(57)【要約】【課題】本発明は、薄型化傾向及び現在の市場で家電製品の需要に従って、従来技術の同種類システムと比べて相対的に薄い厚さ又は狭い幅を有している。【解決手段】本発明は、多重投影システム及びこれを用いた表示システムを提出する。ビームに含まれる複数の影像をスクリーン上に投影するための投影システムは、前記ビームを提供するビーム源と、前記ビーム源に近接して配置され、正倍率を有する影像スプリッターと、前記影像スプリッターに近接して配置される撮像素子と、を含み、前記ビームは、前記影像スプリッター及び前記撮像素子を通過し、前記スクリーン上に投影する。【選択図】図４
2014071456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームに含まれる複数の影像をスクリーン上に投影するための表示システムであって、
前記ビームを提供する光弁と、
前記光弁と光学的に結合され、第一光軸及び正倍率を有する影像スプリッターと、
前記影像スプリッターと光学的に結合され、前記第一光軸と非同軸の第二光軸を有する光学撮像素子と、を含み、
前記光弁からの前記ビームは、前記影像スプリッター及び前記光学撮像素子を通過し、前記スクリーン上に投影することを特徴とする表示システム。
【請求項２】
前記正倍率の範囲は、１.０〜３.０であり、
前記表示システムは、
光を提供する光源と、
光入射面及び光出射面を有する集光ロッドと、更に含み、
前記光源は、ランプ、発光ダイオード、レーザー及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれた一つであり、
前記光源、前記集光ロッド及び前記光弁は、以下のように構成され、前記光源から発射された光が前記光入射面から入射し、前記光出射面から出射することで前記集光ロッドを通過し、前記ビームを形成するように前記光弁に伝達し、前記集光ロッドが前記光を統合し及び均一化して、前記影像スプリッターに入射する前記ビームが相対的に小さい光角を有するように前記光を楕円形光角にあることを引き起こし、
前記光弁は、デジタルマイクロミラーディスプレイチップ、エルコス（liquid-crystal-on-silicon）チップ及び透過型液晶ディスプレイチップからなる群から選ばれ、
前記光弁は、影像表示ユニット又は光処理ユニットとして機能し、
前記光弁は、複数の影像を含む前記ビームを形成するように前記光源と前記集光ロッドと協働して前記複数の影像を前記光に関連付けることを特徴とする請求項２に記載の表示システム。
【請求項３】
前記影像スプリッターは、前記光弁に向ける光弁側にある第一レンズ群と、前記光学撮像素子に向ける光学撮像素子側にある第二レンズ群と、を更に有し、
前記第一レンズ群は、前記ビームに対し第一収束を実行するために機能し、前記複数の影像が互いに重ならない状態になるように前記ビームにおける前記複数の影像を分割し、前記第二レンズ群は、前記ビームに対し第二収束を実行するために機能し、
前記第一レンズ群は、正レンズ、負レンズ及びそれらの組み合わせからなる群から選択され、
前記第二レンズ群は、正レンズ、負レンズ及びそれらの組み合わせからなる群から選択され、前記第一レンズ群と共に、前記第一光軸に同軸に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示システム。
【請求項４】
エタンデュ光不変理論（Etendue optical invariant theory）に従い、前記影像スプリッターが前記正倍率を有する時、前記光学撮像素子に入射する前記ビームは、相対的に小さな光角を有し、
前記複数の影像は、互いに独立している状態又は相互に依存している状態にあり、
前記第一光軸と前記第二光軸の間には、オフセットがあり、即ち、前記影像スプリッター及び前記光学撮像素子は、非同軸に配置され、
前記影像スプリッター及び前記光学撮像素子との間の反射要素セットがあり、
前記反射要素セットは、前記ビームを複数のビームを分割し、分割された前記複数のビームを複数の光学撮像素子のうちの一つに配向し、
前記表示システムは、背面投影表示システムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の表示システム。
【請求項５】
ビームに含まれる複数の影像をスクリーン上に投影するための投影システムであって、
前記ビームを提供するビーム源と、
前記ビーム源に近接して配置され、正倍率を有する影像スプリッターと、
前記影像スプリッターに近接して配置される撮像素子と、を含み、
前記ビームは、前記影像スプリッター及び前記撮像素子を通過し、前記スクリーン上に投影することを特徴とする投影システム。
【請求項６】
前記影像スプリッターは、第一光軸を有し、
前記撮像素子は、前記第一光軸と非同軸の第二光軸を有し、
前記ビーム源は、
前記ビームを提供する光源と、
光入射面及び光出射面を有する集光ロッドと、
光弁と、更に含み、
前記光源、前記集光ロッド及び前記光弁は、以下のように構成され、前記光源から発射された前記光が前記光入射面から入射し、前記光出射面から出射することで前記集光ロッドを通過し、前記ビームを形成するように前記光弁に伝達し、
