(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
色の範囲のいくつかの原色波長を含む波長範囲で放射し、濾光されるべき少なくとも１つのビームの源（Ｓ）と、
光学濾光装置と、
原色波長のおのおののビームを変調するため原色波長の範囲につき１つの空間光変調セルと、
種々の変調されたビームを結合するための少なくとも１つの装置（ＤＭＧ２，ＤＭＢ）と、を具備し
前記光学濾光装置は、
不必要な波長を反射し、必要な波長を透過させ、ビームの通路に位置している少なくとも１つのホログラフィック濾光装置（ＨＣＣＲ，ＨＣＣＧ，ＨＣＣＢ）と、
前記ビームの通路に位置され、異なった原色の波長範囲に相当する波長範囲に分離する少なくとも１つの二色セパレータと、を具備し、
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液晶プロジェクタ。
【請求項２】
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項１に記載の液晶プロジェクタ。
【請求項３】
各ホログラフィック濾光装置から現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項１又は２に記載の液晶プロジェクタ。
【請求項４】
測色線束測定装置（ＤＥＣ）を液晶セル（ＬＣＤＲ、ＬＣＤＧ、ＬＣＤＢ）の活性マトリックスに組み込むことを特徴とする請求項３に記載の液晶プロジェクタ。
【請求項５】
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項４に記載の液晶プロジェクタ。
【請求項６】
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ｎ０
−  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
ｎ０Λ2／２ηλ
よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液晶プロジェクタ。
【請求項７】
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（ＨＣＣ）を回転させるための回転手段（Ｒ）を備えたことを特徴とする請求項１に記載の液晶プロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
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。
２ｎ0ΛｓｉｎΘ＝ｋλ
上式中、Λは記録された干渉縞の間隔
ｎ0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ｎ0Λ2／２πλ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  ｓｙｓｔｅｍ”，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  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，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ＨＣＣＧ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、ＨＣＣＧ／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ＤＭＧ２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、ＬＣＤＢ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ＨＣＣＲ、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（ＬＣＤＲ、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。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図６】
0003778364.tif 000013
【図７】
0003778364.tif 000014
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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