(57)【要約】【課題】光に使用率を改善できる画像ディスプレイデバイスの周期的回転色調整ユニットを提供する。【解決手段】周期的回転色調整ユニット３０は、色分割ライトガイド３１および色調整機３２を有する。色分割ライトガイド３１の前方に設けられる格子要素３１１１を用いて、入射光は、３つの異なる波長、すなわち、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）波長に分割され、対応するカラーフィルター３１２１、３１２２、３１２３に向かって伝播される。光の一部は、カラーフィルター３１２１、３１２２、３１２３によって反射され、それから、格子要素３１１１の回りのミラー３１１２によって反射され、カラーフィルター３１２１、３１２２、３１２３に戻ってくる。入射光は、色調整機３２に向かう３つの一様な光線Ｒ、ＧおよびＢに分割される。色調整機３２は、画像表示のために、周期的および急速に、光線の出力位置および順番を変更する。【選択図】　　　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光線を、異なる波長で外部に伝わる光線に分割するための高効率な色分割ライトガイドであって、
格子要素を通じて光が入り、そして出るように、反射ミラーに囲まれた前記格子要素と共に設けられる一端と、該一端に対向する他端と、を有するビームスプリッタと、
光が通過できるように、前記ビームスプリッタの前記他端に隣接する複数のライトガイド要素と、
前記ビームスプリッタに隣接する対応する前記ライトガイド要素と同じ側にそれぞれ設けられる複数のフィルターと、
を有し、
前記格子要素を介してビームスプリッタに入った後に、前記入射光線は、前記ライトガイド要素に向かって伝わり、異なる波長を有する複数の光線に分割され、対応する前記ライトガイド要素の前方に設けられるフィルターを通過し、
前記異なる波長を有する光は、フィルターにかけられ、前記ライトガイド要素の前記他端から均一に出て伝わり、
前記フィルターに反射された光は、前記フィルターに再び入射されるように前記格子要素の周りに配置された前記反射ミラーによってさらに反射される色分割ライトガイド。
【請求項２】
前記格子要素は、前記入射光線を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の波長の光に分割する請求項１に記載の色分割ライトガイド。
【請求項３】
前記格子要素は、前記光線を拘束するために、反射ミラーによって囲まれている請求項１に記載の色分割ライトガイド。
【請求項４】
異なる波長を有する複数の入射光線の位置を調整するための周期的回転色調整機であって、
回転軸と、
前記回転軸を回転駆動する回転モータと、
回転のために前記回転軸に取り付けられ、入射光を受光して該入射光を通り抜けさせて反対側から伝わらせる多角形プリズムと、
を有し、
前記多角形プリズムの回転は、前記入射光を偏光させて、異なる波長の光線の出力位置を周期的に変化させる周期的回転色調整機。
【請求項５】
前記多角形プリズムは、偶数の側面を有する請求項４に記載の周期的回転色調整機。
【請求項６】
外部からの入射光線の色を調整するための周期的回転色調整ユニットであって、
色分割ライトガイドと、色調整機と、
を有し、
前記色分割ライトガイドは、
異なる波長を有し、外部に伝わる複数の光線に、前記入力光線を分割し、
格子要素を通じてのみ光が入り、そして出るように、反射ミラーに囲まれた前記格子要素と共に設けられる一端と、該一端に対向する他端と、を有するビームスプリッタと、
光が通過するために、前記ビームスプリッタの前記他端近傍に設けられる複数のライトガイド要素と、
前記ビームスプリッタに隣接する対応する前記ライトガイド要素と同じ側にそれぞれ設けられる複数のフィルターと、
を含んで、
前記格子要素を介してビームスプリッタに入った後に、前記入射光線は、前記ライトガイド要素に向かって伝わり異なる波長を有する複数の光線に分割され、対応する前記ライトガイド要素の前方に設けられるフィルターを通過し、
前記異なる波長を有する光は、フィルターにかけられ、前記ライトガイド要素の前記他端から均一に出て伝わり、
前記フィルターに反射された光は、前記フィルターに再び入射されるように前記格子要素の周りに配置された前記反射ミラーによってさらに反射され、
前記色調整器は、
前記ライトガイド要素から照射された光を均一に受光するために、各ライトガイド要素の対応するフィルターの反対側に設けられ、
回転軸と、
前記回転軸を回転駆動する回転モータと、
回転のために前記回転軸に取り付けられ、入射光を受光して該入射光を通り抜けさせて反対側から伝わらせる多角形プリズムと、
を含んで、
前記多角形プリズムの回転は、前記入射光を偏光させて、異なる波長の光線の出力位置を周期的に変化させる周期的回転色調整ユニット。
【請求項７】
光源装置、画像生成装置および周期的回転色調整ユニットと、を有する画像ディスプレイデバイスであって、
