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JP3060049B2 - 画像投射装置 - Google Patents

画像投射装置

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Publication number
JP3060049B2
JP3060049B2 JP1265301A JP26530189A JP3060049B2 JP 3060049 B2 JP3060049 B2 JP 3060049B2 JP 1265301 A JP1265301 A JP 1265301A JP 26530189 A JP26530189 A JP 26530189A JP 3060049 B2 JP3060049 B2 JP 3060049B2
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color
image display
optical system
display panel
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JP1265301A
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ヘンリカス ヨハネス ファン デン ブラント アドリアヌス
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Electronics NV
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、第１の光ビームを発生する光源と、この第
１光ビームの光路中に配置され、投射すべき画像を発生
させる少なくとも１個の画像表示パネルを有する反射型
画像表示光学系と、画像表示光学系から発する第２の光
ビームの光路中に配置され、画像表示光学系で発生した
画像を投射スクリーン上に投射する投射レンズ系とを具
える画像投射装置に関するものである。
（従来の技術） 画像投射装置の概念は一般的な意味に理解されるべき
であり、ビデオ画像、図形画像、数値情報或はこれらを
結合したものを表示する装置を具えている。表示すべき
画像には単色画像及びカラー画像の両方がある。カラー
画像の場合、表示光学系は例えば赤、緑及び青の原色用
の３個のカラーチャネルを有し、各チャネルは表示パネ
ルを含んでいる。単色画像は一色の画像を意味するもの
と理解すべきであり、この一色は原理的に所定の波長に
対応し、実際には所定の中心波長を有する波長域に対応
する。この画像は、中心波長及びその周辺の波長域を有
する単色性ビームと一般に称せられている光ビームによ
って形成される。投射スクリーンは画像投射装置の一部
を構成し画像投射装置を一方の側で終端させる。投射ス
クリーンは画像投射装置から距離を以て位置させること
ができ、例えば適当な反射部を有する壁で構成すること
もできる。
欧州特許出願第166194号公報には、２個の電極プレー
ト間に形成されている液晶材料層を有する反射型画像表
示パネルを含む画像投射装置が開示されている。この画
像表示パネルはLCD（液晶表示）として既知である。反
射型画像表示パネルを用いる場合、表示パネルで反射し
た第２ビームを放射源から発する第１ビームから十分な
範囲に亘って空間的に分離し、第２ビームの光路中の投
射レンズ系が第１光ビームの一部をさえぎられないよう
にする必要がある。この目的を達成するため、欧州特許
出願第166194号公報に開示されている画像投射装置で
は、第１ビームの主光線を表示パネルに90゜とは異なる
予め定めた角度、すなわち表示パネルに垂直な角度以外
の角度で入射させている。従って、第２ビームの主光線
は入射角と等しい大きさで反対向きに反射し、この結果
第１ビームと第２ビームの主光線は異なる方向に進むと
共に入射角の２倍に等しい角度をなすことになる。よっ
て、第１ビームと第２ビームを十分に分離するために
は、入射角を比較的大きくする必要がある。しかしなが
ら、特にLCDパネルを用いる場合、第１ビームの入射角
は零又は数度以下とすることが望ましい。よって、２本
のビームを完全に分離するには、画像表示パネルから長
い距離だけ離れなければならず、画像投射装置が大型化
してしまう。
従って、本発明の目的は小型な構造であって、しかも
第１ビームの画像表示パネルに対する入射角を小さくで
きる画像投射装置を提供するものである。この目的を達
成するため、本発明による画像投射装置は、光源と画像
表示光学系との間並びに前記画像表示光学系と投射レン
ズ系との間に、ビームを分離する作用を有する第１媒質
