JPH11505334A

JPH11505334A - 投影装置

Info

Publication number: JPH11505334A
Application number: JP8533880A
Authority: JP
Inventors: フィールディング，レイモンド，ゴードン; カヴァナフ，マーティン; モス，グラハム，ハリー
Original assignee: ディジタルプロジェクションリミテッド
Priority date: 1995-05-11
Filing date: 1996-05-10
Publication date: 1999-05-18
Also published as: US20010024268A1; US6663243B2; US6250763B1; EP0824829B1; DE69626202T2; EP0824829A1; WO1996036184A1; DE69626202D1

Abstract

(57)【要約】投影装置は、入射光を空間変調するように配置した１つあるいはそれ以上の可変ミラーアレイ（８０３）を有する。内面全反射の面（８０９）は、光を可変ミラーアレイ（８０３）へ、そして可変ミラーアレイから向けるように配置される。この装置は、適切に配置した１つあるいはそれ以上のダイクロイック層（８０５）を有しても良く、各ダイクロイック層（８０５）に入射する光がこれらの層に対してほぼ垂直入射となるように配置される。

Description

【発明の詳細な説明】投影装置本発明は、投影装置に関する。特に、この発明は、１つあるいはそれ以上の空間光変調器を用いてディスプレイ上に空間変調光を投影し、この空間変調光によって投影画像が形成される投影システムに用いられる投影装置に関する。空間光変調器は、入射光ビームを空間変調するように制御可能な光学部品である。ある種の空間光変調器は、アクティブマトリクス装置であり、投影された画像の画素に対応する光ビームの部分をそれぞれ有効に変調するように個々にアドレスした光変調器のマトリクスを具えている。各光変調器は、例えばＥＰ０４０１９１２に示されるように、液晶とすることができる。あるいは、このアクティブマトリクス装置は、例えばＵＳ４８５６８６３，ＵＳ４６１５５９５，ＵＳ４５９６９９２に記載されている可変反射装置（ＤＭＤｓ）として広く知られている偏向可能な反射装置のアレイで構成することができる。この偏向可能な反射装置は、対応する電極アレイにより静電的に偏向可能な小型で片持ちのビーム反射素子アレイを具えている。偏向の範囲は、電極に印加される静電電位により制御することができ、可変の偏向範囲を得ることができる。あるいは、この反射装置は、所定の静電電位を印加して各反射装置を個々の偏向状態の何れかに切り換えることによって、二値的態様で動作させることができる。この場合、選択された複数の基本周期と対応する周期で、光が表示スクリーン、あるいはビームダンプのいずれかに入射する方向に各反射装置を偏向させることによって、グレイスケールが表示される。このような反射装置のアレイを用いる場合、各反射装置が個別にアドレスされて２次元画像を発生することができる。反射装置を微小な大きさとすると共にスイッチング速度を高速にすることにより、ビデオ画像データレートで用いることができ、表示スクリーン上にテレビやビデオの動画の表示を可能とする。偏向可能な反射装置を用いる投影システムにおいて、入射光ビームは、ブラウン管の電子ビームのような走査を行わず、一度で反射装置のアレイ全体を照明する。従って、１つあるいはそれ以上の可変反射装置を有する投影システムは、光源から偏向可能なミラー、すなわち装置に至るまでの光路と偏向可能な反射装置を通過し、空間変調光の投影システムに至るまでの光路とが交差しないように、光源と投影装置とを互いに離間させなければならない欠点がある。これにより、システム全体の小型化および効率に制限が課せられてしまう。ＥＰ−Ａ−０３６４０４３およびＥＰ−Ａ−０４１８９４７は共に、内面全反射の面を画成するエアギャップが間に存在する２個のプリズムアセンブリィを反射液晶空間光変調器に入射する光路およびこれから出射する光路中に配置した投影システムについて記載している。この内面全反射の面は、一方の光ビームを空間光変調器へ入射させ、あるいは空間光変調器からの光を出射させると共に、他方の光ビームを２本のビームに分離している。本出願人の同時係属中の国際特許出願ＷＯ９５／２２８６８（これを参照することよって、その内容が本明細書に組み入れられる）は、入射光を可変ミラーアレイに向けて偏向すると共に可変ミラーアレイにより発生して空間変調光を投影レンズ系に向けて透過させる内面全反射の面を規定する少なくとも１個のエアギャップを含むプリズムアセンブリィを開示している。この構成により、空間光変調器に入射し反射した光ビームを重ね合わせることができ、従って光源および投影レンズを一層近接して配置することができる。本発明の第１の形態によると、入射光を少なくとも１つの空間光変調器に入射させることができ、空間光変調器により発生した空間変調光を表示装置に向けて反射させることができる少なくとも１個の内面全反射の面を含む投影装置に用いられるプリズムアセンブリィを提供している。