前記集光ロッドが前記光を統合し及び均一化して、前記影像スプリッターに入射する前記ビームが相対的に小さい光角を有するように前記光を楕円形光角にあることを引き起こし、
前記光弁は、デジタルマイクロミラーディスプレイチップ、エルコス（liquid-crystal-on-silicon）チップ及び透過型液晶ディスプレイチップからなる群から選ばれ、
前記光弁は、影像表示ユニット又は光処理ユニットとして機能し、複数の影像を含む前記ビームを形成するように前記光源と前記集光ロッドと協働して前記複数の影像を前記光に関連付けることを特徴とする請求項５に記載の投影システム。
【請求項７】
前記影像スプリッターは、前記光弁に向ける光弁側にある第一レンズ群と、前記光学撮像素子に向ける光学撮像素子側にある第二レンズ群と、を更に有し、
前記第一レンズ群は、前記ビームに対し第一収束を実行するために機能し、前記複数の影像が互いに重ならない状態になるように前記ビームにおける前記複数の影像を分割し、前記第二レンズ群は、前記ビームに対し第二収束を実行するために機能することを特徴とする請求項５又は６に記載の投影システム。
【請求項８】
ビーム源からのビームに含まれる複数の影像をスクリーン上に投影するための投影システムであって、
前記ビーム源と前記スクリーンとの間に配置され、正倍率を有する影像スプリッターを含むことを特徴とする投影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影システム及びこれを用いた表示システムに関し、特に、多重投影システム及びこれを用いた表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願と優先権主張の相互参照  
本出願は、中華人民共和国国家知識産権局での２０１２年９月２８日に出願された特許出願第２０１２１０３７１２９６.９号に基づく利益を主張し、当該特許出願の開示は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００３】
従来技術においては、多重投影システムに関してなされた複数の構造を有し、多重投影システムは、互いに依存する一連の複数の影像を合成することができる。これらの複数の影像は、複数の画像を表示時の一つの影像として構築するように、それぞれ単一又は複数の投影機からスクリーン上に投影されて、一つの影像またはシームレス完全な影像になる。あるいは、多重投影表示システムは、複数の影像を表示することができる。これらの複数の影像は、互いに独立しており、それぞれ単一又は複数の投影機からスクリーン、スクリーンセット、又は任意のターゲット領域上に投影される。
【０００４】
従来の多重投影表示システムにおいて、軸ずれ光弁（off-axis light valve）を備えた光学エンジンは、投影される複数の影像を運ぶビームを提供するために一般的に必要とされる。図１（ａ）は、従来の多重投影表示システムを示すｘ−ｙ平面における上面模式図である。図１（ｂ）は、光学エンジンにおける従来の軸ずれ光弁の表示面に表示された複数の影像を示すｙ−ｚ平面の側面視での模式図である。
【０００５】
図１（ａ）における多重投影表示システム１００は、光学エンジン（図示しない）を含む。前記光学エンジンは、複数の影像を運ぶビームを生成するための軸ずれ光弁１０５と、第一ミラー１０１及び第二ミラー１０２を含む一対のＸ型ダイクロイックミラー（dichroic mirror）と、第三ミラー１０３及び第四ミラー１０４を含む一対の投射ミラーと、スクリーン１０７とを含む。軸ずれ光弁１０５は、二つの影像（影像Ａと影像Ｂ）を運ぶビーム１０６を形成するために用いられる。影像Ａは、レンズ１１０の前方のビーム１０６の上半部に表示される。影像Ｂは、レンズ１１０の前方のビーム１０６の下半部に表示される。図１（ｂ）に示すように、影像ＡとＢのそれぞれは、軸ずれ光弁１０５の表示面上にある上部表示領域ＲＡと下部表示領域ＲＢから供給される。第一ミラー１０１及び第二ミラー１０２のそれぞれは、ビーム１０６の上半部及び下半部を第三ミラー１０３及び第四ミラー１０４に反射して影像Ａから影像Ｂを分割するために利用される。これにより、ビーム１０６における複数の影像ＡとＢは、第三ミラー１０３及び第四ミラー１０４に反射されるように分割され、最終的にスクリーンに表示される。第一ミラー１０１と第三ミラー１０３は、同じ上位レベルに配置され、第二ミラー１０２と第四ミラー１０４は、同じ下位レベルに配置され、前記上位レベルは、下位レベルよりも高い。
【０００６】
