(57)【要約】【課題】画像を表示するための表示システムを提供する。【解決手段】表示システム（１００、２００、３００、３５０、４００、４５０）は通常、１つまたは複数の個々の光源（１０２）と、各光源または光源群に関連した別個の光収集サブシステムを含む光収集ステージ（１１０、２１０、３１０、４１０）とを含む。表示システムは通常、表示されるべき画像に従って光収集ステージから受取られた光を変調するよう動作可能な少なくとも１つの光変調器（１２０）を含む。最後に、画像を投影するために投影ステージ（１３０）が通常、投影スクリーン上に提供される。この発明は対応する方法にも関する。この発明は、光源を物理的に互いに隣接して配置できないように発光面周囲にパッケージングを有する光源で特に有用である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を表示するための表示システム（１００、２００、３００、３５０、４００、４５０）であって、
１つまたは複数の個々の光源（１０２）と、
各光源（１０２）または光源（１０２）群に関連した別個の光収集サブシステムを含む光収集ステージ（１１０、２１０、３１０、４１０）と、
表示されるべき画像に従って光収集ステージ（１１０、２１０、３１０、４１０）から受取られた光を変調するよう動作可能な少なくとも１つの光変調器（１２０）と、
投影ステージ（１３０）とを含む、画像を表示するための表示システム。
【請求項２】
前記１つまたは複数の個々の光源（１０２）は複数の光源（１０２）である、請求項１に記載の表示システム（１００、２００、３００、３５０、４００、４５０）。
【請求項３】
前記１つまたは複数の個々の光源（１０２）は発光ダイオードである、請求項１または２に記載の表示システム（１００、２００、３００、３５０、４００、４５０）。
【請求項４】
前記１つまたは複数の光源（１０２）は、前記複数の光源（１０２）の各々の発光面が隣接して配置されることができないようなパッケージングを含む、請求項１〜３のいずれかに記載の表示システム（１００、２００、３００、３５０、４００、４５０）。
【請求項５】
光収集サブシステムの各々の内部の対応する要素は実質的に互いに整列されている、請求項１〜４のいずれかに記載の表示システム（１００、２００、３００、３５０、４００、４５０）。
【請求項６】
光収集サブシステムの各々は光軸を有し、前記光収集サブシステムの光軸は実質的に互いに平行である、請求項１〜５のいずれかに記載の表示システム（１００、２００、３００、３５０、４００、４５０）。
【請求項７】
前記光軸は、光収集サブシステム内の構成要素の中心点を通過する、請求項６に記載の表示システム（１００、２００、３００、３５０、４００、４５０）。
【請求項８】
前記光収集サブシステムは少なくとも１つのレンズを含み、前記レンズの拡大係数は、光収集サブシステムの構成要素の物理的輪郭よりも大きい画像（Ｉ）を生成するのに十分である、請求項１〜７のいずれかに記載の表示システム（１００、２００、３００、３５０、４００、４５０）。
【請求項９】
各光収集サブシステムは、光源（１０２）または光源（１０２）群の上に、または直接隣接して搭載された光学素子（１０４）を含む、請求項１〜８のいずれかに記載の表示システム（１００）。
【請求項１０】
各光収集サブシステムは、少なくとも１つの光変調器（１２０）の表面積全体の異なる部分を照明するよう動作可能である、請求項１〜９のいずれかに記載の表示システム（１００、４００、４５０）。
【請求項１１】
光収集サブシステムの各々は、口径Ａを有する第１のレンズ（１１２）を含み、第１のレンズ（１１２）は、前記１つまたは複数の個々の光源（１０２）のうちの１つ、もしくは前記１つまたは複数の光源（１０２）のうちの一群から放射された光を収集して、第１のレンズ（１１２）から間隔を置かれた表面（Ｓ）に画像（Ｉ）を形成し、光収集サブシステムの各々はさらに、実質的に表面（Ｓ）に位置付けられた、口径（Ａ）を無限遠で結
像させる第２のレンズ（１１４）を含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の表示システム（１００）。
【請求項１２】
第２のレンズ（１１４）と少なくとも１つの光変調器（１２０）との間に偏光回復システム（１４０）が位置付けられ、表面（Ｓ）は偏光回復システム（１４０）の入口に位置する、請求項１１に記載の表示システム（１００）。
【請求項１３】
各光収集サブシステムは、口径（Ａ）を有する第１のレンズ（２１２）を含み、第１のレンズ（２１２）は、個々の光源（１０２）または光源（１０２）群から放射された光を収集して画像（Ｉ）を無限遠で形成し、前記表示システムはさらに、光収集サブシステムと少なくとも１つの光変調器（１２０）との間に位置付けられた、表面（Ｓ）に結合画像を形成する第２のレンズ（２１４）を含む、請求項１〜９のいずれかに記載の表示システム（２００）。
【請求項１４】