本発明の第２の形態によると、入射光を異なる色成分のビームに分割することが可能な少なくとも１つのダイクロイック面と、複数の反射空間光変調器とを具え、入射光を異なる色成分のビームに分割する手段がプリズムアセンブリィに組み込まれ、入射光の光の拡がり角に依存して前記光を分割する手段が入射光に対し斜めに配置される投影装置を提供している。空間光変調器は、可変反射装置とすることができる。あるいは、空間光変調器は、反射液晶装置とすることができる。本発明による特定な一実施例として、空間光変調器の数に等しい数の内面全反射の面を設けている。あるいは、単一の内面全反射の面を用い、光を複数の空間光変調器に向けて偏向すると共に複数の空間光変調器からの光を偏向することができる。内面全反射の面は、プリズムアセンブリィのエアギャップにより構成することができる。ここで、本発明の多数の実施例が単なる例示により、添付図面を参照して説明され、その図１は、可変ミラーアレイの機能を概略的に示し、図２は、図１のアレイ中のミラーに対する光学的照明を概略的に示し、図３は、図１および図２のアレイを組み込んだカラーの光学的投影表示システムの平面概略図であり、図４は、投影装置に内面全反射の面を使用したものを示し、図５は、図４の投影装置の変形例を示し、図６は、本発明の一実施例による投影装置の他の実施例を概略的に示し、図７は、投影装置に対する入射ビームを概略的に示す説明図であり、図８は、本発明の一実施例による投影装置の一部の別の実施例を示し、図９は、本発明の一実施例による装置に組み込まれる分割段の別の実施例を示す。投影装置の全体の動作図１を参照し、本発明による投影装置に用いる可変反射装置アレイは、ｍ×ｎの偏向可能なミラ−Ｍ₁₁〜Ｍ_mnのアレイ１０を具えている。一般的に、低解像度のディスプレイの場合には５００×５００程度のミラーが存在し、高解像度のディスプレイの場合には２０００×２０００のミラーが存在する。アレイ１０は、カラービデオ信号が入力する１４として示す入力回路からの信号を受信する電気的アドレス回路１２に接続している。このアドレス回路１２は、本件出願人の先の国際出願第ＷＯ９２／１２５０６号（これを参照することによって、その内容が本明細書に組み入れられる）に記載されている各反射装置Ｍ₁₁〜Ｍ_mnの個々の電極（図示せず）をアドレスする。各反射装置は回動し、ミラーＭ₁₁に関して概略的に示されるように、ミラーの対角隅部で一対の蝶番１３に対し回転移動する。ここで、図２を参照し、光源１６からの入射光ビームは、アレイに対する法線から測って約２０°の角度αでアレイ１０に向けて入射し、この光ビームの方向は反射装置Ｍ₁₁〜Ｍ_mnの一対の蝶番１３と直交している。個々の反射装置Ｍがアレイ１０の面と平行な休止位置にある場合、入射ビームは、法線に対して２０° の対応する角度で反射し、ビームダンプ（図２に図示せず）に達するオフ光路２４ｂに沿って進行する。アドレス回路１２からの制御信号が反射装置Ｍをアレイ１０の面に対して１０ °の角度の第１の偏向状態に設定すると、入射ビームは、アレイに対して垂直な角度で反射し、投影レンズおよび表示スクリーン（図２においては図示されていないが、図３において４０および４２として示す）に向かうオンの光路２４ａを進行する。制御信号が反射装置Ｍを第１の偏向状態とは逆に１０°の角度となった第２の偏向状態に設定すると、入射ビームは、法線に対して４０°で反射し、同様にビームダンプに達する第２のオフ光路２４ｃに沿って進行する。従って、オン光路２４ａに沿って見た場合、いかなる瞬時においてもアレイ１０は２次元画像を表示し、第１の偏向状態に設定されているミラーは明るくなり、第２の偏向状態に設定されているミラーは暗くなる。フルカラー投影システムを構成するため、可変ミラーアレイは、青色，赤色，緑色の波長帯域の光により順次アドレスされ、ミラーは適当な制御信号によりアドレスされて青色，赤色，緑色の空間変調ビームを発生する。表示スクリーン上に投影される３つの異なるカラーの画像の各組の再結合は、表示スクリーンを見る観察者の両眼で行われる。あるいは、ここで特に図３を参照し、カラー投影システムは、図１および図２のアレイ１０に関して説明したそれぞれ一般的な形態の３つの別々な可変ミラーアレイ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを有しても良く、これらのアレイはそれぞれ青色，赤色，緑色の波長帯域の光を空間変調するように並列式に配置される。図３は、このようなカラー投影システムの動作原理を示している。アークランプの如き高パワーのランプで構成される光源３２は、３つのアレイ３０ａ，３０ｂ，３０ｃに至る入射光路に沿って白色光を発生するように配置されている。アレイ３０ｂは、入射ビームを偏向するように配置され、このアレイ３０ｂからのオン光路がミラー３２および投影レンズ３４を経て投影スクリーン３６を照明する。この入射光路は、例えば光源１６を表示スクリーン３６の上方に位置決めすることにより、スクリーン面に垂直な面内に位置する。アレイ３０ａ，３０ｂ，３０ｃの光路内には、入射ビームの一部がアレイ３０ａ，３０ｂに向けて反射するように垂直な軸線回りに回転される傾斜した一対の分波／合波ミラー３４，３６が配置されている。