JPH09510026A - 光投射システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明の光投射システムは、非点光源（１１７）、ソースレンズ（１０２）、ソースストッパ（１０３）、光学手段（１０４）、Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーの第１、第２及び第３アレイ（１０８，１０９，１１０）、第１及び第２二色性ミラー（１０６，１０７）を含むビーム分離器（１０５）、第１、第２及び第３フィールドレンズ（１１２，１１３，１１４）、投射ストッパ（１１５）、投射レンズ（１１６）及び投射スクリーン（１１７）を含む。各フィールドレンズ（１１２，１１３，１１４）は、各二色性ミラー（１０６，１０７）とアクチュエーテッドミラーの各アレイとの間に位置して、各基本光ビームを対応するアクチュエーテッドミラーのアレイに平行に照らし、ビーム分離器（１０５）及び光学手段（１０４）を経て反射した基本光ビームを投射ストッパ（１１５）上に一様に再焦点を合わせることになる。

Description

【発明の詳細な説明】 光投射システム 発明の分野 本発明は光投射システムに関し、特に新規な光調節装置を有する光投射システ ムに関する。 従来の技術 本分野における移動可能な種々のビデオディスプレーシステムの中で、光投射 システムは大画面でも高画質の映像を与えることができるものとして知られてい る。 図１は、従来の光投射システム１００を示したもので、光源１、複数の反射面 及び対応する個数のスリットが設けられたシュリーレン・バー（Ｓｃｈｌｉｅｒ ｅｎ ｂａｒ）２、ソースレンズ３、投射レンズ４、、フィールドレンズ系５、 投射スクリーン６、第１および第２二色性ミラー８及び９を有するビームスプリ ッター７、並びにＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー１３の第１、第２及び第 ３アレイ１０、１１及び１２を含む。 この光投射システムにおいて、非点白色光源１から放射された白色光は、ソー スレンズ３にて第１光路に沿ってシュリーレン・バー２の反射面上に焦光される 。ここで、白色光は第１、第２、及び第３基本光ビームから成っており、各基本 光ビームは基本色の１つ、即ち、赤色、緑色、及び青色の光からなる。シュリー レン・バー２の反射面は、ソースレンズ３及びフィールドレンズ系５に向かって 配置されている。各反射面から反射された白色光源は第２光路に沿って発散し、 フィールドレンズ系５によりコリメートされることによって、第１および第２二 色性ミラー８、９を備えるビームスプリッター７上に一様に照射される。ここで 、第１二色性ミラー８はフィールドレンズ系５と第２二色性ミラー９との間に位 置し、Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー１３からなる第１アレイ１０と対向 する。また、第２二色性ミラー９は第１二色性ミラー８と第３アレイ１２との間 に位置し、Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー１３の第２アレイ１１と対向す る。第１二色性ミラー８は、フィールドレンズ系５から白色光を受光して、白色 光のうちの第１光ビーム光をＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー１３の第１ア レイ１０に反射させると共に、第２及び第３基本光ビームを第２二色性ミラー９ へ透過し、前記第２二色性ミラー９は、第１二色性ミラー８からの第２及び第３ 基本光ビームを受光して、第２基本光ビームを反射し、第３基本光ビームはＭ× Ｎ個のアクチュエーテッドミラー１３の第３アレイに向けて透過する。各アレイ １０、１１、１２のＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー１３は、表示されるべ き各画素に対応している。 第１、第２、及び第３アレイ１０、１１、１２における各アクチュエーテッド ミラー１３から反射した基本光ビームの光路は、アクチュエーテッドミラー１３ の偏向量によって決定される。 偏向されないアクチュエーテッドミラー１０、１１、１２の各々から反射され た基本光ビームは、第１および第２二色性ミラー８及び９を通って、フィールド レンズ系５にて第２光路に沿ってシュリーレン・バー２の反射面上に再度焦光さ れ、この反射面により遮断される。一方、偏向されたアクチュエーテッドミラー １０、１１、１２の各々から反射された基本光ビームは、第３光路に沿って第１ および第２二色性ミラー８及び９を経てフィールドレンズ系５にてシュリーレン ・バー２へ再度焦光され、焦光された光ビームの一部はシュリーレン・バー２の スリットを通過することになる。