光収集サブシステムは、第１のレンズ（２１２）が実質的に互いに接触するよう構成される、請求項１３に記載の表示システム（２００）。
【請求項１５】
光収集サブシステムと第２のレンズ（２１４）との間に偏光回復システム（１４０）が位置付けられる、請求項１３または１４に記載の表示システム（２００）。
【請求項１６】
各光収集サブシステムは、口径（Ａ）を有する第１のレンズ（３１２）を含み、第１のレンズ（３１２）は、個々の光源（１０２）または光源（１０２）群から放射された光を収集して、第１のレンズ（３１２）から間隔を置かれた表面（Ｓ）に画像（Ｉ）を形成し、各光収集サブシステムはさらに、実質的に表面（Ｓ）に位置付けられた、口径（Ａ）を無限遠で結像させる第２のレンズ（３１４）を含む、請求項１〜９のいずれかに記載の表示システム（３００、３５０）。
【請求項１７】
光収集サブシステムと少なくとも１つの光変調器（１２０）との間に位置付けられた、表面（Ｓ）に結合画像を形成する第３のレンズ（３１６）をさらに含む、請求項１６に記載の表示システム（３００、３５０）。
【請求項１８】
光収集サブシステムと第３のレンズ（３１６）との間に偏光回復システム（１４０）が位置付けられる、請求項１６または１７に記載の表示システム（３００、３５０）。
【請求項１９】
各光収集サブシステムは、光源（１０２）から延びる光パイプ（４１２）を含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の表示システム（４００、４５０）。
【請求項２０】
光パイプ（４１２）は、光源（１０２）から延びる方向において外向きにテーパが付けられている、請求項１９に記載の表示システム（４００、４５０）。
【請求項２１】
光パイプ（４１２）の壁はすべて、実質的にまっすぐである、請求項１９または２０に記載の表示システム（４００、４５０）。
【請求項２２】
光源に最も近い光パイプ（４１２）の少なくとも一部は反射性のコーティングを有する、請求項２０または２１に記載の表示システム（４００、４５０）。
【請求項２３】
各光収集サブシステムは、光パイプ（４１２）の出口にレンズ（４１４）をさらに含む、請求項１９〜２２のいずれかに記載の表示システム（４００、４５０）。
【請求項２４】
画像を表示するための方法であって、
複数の光源を用いて光を生成するステップと、
前記複数の光源からの１光源からまたは光源の多数の群から光を個々に収集することによって光を収集するステップと、
収集された光を光変調器上で結像させるステップと、
表示されるべき画像情報に従って光を変調するステップと、
変調された光を投影するステップとを含む、画像を表示するための方法。
【請求項２５】
光を収集するステップは、実質的に平行な光路を用いて光を収集することによって行なわれてもよい、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の技術分野
この発明は、画像を表示するための表示システムに関する。より特定的には、この発明は、画像を表示するためのシステムおよび方法、たとえば投影システムおよび投影するための方法における照明に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
投影システムといった照明システムおよび表示システムは、たとえば、時計、計算機、コンピュータ化されたシステム、シミュレーションシステムにおいて画像を表示するための、および遠隔スクリーン上に情報または画像を投影するためのさまざまな用途に使用される。大抵の投影システムは基本的に、光を生成するためのランプと、その光を捉え、それを１つまたは複数の光変調器へ伝達するための照明光学系と、照明された光変調器をスクリーン上に結像させる投影レンズとを含む。
【０００３】
発光ダイオード（ＬＥＤ）装置は、投影および照明用途においてますます使用されつつある。それは、長い動作寿命、低い動作電力、および低い放射熱という利点を有する。ＬＥＤ装置の一欠点は、個々の装置が比較的低いレベルの光を放射することである。そのような照明源を含む効率的なプロジェクタシステムのためには、光路において照明源からの光をできるだけ効率的に伝達することが、したがって重要である。にもかかわらず、光の収集は、発光ダイオードといった典型的な光源の典型的なパッケージング制約によって実質的に妨げられている。
【０００４】
今日の用途の多くについての高輝度要件を満たすためには、増加した光出力を得るためにＬＥＤ装置などの光源を多数使用することが望ましい。にもかかわらず、個々の光源のパッケージング制約が、多数の装置によって放射される光を効率的に収集することについて問題を提示している。特に、個々の装置のパッケージングにより、多数の装置をともに近接して配置することが難しくなっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明の概要