前記光源装置は、色を調整するために、前記周期的回転色調整ユニットに向かって入射光線を照射して、
前記画像生成装置は、調整された複数の色をスクリーンに投影される画像に変え、
前記周期的回転色調整ユニットは、
色分割ライトガイドと、色調整機と、
を有し、
前記色分割ライトガイドは、
異なる波長を有し、外部に伝わる複数の光線に、前記入力光線を分割し、
格子要素を通じてのみ光が入り、そして出るように、反射ミラーに囲まれた前記格子要素と共に設けられる一端と、該一端に対向する他端と、を有するビームスプリッタと、
光が通過するために、前記ビームスプリッタの前記他端近傍に設けられる複数のライトガイド要素と、
前記ビームスプリッタに隣接する対応する前記ライトガイド要素と同じ側にそれぞれ設けられる複数のフィルターと、
を含んで、
前記格子要素を介してビームスプリッタに入った後に、前記入射光線は、前記ライトガイド要素に向かって伝わり、異なる波長を有する複数の光線に分割され、対応する前記ライトガイド要素の前方に設けられるフィルターを通過し、
前記異なる波長を有する光は、フィルターにかけられ、前記ライトガイド要素の前記他端から均一に出て伝わり、
前記フィルターに反射された光は、前記フィルターに再び入射されるように前記格子要素の周りに配置された前記反射ミラーによってさらに反射され、
前記色調整器は、
前記ライトガイド要素から照射された光を均一に受光するために、各ライトガイド要素の対応するフィルターの反対側に設けられ、
回転軸と、
前記回転軸を回転駆動する回転モータと、
回転のために前記回転軸に取り付けられ、入射光を受光して該入射光を通り抜けさせて反対側から伝わらせる多角形プリズムと、
を含んで、
前記多角形プリズムの回転は、前記入射光を偏光させて、異なる波長の光線の出力位置を周期的に変化させる画像ディスプレイデバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光線の色を調整するための色分割ライトガイド、周期的回転色調整機、周期的回転色調整ユニット、および画像ディスプレイデバイスに関する。特に、本発明は、光の使用率を改善できる色分割ライトガイド、周期的回転色調整機、周期的回転色調整ユニット、および画像ディスプレイデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像ディスプレイデバイスは、表示または教示目的で、スクリーンに画像を映すために使用される。画像ディスプレイデバイスは、各種の画像を出力するために、画像生成装置を使用する。カラー映像を形成するためには、急速で周期的な色の変化を伴う光線を提供する必要がある。したがって、これを満たすために、大部分の画像ディスプレイデバイスは、色環（ｃｏｌｏｒ　ｗｈｅｅｌ）の設計を利用する。
【０００３】
色環は、複数のカラーフィルターからなり、これにより、光は、単調なカラー光線の通過のみを許すフィルターにかけられる。その色環は、光路に対して回転するカラーフィルターのように回転し、急速で周期的な色の変化を伴う光線を提供する。色を変化させるために色環を回転する必要があるので、カラーフィルターは、しばしば、くさび形に形成され、支持体に取り付けられて、色環を形成する。そして、色環は、モータに取り付けられる。
【０００４】
しかし、色環は、一般的に、光の使用率が極めて低いという問題がある。これは、色環が一般に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）カラーフィルター薄膜と、ブランク部分から成るからである。Ｒ、ＧおよびＢ色は、等しい領域を有し、全領域の８５％を占める。残りの部分は、ブランクである。カラー薄膜のない位置であれば、光線は、どの色でも通過できる。しかし、赤色の薄膜を通過する場合、光の全色は、赤い光を除いて、フィルターにかけられ、除去される。したがって、光の３分の１だけが通過できる。同様に、緑および青のフィルター薄膜も、同じように作用する。１５％のブランク領域を除いて色環を通過できる光エネルギーは、最初に発せられる光エネルギーの約４０％である。光の損失を考慮すれば、使用できる光エネルギーは、僅か３０％強である。
【０００５】
以上が、画像ディスプレイデバイスの効率を向上できない基本的な問題点である。上記問題を解決するためにいくつかの方法が提案されているが、それらは、コストが高すぎ、または製造に複雑および困難な工程を伴う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題に鑑みて、本発明は、光の使用率を向上するけれども、製造コストを増大しない画像ディスプレイデバイスの色分割ライトガイド、周期的回転色調整機、周期的回転色調整ユニット、および画像ディスプレイデバイスを提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