から第２媒質への遷移構造を設け、これら第１及び第２
媒質が異なる屈折率を有し、前記遷移構造を、前記第１
光ビーム及び第２光ビームのうちの一方の光ビームが全
反射し他方の光ビームが透過するように配置したことを
特徴とする。
上記ビーム分離作用を有する遷移構造により、第１ビ
ームと第２ビームの主光線間の角度が小さくても、これ
ら主光線をすなわち第１ビームと第２ビームとを大きく
分離させることができ、この結果投射レンズ系をビーム
スプリッタとして機能する遷移構造に比較的接近して配
置することができる。
原理的に、２個の媒質の屈折率差が十分に大きけれ
ば、ビーム分離遷移として透明媒質間におけるいかなる
遷移も用いることができる。本発明による画像投射装置
は、前記遷移構造を、空気と透明材料との間の界面で構
成したことを特徴とする。
上記好適実施例は、さらに前記遷移構造がプリズム光
学系に含まれ、このプリズム光学系が対向する２個の面
間に空気層を有する２個の透明プリズムで構成したこと
を特徴とする。
上記好適実施例は、遷移構造がプリズム光学系内に収
容されているので、汚染や損傷から適切に保護される。
複合プリズムの第１ビームに対する入射面と第２ビーム
に対する出射面は、第１及び第２ビームの主軸に対して
それぞれ等しい向きをなすように設定できるので、光学
収差を最も簡単な方法で補正することができる。
画像表示光学系が画像情報に応じて第２ビームの偏光
方向を変調し、有用な光が最良に用いられる画像投射装
置の実施例は、前記光源から遷移構造までの光路並びに
遷移構造から投射レンズ系までの光路中に偏光感知ビー
ムスプリッタを設け、光源から発するビームを２個の相
互に直交する偏光サブビームに分離し、これらサブビー
ムを共に画像表示光学系に入射させ、これらサブビーム
が画像情報で変調された後これらサブビームを合成する
ように構成したことを特徴とする。
偏光回転表示パネルを具えるより一般的な画像投射装
置においては、第１の偏光方向を有する光だけが表示パ
ネルを透過するので、本発明による画像投射装置の上記
実施例において上記第１の偏光方向と直交する第２の偏
光方向を有する光が（光源からの光の全ては基本的に第
２偏光方向を有している）画像情報で変調されるので、
有用な光を最良の状態で利用できることになる。
米国特許第4127322号から、光束を増大させるため同
一光源からの２個の直交偏光した光ビームを同一の画像
情報で変調しその後これらビームを合成する構成が既知
である。この従来の装置においては各光ビームが個々の
画像表示パネルによって変調されるので、本発明による
画像投射装置に必要なパネル数の２倍のパネルが必要に
なる。さらに、従来の装置では、変調された第２ビーム
は偏光感知ビームスプリッタによって変調されていない
第１ビームから分離されており、全反射に基づいて作動
する素子によって分離するものではない。
実用的に重要な本発明による画像投射装置の実施例
は、前記画像表示系を、カラー選択素子と画素がグルー
プに分割されている複合画像表示パネルとを具えるカラ
ー画像表示系とし、画素の各グループが所定の色のサブ
画像を発生し、この色が、関連する画素グループに属す
るカラー選択素子の色と対応することを特徴とする。
このカラー画像表示は、前記カラー選択素子を、光ビ
ームを異なる色の３個の単色性サブビームに分離すると
共に単色画像情報で変調されたサブビームをカラー画像
情報で変調された１個の光ビームに合成する複数のカラ
ー選択性ビームスプリッタで構成し、サブビームの各々
の光路中に個別の画像表示パネルを配置し、この画像表
示パネルの集合的な画素が前記画素群のうちの１個を構
成することを特徴とすることができる。
さらに、この実施例は、前記カラー画像表示系が、画
素がグループで配置されている画像表示パネルを含み、
各画素グループが所定の色のサブ画像を発生し、関連す
る画素の属する画素グループによって発生すべきサブ画
像の色に対応する色の光だけを透過するカラーフィルタ
を画素の各々に設けたことを特徴とすることができる。
上記実施例は、カラー画像投射装置が有する光学素子
の数が最小のものとなると共に、特に小型構造とするこ
とができる利点を有している。
本発明によるカラー画像投射装置の別の実施例は、前
記光源を、対応する数の単色光ビームを放出する複数の
単色光源で構成し、これら光源が個別のカラーチャネル
の一部を構成し、カラーチャネルの各々に単色性反射型
画像表示パネル及びビームスプリッタを配置し、投射レ
ンズ系の前段に、画像情報で変調された単色性光ビーム
をカラー画像情報で変調された１個の光ビームに合成す
るカラー選択性素子から成る光学系を配置したことを特
徴とする。
以下図面に基き本発明を詳細に説明する。
