JPH08510335A - 投影単レンズビデオプロジェクター用浸漬ダイクロイックシステム - Google Patents
投影単レンズビデオプロジェクター用浸漬ダイクロイックシステムInfo
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Abstract
(57)【要約】
LCLV投影システム(10)は、反射型液晶ライトバルブ(38,40,42)群と偏光子/検光子(26)との間に色分離用ダイクロイックミラー(50,52)を配置し、この偏光子/検光子(26)で投影単レンズ(34)が高コントラストで効率よくかつ色分離して単一の線形偏光状態の光束でもって全色を投影できるようにしている。この偏光子/検光子(26)は、単一偏光状態の光束を一対のダイクロイックフィルターへ指向させて、これにより光束を3つの異なる色の光束に分離して、これらの光を3つの異なる反射型液晶ライトバルブ(38,40,42)へそれぞれ導く。ライトバルブは、各色の光束を偏光状態を変化させてダイクロイックフィルター(50,52)へ反射回帰させ、これにより3つの色の光束が結合され単一の結合多色光束を得、この結合多色光束を偏光子/検光子(26)を通してプロジェクションシステムの投影単レンズ(34)に導く。偏光子/検光子(26)とダイクロイックフィルター(50,52)とは、ダイクロイックフィルター(50,52)の基板とほぼ同じ屈折率の光学流体で満たされた容器(28)に封入されており、これにより投影レンズ(34)の後方焦点距離が効率的に増大できる。
Description
【発明の詳細な説明】
投影単レンズビデオプロジェクター用浸漬ダイクロイックシステム
関連参考文献
本願は、本発明の同一承継人に譲渡され、本明細書に参考として用いた、発明
の名称が「投影単レンズカラープロジェクションシステム」の米国出願第.08/04
0755号に関連する構成用件を包含するものである。
発明の背景
1.技術分野
本発明は、液晶ライトバルブカラープロジェクションシステムに関し、特に投
影単レンズ液晶ライトバルブ投影システムにおけるカラー分離結合装置およびそ
の方法に関する。
2.議論
ビデオプロジェクターシステム等の光学投影システムは、スクリーン上に画
像を投影するものとして用いられている。プロジェクションシステムは、画像を
広範囲の寸法(ある限界内の)で投影するものであるので、CRT等最近よく使
用されている従来式のものよりかなり大サイズの画像を与えうるものである。最
も一般的仕様では、ビデオプロジェクションシステムは、それぞれ原色(赤、緑
および青)の光をスクリーンに投影する3本のCRTを使用しているものである
。しかしながら、投影画像のサイズが増大すると、輝度が減少してしまう。この
問題を含めた種々の問題点を解消するために、プロジェクションシステムは、液
晶ライトバルブ(LCLV)を使用して光線出力を高めてかなりの長所を得てい
る。LCLVは、種々に応用がなされている。例えば、少スペースのプロジェク
ターで非常に大きな投影スクリーンに光をあてる場合に、また高輝度の投影表示
をする場合に有効に使用されている。外界の明光度が高いために一般にCRT等
の従来のプロジェクターの光の照明が不十分である場合、あるいは制限されたス
ペースに大きなサイズのスクリーンを使用する場合に、液晶カラー表示プロジェ
クションシステムが好ましいものである。
液晶ライトバルブシステムは、透過式(アクティブマトリックス)のものか反
射式のものかいずれかである。透過式(アクティブマトリックス)の液晶ライト
バルブ式では、各液晶ライトバルブは、画素配列全体にわたり単色後ビームを変
調し、しかる後各ビームは、マルチプレクサや結合プリズムなどにより組み合わ
され単一の結合ビームとして投影される。結合ビームは、複数の液晶ライトバル
ブのコンピュータ制御による変調により得られた上方を含んでいる。この結合ビ
ームは、投影レンズを通して拡散表示スクリーンの前面あるいは後面に導かれ、
スクリーン表面に明確な表示を与える。
あるアクティブマトリックス液晶プロジェクターでは、ダイクロイックミラー
が高強度のハロゲンランプからの白色光を3つの単色光ビームに、赤、青及び緑
の光ビームに分離している。この3つのビームは、液晶モジュレータパネルを通
過し、結果として変調された単色光ビームをx−プリズムにより結合して単一の
多色光ビームを得て、しかる後レンズ群を通してスクリーンにこの結合ビームを
投射する。このようなシステムは、光源ランプから種々光学リレイすなわちレン
ズや反射鏡などの液晶モジュールへの読み取り光の分離ならびに分布をするため
の光学エレメントを要する。さらにこのリレイシステムは、このような付加的部
