(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）別々に制御され、スペクトル的に隣接した２つの光源であって、スペクトル的に隣接したスペクトル・バンドを有し、両方のスペクトル・バンドが、赤色スペクトル、緑色スペクトル、または、青色スペクトルのいずれかに該当する、２つの光源と、
（ｂ）前記光源からの光を単一空間領域に結合するダイクロイック・ビームスプリッタと、
（ｃ）それぞれスペクトル的に隣接した光源からの照明光を交互に提供するコントローラ・システムと、
（ｄ）前記コントローラ・システムによって交互に提供された各照明光を受け取り、前記交互に提供された各照明光に対応する画像化光を提供する空間光変調器と、
（ｅ）前記空間光変調器からの画像化光を投影領域に出力するための投影光学素子と、
（ｆ）１つの隣接スペクトル・バンド状態をそれぞれの目に選択的に透過し、同時に別の隣接スペクトル・バンドを拒否するための視聴者用のフィルタ・メガネと、
を含む、立体的デジタル画像プロジェクタ。
【請求項２】
前記第１と第２のスペクトル的に隣接した光源をそれぞれ有する少なくとも３つのカラー・チャネルを更に含む、請求項１に記載のデジタル画像プロジェクタ。
【請求項３】
各光源が、少なくとも１つのレーザを含む、請求項１に記載のデジタル画像プロジェクタ。
【請求項４】
前記光源が、偏光される、請求項１に記載のデジタル画像プロジェクタ。
【請求項５】
偏光が、前記光源から前記空間光変調器まで維持された、請求項４に記載のデジタル画像プロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、立体的デジタル画像を投影するための装置に関し、より詳細には個別の複数の波長を使用してデジタル映画投影用の立体画像を作成する改善された装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のフィルム映写機の適切な代替品として見なされるためには、デジタル投影システムは、画質に関する厳しい要件を満たさなければならない。これは、特に、多色映画投影システムに当てはまる。従来の映画品質プロジェクタに匹敵するデジタル投影代替品は、高解像度、広色域、高輝度、および１０００：１を超える面順次コントラスト比を実現する高い性能基準を満たさなければならない。
【０００３】
映画産業は、大きな会場で観客に高品質な視覚的経験を提供するために、三次元（３Ｄ）または立体的に見えるコンテンツを生成し表示するようになってきている。Ｄｉｓｎｅｙなどの娯楽会社は、そのテーマパークで長年このコンテンツを提供し、Ｉｍａｘは、そのようなコンテンツ専用の劇場を作成してきたが、そのような両方の事例で、フィルムは画像作成の主要媒体であった。立体像を作成するために、２組のフィルムとプロジェクタが同時にそれぞれの目に１つの直角偏光を投影する。観客は、これに対応して、それぞれの目に１つの偏光画像を遮断し同時に直角偏光画像を透過する直角偏光メガネを装着する。
【０００４】
映画産業がデジタル画像に移行する際、Ｉｍａｘなどのいくつかのベンダーは、高品質立体像を提供するためにずっと二投影システムを利用してきている。しかしながら、より一般には、従来のデジタル・プロジェクタが、三次元投影を可能にするように修正されている。
【０００５】
多色デジタル映画投影のそのような従来の投影解決策のうちで最も有望なものは、画像形成装置として、２つの基本的なタイプの空間光変調器（ＳＬＭ）の一方を使用する。第１のタイプの空間光変調器は、テキサス州ダラスのTexas Instruments, Inc.によって開発されたデジタル光プロセッサ（ＤＬＰ）、デジタル・マイクロミラー装置（ＤＭＤ）である。ＤＬＰ装置は、いくつかの特許、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、および特許文献４に記載されている。ＤＬＰを使用する投影装置の光学設計は、特許文献５、特許文献６、特許文献７および特許文献８に記載されている。ＤＬＰは、デジタル投影システムに首尾よく使用されてきている。
【０００６】
図１は、ＤＬＰ空間光変調器を使用するプロジェクタ装置１０の簡略化されたブロック図を示す。光源１２は、多色非偏光を、例えばフィリップス・プリズムなどのプリズム組立体１４内に提供する。プリズム組立体１４は、多色光を赤色、緑色および青色成分の波長域に分割し、各波長域を対応する空間光変調器２０ｒ、２０ｇまたは２０ｂに導く。次に、プリズム組立体１４は、各ＳＬＭ２０ｒ、２０ｇおよび２０ｂからの変調光を再結合させ、この非偏光を、表示スクリーンや他の適切な面に投影するための映写レンズ３０に提供する。
【０００７】
ＤＬＰを利用したプロジェクタは、デスクトップ画面から大型映画までほとんどの投影用途に必要な光処理能力、コントラスト比および色域を提供する能力を持つ。しかしながら、一般に最大２１４８×１０８０画素しか提供しない既存の装置では、本来、解像度に限界がある。更に、構成要素およびシステム・コストが高いため、ＤＬＰ設計をより高品質のデジタル映画投影に適用するのは制限されていた。さらに、フィリップスや他の適切な結合プリズムのコスト、サイズ、重量および複雑さが、大きな制約になっている。更に、輝度要件のために作動距離が長く比較的明るい映写レンズが必要なことは、そのような装置の受容性と有用性に悪影響を及ぼしていた。
【０００８】
デジタル投影に使用される第２のタイプの空間光変調器は、ＬＣＤ（液晶デバイス）である。ＬＣＤは、入射光の偏光状態を対応する画素ごとに選択的に変調することによって、画像を画素アレイとして形成する。ＬＣＤは、高品質デジタル映画投影システム用の空間光変調器として利点を有すると考えられる。そのような利点には、比較的大きい装置サイズ、好ましい装置歩留まり、およびより高い解像度装置（例えば、ソニー株式会社と日本ビクター株式会社による４０９６×２１６０解像度装置）を製造できることがある。ＬＣＤ空間光変調器を利用する電子投影装置の例には、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、および特許文献１３に開示されたものがある。大型画像投影にはＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）装置が特に有望と思われる。しかしながら、高輝度投影の高い熱負荷が、材料の偏光品質に影響を及ぼすので、ＬＣＤ構成要素は、特に色とコントラストに関するデジタル映画の高い品質要求を維持するのが難しい。
【０００９】