図１（ｂ）に詳細に示すように、軸ずれ光弁１０５は、機械的な中心軸１０８、上部表示領域ＲＡ及び下部表示領域ＲＢを有する。上部表示領域ＲＡと下部表示領域ＲＢのそれぞれは、複数の影像Ａ、Ｂを有するビーム１０６を搬送すると、バックライトと協働して合成する影像Ａ、Ｂを表示するためのものである。ビーム１０６がレンズ１１１を介して伝播し、最後にスクリーン１０７に表示される。上部表示領域ＲＡと下部表示領域ＲＢは、光軸１０９及び光軸１１０を有する。光軸１０９及び光軸１１０のそれぞれは、機械的な中心軸線１０８からオフセットされている。軸ずれ光弁１０５は、通常、影像マイクロ表示ユニット又は光処理ユニットであり、最新のいくつかの影像マイクロ表示チップ又はデジタル光処理技術を利用し、例えば、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）チップ、エルコス（ＬＣｏＳ）チップ及び透過型液晶表示（ＬＣＤ）チップを利用する。
【０００７】
影像ＡとＢは、多重投影表示システムによって相互に依存し、最終的に一つの完全な影像に合成し、スクリーン１０７に表示される。二重の影像ＡとＢを正確に結合するために、影像ＡとＢはスクリーン１０７上の水平および垂直の両方向に互いに整列する必要がある。しかしながら、多重投影表示システムに導入された軸ずれ光弁については、軸ずれ光弁１０５から出射されたビーム１０６が、通常の非軸ずれ光弁と比べて相対的に大きい光角を有するため、影像ＡとＢの水平及び垂直方向の整列を引き起こすように、ミラー１０１、１０２、１０３及び１０４のそれぞれは、二次元の傾斜を有し、軸ずれ光弁１０５からできる限り離れて配置される。これにより、多重投影表示システムは、全体の幅又は高さが逆に増加する。
【０００８】
したがって、本出願人は、このような従来の課題を解決するために、実験と研究を重ねた結果を通じて、多重投影システム及びこれを用いた表示システムを開発して提案する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、多重投影表示システムと呼ばれる多重投影表示システムの構造及びこれを用いた構造の表示システムを提出する。多重投影表示システムのための提案された構造の全体は、従来技術の同種類システムと比べて、相対的に薄い厚さ又は狭い幅を有している。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
従来技術に鑑み、本発明は、ビームに含まれる複数の影像をスクリーン上に投影するための表示システムを提出する。前記表示システムは、前記ビームを提供する光弁と、前記光弁と光学的に結合され、第一光軸及び正倍率を有する影像スプリッターと、前記影像スプリッターと光学的に結合され、前記第一光軸と非同軸の第二光軸を有する光学撮像素子と、を含み、前記光弁からの前記ビームは、前記影像スプリッター及び前記光学撮像素子を通過し、前記スクリーン上に投影することを特徴とする。
【００１１】
上述の目的を達成するために、ビームに含まれる複数の影像をスクリーン上に投影するための投影システムを提出する。前記投影システムは、前記ビームを提供するビーム源と、前記ビーム源に近接して配置され、正倍率を有する影像スプリッターと、前記影像スプリッターに近接して配置される撮像素子と、を含み、前記ビームは、前記影像スプリッター及び前記撮像素子を通過し、前記スクリーン上に投影することを特徴とする。
【００１２】
上述の目的を達成するために、ビーム源からのビームに含まれる複数の影像をスクリーン上に投影するための投影システムを提出する。前記投影システムは、前記ビーム源と前記スクリーンとの間に配置され、正倍率を有する影像スプリッターを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、多重投影システム及びこれを用いた表示システムを提出することにより、従来技術の同種類システムと比べて、相対的に薄い厚さ又は狭い幅を有している。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１（ａ）】従来の多重投影表示システムを示すｘ−ｙ平面における上面模式図である。
【図１（ｂ）】光学エンジンにおける従来の軸ずれ光弁の表示面に表示された複数の影像を示すｙ−ｚ平面の側面視での模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る多重投影表示システムを示すｘ−ｙ平面における上面模式図である。
【図３（ａ）】本発明の実施形態に係る水平配列型の軸ずれ光弁を示すｙ−ｚ平面における正面模式図である。
【図３（ｂ）】本発明の実施形態に係る垂直配列型の軸ずれ光弁を示すｙ−ｚ平面における正面模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る影像スプリッターの構造を示すｙ−ｚ平面における側面模式図である。
【図５（ａ）】本発明の実施形態に係る影像スプリッターと光学撮像素子との間の模範的な構成例を示すｘ−ｙ平面における上面模式図である。
【図５（ｂ）】本発明の実施形態に係る影像スプリッターと光学撮像素子との間の模範的な構成例を示すｘ−ｙ平面における上面模式図である。
【図５（ｃ）】本発明の実施形態に係る影像スプリッターと光学撮像素子との間の模範的な構成例を示すｘ−ｙ平面における上面模式図である。
【図６（ａ）】本発明の実施形態に係る影像スプリッターと光学撮像素子を光学的に結合する非同軸な配置モードを示すｙ−ｚ平面における平面模式図である。
