JPS6326626A - マルチカラ−液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液晶素子の有する熱−電気光学効果を利用し
てカラー画像をスクリーン上に拡大投射するマルチカラ
ー液晶表示装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来において、スメクチック液晶の有する熱−電気光学
効果を利用して、該液晶に対してレーザビームの熱エネ
ルギーによって所望の画像を書込み、その画像を投射光
学系によってスクリーンに拡大投射する装置が知られて
いる（特開昭５１−５２２３３号）。

第１５図はこのような装置における投射光学系の従来構
成を示す模式図であり、赤、緑、青の各色光ｇ３ｏ１，
３０２．３０３から出射した光はレンズ３０４，３０５
，３０６でそれぞれ平行な光ビーム３０７，３０８，３
０９に変換された後、反射ｖｔ３１０，３１１，３１２
によって反射されて各色別の液晶素子３１３，３１４，
３１５に入射される。すると、その入射光ビームは各液
晶素子を透過する際に予め書込まれている画像を光の濃
淡として取込む。このようにして各液晶素子３１３．３
１４，３１５を透過した光ビームは反射鏡３１６，３１
７，３１８によって１本のビーム３１９となって投射レ
ンズ３２０に入射され。

この投射レンズ３２０で拡大されてスクリーン３２１に
投射される。これにより、赤、緑、青の色の組合せによ
るカラー画像がスクリーン３２１に表示される。

−ところで、このような光学系を用いて画像を得る構成
においては１次のような原因によって画像の色ずれが発
生する。

（ａ）色収差による画像のぼけと倍率の相違（ｂ）投射
レンズと液晶素子との距離の誤差による倍率の相違 （ｃ）投射レンズや反射鏡等の光学素子の傾きや位置ず
れによる像の平行移動 などである。

色収差は縦色収差と横色収差に分けられる。縦色収差は
色によって光軸方向の結像位置がずれることである。即
ち、各色に応じて投射レンズによって結像する位置が異
なるために、スクリーン上で例えば赤色を鮮明に結像さ
せるようにすると青色はその結像面とスクリーンとがず
れ、像がぼやけてしまうことになる。この縦色収差は組
合せレンズを用いた色消しレンズと呼ばれるレンズを導
入することによっである程度は解消できることが知られ
ている。しかし、液晶素子上にレーザを用いて微細に書
込まれた像をスクリーン上に拡大する倍率が５０〜１０
０倍と高倍率の投射レンズが必要になるために、スクリ
ーンの周辺部における収差は無視できず、赤色がｌａｍ
のドツトを結像する条件で青色のドツトは３〜４＋ａｍ
とぼけてしまう。

また、もう一つの横色収差は、色により焦点距離の差が
生じるため像の拡大率に差ができる事であり、これは色
消しレンズでは解消できない。前記した様に投射レンズ
の倍率は５０〜１００倍と高倍率レンズを使用しなけれ
ばならず、この横色収差の影響はスクリーンの周辺で数
ｍ■〜１０ｍｍ程度になる。したがって、色収差によっ
て鮮明な画像が得られるのはスクリーンの中央部のみに
なる（Ｕ　Ｓ　Ｐ４，３６８，９６３参照）〔発明が解
決しようとする問題点〕 ところが、従来構成では上記のような色ずれに対する考
慮が全くなされていないため、スクリーン上の画像に色
ずれが生じた場合は、投射レンズより前段に配置されて
いる全ての光学系を調整しなければならず、その調整作
業が極めて面倒であり、さらには液晶素子等の交換時に
は各光学素子に振動を加えないように作業を進めなけれ
ばならず、保守点検も容易でないという問題があった。

また、各光学素子に振動を加えないようにすることが必
要になるため、移動車輌等に搭載して使用することもで
きず、設置位置が限定されてしまうという問題があった
。

本発明の目的は、色ずれを簡単に調整することができ、
しかも設置位置も自由に選ぶことができるマルチカラー
液晶表示装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、投射レンズを色別に設けると共に。

各投射レンズには拡大倍率可変機構および光軸と垂直な
平面内での位置を移動調整する位置５！ｌ整機構を設け
たものである。

〔作用〕

各色の中心波長で縦色収差がない投射レンズを各色別に
設けることにより１色ずれはなくなる。

また、拡大倍率を可変することにより、横色収差に起因
する像の大きさのずれはなくなる。さらに、投射レンズ
の位置をスクリーンと平行な面で調整することにより、
反射鏡等の光学素子の傾きや位置ずれ等による結像位置
を全ての色で一致させることができる。