（実施例） 第１図において、符号１は照明光学系を表示し、この
照明光学系は例えば金属ハロゲンランプから成る放射源
２と単レンズとして線図的に示す集光光学系３とを具え
る。この集光光学系は複数のレンズ及び／又はミラーを
含むことができる。照明光学系１からビームb1を発生
し、このビームは画像表示パネル10に入射する。この画
像表示パネル10は、例えば液晶パネル（LCD）とするこ
とができる。このパネル10は例えばネマティック形の液
晶材料層13を有し、この液晶材料層を２個のプレート11
及び12で封止する。プレート11は透明であり例えばガラ
スで構成され、プレート12は透明とすることができ又は
反射性とすることもできる。これらプレートの各々に制
御電極14,15を形成する。電極14は透明とし、電極15
は、ガラスプレート12を用いた場合反射性とし、反射プ
レート12を用いる場合透明のものとすることができる。
これら電極は多数の列電極及び行電極に分割することが
でき、これら列及び行電極により表示パネルに多数の画
素を形成することができる。線図的に示す駆動端子16及
び17を経てマトリックス電極を駆動することにより画素
を制御することができる。従って、所望の位置で液晶材
料層13を通る電界を形成することができる。この電界に
よって液晶材料層13の実効反射率が変化し、関連する画
像の区域に局部的な電界が存在するか否かに応じて当該
画像を通る光の偏光面が回転する。
受動的に制御される画像表示パネルの代りに、能動的
に制御できる画像表示パネルを用いることもできる。能
動型画像表示パネルにおいては、一方の基板プレートに
電極を形成し他方のプレートには半導体駆動電子素子を
形成する。画像の各々は、例えば薄膜トランジスタのよ
うなそれ自身の能動制御素子によって駆動される。
これら両方の形式の直接駆動画像表示パネルは、例え
ば欧州特許出願第0,266,184号に記載されている。
画像表示パネルは、米国特許第4,127,322号に記載さ
れているような一層複雑な光学系の一部のものとするこ
ともできる。上記光学系において、画像は陰極線管によ
り発生する。陰極線管から放射される光は光導電層に入
射し、この光導電層に陰極線管上の画像に応じた電荷パ
ターンが発生する。この電荷パターンにより、光導電層
と対向電極との間に存在する液晶材料層に陰極線管の表
示画像に従う電界が形成される。電界を変化させること
により、液晶材料層の複屈折性が変化し、この結果液晶
材料層に入射する投射ビームの偏光方向の回転に局部的
な差異が発生する。この投射光学系においては、適切に
作動させるために多数の付加的な層を形成する必要があ
る。米国特許第4,127,322号に開示されている装置は、
より専門的な用途用のものとして構成されている。
液晶材料層を有する画像表示パネルを用いて画像を投
映するためには、画像表示パネルに入射するビームを偏
光光、好ましくは直線偏光光とする必要がある。しかし
ながら、放射源２は一般的に非偏光光を放射する。この
ため、偏光子４を用いて放射源からの光から所望の偏光
方向を有する直線偏光成分を取り出す。画像表示パネル
で反射したビームb2の光路中に、例えば偏光子４の偏光
方向とほぼ平行な偏光方向を有する検光子９を配置す
る。このように構成することにより、電界により付勢さ
れビームの偏光方向を変化させない画素から発生した光
は、投射レンズ系20に向けて検光子９を透過する。一方
非付勢画素はビームの偏光方向を90゜回転させ、この非
付勢画素から発する光は検光子により阻止される。従っ
て、検光子９はビームの偏光変調を強度変調に変換する
ことになる。単レンズ素子によって線図的に図示した投
射レンズ系20は、画像表示パネル10の画像を投射するス
クリーン30上に表示する。このスクリーン30と投射レン
ズ系20との間の光路長は比較的長いものである。投射光
学系20とスクリーン30との間の光路を反射体によって折
り曲げることにより、投射装置の寸法を小型のものとす
ることができる。
本例において、電界が印加されていない画素は投射ス
クリーン30上に黒点として表示される。或いは、画像を
以下のように制御することも可能である。すなわち、画
素に電界を印加した場合当該画素に入射した直線偏光の
偏光方向が90゜回転せず、入射直線偏光が楕円偏光に変
換されるように制御することも可能である。この場合、
当該画素からの光の一部は投射スクリーンに向けて検光
子を透過し、残りの成分は検光子によって阻止される。
従って、対応する画素は投射スクリーン上に黒点として
ではなく白点として又は灰色点として表示される。この
場合、灰色の程度は調整することが可能である。
液晶の画像表示パネルを有する画像投射装置は、原理