【図６（ｂ）】本発明の実施形態に係る影像スプリッターと光学撮像素子を光学的に結合する非同軸な配置モードを示すｙ−ｚ平面における平面模式図である。
【図７】本発明の実施形態に係る集光ロッドを備えた多重投影表示システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下のように、本発明を実施例に基づいて詳述するが、あくまでも例示であって、本発明の範囲はこれらの実施形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲に記載されており、さらに特許請求の範囲の記載と均等な意味及び範囲内での全ての変更を含んでいる。
【００１６】
図２は、本発明の実施形態に係る多重投影表示システムを示すｘ−ｙ平面における上面模式図である。図２における多重投影表示システム２００は、ビームに含まれる複数の影像をスクリーン２０７上に投影するための表示システムであり、光弁２０１と、影像スプリッター２０２と、光学撮像素子２０３と２０４（二次結像素子や投射装置とも呼ばれる）、分割反射素子セット２０５と、投影反射素子セット２０６と、スクリーン２０７と、を含む。分割反射素子セット２０５は、互いに上下に交差している二つのダイクロイックミラー２０５ａと２０５ｂを更に含む。投影反射素子セット２０６は、二つのミラー２０６ａと２０６ｂを更に含む。ミラー２０６ａと２０６ｂは、好ましくは、対称的に構成されている。
【００１７】
本発明の一つの実施形態において、多重投影表示システム２００は、多重投影コアを含む。前記多重投影コアは、光弁２０１と、影像スプリッター２０２と、光学撮像素子２０３と２０４、分割反射素子セット２０５と、投影反射素子セット２０６と、を含む。勿論、前記多重投影コアは、スクリーン２０７を加えて多重投影表示システム２００を形成する。多重投影表示システム２００は、好ましくは、背面投影表示システムであり、一つの実施形態では、多重投影表示システム２００は、前面投影表示システムであってもよい。
【００１８】
影像スプリッター２０２は、光弁２０１及び光学撮像素子２０３、２０４と光学的に結合され、光弁２０１と光学撮像素子２０３、２０４との間に配置される。影像スプリッター２０２は、光弁２０１によって生成されたビームを受信する。前記ビームは、複数の影像を搬送するものである。前記複数の影像は、互いに依存してもよく、独立してもよい。影像スプリッター２０２は、前記複数の影像を互いに重ならないように前記ビームにおける前記複数の影像を分割し、影像分割されたビームを反射素子セット２０５に転送するように機能している。分割反射素子セット２０５におけるダイクロイックミラー（上部ミラー）２０５ａ及びダイクロイックミラー（下部ミラー）２０５ｂは、複数の画像のそれぞれの完全性を維持するように設計され、前記影像分割されたビームを分割して複数の分割ビームを形成する。同時に、上部ミラー２０５ａ及び下部ミラー２０５ｂのそれぞれは、完全な影像が搬送される前記分割ビームの各々を光学撮像素子２０３と２０４のいずれかに配向する。光学撮像素子２０３と２０４のそれぞれは、分割ビームに対し、軸ずれ補正、ズーミング、色収差及びエラーの除去、投影や集束の調整に関する機能を提供し、次いで、投影反射素子セット２０６に調整されたビームを転送し、スクリーン２０７上に投影する。最後に、前記調整されたビームに搬送される完全な影像のそれぞれは、スクリーン２０７の異なる領域に表示される。
【００１９】
多重投影表示システム２００は、光源を更に含む。前記光源は、光を提供するために機能しており、好ましくは、超高圧（ＵＨＰ）ランプ、発光ダイオード、レーザー及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれた一つである。光弁２０１は、影像表示ユニット又は光処理ユニットとして機能し、複数の影像を含むビームを形成するように前記光源と協働して前記複数の影像を前記光に関連付ける。光弁２０１は、デジタルマイクロミラーディスプレイ（ＤＭＤ）チップ、エルコス（ＬＣｏＳ）チップ及び透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）チップからなる群から選ばれた一つである。光弁２０１はＤＭＤチップであれば、前記光源と光弁２０１との間に選択的に配置されたカラーホイール（color wheel）がある。これにより、前記光源から出射された光は、光弁２０１を通過した後、複数の影像が搬送されるビームに変換され、光弁２０１は、複数の影像が搬送されるビームを提供することができる。
【００２０】