（実施例〕 以下、実施例に基づいて本発明を特明する。

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図であり、波
長８２Ｏｎｍ付近のレーザビームを発振出力する半導体
レーザ発振器１ａと１ｂが設けられている。

また、この半導体レーザ発振器１ａ、ｌｂから出力され
たレーザビームは楕円形の拡散するビームであり、光学
系に導入するために開口度が太きく数差の少ないコリメ
ートレンズ２ａ、２ｂが設けられている。コリメートレ
ンズ２ａ、２ｂを通過したレーザビーム３ａ、３ｂは第
２図に示すようにその断面が楕円形となっており、後述
する集光レンズで微細スポットに集光するためには断面
が円形のレーザームが適することからシリンドリカルレ
ンズあるいはプリズムを用いたビーム整形光学系４ａ及
び４ｂによって断面が円形のレーザビーム５ａ及び５ｂ
に変換される。ここで、半導体レーザ発振器１ａ、ｌｂ
から出力されたレーザビームは第２図の矢印に示す様に
断面が楕円のレーザビームの短軸方向に直線偏光してお
り、その偏光度は１００：１以上である。また、この偏
光方向はレーザチップで電流注入方向と直交している。

この偏光特性を利用して偏光ビームスプリッタ６を用い
て一本のレーザビーム７に合成する。

この場合の偏光方向は透過レーザビーム５ａについては
紙面に平行（矢印）方向にし、反射レーザビーム５ｂに
ついては紙面に垂直（点）方向にする。このようにして
合成されたレーザビーム７はビームエキスパンダ８によ
って拡大されて約３０ａｍφの太いレーザビーム９にな
る。レーザビーム９はガルバノミラ−１０及び１°１に
よって２次元走査されてｆ−θレンズ１２により収束レ
ーザビーム１３になり、３分割光学系１４により均等な
パワーの３本の収束レーザビーム１５ａ、１５ｂ。

１５ｃに分割された後、シアノビフェニル系のスメクチ
ック混合液晶を封入した液晶素子１６ａ。

１６ｂ、１６ｃに照射される。ｆ−θレンズ１２は焦点
距離ｆ　＝　２４０ｍ＋＊、明るさＦ／８のレンズであ
り、液晶素子上の集光ビーム径は約１０μｍになる。液
晶素子の構造は後述する。以上が液晶素子にレーザビー
ムによって画像を書込むための書込み光学系である。こ
の書込み光学系で液晶素子に書込まれた画像は以下説明
する投射光学系によってスクリーン上に拡大投射される
。この投射光学系は３枚の液晶素子毎に独立に設けられ
、その構成は同一である。従って、以下赤色像を投射す
る光学系についてのみこれを代表して説明する。

赤色の光源あるいはキセノンランプ等の様な白色光源を
フィルタによって着色した光源１７から発生した光はレ
ンズ１８で赤色の光ビーム１９に変換し、ハーフミラ−
２０で反射し、液晶素子１６ａに照射する。液晶素子１
６ａ中の反射膜で反射された光ビームは書込まれた画像
を光の濃淡にして取り込み、ハーフミラ−２０を透過し
て投射レンズ２１によってスクリーン２２上に拡大投射
され、赤色の画像を表示する。緑色の画像は液晶素子１
６ｂに書込まれた画像を同様に投射光学系２３によりス
クリーン２２に投射され、青色の画像は液晶素子１６ｃ
に書込まれた画像も同様に投射光学系２４によってスク
リーン２２に投射される。

液晶素子１６ａ、１６ｂ、１６ｃに対しレーザビームに
よって赤、緑、青色に対応する画像を書込むための信号
は制御装置３０によって作られる。

制御装置３０は半導体レーザ発振器１ａ及び１ｂを制御
するレーザ制御信号３１ａ、３１ｂ、ガルバノミラ−１
０及び１１を駆動する信号３２及び３３を出力し、これ
らの信号によって、レーザビームの発生と走査を制御し
、任意のパターンによって液晶素子１６ａ〜１６ｃ上に
走査すると共に、スクリーン上で表示したい色に対応す
る液晶素子に色信号電圧を印加する。即ち、スクリーン
上に赤色の像を描きたい場合は液晶素子１６ａにつなが
る色信号３４ａを出力する。緑色の場合は３４ｂ。

青色の場合は３４ｃを出力する０色信号が印加されると
、レーザビームが液晶素子上を走査しても元の透明状態
に戻り、希望の色光が反射されて表示される。第３図に
液晶素子の断面構成を示す。