的に直線偏光を用いる代わりに、円偏光又は楕円偏光を
用いて作動させることができる。
この場合、画像表示パネルは、円偏光の偏光方向を僅
かに変化させ、又は楕円偏光の楕円軸間の比を僅かに変
化させる。そして、最終的に別の偏光手段を用いて上記
偏光光を直線偏光に変換し、これによって直線偏光の偏
光方向の変化に変換する。
駆動状態にある画素がビームの偏光方向を回転させ非
駆動状態の画素は偏光方向を回転させない画像表示系を
用いる場合、ビーム全体の偏光方向を90゜回転させる特
別な液晶材料層を画像表示パネルに直列に配置し、駆動
状態の画素が偏光方向を変化させない画像表示パネルを
有する画像投射装置で形成される画像と同一極性の画像
を投射スクリーン上に表示することができる。
駆動状態にある画素が偏光方向を変化させない駆動装
置において、例えば強調されたコントラストを得る目的
のため、又は装置のカラー依存性を低減させるため、或
いは表示パネルのスイッチング速度を高くするために駆
動状態の画素が投射スクリーン上で黒点として表示され
ることを望む場合、第１図において符号18で表示する付
加的な偏光回転素子を用いることもできる。
液晶結晶材料層の代りに、付加的な偏光回転素子18と
してλ/4板を用いることもできる。ここで、λは投射光
の波長である。この偏光回転素子は、ここで説明してい
る実施例にも勿論適用することができる。
第１図はビームb1及びb2の主光線だけを示す。しかし
ながら、これらビームは、画像表示パネル10全体に匹敵
する所望のビーム幅を有している。投射レンズ系20には
ビームb2の光だけが入射しビームb1の光は入射しない。
投射レンズ系と画像表示パネルとの間の距離が長くなる
ことなく投射レンズ系の部分でビームb1とb2とを適切に
分離するため、複合プリズム素子５の形態をした角度依
存性ビームスプリッタを用いる。この素子５はガラス又
は合成樹脂材料の２個の透明プリズム６及び７を具え、
これらプリズム間に空気層８を形成する。プリズム材料
の屈折率nm（nmは例えば1.5）は空気の屈折率（n1＝1.
0）よりも大きいから、プリズムと空気の界面に臨界角
θｇより大きいか又は臨界角に等しい角度θｉで入射し
たビームは、この界面で完全に反射することになる。
ここで、 一方、光ビームが臨界角より小さい角度で界面に入射
すると、このビームは完全に透過する。第１図の実施例
において、プリズム６及び７の屈折率並びに空気層の配
向を適切に選択して、光源からのビームb1を表示パネル
10に向けて界面で反射させ、画像表示パネル10からのビ
ームb2を界面で透過させる。従って、界面におけるビー
ムb1及びb2の入射角を、それぞれ臨界角よりも大きく又
は小さくなるよう設定する。
プリズム系を配置することにより、ビームb2の中心光
線はビームb1の中心光線とほぼ90゜の角度をなすことに
なる。この結果、投射レンズ系20は表示パネル10に接近
して位置させることができ、画像投射装置をプリズム系
のない場合よりも相当小型化することができる。
或いは、ビームb1及びb2の方向に対する界面6,8の向
きを適切に選択し、ビームb1が表示パネル10に向いて透
過し（ビームb1はプリズム系の下側に位置する）、ビー
ムb2が反射して投射レンズ系20に入射するように構成す
ることもできる。このように構成することにより、カラ
ービーム投射を行う場合変調ビームb2に色収差がほとん
ど発生しない利点が達成される。
カラー画像を投射する場合、１個の表示パネルを有す
る画像表示系を用いる代りに、例えば３個の画像表示パ
ネルと複数のカラー選択性ビームスプリッタを具える複
合画像表示系を用いることができる。第２図は、この複
合画像表示系の一例を示す。
第２図に示す実施例において、カラー分離は２個のダ
イクロイックミラー41及び42で構成するダイクロイック
交差体40と称せられている光学素子により行なう。界面
6,8で反射したビームb1は、例えば青色光を反射する第
１のダイクロイックミラー41に入射する。青の成分ｂ
1,bは表示パネル50に入射し、この表示パネル50におい
て青のサブ画像を発生し青色用の画像情報で変調された
ビームｂ2,bをパネル50によりダイクロイック交差体40
に向けて反射する。赤及び緑の成分を有しダイクロイッ
クミラー41を透過したビームは、第２のダイクロイック
ミラー42に入射し、赤の成分ｂ1,rは反射して表示パネ
ル60に入射する。この表示パネルにおいて赤のサブ画像
が発生する。赤画像のための画像情報で変調されたビー
ムｂ2,rはダイクロイック交差体40で反射する。ダイク
ロイックミラー42を透過した緑のビーム成分ｂ1,gは緑
用の画像表示パネル10で変調されダイクロイック交差体
40に向けてビーム成分ｂ2,gとして反射する。ダイクロ
