JPH0829802A - 動画像投影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精細度の明るい投影像を得ることができる
ようにする。 【構成】 光書き込み型空間光変調器いわゆるライトバ
ルブ１と、この光書き込み型空間光変調器１に対する光
書き込みを行う電気アドレス型書き込み光源部２と、投
影光源部３と、投影光学系４とを有して成り、その光書
き込み型空間光変調器１が、単安定型強誘電性液晶より
なる光変調材料より構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、動画像投影装置に係わ
る。

【０００２】

【従来の技術】動画像投影装置としては種々のものが提
案されている。例えば対角４０〜２００インチサイズの
投影画面を得る動画像投影装置として、陰極線管の自発
光画像を直接スクリーンに投影するもの、ランプからの
光を液晶表示素子等の空間光変調器で変調して投影する
ものがある。

【０００３】しかしながら、陰極線管の自発光画像を直
接スクリーンに投影する動画像投影装置では、明るくコ
ントラストに優れた投影像を陰極線管の自発光画像で得
ることは困難である。そこで、投影光源としてのランプ
からの光を液晶表示素子等の空間光変調器で変調して投
影する動画像投影装置が注目されるところである。

【０００４】ところで、液晶表示素子としては、互いに
直交するＸ，Ｙ電極配線型のマトリックス表示によるも
の、あるいは薄膜トランジスタ等のスイッチング素子の
マトリックス配列によるアクティブ型マトリックス表示
によるものが一般的に用いられる。

【０００５】一方、液晶材料として単安定型強誘電性液
晶が用いられる場合、この液晶は、通常のＴＮ（ツイス
トネマチック）型液晶等に比し、充分薄い液晶層の厚さ
で充分な旋光特性を得ることができるため、高解像度化
が可能で、高精細度の動画像投影装置を構成できること
の期待があり、また印加電圧に応じて連続的に光変調度
が変化するため多階調表示を容易に行うことができると
いう利点がある。

【０００６】しかしながら、このような単安定型の強誘
電性液晶による液晶装置を用いて上述の動画像投影装置
を構成しても、この強誘電性液晶の特徴が充分生かされ
ていない。これは、上述のＸ，Ｙ電極配線型のマトリッ
クス表示、あるいは薄膜トランジスタ等のスイッチング
素子のマトリックス配列によるアクティブ型マトリック
ス表示による場合、その電極配線、スイッチング素子の
配置、占有面積の問題から、充分な画素の高密度化をは
かることができないものであり、このため上述の強誘電
性液晶の高解像度の特徴を充分生かすことができないも
のであり、高精細度の動画像投影を阻害している。ま
た、上述した電極配線、スイッチング素子の配置、占有
面積の問題から、充分な高有効表示面積化すなわち高光
束利用効率化をはかることができないという問題があ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主たる目的
は、例えば対角５０インチサイズ以上の投影動画像を、
高精細度に、また高光束利用効率化によって明るい像と
して投影することのできる動画像投影装置を提供するも
のである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の本発明は、その一
例の概略構成を図１に示すように、光書き込み型空間光
変調器１いわゆるライトバルブと、この光書き込み型空
間光変調器１に対する光書き込みを行う電気アドレス型
書き込み光源部２と、投影光源部３と、投影光学系４と
を有して成り、その光書き込み型空間光変調器１の光変
調材料が、単安定型強誘電性液晶よりなる構成とするも
のである。

【０００９】第２の本発明は、上述の発明と同様に、光
書き込み型空間光変調器１と、この光書き込み型空間光
変調器１に対する光書き込みを行う電気アドレス型書き
込み光源部２と、投影光源部３と、投影光学系４とを有
して成り、その電気アドレス型書き込み光源部２を、電
気なかんづく電子アドレス型の薄膜蛍光面型陰極線管に
よる構成とする。

【００１０】尚、この薄膜蛍光面型陰極線管とは、通常
のテレビジョン受像管等における蛍光体粉末をバインダ
ーと混合したいわゆる蛍光体スラリーを陰極線管のフェ
ースプレート内面に塗布形成してなる通常一般の直視型
の陰極線管構成によるものではなく、単結晶薄膜もしく
は緻密な多結晶薄膜蛍光面による陰極線管を指称するも
のである。