そのような従来のマイクロディスプレイ（ＤＬＰまたはＬＣＯＳ）を利用したプロジェクタから立体像を形成する従来の方法は、２つの主要な技術を利用している。例えばDolby Laboratoriesによって利用されているあまり一般的でない技術は、Ｍａｘｉｍｕｓらによる特許文献１４に記載されたものと類似しており、この技術は、色空間分離を使用して左目と右目のコンテンツを区別する。白色光照明システムでは、フレーム時間の一部分の間、各原色の一部分を瞬間的に遮断するためにフィルタが利用される。例えば、左目の場合、赤、青および緑（ＲＧＢ）の低い方の波長スペクトルが、ある時間期間遮断される。その後で、他方の目の赤、青および緑（ＲＧＢ）の高い方の波長スペクトルが遮断される。それぞれの目と関連付けられた適切な色調整された立体コンテンツが、目のための各変調器に提示される。視聴者は、２つの３色（ＲＧＢ）スペクトル・セットのうちの一方だけを同様に透過する対応するフィルタ・セットを装着する。このシステムは、特注の偏光保持スクリーンを利用することなく画像をほとんどのスクリーンに投影できるという点で、偏光式投影システムより有利である。同様に、この手法を実施する際に、変調器または関連光学素子の偏光特性が重要でない点が有利である。しかしながら、フィルタ・メガネが高価であり、また角度のずれ、頭の動きおよび傾きによって視聴品質が低下する可能性があるという欠点がある。また、高価なメガネは、引っ掻き傷や盗難を受けて会場所有者の資金問題を引き起こしやすい。さらに、色空間の調整が困難なことがあり、またフィルタリングによる大きな光損失があり、それにより、必要なランプ出力が高くなるか、画像輝度が低下することになる。
【００１０】
第２の手法は、偏光を利用する。オレゴン州ウィルソンヴィルのInFocus Corporationに譲渡された特許文献１５の１つの方法は、２つの別個の空間光変調器にそれぞれ送られる２つの直交偏光状態を利用する。両方の変調器からの偏光が同時に投影される。視聴者は、互いに直角に向けられた左目と右目用の偏光透過軸を有する偏光メガネを装着する。この構成は、光の効率的な使用を可能にするが、特に各色域ごとに空間光変調器が必要とされるプロジェクタ設計では、構成がきわめて高価になる可能性がある。偏光を使用する別のより一般的な手法では、従来のデジタル・プロジェクタが、ある状態から他の状態に迅速に切り替えられる交互の偏光状態を変調するように改良される。これは、例えば、ＤＬＰプロジェクタが、光の出力経路内（図１に破線によって示された位置１６など）に配置された偏光子を有する場合に行うことができる。この偏光子は、複屈折を引き起こす応力によりデバイス・パッケージの窓が偏光解消するので、ＤＬＰが本質的に入力光の偏光を維持するように設計されないので必要とされる。偏光子の後の位置１６に、特許文献１６に記載されたタイプと類似の色消し偏光スイッチが使用されてもよい。あるいは、このタイプの切替器が、偏光を直線偏光状態などの２つの直交偏光状態の間で交互に回転させて、ユーザが偏光メガネを装着しているときにそれぞれの目に２つの別個の画像の表現を可能にする。
【００１１】
リアルＤシステム（Real-D system）は、従来から左円偏光と右円偏光を利用してきており、メガネは、一方の状態を遮断する前に円偏光を直線偏光に戻す４分の１波長リターダと偏光子の組合せからなる。これは、明らかに頭の傾きの影響を受けにくく、色消し偏光スイッチは製造しやすい。しかしながら、このメガネは、偏光子をだけ使用する実施形態より費用が増える。いずれにしても、表示スクリーンは、入射した画像を含む光の偏光状態を実質的に維持しなければならず、したがって一般に銀被覆される。銀被覆スクリーンは、コストが高くなり、利得に関して角感度を示す。このシステムはある程度の価値があるが、ＭＥＭＳ（マイクロ電気機械システム）システムでは、偏光を必要とするので大きな光損失があり、これにより、出力が半分に減少する。同様に、偏光スイッチによって光損失が増えコストが高くなる。この方法を利用するＬＣＯＳプロジェクタは、装置が機能するために出力が一般に既に偏光されているという点で、典型的なＭＥＭＳプロジェクタより優れている。したがって、出力光を偏光させることによって大きな損失とならない。しかしながら、これらのプロジェクタは、一般に、高角度光学素子によって高い偏光制御を維持することが難しいので、コストが高くなる。したがって、効率の改善は、他のコストによってある程度相殺される。
【００１２】
照明効率に関する継続的な問題は、エタンデュ（etendue）または同様にラグランジュ不変式（Lagrange invariant）に関連する。光学技術において周知のとおり、エタンデュは、光学システムが処理することができる光の量に関連する。エタンデュが大きいほど画像が明るくなる可能性がある。数値的には、エタンデュは２つの因子の積、すなわち画像域と開口数の積に比例する。光源１２、光学素子１８および空間光変調器２０を有する図２に示した単純化された光学システムの場合、エタンデュは、光源の面積Ａ１とその出力角度θ１の因子であり、また変調器の面積Ａ２とその受け入れ角度θ２に等しい。輝度が高い場合、光源１２の領域からできるだけ多くの光を提供することが望ましい。一般的な原理として、光学設計は、光源のエタンデュが変調器のエタンデュに最もきっちりと整合したときに有利である。
【００１３】
例えば、開口数を大きくするとエタンデュが大きくなり、それにより、光学システムが得る光が増える。同様に、元の画像サイズを大きくすると、光が生じる面積が大きくなり、エタンデュが大きくなる。照明側で大きいエタンデュを利用するには、エタンデュは、照明源のものより大きいかまたはそれと等しくなければならない。しかしながら、一般的に、画像が大きいほどコストがかかる。これは、特に、シリコン基板と欠陥可能性がサイズと共に増大するＬＣＯＳ構成要素やＤＬＰ構成要素などの装置に当てはまる。概して、エタンデュが大きくなると複雑になり光学設計のコストが増える。例えば、特許文献１７に略述されたような手法を使用すると、光学システム内のレンズ構成要素のエタンデュを大きくするように設計しなければならない。システム光学素子によって集束しなければならない光の元の画像面積は、赤色、緑色および青色光経路内の空間光変調器の合成面積の和であり、特に、これは、形成された最終的な多色画像の面積の３倍である。すなわち、特許文献１７で開示された構成では、赤色、緑色および青色経路が独立しており、光学的に集束されなければならないので、光学構成要素は、かなり大きな画像領域、したがって高いエタンデュを処理しなければならない。さらに、特許文献１７に開示されたような構成は、形成された最終的な多色画像の３倍の面積からの光を処理するが、この構成は、各色経路が全光レベルの３分の１しか含まないので、輝度が高いという利点を提供しない。
【００１４】
効率は、光源のエタンデュが空間光変調器のエタンデュとよく一致するときに改善する。エタンデュがあまり一致しないと、光学システムが、光量不足で空間光変調器に十分な光を提供できないか、変調のために生成された光の大部分が非効率的に実質的に廃棄される。
【００１５】
許容可能なシステム・コストでデジタル映画用途に十分な輝度を提供する目的は、ＬＣＤシステムとＤＬＰシステム両方の設計者を困惑させてきた。ＬＣＤシステムは、偏光の要件によって性能が損なわれ、偏光回復技術が使用される場合でも、効率が低下しエタンデュが増大した。ＤＬＰデバイスの設計は、偏光を必要とせず、多少効率が高いことが分かっているが、高価で短寿命のランプとコストの高い光学エンジンも必要なので、高価過ぎて従来の映画投影機器と競合できない。