イックミラー41及び42は戻り側のビーム成分ｂ2,b及び
ｂ2,rを反射しビーム成分ｂ2,rを透過するから、これら
ビーム成分は結合されてカラー画像情報で変調された１
本のビームb2となる。
第３図はカラー画像投射装置の別の実施例を示す。本
例においては、光源からのビームb1は２個のプリズム間
の空気層で全反射しない。本例の画像投射装置はプリズ
ム系70を具え、このプリズム光学系により色分解及びカ
ラー画像合成の両方を行なう。プリズム系70は３個のプ
リズム71,72及び73で構成され、第１の空気層75をプリ
ズム71と72との間に形成し、第２の空気層76をプリズム
72と73との間に形成する。プリズム72には第１のダイク
ロイック層77をコートし、プリズム73には第２のダイク
ロイック層78をコートする。
光源２から発するビームb1は面81を経てプリズム71に
入射し、例えばガラスから成るプリズム材料と空気との
界面を形成する面80に入射する。面80への入射角θｉは
臨界角よりも大きいので、ビームb1は面80で全反射す
る。このビームb1は空気層75を通過してプリズム72に入
射する。この場合、入射角は空気層とプリズム72との間
の界面における臨界角よりも小さくなるように設定す
る。その後、ビームb1はプリズム72の内部を通過してダ
イクロイック層77に入射し、このダイクロイック層によ
って例えば青成分ビームｂ1,bが反射する。反射した青
のビーム成分ｂ1,bはプリズム72と空気層75との間の界
面に入射し、この界面で全反射して青の表示パネル50に
入射する。青の画像情報で変調されたビーム成分ｂ2,b
は、空気層75との界面でダイクロイック層77に向けて再
び全反射し、このダイクロイック層で反射され投射レン
ズ系20に入射する。ダイクロイック層77を透過した赤及
び緑の成分のビームは第２のダイクロイック層78に入射
し、このダイクロイック層78において赤のビーム成分ｂ
1,rは反射し、緑のビーム成分は透過して緑用の画像表
示パネル10に入射する。緑の画像情報で変調されたビー
ム成分ｂ2,gは反射し、投射レンズ系20に直接入射す
る。ダイクロイック層78で反射した赤のビーム成分ｂ
1,rは空気層76との界面で全反射して赤色の表示パネル6
0に入射する。赤の画像情報で変調された赤のビーム成
分ｂ2,rは空気層76との界面で全反射し、次にダイクロ
イック層78で反射して緑のビーム成分ｂ2,gと結合す
る。ダイクロイック層76において、これらのビーム成分
は青のビーム成分ｂ2,bと結合され、カラー画像情報で
変調された完全なビームb2が得られる。このビームb2は
プリズム71と空気との間の界面80に臨界角以下の角度で
入射し、この界面を透過して投射レンズ系20に入射す
る。
偏光子４及び検光子９はプリズム71の面80上に設ける
のが好ましい。このように構成することにより、これら
の素子は３個のカラービーム成分に同時に作用し、各カ
ラー成分に対してそれぞれ個別にこれら素子を設ける必
要がなくなり、しかも素子４及び９を保持する部材も不
要になる。
さらに、プリズム素子82をプリズム71の面80上に配置
するのが好ましい。プリズム82を配置する。ことによ
り、画像表示パネルとしてプリズム光学系の入射面81及
び出射面83を第１ビームb1及び第２ビームb2の主光線に
対してそれぞれ等しい向きのものとすることができる。
投射ビームb1,b2に関し、プリズム光学系70は二重平行
平面板として作用し、この結果投射ビームの光学収差を
簡単な方法で最小にすることができる。
第４図は照明光学系１からの光を効率よく利用した実
施例を示す。光源から発生したビームb1は偏光方向が相
互する２個のビーム成分b1′及びb1″を有している。こ
のビームb1は偏光感知ビームスプリッタ90に入射する。
このビームスプリッタは、２個の透明プリズム91と92を
有しこれらプリズム間に偏光分離層93を形成したもので
構成する。偏光分離層93は、入射面に平行な偏光方向を
有し一般的にＰ偏光と称せられているビーム成分b1′を
反射し、入射面と直交する方向の偏光面を有しＳ偏光と
称せられているビーム成分b1″を透過する。入射面は入
射ビームの主光線によって形成される面であり面93に垂
直である。
偏光分離面93で反射したビーム成分b1′は反射体95に
より画像表示パネルに向けて反射する。このビーム成分
は角度依存性ビーム分離素子５の空気層８を通過する。
ただし、その入射角は、臨界角より小さい角度となるか
らである。画像情報で変調されると共に反射したビーム
成分b2′は、空気層８に臨界角より大きい角度で入射
し、この界面で反射体96に向けて全反射し、この反射体
96によって偏光感知ビームスプリッタ90に向けて反射す