品を適当に配置するために長い焦点距離を与える光学システムが要される多数の
ダイクロイック反射鏡を配置しなければならず、かなりのスペースが必要となる
。
同様な問題、すなわち、多数の部品とスペース増大の要請は、反射式液晶ライ
トバルブを使用する上記の投影システムにも生じている。ある反射式液晶ライト
バルブシステムでは、S−偏光状態の光(偏光軸、すなわちEベクトル場が入射
面に平行)を反射し、P−偏光状態の光(偏光軸、すなわちEベクトル場が入射
面に垂直)を透過するように設計された変更ビーム分離プリズムにより、高出力
光源からの読み取り光は、偏光される。読み取り光のS−偏光成分は、ライトバ
ルブへと反射され、このライトバルブが書き込み光源すなわちCRTからの画像
により動作されると、ライトバルブは、偏光状態の光を反射し、かつ90度回転
してP偏光状態とする。P偏光成分は、プリズムを透過して投影レンズへと導か
れる。このような反射式液晶ライトバルブが、カラープロジェクションシステム
に使用されると、読み取り光源を3つの成分に分離するためと多数の色成分の予
偏光のために、リレイ光学素子を付加して入力光路を長くする必要がある。
多数のLCLV投影システムは、3個の独立の投影レンズを有し、それぞれが
、赤、緑および青の原色に対応するようになっている。3個の投影レンズを使用
すると数々の不利益が生ずる。3個の投影レンズは、光学素子部品の数を増大し
、システムの全体の大きさならびにコストも増大する。さらにこの3個の投影レ
ンズプロジェクターで投影された両像は、もしプロジェクターとスクリーンとの
間の距離が後に変更されるのであれば、繰り返して集光させなければならない。
すなわち、3個の独立の投影レンズは、スクリーンに向けて角度がつけられてお
り、スクリーンの距離まで唯一の投影レンズで完全な集光が行われている。しか
しながら、投影レンズからスクリーンがさらに遠距離に離されると、投影レンズ
は、少ない角度で角度づけしなければならず、もしスクリーンがレンズに近づけ
られると、レンズは、大きな角度で角度づけする必要がある。あるいは、この角
度を変更せず、CRT上の画像を移動するようにしても良い。いずれにしても、
スクリーンとプロジェクターとの距離が変化すると、かなりの調節が必要となる
。同様に、台形の補正が各投影レンズにより異なり、すなわち、それぞれ個々に
補正しなければならない。
投影単レンズシステムは、光学素子の数が少ないので寸法低減ならびにコスト
低減の可能性を有する。さらに上述のような3個の投影レンズを繰り返して集光
させる必要がなくなる。しかしこのような現存の投影単レンズシステムの長所は
、少なくとも二つの以下の短所に勝るものでない。すなわち、単レンズビデオプ
ロジェクターシステムは、一連のトリムフィルターを使用する理由でまた各単色
光で一つの光偏光をブロックする理由で、光のロスが大きい。
すなわち、青、緑および赤の原色間にスペクトルノッチが必要であるので、所
望のレベルの色飽和を達成すべく赤、緑および青の間に所望のスペクトル分離を
生じさせるためトリムフィルターが必要となる。これには、無意味な光損失が含
まれていない。一般に以上のシステムが、一つの原色に対する線形の光偏光と他
の二つの原色に対する直交偏光を使用しているので、各色に対する一つの光偏光
のブロックが問題となる。これらのシステムにおいて、非偏光状態の光が偏光子
/検光子への入力光として必要である。各原色につき二つの直交偏光の一つがブ
ロックされるので、上記システムは、光の使用の点で効率は高々50%である。
現存の単レンズシステムの第2の短所は、液晶ライトバルブを互いに対して角
度をつけて配置する必要があることである。この必要性のために、液晶ライトバ
ルブに書き込みを行う3個のCRTをコンパクトに配置できない。細長いCRT
を角度をつけて斜めに配置するのでほぼ平行に配置する構成より大きなスペース
を要する。平行なCRT配置構成にしてスペースを低減しうるが、このようにす
ると、空気中の光学経路が長くなり、かなり長い後方焦点距離を持った投影レン
ズが必要となる。この構成は、ほとんどどのシステムでも経済的に見合うもので
ない。なぜなら、後方焦点距離が長くなる理由でレンズのコストならびに径がか
なり大きくなるからである。このコストによる制約の理由で、プロジェクタ光学
構成をよりコンパクトにする可能性が制限されてしまう。
ダイクロイックフィルター構成を用いた液晶ライトバルブプロジェクションシ
ステムの更に別の問題として、空気中で角度のついたダイクロイックフィルター
構成を使用する場合に投影画像に非点収差が伴うことである。