【００１６】
従来の高性能フィルム投影システムと競合しかつ電子またはデジタル映画と名付けられたものを提供するために、デジタル・プロジェクタは、この初期の機器に匹敵する映画輝度レベルを達成できなければならない。規模の見当として、典型的な劇場は、対角線で約４０フィートのスクリーン・サイズに投影するのに約１０，０００ルーメンを必要とする。スクリーン範囲では、どの場所でも５，０００ルーメンから４０，０００ルーメン以上を必要とする。この厳しい要求の輝度要件に加えて、これらのプロジェクタは、高解像度（２０４８ｘ１０８０画素）を出力し、約２０００：１のコントラストと広い色域も提供しなければならない。
【００１７】
いくつかのデジタル映画プロジェクタ設計は、この性能レベルが可能であることが分かっている。しかしながら、高い機器コストと運用コストが障害であった。これらの要件を満たす投影装置は、一般に、それぞれ５０，０００ドルを超えるコストがかかり、またしばしば１０００ドルを超える典型的な交換コストで５００〜２０００時間の間隔で交換を必要とする高ワット数キセノン・アーク・ランプを利用する。キセノン・ランプの大きなエタンデュは、そのような光源から光を収集し投影するために比較的明るい光学素子を必要とするので、コストと複雑さにかなり影響を及ぼす。
【００１８】
ＤＬＰ空間光変調器とＬＣＯＳ  ＬＣＤ空間光変調器（ＳＬＭ）の両方に共通の１つの欠点は、固体光源（詳細にはレーザ源）を使用する能力に制限があることであった。固体光源は、相対的スペクトル純度と潜在的に高い輝度レベルが他のタイプの光源より有利であるが、これらの利点を有効に使用するために様々な手法を必要とする。初期のデジタル・プロジェクタに関して説明されたように光源からの光を調整し、方向変更し、結合するために従来の方法と装置を使用することにより、レーザ・アレイ光源をどの程度使用できるかが制限を受ける可能性がある。
【００１９】
固体レーザは、エタンデュ、寿命、および全体のスペクトル/輝度安定性の改善を約束するが、最近まで、可視光をデジタル映画に十分なレベルと許容可能なコストで送出できなかった。より最近の開発で、ＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）レーザ・アレイが商業化され、光源としてのある程度の将来性がある。しかしながら、輝度自体まだ十分に高くなく、各色に必要な輝度を提供するためには、９つもの個別アレイからの組み合わせ光が必要とされる。
【００２０】
レーザ・アレイを使用する投影装置の例には以下のものがある。
【００２１】
特許文献１８は、プロジェクタ照明用のマイクロレーザ・アレイの使用について述べている。
【００２２】
特許文献１９は、空間光変調器にレーザ照明を提供するための有機レーザの使用について述べている。
【００２３】
特許文献２０は、照明用の拡張面発光半導体レーザ・アレイの使用について述べている。
【００２４】
特許文献２１は、プロジェクタ照明用のマイクロレーザ・アレイを使用する様々な表示装置実施形態について述べている。
【００２５】
特許文献２２は、高冷却効率を有する従来のレーザ・バーおよびエッジ発光ダイオードのパッケージングについて述べており、平行ビーム間の間隔をなくすかまたは少なくすることによって二次元アレイの発散サイズ積（divergence-size product）（エタンデュ）を小さくするリフレクタと組み合わされたレンズの使用について述べている。
【００２６】
なお、特許文献１８は、「Laser Illuminated Image Projection System and Method of Using Same」と題するＫａｐｐｅｌらによる米国特許第５，７０４，７００号である。
特許文献１９は、「Electronic Imaging System Using Organic Laser Array Illuminating an Area Light Valve」と題するＫｒｕｓｃｈｗｉｔｚらの同一出願人による米国特許第６，９５０，４５４号である。特許文献２０は、「Projection Display Apparatus, System, and Method」と題するＭｏｏｒａｄｉａｎらによる米国特許出願公開第２００６／００２３１７３号である。特許文献２１は、「Displays Using Solid-State Light Sources」と題するＧｌｅｎｎによる米国特許第７，０５２，１４５号である。特許文献２２は、「Laser Diode Array Assemblies With Optimized Brightness Conservation」と題するＬａｎｇらによる米国特許第６，２４０，１１６号である。
【００２７】
これらのタイプそれぞれの解決策には問題がある。特許文献１８は、画像投影において光源として使用するためのコヒーレント・レーザのモノリシック・アレイの使用を教示しており、それにより、レーザの数は、プロジェクタのルーメン出力の出力要件を満たすように選択される。しかしながら、高ルーメン・プロジェクタにおいて、この手法にはいくつかの問題が生じる。装置の数が増えるほど生産留まりが低下し、アレイの規模が大きいほど熱問題が大きくなる可能性がある。また、コヒーレンスが、モノリシック設計の問題を引き起こす可能性がある。レーザ源のコヒーレンスは、一般に、光学干渉や斑点などのアーティファクトを発生させる。したがって、コヒーレンス、空間および時間コヒーレンスが弱いかまたは無視できるレーザ・アレイを使用することが望ましい。スペクトル・コヒーレンスは、色域を改善する観点からは望ましいが、スペクトル広がりの少ないことは、干渉と斑点の影響を少なくするのに望ましく、また単一スペクトル源の色ずれ効果も減少させる。この色ずれは、例えば、別個の赤色、緑色および青色レーザ源を有する三色投影システムで生じる可能性がある。単一色アレイのすべてのレーザが繋がった狭い波長のものであり、動作波長にずれが生じた場合、白色点とプロジェクタ全体の色が仕様から外れる可能性がある。一方、アレイが、波長の小さなばらつきで平均化された場合は、出力全体の単一色のずれの影響が大幅に減少する。Ｋａｐｐｅｌが述べているようにこのコヒーレンスを破壊するのに役立つ構成要素がシステムに追加されてもよいが、コストと単純性の観点から、様々な生産ロットからのわずかに異なるデバイスを利用して実質的に非コヒーレンスなレーザ源を構成することが好ましい。更に、この非コヒーレンスをレーザ源以上に減少させるほとんどの手段は、レーザ源の有効度（エタンデュ）を高め、光損失を増大させ、システムのコストを高めるディフューザなどの構成要素を利用するので、レーザ源での空間的および時間的コヒーレンスを減少させることが好ましい。レーザのエタンデュを小さく維持することにより、照明用の光学トレインを単純化することができ、これはきわめて望ましい。
【００２８】