る。画像表示パネル10の付勢された画素からの光は偏光
方向が変化せず、この光は偏光分離層93によって投射レ
ンズ系20に向けて反射する。非付勢状態の画素からの光
は照明光学系に向けて分離層93を透過する。
Ｓ偏光ビーム成分b1″は反射体96によってビームスプ
リッタ５に向けて反射し、このスプリッタによって画像
表示パネル10に向けて反射し、この画像表示パネルで画
像情報で変調されると共に反射し、その後ビームスプリ
ッタ５を通過し、反射体95によって偏光感知ビームスプ
リッタ90に向けて反射する。このビーム成分b2″のう
ち、付勢された画素からの光はビームスプリッタ90を透
過して投射レンズ系20に入射する。
ビームスプリッタ90は２個のビーム成分b1′及びb1″
を形成するだけでなく、これらビーム成分を画像表示パ
ネルで変調した後再び１本のビームb2に結合する作用を
果たす。さらに、偏光感知ビームスプリッタ90は、ビー
ム成分の偏光変調を強度変化に変換する作用も果たす。
従って、このビームスプリッタは、画像表示パネルの前
側及び後側に配置される偏光子と検光子とで置換され
る。ビームスプリッタ90の多様な機能により、第４図の
実施例の素子の数を最小のものとすることができる。
１個の画像表示パネルを有する代りに、第４図に示す
画像投射装置に第２図に示す方法と同様な方法で複合画
像表示系を設けることもできる。第２図のダイクロイッ
ク交差体40を、符号40で線図的に示す。
色分解は、カラー分離プリズム光学系と一般的に称せ
られている光学系によって行なうことができる。第５図
は緑、青及び赤のサブ画像をそれぞれ発生する反射型画
像表示パネル10,50及び60を有するカラー画像投射装置
に上記光学系をいかにして配置するかを示す。プリズム
光学系100は３個のプリズム101,102及び103を具え、第
１ダイクロイック層104をプリズム101と102との間の界
面に形成し、第２のダイクロイック層105をプリズム102
と103との間に形成する。
ダイクロイック層104は青のビーム成分ｂ１′,bをプ
リズム101の前側面に向けて反射する。このプリズム101
の前側面は、青のビーム成分が青の表示パネル50に向け
て反射されるような角度で空気に接する。ダイクロイッ
ク層104を透過した光のうち緑の成分ｂ１′,gは緑用の
画像表示パネル10に向けてそのまま透過し、赤の成分ｂ
１′,rはダイクロイック層105によりプリズム102の前側
面に向けて反射する。空気層106がこの前側面とダイク
ロイック層104との間に存在する。サブビーム成分ｂ
１′,rはガラスと空気との界面に適切な角度で入射し、
この界面で赤用の表示パネル60に向けて反射する。ビー
ムb1′をプリズム光学系100で分離したと同様の方法に
より、関連する表示パネル50,10及び60で変調された後
のサブビーム成分ｂ２′,b,b２′,g及びｂ２′,rをこの
プリズム光学系100によりサブビームb2′に再合成す
る。偏光感知ビームスプリトプリズム90によってサブビ
ームb2′の偏光変調を強度変調に変換する。偏光分離面
93を透過したビームb1″（図示せず）は、ビームb1′と
同一光路を反対方向に伝播する。
この画像投射装置の偏光感知ビームスプリッタは、ウ
オルストンプリズムを用いて既知の方法で構成でき、ウ
オルトンプリズムは複屈折性材料から成る２個のプリズ
ムを光学軸が互いに直交するように一緒に結合すること
により構成される。
或は、複屈折材料から成るグラン−トムソンプリズム
又はグラン−テエイラープリズムと称せられているプロ
グラム素子を用いることも可能である。これらの光学素
子においては、Ｐ又はＳの偏光方向を有するビーム成分
はプリズム面で全部全反射を受け、他のビーム成分は内
部全反射を受けない。上記プリズム素子並びにウオルス
トンプリズムは、複屈折材料を用いているため価格が高
価である。
このため、民生用の画像投射装置に用いるビームスプ
リッタとして第６図に示すビームスプリッタを用いるこ
とができる。このビームスプリッタ110は、例えばガラ
スから成る２個の透明プリズム111及び112を有し、これ
らプリズム間に中間層113を形成したもので構成する。
この中間層113は複屈折性材料で構成し、高い複屈折性
を有する液晶材料で構成するのが好ましい。液晶材料の
常光線に対する屈折率noは大部分がほぼ1.5に等しく、
異常光線に対する屈折率neは、中間層113の構成に応じ
て1.6と1.8の間の値をとる。中間層113を液晶材料で構
成する場合、プリズム111及び112に配向層と一般的に称
せられている層114及び115を形成し、これら配向層によ
って中間層113の光学軸を紙面と直交する方向に延在さ
せる。第６図において、この光学軸を円116で図示す