スリットを通過した各アレイ１０における各ア クチュエーテッドミラー１３からの基本光ビームは、投射レンズ４に伝送される 。この投射レンズ４は各アレイ１０、１１、１２の各アクチュエーテッドミラー １３から伝送された光ビームを投射スクリーン６上に投射することによって、対 応する各画素をその上にディスプレーする。 上述の光投射システム１００の主な短所の１つは、シュリーレン・バー２を用 いることから生じる。非点光源１から発せられた白色光が固定された角度でシュ リーレン・バー２の反射面上に焦光されるため、反射された白色光は高発散性に なり、その直径は大きくなる。従って、Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー１ ３を有するアクチュエーテッドミラー１０、１１及び１２から反射した反射光の 焦点を再度シュリーレン・バー２上に合焦させるためには、この装置に用いられ るフィールドレンズ５は極めて複雑ものとならざるをえない。 発明の概要 従って、本発明の主な目的は、シュリーレン・バーを用いず、複雑なフィール ドレンズ系を必要としない光投射システムを提供することである。 上記の目的を達成するために、Ｍ×Ｎ個の画素を表示しうる光投射システム（ Ｍ及びＮは正の整数）であって、 基本カラーの中の一つである第１、第２及び第３基本光ビームからなる白色光 ビームを第１光路に沿って第１光学面上に放射する非点光源と、 アクチュエータ及びミラーを有し、反射された前記基本光ビームの光路を偏向 することのできるＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーからなる第１、第２及び 第３アレイを有する３つのＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーアレイと、 光遮断部と所定の形状を有する光透過部とを備え、前記第１光学面に位置して 、前記光源からの前記白色光源を所定の形状にするソースストッパーと、 前記光源と前記ソースストッパーとの間に位置し、前記ソースストッパー上に 前記光源から放出された前記白色光ビームを集光させるソースレンズと、 ソースストッパーからの白色光を予め定められた角度で反射させるための光学 手段と、 第１および第２の二色性ミラーを含むビーム分離手段であって、前記第１二色 性ミラーは前記光学手段とＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーの第１ミラーと の間に配置し、前記光学手段からの白色光の第１基本光ビームを分離して、Ｍ× Ｎ個のアクチュエーテッドミラーの第１アレイへ反射させると共に、第２及び第 ３基本光ビームを第２二色性ミラーに向かって透過し、前記第２二色性ミラーは 第１二色性ミラーとＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーの第３アレイとの間に 位置して、第１二色性ミラーから第２及び第３基本光ビームを受光して、第２基 本光束を分離させてＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーの第２アレイに向かっ て反射させると共に、第３基本光ビームをＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー の第３アレイに透過する前記光分離手段と、 前記第１二色性ミラーと前記第１アクチュエーテッドミラーとの間、前記第２ 二色性ミラーと前記第２アクチュエーテッドミラーとの間、及び前記第２二色性 ミラーと前記第３アクチュエーテッドミラーとの間にそれぞれ位置する第１、第 ２、及び第３フィールドレンズからなるフィールドレンズ系であって、各々のフ ィールドレンズが前記基本光ビームの各々と対応する前記アクチュエーテッドミ ラー上にコリメートすると共に、各アクチュエーテッドミラーから反射された各 基本光ビームを再度集光するフィールドレンズ系と、 Ｍ×Ｎ個の画素からなる映像を表示するための投射スクリーンと、光遮断部と 光透過部とを備え、前記Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーからなるアクチュ エーテッドミラーから反射された前記基本光ビームのうち、予め定められた量を 通過させる投射ストッパーと、 前記投射ストッパーからの基本光ビームを前記投射スクリーン上に投射し、対 応する各画素をその上に表示する投射レンズとを含むことを特徴とする光投射シ ステムが提供される。 