JPH08240797A - 反射光弁を使用したプロジェクション・ディスプレイ用光学装置 - Google Patents

反射光弁を使用したプロジェクション・ディスプレイ用光学装置

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JPH08240797A
JPH08240797A JP7340241A JP34024195A JPH08240797A JP H08240797 A JPH08240797 A JP H08240797A JP 7340241 A JP7340241 A JP 7340241A JP 34024195 A JP34024195 A JP 34024195A JP H08240797 A JPH08240797 A JP H08240797A
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spatial light
color
light modulator
combining
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JP7340241A
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Derek Brian Dove
デレク・ブライアン・ドーブ
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    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
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  • Projection Apparatus (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コントラスト制御の改良及び光学部品設計の
簡略化のために、共通の光経路の最小化を目的とする光
学装置を提供すること。 【解決手段】 反射光弁を使用した高解像度プロジェク
ション・ディスプレイのための光学装置。別々の偏光手
段が、変調される色に同調された対応する個々の反射光
弁に近接して置かれる。結合プリズム・アセンブリが各
光弁からの反射光を結合し、プロジェクション・ディス
プレイに導く。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、反射光弁を使用し
たフルカラー・プロジェクション・ディスプレイの実現
化のための光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ワーク・ステーション、マルチメディ
ア、医療関係及び他の適用業務では高解像度の表示画面
が期待されている。特に空間光変調装置或いは反射光弁
を使用したプロジェクション・ディスプレイ、例では液
晶タイプのディスプレイなどがあるが、これらはＣＲＴ
よりも高い解像度の表示画面を実現できる。
【０００３】米国特許第５２７０８０４号は光が最初に
ビーム分割キューブによって２つの偏光軸に分割され
る、反射光弁を利用したカラー・ディスプレイ・システ
ムを開示する。偏光の１つの光は色分割／再結合プリズ
ム・アセンブリに導かれ、各色に分離されて光弁から反
射され、再結合されて偏光ビーム・スプリッタを通って
再び向けられる。米国特許第４６８７３０１号は液体充
填の３色分離／再結合プリズム・アセンブリを使用した
フルカラー・プロジェクタに関する。ガラス３色プリズ
ム・アセンブリは米国特許第４６８７３０１号で開示さ
れている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】反射光弁を使用するシ
ステムでは照射光ビームと反射結像ビームは、光学アセ
ンブリを通る光経路の一部を共有しなければならないの
で相当な複雑性と不必要な光散乱を招く。従ってコント
ラスト制御の改良及び光学部品設計の簡略化のために、
共通の光経路の最小化を目的とする配置が必要である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、色毎に反射光
弁に隣接して配置される独立した偏光ビーム・スプリッ
タを有し、複数の色の光を投影する装置に関する。装置
は個々の色の光を指定された偏光子に導く色分離手段を
有する。各光弁から反射された光はそれぞれの偏光ビー
ム・スプリッタを再び通り、色結合手段で再結合されて
から結合光ビームをプロジェクション・レンズに導く。
本発明の重要な特徴は、各光弁が、光弁によって変調さ
れる色に同調された独自のビーム・スプリッタ・プリズ