る。
ビームスプリッタに入射するビームは、Ｓ偏光成分及
びＰ偏光成分の２個の偏光成分をとる。プリズム材料の
屈折率は、中間層113の屈折率ne例えば1.8に等しいもの
とする。ビームb1が、臨界角θｇに等しいか又はこれよ
り大きい入射角で中間層113に入射すると、Ｐ偏光成分
は屈折率noが適用されるため矢印117の方向に全反射す
る。偏光方向が入射面と直交する方向に延在するＳ偏光
成分の場合、液晶材料の屈折率neが適用されるため、ビ
ームスプリッタを通過する際屈折率差が発生せず、Ｓ偏
光成分は中間層113及びプリズム112をオリジナルの方向
に通過する。
液晶材料の場合屈折率差Δｎ＝ne−noを大きくとれる
ので、液晶材料層を有するビームスプリッタ110は入射
角が大きい場合に好適である。
さらに、プリズム材料の屈折率及び中間層113の屈折
率はビームb1の波長が変化すると共に同じように変化す
るので、このビームスプリッタは広い波長域に亘って高
い偏光効率を有することになる。第６図のビームスプリ
ッタの重要な利点は、安価になることである。すなわ
ち、高価な複屈折プリズム材料が不要になると共にその
生産が比較的容易なためである。
プリズム111及び112は固体である必要はない。従っ
て、中間層113の屈折率neに等しい高い屈折率を有する
透明液体又は合成材料を収容した他の透明壁部材で構成
することも可能である。これら壁部材は内部に収容する
液体又は合成樹脂材料と同一の屈折率を有し、これらの
収容される材料は偏光状態を変化させないことが必要で
ある。
このビームスプリッタ110は、ビームb1′及びb2″が
反射型画像表示パネルで画像情報によって変調された
後、これらビームを結合するために用いることもでき
る。
第７図は三原色緑、青及び赤用のカラーチャネル120,
121及び122を有する画像投射装置を示す線図的平面図で
ある。これらカラーチャネルの各々は、個別の放射源
２、角度依存性ビームスプリッタ５及び反射型画像表示
パネル10を具える。これらの構成要素2,5及び10を緑の
チャネル内に示す。他のチャネルにも対応する構成要素
を同様な方法で配置する。画像情報で変調されたカラー
ビームbg,bb及びbrをダイクロイック交差体40又はカラ
ー合成プリズム光学系によって１本のビームに結合し、
このビームを投射レンズ系20を介して表示スクリーン
（図示せず）上に投射する。
第７図に示す画像投射装置の各カラーチャネル120,12
1,122に第４図と同様に偏光感知ビームスプリッタを設
けて、同一の画像表示パネルによって変調させた２個の
相互に直交する偏光ビームを形成し、その後これらビー
ムを合成することもできる。この場合、有用な光を最良
の状態で用いることができる。
本発明の画像投射装置に用いることができる直接制御
反射型LCD表示パネルが米国特許第4239346号に開示され
ている。
この米国特許の発明概念はただ１個の表示パネルを用
いるカラー画像投射装置に用いるのに好適である。この
概念の装置は、第１図及び第４図に示す構成のものとす
ることができ、単色パネル10が複合パネルすなわちカラ
ーパネルで置換されている。このカラーパネルは、例え
ば単色パネルの画素数の３倍の画素を具えている。この
カラーパネルの画素は、赤、緑及び青の３個のグループ
に配置され、サブ画像はこれら画素群から発生する。こ
れら各画素の群の画素は、投射スクリーン上の画素に常
時加え合される。従って、例えば画素の各々の出射側
に、特定の色光だけを透過する個々のカラーフィルタが
配置される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による画像投射装置の第１実施例を示す
線図、 第２図及び第３図はカラー画像投射装置の実施例を示す
線図、 第４図は画像投射装置の変形例を示す線図、 第５図は第４図に示す実施例によるカラー画像投射装置
を示す線図、 第６図は画像投射装置に用いられる偏光感知ビームスプ
リッタの実施例を示す線図、 第７図は３個の光源を有するカラー画像投射装置の実施
例を示す線図である。 １……照明光学系、２……放射源 ３……集光光学系 5,70……複合プリズム素子 6,7……プリズム、８……空気層 10,50,60……画像表示パネル 20……投射レンズ系、30……スクリーン 40……ダイクロイック交差体