特に投影用途を対象とするレーザ・アレイは、カリフォルニア州サニーベイルのＮｏｖａｌｕｘによるＶＥＣＳＥＬ（垂直外部共振器型面発光レーザ）とＮＥＣＳＥＬ（Ｎｏｖａｌｕｘ外部共振器型面発光レーザ）装置を含む様々なタイプのＶＣＳＥＬアレイである。しかしながら、これらの装置を使用する従来の解決策には、いくつかの問題が生じやすかった。１つの制限は、装置歩留まりに関する。主に必須構成要素の熱とパッケージングの問題により、商品化されたＶＥＣＳＥＬアレイは、長さが延長されるが、高さが制限されており、一般に、ＶＥＣＳＥＬアレイには２列の放射源しかない。３列以上を使用すると、歩留まりとパッケージングの問題が著しく大きくなりやすい。この実際の制限により、例えば、特許文献２１に記載されたような投影装置用のＶＥＣＳＥＬ照明システムを提供するのが困難になる。特許文献２０で提案された投影解決策を使用すると輝度が抑制される。特許文献１９や他の特許文献は、有機ＶＣＳＥＬを使用するレーザ・アレイの使用を述べているが、これらの有機レーザは、まだ商業化に成功していない。これらの問題に加えて、従来のＶＥＣＳＥＬ設計は、電源接続と放熱に困難な傾向がある。これらのレーザは、高出力のものであり、例えば、Ｎｏｖａｌｕｘによる２列装置の２倍の周波数の単一列レーザ装置は、３Ｗを超える有効光を生成する。したがって、未使用電流による著しい電流要件と熱負荷がある可能性がある。寿命とビーム品質は、安定した温度維持に大きく依存する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】米国特許第４，４４１，７９１号（Ｈｏｒｎｂｅｃｋ）
【特許文献２】米国特許第５，５３５，０４７号（Ｈｏｒｎｂｅｃｋ）
【特許文献３】米国特許第５，６００，３８３号（Ｈｏｒｎｂｅｃｋ）
【特許文献４】米国特許第５，７１９，６９５号（Ｈｅｉｍｂｕｃｈ）
【特許文献５】米国特許第５，９１４，８１８号（Ｔｅｊａｄａら）
【特許文献６】米国特許第５，９３０，０５０号（Ｄｅｗａｌｄ）
【特許文献７】米国特許第６，００８，９５１号（Ａｎｄｅｒｓｏｎ）
【特許文献８】米国特許第６，０８９，７１７号（Ｉｗａｉ）
【特許文献９】米国特許第５，８０８，７９５号（Ｓｈｉｍｏｍｕｒａら）
【特許文献１０】米国特許第５，７９８，８１９号（Ｈａｔｔｏｒｉら）
【特許文献１１】米国特許第５，９１８，９６１号（Ｕｅｄａ）
【特許文献１２】米国特許第６，０１０，１２１号（Ｍａｋｉら）
【特許文献１３】米国特許第６，０６２，６９４号（Ｏｉｋａｗａら）
【特許文献１４】米国特許出願公開第２００７／０１２７１２１号（Ｍａｘｉｍｕｓら）
【特許文献１５】米国特許第６，７９３，３４１号（Ｓｖａｒｄａｌら）
【特許文献１６】米国特許出願第２００６／０２９１０５３号（Ｒｏｂｉｎｓｏｎら）
【特許文献１７】米国特許第５，９０７，４３７号(Ｓｐｒｏｔｂｅｒｙら)
【特許文献１８】米国特許第５，７０４，７００号
【特許文献１９】米国特許第６，９５０，４５４号
【特許文献２０】米国特許出願公開第２００６／００２３１７３号
【特許文献２１】米国特許第７，０５２，１４５号
【特許文献２２】米国特許第６，２４０，１１６号。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
投影システムへのレーザ源の結合は、従来の手法を使用して十分に解決できない別の問題を引き起こす。例えば、Ｎｏｖａｌｕｘ  ＮＥＳＥＬレーザを使用すると、ほとんどの劇場の要件１０，０００ルーメンに近づけるために各色に２列の２４レーザ・アレイが必要となる。投影エンジンの最適性能を可能にするためには、これらのレーザ源ならびに電子送出と接続およびそれに関連した熱を、主に熱的に影響を受けやすい光学システムから分離することが望ましい。従来のエッジ発光レーザ・ダイオードなどの他のレーザ源が可能である。しかしながら、これらのレーザ源は、アレイの形でパッケージ化するのが難しく、従来から輝度レベルが高いほど寿命が短くなる。
【００３１】
従来の解決策は、レーザ源とシステムのエタンデュ整合の問題と照明源を光学エンジンから熱的に分離する問題に十分に取り組んでいない。さらに、従来の解決策は、立体的デジタル映画投影システムを生成するためにレーザを有効に利用する方法に取り組んでいない。したがって、立体的デジタル映画投影システムに多波長レーザ光源を利用する照明解決策が必要であることが分かる。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本発明に係る立体的デジタル画像プロジェクタは、（ａ）別々に制御され、スペクトル的に隣接した２つの光源であって、スペクトル的に隣接したスペクトル・バンドを有し、両方のスペクトル・バンドが、赤色スペクトル、緑色スペクトル、または、青色スペクトルのいずれかに該当する、２つの光源と、（ｂ）前記光源からの光を単一空間領域に結合するダイクロイック・ビームスプリッタと、（ｃ）それぞれスペクトル的に隣接した光源からの照明光を交互に提供するコントローラ・システムと、（ｄ）前記コントローラ・システムによって交互に提供された各照明光を受け取り、前記交互に提供された各照明光に対応する画像化光を提供する空間光変調器と、（ｅ）前記空間光変調器からの画像化光を投影領域に出力するための投影光学素子と、（ｆ）１つの隣接スペクトル・バンド状態をそれぞれの目に選択的に透過し、同時に別の隣接スペクトル・バンドを拒否するための視聴者用のフィルタ・メガネと、を含む。本発明の目的の一つは、ＤＬＰやＬＣＯＳなどのデジタル空間光変調器および関連したマイクロディスプレイ空間光変調器装置による立体画像化の要求に取り組むことである。この目的を認識して、本発明の一実施形態では、（ａ）第１の光源と、（ｂ）第１の光源にスペクトル的に隣接した第２の光源と、（ｃ）第１と第２の光源両方の光を導くように配置されたダイクロイック・ビームスプリッタと、（ｄ）第１と第２の光源両方から光を受け取る空間光変調器と、（ｅ）空間光変調器から画像化光を出力するための投影光学素子とを含む、輝度を高めるデジタル画像プロジェクタを提供する。
【００３３】
本発明の特徴は、照明構成要素と変調構成要素の間のエタンデュ整合を改善する方法を提供することである。
【００３４】
本発明の以上その他の目的、特徴および利点は、本発明の実例となる実施形態を示し説明した図面と関連して行われる以下の詳細な説明を読むことにより、当業者に明らかになるであろう。
【００３５】
本明細書は、本発明の内容を詳細に指摘し明確に請求する請求項でまとめられているが、本発明は、添付図面と関連して行われたときに以下の説明からよりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】様々な色の光経路に結合プリズムを使用する従来の投影装置の概略ブロック図である。
【図２】光学システムのエタンデュを示す代表図である。
【図３Ａ】異なる固体光アレイ/光ガイド組み合わせの相対フィル・ファクタを示す平面図である。
【図３Ｂ】異なる固体光アレイ/光ガイド組み合わせの相対フィル・ファクタを示す平面図である。