またその他のいくつかの問題も従来の液晶ライトバルブシステムに多く生じて
いる。例えば、複素光学素子が一般に空気にさらされ、ほこり等の空気中の粒子
が不可欠のライトバルブ光学映像経路に入り込む可能性を与える。結果としてこ
の経路の光学面に粒子やもやのような汚れが生ずることとなる。この粒子やもや
の汚れは、コントラスト比ならびに光の使用効率を低減する。
よって、構成が簡単で、光学素子の数ならびにサイズやコストを最小化した液
晶ライトバルブプロジェクションシステムを提供することが望まれる。さらに入
力光を有効に使用し、高出力ライトプロジェクションシステムを提供する液晶光
バルブシステムを提供することが望まれる。さらに以上の特徴に加えて、赤、青
ならびに緑のスペクトルの間に充分なスペクトルノッチを設けて、非点収差など
の歪度が小さい色飽和度の高いシステムを提供することが望まれる。光学素子の
粒子やもやの汚れを最小化したシステムに上述の特徴を与えるようにすることも
望まれる。
発明の要旨
本発明によれば、第1配向方向を有する線形偏光光源と、3つの液晶ライトバ
ルブ(LCLV)と、液晶ライトバルブを駆動する手段とを有する光学プロジェ
クションシステムが提供される。偏光子/検光子が光源からの第1配向方向を有
する偏光状態の光を入力して反射する。第1のダイクロイックフィルターが、偏
光子/検光子から反射された光の経路に配置され、第1の波長帯の光を反射し、
第2と第3の波長帯の光を透過し、第1の波長帯の光は、第1LCLVに導かれ
る。第2のダイクロイックフィルターは、第1のダイクロイックフィルターから
の第2と第3の波長帯の光を入力し、第2の波長帯の光を反射し、第3の波長帯
の光を透過し、第2と第3の波長帯の光は、第2と第3のLCLVにそれぞれ導
かれる。LCLV駆動手段は、LCLVの選定領域で入射光の偏光を回転させる
。LCLVの反射に際しては、光は、その入射経路に沿って回帰する。光の3つ
の波長帯域は、光が逆方向に第1と第2のダイクロイックフィルターを通過した
ときに結合される。結合された光は、偏光の回転により選定領域において偏光子
/検光子によりプロジェククターレンズまで導かれる。非気体の透明媒体が満た
された容器には、少なくとも第1と第2のダイクロイックフィルターおよび偏光
子/検光子が封入されており、偏光子/検光子とダイクロイックフィルターとの
間の光経路が、この媒体を縦断している。
本発明により効率が向上される。なぜならいずれの直交偏光をもブロックせず
に単一の線形偏光から全3つの原色を導入するようになっている。複式ダイクロ
イックパスフィルター構成は、光色飽和で画像を生成するために必要な光学素子
の数を最小化する。なぜなら、非効率なトリムフィルターを使用せず、S−偏光
およびP−偏光に対する遷移波長の分離を制御することにより所望のスペクトル
ノッチが得られるからである。浸漬媒体の使用で空気中で延びるプロジェクター
レンズの後方焦点距離より長くすることができる。この結果、かなりスペースや
コストの点で有利となり、非点収差を低減し、粒子やもや状の汚染を最小化する
ことができる。
図面の簡単な説明
本発明の種々の長所は、以下の説明ならびに図面から当業者に自明なものであ
る。
第1A図は、本発明の液晶ライトバルブプロジェクターシステムの主たる光学
素子を示す図、
第1B図は、第1A図の線1B−1Bに沿った液晶ライトバルブプロジェクタ
ーシステムを示す断面図。
第2図は、一つのCRTを主光学軸のいずれかの側に配置した平行CRT配置
構成を用いた本発明の第2実施例を示す線図。
第3図は、光学軸の同じ一側に3個のCRTの中2個のCRTを配置した、本
発明の平行CRT実施例を示す図。
第4図は、第2図と同様の、青用CRTが光学軸上に配置され、赤と緑用のC
RTが光学軸の両側に配置された構成の、本発明の別の実施例を示す図。
第5図は、第4図の構成と同様の、赤用CRTが主光学軸上に配置され、青と
緑用のCRTが主光学軸の両側に配置された構成の、本発明の別の実施例を示す
図。
第6図は、第4図の構成と同様の、緑用CRTが主光学軸上に配置され、赤と
青用のCRTが主光学軸の両側に配置された構成の、本発明の別の実施例を示す
図。
第7図は、本発明の反射率v.s.波長の関係を与える図。
第8図は、本発明の黄色減衰を達成する緑のS−偏光およびP−偏光の反射曲
線を与える反射率v.s.波長の関係を示す図。
好適実施例の説明
第1A図と第1B図は、本発明の原理を利用したカラー液晶ライトバルブプロ
ジェクションシステム10の基本光学素子と部品の配置構成を示している。非常
に高強度の読み取り光12の光源は、クセノンランプと、種々のリレイ鏡および