ム或いはミラーを有し、表示画像のコントラストと色彩
が改良されることにある。
【０００６】
【発明の実施の形態】ここで述べる液晶光弁は、光弁の
セルへ入射される偏光が、反射時に、液晶に印加される
電圧に応じた量だけ回転されるという原理で動作する。
変調されたビームは入射線形偏光ビームに対して９０
度、偏光される。このようなセルを光の変調装置として
使用するには、偏光をある特定の方向に沿って当てる必
要があるが、しかし、この光は反射ビーム中の回転され
た光のために拒絶される。光弁は多数の小さい光制御画
素の配列から成る。本発明の反射光弁プロジェクション
・システムにおいて、入射ビームと反射ビームは分離さ
せられ且つビームの偏光もまた分離させられる。これは
よく知られている偏光ビーム・スプリッタの使用によっ
て達成することができる。
【０００７】本発明のプロジェクション・ディスプレイ
装置では、各々の反射光弁はそれぞれ対応する独立した
偏光ビーム・スプリッタを有する。図１は光弁１２と保
持プレート１３を有する反射液晶光弁アセンブリ１１に
取り付けられた偏光ビーム・スプリッタ（プリズム）１
０の側面図である。照射システムからの特定の色の光線
Ｐ1、Ｐ2は、上部表面１４でプリズム１０に入り、プリ
ズム１０の対角方向に延びている面１６を透過するか
（Ｐ2）、または面１６によって反射される（Ｐ1）。変
化されない偏光の反射光線Ｐ1は２回目の反射が繰返さ
れるが、回転された偏光光線Ｐ2は光弁の表面１８に対
して垂直にプリズム１０を出る。一般に黒色である光吸
収層２０がプリズム１０の下部表面２２の上に置かれ
る。光吸収層２０は、最初に面１６を透過した偏光光線
Ｐ2を吸収する。光吸収層２０はまた光弁１２から変化
せずに反射される偏光光線Ｐ1を吸収する。
【０００８】光弁のタイプが異なれば、ビーム変調手段
も異なったものになり得る。例えば液晶層内での光散乱
効果或いは小型偏向ミラー配列などでビームを変調する
ことができる。これらの場合にも本発明を適用できる
が、偏光条件は緩和される。液晶タイプの光弁は各々が
小型変調セルを制御するトランジスタのマトリックスに
よってアドレスされ得る。セルは連続しているか、また
は光散乱を招く局所相変化を受ける。この相変化は熱に
よるもので、極度に焦点を絞った書込みビームによって
誘発される。図１は、単色用の基本的な光弁偏光プリズ
ム・アセンブリを示す。フルカラーにおいては各色に対
して１個である合計３個のこのようなセルからの像は、
スクリーン全体にわたって低ひずみ、正確なオーバレイ
及び良好な色濃度でスクリーン上に同時に投影させなけ
ればならない。これらの理由により単一のプロジェクシ
ョン・レンズでスクリーン画像を形成するのが望まし
い。
【０００９】単一のプロジェクション・レンズを使用し
て、スクリーン上に結像する３個の光弁の光学的配置が
図２で示される。この実施例では、光源２３はレンズ・
アセンブリ２５によって形成される照射ビーム２６を発
生させる。照射ビーム２６は３個の２色性ミラー３４、
３６、３８によって３つの経路２８、３０、３２に分離
される。これは各色に対して１経路である。各光弁４
０、４２、４４は、自身が変調すべき色（一般に赤、緑
または青）に同調された独自の偏光ビーム・スプリッタ
・プリズム４６、４８、５０或いはミラーを有する。偏
光ビーム・スプリッタは光弁に近接して取り付けられ
る。３個の光弁によって反射されたビーム５２、５４、
５６は偏光回転によって変調され、スクリーン５８に映
しだされる情報を運ぶ。ビーム・スプリッタが、特定の
偏光に対して高レベルの反射を可能にし、変調ビームの
９０度回転された偏光に対して高レベルの透過を可能に
することが重要である。１つのプロジェクション・レン
ズ６０を使用するために反射ビームは、図２に示される
３個のプリズムを含むプリズム・アセンブリ６２によっ
て共通の光経路に結合させられる。プリズム・アセンブ
リ６２はカラー・ビデオ・カメラでカラー分離に使用さ
れるのと同様である。
【００１０】反射ビームを再結合する他のプリズム構成
が使用できる。図３に示すように、クロス・プリズムな
どのカラー２色性キューブ６４は、図２のプリズム・ア
センブリに代替えできる。図３において、図２と同じ構
成要素には同じ符号を付してある。
【００１１】経路が長くなってもよければ、図４に示す
ように、カラー結合プリズム・アセンブリは別々のカラ
ー反射プリズム６６、６８とスペーサ・プリズム７０に
よって構成できる。例えばプリズム６６は光弁４０及び
４２から反射された赤を反射し、緑の光を透過する。プ
リズム６８は光弁４４からの青の光を反射する。スペー
サ・プリズム７０は各色が同じ数だけのプリズムを通過
するのに必要である。
【００１２】以上のように各実施例における照射は、３