光源３２に最も近い分波／合波器３４は、入射ビームの青色光の波長成分を可変ミラーアレイ３０ａに向けて反射し、残りの赤色および緑色光をほとんど減衰せずに透過するように設計したダイクロイックコーティングを有する。アレイ３０ａは、電気的にアドレスされ、表示すべき画像の青色の波長成分に対応するビームを空間変調する。反射したオンビームは、アレイ３０ａに入射するビームに対して垂直な面内で２０°だけ偏向されるが、水平方向にはほとんど偏向されない。別の分波／合波器３６は、入射ビームの赤色の波長成分を反射するように設計したダイクロイック層を有し、電気的にアドレスされて再生すべき画像の赤色の波長成分に対応するビームを変調する第２の可変反射装置アレイ３０ｂに赤色光を入射させ、反射したオン光路は、アレイ３０ｂへの入射ビームの方向に対して垂直な面内で２０°偏向される。残りの緑色の波長成分の光は、分波／合波器３６をほとんど減衰することなく透過し、ミラー３８で反射して第３の可変反射装置アレイ３０ｃに入射する。アレイ３０ｃは電気的にアドレスされ、再生すべき画像の緑色の波長成分を持ったビームを空間変調し、また、反射したオン光路は、アレイ３０ｃへの入射ビームの方向に対して垂直な面内で２０°偏向される。従って、空間変調された緑色光はほとんど減衰することなく光路を戻り、両方の分波／合波器３６，３４を介して投影レンズ３４を通過し、スクリーン３６上に投影される。戻り光路上に位置する第１の分波／合波器３６において、赤色のアレイ３０ｃからの空間変調ビームは、分波／合波器３６により空間変調された緑色のビームと同一の光路に反射される。戻り光路中に位置する第２の分波／合波器３４において、青色のアレイ３０ａからの空間変調ビームは、分波／合波器３４により空間変調された緑色および赤色の光ビームと同一の光路に反射され、投影レンズ３４での光は、再結合された空間変調光ビームを具えていることになる。空間変調された緑色ビームのミラー３８での反射により、分波／合波器３４，３６で反射される青色および赤色のアレイ３０ａ，３０ｃによって発生する青色および赤色の空間変調ビームと同じ「向き」のビームがもたらされる。アレイ３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、各アレイ３０ａ〜３０ｃからスクリーン３６に至る光路が同一となるように位置決めされる。第１実施例上述した装置は、図３の各空間光変調器アレイ３０ａ，ｂ，ｃに対する入射および出射ビームが重なり合うのを防止するため、光学部品を広く離間させなければならない欠点がある。これは、達成され得る装置の小型化に対して制約を課すことになる。この問題は、例えば空気とガラスとの間の遷移のような屈折率の異なる２個の材料間の境界で発生する内面全反射の面を利用することにより、少なくとも緩和させることができる。これは、可変ミラーアレイに光を方向づけると共にアレイからの光を方向づけるのに使用され、このアレイのミラーを通過するビームと反射するビームとに分離する。このような内面全反射の面を組み込んだ投影装置の一例を図４に示す。この装置は、単色の投影システムか、あるいは異なる色成分の光が偏向可能なミラーアレイ４０１の形態の単一の空間光変調器に順次投影されるカラーホイールを組み込んだシステムのいずれかに組み込まれる。光源（図４に図示せず）からの入射ビームは、プリズムアセンブリィ４０３を経て可変ミラーアレイ４０１に向けられる。プリズムアセンブリィ内の反射プリズム面４０５は、プリズムアセンブリィ４０３内のエアギャップ４０８と、隣接するプリズム面との間の境界によって規定される内面全反射の面４０７に入射ビームを向けさせる。この内面全反射の面４０７は、図１および図２に関して説明したように、法線に対して２０°の角度で入射光を偏向可能なミラーアレイ４０１に反射させる。可変ミラーアレイ４０１により図２で規定したオン光路２４ａに沿って反射した空間変調光は、４０９として概略的に示した投影レンズの方向に向けられ、投影スクリーン（図４に図示せず）上に投影される。図２中のオフ光路２４ｂに沿った光は、法線に対して対応する２０度の角度で図４のビームダンプ（図示せず）に反射される。内面全反射の面４０７を組み込むことにより、他の方法よりも短い距離で入射ビームと空間変調ビームとをプリズムアセンブリィ内で分離できることが理解されよう。従って、他の方法よりも大きな開口のシステムを用いることができよう。図４に示す装置の欠点は、エアギャップ４０８がこのエアギャップ４０８を通過する空間変調光に非点収差を発生させることである。図５は、この問題を解決する本発明の一実施例を示している。図５に示す本発明の実施例において、光源（図５に図示せず）からの入射光は、プリズムアセンブリィ５０５内の内面全反射の面５０３を規定するエアギャップ５０２を通過するような角度で、集光レンズ５００によってステアリングプリズム５０１上に集束する。この光は、偏向可能なミラーアレイ５０７に入射する。可変ミラーアレイ５０７から反射して図２のオン光路２４ａに沿った空間変調光は、内面全反射の面５０３に戻り、プリズムアセンブリィ内で反射面５０９に向けて内面全反射される。