【００１１】

【作用】本発明構成では、電気アドレス型書き込み光源
部２よりの投影動画に応じた光学像を光書き込み型空間
光変調器１に書き込み、この光書き込み型空間光変調器
１によって投影光源部３からの光を光変調して投影動画
像を得てこれを投影光学系４を介して目的とするスクリ
ーンに投影するものである。

【００１２】上述したように、本発明では投影光源部３
を用い、これを光変調器１で変調する態様を採るので、
充分明るい投影表示を行うことができるものであり、さ
らにその光変調器１を、Ｘ，Ｙ電極配線やスイッチング
素子の薄膜トランジスタ等を配置することがないので、
高光束利用効率化をはかることができ、充分明るい投影
動画像を確保できる。

【００１３】そして、第１の本発明においては、変調器
１の変調材料を単安定型強誘電性液晶とするものであ
り、しかもその変調器１はＸ，Ｙ電極配線構造等による
ものではなく、光書き込み型空間光変調器構成としたこ
とから、単安定型強誘電性液晶の冒頭に述べた高解像度
の特徴を生かすことができ、光変調の高精細度化、した
がって投影動画像の高精細度化をはかることができるも
のである。

【００１４】また、第２の本発明においては、光書き込
み型空間光変調器１に対しての光書き込みを行う電気ア
ドレス型書き込み光源部２を、薄膜蛍光面型陰極線管に
よって構成するものであり、この構成による場合、その
蛍光面が緻密性を有するものであることから、高精細度
画像を得ることができ、光書き込み型空間光変調器１へ
の書き込みを高精細度に行うことができる。

【００１５】尚、上述の第１および第２の本発明を併せ
持つ構成とすれば、薄膜蛍光面型陰極線管による電気ア
ドレス型書き込み光源部２によって得た高精細度光学像
によって、高精細度光変調が可能な光変調材料の単安定
型強誘電性液晶による光書き込み型空間光変調器１によ
って光変調がなされることによってその投影像は、より
確実に高精細度化される。

【００１６】

【実施例】本発明による動画像投影装置の一例を図１を
参照して説明する。本発明装置は、光書き込み型空間光
変調器いわゆるライトバルブ１と、この光書き込み型空
間光変調器１に対する光書き込みを行う電気アドレス型
書き込み光源部２と、投影光源部３と、投影光学系４と
を有する構成とする。

【００１７】光書き込み型空間光変調器１に対する電気
アドレス型書き込み光源部２との光学的結合は、例えば
イメージファイバープレート５によって行う。

【００１８】光書き込み型空間光変調器１は、イメージ
ファイバープレート５とこれに対向する透明基板例えば
ガラス基板１１との間に構成する。この光書き込み型空
間光変調器１は、例えばイメージファイバープレート５
に被着形成された一方の透明電極１２と、例えば水素化
アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）またはセレン化カド
ミウム（ＣｄＳｅ）等の半導体からなる光導電層１３と
が被着形成され、誘電体多層膜からなる光反射層１４と
が被着形成され、一方透明基板１１の内面に他方の透明
電極１５が被着形成され、両透明電極１２および１５間
に、すなわちイメージファイバープレート５と透明基板
１１との間に液密空間を形成し、この液密空間に、液晶
特に単安定型強誘電性液晶１６が充填される。

【００１９】この光書き込み型空間光変調器１の光変調
材料の単安定型強誘電性液晶１６は、特開平４−２１２
１２６号公報の液晶表示素子におけるカイラル液晶と、
３環性エステルのフッ素置換誘導体、フェニルピリミジ
ン系、フェニルベンゾエート系等の非カイラル液晶とを
混合した組成物を用いることができる。

【００２０】電気アドレス型書き込み光源部２は、電気
なかんづく電子アドレス型書き込みによる薄膜蛍光面型
陰極線管による構成とする。そして、この陰極線管の蛍
光面２１と、光書き込み型空間光変調器１とが例えば陰
極線管のフェースプレートを兼ねるイメージファイバー
プレート５によって陰極線管の蛍光面２１で得られる発
光画像を、光書き込み型空間光変調器１に伝達するよう
になされる。