厚さ２ｍｍのガラス基板５０には１片側に半導体レーザ
発振器の発振波長に対する無反射膜５１が蒸着され１反
対側には半導体レーザビームを吸収して熱に変換するた
めの酸化クロム、クロム、フタロシアニン等のレーザ吸
収膜５２と、可視光の反射膜と電極とを兼ねたアルミニ
ウム等の反射膜５３および液晶を配向させるためのフル
オロシラン等の有機膜あるいは酸化ケイ素を斜方蒸着し
た配向膜５４が設けられている。対向する他方のガラス
基板５５には、可視光に対する反射防止膜５６が設けら
れ、その反対面に酸化インジウム等の透明電極５７と配
向１１％５Ｂが設けられている。

この２枚のガラス基板５ｏ及び５５は液晶層厚みを制御
するシール５９を介して向かいあっており、中にはシア
ノビフェニル系の有機物を主体としたスメクチック液晶
６０が封入されている。レーザビーム６１は前記レーザ
吸収膜５２で９０％以上吸収されて熱になる。この熱は
スメクチック液晶６０に伝達され、スメクチック液晶６
０の温度を上げて相転移させて等方性液体状態にする。

レーザビーム６１の照射を止め１等方性液体状態から冷
却する時に前記反射膜５３と透明電極５７の間に信号源
６２で発生した色信号を加えると元の透明な状態６３に
戻り、加えない場合は散乱状態６４を示す、この散乱状
１ｒＩＡ６４を示す範囲は前記のレーザビーム６１によ
って加熱されて等方性液体状態になった範囲に限定され
るから、レーザビーム６１のビームスポット径を１０μ
ｍ程度までしぼり、１ドツトの大きさが１０μｍ程度の
画像を書込むことができる。書込まれた画像は可視光の
光ビーム６５で読み出される０本発明ではこの光ビーム
６５の反射を反射膜５３で行ないその反射光を投射レン
ズ（第１図２１）でとらえスクリーン２２上に拡大投射
する。

本発明では前記液晶素子を３枚用い、赤、緑。

青に対応する画像をレーザビームの走査機構は１つで３
枚の液晶素子に同時に書込む。

次に、第４図を参照して１本のレーザビームを３分割し
３枚の液晶素子に書込みを行なう３分割光学系について
説明する。２次元走査されたレーザビーム８０はｆ−θ
レンズ７０で収束レーザビーム８１になる。この収束レ
ーザビーム８１はビームスプリッタ７１で透過レーザビ
ーム８２と反射レーザビーム８３に分割される。ビーム
スプリッタ７１はプリズム形で、材質はＢＫ７を用いて
いる２つの直角プリズムを組合せ、その接合面に誘電体
多層膜の半透過膜７２をつけている。半透過膜７２の特
性は波長ＳＯＯ〜８３０ｎｍで、透過率二反対率＝２：
１に設定されている０反射レーザビーム８３はプリズム
形の反射鏡７３で反射され、透過レーザビーム８２と平
行にされる。透過レーザビーム８２はビームスプリッタ
７４によって再び透過レーザビーム８４と反射レーザビ
ーム８５に分割される。ビームスプリッタ７４は前記ビ
ームスプリッタ７１と同様の構造で半透過膜７５の特性
は前記波長帯で透過率：反射率＝１：１である０反射レ
ーザビーム８５はプリズム形の反射鏡７６で反射され透
過レーザビーム８４と蛮行にされる。透過レーザビーム
８４は２つのプリズム形反射鏡７７及び７８でジグザク
に反射され、前記２本の反射レーザビームと同じ光路長
にされる。以上よりパワーの等しい３本の平行な収束レ
ーザビームが得られ、これら３本の収束レーザビームの
焦光点はΔ形で同一平面上にある。この集光点に３枚の
液晶素子７９ａ、７９ｂ、７９ｃを配置する。したがっ
て、３枚の液晶素子には同じパワーのレーザビームが同
時に同じパターンで走査される。液晶素子上に散乱状態
としてレーザビームの走査の軌跡を残すか否かは前記の
様に外部から液晶素子に印加する電圧の有無による。

液晶素子に書込まれた画像は投射光学系によってスクリ
ーンに拡大投射される。投射光学系は構成として同じも
のが３組あり、それぞれが互いに干渉しない様に立体的
に配置されている。第４図では光ｇ　９０　ａ　、　９
０　ｂ　、　９０　ｃとハーフミラ−９１ａ、９１ｂ、
９１ｃ、及び投射レンズ９２ａ。