次に、この空間変調光は、投影レンズ５１１の方向に向けられ、表示スクリーン（図５に図示せず）上に投影される。また、図２に示すオフ光路２４ｂに沿った光は、内面全反射の面５０３で内面全反射するが、直接か、あるいはプリズムアセンブリィの出射面の内面全反射の面５１６を介してプリズムアセンブリィ５０５の縁部でビームダンプ５１３に進入するような角度で反射する。このビームダンプ５１３は、種々の形態をとることができる。プリズムアセンブリィ５０５に接合あるいは融合される黒色ガラス層や、他の吸収材の形態をとることができる。プリズムアセンブリィ５０５から離れたビームダンプの表面に、銅のヒートシンクや、他の冷却手段（図示せず）を取り付けることができる。別の外部ヒートシンク部材（図示せず）に取り付けられるように、このヒートシンクを突出させることができる。プリズムアセンブリィ５０５は、任意の手頃な光学ガラス、例えばＢＫ７光学クラウンガラスで作ることができる。ビームダンプ５１３を黒色ガラス層５１３で形成する場合、これは、プリズムアセンブリィ５０５の屈折率に整合した屈折率を有するものである。それで、例えば、この黒色ガラス層はSchottから入手できるＮＧ１の種類とすることができる。黒色ガラス層５１３の厚さは、光吸収のための要件と、プリズムアセンブリィ５０５から伝達される発生熱に対する要件との間の兼ね合いで選択され、一般的には０．５ミリメートルの厚みであろう。図５に示すシステムは、偏向可能な反射装置５０７からオン光路に沿った空間変調光がエアギャップ５０３を通過せず、プリズムアセンブリィ５０５内で内面全反射する図４に示したシステムに勝る利点を有することが理解されよう。従って、図４に示したエアギャップ４０７によって空間変調ビームに生ずる何らかの非点収差が回避される。オフ光路に沿って誘導される光の一部が内面全反射の面５０３に向けられず、プリズムアセンブリィ５０の出射面に向けて方向付けられることは明らかであろう。この光は、ビームダンプ５１３に向けて出射面５１５で反射されよう。アレイ５０７は、適当な接合材を用いてプリズムアセンブリィ５０５の適当な面に選択的に接合でき、または光学的結合流体を用いて結合することができる。あるいは、アレイ５０７を面に対して移動可能とし、このアレイを一直線状に整列させることができる。プリズムアセンブリィ５０５に形成されるエアギャップ５０３は、一般的に約１５ミクロンの厚みとすることができる。このエアギャップは、プリズムアセンブリィのガラスに形成した凹部により画成することができる。あるいは、スペーサ、例えばマイカまたは細い金属ワイヤのループを用いて極めて精度の高い間隔のエアギャップを形成することができる。このスペーサは、何らかの形態の接合材を用いてプリズムアセンブリィ５０５に取り付けられ、その選択は、投影装置の分野の当業者にとって明らかなものであろう。スペーサは、プリズムアセンブリィ５０５のガラスと熱的に整合させられよう。ランプ１６からの光が、赤外および紫外の周波数帯域に大量の影響力を含んでいることがある。赤外線が望ましくないのは、光学部品を加熱して光学部品の整列誤差を生ずるおそれがあるためである。紫外線は、プリズムの構成部品を保持する接合材に影響を及ぼすおそれがあるので望ましくない。従って、光源からの光をプリズムアセンブリィ５０５上に集束させるために用いられる集光レンズ５００の前側凸面に、可視光を透過させるけれども赤外線および／または紫外線を反射するコーティング５１３を施しても良い。光ビームがプリズムアセンブリィ５０５に入射する面にも、具合良くフィルタコーティング５１５を施し、望ましくない赤外放射および／または紫外放射のレベルを一層低減することができる。これらのコーティングのうちの何れか一方は、このシステム中に進む光源からの光のスペクトル分布を調整するように設計することもできる。第２実施例ここで図６を使用し、説明すべき本発明の第２実施例は、赤色，青色，緑色の光をそれぞれ空間変調する３つの個別の偏向可能なミラーアレイが配置されたカラー投影システムに組み込まれている。６個のプリズムＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆで構成されるプリズムアセンブリィは、３つの個別の偏向可能なミラーアレイ６０３，６０５，６０７を支持し、各アレイは、青色，緑色，赤色の入射空間変調光にそれぞれ対応して個別にアドレス可能である。プリズムＣ，Ｄの間のプリズム面には、青色光を反射すると共に赤色光および緑色光を透過させる第１のダイクロイック層６１５が形成されている。プリズムＥ，Ｆの間のプリズム面には、赤色光を反射すると共に他の波長の光を透過させる第２のダイクロイック層６１７が形成されている。プリズムＡ，Ｂ間、Ｂ，Ｃ間、Ｄ，Ｅ間には、臨界角以上の角度で入射する光に対して内面全反射の面６１０，６１２，６１４をそれぞれ規定する３つのエアギャップ６０９，６１１，６１３が形成されている。図６に示す構成は、実際には３次元プリズムアレイであり、ＡおよびＢとして示すプリズムは、青色および赤色のＤＭＤアレイ６０３，６０７のそれぞれの反射素子の蝶番軸線に対して直角となるように、軸線Ｘ，Ｘ′に対して４５°の角度に設定されていることが認識されよう。