JPH09502543A - 濾光装置およびその液晶プロジェクタへの応用 - Google Patents
濾光装置およびその液晶プロジェクタへの応用Info
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Abstract
(57)【要約】
本濾光装置は、処理すべき光ビームの光路内に二色セパレータ(DM)を備えている。本発明によれば、前記濾光装置はまた、同じビームの光路上に前記セパレータ(DM)と直列に配置したホログラフィック濾光装置(HCC)を含む。ホログラフィック濾光装置(HCC)の方向は、ビームの入射角、したがって、濾光波長の範囲を調整するように定めることができる。色濾光装置の改良およびカラー・ディスプレイ・システムに応用される。
Description
【発明の詳細な説明】
濾光装置およびその液晶プロジェクタへの応用
本発明は、特に色補正を可能にする、濾光装置およびその液晶プロジェクタへ
の応用に関する。
現在、テレビは解像度の高い大型画面の実現に向かって進んでいる(HDTVフォ
ーマット)。大型、高解像度の画面に対する需要に答えるために開発されている
手段の1つが、液晶プロジェクタである。
液晶プロジェクタは、スライド・プロジェクタと作動原理は同じであるが、ス
ライドの代わりに液晶電子管を使用している。一般に液晶プロジェクタは、同一
の白色光源から生成する3つの基本色(赤、緑、青)のそれぞれについて1つず
つ、計3個のセルを備えている。高画質画像の生成を目的とした場合、画像評価
の主要基準は次の3つになる。
− 明るさ
− 解像度およびグレー・レベル
− 測色法
できるだけ飽和度の高い三色座標を実現すれば、画像内の復元される色調の数
を増加させ、また撮像時に符号化される測色内容を近似することが可能になる。
この問題は、液晶プロジェクタの構成を定義し、光源を選択する場合に配慮すべ
き重要なパラメータの1つである。
照明装置は、液晶投影装置が抱える大きな限界の1つになっている。この限界
の1つの原因として、この用途に適合する白色光源の選択の幅が狭いことがあげ
られる。白色光源は、高い光源効率、安定した測色、長寿命、低コストという4
つの基準を同時に満たさなければならない。これらの基準について妥協できる光
源ということになると、現時点では、金属ハロゲン化物型のアーク・ランプが最
も妥当な選択である。
金属ハロゲン化物のアーク・ランプは、特に映画の映写用に開発されたもので
、そのx、y色度座標が、テレビ標準の「白色」基準色(D65で表され、たと
えばx=0.313,y=0.329)のx、y座標にきわめて近いため、この
用途に優れた測色を有する。
それでも液晶プロジェクタに使用できるようにするには、光源から出る光を色
分離する必要がある。色分離は、二色鏡(DM)によって行う。二色鏡の典型的
なスペクトル透過曲線を図2に示す。二色鏡の特性は、テレビ信号符号化標準に
できるだけ近い原色による液晶セルの照明が得られるように選択する。
金属ハロゲン化物ランプ(図3)が放出する放射線のスペクトル特性が著しく
異なるため、アーク・ランプの各型式ごとに二色鏡の組み合わせを指定する必要
がある。以下の帯域のスペクトルを正しく濾光することが、解決すべき問題点の
1つである。
− 青〜緑色:475〜515nm
− 黄色:565〜600nm (570nmに近い、きわめて強力な水銀輝線
を特に含む。)
事実、この用途にふさわしい低域または高域二色機能には、
− 遮断周波数
− スペクトル濾過勾配
について高い精度が必要となる。
前記機能を実現するための標準的な精度は、通常15nmであり、これだけの
精度があれば、二色鏡の寸法を小さくすることによって、線束損失を犠牲にする
だけで十分な測色が得られる。必要な仕様(遮断周波数の精度約5nm)を満た
すフィルタの製造は、一方では高コスト、また一方では低い光度バランスを伴う
ことになり、フィルタの透過性は低下する。
したがって、本発明は、濾光すべきビームの光路に配置した二色セパレータを
備え、前記光路にホログラフィック濾光装置を含むことを特徴とする濾光装置に
関する。
また本発明は、以下の要素を備えることを特徴とする、前記装置を応用した液
晶プロジェクタに関する。
− 色の範囲のいくつかの原色を含む波長範囲にある光を放出する光源
− 不必要な波長を除去するホログラフィック濾光装置、少なくとも1個
− 異なる原色の波長範囲に対応する波長範囲の光を分
離する二色セパレータ、少なくとも1個
− 原色波長のビームを変調する空間光変調セル、原色波長範囲当たり1個