予偏光フィルター(図示せず)を含んでいる。光源12は、入力経路14に、赤
、青および緑を含む約420nmから680nmのフルスペクトルを含んだ高強度の読み取
り光を与える。光源12からの読み取り光は、非偏光のものであり、偏光ビーム
分割プリズム16へと指向され、ここでS−偏光(Ws)を反射し、P−偏光(
Wp)を反射プリズム18まで通過させる。P−偏光は、プリズム18のガラス
と空気の境界面20で内面全反射を起こす。S−偏光は、半波長遅延板22へ指
向され、これを通過し、これによりS−偏光状態の偏光を回転して、内面全反射
(TIR)ビームWp’に平行なビームのP−偏光Wp’の回収ビームを与え
る。偏光ビーム分割プリズム16、反射プリズム18および半波長遅延板22に
より偏光コンバータ24が構成される。
P−偏光の二つの平行なビームは、偏光子/検光子26に関してS−偏光され
る。この平行ビームは、ほぼ従来式の偏光子/検光子26に送られる単一の準矩
形ビームとスムースに合流する。偏光子/検光子26は、例えばS−偏光の光の
全波長を反射し、P−状態偏光の光の全波長を透過させるように被覆した偏光ビ
ーム分割鏡を有する。これにより、検光子26に導かれた入力読み取り光は、P
−偏光とS−偏光状態の双方を光を含むものであっても、偏光子/検光子26を
用いることにより、S−偏光状態の光のみを確実に反射する。この構成は、偏光
子/検光子26に達する前にP−偏光状態の光がS−偏光状態の光に偏光される
ために、非常に有利である。
容器28は、偏光子/検光子26と後述の光学素子を内部に封入している。好
適実施例においては、容器28は、光学等級オイル30を満たし、内部に対して
光を入出射させる複数の窓が形成された密封ダイキャスト容器である。例えば、
第1の窓32は,光源12からの光を容器28に導入し、偏光子/検光子26へ
と導いている。好適実施例では、窓32は、正の度数を有するレンズを含み、こ
のレンズにより、偏光コンバータ24後方で液晶ライトバルブ上にリレーレンズ
方式で開口(図示せず)像を再結像して、開口のシャープな像を生じさせること
ができる。
偏光子/検光子26に関して、光学等級オイル30への浸漬により、非点収差
を最小化すると共に、像のコントラストを最大化する。
出力投影用の単レンズ34が、偏光子/検光子26に隣接して容器の外側に設
けられている。この単レンズ34の出力投影軸36は、偏光子/検光子26の平
面と角度、例えば45度、をなしている。S−偏光状態の全色光(記号Ws、Ws’
で図面に示されている)は、投影軸36に沿ってそれぞれ異なる色に対応する3
つの反射式液晶ライトバルブ38,40,42に向けて偏光子/検光子26によ
り反射される。各ライトバルブは、それぞれ3つの入力読み取り光の光源、すな
わち、CRT44,46,48と結合されている。赤のLCLV40は、軸36
に配置され、青および緑のLCLV38,42が軸の両側に配置されている。
偏光子/検光子26と3つの液晶ライトバルブとの間に一対のダイクロイック
ミラー(ダイクロイックフィルター)が介在し、それぞれは、既知の反射膜を個
個に設けることにより、異なる色の光を反射および透過するようになっている。
ダイクロイックミラー50,52は、S−偏光状態あるいはP−変更状態に無関
係にほぼ同様な作用をする。ダイクロイックミラー50は、約420nmから500nmの
波長の青の光を反射し、これより長い波長の光、赤および緑の全ての光を透過さ
せるように被覆されており、これによりダイクロイックミラー50は、S−偏光
状態の青の光を、光経路55に沿って青用液晶ライトバルブ38へと、記号Bs
で示すように反射する。このライトバルブ38を、青の読み取り光を制御するも
のであるから、単に”青”と呼ぶ。
液晶ライトバルブ制御は、被投影多色画像の青成分を提示するCRT44から
の光により行われる。
ダイクロイックミラー50は、(R、G)sで示す赤および緑の光を含む500nm
以上の波長の光を第2のダイクロイックミラー52へと導く。両ミラー50,5
2は、投影軸36に関して、例えば45度の角度で配置され、ミラー50を反射光
が投影軸の一側へ指向するように配置し、ミラー52は、反射光が投影軸の他側
に指向するように配置する。二つのダイクロイックミラー50,52は、互いに
平行に配置して、光を投影軸の同じ側に反射させることもできる(この場合LC
LV38,42は投影軸の各側に同様に配置する)。第1図に図示した相対指向
方向でもって、ダイクロイックミラー52から反射した、この場合500から590nm
の範囲の波長の緑の光は、折り返しミラー54で反射されて緑用液晶ライトバル
ブ42へ導かれる。この光は、記号Gsで示されている。この液晶ライトバルブ