図６に示した概略的な形態は、明瞭にするためのものであり、赤色光および青色光に対する光分割光路は省略されている。白色光源（図示せず）からの入射光は、２つの第１のプリズムＡ，Ｂ間の内面全反射の面６１０で反射する。緑色光の波長成分は、プリズムＣ，ダイクロイック層６１５，プリズムＤ，プリズムＥ，ダイクロイック層６１７，プリズムＦを順次通過し、緑色の偏向可能なミラーアレイ６０５に図２に示す適当な角度で入射する。それで、反射アレイ６０５で反射するオン光路に沿った空間変調した緑色光は、プリズムＦ，Ｅ，Ｄ，Ｃ，Ｂ，Ａおよび３つの全てのエアギャップ６０９，６１１，６１５を通過し、投影レンズ（図６に図示せず）に進む。プリズムＣ，Ｄ間のダイクロイック層６１５は、青色光を青色の偏向可能なミラーアレイ６０３に向けて反射するのに対し、赤色光は、プリズムＥ，Ｆ間のダイクロイック層６１７によって赤色の偏向可能なミラーアレイに向けて反射する。赤色の偏向可能な反射装置からの光は、第３の内面全反射の面６１４によって内面全反射し、次いでダイクロイック層６１３で反射して投影レンズ（図６に図示せず）への出射光路にて再結合される。青色の偏向可能なミラーアレイ６０３からの光は、プリズムＢ，Ｃ間に形成した第２の内面全反射の面６１２で内面全反射し、そして第２のダイクロイック層６１７で反射し、空間変調された赤色および緑色の出力光と再結合され、投影レンズ（図６に図示せず）に向けて出射する白色出射ビームを形成する。赤色および青色の空間変調光は、再結合されて空間変調された白色の出射光ビームを形成する前に２回反射するので、図３に示すような緑色の光路に別な反射器を設けて各色周波数帯域の光と同一の向きに設定する必要がないことを理解されよう。図６に示すプリズム構成は、特に小型の形態をもたらすことが理解されよう。第３実施例図１および図２に示す光源１６によって放射される光は、点光源ではなく、集光レンズにより偏向可能なミラーアレイに集束されるほぼ平行なビームを発するアークランプであることが一般的であろう。従って、図７に示すように、光源７００からの光が部品７０３の如き任意の光学部品に対し、最大値γまで入射する角度βの値の範囲があり、これは、集光レンズ７０１と部品７０３との間の光路長を含む入射光学系の設計に依存しよう。部品７０３が、例えば図３中の３４および３６として示したようなダイクロイック分割ミラーの場合、光は、偏光効果が透過／反射スペクトルの形状の拡散をもたらすダイクロイックミラーの法線から十分に離れた角度でこのダイクロイックミラーに入射する可能性があり、ダイクロイック面による正確なカラー分割を抜け目なく達成するのが困難となり、従ってこのシステムの効率およびカラー性能の両方が制限される。ダイクロイック面に対する光の入射角が法線入射の向きに小さくなってこれらの偏光効果を減少させると、光分割システムが大型化し、光効率が低下した、より長い光路を使用せざるを得なくなる。これらの兼ね合いとして、例えば本件出願人の同時係属中の国際出願ＷＯ９５／２２８６８で使用しているように、ダイクロイック面の入射角を法線から約３０°で用いることができる。ここで図８を使用し、この図面は入射プリズム８０１に入射する多成分の光ビームを特定の波長帯域の光に分割するカラー分割システムの概念図であり、従って、分割された光は８０３として概略的に示した空間光変調器に向けられる。明瞭さのため、空間光変調器からの戻り光路は省略した。ダイクロイック層８０５は、プリズムアセンブリィの一部を構成する他の２個のプリズム８０７，８０９の間の境界に形成されている。このダイクロイック層８０５は、特定の波長帯域の光、例えば赤色光を選択的に反射し、この赤色光を入射プリズム８０１と第２のプリズム８０７との間のエアギャップ８１０の一方の面で規定される内面全反射の面８０９に向けて反射するようになっている。この赤色光は、面８０９で内面全反射し、可変ミラーアレイ８０３に向けられる。他の波長帯域の光は、ダイクロイック面８０５を通過し、出射プリズム８０９を経て例えば別の分割システム（図８に図示せず）に進む。本発明者らは、入射光路を分析すると、利用可能な光線角が一定の限定範囲に存在することを見出した。ダイクロイック面８０５は、入射ビームと垂直な線に対して角度θをなすように設定され、この角度は、光軸に対して入射ビームのなす最大角ψよりも僅かに大きい。θの一般的な角度は、約７°である。従って、ダイクロイック面は、選択された波長帯域の光を光軸に対して２θの角度で反射するようになっている。ここで図９を使用し、図８に示す構成の適合において、第２の分割段を組み込んで入射する白色光を赤色，青色，緑色の色周波数帯域に分割できるようにしても良い。第１の内面全反射の面９０１は、入射プリズム９０３と第１の出射プリズム９０５との間のエアギャップ９０２の一方の面で規定される。第２の内面全反射の面９０７は、第２の出射プリズム９０９と第１の出射プリズム９０５との間のエアギャップ９０８の一方の面で規定される。赤色光を選択的に反射し、他の全ての波長帯域の光を透過するようになっている第１のダイクロイック層９１１は、第２の出射ブロック９０９と中間ブロック９１３との間に形成される。