− 様々な変調ビームを結合する装置、少なくとも1個
本発明の様々な目的および特徴は、以下の説明および添付の図面から明らかに
なろう。
図1は、本発明による濾光装置である。
図2aおよび2bは、波長濾光の代表例を示す図である。
図3aないし3cは、金属ハロゲン化物型アーク・ランプが放出するスペクト
ルを示す図である。
図4は、二色鏡の反射性に対する偏光の影響を示す図である。
図5aないし5dは、黄色スペクトル帯域の濾光の例を示す図である。
図6は、図5aないし5cに示す各種濾光の特徴を示す表である。
図7aないし7cは、図5aないし5cの濾光タイプ1、2、3の色チャート
である。
図8は、黄色スペクトル域についての、本発明の装置による濾光の特徴を示す
表である。
図9は、ホログラフィック濾光の一例を示す図である。
図10は、当技術分野で既知の色フィルタのマトリクスによって生成される色
チャートの代表例を示す図であ
る。
図11は、液晶プロジェクタ用補正装置の一実施例を示す図である。
図12は、図11の装置の変形例を示す図である。
図1aを参照して、まず本発明による濾光装置について説明する。この濾光装
置は、二色分離装置または二色鏡DMと、ホログラフィック濾光装置HCCを含
む。光プローブLは、濾光対象であるビームF1を発生し、このビームを二色鏡
が受ける。二色鏡は、指定の波長範囲の光F2を反射するが、前記範囲に含まれ
ない波長の光F’2は、この鏡を透過する。
二色鏡の濾光の選択性には制限があり、光源Sの特性が、光の波長の範囲内で
変化することがある。したがって、濾光が不十分となることもある。したがって
本発明は、少なくとも1つの層回折格子を記録した感光材料の層を主な構成要素
とするホログラフィック濾光装置HCCを二色鏡と組み合わせて、不必要な波長
の光(ビームF’3)は反射し、所望の波長範囲の光(ビームF3)は透過でき
るようにしたものである。
ホログラフィック濾光装置HCCは、所望の波長の付近にある不必要な波長の
光を反射するように記録されている。しかし、光源の老朽化とともに、その特性
が変化し、測色にも好ましくない変化が生じることがある。同様に、光源を別の
光源と取り替えると、ビームF1の波長が異なる不必要な波長になることもある
。どちらの場
合も、適切な濾光を行うには、ビームF2の方向に対してホログラフィック濾光
装置HCCを回転させる。
ホログラフィック濾光装置HCC内での回折は、ブラッグの法則に従う。
2no ΛsinΘ=kλ
上式中、Λは記録された干渉縞の間隔
no は、ホログラフィック濾光装置HCC媒質の平均屈折率Θは、ホログラフィ
ック濾光装置HCCに対するビームF2の入射角
kは、回折次数
λは、ビームF2の波長である。
格子が記録された後は、間隔Λは一定になる。
回折を受けた光の波長を変化させるには、矢印Rで示す手段によって軸Oの周
りでホログラフィック濾光装置HCCを回転させ、入射角Θを変化させるだけで
よい。本発明によれば、ビームF3の光路に座標測定装置、または測色線束の測
定装置を設け、この装置でビームF3に含まれる不必要な波長の光を検出し、手
段Rに作用して、不必要な波長の光を回折させるようにホログラフィック濾光装
置HCCを回転させることができる。
不必要な波長の光を十分に反射させるには、感光材料の層の厚さdをno Λ2
/2πλ以上、さらにはそれより著しく大きくすることが好ましい。
例を挙げて、緑色に対応する原色波長が得られる濾光装置について説明する。
ホログラフィック濾光装置HCCは、以下の文献に記載されているような材料
から製作する。
− R.T.Ingman,H.L.Fielding,“Hologram
recording with new photopolymer syst
em”,Opt.Eng.24,808(1985)
− A.M.Weber,W.K.Smothers,T.J.Trout,D
.J.Mickish,“Hologram recording in Du
Pont’s new photopolymer materials”,
Practical Holography IV,SPIE Proceed
ings,1212(1990)
本明細書では、その屈折率変調特性が本発明の用途に広く適合することが知ら
れている重クロム酸塩ゼラチンやフォトポリマーなどの材料(材料のΔnの上限
=0.08)によるこの型式の構成要素の実施例を提案する。
黄色スペクトル帯域の光を濾光する場合について述べる。
例えば、使用する光源のスペクトル分布が図3のようである場合、黄色スペク