本発明の一つの実施形態において、光弁２０１は、好ましくは、複数の影像を提供するための軸ずれ光弁である。図３（ａ）と図３（ｂ）のそれぞれは、本発明の実施形態に係る水平配列型及び垂直配列型の軸ずれ光弁を示すｙ−ｚ平面における正面模式図である。図３（ａ）と図３（ｂ）に示される水平配列型の軸ずれ光弁３０１及び垂直配列型の軸ずれ光弁３０２は、本発明に係る軸ずれ光弁を説明するために、例示的な実施形態と見なされる。図３（ａ）と図３（ｂ）に示すように、軸ずれ光弁３０１と３０２は、機械的な中心軸３０３を有しており、多重影像３０４と３０５を提供することができる。多重影像３０４と３０５は、互いにギャップＧの距離で離間している。多重影像３０４は、光軸３０６を有し、多重影像３０５は、光軸３０７を有する。光軸３０６と３０７のそれぞれは、機械的な中心軸３０３から変位距離Ｄでオフセットされている。多重影像３０４と３０５は、同じマイクロディスプレイチップ又は複数の異なるマイクロディスプレイチップによって提供される。これは、軸ずれ光弁３０２（別名光弁２０１）が単一チップ又は二つ以上のチップで製造されることを意味する。
【００２１】
図４は、本発明の実施形態に係る影像スプリッターの構造を示すｙ−ｚ平面における側面模式図である。図４に示すように、影像スプリッター２０２は、第一光軸４０３を有し、光弁２０１に向ける光弁側ＬＶＳに配置される第一レンズ群４０１と、光学撮像素子２０３、２０４に向ける光学撮像素子側ＯＩＳに配置される第二レンズ群４０２と、を更に含む。第一レンズ群４０１は、正レンズ、負レンズ及びそれらの組み合わせからなる群から選択された一つである。第一レンズ群４０１は、ビーム４０４に対し第一収束を実行するために機能し、複数の影像Ｉ１とＩ２が互いに重ならない状態になるようにビーム４０４における複数の影像Ｉ１とＩ２を分割する。第二レンズ群４０２も、正レンズ、負レンズ及びそれらの組み合わせからなる群から選択された一つである。第二レンズ群４０２は、第一レンズ群４０１を介して影像分割されたビームを受信して、ビーム４０４に対し第二収束を実行するために機能している。第一レンズ群４０１と第二レンズ群４０２は、第一光軸４０３に同軸に配置される。結局、入射ビーム４０４が影像スプリッター２０２から離れて出射ビーム４０５になる時、出射ビーム４０５に含まれる複数の影像が分離し、互いに重ならない。
【００２２】
簡単に言えば、影像スプリッター２０２は、正倍率を提供し、ビームにおける複数の影像を分割するために、正レンズ、負レンズ、又はそれらの組み合わせを有する一つまたは複数のレンズ群を含むを含むが、これらに限定されない。前記正倍率の範囲は、好ましくはゼロから無限大であり、より好ましくは１.０〜３.０である。本発明の一つの実施形態において、影像スプリッター２０２は、ビームに１.０〜３.０の正倍率を引き起こし及びビームにおける複数の映像を分割する限り、ただ一つの正レンズ又は負レンズだけを含んでもよい。従って、エタンデュ光不変理論（Etendue optical invariant theory）に従い、影像スプリッター２０２が正倍率を有する時、光学撮像素子２０３と２０４に入射する出射ビーム又は影像分割されたビーム４０５は、相対的に小さな光角を有する。
【００２３】
続いて、影像分割されたビーム４０５は、分割反射素子セット２０５に転送される。分割反射素子セット２０５における上部ミラー２０５ａ及び下部ミラー２０５ｂは、互いに水平に上下交差して構成される。上部ミラー２０５ａは、下部ミラー２０５ｂと交差するが、物理的に横切していない。ミラー２０５ａと２０５ｂは、一対の影像分割されたビーム４０５を受け取り、分割されたビームの各々が複数の影像のうち一つの完全な影像を搬送する条件に従って、複数の分割ビームに分割するように配置されている。
【００２４】
光学撮像素子２０３、２０４の各々は、第二光軸を有し、ミラー２０５ａと２０５ｂから転送された分割ビームに対し、軸ずれ補正、ズーミング、色収差及びエラーの除去、投影や集束の調整に関する機能を提供するように設計される。次いで、調整されたビームをミラー２０６ａ、２０６ｂに転送し、スクリーン２０７上に投影する。
【００２５】
最後に、図３（ｂ）に示すように、垂直配列型の軸ずれ光弁３０２に垂直に配置された多重軸ずれ影像３０４、３０５のうちの完全な影像のそれぞれは、互いに依存し又は独立し、光弁２０１から供給され、複数の影像分割され及び調整されたビームに搬送され、最終的にスクリーン２０７に投影され、水平縫合投影モードでスクリーン２０７によく組み合わされている。分割反射素子セット２０５は、互いに水平に上下交差し、光学撮像素子２０３、２０４と投影反射素子セット２０６の全ては、水平に配置されている。
【００２６】
本発明の一つの実施形態において、図３（ａ）に示すように、水平配列型の軸ずれ光弁３０１に水平に配置された多重軸ずれ影像３０４、３０５のうちの完全な影像のそれぞれは、最終的にスクリーン２０７に投影され、垂直縫合投影モードでスクリーン２０７によく組み合わされている。分割反射素子セット２０５は、互いに垂直に左右交差し、光学撮像素子２０３、２０４と投影反射素子セット２０６の全ては、垂直に配置されている。
【００２７】