青色光を選択的に反射し、他の全ての波長帯域の光を透過するようになっている第２のダイクロイック層９１５は、中間ブロック９１３と第３の出射ブロック９１７との間に形成される。従って、図９の分波器を用いる場合、入射白色光は入射ブロック９０３に向けられ、第１の内面全反射の面９０１を直進する。この光は、ダイクロイック層の法線に対して小さな角度でこのダイクロイック層９０８に入射する。赤色光は、第１のダイクロイック層９１１で反射して第１のエアギャップ９０１に戻り、内面全反射して出射プリズム９０５を通り抜ける。次に、この赤色光は、赤色光を空間変調するように配置した第１の空間光変調器（図示せず）に進む。赤色以外の波長の光は、第１のダイクロイック層９１１を通過し、第２のダイクロイック層９１５に向けてこのダイクロイック層の法線に対して小さな角度で進む。この残りの光のうちの青色光は、第２のダイクロイック層９１５で第２のエアギャップ９０７に向けて反射し、この面９０７で内面全反射し、青色光を空間光変調するようにアドレスされる第２の空間光変調器（図示せず）に進む。残りの緑色光は、第２のダイクロイック層９１５を通過し、出射プリズム９１７を通り、緑色光を空間変調するように配置した第３の空間光変調器（図示せず）に進む。この特有の光学形態により、緑色光は緑色の偏向可能な反射装置に直接入射し、赤色光および青色光は共に２回反射することが理解されよう。図３に示した形態と比較したこの２回反射により、図６に示す形態のように、緑色光のための反射面を設けることなく、３つの光成分のビームは、図３に関して説明したのと同一の向きを有することになる。図８および図９に示す形態は、このシステムの設計によって要求される特定の形態となるように調整できることが認識されよう。特別のステージを組み込んで入射光ビーム内の赤外光または紫外光を除去することができる。ともかく、各ダイクロイック面に対して入射ビームがほぼ垂直に入射するため、偏光損失が極めて小さくなることが認識されよう。特に、青色光は第１のダイクロイック層９１１を通って２回の遷移を受けなければならないけれども、このダイクロイック面に対して光がほぼ垂直に入射することにより、損失は最小になることが認識されよう。あるいは、任意の損失を利用して３つの色周波数帯域のカラースペクトルを微調整することにより、このシステムの比色定量を微調整することができる。図９に示す完成した形態は、極めてコンパクトな分割システムを達成することができ、これは極めて高効率にすることが可能である。空間光変調器は、入射ビームに対してほぼ９０°に設定可能であることが認識されよう。高効率のシステムのため、他のステージを組み込んで第３の色成分の光、すなわち図９に示す実施例における緑色光を分離することができ、従って望まない赤外線または紫外線をこのシステムに通し、ここから外側に進めることも可能であることが認識されよう。高パワーのシステムにおいて、本発明の任意の実施例に組み入れられている内面全反射の面は、エアギャップを用いることなく、２個のプリズム部品の間の屈折率の差を利用して形成できることが認識されよう。この場合、一方のプリズムをサファイアとし、他方のプリズムをシリカあるいは別の低屈折率のガラスプリズムとすることができる。これは、ビームの光路の直線性を変えてしまうが、より強固なアセンブリィがもたらされる。他の可能性として、例えば図９において、出射プリズム９０５を例えばサファイアで構成し、シリコーン油または水の如き流体に浸漬して内面反射の面９０１，９０７を設けることができる。この構成は、光学的に極めて強固にすることができ、極めて高パワーレベルでの取り扱いが可能になる。図６および図８および図９に示す投影システムは、図３に概略的に示したカラー分割方法を用いているが、本発明のシステムにおいて他のカラー分割方法、例えばマゼンタおよびシアンおよびイエローの３色を用いる方法、あるいは３つ以上の色成分ビームを用いる方法を使用できることが認識されよう。また、本発明のシステムは、色分割ミラーを用いて空間光変調器により変調された光のバランスを改良することができる。ある用途において、カラー投影システムで用いられる３つのアレイに対して別のアレイを加えることが有益である。この別のアレイは、例えば本件出願人の同時係属中のＰＣＴ出願第ＷＯ９５／０４５８２号に記載されているようなパワーを取り扱う理由のために使用することができ、これを参照することによって、その内容が本明細書中に組み入れられる。従って、例えば緑色の色周波数帯域を２つのアレイ間で分割するように構成することが有益であろう。エアギャップが空間光変調器に光を向けるために用いられない場合、単一のエアギャップを用いて望まない光を逸らすことができることも認識されよう。空間光変調器アレイの一例として、偏向可能な反射装置を説明したが、本発明による投影システムは、反射液晶装置の如き他の反射空間光変調器を使用した用途があることも認識されよう。図８および図９に示す分割システムは、透過性空間光変調器、例えば液晶装置での用途があることも認識されよう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９７年５月３０日【補正内容】請求の範囲１．