つのセルを照射する前に２色性ミラーその他の手段によ
って例えば、赤、緑及び青の３色に分割される。効率的
な偏光分離のためにビームが僅かの角度の分岐を持つこ
とが必要である。その結果、プロジェクション・レンズ
はいわゆるテレセントリック・タイプでなければならな
い。これは一般に非常に複雑なタイプのレンズである。
【００１３】図５に示すように、上述の配置の全てにお
いて、反射ビームがプロジェクション・レンズの中心を
通るように補正レンズ７２、７４及び７６を光弁に近接
して置いておくと、レンズはテレセントリック・レンズ
でなくてもよい。このような視野レンズにより、Ｒ、Ｇ
及びＢの光弁を正確なオーバーラップで結像させる必要
性に起因する主プロジェクタの結像特性間の差を調整で
きる。
【００１４】本発明は好適な実施例に関して特に図示及
び説明を行ったが、当業者は本発明の趣旨及び範囲内で
形式及び詳細について様々に変更可能であることが理解
できよう。
【００１５】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【００１６】（１）複数の色の光を投影する光学装置で
あって、前記光を供給する光源と、前記複数の色にそれ
ぞれ対応する複数の空間光変調装置と、前記複数の色の
光のそれぞれを対応する空間光変調装置に導く複数の偏
光手段と、前記空間光変調装置から反射された前記複数
の色の光を１つのビームに結合する結合手段と、を有す
る、光学装置。 （２）前記光源は青色光の光源、赤色光の光源及び緑色
光の光源を含み、前記複数の空間光変調装置は第１の空
間光変調装置、第２の空間光変調装置及び第３の空間光
変調装置を含み、前記複数の偏光手段は所定の偏光の前
記赤色光を前記第１の空間光変調装置に導く第１の手段
と、所定の偏光の前記青色光を前記第２の空間光変調装
置に導く第２の手段と、所定の偏光の前記緑色光を前記
第３の空間光変調装置に導く第３の手段とを含み、前記
結合手段は前記第１の空間光変調装置から反射された前
記赤色光と、前記第２の空間光変調装置から反射された
前記青色光と、前記第３の空間光変調装置から反射され
た前記緑色光とを前記ビームに結合する手段を含む、前
記（１）記載の装置。 （３）前記ビームをスクリーンに投影する手段を更に含
む、前記（１）記載の装置。 （４）カラー画像をスクリーンに投影する、前記（１）
記載の装置。 （５）前記偏光手段は、偏光ビーム分割プリズムを含
む、前記（１）記載の装置。 （６）前記結合手段は、前記複数の色のそれぞれの反射
光を受ける複数の入力面を持つカラー結合プリズム・ア
センブリを含む、前記（１）記載の装置。 （７）前記偏光手段は、対応する空間光変調装置のそれ
ぞれに近接して置かれる、前記（１）記載の装置。 （８）前記結合手段は、光が前記結合手段を１方向だけ
に通り抜けるように前記投影する手段と前記複数の偏光
手段との間に置かれる、前記（３）記載の装置。 （９）前記カラー結合プリズム・アセンブリは、３色の
光を結合するために２つの内部反射面を形成するように
配置された３個のプリズムを含む、前記（６）記載の装
置。 （１０）前記結合手段は、３つの分離された入力面で受
けた３つの色成分を結合し、出力面を介して結合ビーム
を送り出す２色性クロス・プリズム・アセンブリを含
む、前記（１）記載の装置。 （１１）前記結合手段は複数の２色性ミラー・プリズム
を含む、前記（１）記載の装置。 （１２）前記複数の２色性ミラー・プリズムは１つは第
１の色を反射し、１つは第２の色を反射し且つ第３の色
を透過する、前記（１１）記載の装置。 （１３）各々が前記空間光変調装置と前記偏光手段との
間に配置された複数の視野レンズを更に含む、前記
（１）記載の装置。 （１４）各前記偏光手段は、対応する空間光変調装置の
それぞれに取り付けられる、前記（１）記載の装置。
【００１７】
【発明の効果】コントラスト制御の改良及び光学部品設
計の簡略化のために、共通の光経路の最小化を目的とす
る配置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】反射光弁に付加された単一の偏光ビーム分割プ
リズムを示す本発明のサブアセンブリの概略図である。
【図２】３色プリズムを使用した本発明のプロジェクシ
ョン・ディスプレイ装置の実施例の平面図である 。
【図３】２色性クロス結合キューブを使用した本発明の
他の実施例であるプロジェクション・ディスプレイ装置
の平面図である 。
【図４】画像組合わせのために独立した２色プリズムを
使用した本発明の他の実施例であるプロジェクション・
ディスプレイ装置の平面図である 。
【図５】各光弁に視野レンズを使用した本発明の他の実
施例であるプロジェクション・ディスプレイ装置の平面
図である 。
