JP3870191B2

JP3870191B2 - 多色画像をプロジェクションスクリーンに投影するための装置

Info

Publication number: JP3870191B2
Application number: JP2003501955A
Authority: JP
Inventors: ピーラー、エバハルト; ミュルホフ、ディルク; ルドルフ、ギュンター; プレトリウス、マルコ
Original assignee: カールツァイスイェナゲーエムベーハー
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2022-06-04
Also published as: DE50200496D1; WO2002100114A1; DE10127620A1; US20040051850A1; US6817719B2; EP1290897A1; JP2004519746A; EP1290897B1

Description

【０００１】
本発明は、多色光を放射する光源と、同光源の下流に設けられたカラーユニットと、同カラーユニットの下流に設けられた第１及び第２の光モジュレータと、投影光学系とを有し、カラーユニットは光源から放射された光で照射されることが可能であり、第１の色の光を分離して、それを第１の光モジュレータへと指向させると共に、第２の色の光を分離して、それを第２の光モジュレータへと指向させ、光モジュレータは多色画像のそれぞれについて一つのカラーフレームを生成すべくそれらの上を照らす光を変調し、この変調光は共通の発光ビームを生成すべくカラーユニットによって重ね合わせられ、この発光ビームは投影光学系を照らすようになっている、多色画像をプロジェクションスクリーンに投影するための装置に関する。
【０００２】
このような装置においては、例えばEP 0 734 183 A2 に記載されているように、投影光学系と、カラーフレームを設定する光モジュレータとの間に設けられたカラーユニットのために、要求される焦点インターセプトが非常に大きくなる。このことは、きわめて多くのレンズを有する非常に複雑な投影光学系を必要とし、投影光学系が高価かつ重量が大きくなる。更に、カラーユニットは通常、２色性コーティングが施されたガラス素子で構成されているので、長いガラスの路が、光モジュレータと、カラーフレームを生成すべく異色光によって通過されなければならない投影光学系との間に存在することになる。この結果、ガラス素子の分散状態のために横方向の無色収差が生じるので、画素の中の異なるカラー要素がプロジェクションスクリーンの中でもはや重なることはなく互いに隣り合うことになる。この横方向の無色収差は投影光学系によって補償されなければならず、このことは更に、複雑な構造の投影光学系を必要とする。
【０００３】
横方向の無色収差を避けるために、光学フリント製のレンズと光学クラウン製のレンズを組み合わせて必要な色消しを行う。ここで蛍石がよく使われるが作業が非常に困難となる。このことは投影光学系の製作を非常に複雑にする。更に、蛍石は、時間が経つにつれて投影光学系の結像特性に逆に悪影響を与えるという不利な吸湿特性を有している。
【０００４】
そこで本発明の目的は、多色画像をプロジェクションスクリーンに投影するための上述したような装置を、その設計が簡単になるように改善することにある。
多色画像をプロジェクションスクリーンに投影するための上述したような装置を採用する場合、上記の目的は、共通の発光ビームによって照射され、かつ湾曲ミラーを有する光学システムを、カラーユニットと投影光学系との間に接続することによって完成され、この光学システムは前記投影光学系の正面に設けられた中間像レベル内に多色中間像を生成し、同多色中間像は投影光学系によって多色画像としてプロジェクトスクリーンに投影される。
【０００５】
投影光学系の正面に設置された中間像レベル内（中間像レベルは投影光学系の正面に直接好適に設置することも可能である）に中間像（好ましくは、実中間像）を生成する光学システムを設けることによって、投影光学系の要求される焦点インターセプトが、本発明の装置においては上述のような装置におけるよりも相当に小さくなる。このことは言うまでもなく投影光学系の光学的要求を実質的に低くするので、投影光学系の設計が著しく簡単になる。特に投影光学系の必要なレンズの数が少なくなり、このことは重量削減をも可能にする。
