート部分の
偏光を変更するために光弁を活性化する。この光はそれ
からプリズムを介して伝送され、投射レンズによってス
クリーン上に結像される。この能力において、分析器の
如き有効なプリズム機構は輝度または強度の変調に偏光
変調を変換する。

投射画像の品位は、W.P.Blehaによって1979年12月14日
に出願され且つ共通承継人に承継された関連米国特許出
願第103,683号に液晶光弁による画像表示のエンハンス
ト方法および装置と題して述べられているように、それ
の輝度、分解能およびコントラストである。この出願は
偏光プリズムおよび光弁の不規則性および不均質性を減
少する技術を記述している。

R.S.Gagnonによって1981年８月31日に出願され且つ共通
承継人に承継された関連米国特許出願第297,904号に液
晶光弁プロジェクタ用偏光器−分析器と題したリファレ
ンスがある。この出願はLCLVを使用する単色性プロジェ
クタシステムに用いられる特有の分析器素子を記述して
いる。

関連リファレンス その他の関連刊行物はここに表記される。これらの刊行
物の全体の内容は後の編入による説明に含まれている。

米国特許第4,127,332:高輝度フルカラー画像光管投射シ
ステム:A.D.Jacobson他。この特許は、偏光された光の
平行ビーム上に原色成分のビデオ画像を変調する三反射
形AC駆動電界効果モード複屈折液晶光弁のセットから代
表示スクリーン上にテレビジョンまたはその他のプログ
ラムソースを結像する高輝度、フルカラー画像のリアル
タイム投射用電気−光学系システムについて記述してい
る。

米国特許第4,191,456;高輝度フルカラービデオ投射シス
テム用光学系ブロック:B.S.Hong他。この特許は、複数
の偏光変調光弁に適用された複数の単色性画像によりな
るフルカラー画像によって変調された高強度（無色）投
射光を含む高輝度、フルカラー画像投射システムに使用
される改良された光学系ブロック（プリズム）について
記述している。

SPIEの会報−The International Society for Optical
Engineering,「液晶光弁による光学−光学画像変換」W.
P.Bleha他、集積光学系およびミリメートル、マイクロ
波集積回路（1981）,317巻,179−184頁。この論文は、
光弁の光学的なアドレス方法とマルチ−オプチカル読出
し能力で増強した液晶光弁の動作について記述してい
る。

発明の摘要 この発明は水晶体レンズによって目標に向けて修正され
る複数のカラーブームの投射能力を改良したLCLV投射シ
ステムである。

特に、複数のCRTがファイバ光学系素子を介して単一のL
CLVに光を提供するために結合されている。適当な光源
は偏光プリズムに投射光を供給する。投射光はCRTから
の光によって変調される。プリズムからの変調出力光は
移送され、且つフルカラー画像を投射するために出力光
学系システムによって目標に向けて修正される。

図面の簡単な説明 第１図は従来の液晶プロジェクタを示す図であり、 第２図はこの発明に従った液晶プロジェクタを多重カラ
ー出力の生成能力と共に示す図である。

詳細な説明 発明の好ましい実施例 第１図を参照すると、前にリファレンスとして示したそ
れらと全体的に関連する米国特許4,127,322号およびま
たはBlehaの関連出願で述べられているような従来の液
晶光弁投射システム10が示されている。このシステム10
はファイバ光学系プレートまたはカップラ14が付けられ
た陰極線管（CRT）12を含んでいる。米国特許第4,019,8
07号で述べられているような光弁16はカップラ14に対設
されている。MacNeille複プリズム変形でなる偏光ビー
ム分離器18は液晶光弁16に光学的に対設されている。こ
のMacNeille複プリズムは米国特許第2,403,731号に記述
されている。投射レンズ20は複プリズム18（以下プリズ
ム18と記す）の反対側で液晶光弁16の光学的通路に設け
られている。キセノンアークランプ22が光弁16から投射
レンズ20への通路に対する直交面に光を照射する如く設
けられている。平行化レンズ24はキセノンアークランプ
22とプリズム18との間に位置付けられている。最終に必
要であればオプチカルダンパ26がキセノンアークランプ
22からの光学的通路上でプリズム18の反対側に位置付け
られている。このオプチカルダンパ26は一般に適当な光
吸収性物質で形成されている。

動作を説明するに、キセノンアークランプ22はレンズ24
によって平行になされる高強度の光を照射する。キセノ
ンアークランプによって照射された全ての光は任意に変
更され且つ“S"および“P"成分を含んでいる。例示する
と、“S"偏光光は縦波として示され且つ“P"偏光光は水
平波として示されている。その伝播方向は矢印によって
示されている。