【００２１】電気アドレス型書き込み光源部２となる薄
膜蛍光面型陰極線管は、高真空度に保持された管体内
に、例えば陰極Ｋと、これより電子線ｂを導出するグリ
ッド２２と、陽極２３とを有する電子銃が構成され、こ
の電子銃と対向して薄膜蛍光面２４が管体のフェースプ
レートすなわち図示の例では、イメージファイバープレ
ート５の内面に形成される。電子ビームｂは、集束用電
磁コイル２５によって集束され、偏向用電磁コイル２６
によって蛍光面２１に対し水平・垂直走査するようにな
される。

【００２２】薄膜蛍光面２１は、単結晶薄膜もしくは緻
密な多結晶薄膜蛍光面として形成されるものであり、こ
の陰極線管の蛍光面２１は、電子ビームｂの突き抜けが
生じることなくしかも高い光量が得られるつまり高い発
光効率を示し、同時にこの発光が蛍光面自体で吸収ない
しは散乱されてフェースプレート（イメージファイバー
プレート５）への導出を阻害することがない程度の厚さ
の例えば０．１μｍ〜１０μｍ好ましくは０．５μｍか
ら３μｍ、さらに望ましくは１μｍ〜２μｍの厚さに選
定される。

【００２３】この薄膜蛍光面２１は、例えば蒸着によっ
て緻密に形成した多結晶蛍光体膜、半導体技術を適用し
た単結晶蛍光体膜によって構成する。この蛍光体として
は、ＺｎＳｉＯ₄ 、あるいはＡｌＧａＡｓ，ＩｎＧａ
Ｐ，ＺｎＳｅ，ＺｎＳ，ＣｄＳ等の例えば化合物半導体
のエピタキシー、蒸着等によって形成し得る。蛍光面２
１を単結晶蛍光体膜によって形成するには、例えば単結
晶基板上に上述の蛍光体のエピタキシャル層を形成し、
このエピタキシャル蛍光体層を基板から剥離するとか、
基板を化学的あるいは機械的・化学的研磨によって除去
することによって形成し、これを陰極線管管体のフェー
スプレート例えば前述のイメージファイバープレート５
に接着することによって構成できる。

【００２４】また、この蛍光面２１からの発光は、上述
の光書き込み型空間光変調器１の光導電層１３のエネル
ギーギャップより大きなフォトンエネルギーの発光がな
されるようにその材料選定がなされる。

【００２５】蛍光面２１は上述したように、緻密性に富
んだ蛍光体面とするものであるが、これを多結晶膜によ
って構成する場合、その結晶粒子間空隙が、０．１μｍ
以下となる。因みに、通常一般の蛍光体粉末とともにバ
インダー等が混合された蛍光体スラリーを回転塗布法等
によって塗布し焼成することによって形成した蛍光面に
おける蛍光体粒子間空隙は１μｍ近くないしはそれ以上
の粗なる蛍光面として形成されているものである。

【００２６】投影光源部３は、例えば光源ランプ３１
と、その背部に配置された球面反射鏡３２と、反対鏡３
２に対しランプ３１を挟んで対向するコリメートレンズ
３３とを有してなる。

【００２７】投影光源部３からの平行光は、偏向ビーム
スプリッタ６を介して光書き込み型空間光変調器１に導
入されるようになされる。

【００２８】一方、光書き込み型空間光変調器１からの
光は、偏向ビームスプリッタ６を介して投影光学系４す
なわち投影レンズを介してスクリーン（図示せず）に投
影するようになされる。

【００２９】上述の構成による動画像投影装置の動作を
説明すると、光書き込み型空間光変調器１の透明電極１
２および１５間には、所定の電圧が印加される。この状
態で電気アドレス型書き込み光源部２、すなわち上述の
構成では陰極線管によって投影画像に応じて密度変調し
た電子ビームｂを蛍光面２１を走査することによって、
蛍光面２１が発光し目的とする投影動画光学像を発光さ
せる。この発光光学像は、イメージファイバープレート
５によって忠実に光書き込み型空間光変調器１の光導電
層１３に導入され、この光導電層１３の導電性を入射光
学像に応じたパターンに変化させる。つまり、光入力の
大小に応じて各部の導電性に大小が生じる。したがっ
て、透明電極１２および１５間の電圧が、光入力がある
部分において、その大小に応じてこの部分の液晶１６に
印加されることになり、この部分で液晶１６の旋光特性
が変調される。