この発明の一目的は、情報または画像を表示するための改良された装置または方法を提供することである。この発明の実施例の一利点は、効率的な照明を有する、情報または画像を表示するためのシステムおよび方法、たとえば投影システムおよび投影のための方法を提供することである。効率が高い照明は、１つ以上の光源、たとえば１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）装置を用いた照明であってもよい。この発明の実施例に従ったシステムおよび方法の一利点は、光変調器と投影ステージとの組合せの、より特定的には少なくとも１つの光変調パネルと投影レンズとの組合せのエタンデュ（etendue）または幾何学的範囲が、光源、たとえば１つ以上のＬＥＤ装置からの光によって効率的に満たされることである。後者は、収集された光がすべて、空間光変調手段またはパネルといった１つ以上の光変調手段と投影レンズとによって受入れられるような収集システムの適正な設計により、この発明の実施例において実現されてもよい。
【０００６】
上述の目的は、この発明に従った方法および装置によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、画像を表示するための表示システム、たとえばプロジェクタシステムに関し、表示システムは、１つまたは複数の光源と、各光源または光源群に関連した別個の光収集サブシステムを含む光収集ステージと、表示されるべき画像に従って光収集ステージから受取られた光を変調するよう動作可能な少なくとも１つの光変調器、たとえば空間光変調器と、投影ステージとを含む。１つまたは複数の光源は複数の光源であってもよい。後者は高輝度を得るのに有利である。少なくとも１つの光変調器、たとえば空間光変調器は、１つの光変調器、たとえば空間光変調器であってもよく、または、より多くの光変調器、たとえば２つ以上の空間光変調器であってもよい。
【０００８】
光源は発光ダイオードであってもよい。１つまたは複数の光源は、前記複数の光源の各々の発光面が隣接して配置されることができないようなパッケージングを含んでいてもよい。各光源または光源群に関連した別個の光収集サブシステムを含む光収集ステージは、異なる光源、たとえばＬＥＤ装置からの光を結合させるシステムであってもよい。単一の光収集サブシステムが存在していてもよく、または、少なくとも２つの光収集サブシステムが存在していてもよい。後者は、異なる光源または異なる光源群から光を最適に結合させることを可能にする。
【０００９】
この発明の実施例の一利点は、光結合ステージの光結合サブシステムが、異なる光源の、すなわち異なる光結合サブシステムにおけるエタンデュ寄与が第１の平面において互いに隣接するよう、すなわち隙間を残さないよう、および／または、第２の平面においてエタンデュ寄与が一致するようになっていることである。一例として、空間エタンデュ寄与が第１の平面で隣接してもよく、角度エタンデュ寄与が第２の平面で一致してもよく、逆もまた同様である。
【００１０】
この発明の実施例の一利点は、光パイプを用いた光収集サブシステムについて、光パイプの入口側と出口側とが一致していてもよいことである。
【００１１】
光収集サブシステムの各々の内部の対応する要素は実質的に互いに整列されていてもよい。システムは偏光回復システム（ＰＲＳ）をオプションで含んでいてもよい。
【００１２】
システムは追加の光均質化および結像システムをオプションで含んでいてもよい。
【００１３】
光収集サブシステムの各々は光軸を有していてもよく、前記光収集サブシステムの光軸は好ましくは実質的に互いに平行である。光軸は、光収集サブシステム内の構成要素の中心点を通過してもよい。
【００１４】
光収集サブシステムは少なくとも１つのレンズを含んでいてもよく、前記レンズの拡大係数は、光収集サブシステムの構成要素の物理的輪郭よりも大きい画像（Ｉ）を生成するのに十分である。
【００１５】
各光収集サブシステムは、光源または光源群の上に、または直接隣接して搭載された光学素子を含んでいてもよい。
【００１６】
各光収集サブシステムは、光変調器の表面積全体の異なる部分を照明するよう動作可能であってもよい。
【００１７】
光収集サブシステムの各々は、口径Ａを有する第１のレンズを含んでいてもよく、第１のレンズは、前記１つまたは複数の個々の光源のうちの１つ、もしくは前記１つまたは複数の光源のうちの一群から放射された光を収集して、第１のレンズから間隔を置かれた表面（Ｓ）に画像（Ｉ）を形成し、光収集サブシステムの各々はさらに、実質的に表面（Ｓ
）に位置付けられた、口径（Ａ）を無限遠で結像させる第２のレンズを含んでいてもよい。
【００１８】
第２のレンズと光変調器との間に偏光回復システムが位置付けられてもよく、表面（Ｓ）は偏光回復システムの入口に位置する。
【００１９】
各光収集サブシステムは、口径（Ａ）を有する第１のレンズを含んでいてもよく、第１のレンズは、個々の光源または光源群から放射された光を収集して画像（Ｉ）を無限遠で形成し、表示システムはさらに、光収集サブシステムと光変調器との間に位置付けられた、表面（Ｓ）に結合画像を形成する第２のレンズを含む。