“S"および“P"偏光成分によって平行になされた光はプ
リズム18に入り、面19に入射される。“P"偏光成分は表
面19を通して吸収層26へ進み、そこでシステムから除去
される。縦偏光成分は面19によって液晶光弁16に反射さ
れる。

LCLVは制御装置例えばCRT12の出力光に基いて到来光の
偏光を変調する。ここで、CRTが明るいと、光弁は入射
光の部分的な偏光を“S"から“P"に変換し、それを反射
させるために面19に戻す。また、CRTが暗いと、光弁は
入射光の偏光に何らの影響を与えることなく、単に反射
して変更されない光を面19に戻す。要するに、プリズム
18から光弁16に入射する全ての光は反射されて、プリズ
ムに戻される。プリズムに戻された“P"偏光光は投射レ
ンズ20を介して進み、終局的に表示面（図示せず）上に
投射される。一方、“S"偏光光はキセノンアークランプ
22方向に反射され、表示画像に何ら影響を与えることが
ない。

第２図を参照すると、この発明の改良された液晶光弁カ
ラープロジェクタシステム202が示されている。この発
明のシステム202は第１図に示されたそれらと同じ要素
を含んでいる。それらの要素は同じ参照符号を有してい
る。而して、投射光源22は第１図のプリズム18と同じMa
cNeille複プリズム18に終局的に供給される白色光の平
行化ビームを提供する。一般に、光学装置は１インチ径
のビームとして投射ランプからの光を平行化するのに使
用されている。一実施例において、ランプは500ワット
であり、300ルーメンを生成する、この光源（CRT以外）
はこのシステムの投射輝度を制御する。加えて、液晶光
弁16は変調光弁装置を具現するために使用されている。
好ましい実施例において、LCLVはHughes社製H4060の如
きシングル２インチ径バルブである。適当なLCLVの動作
は、特に、Optical Engineering 1978年7/8月号第17巻3
71〜384頁中にW.P.Bleha他による「液晶光弁のリアルタ
イムオプチカルデータ処理への応用」と題した論文中に
記述されている。一般に、LCLV投射ディスプレイは完全
な２インチ径弁を使用する幾つかの原色において1000テ
レビジョンライン解像度の能力がある。

特に、相対的に小形の例えば１インチ径の陰極線管112
B,112R、および112Gは幾つかの適当なファイバ光学系結
合機構を介してLCLV16の面に結合されている。これらの
CRTはLCLVの光センサ層を選択的に活性化する。一実施
例において、CRTの投射ディスプレイは800ラスタライン
解像度を有し、Hughes社製H1380のCRTを使用している。
上記ファイバ光学系結合機構は必要ならばCRTを簡単に
位置付けし得ることを可能とするくさび形状部を含ませ
ることができる。

３分割水晶体集束（または前置集束）レンズ150はLCLV1
6の他面と偏光プリズム18の一面との間に設けられてい
る。レンズ150は、一般的に無色で相対的に長い焦点距
離例えば200ミリメートルのものでよい。レンズ150は投
射レンズにおいてより小さな原色光ビームを作り出し、
それによってレンズ収差の影響を最小にする。

カラーフィルタシステム125は投射光源22とプリズム18
の別の面との間に設けられる複数の二色性フィルタでな
り、このカラーシステムからの光はLCLV16より入射され
る光に直交する方向でプリズム18に入射されることにな
る。特に、このカラーフィルタシステム125は所望の方
向に入射光を偏光するためにセットされたフィルタ126,
127,128および129を含んでいる。システムの一例とし
て、このフィルタシステムによる光伝送は80％以上であ
る。これらのレンズは、例えば白色光がフィルタ126上
に入射されたとき、プリズム18に赤光を反射するミラー
127上に赤波長光が反射される如くアレンジされてい
る。

フィルタ126を介して進行する光は、青波長光にそこを
通して進行することを許容するフィルタ128上に突き当
ると共に、プリズム18上に突き当る。加えて、フィルタ
128はプリズム18上に入射すべき緑光を反射するミラー1
29上に光ビームのうちの緑部分を反射する。このフィル
タシステムを使用することにより、原（または他）色光
セグメントはビームより分離されてプリズム18の異なる
位置に供給される。これらの位置はCRT用の適当な波長
ピームに関係している。