図面の簡単な説明 図１は、従来の光投射システムの線図である。 図２は、本発明の第１実施例による光投射システムの線図である。 図３は、図２に示された光学手段を詳細に示す光投射システムの線図である。 図４は、図２に示された他の光学手段を詳細に示す光投射システムの線図であ る。 発明の実施の形態 以下、本発明の好適実施例について図面を参照しながらより詳しく説明する。 図２乃至図３は、本発明の好適実施例による光投射システムの概略図を示した もので、図２乃至図４の同一部材は同一の参照符号を付して示したことに注目さ れたい。 図２には、本発明の光投射システム２００の概略図が示されている。この光投 射システム２００は、非点光源１０１、ソースレンズ１０２と、所定の形状を有 する光透過部５１及び光遮断部分６１が設けられているソースストッパー１０３ と、反射面１２０を有する光学手段１０４と、第１および第２二色性ミラー１０ ６、１０７を有するビーム分離手段１０５と、Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミ ラー１１１からなる第１、第２、及び第３アレイ１０８、１０９及び１１０を有 するＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー１１１の３つのアレイと、第１、第２ 及び第３フィールドレンズ１１２、１１３及び１１４を有する３つのフィールド レンズと、所定の形状を有する光透過部５２及び光遮断部６２が設けられている 投射ストッパー１１５と、投射レンズ１１６と、投射スクリーン１１７とから形 成されている。 この光投射システム２００において、非点光源１０１から発せられた白色光ビ ームは、光源１０１とソースストッパー１０３との間に位置するソースレンズ１ ０２によりソースストッパー１０３の光透過部５１上に第１光面上の第１光路に 沿って集束される。ここで、白色光ビームは基本色の中のいずれか一つを有する 第１、第２、及び第３の基本光ビームからなる。このソースストッパー１０３を 用いることによって、光源１０１から発せられてソースレンズ１０２を通過した 白色光ビームのある部分を光透過部５１を通過させることによって、白色光ビー ムを予め定められた所定の形状にすることができる。予め定められた形状を有す るソースストッパー１０３からの白色光ビームは光学手段１０４の反射面１２０ へ伝達される。第１光面に対して４８°乃至５０°の角度で傾いている光学手段 １０４の反射面１２０は、ソースストッパー１０３及び光分離手段１０５と対向 する。光学手段１０４の反射面１２０から反射された白色光は第２光路に沿って 進行し、第１および第２二色性ミラー１０６、１０７を含む光分離手段１０５に 一様に照射される。第２光路は第１光路１１８に対して８０°乃至１００°程度 傾いている。この第１二色性ミラー１０６は、例えば４５°傾き、光学手段１０ ４と第２二色性ミラー１０７との間に位置し、Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミ ラー１１１の第１アレイ１０８と対向し、光学手段１０４の反射面１２０からの 白色光を受けて、白色光のうちの第１基本光ビームを分離してＭ×Ｎ個のアクチ ュエーテッドミラー１１１の第１アレイ１０８へ反射すると共に、第１および第 ３基本光ビームを第２二色性ミラー１０７へ透過する。また、第２二色性ミラー は、例えば４５°傾き、Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー１１１の第３アレ イ１１０と第１二色性ミラー１０６との間に位置し、Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテ ッドミラー１１１の第２アレイ１０９と対向し、第１二色性ミラー１０６からの 第２及び第３の基本光ビームを受けて第２基本光ビームを分離すると共に、Ｍ× Ｎ個のアクチュエーテッドミラー１１１の第２アレイ１０９へ反射し、第３基本 光ビームをＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー１１１の第３アレイ１１０へ透 過する。各アレイ１０８、１０９及び１１０の各アクチュエーテッドミラー１１ １はミラー５３及び印加された電界に応じて変形する電歪材料または圧電性材料 からなるアクチュエータ５４を含む。アレイ１０８、１０９及び１１０の各アク チュエーテッドミラー１１１は、表示されるべき各画素に対応する。 