【００３０】このとき、投影光源部３から偏光ビームス
プリッタ６によって所定の偏光面を有する偏光が光書き
込み型空間光変調器１に導入されているので、この偏光
を、この光書き込み型空間光変調器１における上述の液
晶１６の変調された旋光性によって上述の光学像に応じ
てその偏光角が変調される。

【００３１】このようにして、偏光角が変調された光学
像は、光反射層１４で反射されて、その偏光角が変調さ
れた光のみが、偏光ビームスプリッタ６を通じて投影光
学系４に向かい、これによって動画像の投影がなされ
る。したがって、この投影画像は、結局電気アドレス型
書き込み光源部２すなわち陰極線管の発光動画像に応じ
た光学像を投影することになる。

【００３２】そして、この場合、光書き込み型空間光変
調器１は、その光変調材料を単安定型強誘電性液晶１６
によって構成したことにより、この液晶は前述したよう
に充分薄い液晶層の厚さで充分な旋光特性を得ることが
できるため、高解像度（例えば約１００ [line pair/m
m])、高精細度の光変調を行うことができることによっ
て動画投影像を得ることができるとともに、更にその印
加電圧に応じて連続的に光変調度が変化することから多
階調投影画像を行うことができる。

【００３３】更に、この光書き込み型空間光変調器１
に、投射光学像の書き込みを行うための書き込み光源、
すなわち電気アドレス型書き込み光源部２として、その
蛍光面２１が緻密性に富んだすなわち高解像度したがっ
て高精細度光学像を得ることのできる薄膜蛍光面型陰極
線管によって構成したことから、光書き込み型空間光変
調器１に高精細度光学像の書き込みがなされる。したが
って、この光変調器１において、高精細度の光変調、し
たがって高精細度の投影画像を得ることができるもので
あり、特にこの場合において、上述したように、光書き
込み型空間光変調器１に単安定型強誘電性液晶を用いる
ときは、その高精細度光変調の効果を充分発揮できるこ
とになる。

【００３４】また、上述の構成では、光書き込み型空間
光変調器１に対する電気アドレス型書き込み光源部２の
光学的結合を、イメージファイバ−プレート５によって
行うようにした場合であり、この場合はこの光学的結合
をレンズや空間の介在を回避できることから、その構成
は簡潔、小型となる。

【００３５】これについて説明すると、上述した電気ア
ドレス型書き込み光源部２において、上述したような陰
極線管型構成を採る場合、その電子銃や、電子レンズ系
の設計による電子ビームｂの広がり幅を１μｍ〜５μｍ
以下のスポット径として蛍光面２１に照射するとき、こ
の蛍光面２１での発光スポット径は、電子ビームのスポ
ット径と蛍光体内での電荷（特に正孔）の拡散長との自
乗和の平方根程度となり、１μｍ〜５μｍの範囲であ
り、発光スポット径は１０μｍ以下が実現できる。イメ
ージファイバープレート５としては、芯径が３μｍ〜６
μｍのものが実用化されているので、これを用いること
により、イメージファイバープレート５内での光の広が
りを効果的に抑えることができる。

【００３６】そして、蛍光体内で発生した光がイメージ
ファイバープレート５に入射するまでとイメージファイ
バープレート５から出射して、光書き込み型空間光変調
器１の光導電膜１３に吸収されるまでの間の光の広がり
によって書き込み画像の解像度が低下するが、上津した
ように蛍光体を緻密性に富んだ薄膜蛍光体とすることに
より、この広がりを１０μｍ以下に抑えることができ
る。

【００３７】したがって、上述の構成によるときは、光
書き込み型空間光変調器１に高解像度（５０〜１００
〔line pair/mm〕）の画像書き込みが可能となる。因み
に、通常の蛍光体スラリーによるいわゆる粉末蛍光面に
よる陰極線管型の電気アドレス型書き込み光源部２を用
いる場合は、その蛍光体粉末の大きさが数十μｍという
大きな粒径を有し、緻密性を有していないことから、こ
の蛍光面で発生した光がこの蛍光面から外部にでるまで
に乱反射するなどの理由によって、その解像度は１０
〔line pair/mm〕以上とすることが困難である。このた
め高精細度画像（１０００ＴＶ本以上）を書き込むため
には陰極線管の画面サイズを例えば対角４インチ以上と
する必要があり、小型の光書き込み型空間光変調器１を
用いる場合は、電気アドレス型書き込み光源部２の陰極
線管からの画像を縮小投影光学系を介して結合する必要
があるなど、装置全体の小型化を阻害するものである。
これに対し、上述した薄膜蛍光面型陰極線管構成を採る
ときはこのような不都合が回避され、小型簡潔な構成を
採ることができるものである。