トル帯域の光を濾光する必要がある。
図5aのタイプの特徴を示す組み合わせフィルタ(タイプ1のフィルタ)によ
って、波長515〜565nmの緑色域の光の濾光が理想的に行われると、x−
y色度
座標および光度バランスRは、図6に示す一覧表のようになる。
光度バランスRは、D65基準「白色」を得るのに必要な重み付けの補正を考
慮に入れたものである。
しかし、図5aの理想的な濾光に対して、例えば15nmの測色偏差が生じる
ことがあり、黄色スペクトル帯域のタイプ2(図5a)の濾光について得られる
結果は、前記の理想的な濾光(タイプ1)に対して15nmの偏差を示す。この
結果を図6の表に示してある。
図3cに示すようなタイプ3の特性を有するフィルタ(本発明の濾光装置を備
えていない)による濾光では、図6(タイプ3)に示す色度座標が得られる。
図7a、7b、7cに示す、このような濾光の色チャートは、理想的な濾光に
対して生じ得る偏差により、利用可能な色のパレットが著しく減少し、またビデ
オ画像の正しい主要特性を復元するためにビデオ信号に対して補正が必要になる
ことを明示している。
本発明によれば、以下の特徴を備えた補正フィルタ(HCC)を使用する。
− 濾光波長575nm
− 3dBにおける濾光幅22nm
− 575nmにおける透過率16%
− 濾光外の平均透過率98%
タイプ2の濾光の場合、タイプ1の理想的な濾光の場合と同じ主要特性が得ら
れることが図8に示した結果か
らわかる。タイプ2の場合、光度効率には変化がない。
このタイプのフィルタの実際の例示的実施例を図9に示す。材料は、屈折率変
動が0.03、波長575nmの場合にブラッグ入射角5°で効果を示す厚さの
ものである。
この構成要素の角位置の誤差は厳しくない点に注意されたい。
この構成要素を入射角7°で使用した場合(波長580nmの場合の最適な濾
光)、光度バランスは同じになり、色度座標における偏差は1/1000未満と
なる。
図11は、本発明による濾光装置を色液晶プロジェクタに応用したものを示す
図である。
このようなプロジェクタは、原色(赤、緑、青)1色当たり液晶セルを1つ備
えていなければならない。
したがって、図11には、赤色用のセルLCDR、緑色用のセルLCDG、青
色用のセルLCDBが示してある。集光装置LCR、LCG、LCBおよびホロ
グラフィック濾光装置HCCR、HCCG、HSSBが各セルと直列に配置して
ある。各アセンブリはセルおよびホログラフィック濾光装置で構成され、所与の
波長範囲の、原則として単色のビームを受光する。図11において、ホログラフ
ィック濾光装置は、処理する光ビームに対して水晶セルの上流側に配置されてい
るが、下流側に配置することもできる。
光源Sから放出されるスペクトルに含まれる様々な範
囲の波長を分離すると、様々な光ビームが得られる。分離は、二色セパレータに
よって行う。図11では、二色鏡を使用している。二色鏡DMRは、光源Sから
放出されるビームを受光し、赤色の波長範囲内にある波長の光FRを反射する。
ビームFRは、鏡M1によりホログラフィック濾光装置HCCRおよび液晶セル
LCDRに送られる。
鏡DMRによって反射されない光は、第2の二色鏡DMG1に送られ、この鏡
で緑色の波長範囲に含まれる光FGが反射される。ホログラフィック濾光装置H
CCGにより、ビームFGはセルLCDGに送られる。
鏡DMG1によって反射されない光は、ホログラフィック濾光装置HCCBに
よってセルLCDBに送られる。
ホログラフィック濾光装置と液晶セルのアセンブリHCCR/LCDR、HC
CG/LCDG、およびHCCB/LCDBは、それぞれ、赤、緑、青の波長の
光を導く。これらの光ビームは、緑の光(赤と緑の混合)を反射する二色板DM
G2および青の光(青と赤および緑との混合)を反射する二色板により再混合さ
れる。
次に、投影光学系POにより、液晶セルLCDR、LCDG、LCDBが表示
する像を組み合わせてできるカラー画像を投影することが可能になる。
図11のシステムの構成は一例としてあげたものであり、ビームを組み合わせ
るための、ホログラフィック濾
光装置と液晶セルとのアセンブリによるその他の配置構成を提供することもでき
る。
図12は、本発明の装置の別の実施例を示す図であって、この実施例では、濾
光装置HCCR、HCCG、HCCBは、液晶セルLCDR、LCDG、LCD
Bと組み合わせるのではなく、装置の出力部で一まとめにしてある。
図示していない、さらに別の変形例によれば、ホログラフィック濾光装置HC