42は、被投影画像の緑成分の入力をCRT48から受ける。
すべてのLCLVに入射する光は、その色に関係なく、S−偏光状態である。
ダイクロイックミラー52は、緑の光を反射するがこの光の波長以上の全ての光
を透過する。この場合は、赤の光であり、記号Rsで示されている。よって、赤
の光は、投影軸に沿って双方のダイクロイックミラーを通過して、動作面が投影
軸と直角の赤用液晶ライトバルブ40に入射する。第1A図に示すように、他の
液晶ライトバルブの動作面は、投影軸の両側に配置されている。液晶ライトバル
ブ40は、被投影画像の赤の成分を表示する光学信号でもってCRT46により
光学的に作用を受ける。CRT読み取り光源からの画像の輝度領域で動作される
液晶ライトバルブのそれぞれの各領域でS−偏光状態の光を反射し、その偏りを
付随的に90度回転する。よって、P−偏光状態の反射光となる。よってP−偏
光状態の反射光は、入力書き込み光により提供される励起の空間的パターンに相
当する空間的パターンでの各液晶ライトバルブから提供されることとなる。
入力書き込み光により励起されない液晶ライトバルブの領域(暗領域)に対し
て、読み取りすなわち照明光(S−偏光状態)は、偏光状態を変化することなく
反射される。反射されたS−偏光状態光は、ダイクロイックミラー50,52を
透過および反射して検光子26に導かれる。後者は、適宜S−偏光状態の光を光
源へ反射回帰され、効果的に破棄される。同様に、S−偏光状態の光の多くは、
照明源に達する前に、吸収消耗される。これにより、この光のいずれの部分の光
も光源12から液晶ライトバルブへ回帰される(図示しない光源反射鏡の反射に
より)ことが防止される。これによりコントラスト比が低減されることがない。
P−偏光状態の赤の光は、LCLV40の光領域から反射され、ダイクロイッ
クミラー52を透過され、緑用液晶ライトバルブ42の光領域から反射し、折り
返しミラー54で反射した後ダイクロイックミラー52で反射したP−偏光状態
の緑の光と結合される。従ってダイクロイックミラー52は、液晶ライトバルブ
から反射し、P−偏光状態の赤と青の光を結合する。結合された赤と青の光は、
第1ダイクロイックフィルター50を透過する。この第1ダイクロイックフィル
ター50は、液晶ライトバルブ38の光領域から反射したP−偏光状態の光を受
けて反射し、赤、青および緑の結合光となし、偏光子/検光子26へと伝達する
。前述したように、後者は、P−偏光状態の光を透過し、かくして得られた3つ
のCRT入力で変調された結合多色ビームは、偏光子/検光子から投影レンズ3
4へと伝達され、スクリーン(図示せず)に投影される。
容器は、3つのLCLV38,40,42に隣接する3つの窓58,60,6
2を有し、この窓により容器に対して光を入出させる。さらに、窓49は、容器
から出射して投影レンズ34に達するようにする。
繊維光学カップリング78,80,82がCRT44,46,48とLCLV
38,40,42との間にそれぞれ設けられている。あるいは、繊維光学カップ
リング78,80,82の代わりとして、リレイレンズをCRTとLCLVとの
間に設けるようにしてもよい。いずれにしても、グリセリンなどの透明媒体をL
CLVと容器28のLCLV窓の表面間の空間に導入することにより、これらの
間のインターフェースから空気を追放する。この透明媒体は、LCLV出力側基
板のガラスと容器のLCLV窓のガラスの双方の屈折率に近似する屈折率を有す
る。あるいは、容器28を透明とするか、LCLVをこの容器の密封開口に接着
接合すれば、LCLV窓58,60,62を全く省略できる。
投影対物レンズあるいは画像経路の角度のついたダイクロイックフィルター配
置構成が空気中にある場合には、投影画像の非点収差が必ず存在する。この非点
収差は、ダイクロイックミラーの厚みを通しての3原色の透過の数の相違により
生ずる。ダイクロイック反射鏡50と青用液晶ライトバルブ38との間の光経路
に透明板を導入することにより、この非点収差が緩和できる。この点は、米国特
許出願第08/040755号に開示されている。しかしながら、屈折率がダイクロイッ
クフィルター50,52のガラス基板の屈折率とほぼ同じ屈折率の浸漬媒体30
を用いれば、ガラス基板は、光学経路から抹消されたと同じとなり、非点収差の
問題を低減し、青の光経路に付加的に透明板を入れる必要性をなくすことができ
る。
空気の屈折率より大きい屈折率を有する浸漬媒体の利用でダイクロイックミラ
ーを空気中に配置するものよりもコンパクトなプロジェクターの設計が可能とな
る。当該技術分野で周知のように、所与のレンズの後方焦点距離は、空気中にあ