さらに、三分割水晶体投射レンズ175はプリズム18の出
力側に向き合って設けられている。それは、水晶体投射
レンズがLCLV16からみてプリズム18の反対面に位置して
いるということである。レンズ175は、三原色画像を投
射スクリーン200に向けて修正（集束）するために、レ
ンズ150と同じ仕方で偏位された要素を持つ無色性のも
のである。焦点距離とＦナンバーは画像距離とサイズに
基いて変えられる。一実施例において、焦点距離75ミリ
メートルにして且つF/no.＝２のものがスクリーンサイ
ズ４フィート×５フィートを形成するのに使用された。

それから特に、第１図に関係して述べたキセノンアーク
ランプ22の如き適当な光源からの白色投射光は、カラー
フィルタシステム125に供給される。三原色光はカラー
フィルタシステム125によって白色光より分離されてプ
リズム18に供給される。それぞれの光ビームは面19（第
１図のプリズム18の場合と同様）によってLCLV上に反射
される。プリズム18によって最終的に同じ影響が生じ
る。留意したように、水晶体前置集束レンズ150は部分
的に集束すべき各ビーム（赤、青および緑）に起因する
影響を有し、投射レンズ175におけるビームサイズを小
さくする。なお、個々のレンズ要素はLCLVの最小ラスタ
中心から偏位されており、それで原色光ビームは投射レ
ンズシステムにおいて良好に分離される。

これらの各光ビームはLCLV16に供給され、そこでそれら
は各CRT112R,112Bおよびまたは112Gによって生成される
信号または画像によって個々に変調される。各偏光光ビ
ームの変調効果は第１図の場合と同様である。光ビーム
は変調の後でLCLV16から反射され、プリズム18を通して
選択的に進行する。それは、変調光が適当な投射画面20
0に集束されるべき光信号（ビーム）に起因する最終的
な影響を有する水晶体レンズ175に供給され、その中で
各信号が正確に目標に向けて修正されると共に包含され
るということである。集束度は各水晶体レンズ位置の横
位置によって制御することができる。上述したシステム
ではハイライトのコントラスト比は一般的に20:1であっ
た。

三色信号の修正は、三つに分離した活性領域を有効化す
る幾つかの投射システムにとって重要な機能である。こ
のシステムにおける修正パターンの利点は活性ラスター
サイズが小さく且つ共に接近しているということであ
る。光学系と偏光直線性制御との結合によれば、最大ラ
スター端部におけるライン幅の50％以内に修正すること
が達成される。直線性の付加的な改良は、マイクロプロ
セッサ制御ダイナミック直線性補正回路の如き、さらに
高性能の直線性補正回路によって具現することが期待さ
れる。

シングル光弁カラープロジェクタのもう一つの変形は、
２インチ径の光弁、ファイバ光学系フェースプレートお
よび光弁入力部にファイバで光学的に結合されるCRTの
使用である。この実施例によれば、三つの最小ラスタは
CRTフェースプレート領域の各部に表示される。この利
点は単一のCRTを使用するということである。この欠点
は三つの最小ラスタ表示フォーマットとして三つの色信
号を表示して且つ変換するために掃引変換器が必要とな
るということである。この手段は三つの色信号を並列に
供給して色信号のフレームを記憶し、三色の最小表示の
出力フォーマットを大きなTVラスターの一つとしてCRT
上に読み出す。この掃引変換器のメモリに要求されるこ
とは大容量であり、そしてこの理由のために前に述べた
三つのミニCRTアプローチが容易に考えられる。

以上のようにして、複数のCRT（またはCRT部分）が縮合
された単一のLCLVによる新規にして且つ独特な液晶光弁
カラープロジェクタが示され且つ記述される。このシス
テムは解像度および輝度の利点を保持することを可能と
する。多重カラーミニディスプレイは全色性動作能力を
有する高解像度信号を具備するために、独特な水晶体レ
ンズ投射システムによって修正される。

この発明の幾つかの特別の利点は従来技術のカラー投射
システムに比してコストおよびサイズの減少である。こ
れは単一のLCLVの使用に由来している。加えて、このシ
ステムは単一のLCLVの使用の結果として所定の解像度に
対しての輝度向上を可能とする。