９２ｂ、９２ｃの関係を示している。光源９０ａから出
力された光ビーム９３ａはハーフミラ−９１ａで反射さ
れて液晶素子８４ａに照射され、前述した様に液晶素子
中のアルミニウム膜で反射され、その後はハーフミラ−
９１ａを透過し、投射レンズ９２ａによってスクリーン
上に液晶素子上の画像を結像させる。

次に、スクリーン上での画像の一致のさせ方を以下説明
する。第５図は投射光学系のユニット側面図、第６図は
正面図である。各投射レンズ１００ａ〜１００ｃは正面
から見るとΔ状に配置されている。各投射レンズ１００
ａ〜１００ｃには焦点調整用リング１０１ａ〜１０１ｃ
及び拡大率調整用リング１０２ａ〜１０２ｃ及び水平方
向微動マイクロメータ１０３ａ〜１０３ｃ及び垂直方向
微動マイクロメータ１０４ａ〜１０４ｃがそれぞれ設け
られている。

スクリーン上の結像点を一致させるには、最初に各投射
レンズ１００ａ〜１００ｃの焦点調整用リング１０１ａ
〜１０１ｃを調整してスクリーン上の像を鮮明に結像さ
せる１次に３つの像を一致させて１つのマルチカラー画
像を得る。像の一致の第１段階は、各色により結像した
像の大きさに差が生じている場合、この像の大きさを一
致させる。このためには、各投射レンズの拡大率調整用
リング１０２ａ〜１０２ｃを用いて調整する。像の大き
さの基準は予め設定されたパターンを液晶素子に書込み
、スクリーン上での大きさを設計値に一致させる。第７
図は基準パターンとして正方形を設定し、設計上の大き
さを実線で示している。

実際に結像した像が破線に示した様に小さい場合は図中
の矢印の方向に拡大させて一致させる。調整の第２段階
は３つの像を一致させることである。

これは投射レンズ１００ａ〜１００ｃを光軸と垂直の平
面内での移動によって行なう。この移動には投射レンズ
１００ａ〜１００ｃに取付けられている微動用マイクロ
メータ１０３ａ〜１０３ｃ及び１０４ａ〜１０４ｃによ
って行なう。第８図に、設計上の位置を実線で示し、実
際の像を破線で示す、先ず水平微動用マイクロメータ１
０３ａ〜１０３ｃｔ−調整し像を水平方向に移動・させ
１次に垂直方向微動用マイクロメータ１０４ａ〜１０４
ｃをｇ整して像を垂直方向に移動させて規準位置に一致
させる１以上の調整によって赤、緑、青色の各画像が得
られる。

このような調整により、振動等によって像にずれが生じ
た場合でも直ちにそれを調整することができる。

以上に説明した光学系は書込み光学系と投射光学系を１
つのユニットにし、スクリーンと離れて設置される。そ
の状態を以下説明する。第９図は正面投射型スクリーン
に適用した配置例である。

スクリーン１５０と光学ユニット１５１との距離は求め
たいスクリーン上の画面サイズに応じて変えられ、スク
リーン上の画面サイズが２ｍ角の場合約６ｍとなる。正
面投射型スクリーンは反射型スクリーンであるから、調
整者は光学ユニット側に立ち調整を行なうことができる
。

第１０図は背面投射スクリーンに適用した例である。光
学ユニット１５１は背面投射スクリーン１５２より前方
に設置され、２枚の大型の鏡１５３及び１５４によって
スクリーン１５２の背面より像を投射する。この様な配
置をとることにより、調整者はスクリーン上の像を見な
がら容易に調整を行なうことができる。また、光学ユニ
ット１５１は床下あるいは、適当な台の中に設置する事
によって設置面積を小さくする事ができ、背面投射スク
リーンの裏側の空間も小さくする事ができる。

第１１図は光学ユニットから背面投射型スクリーンまで
一体とした装置例である。スクリーン前の引出し部が無
く光学ユニット１５１は背面投射スクリーン１５２の後
側に設置され、２枚の鏡１５３及び１５４で折り返しス
クリーン１５４に投射している。この場合、調整者はス
クリーン上の像を見ることが困難である。そこで、投射
レンズの調整部分に微動可能なモータ（図示せず）を設
け、このモータを遠隔制御装置１５５によって遠隔制御
し、投射レンズの拡大倍率等を調整可能にしている。遠
隔制御袋Ｗ１５５には１色別の投射レンズを独立して調
整するために、像を水平および垂直方向に移動させるレ
バー１６０ａ、１６０ｂ。