【０００６】
更に、投影光学系は、装置の残りの部分とは全く独立して設けかつ設計することもできる。というのも、その役割が、中間像レベル内に生成されかつ光モジュレータの映像生成領域に生成されない中間像を、プロジェクションスクリーンに結像させることだからである。
【０００７】
また、本発明の装置においては、前記投影光学系は別の投影光学系と容易に置き換えることができるので、本発明の装置は、広角投影、または、投影光学系の光軸が、プロジェクションスクリーンとなす９０度と等しくない角度を含む投影などの種々の基本条件に容易に適応可能である。
【０００８】
光線の経路の屈折以外に湾曲ミラーは結像過程にも寄与するので、光学システムの光学素子の数を更に減らすことが可能である。
（非常にコンパクトな装置の実現を有利に可能にする）反射光モジュレータであるのが好適な光モジュレータは、互いに独立して選択可能な画素の大部分を有する画像生成領域（例えば、長方形）を有し、そこから入力光が反射され、（その反射角または偏光方向などについて）変調され、第１の変調状態にある反射光が明画素のための用いられ、かつ第２の変調状態にある反射光が暗画素のために用いられるので、これによって映像（またはカラーフレーム）が光モジュレータ上またはその画像生成領域上に生成される。光モジュレータは、もちろん、光が明画素によってのみ反射され、暗画素からは、入射光がそこで吸収されるために、何の光も発散されないように設計することができる。
【０００９】
本発明の装置の好適な実施態様においては、光学システムは１：１結合光学系である。このことは好適には、中間像がカラーフレームと同一寸法を有することを意味し、即ち投影光学系のレンズの直径を小さくできることを意味する。また、この光学システムの結像特性は最善のものである。
【００１０】
特に、この光学システムは、中間像レベルにおけるカラーフレームが縮小されて結像されるように構成することができる。その結果、有利に、投影光学系の口径、従ってその光学素子をも、もっと小さく設計することができ、このことは投影光学系を更に費用効率よく簡単に製作できることを意味する。また、重量削減を達成できるので本発明の装置全体が軽くなる。
【００１１】
本発明の装置の光学システムは好適にはミラーに関して対称的に構成される。この結果、光学システム内の必要な光学素子は２度通過されるため、その数を減らすことができる。他方、光学システムが対称的な１：１結像光学系であるならば、その光学システムによって生じる画像ゆがみは非常に小さく、最善の場合には実質的にゼロとなるため、基本的には存在しない。
【００１２】
本発明の装置の好適な実施態様は、光学システムのミラーが球面の湾曲を有するようになっている。この場合、ミラーは製作が簡単であり、このことによって、多色画像の投影のための費用効率のよい光学システム、従って費用効率のよい装置が可能となる。
【００１３】
更に、本発明の装置の光学システムは反射屈折光学系（少なくとも一つの結像ミラーと少なくとも一つの結像レンズを有する光学系）とすることができる。そのような光学系は、光学要素を少ししか持たずに小さな寸法で特別良好な結像特性を可能にするので、有利な重量削減を達成することも可能である。
【００１４】
本発明の装置の好適なもう一つの実施態様においては、光学システムのミラーは、その光学システムと反対方向を指向した透明光学要素の湾曲境界面上の反射コーティングからなることが可能である。その利点は、調節すべき光学システムの要素の数が減るために速く製作できることである。また、反射コーティングが境界面上に施されており、従って、簡単に汚染される開放され銀コートされた境界面を備えていない。これによって確実に光学システムの反射特性と結像特性が一定に保たれる。
【００１５】
本発明の装置の特に好適なもう一つの実施態様は、第３の光モジュレータをカラーユニットの下流に設けることであり、このカラーユニットは、光源によって放射された光から第３のカラーを分離し、それを第３のモジュレータへと指向させるので、第３のカラーフレームをその上に設定することができる。３つの光モジュレータを３つの異なるカラーフレームのために設けるので、重ね合わされたカラーフレームからなる鮮やかなカラー画像を問題なく生成することができる。
【００１６】
原色の赤、緑、青のカラーフレームが光モジュレータによって好適に生成され、そのカラーフレームから高度な色の輝きを有した好適な多色画像を生成することができる。