本発明の一つの実施形態において、影像スプリッターと光学撮像素子との間の結合関係が影像スプリッター及び光学撮像素子の光軸が非同軸である条件に適用する限り、影像スプリッター及び光学撮像素子は、より多様な構成で相互に光学的に結合される。図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態に係る影像スプリッターと光学撮像素子との間の模範的な構成例を示すｘ−ｙ平面における上面模式図である。図５（ａ）は、多重投影表示システム５００を示す。図５（ｂ）に示すように、分割反射素子セット５０５における上部ミラー５０５ａと下部ミラー５０５ｂとの間には、上部ミラー５０５ａと下部ミラー５０５ｂとを横切る交差点位置での交差点角αが存在する。ミラー５０６ａの入射ビームと反射ビームとの間には、反射角βが存在する。影像スプリッター５０２と撮像素子５０３ａ、５０３ｂの光軸のそれぞれが非同軸である限り、角度αとβの大きさは自由に調整できる。これにより、影像スプリッター５０２と撮像素子５０３ａ、５０３ｂは、より多様な構成で相互に光学的に結合される。例えば、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すような例示的構成を参照する。勿論、いくつかの実施形態においては、影像スプリッターと撮像素子の光軸は、同軸上に同様に配置することができる。
【００２８】
前述の実施形態において、単一ビームに二つの影像が形成されていることを説明したが、実際には、、単一影像スプリッター５０２は、単一ビームに運ばれた二つ以上の画像を分割することができる。図５（ｃ）において、単一影像スプリッター５０２は、軸ずれ光弁５０１から出射された単一ビームに運ばれた三つの影像ｋ、ｑ、ｊを分割する。単一影像スプリッター５０２は、撮像素子５０３ａ、５０３ｂ、５０３ｃと光学的に結合される。撮像素子５０３ａ、５０３ｂ及び５０３ｃは、全景劇場の効果を達成するように、三つの影像ｋ、ｑ、ｊを包囲型スクリーンセット５０７に投影する。
【００２９】
軸ずれ光弁における影像との間のギャップ（例えば図３（ｂ）に示すような垂直配列型の軸ずれ光弁に存在する垂直ギャップＧ）に起因する水平偏差を補償及び調整して、スクリーン上に相互に投影された複数の影像を水平方向に位置合わせるとともに、多重投影コアの全高を増やしていないために、影像スプリッター及び撮像素子の光軸のそれぞれは、非同軸な配置モードで配置されていることが好ましい。影像スプリッター５０２の第一光軸及び撮像素子５０３ａ、５０３ｂと５０３ｃの第二光軸は、互いにオフセットされている。
【００３０】
図６（ａ）と図６（ｂ）は、本発明の実施形態に係る影像スプリッターと光学撮像素子を光学的に結合する非同軸な配置モードを示すｙ−ｚ平面における平面模式図である。第一光軸６０１と第二光軸６０２との間にある影像スプリッター６０３と光学撮像素子６０４が光学的に結合された位置ＣＰには、非常に小さい変位量ＳＤが設定されるため、スクリーン６０７に表示される特定の投影影像に十分な変位ＬＤを引き起こすことができ、それに応じて軸ずれ光弁６０５における影像との間のギャップに起因する投影影像の偏差を補正する。影像スプリッター６０３と光学撮像素子６０４は、水平方向の画像のオフセットを補償し、又はスクリーン６０７に表示された投影影像の水平位置を調整するために、第一光軸６０１と第二光軸６０２との間に適当な変位量ＳＤが設定されるように、非同軸に配置される。これにより、多重投影コア６０６の全高Ｈ（即ち厚さ）は、同様に減少させることができる。多重投影表示システム６００は、多重投影コア６０６及びスクリーン６０７を含む。
【００３１】
さらに、影像スプリッターの倍率を向上させるためには、光弁から出射されて影像スプリッターに入射される入射ビームの光角をできるだけ小さくなるように抑制することができる。従って、本発明の実施形態に係る多重投影表示システム２００は、集光ロッドを一つの構成部分として使用することができる。本実施形態では、デジタル光処理技術構造を例示として使用される。図７は、本発明の実施形態に係る集光ロッドを備えた多重投影表示システムを示す概略図である。図７において、多重投影表示システム２００は、ビーム源（光学エンジンともいう）７１１、影像スプリッター７０５、光学撮像素子７０７及びスクリーン７０９を含む。ビーム源７１１は、主に、光源７０３、集光ロッド７０１及び光弁２０１を備える。光弁２０１は、デジタル光処理技術を用い、例えばＤＭＤチップである。光源７０３と光弁２０１との間には、カラーホイール７０４が選択的に配置されてビーム源７１１に含まれる。
【００３２】
光源７０３は、ランプ７０３ｐ及び反射カバー７０３ｒで構成され、集光ロッド７０１は、光入射面７０１ｎ及び光出射面７０１ｔを有する。光源７０３、集光ロッド７０１及び光弁２０１は、以下のように構成され、光源７０３から発射された光が光入射面７０１ｎから入射し、光出射面７０１ｔから出射することで集光ロッド７０１を通過し、ビームを形成するように光弁２０１に伝達する。集光ロッド７０１が前記光を統合し及び均一化して、影像スプリッター７０５に入射する前記ビームが相対的に小さい光角を有するように前記光を楕円形光角にあることを引き起こす。
【００３３】