CR、HCCG、HCCBは、光源Sと第1の二色鏡DMRとの間に設けること
もできる。
図1に関して説明したように、ホログラフィック濾光装置HCCR、HCCG
、HCCBは、各濾光装置HCCR、HCCG、HCCBの入射面に入射する各
ビームの入射角を修正し、また濾光装置内で回折が生じる波長範囲を修正するよ
うに方向を定めることができる。
本発明によれば、測色線束測定装置DECR、DECB、DECGは、濾光段
よりも後に設けてあり、この装置は、不必要な波長の光を検出し、したがって、
それぞれ濾光装置HCCR、HCCB、HCCGの方向を制御する(図11を参
照)。
一実施例によれば、測色線束装置の各々について、対応する液晶セル(LCD
R、LCDG、LCDB)の活性マトリックス上に配置した検出要素を1つ使用
することができる。
検出装置も、図11に点線で示すように、あるいは図12に示すように、測定
装置DECG内で一まとめにすることができる。
色補正に必要なホログラフィック要素は、鏡型の単純な機能をホログラフィッ
ク記録することによって得られ、また光学的複写手段によって複製することもで
きる。
ホログラフィック要素の角度位置により色度座標が調整できるため、ホログラ
フィック要素の作動波長に対する制約は軽減される。ホログラフィック要素の角
度位置で数度程度の許容差で、5nmの精度が得られる。
ホログラフィック要素の物理パラメータ、すなわち屈折率変動および厚さによ
り、濾光すべき光のスペクトル帯域幅が決まる。
色補正の一部を実施する視野レンズの誘電多層処理を、技術的に単純なこのホ
ログラフィック要素で置き換えることができる。
この方法によれば、標準的な特性を有する二色鏡を使用して、様々なスペクト
ル分布を有する照明源に適合する、単一プロジェクタ構成を考えることが可能に
なる。
このようなホログラフィック補正要素は、ほぼ法線入射の状態で作動するとき
、両方の偏光要素について同じ濾光特性を有する利点がある。したがって、20
°を超える入射角で二色要素を使用する場合につきものの2つの偏光要素の間の
スペクトル反射率の偏差を、線束の損失なしに補償することが可能になる。
よって、本発明の投影装置によれば、色補正ホログラフィック要素を使用して
、単純な方法で液晶プロジェクタの三原色R、G、Bの色度座標を調整すること
ができる。
本装置の主な構成要素は、白色光源(S)、主要色を分離する二色鏡、および
色補正のためのホログラフィック要素である。次にカラー画像が、既知の技術に
属する手段(前方投影または後方投影)によって得られ、3つの液晶セルから現
われる画像を再度組み合わせることが可能になる。ホログラフィック補正要素は
、ほぼ法線入射の状態で使用することが好ましく、また光誘起位相構造型である
ことが好ましい(厚さ数十ミクロンの媒質の屈折率変調)。
ランプの老朽化とともに、測色内容に変化が現われることがある。カラー陰極
線管内で利得補正を行う場合と同様に、ホログラフィック要素を回転させて必要
な補正を行うことは容易に想像がつくであろう。
このようなフィードバック制御には、線スペクトル源または幅の狭いスペクト
ル線を発生する3つの光源を使用することができるという利点もある。しかし、
様々な線スペクトルの輝度相互間の相対的な安定性が欠けており、これが液晶プ
ロジェクタの照明源としてスペクトル線を使用する場合の障害の1つになってい
る。
原色の色度座標をビデオ信号の符号化と同じ主波長にすることによって、液晶
セルのアドレス指定の前に行う
電気的補正の回数は減少する。
本発明の目的である色補正装置は、カラー・フィルタ付きの、または照明源の
空間色集光を目的としたホログラフィック・マイクロレンズ付きのスクリーンを
備える単色の液晶プロジェクタにも組み込むことができる。このような条件では
、単色プロジェクタの主な問題点、すなわちカラー・フィルタから発生する原色
のスペクトル純度の不足を克服することができる。
─────────────────────────────────────────────────────
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(51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI
G02F 1/13 505 7809−2K G02F 1/13 505
1/1335 7809−2K 1/1335
G09F 9/00 360 7426−5H G09F 9/00 360Z
H04N 9/31 9187−5C H04N 9/31 C