【００１７】
本発明の装置の一実施態様においては、光モジュレータは、好適には直線的に偏光されたそれらの上を照射する光の偏光状態、特に偏光方向を変調するようになっており、この光モジュレータは反射または伝達ＬＣＤモジュレータによって好適に実現される。
【００１８】
このことは光モジュレータによる偏光変調されたカラーフレームの生成を可能にする。そのような場合には、中間像レベルの正面に配置されたアナライザが設けられ、このアナライザは光モジュレータからの変調された光によって照射されることができるので、所定の偏光状態を有した光だけを中間像レベルへ通過させる。これにより、光モジュレータによって明るくされた画素からの光だけが、好ましく中間像レベルへ通過させられた後、投影光学系によってプロジェクションスクリーンに投影される。
【００１９】
アナライザは好適には中間像レベルと光学システムの間に設置され、そのことによって、反射光モジュレータを照射する、光源によって放射された光の照射光線の通過と、光学システムへ重ねあわされるべく、中間像レベル内へ結像される、反射光モジュレータによって反射された光の投影光線の通過とを可能にする。このことは本発明の装置の非常にコンパクトな構造を可能にする。
【００２０】
特に、光モジュレータは行と列に設けられた数多くの傾斜ミラーを有する傾斜ミラーマトリックスであることも可能であり、これらのミラーは第１と第２の傾斜位置に互いに独立に傾けることを可能とさせる。この場合、本発明の装置は、第１の傾斜位置のミラーによって反射される光が中間像レベルに到達し、第２の傾斜位置のミラーによって反射される光が中間像レベルに到達しないように設けられる。前記傾斜ミラーは本発明の装置の実現を有利に可能にし、前記傾斜ミラーマトリックスを照射する光は特別に偏光される必要はないので、光の偏光によって被る損失を避けることができる。
【００２１】
本発明の装置はまた、光学システムが平凸レンズと銀コートしたメニスカスレンズとからなるように更に有利に発展させることもでき、前記平凸レンズから反対方向を指向したメニスカスレンズの境界面が銀コートされる。レンズの直径は各レンズが１回の反射で２回通過されるのに十分な大きさに選択される。この場合、光学システムは二つだけの光学素子を有し、このことは製作コストと必要な調節が最小限であることを意味する。従って、全体として非常に費用効率よく製造できる本発明の装置が提供される。
【００２２】
一つの平凸レンズをより小さい直径の二つの平凸レンズで置き換えることももちろん可能であり、この二つの平凸レンズは各画像に対して一度だけ通過される。このような場合、光学システムは三つの素子を有するが、二つの平凸レンズの製作は、それらの直径が明らかに小さいので、大きい直径の平凸レンズの製作よりも簡単である。
【００２３】
本発明の装置のもう一つの有利な実施態様においては、光学システムは凹面ミラーのみならず凸面ミラーも有する。従って、光学システムは反射ミラーだけで実現することができるので、複雑な方法でしかも高価な材料から製造されるレンズを必要としない。このこともまた、本発明の装置の更に費用効率のよい実現を可能にする。
【００２４】
更に、本発明の装置の光学システムは、光モジュレータ上に光源からの光をもって生成された照射領域を結像するのみならず、中間像レベルにカラーフレームを結像する。この場合、光学システムは、照射領域と光モジュレータの間に設けられかつ光モジュレータを照射するようになっている別の離れた照射光学系の機能を完全に果たすので、照射光学系を本発明の装置に含める必要はない。このことは本発明の装置のコンパクトな実現を可能にする。
【００２５】
本発明の装置はまた、光モジュレータによって希望するカラーフレームを生成するために所定の画像データに基づいて光モジュレータを作動させる制御ユニットを有するように更に発展させることができる。
【００２６】
以下、例としての下記図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１から分かるように、プロジェクションスクリーンに多色画像を投影する目的の第１の実施携帯で本発明による装置は、（ハロゲンまたはアーク灯などの）光源１を有し、その白色光が絞り２によって受容され、照明領域３が絞り２のアパーチャ内に生成され、その形状が、アパーチャの形状によってあらかじめ決められる。ここに示される例において、照明領域３は、矩形形状を含む。照明領域３の光は、偏光ビームスプリッタコーティング５を含有する偏光ビームスプリッタキューブ４の上を照らす。