【図３Ｃ】本発明のスペクトル的に隣接したバンドを示すグラフである。
【図４】本発明の照明結合器を立体投影に使用する投影装置の全体配置を示す概略ブロック図である。
【図５】複数の固体光アレイからの隣接スペクトル光を同じ照明経路に沿ってどのように提供できるかを示す概略側面図である。
【図６】複数の固体光アレイからの隣接スペクトル光を同じ照明経路に沿ってどのように提供できるかを示す斜視図である。
【図７Ａ】一実施形態における複数の固体光アレイから１つのスペクトル・バンドの照明を導くためのダイクロイック・ビームスプリッタの使用を示す概略側面図である。
【図７Ｂ】一実施形態における複数の固体光アレイから隣接スペクトル・バンドの照明を導くためのダイクロイック・ビームスプリッタの使用を示す概略側面図である。
【図８】立体像表現に使用される隣接スペクトル・バンドの交互のタイミングを示すタイミング図である。
【図９Ａ】一実施形態における複数の固体光アレイからの照明を組み合わせるための光方向変更プリズムの使用を示す概略側面図である。
【図９Ｂ】図９Ａの光方向変更プリズムの斜視図である。
【図１０】代替実施形態における光方向変更プリズムの概略側面図である。
【図１１】固体光アレイからデュアル隣接スペクトル・バンドの光を提供するための２つの光方向変更プリズムの使用を示す概略側面図である。
【図１２】両面から光を受ける光方向変更プリズムの一実施形態の使用を示す概略側面図である。
【図１３】それぞれの隣接スペクトル・バンドの光のために図１２の光方向変更プリズムを使用する照明装置の概略側面図である。
【図１４】図１２の光方向変更プリズムによるデュアル隣接スペクトル・バンドを使用する投影装置の概略図である。
【図１５】図１２の光方向変更プリズムによるデュアル隣接スペクトル・バンドを使用するが光ガイドのない代替投影装置の概略図である。
【図１６】隣接スペクトル・バンドごとの図１２の光方向変更プリズムと回転光学シャッタを使用して照明スペクトルを区別する照明装置の概略側面図である。
【図１７】隣接スペクトル・バンドを半分透過し半分反射する光学シャッタの概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
この説明は、詳細には、本発明による装置の一部を構成する要素、またはその装置とより直接的に協力する要素を対象とする。具体的に示されても説明されてもいない要素が、当業者に周知の様々な形態をとることができることを理解されたい。
【００３８】
本発明は、スペクトル的に隣接した波長域の使用を必要とする。この用語は、特定のカラー・スペクトル内の実質的に異なる隣接した波長領域を指す。例えば、図３Ｃを参照すると、典型的なデジタル表示システムは、青、緑および赤として定義された３つ以上の一般カラー・スペクトルから構成されることが多い。これらは、スペクトル幅が３０ｎｍ〜１００ｎｍの波長領域から構成される場合がある。そのようなカラー・スペクトル内で、より小さい隣接サブセットを定義することができる。この一例は、４２０ｎｍ〜４６０ｎｍの青カラー・スペクトルになる。２つのスペクトル的に隣接した帯域は、４２０〜４３０ｎｍと４４０〜４５０ｎｍのスペクトルで構成されてもよい。これらは両方とも、一般カラー・スペクトル帯の範囲内にあるが、またスペクトル的に異なる。レーザ・スペクトルは本質的に狭いので、レーザ光源の使用により、これらのスペクトル的に隣接した色は狭くなる可能性が高い。そのような空間的分離は、隣接スペクトル・バンドを組み合わせるかまたは隣接スペクトル・バンドを拒否するために使用される場合があるコーティングの要件によって定義される。隣接スペクトル・バンド間のこの小さな分離により、色空間の変動を最小にし、投影システムの色域を最も広くすることができる。したがって、これらのバンドを、適切なフィルタを製造しかつまた一般カラー・スペクトル内に留まることができる範囲内でできるだけ近づけることが望ましい。
【００３９】
本明細書に示され説明された図は、本発明による動作原理を示すために提供され、実際のサイズまたは縮尺を示すように描かれていない。本発明のレーザ・アレイの構成部品が相対的寸法なので、基本構造、形状および解説書を強調するためにある程度の誇張が必要である。
【００４０】
本発明の実施形態は、隣接デュアル・スペクトル源を使用することによって立体的視聴システムの輝度を改善する必要性に取り組み、また照明組立体の容易な取り外しとモジュール交換を可能にすることもできる解決策を提供する。本発明の実施形態は、更に、偏光式プロジェクタと供に使用される光学構成要素内で熱的に生じる応力複屈折を普通ならば引き起こす可能性のある熱効果を減少させる機能を提供する。本発明の実施形態は、ＶＥＣＳＥＬレーザ・アレイや他のタイプの固体光アレイから放射される光の固有の偏光を利用する。
【００４１】
本発明の実施形態により熱負荷を減少させるために使用される１つの手法は、導波路構造を使用することによって光源を光変調構成要素から分離することである。複数の固体光源アレイからの光が、変調装置に光を送る光導波路内に結合される。これが行われるとき、導波路出力が空間光変調器の縦横比と十分に一致するように光源と導波路の間の境界の形状を最適化することができる。実際には、これは、導波路の開口が、最適なエタンデュ・レベルを維持するために実質的に塞がれるかほとんど塞がれていないことを意味する。この配置は、また、照明光学素子の速度要件を最小にするのに役立つ。
【００４２】
図３Ａと図３Ｂを参照すると、光ガイド５２の入力開口が、断面で示される。固体光アレイ４４は、縮尺が適切な場合に、光ガイド５２の入力開口に見えるように示される。図３Ａに示したように、開口は塞がれておらず、それにより、光ガイド５２の空間光変調器端でのエタンデュ整合が不十分になり易い。図３Ｂでは、光ガイド５２の入力開口の形状をその従来の円形から変更することによって、アレイ４４と光ガイド５２の縦横比が十分に整合される。複数のアレイ４４を組み合わせる方法は後で説明される。この手法を使用する実施形態では、光ガイド５２に光ファイバを利用することができる。一実施形態では、長方形コア光ファイバが使用される。例えば、フィンランド、ロハジャ（Lohaja）のＬｉｅｋｋｉによる長方形コア・ファイバが、光源の縦横比をより整合させるように製作された。
【００４３】
本発明をよりよく理解するために、本発明の装置と方法が使用できる全体的状況を説明することは有益である。図４の概略図は、本発明のいくつかの実施形態で使用される投影装置１０の基本構成を示す。３つの光変調組立体４０ｒ、４０ｇおよび４０ｂが示され、各光変調組立体は、照明結合器４２からの基本的な赤、緑または青（ＲＧＢ）カラー・バンドのうちの１つをそれぞれ変調する。各光変調組立体４０ｒ、４０ｇおよび４０ｂでは、任意選択のレンズ５０が、光を光ファイバなどの光ガイド５２に導く。光ガイド５２の出力で、レンズ５４は、光を、ハエの目積分器（fly's eye integrator）や積分バーなどの積分器５１内を介して、例えば空間光変調器６０まで導くが、空間光変調器６０は、ＤＬＰ、ＬＣＯＳ、その他の変調構成要素でよい。ＬＣＯＳと共に使用する場合、偏光レーザが使用されるとき、偏光をきわめて偏光された状態に維持することが好ましい。ＤＬＰ変調器の場合、これは不要である。次に、多数の可能な実施形態により全体が図４に破線で概略的に示された投影光学素子７０は、変調光を表示面８０に導く。次に、本発明の後の実施形態には、図４に示された全体的な構成が、照明結合器４２に使用される様々な構成と共に使用される。照明結合器４２は、隣接したスペクトル・バンドの光を交互に提供し、それにより左目と右目の交互のビューが次々と提供される。