るレンズの後方焦点距離によって特定される。空気の屈折率よりも大きな屈折率
を有する媒体にレンズを浸漬すれば、実際の後方焦点距離(物差しで測って)は
、空気中のものより長くなる。これにより、スペースとコストで有利である。
スペース上では、折り返しミラー54,56を有している理由で有利であり、
光学経路を折り畳むことができるため、第2図に示すように、3つのCRTをそ
の軸をほぼ平行にして配置することができる。CRTがかなり長く、表面積が大
きいと、平行にCRTを向けることで、プロジェクターシステムを構成するに要
される総容積をかなり低減できる。従来のシステムでは、経済的理由で本発明の
よ
うな光学経路の折り畳みが不可能であった。なぜなら、光学経路を折り畳むべく
空気中で後方焦点が長いレンズを具体化しなければならないからである。一般に
、空気中で後方焦点が長ければ長いほど、レンズが大きく高価なものとなる。よ
って、従来のシステムの3つのCRTの軸は、互いに角度をつけて斜めに配置さ
れていて、この配置構成では、平行配置のものより大きな容積となる。
浸漬媒体30を使用することによりコスト上有利である。なぜなら、これで得
られる所与のレンズの後方焦点距離(浸漬媒体による)の長さを長めとすること
により、廉価な投影レンズを設計具体化できるからである。空気よりも大きな屈
折率を有する媒体にレンズを浸漬することにより、プロジェクターシステムに高
価なレンズを用いることなく、長い焦点距離のレンズを得ることができる。この
ため、ダイクロイックフィルターを配置する角度が、第1と第3の液晶ライトバ
ルブに関して少なくとも二つの異なる配置構成を与えるように選定できる。
第2図と第3図を参照して、本発明の二つの代替実施例を説明する。第2の液
晶ライトバルブは、常に投影レンズの軸上に配置されている。以上の配置構成の
第1のものは、第2図に図示のように、第1のLCLVを投影レンズ軸の片側に
配置し、第2のLCLVを投影レンズ軸の他側に配置することができるように角
度を設定できる。あるいは、第3図に示すように、第1と第3のLCLVを第2
のLCLVと同じ側に配置し、すなわち、投影レンズの軸の同じ側に配置するよ
うに角度を設定できる。
しばしば、ビデオプロジェクターシステムは、照明光、すなわち各LCLVに
より変調された映像読み取り光に対して入射角が一定にされている。これを設計
に利用するならば、用いるダイクロイックフィルターは、入射角および選定した
浸漬媒体の双方において最適の性能を得るように具体化できる。これは、例えば
、被覆を最適に選定することにより可能である。本発明の一実施例では、最適特
性を有するダイクロイックフィルターを選定すれば、第2図に示すように、投影
レンズの軸のいずれの側へも反射が可能となる。このようにしてダイクロイック
ミラーを選定すれば、本発明の長所を多々にかつ最大に利用できる。本発明の長
所は、ダイクロイックフィルターを第4図に示すようにハイパスフィルターとし
て、第5図に示すようにロウパスフィルターとして、また第6図に示すようにバ
ンド
パスフィルターとして、あるいはこれらの組合せとして設計することにより得ら
れる。
より詳細には、第4図は,第1のダイクロイックフィルター64がハイパスフ
ィルターとなり、青と緑の波長より長い赤の波長のみ反射する。第2ダイクロイ
ックフィルター66は、同様にハイパスフィルターであり、青より長い波長のみ
を反射する。第5図において,第1のダイクロイックミラー68は、ロウパスフ
ィルターであり、緑と赤より短い波長(青)のみ反射する。第2のダイクロイッ
クミラー70は、ロウパスフィルターであり、赤より短い波長のみ反射する。第
6図において、第1ダイクロイックフィルター72は、ロウパスフィルターであ
り、青の波長のみ反射する。第2のダイクロイックフィルター74は、ハイパス
フィルターあるいはバンドパスフィルター74であって赤の波長を反射し、緑の
光を透過する。
第7図に図示のダイクロイックフィルターのカットオフ傾斜面は、光が二重に
ダイクロイックフィルターシステムを通過する結果として、各色に対して勾配が
つけられている。さらに、色カットオフは、第7図に図示のように25%未満の強
度レベルのある点で交差している。ダイクロイックフィルターがS−偏光および
P−偏光状態の光に対してほぼ同じとなるカットオフ波長を有するように選定し
たとしても、このフィルター動作特性が得られる。
第8図を参照して、代替実施例で色間ノッチを拡大する効果について説明する
。例えば、第8図の曲線76により特徴づけられるような赤と緑の間の大きな減
衰が与えられる。この代替実施例は、第1図に記載の実施例と同じ物理的レイア