【００２７】
偏光ビームスプリッタキューブ４の偏光ビームスプリッタコーティング５は、その偏光された方向が投影面に対して垂直（図１で、偏光された左側）である線形偏光光であるように、第１の方向に線形に偏光される（投影面に垂直に偏光される、ｓ偏光）照明領域３から受容される光を反射する。それと反対に、第２の方向で偏光される光（投影面に平行、ｐ偏光）は、偏光ビームスプリッタコーティング５内を通過し、光線トラップ６の上を照らす。
【００２８】
偏光ビームスプリッタコーティング５で偏光される光（ｓ偏光）は、偏光ビームスプリッタ４の下流に設けられた光学システム７によって、カラーユニット８の上で反射される。
【００２９】
カラーユニット８は、それぞれ９０°の角度で交差し、光学システム７から受容される白色光をその赤色、緑色および青色の成分に分割する第１と第２のカラービームスプリッタコーティング１０，１１を有するカラービームスプリッタキューブ９からなり、前記色成分は異なるカラーチャンネル内へと指向される。加えて、カラーユニット８は、３個の反射光モジュレータ（ＬＣＤモジュレータ）１２，１３，１４を含み、そのそれぞれがカラーチャンネルの内の１つの中に配され、各色の光で照明されることが可能である。光モジュレータ１２，１３，１４は、あらかじめ決められた画像データに基づいてトリガユニット１５によって制御され、光モジュレータ１２〜１４によって反射された光が、変調される画像のカラーフレームに応じて変調される。かくして、偏光変調された光が、光モジュレータ１２〜１４によって放射され、各カラーフレームが光モジュレータ１２〜１４の上にそれぞれ生成される。
【００３０】
光モジュレータ１２，１３，１４によって変調された光と、したがってカラーフレームは、光モジュレータ１２，１３，１４によってカラービームスプリッタキューブ９に反射し返され、カラービームスプリッタキューブ９により重ね合わされ、次に、光学システム７によって、（以下に詳述されるように）偏光ビームスプリッタキューブ４の下流に設けられた中間像レベルＺＥ内に映され、次に、中間像レベルＺＥの下流に設けられた投影光学系１６によってプロジェクションスクリーン１７に投影される。絞り１８は中間像レベルＺＥ内に配され、中間像はそのアパーチャ内に位置され、それは、中間像のための外側境界を含む。
【００３１】
光学システム７は、照明領域７が光モジュレータ１２，１３，１４及び／またはそれらの画像生成領域と結合されるように設けられる。加えて、光モジュレータ１２，１３，１４の画像生成領域は中間像レベルＺＥと結合され、光学システム７は対称形の１：１像光学システムである。これは、そのアパーチャと、したがって照明領域３が、光モジュレータ１２，１３，１４の等しく実施される画像生成領域のそれぞれと同一寸法と形状を持つよう、絞り２が選択された理由である。
【００３２】
図１に図示される実施例において、光学システム７は、その平面側が偏光ビームスプリッタキューブ４とカラービームスプリッタキューブ９に対して指向される平凸レンズ１９と、その側面１０６が平凸レンズ１９とは反対方向に指向され、光学システム７内の光線路が折り返される銀コートされたコーティング２２を含むメニスカスレンズ２０を含む。
【００３３】
光学システムの装置は、図１に関連して以下の表１に示される。
【表１】

【００３４】
屈折率と波長に対するアッベ係数はここでは５８７．６ｍｍで与えられ、偏光ビームスプリッタキューブは長手方向の長さが６５．００ｍｍであり、中間像レベルＺＥは、投影光学系１６に向かって指向される面から２．００ｍｍ離れている。光モジュレータ１２，１４のカラービームスプリッタキューブ９の各面までの距離も２．００ｍｍである。
【００３５】
図１に図示される光学システム７は、一方でＬＣＤモジュレータ１２〜１４上に照明領域３の１：１像を生成し、他方でＬＣＤモジュレータ１２〜１４の１：１像を中間像レベルＺＥに生成する反射屈折光学系である（結像ミラーとレンズを含む）。平凸レンズ１９の直径は、偏光ビームスプリッタキューブ４の長手方向の長さと、カラービームスプリッタキューブ７の長手方向の長さの合計と少なくとも同じだけ大きいものであり、平凸レンズ１９は、与えられる像の間で２回通過される。平凸レンズ１９は、より小さい直径を有する２個の平凸レンズ（図示せず）によって有利に取り換えられてもよい。