開示された周期的回転色調整ユニットによれば、色環上のカラーフィルターによって反射された光を反射するために、入力位置にミラーが供給されている。これにより、光の使用率を効果的に増加できる。
【０００８】
光の使用率を増加するために、格子要素が、光の入る位置に設けられる。光線は、格子要素を通過するときに、対応するフィルターに向かって移動する異なる波長の複数の光線に分割される。これは、さらに色環を通過する光のパーセンテージを増大する。色を分割するライトガイドがフィルターの後ろに設けられるので、光は、均一に発せられるように案内される。このような方法では、光の使用率を増大できるにもかかわらず、それを直接画像ディスプレイデバイスに適用できない。なぜなら、画像ディスプレイデバイスは、画像に変換するために、急速かつ周期的に色が変化された光線を必要とするからである。
【０００９】
したがって、カラー調整ユニットは、光の出力位置に供給される。それは、回転するために回転モータに取り付けられる多角形のプリズムである。光線は、プリズムを通過するときに、プリズムおよび空気間の異なる屈折率によって屈折される。異なる波長の光は、異なる角にも屈折される。プリズムが特定の角度に回転するので、光線は、その屈折角がかなり変えられて、出て行く。プリズムの高速回転と上記均一な光の組合せによって、急速かつ周期的な色の変化を伴う光線が画像ディスプレイデバイスに供給される。したがって、開示されたユニットは、光の使用率を増大するだけでなく、低いコストで大量生産を可能とする単純な構成を有する。
【００１０】
また、本発明の色分割ライトガイドは、入射光線を、異なる波長で外部に伝わる光線に分割するための高効率な色分割ライトガイドであって、格子要素を通じて光が入り、そして出るように、反射ミラーに囲まれた前記格子要素と共に設けられる一端と、該一端に対向する他端と、を有するビームスプリッタと、光が通過できるように、前記ビームスプリッタの前記他端に隣接する複数のライトガイド要素と、前記ビームスプリッタに隣接する対応する前記ライトガイド要素と同じ側にそれぞれ設けられる複数のフィルターと、を有し、前記格子要素を介してビームスプリッタに入った後に、前記入射光線は、前記ライトガイド要素に向かって伝わり、異なる波長を有する複数の光線に分割され、対応する前記ライトガイド要素の前方に設けられるフィルターを通過し、前記異なる波長を有する光は、フィルターにかけられ、前記ライトガイド要素の前記他端から均一に出て伝わり、前記フィルターに反射された光は、前記フィルターに再び入射されるように前記格子要素の周りに配置された前記反射ミラーによってさらに反射される。
【００１１】
さらに、本発明の周期的回転色調整機は、異なる波長を有する複数の入射光線の位置を調整するための周期的回転色調整機であって、回転軸と、前記回転軸を回転駆動する回転モータと、回転のために前記回転軸に取り付けられ、入射光を受光して該入射光を通り抜けさせて反対側から伝わらせる多角形プリズムと、を有し、前記多角形プリズムの回転は、前記入射光を偏光させて、異なる波長の光線の出力位置を周期的に変化させる。
【００１２】
加えて、本発明の画像ディスプレイデバイスは、光源装置、画像生成装置および周期的回転色調整ユニットと、を有する画像ディスプレイデバイスであって、前記光源装置は、色を調整するために、前記周期的回転色調整ユニットに向かって入射光線を照射して、前記画像生成装置は、調整された複数の色をスクリーンに投影される画像に変え、前記周期的回転色調整ユニットは、色分割ライトガイドと、色調整機と、を有し、前記色分割ライトガイドは、異なる波長を有し、外部に伝わる複数の光線に、前記入力光線を分割し、格子要素を通じてのみ光が入り、そして出るように、反射ミラーに囲まれた前記格子要素と共に設けられる一端と、該一端に対向する他端と、を有するビームスプリッタと、光が通過するために、前記ビームスプリッタの前記他端近傍に設けられる複数のライトガイド要素と、前記ビームスプリッタに隣接する対応する前記ライトガイド要素と同じ側にそれぞれ設けられる複数のフィルターと、を含んで、前記格子要素を介してビームスプリッタに入った後に、前記入射光線は、前記ライトガイド要素に向かって伝わり、異なる波長を有する複数の光線に分割され、対応する前記ライトガイド要素の前方に設けられるフィルターを通過し、前記異なる波長を有する光は、フィルターにかけられ、前記ライトガイド要素の前記他端から均一に出て伝わり、前記フィルターに反射された光は、前記フィルターに再び入射されるように前記格子要素の周りに配置された前記反射ミラーによってさらに反射され、前記色調整器は、前記ライトガイド要素から照射された光を均一に受光するために、各ライトガイド要素の対応するフィルターの反対側に設けられ、回転軸と、前記回転軸を回転駆動する回転モータと、回転のために前記回転軸に取り付けられ、入射光を受光して該入射光を通り抜けさせて反対側から伝わらせる多角形プリズムと、を含んで、前記多角形プリズムの回転は、前記入射光を偏光させて、異なる波長の光線の出力位置を周期的に変化させる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、図面を参照して、以下の説明から完全に理解されるが、これに限定されるものではない。