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−228887（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−81796（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−73988（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−177079（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−292187（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G09F 9/00 H04N 5/74

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１の光ビームを発生する光源と、この第
    １光ビームの光路中に配置され、投射すべき画像を発生
    させる少なくとも１個の画像表示パネルを有する反射型
    画像表示光学系と、画像表示光学系から発する第２の光
    ビームの光路中に配置され、画像表示光学系で発生した
    画像を投射スクリーン上に投射する投射レンズ系とを具
    える画像投射装置において、前記光源と画像表示光学系
    との間並びに前記画像表示光学系と投射レンズ系との間
    に、ビームを分離する作用を有する第１媒質から第２媒
    質への遷移構造を設け、これら第１及び第２媒質が異な
    る屈折率を有し、前記遷移構造を、前記第１光ビーム及
    び第２光ビームのうち一方の光ビームが全反射し他方の
    光ビームが透過するように配置したことを特徴とする画
    像投射装置。
  2. 【請求項２】前記遷移構造を、空気と透明材料との間の
    界面で構成したことを特徴とする請求項１に記載の画像
    投射装置。
  3. 【請求項３】前記遷移構造がプリズム光学系に含まれ、
    このプリズム光学系が対向する２個の面間に空気層を有
    する２個の透明プリズムで構成したことを特徴とする請
    求項２に記載の画像投射装置。
  4. 【請求項４】前記画像表示光学系が、画像情報に応じて
    第２の光ビームの偏光方向を変調する請求項1,2又は３
    に記載の画像投射装置において、前記光源から遷移構造
    までの光路並びに遷移構造から投射レンズ系までの光路
    中に偏光感知ビームスプリッタを設け、光源から発する
    ビームを２個の相互に直交する偏光サブビームに分離
    し、これらサブビームを共に画像表示光学系に入射さ
    せ、これらサブビームが画像情報で変調された後これら
    サブビームを合成するように構成したことを特徴とする
    画像投射装置。
  5. 【請求項５】前記画像表示光学系を、カラー選択素子
    と、画素がグループに分割されている複合画像表示パネ
    ルとを具えるカラー画像表示系とし、画素の各グループ
    が所定の色のサブ画像を発生し、この色が、関連する画
    素グループに属するカラー選択素子の色と対応すること
    を特徴とする請求項1,2,3又は４に記載の画像投射装
    置。
  6. 【請求項６】前記カラー選択素子を、光ビームを異なる
    色の３個の単色性サブビームに分離すると共に単色画像
    情報で変調されたサブビームをカラー画像情報で変調さ
    れた１個の光ビームに合成する複数のカラー選択性ビー
    ムスプリッタで構成し、サブビームの各々の光路中に個
    別の画像表示パネルを配置し、この画像表示パネルの集
    合的な画素が前記画素群のうちの１個を構成することを
    特徴とする請求項５に記載の画像投射装置。
  7. 【請求項７】前記カラー画像表示系が、画素がグループ
    で配置されている画像表示パネルを含み、各画素グルー
    プが所定の色のサブ画像を発生し、関連する画素の属す
    る画素グループによって発生すべきサブ画像の色に対応
    する色の光だけを透過するカラーフィルタを画素の各々
    に設けたことを特徴とする請求項６に記載の画像投射装
    置。
  8. 【請求項８】カラー画像を投射する請求項1,2,3又は４
    に記載の画像投射装置において、前記光源を、対応する
    数の単色光ビームを放出する複数の単色光源で構成し、
    これら光源が個別のカラーチャネルの一部を構成し、カ
    ラーチャネルの各々に単色性反射型画像表示パネル及び
    ビームスプリッタを配置し、投射レンズ系の前段に、画
    像情報で変調された単色性光ビームをカラー画像情報で
    変調された１個の光ビームに合成するカラー選択性素子
    から成る光学系を配置したことを特徴とする画像投射装
    置。
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