【００３６】
赤色、緑色、青色のカラーフレームは、以下のようにＬＣＤモジュレータ１２に生成される。照明領域２から発する光（好適には白色光）は、投影面に垂直に線形に偏光される光を光学システム７上に指向させる偏光ビームスプリッタキューブ４の偏光ビームスプリッタコーティング５の上を照らし、光学システム７が次にカラーユニット８上に前記光を指向させる。この光は、第１のカラービームスプリッタコーティング１０が青色光を反射し、それをＬＣＤモジュール１４上に指向させるべく、カラービームスプリッタキューブ９内で赤色、緑色および青色成分に分割される。残りの色成分はカラービームスプリッタコーティング１０を通過する。第２のカラービームスプリッタコーティング１１は赤色光を反射し、ＬＣＤモジュール１２上にそれを指向させ、残りの色成分は通過させ、緑色光はＬＣＤモジュール１３に達する。
【００３７】
ＬＣＤモジュレータ１２〜１４は同一に構築され、１８．５ｍｍ×１３．９ｍｍまたは２６．４ｍｍ×１９．８ｍｍの矩形画像生成領域からなり、たとえば、トリガユニット１５を用いた互いから独立して始動されることが可能な、行と列に設けられる多数の画素を有し、少なくとも２つの異なる状態が各画素に設定され得る。第１の状態において、各画素の上を照らす光はその偏光方向を変えることなく反射され、一方、第２の状態において、反射光の偏光方向は入射光の偏光に対して９０°回転される。
【００３８】
画素を明るい絵素として駆動するため、第２の状態は、偏光が９０°回転され、前記反射光がｐ偏光を含むように設定される。画素が暗い画像要素として始動されると想定される場合、光を反射できるが、その偏光は変えない第１の状態に必ず設定される。これは、偏光変調カラーフレームをＬＣＤモジュレータ（または画像生成領域）上に設定させる。これらの偏光変調カラーフレームは、光学システム７を用いて、カラービームスプリッタ９を介して中間像レベルＺＥに結像され、光は、ここでアナライザとして作用し、ｐ偏光の光のみを通過させ、ｓ偏光の光を光源１とは反対方向に反射させる偏光ビームスプリッタキューブ４も通過し、明るい設定の画素の光のみが中間像レベルＺＥに結像されるようになる。
【００３９】
かくして中間像レベルＺＥに映される中間像は、次に、投影光学系１６によってプロジェクションスクリーン１７に投影される。
図２は、プロジェクションスクリーンに画像を投影する目的のための、本発明による装置の別の実施例を図示し、本装置は、光学システム７の代わりに光学システム２３を有している点で、図１に図示されるものとは異なっている。その他の要素はすべて図１のものと対応しており、同じ図面参照番号を与えられている。これらの要素の説明については、図１のそれぞれの説明を参照すること。
【００４０】
光学システム２３は、共通の光軸を構成し、その曲率中心が、中間像レベルＺＥに位置する点Ｋで接するよう設けられる第１と第２の球面ミラー２４，２５を含む、第１ミラー２４は凹面で、第２ミラー２５は凸面である。ミラー２４，２５は、偏光ビームスプリッタキューブ４から受容される光が第１のミラー２４の上を照らし、そこで第２のミラー２５に反射され、第２のミラー２５が次に前記光を第１ミラー２４に反射し返し、そこで、前記光がカラーユニット８に指向されるよう設けられる（かくして、光学システム内での光線の経路はＷ字型になる）。
【００４１】
２個のミラー２４，２５の曲率半径Ｒ１，Ｒ２は、第１のミラー２４の曲率半径Ｒ１が、第２のミラー２５の曲率半径Ｒ２の２倍の大きさであるよう選択される。かくして、光学システム２３は２個のミラー２４，２５のみを含み、非常にコンパクトな投影装置を実現でき、しかも高い送光強度を有する光線の多数に折りたたまれた経路を有する２個だけのコンポーネントからなる１：１結像システムを提供する。
【００４２】
図２に図示される投影装置のさらなる実施例を図３に図示し、ここで２個のミラーは、ガラスブロック２８の湾曲し、銀コートされた境界面２６、２７によって実現される。加えて、図２に図示される実施例とは異なり、偏光ビームスプリッタキューブ４をガラスブロック２８に光学的に接続する第１ガラスアダプタ２９と、カラービームスプリッタキューブ９をガラスアダプタ２８に光学的に接続する第２のガラスアダプタ３０とが設けられる。ガラスアダプタ２９と３０は、ガラスブロック２８と、偏光ビームスプリッタキューブ４と、カラービームスプリッタ９とに好適に接着されるが、一緒にねじられてもよい。