光源と、複数の反射空間光変調器と、前記光源と前記空間光変調器との間の光路中に配置されるプリズムシステムとを具え、このプリズムシステムは、前記光源からの光をダイクロイック面に入射させる少なくとも１つの内面全反射の面を有し、前記光源は、前記ダイクロイック面に集束ビームを作り出すようになっており、前記ダイクロイック面は、光ビームの光軸に対する拡散角度内で光軸に対して直角に配置され、前記ダイクロイック面は、このダイクロイック面からの光を少なくとも１つの空間変調器に反射させるように配置されていることを特徴とする投影装置。２．前記少なくとも１つの空間光変調器、あるいは各空間光変調器は、可変ミラーアレイであり、前記少なくとも１つの空間光変調器、あるいは各空間光変調器の反射面は、前記光源からプリズムシステムへの光の入射方向とほぼ直交していることを特徴とする請求項１に記載の投影装置。３．波長の異なる光を複数の空間光変調器に向けて分割し、望まない光を前記プリズムシステムからビームダンプの方に進める複数のダイクロイック面を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の投影装置。４．２つの内面全反射の面を有し、これらは前記光源からの光を第１の前記内面全反射の面を通り、この第１の内面全反射の面と第２の前記内面全反射の面との間の第１のダイクロイック面に進めるように配置され、前記第１のダイクロイック面は、第１の波長帯域の光を前記第１の内面全反射の面から第１の反射空間光変調器に反射させ、残りの光を前記第２の内面全反射の面を介して第２の内面全反射の面の後方の光路中の第２のダイクロイック面に伝達するように配置され、前記第２のダイクロイック面は、第２の波長帯域の光を前記第２の内面全反射の面から前記第２の反射空間光変調器に反射させ、第３の波長帯域の光を第３の反射空間光変調器に伝達するように配置され、前記第２の内面全反射の面は、第２の空間光変調器からの戻り光路中の空間変調光を前記第２のダイクロイック面に向かせて前記第３の空間光変調器からの戻り光路中の空間変調光と再結合されるように配置され、前記第１の内面全反射の面は、前記第１の空間光変調器からの空間変調光を前記第１のダイクロイック面に向かせて前記第２および第３の空間光変調器からの戻り光路中の空間変調光と再結合し、空間変調された出射ビームを発生させるようになっていることを特徴とする請求項３に記載の投影装置。５．前記光源からの光を前記第１の内面全反射の面を通過させ、前記空間変調された出射ビームを投影スクリーンに向けるようになっている第３の内面全反射の面を有することを特徴とする請求項４に記載の投影装置。６．少なくとも１つの反射空間光変調器と、光源と、この光源からの光を前記空間光変調器に向けるプリズムシステムとを有し、このプリズムシステムは、少なくとも１つの内面全反射の面を有し、この内面全反射の面は、空間光変調器から第１の方向に反射した空間変調光を前記内面全反射の面によりディスプレイに向けて反射させ、前記空間光変調器から第２の方向に沿って反射した光は、前記内面全反射の面によりビームダンプに向けられるようにしたことを特徴とする投影装置。７．少なくとも１つの前記内面全反射の面、あるいは各内面全反射の面は、屈折率が異なる２個のプリズム部材の間の境界に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の投影装置。８．少なくとも１つの前記内面全反射の面、あるいは各内面全反射の面は、固体材料と液体との間の境界を具えていることを特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載の投影装置。９．前記液体は、シリコーン油であることを特徴とする請求項８に記載の投影装置。１０．前記液体は、水であることを特徴とする請求項９に記載の投影装置。１１．空間変調光は、前記境界を通過しないことを特徴とする請求項７から請求項１０の何れかに記載の投影装置。１２．前記反射空間光変調器は、可変反射装置であることを特徴とする請求項１から請求項１１の何れかに記載の投影装置。１３．前記空間変調光から入射光中の望まない波長を除去する手段を有することを特徴とする請求項１から請求項１２の何れかに記載の投影装置。１４．前記除去手段は、前記望まない波長を選択的に反射するようになっている別のダイクロイック面を具えたことを特徴とする請求項１による請求項１３に記載の投影装置。１５．添付図面の図４から図９を参照して明細書に実質的に記載されていることを特徴とする投影装置。１６．請求項１から請求項１５の何れかに記載の投影装置と、表示スクリーンとを有することを特徴とする投影システム。１７．添付図面の図４から図９の何れかを参照して明細書に実質的に記載されていることを特徴とするプリズムアセンブリィ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０３Ｂ 33/12 Ｇ０３Ｂ 33/12 Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０ＤＨ０４Ｎ 9/31 Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｃ (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＢＹ，ＪＰ，ＵＳ (72)発明者カヴァナフ，マーティン英国オーエル３５キューディーランカシャーオールドハムドブクロスプラットレーングレンハースト（番地なし) (72)発明者モス，グラハム，ハリー英国オーエル９９ユーピーチャダートンファーウッドパークオフバーチウッドアスペンウッドドライブ 12