この発明の好ましい実施例について述べたが、それは当
業者が記述されたシステムに関する変形をなし得ること
は明らかである。例えば、多くの（またはより少ない）
CRTを水晶体レンズシステムに連結しておよび離して使
用するようにしてもよい。また、近接するラスター間か
らの色混ざりを消去するために、若し望むならば、カラ
ーフィルタを投射レンズ部に使用することができる。し
かるに、このようなこの説明の範囲内から逸脱しない変
形はその中に含ませることを意図している。それは、こ
の説明は例示のみに限定されることを意図していないと
いうことである。この発明の範囲はここに書き添えられ
る請求の範囲によってのみ限定される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジイエール，ハーリイ・ダブユ アメリカ合衆国 カリフオルニア州 92069，サン・モーカス，ラ・キヤンパ ナ・コート 3811 (72)発明者 レインシユ，ステフアン・ジエイ アメリカ合衆国 カリフオルニア州 92083，ビスタ，デイスニイ・レーン 30438 (72)発明者 ロブスト，ポール・エフ アメリカ合衆国 カリフオルニア州 92054，オーシヤンサイド，フオウサツ ト・ロード 195 (56)参考文献 特開 昭58−117534（ＪＰ，Ａ) 実開 昭48−55766（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4191456（ＵＳ，Ａ)

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）第１及び第２のサイドを有する単一
   の液晶光弁を含み、上記第２のサイドに入射する光の偏
   向状態を上記第１のサイドに入射する光の偏向状態の関
   数として変調する手段と、 （ｂ）各ビデオ画像が多色画像の異なる色成分を表わす
   と共に、上記液晶光弁の上記第１のサイドの異なる別個
   の領域に光学的に個別的に入射する複数の分離ビデオ画
   像を同時に生成する手段と、 （ｃ）第１の偏向状態の入射光を反射すると共に第２の
   偏向状態の入射光を透過することによって、入射光ビー
   ムを第１及び第２の偏向状態を有する一対の光ビーム成
   分に分ける偏向複プリズムと、 （ｄ）白色投射光源と、 （ｅ）上記投射光を複数の異なる色の光ビームに変換す
   るために上記投射光源と上記複プリズムとの間に挿入さ
   れるものであって、上記各色の光ビームを上記複プリズ
   ムによって第１及び第２の偏向状態を有する一対の光ビ
   ーム成分に分けさせ、第１の偏向状態の光ビーム成分を
   上記複プリズムによって反射させると共に上記液晶光弁
   の上記第２のサイドの異なる個別の領域に当てさせ、そ
   れで上記各色の光ビーム中の上記第１の偏向状態の光ビ
   ーム成分をそれが当てられる上記液晶弁の個別の領域に
   よって個別的に変調せしめるカラーフィルタ手段と、 （ｆ）上記液晶光弁に入射する上記ビデオ画像生成手段
   によって決定されるフルカラーリアルタイム画像を生成
   するスクリーンと、 （ｇ）上記複プリズムと上記スクリーンとの間で、上記
   液晶光弁の上記各個別の領域によって変調された光ビー
   ム成分を受けるために位置付けられていると共に、上記
   変調された光ビーム成分の全てを上記スクリーンに向け
   て導くように上記スクリーン上で光ビーム成分の位置を
   個別的に制御するために位置付けられたマルチセグメン
   ト投射レンズとを具備してなるフルカラー画像リアルタ
   イム投射用電気−光学系システム。
2. 【請求項２】上記複数の色の光ビームの第１及び第２の
   偏向状態の光ビーム成分は、上記入射光変調手段におい
   て上記ビデオ画像が光学的に入射される側と反対側に当
   てられることを特徴とした請求の範囲第１項に記載の電
   気−光学系システム。
3. 【請求項３】（ａ）上記複数の分離ビデオ画像生成手段
   が三個の陰極線管でなり、 （ｂ）上記入射光変調手段が単一の液晶光弁からなり、 （ｃ）上記複数の色の光ビームの第１及び第２の偏向状
   態の光ビーム成分が、上記ビデオ画像が光学的に結像さ
   れた上記液晶光弁の反対側に当てられることを特徴とし
   た特許請求の範囲第１項に記載の電気−光学系システ
   ム。
4. 【請求項４】上記液晶光弁と上記複プリズムとの間で各
   セグメントが上記液晶光弁の各個別の領域に向けられた
   マルチセグメント前置集束レンズを付加的に含むことを
   特徴とする請求の範囲第１項に記載の電気−光学系シス
   テム。
5. 【請求項５】上記入射光変調手段が単一の反射形液晶光
   弁からなり、上記複数の分離ビデオ画像が全て同じ色で
   あることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電気−
   光学系システム。
6. 【請求項６】上記入射光変調手段と上記複プリズムとの
   間に、上記入射光変調手段の各個別の領域のための個別
   的なセグメントを有するマルチセグメント前置集束レン
   ズをさらに備えたことを特徴とする請求の範囲第１項記
   載の電気−光学系システム。