【００４３】
ガラスブロック２８とガラスアダプタ２９，３０（設けられている場合）を使用する別の利点は、ガラス体内の照射ビーム１のビーム広がり角度が空中でよりも小さく、システム全体がよりコンパクトにできる点にある。
【００４４】
ガラスアダプタ２９，３０がない構成と比較して、ガラスと空気の境界面の数が減少される点で、本実施例は有利である。ガラスと空気の境界面は汚染されやすい。加えて、ミラーは、銀コートされた境界面２６，２７によって形成され、これらの銀コートされた領域が、空中でいかなる境界面も持たず、したがって汚染され得ないことを意味する。図３に図示される実施例は、ガラスアダプタ２９，３０なしにも当然実現されることが可能である。
【００４５】
図４は、本発明の投影装置のもう一つの実施態様を示す。ここでは、これまで述べられた実施態様とは異なり、光学システム３１は、ＬＣＤモジュレータ１２〜１４上に照射領域３’を形成せず、中間像レベルＺＥ内にＬＣＤモジュレータ１２〜１４の画像生成領域を結像するだけであるので、光学システム３１はただ１回だけ通過されるだけである。
【００４６】
図４に示す実施態様においては、絞り２は直線的に偏光された光（矢印Ａ）によって照射されるので、照射領域３が、既に偏光されていて、偏光ビームスプリッタコーティング３３を有する偏光ビームスプリッタキューブ３２を照らす光によって生成され、この光は、偏光ビームスプリッタコーティング３３において、図４の上方向に向きを変えられて、カラーユニット３４を照らし、このカラーユニット３４には、入射光のカラーをその赤、緑、および青の要素に分離するためのプリズム構造３５が設けられている。この光はＬＣＤモジュレータ１２〜１４を照らすと共に偏光変調され、偏光変調されたカラーフレームがＬＣＤモジュレータ１２〜１４上で設定され、変調された光が反射されてプリズム構造３５に戻る。この変調された光はプリズム構造３５によって重ね合わされるので、希望するカラー画像のカラー情報を含む共通の偏光変調照射ビームが、偏光ビームスプリッタキューブ３２の偏光ビームスプリッタコーティング３３を照らし、この偏光ビームスプリッタキューブ３３が暗画素を絞り２に向かって反射する一方、明画素の光が偏光ビームスプリッタキューブ３３を通過する。
【００４７】
リターダ３６が偏光ビームスプリッタキューブ３２の下流に設けられており、このリターダ３６はそれを照らす光の直線偏光を円偏光に変換する（リターダを通過するこの円偏光された光の２回目の通過において、円偏光は直線偏光に変換され、この円偏光の偏光の方向は最初にリターダを照らす光の偏光の直線方向と比べて９０度回転している）。そして、光学システム３１がリターダ３６の下流に設けられている。この光学システム３１は図１に示す光学システムと同じである。
【００４８】
リターダ３６を通過する光は平凸レンズ１９を通過し、メニスカスレンズ２０を照らし、銀コーティング２２上で反射され、これにより、その光は更に、メニスカスレンズ２０、平凸レンズ１９、およびリターダ３６を逆方向に通過する。明画素のＬＣＤモジュレータ１２〜１４によって反射された光は、リターダ３６を２度通過するため、偏光方向が９０度回転し、そのため、偏光ビームスプリッタキューブ３２の偏光ビームスプリッタコーティング３３で（図４の）左方向へ反射され、ガラスキューボイド３７に入射する。このガラスキューボイド３７は、ＬＣＤモジュレータ１２〜１４と光学システム３１の銀コーティング２２との間の光路長を銀コーティング２２と中間像レベルＺＥとの間の光路長と同じにするために設けられている。更に、絞り１８が、結像された中間像の側面境界を形成する中間像レベルＺＥの中に設けられている。投影光学系１６が中間像レベルＺＥの下流に設けられており、この投影光学系１６は中間像をプロジェクションスクリーン１７に投影する。
【００４９】