Claims

【特許請求の範囲】１．光源と、複数の反射空間光変調器と、前記光源と前記空間光変調器との間の光路中に配置されるプリズムシステムとを具え、このプリズムシステムは、前記光源からの光をダイクロイック面にほぼ垂直に入射するように向けると共に前記ダイクロイック面で反射した光を少なくとも１つの前記空間光変調器に向ける少なくとも１つの内面全反射の面を有することを特徴とする投影装置。２．前記少なくとも１つの空間光変調器、あるいは各空間光変調器の反射面は、前記光源からプリズムシステムへの光の入射方向とほぼ直交していることを特徴とする請求項１に記載の投影装置。３．波長の異なる光を複数の空間光変調器に向けて分割し、望まない光を前記プリズムシステムからビームダンプの方に進める複数のダイクロイック面を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の投影装置。４．２つの内面全反射の面を有し、これらは前記光源からの光を第１の前記内面全反射の面を通り、この第１の内面全反射の面と第２の前記内面全反射の面との間の第１のダイクロイック面に進めるように配置され、前記第１のダイクロイック面は、第１の波長帯域の光を前記第１の内面全反射の面から第１の反射空間光変調器に反射させ、残りの光を前記第２の内面全反射の面を介して第２の内面全反射の面の後方の光路中の第２のダイクロイック面に伝達するように配置され、前記第２のダイクロイック面は、第２の波長帯域の光を前記第２の内面全反射の面から前記第２の反射空間光変調器に反射させ、第３の波長帯域の光を第３の反射空間光変調器に伝達するように配置され、前記第２の内面全反射の面は、第２の空間光変調器からの戻り光路中の空間変調光を前記第２のダイクロイック面に向かせて前記第３の空間光変調器からの戻り光路中の空間変調光と再結合されるように配置され、前記第１の内面全反射の面は、前記第１の空間光変調器からの空間変調光を前記第１のダイクロイック面に向かせて前記第２および第３の空間光変調器からの戻り光路中の空間変調光と再結合し、空間変調された出射ビームを発生させるようになっていることを特徴とする請求項３に記載の投影装置。５．前記光源からの光を前記第１の内面全反射の面を通過させ、前記空間変調された出射ビームを投影スクリーンに向けるようになっている第３の内面全反射の面を有することを特徴とする請求項４に記載の投影装置。６．少なくとも１つの反射空間光変調器と、光源と、この光源からの光を前記空間光変調器に向けるプリズムシステムとを有し、このプリズムシステムは、少なくとも１つの内面全反射の面を有し、この内面全反射の面は、空間光変調器から第１の方向に反射した空間変調光を前記内面全反射の面によりディスプレイに向けて反射させ、前記空間光変調器から第２の方向に沿って反射した光は、前記内面全反射の面によりビームダンプに向けられるようにしたことを特徴とする投影装置。７．空間変調光は、いかなる内面全反射の面も通過しないようにしたことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の投影装置。８．少なくとも１つの前記内面全反射の面、あるいは各内面全反射の面は、屈折率が異なる２個のプリズム部材の間に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の投影装置。９．少なくとも１つの前記内面全反射の面、あるいは各内面全反射の面は、固体材料と液体との間の面を具えていることを特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載の投影装置。１０．前記液体は、シリコーン油であることを特徴とする請求項９に記載の投影装置。１１．前記液体は、水であることを特徴とする請求項９に記載の投影装置。１２．前記反射空間光変調器は、可変反射装置であることを特徴とする請求項１から請求項１１の何れかに記載の投影装置。１３．前記空間変調光から入射光中の望まない波長を除去する手段を有することを特徴とする請求項１から請求項１２の何れかに記載の投影装置。１４．前記除去手段は、前記望まない波長を選択的に反射するようになっている別のダイクロイック面を具えたことを特徴とする請求項１による請求項１３に記載の投影装置。１５．添付図面の図４から図９を参照して明細書に実質的に記載されていることを特徴とする投影装置。１６．請求項１から請求項１５の何れかに記載の投影装置と、表示スクリーンとを有することを特徴とする投影システム。１７．添付図面の図４から図９の何れかを参照して明細書に実質的に記載されていることを特徴とするプリズムアセンブリィ。