１６０ｃ、拡大倍率調整用スイッチ１６１　ａ　＊１６
１ｂ、１６１ｃ、焦点合わせスイッチ１６２ａ。

１６２ｂ、１６２ｃが設けられている。像の位置はレバ
ー１６０ａ〜１６０ｃによってＸ方向とｙ方向の両方向
にそれぞれの色別に移動させることができる。また、拡
大倍率調整用スイッチ１６１ａ〜１６１ｃのそれぞれに
は、拡大方向と縮小方向に調整するボタンスイッチが設
けられており、また焦点合わせスイッチ１６２８〜１６
２ｃのそれぞれには投射レンズを光軸上で前後に移動さ
せるボタンスイッチが２個設けられている。

このような遠隔制御装置を用いれば、表示袋はの設置位
置から離れた任意の位置で像のずれ等を容易に調整する
ことができる。このような遠隔制御は第９図および第１
０図の構成に対しても容易に適用することができる。な
お、第１０図および第１１図の構成では２枚の反射鏡を
用いているが。

設置場所の大きさや形状を考慮して任意の枚数の反射鏡
によって光路を自由に変えられることは言うまでもない
、また、波長が８００〜８３０ｎｍのレーザビームを使
用しているが、他の波長帯であっても書込み光学系の特
性との整合をとることによって自由に使用できるもので
ある。また、投射用として着色光源を使用しているが、
白色光源を用いて投射レンズに至る光路中にカラーフィ
ルタを設ける構成、あるいは投射レンズにカラーフィル
タを取付ける構成でもよい、さらに１色は、赤、緑、青
に限らず自由に選択することができ、かつ色の組合せも
２色あるいは４色以上の構成にすることができる。

さらに、色ずれの調整は基準パターンをスクリーン上に
表示させて行っているが、第１２図に示すように、スク
リーン２００の外枠に［１用の表示領域２０１を設け、
この領域２０１の４隅の部分に調整用のドツトあるいは
円形パターン２０２ａ〜２０２ｄを投射するようにした
うえ、第１３図の拡大図に示すように円形パターン２０
２より大きめのカラーセンサ２０３を取付け、第１４図
に示すように赤、緑、青の円形パターン３００ｒ。

３００ｇ、３００ｂを投射した場合にこれらのパターン
がずれているならば、第１４図（ｂ）に示すように１個
の円形パターン３０１になるように調整して色ずれを調
整するようにしてもよい。

〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、色ずれを簡単に調
整することができるため、光学系組立時の位置合わせ作
業も簡単に短時間で行うことができるようになるうえ、
振動等が発生する場合でも簡単な色ずれ調整作業によっ
て鮮明な画像を表示することができる。さらに、液晶素
子に書込んだ各色の画像の大きさが異なる場合でもその
大きさを一致させて表示させることができる。

【図面の簡単な説明】

第ｔｉｌｌは本発明の一実施例を示す全体構成図。 第２図はコリメートレンズ通過後のレーザビームの断面
形状を説明するための斜視図、第３図は液晶素子の断面
図、第４図は書込み光学系の全体構成図、第５図および
第６図は投射光学系の断面図および正面図、第７図およ
び第８図は像合わせを行うときの説明図、第９図〜第１
１図は光学ユニットとスクリーンとの組合せ配置例を示
す配置図。 第１２図〜第１４図は像ずれを調整する方法の別の例を
説明するための説明図、第１５図は従来の投射光学系の
模式図である。 １・・・半導体レーザ、２・・・コリメートレンズ、４
・・・ビーム整形光学系、６・・・偏光ビームスプリッ
タ、８・・・エキスパンダ、１０．１１・・・ガルバノ
ミラ−１１２・・・ｆ−θレンズ、１４・・・３分割光
学系、１６・・・液晶素子、１７・・・光源、１８・・
・レンズ、２０・・・ハーフミラ−１２１・・・投射レ
ンズ、２２・・・スクリーン、３０・・・制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザビームの有する熱エネルギーによつて所望の
   画像が書込まれた色別の液晶素子と、これら色別の液晶
   素子に対して可視光ビームを投射し、予め書込まれた画
   像に対応する濃淡の光を取出し、その光を各色共通の投
   射レンズを介して同一スクリーン上に結像させる色別の
   投射光学系とを備えたマルチカラー液晶表示装置におい
   て、 前記投射レンズを色別に設けると共に、各投射レンズに
   は拡大倍率可変機構および光軸と垂直な平面内での位置
   を移動調整する位置調整機構を設けたことを特徴とする
   マルチカラー液晶表示装置。