JPH08510335A

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

Info

Publication number: JPH08510335A
Application number: JP6524267A
Authority: JP
Inventors: アール．ヘンダーソン，アラン; ジェイ．ガグノン，ラルフ
Original assignee: ヒューズ − ジェイブイシーテクノロジーコーポレイション
Priority date: 1993-04-30
Filing date: 1994-03-30
Publication date: 1996-10-29
Also published as: EP0696361B1; EP0696361A4; US5621551A; DE69431399D1; WO1994025894A1; DE69431399T2; EP0696361A1

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ＣＲＴ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（Ｗ_s）を反射し、Ｐ−偏光（Ｗ_p）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Ｗ_p’に平行なビームのＰ−偏光Ｗ_p’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Ｗ_s、Ｗ_s’ 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Ｂ_s 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５０，５２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ＬＣＬＶ３８，４２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Ｇ_s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Ｒ_s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３４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５８，６０，６２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ＬＣＬＶ３８，４０，４２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ＬＣＬＶ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

【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ＬＣＬＶ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ＬＣＬＶ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。