第１二色性ミラー１０６とＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー１１１の第１ アレイ１０８との間に、第２二色性ミラー１０７とＭ×Ｎ個のアクチュエーテッ ドミラー１１１の第２アレイ１０９との間に、及び第２二色性ミラー１０７とＭ ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー１１１の第３アレイ１１０との間に各々設け られた第１、第２及び第３フィールドレンズ１１２、１１３及び１１４の各々は 、ビーム分離手段１０５での両二色性１０６及び１０７からの各基本光ビームを コリメーティングすることによって、各基本光ビームをＭ×Ｎ個のアクチュエー テッドミラーの対応するアレイ上に一様に照射するのに用いられる。 アレイ１０８、１０９及び１１０の各アクチュエーテッドミラー１１１から反 射した基本光ビームの光路は、各アクチュエーテッドミラー１１１の偏向の量に よって決定される。 偏向しなかった各ミラー１０８、１０９、１１０で反射した基本光ビームは、 対応するフィールドレンズによって投射ストッパー１１５上に再度焦光され、投 射レンズ１１６と光学手段１０４との間に配置された投射ストッパー１１５の光 遮断部６２により遮断される。一方、偏向した各ミラー１０８、１０９、１１０ で反射した基本光ビームは、対応するフィールドレンズによってビーム分離手段 １０５を介して第３光路に沿って投射ストッパー１１５上に再度焦光され、焦光 された基本光ビームの一部は投射ストッパー１１５の光透過部５２を通過するこ とによって、基本光ビームの強さが変調される。 光源１０１から発せられた白色光ビームを構成する基本光ビームが電気信号に 対応する像を投射スクリーン１１７上に形成するようにするためには、光学手段 １０４と第１、第２、及び第３アレイ１０８、１０９及び１１０の各々との間の 各基本光ビームに対する光路が同じ長さでなければならない。さらに、各基本光 ビームが通る、ソースストッパー１０３からアクチュエーテッドミラー１１１の 第１、第２、及び第３アレイ１０８、１０９及び１１０までの光路、並びにＭ× Ｎ個のアクチュエーテッドミラー１１１の各々のアレイ１０８、１０９及び１１ ０から投射ストッパー１１５までの光路の長さが同じでなければならない。これ は、ソースストッパー１０３と投射ストッパー１１５とを、本装置で用いられて いるフィールドレンズ１１２、１１３、１１４の焦点位置に置くことによって達 成される。さらに、光投射システム２００の光の密度は、ソースストッパー１０ ３の光透過部５１を通過する全ての白色光ビームが投射ストッパー１１５の光透 過部分６１を通過する際最高にするが、これは、ソースストッパー１０３の光透 過部５１と投射ストッパー１１５の光透過部６１の大きさと形状を同一にするこ とによってなされる。 アレイ１０８、１０９及び１１０の各アクチュエーテッドミラー１１１からフ ィールドレンズ１１２、１１３、１１４の焦点位置に位置する投射ストッパ１１ ５の光透過部６１を通過した基本光ビームは、投射レンズ１１６へ入射して投射 スクリーン１１７上へ投射され、これにより表示すべき各画素が表示される。 従来の光投射システム１００から分かるように、ビーム分離器７とシュリーレ ン・バー２との間の複雑なフィールドレンズ系５を用いる代わりに、本発明によ る光投射システム２００は各フィールドレンズが第１二色性ミラー１０６とアク チュエーテッドミラー１１１の第１アレイ１０８との間、及び第２二色性ミラー １０７とアクチュエーテッドミラー１１１の第３アレイ１１０との間に、及び第 ２二色性ミラー１０７と第３アレイ１１０との間にそれぞれ位置する３つのフィ ールドレンズ１１２、１１３、１１４を用いる。このような構成により、各基本 光ビームの発散が減少し各基本ビームの直径がより小さくなるため、容易に焦点 が合わせられて複雑なフィールドレンズ系を用いる必要がない。 図３には、本発明に他の実施例による光投射システム２００の概略図が示され ている。このシステムは、ソースストッパ１０３からの白色光をビーム分離手段 １０５へ全て反射し得る全反射ミラー５４を有する光学手段１０４を含む。 変形例として、図４は本発明のさらに他の実施例による光投射システム２００ の概略図であって、偏向光分離器（ＰＢＳ）５５及びλ／４波長板５６を含み、 この偏光分離器５５は白色光を第１および第２偏光ビーム、即ち、一対の偏光ビ ームに分離させると共に、偏光した光のうちの１つをλ／４波長板５６へ反射さ せ、λ／４波長板５６は偏光分離器５５から反射した偏光を受光し、反射された 偏光の位相を変化させ、位相変化した偏光ビームをビーム分離器１０５へ透過す る。 