【００３８】尚、上述した例では、単色の投影画像を得
る場合であるが、本発明構成によってカラー投影画像を
得ることができる。すなわち、この場合は、例えば投影
光源部３からの白色光を色選択性のハーフミラーによっ
て赤、緑および青の３原色に分解し、各色光に関して上
述した偏光ビームスプリッタ６、光書き込み型空間光変
調器１およびこれに対する電気アドレス型書き込み光源
部２を設けて各色の投影画像を得てこれらを重ね合わせ
てスクリーン上に合成することによってカラー投影画像
を投射するようにすることもできる。

【００３９】また、第２の本発明では、電気アドレス型
書き込み光源部２が、その蛍光面２１を電子ビームによ
って励起する電気なかんづく電子アドレス型の陰極線管
構成とした場合であるが、或る場合は発光ダイオード構
成として、各画素を例えば互いに直交する方向Ｘ，Ｙ配
線によって駆動発光させる構成とすることもできるなど
種々の構成による電気アドレス型構成をとることもでき
る。

【００４０】その他、投影光源部３、投影光学系４の構
成等においても、上述した例に限られるものではないこ
とはいうまでもない。

【００４１】

【発明の効果】上述したように、本発明では投影光源部
３を用い、これを光変調器１で変調する態様を採るの
で、充分明るい投影表示を行うことができるものであ
り、さらにその光変調器１を、冒頭に述べたようなＸ，
Ｙ電極配線やスイッチング素子の薄膜トランジスタ等を
配置することがないので、高光束利用効率化をはかるこ
とができ、充分明るい投影像を確保できる。

【００４２】そして、第１の本発明においては、変調器
１の変調材料を単安定型強誘電性液晶とするものであ
り、しかもその変調器１は光書き込み型空間光変調器構
成としたことから、単安定型強誘電性液晶の冒頭に述べ
た高解像度の特徴を生かすことができ、光変調を高精細
度にしたがって高精細度投影像を得ることができるもの
である。

【００４３】更に、第２の本発明においては、光書き込
み型空間光変調器１に対しての光書き込みを行う電気ア
ドレス型書き込み光源部２を、薄膜蛍光面型陰極線管に
よって構成するものであり、この場合、その蛍光面が緻
密性を有するものであることから、高精細度の光学像を
得ることができるので、光書き込み型空間光変調器１へ
の書き込みを高精細度に行うことができ、更に上述した
ように小型簡潔な構成とすることができる。

【００４４】そして、特に上述の第１および第２の本発
明を併せ持つ構成とする場合は、上述したように、電気
アドレス型書き込み光源部２によって高精細度に光書き
込み型空間光変調器１への書き込みを行うことができ、
更にこの光書き込み型空間光変調器１が高精細度の光変
調を行うこととが相俟って、より高精細度の投影光学像
を得ることができることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による動画像投影装置の一例の構成図で
ある。

【符号の説明】

１ 光書き込み型空間光変調器 ２ 電気アドレス型書き込み光源部 ３ 投影光源部 ４ 投影光学系 ５ イメージファイバープレート ６ 偏光ビームスプリッタ １６ 単安定型強誘電性液晶 ２１ 蛍光面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光書き込み型空間光変調器と、 該光書き込み型空間光変調器に対する光書き込みを行う
   電気アドレス型書き込み光源部と、 投影光源部と、 投影光学系とを有し、 上記光書き込み型空間光変調器の光変調材料が、単安定
   型強誘電性液晶より構成されたことを特徴とする動画像
   投影装置。
2. 【請求項２】 光書き込み型空間光変調器と、 該光書き込み型空間光変調器に対する光書き込みを行う
   電気アドレス型書き込み光源部と、 投影光源部と、 投影光学系とを有し、 上記電気アドレス型書き込み光源部が、薄膜蛍光面型陰
   極線管よりなることを特徴とする動画像投影装置。