ウトを有するものであるが、緑のダイクロイックフィルター52は、P−偏光が
カットオフする波長より長い波長でS−偏光カットオフが生ずるように選定され
ている。緑と黄色の光のS−偏光は、ダイクロイックフィルター52により反射
される。次いでダイクロイックフィルター52は、この光を折り返しミラー54
へと反射し、次いで折り返しミラー54は、この光をLCLV42へ反射する。
LCLV42の液晶が励起されると、ダイクロイックフィルター52に関して偏
光状態が設定されているので、この光は、S−偏光状態からP−偏光状態へと少
なくとも部分的に回転される。P−偏光された光は、CRTなどのLCLVへの
書
き込みに用いられる光源からのポジティブ像情報に相当する。このP−偏光され
た黄波長は、ダイクロイックフィルター52の反射カットオフ以上である。よっ
て、黄色の光は、ダイクロイックフィルター52を透過し、タンクの内壁に当た
り吸収されて消去される。緑の波長は、反射される。この実施例の作動は、上述
のようにこの点から進行する。結果として、色飽和が改良される。
浸漬媒体の付加的長所は、従来の単レンズプロジェクターに比較して、より多
くの光学面が空気との接触を回避されることである。これにより、クリティカル
ライトバルブ光学映像経路からほこりなどの空気中浮遊物体をなくし、この経路
内での光学面の粒子およびかすみ汚染を低減可能である。この長所は、粒子およ
びかすみ汚染がコントラスト比や光の利用率をそこなう理由で、特に有利である
。
本発明の好適実施例につき上述に説明したが、添付の請求の範囲で定義される
発明範囲を逸脱しない範囲で、本発明は、様々に修正、変更ならびに改変しうる
ものである。
─────────────────────────────────────────────────────
【要約の続き】
れた容器(28)に封入されており、これにより投影レ
ンズ(34)の後方焦点距離が効率的に増大できる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.光学プロジェクションシステムにして、 第1の配向の線形偏光状態光の光源と、 3つの液晶ライトバルブ(LCLV)と、 前記LCLVを駆動する手段と、 前記光源からの偏光状態の光を入力し反射するように配置された偏光子/検光 子と、 前記偏光子/検光子から反射された光の経路に配置され、第1波長帯の光を第 1LCLVへと反射し、第2と第3の波長帯の光を透過する第1ダイクロイック フィルターと、 前記第2と第3の波長帯の光を反射および透過してそれぞれ第2と第3のLC LVに導くと共に、前記駆動手段により前記LCLVの選定領域が前記光源から の入射光の偏光を回転し、また該LCLVによる光の反射により該光を入射経路 に沿って回帰させる第2のダイクロイックフィルターであって、さらに前記3つ の波長帯の光を前記第1と第2のダイクロイックフィルターを逆方向に通過した 際に再結合させて結合光を得て、回転された偏光により選定領域で該結合光を前 記偏光子/検光子で導くようにした配置した第2ダイクロイックフィルターと、 透明非気体光学媒体がほぼ満たされ、少なくとも前記第1と第2のダイクロイ ックフィルターおよび前記偏光子/検光子を封入し、前記第1と第2のダイクロ イックフィルターと前記偏光子/検光子との間の光の経路が該光学媒体を縦断す るようにした容器と、 を有する光学プロジェクションシステム。 2.請求項1に記載の光学プロジェクションシステムにおいて、さらに前記容 器に隣接して配置され、前記偏光子/検光子を通過した前記結合光を入射し手集 光する投影レンズを有し、該投影レンズの後方焦点距離は、前記容器内の前記光 学媒体の屈折率により決定される光学プロジェクションシステム。 3.請求項2に記載の光学プロジェクションシステムにおいて、前記容器内の 光学媒体は、空気より大きな屈折率を有している光学プロジェクションシステム 。 4.請求項1に記載の光学プロジェクションシステムにおいて、前記透明光学 媒体は、流体である光学プロジェクションシステム。 5.請求項1に記載の光学プロジェクションシステムにおいて、前記LCLV を駆動する手段が、CRTである光学プロジェクションシステム。 6.請求項1に記載の光学プロジェクションシステムにおいて、前記第1ダイ クロイックフィルターからの光を入射させて前記第1のLCLVに反射させる第 1の折り返し反射鏡と、前記第2のダイクロイックフィルターからの前記第2波 長帯の光を入射させて前記第2のLCLVへ反射させる第2の折り返し反射鏡と をさらに有し、前記第1と第2のLCLVが前記第3のLCLVに入る光の経路 の両側に配置されている光学プロジェクションシステム。 7. 