【００１４】
図１を参照すると、周期的回転色調整ユニット３０は、画像ディスプレイデバイスのために設計されている。周期的回転色調整ユニット３０に加えて、画像ディスプレイデバイスは、光源装置４０、画像生成装置５０、および光投影装置６０を備える。周期的回転色調整ユニット３０は、光源装置４０から照射された光線８０を、異なる色に変え、画像生成装置５０および光投影装置６０を介して、スクリーン７０に投影する。
【００１５】
色環上のカラーフィルター薄膜によってフィルターがかけられる光を効果的に再利用出来ないという事実に鑑みて、光が入力される位置にミラーが供給されている。これによって、より多くの反射光が該ミラーによって反射され、フィルターに戻り、光の使用率を向上できる。周期的回転色調整ユニット３０の構造は、図式的に図２に示される。それは、色分割ライトガイド３１および色調整機３２を有する。色分割ライトガイド３１は、ビームスプリッタ３３および複数のライトガイド要素を含む。ライトガイド要素は、例えば、図示するような第１ライトガイド要素３１３、第２ライトガイド要素３１４、および第３ライトガイド要素３１５である。ビームスプリッタ３３は、入力端３１１および出力端３１２を有する。格子要素３１１１は、入力端３１１の中央に供給され、ミラー３１１２に囲まれる（図３参照）。出力端３１２は、ガイド要素に対応するフィルターと共に設けられる。図中では、それぞれ、第１ライトガイド要素３１３、第２ライトガイド要素３１４、第３ライトガイド要素３１５に対応する第１カラーフィルター３１２１、第２カラーフィルター３１２２、および第３カラーフィルター３１２３がある。
【００１６】
図４に示すように、図１のような入射光線８０が入力端３１１に入りビームスプリッタ３３に当った場合、格子３１１１によっていくつかの光線に分割される。図中、入射光線８０は、それぞれ、第１、第２および第３ライトガイド要素３１３、３１４、３１５の方に向かう第１光線８１、第２光線８２、および第３光線８３に分割される。実際問題として、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）の波長を有する光線に分割されることが好ましい。要するに、格子３１１１は、完全には入射光線をＲ、Ｇ、Ｂ光線に分割することができないが、対応する光線の範囲内で色の大部分のエネルギーを集中させることができる。
【００１７】
格子要素３１１１の性質、ビームスプリッタ３３の長さ、並びに、第１カラーフィルター３１２１、第２カラーフィルター３１２２および第３カラーフィルター３１２３の分布を制御することによって、第１光線８１、第２光線８２および第３光線８３は、それぞれ、大雑把に、第１カラーフィルター３１２１、第２カラーフィルター３１２２、および第３カラーフィルター３１２３に伝播される。第１カラーフィルター３１２１、第２カラーフィルター３１２２および第３カラーフィルター３１２３は、第１光線８１、第２光線８２、および第３光線８３の特定の波長を有する光のみを通過させるように設計されている。
【００１８】
このように、始めの入射光線の大部分は、第１カラーフィルター３１２１、第２カラーフィルター３１２２および第３カラーフィルター３１２３を通過できる。実際問題として、全ての光線が完全にそれらのカラーフィルターを通過することは、不可能である。光の一部は、３つのカラーフィルターによって入力端３１１に反射される。入力端３１１に配置される格子要素３１１１は、ミラー３１１２によって囲まれている。したがって、カラーフィルターからの反射光は、対応する３つのフィルターの方へ再び反射される。ここで、光線は、部分的に、対応するフィルターを再び通過し、ライトガイド要素３１３、３１４および３１５に入る。前後のこのような反射によって、光の使用率は、４０％以上、あるいは５０％近く増加される。
【００１９】
第１カラーフィルター３１２１、第２カラーフィルター３１２２および第３カラーフィルター３１２３を通過した後、第１光線８１、第２光線８２および第３光線８３は、それぞれ、第１ライトガイド要素３１３、第２ライトガイド要素３１４、および第３ライトガイド要素３１５に入る。光線は、図５に示すように、均一に向こう側から出るまで、ガイド要素の壁ではね返り続ける。ガイド要素から出た光線は、色調整機３２に入る。色調整機は、基本的に、回転軸３２１に取り付けられる多角形プリズムである。回転軸３２１は、モータ（図示せず）によって回転駆動される。その回転は、色調整機を回転させる。
【００２０】