【００４４】
図５は、複数のアレイ４４および４４’を組み合わせてより大きなアレイを構成するための１つの手法を示す。図６は、図５の構成を斜視図で示す。図５では、追加のアレイ４４’の光学軸をアレイ４４と一致させるために、１つまたは複数の散在されたミラー４６が使用されてもよい。しかしながら、アレイ４４をこのように積み重ねることができる数が、熱および間隔要件によって制限される場合があることが分かる。
【００４５】
図５と図６に示した構成は、図７Ａと図７Ｂおよび図８のタイミング図に示したように、異なるスペクトル成分またはずれた隣り合ったスペクトル成分を有する光を使用できるようにある程度修正することができる。図７Ａと図７Ｂは、照明結合器４２を示し、図８のタイミング図は、光変調組立体４０ｒ、４０ｇおよび４０ｂのいずれかの中で、同じ空間光変調器６０（図４）に導かれた光を２つの隣接したカラー・スペクトル間で素早く交番させて、それにより左目画像と右眼画像をどのように提供することができるかを示す。２つのレーザ・バンク４４ａおよび４４ｂがあり、例として固体レーザ・アレイが示される。レーザ４４ａおよび４４ｂは、隣接スペクトル・バンドの光を提供する。次に、視聴者は、表示するための単一波長域を分離し選択的に透過し同時に交互の目のための隣接波長域を遮断するフィルタ・メガネを装着する。図８に示したデューティ・サイクルは、それぞれの目に５０％照明する。各目上の平均出力密度が同じであれば、デューティ・サイクルをもっと短くすることができる。最適なデューティ・サイクルと頻度率は、空間光変調器の動作速度、レーザ装置の動作速度および視聴者の不快さを最小にする必要性によって選択されなければならない。リフレッシュ・レート１２０ｈｚの典型的な最小許容周波数が望ましいが、もっと高い周波数が好ましい。三次元ＤＬＰデジタル映画用途では、１４４ｈｚが使用されることが多い。
【００４６】
いくつかの例では、レーザを高品質立体画像化に必要な周波数の変調方式で動作させることが実際的でない場合がある。例えば、レーザをそのような方式で駆動するときにレーザが安定になり、それによりレーザ出力に望ましくないかまたは制御不能な変動が生じる場合がある。本発明の代替実施形態は、固定動作式レーザ（変調されてもよいが、立体的用ではない）を光学シャッタと組み合わせて利用することである。図１６と図１７は、モータ６６によって空間光変調器と同期して回転される光学シャッタ６５を示す。図１７は、光学シャッタ６５が、反射部分７５と透過部分７６を有することを示す。反射部分７５が、４４ａおよび４４ｂからの光の光経路内に回転されたとき、４４ａからの光は、投影のための光学システム内に反射され、一方４４ｂからの光は、ビーム・ダンプ６７に反射される。同様に、透過部分７６が、４４ａと４４ｂからの光の光経路内に回転されたとき、４４ｂからの光は、投影のために光学システム内に透過され、一方４４ａからの光はビーム・ダンプに透過される。それにより、部分７５と７６の回転は、４４ａと４４ｂからの２つの隣接カラー・バンドを交互にする光学システム照明を提供する。単純化された事例では、４４ａと４４ｂからの光は、照明源４４ａからのスペクトルを許容する目のための空間光変調器上の画像セットに対応する時間の５０％だけ同時に反射される。４４ａからの光は、光学シャッタ６５で反射され、空間光変調器に送られ、次にスクリーンに投影され、それを、隣接スペクトル４４ａからの光だけを許容する色選択フィルタ・メガネを装着したユーザが見る。照明源４４ｂからの光は、ビーム・ダンプ６７に反射される。同様に、光学シャッタ６５は、照明４４ａと４４ｂの実質的にすべてを時間の５０％だけ透過する。この事例では、４４ａからの光は、ビーム・ダンプ６７で終わり、４４ｂからの光は、交互の目のためにコンテンツを画像化する変調器に送られる。この光は、隣接スペクトル４４ｂだけを透過するように設計されたフィルタ・メガネを通して視聴者の対応する目に達する。
【００４７】
この手法は、従来の実施形態より光損失が多いが、先行技術と同じように、実施するのは容易である。先行技術は、適切な隣接スペクトルを分離するために色選択コーティングの使用を必要とする。これは、３つの波長域をすべて同時に処理しなければならない。この実施形態では、光学シャッタの半分（反射部分）に単純なミラーが使用されてもよいが、他方の半分は単純な窓（透過部分）でよい。あるいは、エッジ・フィルタ設計がずれた２つの異なる波長感応コーティングが使用されてもよい。１つのスペクトル・バンドしか必要ないので、専用コーティング・タイプなしに製造する方が実質的に簡単である。いずれの場合も、ゴースト反射が引き起こすクロストーク光が、不適切な隣接スペクトル・バンドから空間光変調器に入るのを防ぐために、基板上に適切な反射防止コーティングが必要な場合がある。さらに、従来の非立体画像の輝度を高めるために、両方の隣接スペクトル・バンドの透過を可能にしたい場合がある。この場合、光学シャッタが除去されてもよく、ダイクロイック・ビームスプリッタが再挿入されてもよい。これは、コンテンツ選択システムによって自動化することができる。
【００４８】
それぞれの目に必要な色ずれ補正が最小になるよう各レーザのスペクトルの波長が隣接することが望ましく、これと反対に、また、左目と右目の光を十分に分離し、クロストークを最小限に抑えるフィルタを設計できるように十分なスペクトル・シフトを有することが望ましい。そのようなフィルタは、一般に、薄膜式エッジまたは帯域フィルタを利用することによって製造される。そのようなフィルタは、より小さな遷移（より急勾配）で高透過から遮断まで波長が遷移する領域を有し、一般にコストの高い光学層を必要とする。色空間と遷移空間の間のこのトレードオフは、特定の望ましい波長分離を定義する。ＮＥＳＣＥＬレーザは、一般に、同じスペクトル・バンド用に設計された試料間で約０．５ｎｍの変動を有する。したがって、光学コーティングが、完全透過から完全遮断まで１ｎｍ以内の遷移領域を有するように十分な許容範囲で設計され製造されれば、最小スペクトル分離は１ｎｍである。しかしながら、より一般に、そのようなコーティングには最小５ｎｍが必要になる。したがって、コーティングの製造コストが限定要因になることが多い。
【００４９】