(72)発明者 ユイグノー ジャン−ピエール
フランス国,92402 クールブボワ セデ,
ボワト ポスタル 329(番地なし)トム
ソン―セーエスエフ エスセーペイ内
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.濾光すべきビーム(F1、F2)の光路内に位置する二色セパレータ(DM )を備え、濾光すべきビームの光路内にやはり位置するホログラフィック濾光装 置(HCC)を含む濾光装置。 2.ホログラフィック濾光装置(HCC)が感光層を含み、 − 感光層の平均屈折率をno − 感光層に形成される干渉縞の間隔をΛ − 回折対象である不必要な波長の光に対応する感光媒質の記録波長または記録 波長範囲をλとして、感光層の厚さが noΛ2/2ηλ よりも大きいことを特徴とする、請求の範囲第1項に記載の濾光装置。 3.ホログラフィック濾光装置(HCC)が、除去することが望ましい波長のま たは波長範囲の光を回折させるように記録された少なくとも1つの屈折率格子を 有し、濾光すべきビーム(F2)の方向に対してホログラフィック濾光装置(H CC)を回転させるための回転手段(R)を備えることを特徴とする、請求の範 囲第1項に記載の濾光装置。 4.濾光されたビーム(F3)の光路内に配置された測色線束およびフィードバ ックシステムを含み、このシステムが、濾光されたビーム内の不必要な波長の光 を検出し、かつ回転手段(R)に作用してホログラフィック濾過装置(HCC) を濾光すべきビームの方向(F2)に対して回転させることを特徴とする、請求 の範囲第3項に記載の装置。 5.− 色の範囲のいくつかの原色波長を含む波長範囲にある光を放出する光源 (S)と、 − 不必要な波長を除去する、少なくとも1個のホログラフィック濾光装置(H CCR、HCCG、HCCB) − 異なる原色の波長範囲に対応する波長範囲の光を分離する、少なくとも1個 の二色セパレータと、 − 原色波長のビームを変調する、原色波長範囲当たり1個の空間光変調セルと 、 − 様々な変調ビームを組み合わせる少なくとも1個の装置(DMG2、DMB )とを備えることを特徴とする、 請求の範囲第1項ないし第4項のいずれか一項に記載の装置を応用した液晶プロ ジェクタ。 6.光源から供給されるビームをそれぞれ原色に対応する3つのビーム(FR、 FG、FB)に分離する少なくとも2つの二色セパレータ(DMR、DMG1) を含み 、空間光変調セル(LCDR、LCDG、LCDB)とホログラフィック濾光装 置(HCCR、HCCG、HCCB)とが各原色ビーム(FR、FG、FB)に 結合されることを特徴とする、請求の範囲第5項に記載のプロジェクタ。 7.各ホログラフィック濾光装置(HCCR、HCCG、HCCB)が各原色ビ ームの方向に従ってセル(LCDR、LCDG、LCDB)の上流側に配置され ることを特徴とする、請求の範囲第6項に記載のプロジェクタ。 8.ホログラフィック濾光装置が、光源と二色セパレータの間に配置されること を特徴とする、請求の範囲第5項に記載のプロジェクタ。 9.ホログラフィック濾光装置が、組み合わせ装置に送られる光の方向に従って 組み合わせ装置の下流側に配置されることを特徴とする、請求の範囲第5項に記 載のプロジェクタ。 10.ホログラフィック濾光装置が、それぞれ不必要な波長範囲に対応するいく つかの基本装置(HCCR、HCCG、HCCB)を含むことを特徴とする、請 求の範囲第8項または第9項に記載のプロジェクタ。 11.各ホログラフィック濾光装置(HCCR、HCCG、HCCB)の方向を 、各装置の入射面に対する、光源から導かれるビームの入射角を修正するように 定めることができることを特徴とする、請求の範囲第5項ないし第10項のいず れか一項に記載のプロジェクタ。 12.各ホログラフィック濾光装置から現われる光の波長を検出し、不必要な波 長を除去するように各ホログラフィック濾光装置の方向を制御する少なくとも1 つの測色線束測定装置(DEC)を含むことを特徴とする、請求の範囲第11項 に記載のプロジェクタ。 13.測色線束測定装置(DEC)を液晶セル(LCDR、LCDG、LCDS )の活性マトリックスに組み込むことを特徴とする、請求の範囲第12項に記載 のプロジェクタ。 14.測色線束測定装置が、液晶セルの画像要素に代わる検出要素であることを 特徴とする、請求の範囲第13項に記載のプロジェクタ。
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