請求項6に記載の光学プロジェクションシステムにおいて、前記LCL Vは、平行に配列されている光学プロジェクションシステム。 8.液晶ライトバルブカラープロジェクションシステムにして、 投影軸を有する投影レンズと、 一つが前記投影軸上に配置され、他の二つが少なくとも該投影軸の片側に配置 された第1、第2および第3の反射式液晶ライトバルブと、 前記投影レンズと前記液晶ライトバルブとの間で前記投影軸上に配置され、第 1偏光状態の光を透過し、第2偏光状態の光を反射する手段を有する偏光検光子 と、 前記偏光検光子と前記液晶ライトバルブとの間で前記軸上に配置され、前記偏 光検光子からの光を異なる色の光へ分離してそれぞれ前記液晶ライトバルブへと 導き、前記液晶ライトバルブから反射した光を結合して結合光となし、該結合光 を前記偏光検光子へと指向して前記投影レンズに導く手段を有するダイクロイッ クミラー手段と、 読み取り光束を前記偏光検光子に指向する手段と、 書き込み光を前記液晶ライトバルブへと指向する手段と、 非気体媒体が入れられ、少なくとも前記ダイクロイックミラー手段と前記偏光 検光子とを封入し、前記ダイクロイックミラー手段と前記偏光検光子との間の光 の経路が前記媒体を縦断するようになっている容器とを有する液晶ライトバルブ カラープロジェクションシステム。 9.請求項1に記載のプロジェクションシステムにおいて、前記ダイクロイッ クミラー手段は、前記偏光検光子からの光を透過および反射すると共に、前記液 晶ライトバルブからの光を透過および反射するように配置された複数のダイクロ イックミラーを有するプロジェクションシステム。 10.請求項1に記載のプロジェクションシステムにおいて、前記ダイクロイッ クミラー手段は、前記偏光検光子からの第1の偏光状態の光を透過および反射す ると共に、前記液晶ライトバルブからの第2の偏光状態の光を透過および反射す るように配置された複数のダイクロイックミラーを有するプロジェクションシス テム。 11.請求項1に記載のプロジェクションシステムにおいて、前記ダイクロイッ クミラー手段は、前記投影軸上に配置され、該投影軸と角度をなして配置された 第1と第2のダイクロイックミラーを有しているプロジェクションシステム。 12.カラー画像を投影する方法にして、 投影軸を有する投影単レンズを設ける段階と、 前記投影軸上に3つの反射型液晶ライトバルブの一つを配置する段階と、 前記反射型液晶ライトバルブの第2と第3のものを前記投影軸の少なくとも片 側に配置する段階と、 第1偏光状態を有する光束を前記投影軸に沿って前記液晶ライトバルブへ指向 させる段階と、 前記光束を異なる色の光に分離して、これらの光を前記液晶ライトバルブのそ れぞれに指向させる段階と、 前記液晶ライトバルブの各々に入力を与えて、該液晶ライトバルブが該入力を 表示する空間的パターンを有する第2の偏光状態の光を反射させるようにする段 階と、 前記液晶ライトバルブから反射された光を結合して結合多色光束を得る段階と 、 前記投影レンズと前記液晶ライトバルブとの間の前記光束の経路を空気の屈折 率より実質的に大きな屈折率の光学媒体内に封入する段階と、 前記結合光束を前記投影レンズに回帰指向させ透過させる段階と を有するカラー画像を投影する方法。 13.請求項12に記載の方法において、第1偏光状態の光束を指向させる段階 が、該第1偏光状態以外の偏光状態の光束を前記液晶ライトバルブへ反射するこ とを防止している方法。 14.請求項12に記載の方法において、光を異なる色の光に分離する段階が、 前記第1液晶ライトバルブへ青の光を反射させ、赤と緑の光を透過させ、前記第 2の液晶ライトバルブへ緑の光を反射させ、前記第3の液晶ライトバルブへ赤の 光を透過させる方法。 15.請求項14に記載の方法において、前記液晶ライトバルブのから反射され た光を結合する段階が、前記第3の液晶ライトバルブから反射された赤の光を前 記第2の液晶ライトバルブから緑の光と結合して赤/緑の光束を得、該赤/緑の 光束を前記第1液晶ライトバルブから反射される青の光と結合する方法。 16.請求項15に記載の方法において、前記液晶ライトバルブから反射され前 記第2の偏光状態の光の反射スペクトルを狭くして選定スペクトルの望ましから ざる光を減少させる段階をさらに含んでいる方法。 17.請求項15に記載の方法において、ダイクロイックフィルターからの光を 反射させるとともに、該スペクトルを狭くしてダイクロイックフィルターからの 反射選定スペクトルを狭くし、選定スペクトル内容の光を除去する段階をさらに 含んでいる方法。
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