交互の照明サイクルの一方の半分で、図７Ａに示したように、アレイ４４ａが通電される。この光は、ダイクロイック・ビームスプリッタ６２から反射する。交互の照明サイクルの他方の半分で、図７Ｂに示したようにアレイ４４ｂが通電される。この光は、ダイクロイック・ビームスプリッタ６２を透過する。非立体的用途では、隣接レーザ４４ａと４４ｂ両方からの光は、より明るい撮像装置を提供するために一緒に使用されてもよく、各レーザ源の寿命を釣り合わせるために半分の電力で使用されてもよい。
【００５０】
この構成は、両方の隣接スペクトル・バンドの光を同じ照明軸上にすると有利である。この手法のエタンデュは、前に図５で単一チャネル用に示された構成に示したものと同じままである。したがって、非立体的用途において、両方のスペクトル・バンドが画像化された場合、光源の輝度は実質的に２倍になる。これにより、光学エンジンは、単一光源の低いエタンデュで有効に動作することができ、光学速度が遅くなりコントラストが高くなるという利点が提供される。しかしながら、立体が望ましい場合、ある特定の瞬間に単一の光源だけが利用され、したがって、有効輝度は、図５Ｂと同じままである。ずらされた隣接スペクトル・バンドが、光源帯域幅全体を大きくし、それにより可能な色域が減少するが、波長をできるだけ近くに維持することによって、この効果は減少する。左目スペクトル・バンドとその後の右目スペクトル・バンドの組み合わせを、それらの白色点ができるだけ近くなるように選択することは望ましい。選択された主要バンド（隣接スペクトル・バンドの組み合わせ）の全体の幅は、従来のキセノン光源の幅よりかなり小さくなければならず、典型的なバンドは、１００ｎｍも高くてもよい。レーザを使用する場合、両方の隣接スペクトルを含むバンド全体が、２０ｎｍ以下しか含むことができず、きわめて単純な光学コーティングを作成するのに十分なマージンが提供され、また色域が従来の照明より実質的に大きくなる。
【００５１】
図９ａと図９Ｂはそれぞれ、小さい面積内に集中された４つの固体光アレイ４４からのレーザ光を組み合わせる照明結合器４２の一実施形態の側面図と斜視図を示す。光方向変更プリズム３０が、アレイ４４から放射方向Ｄ１に放射された光を受け入れる入射面３２を有する。光は、光学軸の方向に沿いかつ放射方向Ｄ１と実質的に直角の出力方向Ｄ２に方向変更される。光方向変更プリズム３０は、光方向変更ファセット（ｆａｃｅｔ）３８を有する方向変更面３６を有する。光方向変更ファセット３８は、放射方向Ｄ１に対して斜めであり、レーザ２６から放射された光を全反射（ＴＩＲ）する。図９Ａと図９Ｂに示したように互い違いに配列されたとき、これらの特徴形状は、この照明の光経路を狭くして、より狭い光ビームを提供する。図９Ｂが示すように、光アレイ４４は、長手方向Ｌに延在する複数のレーザ２６を有する。方向変更面３６上の光方向変更ファセット３８と他のファセットも方向Ｌに延在する。
【００５２】
いくつかの変形が可能である。例えば、図１０の側面断面図は、光方向変更プリズム３０の光方向変更ファセット３８が光アレイ４４上の複数列のレーザから同時に光を方向変更するように寸法決めされた代替実施形態を示す。入射面３２は、放射方向Ｄ１に対して直角でなくてもよく、光アレイ４４の配置に対して多少のずれが可能であり、光方向変更プリズム３０の屈折率ｎを考慮する必要がある。
【００５３】
図１１の概略ブロック図は、隣接カラー・バンドを使用する実施形態において複数の光方向変更プリズム３０を利用して高い輝度を提供することができる方法を示す。図７Ａと図７Ｂに関して前に説明したように、ダイクロイック・ビームスプリッタ６２を介した光アレイ４４ａと４４ｂからの交互の照明は、隣接カラー・バンドの光を空間光変調器６０に導いて立体画像を提供する。
【００５４】
図１２の側面断面図は、固体アレイを使用する図９ａ〜図１０に示した実施形態よりさらに小さい構成の照明を提供する、照明結合器４２内の光方向変更プリズム３０の別の実施形態を示す。この実施形態では、光方向変更プリズム３０は、反対の放射方向Ｄ１とＤ１’を有する互いに向かい合うアレイ４４からの光を受け入れる２つの方向変更面３６を有する。各方向変更面３６は、２つのタイプのファセットを有し、それらのファセットは、光方向変更ファセット３８と、対応するアレイ４４からの入射光に対して垂直であるかまたは垂直に対して斜めの何らかの他の角度でもよい入射ファセット２８である。これにより、反射防止コーティング面からのわずかな残余光を各レーザに逆反射させることにより、光方向変更プリズム３０に対する種々のレーザ・モジュールの位置合わせが容易になる。この逆反射は、レーザにモード不安定性を引き起こす場合がある複雑な外部空洞を作り出す手段として有用なことがある。そのようなモード・ホッピングは、代表的用途ではノイズと見なされる場合があるが、このノイズは、レーザ・コヒーレンス（および、レーザ間コヒーレンス）をさらに減少させることによって投影の価値を高めることができ、それにより像平面で視覚的斑点が減少する。さらに、この両面手法により、レーザ・モジュールは、互いに隣り合った異なるモジュールからの光で挟まれ、光が光学システムに光学的に組み込まれたときにさらに他の空間混合源を提供する。この場合も、これは、斑点を減少させかつシステム均一性を高めるのに役立つ。この光を光積分器５１に直接画像化することができるが、組み合わされた遠視野照明（far field illumination）を変わりに導くことによって、さらなる光積分と斑点減少を実現することができる。この手法により、積分器は、光の複数の点ではなくガウスビーム強度プロファイルを本質的に均一化することが必要になる。近視野照射と遠視野照明の何らかの組み合わせが、照明のエタンデュを最小にしかつ送られた光の均一性を最大にするのに最適な場合がある。さらに、より多くの遠視野照明を利用することにより、照明源と空間光変調エンジンとの間の空間的分離が提供され、したがって熱分離が高められる。
【００５５】
図１２に示したレーザ４４に対するプリズム３０のこの向きが有利であることは分かるが、入力面または出力面に対する垂直入射光は、照明源を組み合わせるためには不要である。しかしながら、面３４でプリズム３０から出る方向変更された光ビームは、互いに実質的に平行でなければならない。これを実現するには、いくつかの要素を熟慮する必要がある。そのような要素には、各面の入力ファセットに対する各面（異なる場合があるので）のレーザ４４の入射角と、材料の屈折率に基づくプリズム内の屈折率との組み合わせがある。更に、各面から方向変更ファセット（この場合も、これらは各面で異なる場合がある）の反射を考慮しなければならず、プリズムの屈折率との組み合わせが、出口面からの出力光ビームが平行になるように協力しなければならない。
【００５６】