【符号の説明】
１０ ４６、４８、５０偏光ビーム・スプリッタ・プリ
ズム １１ 反射液晶光弁アセンブリ １２ 光弁 １３ 保持プレート １４ 上部表面 １６ 面 １８ 表面 ２０ 光吸収層 ２２ 下部表面 ２３ 光源 ２５ レンズ・アセンブリ ２６ 照射ビーム ２８、３０、３２ 経路 ３４、３６、３８ ２色性ミラー ４０、４２、４４ 光弁 ５２、５４、５６ ビーム ５８ スクリーン ６０ プロジェクション・レンズ ６２ プリズム・アセンブリ ６４ カラー２色性キューブ ６６、６８ カラー分離反射プリズム ７０ スペーサ・プリズム ７２、７４、７６ 補正レンズ

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の色の光を投影する光学装置であっ
    て、 前記光を供給する光源と、 前記複数の色にそれぞれ対応する複数の空間光変調装置
    と、 前記複数の色の光のそれぞれを対応する空間光変調装置
    に導く複数の偏光手段と、 前記空間光変調装置から反射された前記複数の色の光を
    １つのビームに結合する結合手段と、 を有する、光学装置。
  2. 【請求項２】前記光源は青色光の光源、赤色光の光源及
    び緑色光の光源を含み、前記複数の空間光変調装置は第
    １の空間光変調装置、第２の空間光変調装置及び第３の
    空間光変調装置を含み、前記複数の偏光手段は所定の偏
    光の前記赤色光を前記第１の空間光変調装置に導く第１
    の手段と、所定の偏光の前記青色光を前記第２の空間光
    変調装置に導く第２の手段と、所定の偏光の前記緑色光
    を前記第３の空間光変調装置に導く第３の手段とを含
    み、前記結合手段は前記第１の空間光変調装置から反射
    された前記赤色光と、前記第２の空間光変調装置から反
    射された前記青色光と、前記第３の空間光変調装置から
    反射された前記緑色光とを前記ビームに結合する手段を
    含む、請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】前記ビームをスクリーンに投影する手段を
    更に含む、請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】カラー画像をスクリーンに投影する、請求
    項１記載の装置。
  5. 【請求項５】前記偏光手段は、偏光ビーム分割プリズム
    を含む、請求項１記載の装置。
  6. 【請求項６】前記結合手段は、前記複数の色のそれぞれ
    の反射光を受ける複数の入力面を持つカラー結合プリズ
    ム・アセンブリを含む、請求項１記載の装置。
  7. 【請求項７】前記偏光手段は、対応する空間光変調装置
    のそれぞれに近接して置かれる、請求項１記載の装置。
  8. 【請求項８】前記結合手段は、光が前記結合手段を１方
    向だけに通り抜けるように前記投影する手段と前記複数
    の偏光手段との間に置かれる、請求項３記載の装置。
  9. 【請求項９】前記カラー結合プリズム・アセンブリは、
    ３色の光を結合するために２つの内部反射面を形成する
    ように配置された３個のプリズムを含む、請求項６記載
    の装置。
  10. 【請求項１０】前記結合手段は、３つの分離された入力
    面で受けた３つの色成分を結合し、出力面を介して結合
    ビームを送り出す２色性クロス・プリズム・アセンブリ
    を含む、請求項１記載の装置。
  11. 【請求項１１】前記結合手段は複数の２色性ミラー・プ
    リズムを含む、請求項１記載の装置。
  12. 【請求項１２】前記複数の２色性ミラー・プリズムは１
    つは第１の色を反射し、１つは第２の色を反射し且つ第
    ３の色を透過する、請求項１１記載の装置。
  13. 【請求項１３】各々が前記空間光変調装置と前記偏光手
    段との間に配置された複数の視野レンズを更に含む、請
    求項１記載の装置。
  14. 【請求項１４】各前記偏光手段は、対応する空間光変調
    装置のそれぞれに取り付けられる、請求項１記載の装
    置。
JP7340241A 1995-01-10 1995-12-27 反射光弁を使用したプロジェクション・ディスプレイ用光学装置 Pending JPH08240797A (ja)

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US37094295A 1995-01-10 1995-01-10
US370942 1995-01-10

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