本発明に係る多重投影表示システムは、できるだけ大きくなるように正倍率を有する影像スプリッター、及び、影像スプリッターに入射する入射ビームに対し楕円形光角を提供できる光弁を有するように設計される。エタンデュ光不変理論によれば、特定の撮像システムにおいては、光円錐のエタンデュ量が点Ｐから点Ｐ’までの伝播経路上に不変であり、エタンデュ光不変理論に従わなければならないことが知られている。エタンデュ光不変理論は、下記数１の式（１）のように示す。
【数１】
2014071456.tif 000003
【００３４】
式（１）において、Ａは面積又は点Ｐの倍率を表し、Ａ’は、面積又は点Ｐ’の倍率を表し、θは、点Ｐにおける光角を表し、θ’は、点Ｐ’における光度を表す。
【００３５】
前記エタンデュ光不変理論に従い、影像スプリッターでの倍率Ａが最大化にすると、光度θは対応して最小化にし、その逆も同じである。従って、本発明は、できるだけ大きくなるように正倍率を有する影像スプリッター、及び、影像スプリッターに入射する入射ビームに対し可能な限り小さい楕円形光角を提供でき、集光ロッドと協働して機能する軸ずれ光弁を有するように設計される。
【００３６】
上記の影像スプリッター及び光弁が導入されるために、多重投影表示システムの全体的な厚さや幅を大幅に減少させることができる。本発明に係る多重投影表示システムは、従来技術の同種類システムと比べて相対的に薄い厚さ又は狭い幅を有し、薄型化傾向及び現在の市場で家電製品の需要に従う。
【００３７】
実施例  
１、ビームに含まれる複数の影像をスクリーン上に投影するための表示システムは、前記ビームを提供する光弁と、前記光弁と光学的に結合され、第一光軸及び正倍率を有する影像スプリッターと、前記影像スプリッターと光学的に結合され、前記第一光軸と非同軸の第二光軸を有する光学撮像素子と、を含み、前記光弁からの前記ビームは、前記影像スプリッター及び前記光学撮像素子を通過し、前記スクリーン上に投影する。
【００３８】
２、実施例１に記載の表示システムは、前記正倍率の範囲は、１.０〜３.０である。
【００３９】
３、実施例１に記載の表示システムは、前記表示システムは、光を提供する光源と、光入射面及び光出射面を有する集光ロッドと、更に含み、前記光源は、ランプ、発光ダイオード、レーザー及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれた一つである。
【００４０】
４、実施例３に記載の表示システムは、前記光源、前記集光ロッド及び前記光弁は、以下のように構成され、前記光源から発射された光が前記光入射面から入射し、前記光出射面から出射することで前記集光ロッドを通過し、前記ビームを形成するように前記光弁に伝達し、前記集光ロッドが前記光を統合し及び均一化して、前記影像スプリッターに入射する前記ビームが相対的に小さい光角を有するように前記光を楕円形光角にあることを引き起こす。
【００４１】
５、実施例３に記載の表示システムは、前記光弁は、デジタルマイクロミラーディスプレイチップ、エルコス（liquid-crystal-on-silicon）チップ及び透過型液晶ディスプレイチップからなる群から選ばれ、前記光弁は、影像表示ユニット又は光処理ユニットとして機能し、前記光弁は、複数の影像を含む前記ビームを形成するように前記光源と前記集光ロッドと協働して前記複数の影像を前記光に関連付ける。
【００４２】
６、実施例１に記載の表示システムは、前記影像スプリッターは、前記光弁に向ける光弁側にある第一レンズ群と、前記光学撮像素子に向ける光学撮像素子側にある第二レンズ群と、を更に有する。
【００４３】
７、実施例６に記載の表示システムは、前記第一レンズ群は、前記ビームに対し第一収束を実行するために機能し、前記複数の影像が互いに重ならない状態になるように前記ビームにおける前記複数の影像を分割し、前記第二レンズ群は、前記ビームに対し第二収束を実行するために機能する。
【００４４】
８、実施例６に記載の表示システムは、前記第一レンズ群は、正レンズ、負レンズ及びそれらの組み合わせからなる群から選択され、前記第二レンズ群は、正レンズ、負レンズ及びそれらの組み合わせからなる群から選択され、前記第一レンズ群と共に、前記第一光軸に同軸に配置される。
【００４５】
９、実施例１に記載の表示システムは、エタンデュ光不変理論（Etendue optical invariant theory）に従い、前記影像スプリッターが前記正倍率を有する時、前記光学撮像素子に入射する前記ビームは、相対的に小さな光角を有する。
【００４６】
１０、実施例１に記載の表示システムは、前記複数の影像は、互いに独立している状態又は相互に依存している状態にある。
【００４７】
１１、実施例１に記載の表示システムは、前記第一光軸と前記第二光軸の間には、オフセットがあり、即ち、前記影像スプリッター及び前記光学撮像素子は、非同軸に配置される。
【００４８】
１２、実施例１に記載の表示システムは、前記影像スプリッター及び前記光学撮像素子との間の反射要素セットがあり、前記反射要素セットは、前記ビームを複数のビームを分割し、分割された前記複数のビームを複数の光学撮像素子のうちの一つに配向する。
【００４９】
１３、実施例１に記載の表示システムは、前記表示システムは、背面投影表示システムである。