プリズム構造３５における色の分離と統合は以下のように起こる。偏光された光が第１プリズム３８に入射し、青色要素が偏光ビームスプリッタキューブの反対方向のプリズム３８の側面に施されたコーティング３９で反射され、プリズム３８の中で、（偏光ビームスプリッタ３２に対するプリズム３８の境界面での）全反射によってＬＣＤモジュレータ１２に向けられる。残りの光はコーティング３９を通過して、間隙（図示せず）によって第１プリズム３８から隔てられた第２プリズム４０に入射し、赤色要素が第１プリズム３８の反対方向の第２プリズム４０の側面に設けられたコーティング４１によって反射される。この赤色の光はプリズム４０内の全反射によってＬＣＤモジュレータ１４に向けられる。残りの光、すなわち緑の光は、コーティング４１を通過し、第３プリズム４２に入射し、それを通過したのちＬＣＤモジュレータ１３を照らす。これらの光はＬＣＤモジュレータ１２〜１４において偏光変調され反射されるので、それぞれのカラーフレームがその上に生成される。反射された光はそれぞれの態様でプリズム構造３５を通過し、そのことによって組合わされて、偏光ビームスプリッタコーティング３３を照らす共通カラービームを形成し、その偏光ビームスプリッタコーティング３３によって暗画素が反射される。明画素の光は偏光ビームスプリッタコーティング３３を通過し、上述した方法で光学システムによって中間像レベル内に結像される。
【００５０】
図５は遠近法による本発明の装置のもう一つの実施態様の組立図を示す。本実施態様において、光学システム７と、偏光ビームスプリッタキューブ４３およびカラーユニット４４の配置とは図１に示す実施態様と同じであり、プリズム構造４５が、図４に示すプリズム構造３５に相当するカラービームスプリッタキューブの代わりに設けられている。図１に示す装置とは異なり、偏差プリズム４６が偏光ビームスプリッタキューブ４３と中間像レベルＺＥとの間に設けられており、この偏差プリズム４６は光線の通路を９０度曲げ、また、偏差が発生するプリズム４６の側面４７は銀コートすることができる。しかしながら、全内部反射（全反射）を利用するのが好ましく、その場合には、境界表面４７は銀コートされない。最後に、ガラスブロック４８が絞り２と偏光ビームスプリッタキューブ４３との間に設けられており、このガラスブロック４８の寸法は、照射領域３からＬＣＤモジュレータ１２〜１４に到達するガラス路が、ＬＣＤモジュレータ１２〜１４から中間像レベルＺＥに到達するガラス路と等しくなるように選択される。図５に示す装置においては、光学システム７は、ＬＣＤモジュレータ１２〜１４の画像生成領域上の照射領域のみならず、中間像レベルＺＥ内のＬＣＤモジュレータ１２〜１４の画像生成領域も備えている。従ってその有効性は図１に示す実施態様のそれと同じであり、図５に示す実施態様は偏差プリズム４６による偏差の故に非常にコンパクトな装置とすることができる。そのような偏差を達成することができる他の如何なる光学素子も当然、偏差プリズム４６の代わりに用いることができる。
【００５１】
図６は投影光学系１６の可能な実施態様を示し、これは上述の実施態様のいずれとも一緒に使用することができる。それぞれのレンズのデータは以下の表から得ることができ、ここでの屈折率とアッベ係数は波長５８７．６ｍｍに対するものである。
【００５２】
【表２】

【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の第１実施態様の概略を示す断面図。
【図２】光学システムが凹面ミラーと凸面ミラーを備えている、本発明の装置の第２実施態様の概略を示す断面図。
【図３】本発明の装置の別の実施態様の概略を示す断面図。
【図４】本発明の装置の別の実施態様の概略を示す断面図。
【図５】本発明の装置の別の実施態様の組立図。
【図６】本発明の装置の投影光学系の断面図。

Claims

多色光を放射するための光源（１）と、カラーユニット（９，３５）と、同カラーユニット（９，３５）の下流に設けられた第１及び第２の光モジュレータ（１２，１３，１４）と、投影光学系（１６）とを有し、前記カラーユニット（９，３５）は前記光源（１）からの光で照射されることが可能であるとともに、この光から第１の色の光を分離し及び第１の光モジュレータ（１２）へと指向させ及び、第２の色の光を分離し及び第２の光モジュレータ（１３）へと指向させ、前記光モジュレータ（１２，１３，１４）は多色画像のそれぞれについて１つのカラーフレームを生成すべくそれらの上を照らす光を変調し、前記変調光は共通の発光ビームを生成すべく前記カラーユニットによって重ね合わせられ、同共通発光ビームによって前記投影光学系（１６）が照射される、多色画像をプロジェクションスクリーンに投影するための装置において、前記共通発光ビームによって照射され、かつ湾曲ミラー（２１，２４，２６）を有した光学システム（７，２３，２８，３１）が前記カラーユニット（９，３５）と前記投影光学系（１６）との間に設けられ、同光学システム（７，２３，２８，３１）は前記投影光学系（１６）の正面に設けられた中間像レベル（ＺＥ）に多色中間像を生成し、同多色中間像は前記投影光学系（１６）によって前記多色画像として前記プロジェクションスクリーン（１７）に投影されることを特徴とする、多色画像をプロジェクションスクリーンに投影するための装置。