上記において、本発明の特定の実施例について説明したが、本発明に記載した 特許請求の範囲を逸脱することなく、当業者は種々の変更を加え得ることは勿論 である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．Ｍ×Ｎ個の画素を表示しうる光投射システム（M及びNは正の整数）であって 、 基本カラーの一つである第１、第２及び第３基本光ビームからなる白色光ビ ームを第１光路に沿って第１光学面上に放出する非点光源と、 アクチュエータ及びミラーを有し、反射した基本光ビームの光路を偏向する ことのできるＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーからなる第１、第２及び第３ アレイを有する３つのＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーアレイと、 光遮断部と所定の形状を有する光透過部とを備え、前記第１光学面に位置し て、前記光源からの前記白色光源を所定の形状にするソースストッパーと、 前記光源と前記ソースストッパーとの間に位置し、前記ソースストッパー上 に前記光源から放出された白色光ビームを集光させるソースレンズと、 ソースストッパーからの白色光を予め定められた角度で反射させるための光 学手段と、 第１および第２の二色性ミラーを含むビーム分離手段であって、前記第１二 色性ミラーは前記光学手段とＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーの第１ミラー との間に配置し、前記光学手段からの白色光の第１基本光ビームを分離して、Ｍ ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーの第１アレイへ反射させると共に、第２及び 第３基本光ビームを第２二色性ミラーに向かって透過し、前記第２二色性ミラー は第１二色性ミラーとＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーの第３アレイとの間 に位置して、第１二色性ミラーから第２及び第３基本光ビームを受光して、第２ 基本光束を分離してＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーの第２アレイに向かっ て反射させると共に、第３基本光ビームをＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー の第３アレイに透過する光分離手段と、 前記第１二色性ミラーと前記第１アクチュエーテッドミラーとの間、前記第 ２二色性ミラーと前記第２アクチュエーテッドミラーとの間、及び前記第２二色 性ミラーと前記第３アクチュエーテッドミラーとの間にそれぞれ位置する第１、 第２、及び第３フィールドレンズを含むフィールドレンズ系であって、各 々のフィールドレンズが前記基本光ビームの各々と対応するアクチュエーテッド ミラー上にコリメートすると共に、各アクチュエーテッドミラーから反射された 各基本光ビームを再度集光するフィールドレンズ系と、 Ｍ×Ｎ個の画素からなる映像を表示するための投射スクリーンと、 光遮断部と光透過部とを備え、前記Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーか らなるアクチュエーテッドミラーから反射された基本光ビームのうち、予め定め られた量を通過させる投射ストッパーと、 前記投射ストッパーからの基本光ビームを前記投射スクリーン上に投射し、 対応する各画素を表示する投射レンズとを含むことを特徴とする光投射システム 。 ２．前記光学手段が、前記ソースストッパーからの全ての白色光を反射しうる全 反射ミラーを含むことを特徴とする請求項１に記載の光投射システム。 ３．前記ソースストッパーが、光透過部及び光遮断部を含むことを特徴とする請 求項１に記載の光投射システム。 ４．前記投射ストッパーが、光透過部及び光遮断部を含むことを特徴とする請求 項１に記載の光投射システム。 ５．前記ソースストッパーの前記光透過部が、前記投射ストッパーの光透過部と 形状及びその大きさが同一であることを特徴とする請求項１に記載の光投射シス テム。 ６．前記ソースストッパー及び前記投射ストッパーが、前記光投射システムに用 いられたフィールドレンズの焦点に位置することを特徴とする請求項１に記載の 光投射システム。 ７．前記光学手段が、偏光分離器及びλ／４波長板を含み、前記偏光分離器を用 いて白色光を一対の偏光した光に分離し、それらのうち１つを前記λ／４波長板 に向かって反射させ、前記λ／４波長板は偏光分離器から反射した偏光を受光し て、前記反射した偏光の位相を変えて前記ビーム分離器へ伝達するのに用いられ ることを特徴とする請求項１に記載の光投射システム。