【００５０】
１４、ビームに含まれる複数の影像をスクリーン上に投影するための投影システムは、前記ビームを提供するビーム源と、前記ビーム源に近接して配置され、正倍率を有する影像スプリッターと、前記影像スプリッターに近接して配置される撮像素子と、を含み、前記ビームは、前記影像スプリッター及び前記撮像素子を通過し、前記スクリーン上に投影する。
【００５１】
１５、実施例１４に記載の投影システムは、前記影像スプリッターは、第一光軸を有し、前記撮像素子は、前記第一光軸と非同軸の第二光軸を有する。
【００５２】
１６、実施例１４に記載の投影システムは、前記ビーム源は、前記ビームを提供する光源と、光入射面及び光出射面を有する集光ロッドと、
光弁と、更に含み、前記光源、前記集光ロッド及び前記光弁は、以下のように構成され、前記光源から発射された前記光が前記光入射面から入射し、前記光出射面から出射することで前記集光ロッドを通過し、前記ビームを形成するように前記光弁に伝達する。
【００５３】
１７、実施例１６に記載の投影システムは、前記集光ロッドが前記光を統合し及び均一化して、前記影像スプリッターに入射する前記ビームが相対的に小さい光角を有するように前記光を楕円形光角にあることを引き起こし、前記光弁は、デジタルマイクロミラーディスプレイチップ、エルコス（liquid-crystal-on-silicon）チップ及び透過型液晶ディスプレイチップからなる群から選ばれ、前記光弁は、影像表示ユニット又は光処理ユニットとして機能し、複数の影像を含む前記ビームを形成するように前記光源と前記集光ロッドと協働して前記複数の影像を前記光に関連付ける。
【００５４】
１８、実施例１４に記載の投影システムは、前記影像スプリッターは、前記光弁に向ける光弁側にある第一レンズ群と、前記光学撮像素子に向ける光学撮像素子側にある第二レンズ群と、を更に有する。
【００５５】
１９、実施例１４に記載の投影システムは、前記第一レンズ群は、前記ビームに対し第一収束を実行するために機能し、前記複数の影像が互いに重ならない状態になるように前記ビームにおける前記複数の影像を分割し、前記第二レンズ群は、前記ビームに対し第二収束を実行するために機能する。
【００５６】
２０、ビーム源からのビームに含まれる複数の影像をスクリーン上に投影するための投影システムは、前記ビーム源と前記スクリーンとの間に配置され、正倍率を有する影像スプリッターを含む。
【００５７】
以上の説明によると、当業者であれば本発明の技術思想を逸脱しない範囲で、多様な変更及び修正が可能であることが分かる。従って、本発明の技術的な範囲は、明細書の詳細な説明に記載された内容に限らず、特許請求の範囲によって定めなければならない。
【符号の説明】
【００５８】
１００、２００、５００、６００…多重投影表示システム、１０１…第一ミラー、１０２…第二ミラー、１０３…第三ミラー、１０４…第四ミラー、１０５、５０１、６０５…軸ずれ光弁、１０６…ビーム、１０７、２０７、６０７、７０９…スクリーン、１０８、３０３…機械的な中心軸、１０９…光軸、１１０、１１１…レンズ、２０１…光弁、２０２、５０２、６０３、７０５…影像スプリッター、２０３、２０４、６０４、７０７…光学撮像素子、２０５、５０５…分割反射素子セット、２０５ａ、２０５ｂ…ダイクロイックミラー、２０６…投影反射素子セット、２０６ａ、２０６ｂ…ミラー、３０１…水平配列型の軸ずれ光弁、３０２…垂直配列型の軸ずれ光弁、３０４、３０５…多重影像、３０６、３０７…光軸、４０１…第一レンズ群、４０２…第二レンズ群、４０３、６０１…第一光軸、４０４…入射ビーム、４０５…出射ビーム、５０３ａ、５０３ｂ、５０３ｃ…撮像素子、５０５ａ…上部ミラー、５０５ｂ…下部ミラー、５０７…包囲型スクリーンセット、６０２…第二光軸、６０６…多重投影コア、７０１…集光ロッド、７０１ｎ…光入射面、７０１ｔ…光出射面、７０３…光源、７０３ｐ…ランプ、７０３ｒ…反射カバー、７１１…ビーム源（光学エンジン）、Ａ、Ｂ、Ｉ１、Ｉ２、ｋ、ｑ、ｊ…影像、ＣＰ…位置、Ｄ…変位距離、Ｇ…ギャップ、ＬＶＳ…光弁側、ＯＩＳ…光学撮像素子側、ＲＡ…上部表示領域、ＲＢ…下部表示領域、ＳＤ…変位量、α…交差点角、β…反射角。
【図１（ａ）】
2014071456.tif 000004
【図１（ｂ）】
2014071456.tif 000005
【図２】
2014071456.tif 000006
【図３（ａ）】
2014071456.tif 000007
【図３（ｂ）】
2014071456.tif 000008
【図４】
2014071456.tif 000009
【図５（ａ）】
2014071456.tif 000010
【図５（ｂ）】
2014071456.tif 000011
【図５（ｃ）】
2014071456.tif 000012
【図６（ａ）】
2014071456.tif 000013
【図６（ｂ）】
2014071456.tif 000014
【図７】
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