前記光学システム（８，２３，２８，３１）は１：１結像光学系であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記光学システムは縮小光学系として設けられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記光学システム（７，２３，２８，３１）は前記ミラー（２１，２４，２６）に対して対称的に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
前記光学システム（７，２３，２８，３１）の前記ミラー（２１，２４，２６）は球面の湾曲を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
前記光学システム（７，３０）は反射屈折光学系であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
前記光学システムの前記ミラー（２１，２６）は前記カラーユニット（９，３５）と反対方向を指向した透明光学要素（２８）の湾曲境界面上の反射コーティングであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
前記装置は前記カラーユニット（９，３５）の下流に設けられた第３の光モジュレータ（１４）をさらに有し、前記多色画像の第３のカラーフレームを生成すべく前記カラーユニット（９，３５）はそれが照射されている光から第３の色の光を分離し、かつそれを第３の光モジュレータ（１４）へと指向させ、同第３の光モジュレータ（１４）はその上を照らす光を変調し、前記３つの光モジュレータ（１２，１３，１４）の変調光は共通の発光ビームを生成すべく前記カラーユニット（９，３５）によって重ね合わされることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
前記第１の光モジュレータ（１２）には赤色カラーフレームを生成可能であり、前記第２の光モジュレータ（１３）には緑色カラーフレームを生成可能であり、前記第３の光モジュレータ（１４）には青色カラーフレームを生成可能であることを特徴とする請求項８に記載の装置。
前記光モジュレータ（１２，１３，１４）はそれらの上を照射する光の偏光状態を変調させ、前記装置には前記中間像レベル（ＺＥ）の正面に配置された前記アナライザ（４，３２）が設けられ、同アナライザは前記中間像レベル（ＺＥ）に受容されるべき所定の偏光状態をもって変調された光のみを生じることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
前記アナライザ（４，３２）は前記中間像レベル（ＺＥ）と前記光学システムとの間に設けられる請求項１０に記載の装置。
前記光学システムは平凸レンズ（１８）と銀コートしたメニスカスレンズ（１９）とからなることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
前記光学システムは凹面ミラーと凸面ミラーとを有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
前記凹面ミラー及び凸面ミラーはガラス体の銀コートされた外面によって実現されることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
前記光モジュレータ（１２，１３，１４）は反射光モジュレータであることを請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置。
前記光学システム（７，２３，３１）は前記光モジュレータ（１２，１３，１４）上に前記光源（１）からの光をもって生成された照明領域（２）を結像することを特徴とする請求項１５に記載の装置。