図１４の概略ブロック図は、図１３に関して述べた基本構成による各色チャネル内で光方向変更プリズム３０を使用するプロジェクタ装置１０の一実施形態を示す。光変調組立体４０ｒ、４０ｇおよび４０ｂはそれぞれ、ダイクロイック・ビーム６２で構成された１対の光方向変更プリズム３０を有する。各光変調組立体において、いずれかの光方向変更プリズム３０からの隣接スペクトル・バンド光は、光ガイド５２を通ってレンズ５０と積分器５１までダイクロイック・ビームスプリッタ６２を介して導かれる。空間光変調器６０は、デジタル・マイクロミラー、ＬＣＯＳ、光を変調する他の装置である。示された実施形態は、マイクロミラー装置の角度変調を使用するように設計されているが、ＬＣＯＳと供に利用されてもよく、薄膜被覆面６８は、入射光をその反射角に従って反射または透過するように処理され、その結果、変調光がダイクロイック結合器８２に導かれる。ダイクロイック結合器８２は、光を波長に従って選択的に反射または透過するダイクロイック面８４の構成を有し、各光変調組立体４０ｒ、４０ｇおよび４０ｂからの変調光を投影光学素子７０を介して単一光経路上に結合する。光変調組立体４０ｒ、４０ｇおよび４０ｂは、デュアル隣接スペクトル・バンドから成り、ダイクロイック面８４は、これらの隣接バンドを両方とも同様に処理するように設計される。
【００５７】
図１５の概略ブロック図は、図１４と類似しているが光ガイド５２のない一実施形態のプロジェクタ装置１０の代替実施形態を示す。この実施形態は、光ガイド５２が透過光の偏光を劣化させる傾向があるので有利なことがある。そのような実施形態では、偏光状態が維持されるので、小型レンズ・アレイは、照明を均一にするのに優れた効果を発揮する。
【００５８】
本発明は、本明細書で説明された例示的な実施形態からいくつかの変形が可能である。例えば、ＶＥＣＳＥＬや他のレーザ・アレイの代替として様々なレーザ光源を使用することができる。光方向変更プリズム３０は、多くのきわめて透過性の高い材料から作成することができる。低出力用途では、プラスチックが選択されてもよく、部品にほとんど応力をかけないモールド成形工程が使用される。同様に、生じる応力または熱誘導複屈折が最小である材料が選択されることが望ましい。そのような材料の例は、アクリルやZeon ChemicalsからのZeonexなどのプラスチックである。これは、特に、光方向変更プリズム３０が偏光式光学システムで使用される場合に重要である。
【００５９】
多数の高出力レーザが必要とされるデジタル映画などのより高出力の用途では、さらにわずかなレベルの光吸収により蓄積した熱が、最終的に材料を劣化させ透過率を低下させる可能性があるので、プラスチックは、光方向変更プリズム３０と供に使用するには現実的でない場合がある。この場合、ガラスが好ましい。この場合も、応力複屈折が、偏光式プロジェクタの問題になる可能性がある。この場合、ＳＦ５７などの複屈折応力係数の小さいガラスを使用することができる。
【００６０】
別の選択肢は、材料の加熱を防ぎ、これにより複屈折が生じないようにするために、石英ガラスなどのきわめて吸収率の低い光学ガラスを使用することである。そのようなタイプの材料は、モールド成形ガラス部品を作成するのに役立たない場合があり、したがって、完全なプリズムを作成するために複数部品の従来の研磨および／または組み立てが必要になる。モールド成形が望ましい場合は、低速モールド工程が好ましく、また固有応力を減少させるためにアニール処理が望ましい。残留複屈折から生じる可能性のある回転偏光状態を除去するために、クリーンアップ偏光子が望ましいかまたは必要な場合がある。これは、主に、効率、部品コストおよび必要な偏光純度のトレードオフである。
【００６１】
本発明の実施形態は、光源の縦横比を、使用される空間光変調器の縦横比に適するように形成するのに役立つ。本発明の実施形態は、光ガイドが柔軟であるだけでなく、実質的に変調器と同じ縦横比で形成することもできるように、様々な寸法の光ガイド５２と共に使用することができる。デジタル映画の場合、この比率は、約１．９：１である。代替実施形態は、方形コア・ファイバを使用することができる。同様に、共通多モード光ファイバなどの円形コア光導波路を利用することができる。
【００６２】
いくつかの実施形態に関して、照明結合器４２と積分器５１間の光導波路が示されているが、投影光学エンジンからの照明源を中継し分離する他の方法が可能であることは一般に知られている。図１５に示されたような共通レンズとの中継は、所望の温度と空間分離を達成する１つの手法である。
【００６３】
本発明は、特にいくつかの好ましい実施形態を参照して詳細に説明されたが、本発明の趣旨および範疇で変形および修正を行うことができることを理解されよう。例えば、詳細な実施形態においてレーザ・アレイが示された場合、代替として他の固体放射部品を使用することができる。各光経路に支持レンズを追加してもよい。本明細書に示された光学組立体では、均一化または光積分および中継の順序は、実際に大きな違いなしに逆にすることができる。
【００６４】
したがって、個別に制御された隣接スペクトル・バンド照明源を使用して輝度または立体的デジタル映画投影を強化する装置および方法が提供される。
【符号の説明】
【００６５】
１０  プロジェクタ装置、１２  光源、１４  プリズム組立体、１６  位置、１８  光学素子、２０，２０ｒ，２０ｇ，２０ｂ  空間光変調器、２６  レーザ、２８  入射ファセット、３０  光方向変更プリズム、３２  入射面、３４  出力面、３６  方向変更面
、３８  光方向変更ファセット、４０ｒ，４０ｇ，４０ｂ  光変調組立体、４２  照明結合器、４４，４４’，４４ａ，４４ｂ  固体光アレイ、４６  ミラー、４８，５６  偏光ビームスプリッタ、５０  レンズ、５１  積分器、５２  光ガイド、５４  レンズ、６０  空間光変調器、６２  ダイクロイック・ビームスプリッタ、６５  回転円板光学シャッタ、６６  モータ、６７  ビーム・ダンプ、６８  ダイクロイック面、７０  投影光学、７４  マイクロミラー、８０  表示面、８２  ダイクロイック結合器、８４  ダイクロイック面、Ａ  軸、Ｄ１，Ｄ１’  放射方向、Ｄ２  出力方向。
【図１】
0005416129.tif 000002
【図２】
0005416129.tif 000003
【図３Ａ】
0005416129.tif 000004
【図３Ｂ】
0005416129.tif 000005
【図３Ｃ】
0005416129.tif 000006
【図４】
0005416129.tif 000007
【図５】
0005416129.tif 000008
【図６】
0005416129.tif 000009
【図７Ａ】
0005416129.tif 000010
【図７Ｂ】
0005416129.tif 000011
【図８】
0005416129.tif 000012
【図９Ａ】
0005416129.tif 000013
【図９Ｂ】
0005416129.tif 000014
【図１０】
0005416129.tif 000015
【図１１】
0005416129.tif 000016
【図１２】
0005416129.tif 000017
【図１３】
0005416129.tif 000018
【図１４】
0005416129.tif 000019
【図１５】
0005416129.tif 000020
【図１６】
0005416129.tif 000021
【図１７】
0005416129.tif 000022