スネルの法則によれば、プリズムが回転するので、出射光は、異なる角を有し、偏光された光線となることが知られている。したがって、第１光線８１、第２光線８２および第３光線８３は、色調整機３２を通過するときに偏光される。
【００２１】
図６に示すように、光線は、入射方向がプリズムの側表面に対して垂直である場合、出射方向も垂直である。図７に示すように、プリズムが反時計回りに回転する場合、第１光線８１、第２光線８２および第３光線８３の出て行く方向は、わずかに上方に変えられる。図８に示すように、プリズムが回転を続けるので、光線の出て行く方向も上がっていく。特定の角まで回転すると、第１光線８１は、隣接する異なる側面の方に偏光される。
【００２２】
偏光の角度は、図９に示すように、第２光線８２および第３光線８３の下に向かって増加する。同様に、第２光線８２も、図１０および図１１に示すように、下側に偏光される。
【００２３】
最後に、図１２および図１３に示すように、第３光線８３も偏光される。図１４に示すように回転角が増加して、９０度回転すると、光線が垂直に通る図５に示す状況に戻る。したがって、プリズムが高速で回転すると、第１光線８１、第２光線８２および第３光線８３が連続的に出て行く方向を変え、急速で周期的な色の移り変わりを画像ディスプレイデバイスも提供する。
【００２４】
なお、言うまでもないが、図６から図１４の第１光線８１、第２光線８２および第３光線８３は、光路の概略図である。実際の光の散布は、図５に示すような均一な出射光に近くなくてはならない。容易に光線の出て行く範囲を制御するために、プリズムの側面の数は、好ましくは偶数である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、画像ディスプレイデバイスに用いられ、回転により周期的に色を調整する色調整ユニットである。最初に格子要素が使用され、入射光が異なる波長Ｒ、ＧおよびＢの３つの光線に分割され、それぞれ、色分割ライトガイドに向かう。
【００２６】
フィルターから反射された光線が対応するフィルターに再び入射されるために総合的に反射されるように、格子要素の周りのフィルターおよび反射ミラーが設けられている。これにより、効果的に光の使用率を増大できる。フィルターを通過した後、光線は、それぞれ対応する３つのガイド要素を通じて案内され、多角形プリズムに均一に入れられる。
【００２７】
プリズムが高速で回転するので、異なる波長の光線は異なる角に偏光される。これは光線の出て行く方向および位置を周期的に変え、これによって、画像表示のために画像ディスプレイデバイスに所望の色を提供する。
【００２８】
本発明は、光の使用率を格段に増大できる。さらに、それは単純な構造および安価な製造費用で達成できる。したがって、それは工業の大量生産に理想的である。
【００２９】
本発明は、上記特定の実施形態に関して述べているが、上記記述に限定的に解釈されるものではない。開示された実施形態のさまざまな修正は、他の実施の形態として、当業者にとって明らかである。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内で、全ての改変を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像ディスプレイデバイスに組み付けられる本発明の概略図である。
【図２】本発明の構造の概略図である。
【図３】ライトガイド装置の側面図である。
【図４】光路を案内する案内装置を示す概略図である。
【図５】本発明による色調整手順を示す概略図である。
【図６】本発明による色調整手順を示す概略図である。
【図７】本発明による色調整手順を示す概略図である。
【図８】本発明による色調整手順を示す概略図である。
【図９】本発明による色調整手順を示す概略図である。
【図１０】本発明による色調整手順を示す概略図である。
【図１１】本発明による色調整手順を示す概略図である。
【図１２】本発明による色調整手順を示す概略図である。
【図１３】本発明による色調整手順を示す概略図である。
【図１４】本発明による色調整手順を示す概略図である。
【符号の説明】
３０…周期的回転色調整ユニット、
３１…色分割ライトガイド、
３２…色調整機、
３３…ビームスプリッタ、
４０…光源装置、
５０…画像生成装置、
６０…光投影装置、
７０…スクリーン、
８０、８１、８２、８３…光線、
３１１…入力端、
３１２…出力端、
３１３、３１４、３１５…ライトガイド要素、
３２１…回転軸、
３１１１…格子要素、
３１１２…ミラー、
３１２１、３１２２、３１２３…カラーフィルター。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2004139017.tif 000013
【図１２】
2004139017.tif 000014
【図１３】
2004139017.tif 000015
【図１４】
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