【００２０】
光収集サブシステムは、第１のレンズが実質的に互いに接触するよう構成されてもよい。
【００２１】
光収集サブシステムと第２のレンズとの間に偏光回復システムが位置付けられてもよい。
【００２２】
各光収集サブシステムは、口径（Ａ）を有する第１のレンズを含んでいてもよく、第１のレンズは、個々の光源または光源群から放射された光を収集して、第１のレンズから間隔を置かれた表面（Ｓ）に画像（Ｉ）を形成し、各光収集サブシステムはさらに、実質的に表面（Ｓ）に位置付けられた、口径（Ａ）を無限遠で結像させる第２のレンズを含んでいてもよい。
【００２３】
表示システムはさらに、光収集サブシステムと光変調器との間に位置付けられた、表面（Ｓ）に結合画像を形成する第３のレンズを含んでいてもよい。光収集サブシステムと第３のレンズとの間に偏光回復システムが位置付けられてもよい。
【００２４】
各光収集サブシステムは、光源から延びる光パイプを含んでいてもよい。光パイプは、光源から延びる方向において外向きにテーパが付けられていてもよい。光パイプの壁はすべて、実質的にまっすぐであってもよい。壁が実質的にまっすぐであるということは、それが実質的に一平面に位置することを意味する。光源に最も近い光パイプの少なくとも一部は反射性のコーティングを有していてもよい。
【００２５】
各光収集サブシステムは、光パイプの出口にレンズをさらに含んでいてもよい。
【００２６】
光変調器、たとえば空間光変調器は、１つ以上の光変調パネル、たとえば空間光変調パネルを含んでいてもよい。これらの光変調パネルは画素化されてもよく、すなわち、入射光を変調可能な多数の画素を含んでいてもよい。画素は好ましくは、個々にアドレス可能であり、またはグループでアドレス可能である。光変調パネルは、たとえば、１つ以上の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、リキッド・クリスタル・オン・シリコン（ＬＣＯＳ）またはデジタル光処理（ＤＬＰ）パネルもしくはチップであってもよい。
【００２７】
このシステムは単色システムであってもよく、または多色システムであってもよい。このシステムは、たとえば複数のカラービームを単一の光ビームに再結合させるためのオプションのカラー再結合システムを含んでいてもよい。
【００２８】
投影ステージは投影レンズを含んでいてもよい。
【００２９】
この発明に従った異なる実施例において、異なる光学部品の順序はさまざまであってもよい。
【００３０】
この発明はまた、画像を表示するための方法にも関し、この方法は、複数の光源を用いて光を生成するステップと、前記複数の光源からの１光源からまたは光源の多数の群から光を個々に収集することによって光を収集するステップと、収集された光を光変調器、たとえば空間光変調器上で結像させるステップと、表示されるべき画像情報に従って光を変調するステップと、変調された光を投影するステップとを含む。
【００３１】
光を収集するステップは、実質的に平行な光路を用いて光を収集することによって行なわれてもよい。光路はこのため、折り曲がってなくてもよい。
【００３２】
言い換えれば、この発明の実施例の少なくともいくつかは、プロジェクタの結像光学系によって受入れられ得る、ＬＥＤ装置などの光源において生成された光の量を増加させるという利点を有する。結像光学系は通常、光変調器、たとえば空間光変調器と、投影ステージとを含む。光変調器は１つ以上の光変調パネルを含んでいてもよく、投影ステージは通常、あるＦナンバーを有する投影レンズを含んでいてもよい。
【００３３】
この発明の特定の、かつ好ましい局面が、添付の独立および従属クレームにおいて述べられている。従属クレームからの特徴は、独立クレームの特徴と、および他の従属クレームの特徴と、適宜かつクレームに明示されたものに留まらず組合されてもよい。
【００３４】
この発明の教示は、画像を表示するための改良された方法および装置の設計を可能にする。この発明の上述のおよび他の特性、特徴ならびに利点は、以下の詳細な説明から、この発明の原理を一例として例示する添付図面とともに理解することにより明らかとなるであろう。この説明は、この発明の範囲を限定することなく、例示のみのために与えられる。以下に引用する参照番号は添付図面に言及している。
【００３５】
異なる図面において、同じ参照符号は同じまたは類似する要素を指す。
【００３６】
定義
以下の用語は、この発明の理解を助けるためにのみ提供される。これらの定義は、当業者によって理解されるものより小さい範囲を有するよう解釈されるべきではない。
【００３７】
光学または電気光学部品のエタンデュまたは幾何学的範囲とは、光ビームの、部品において伝達され得るその伝搬方向に垂直な面積と、伝達され得るビームの立体角との積を意味する。近似的に、エタンデュの意味は、（エタンデュである光の全光束）×（このエタンデュにおける光密度）についての定義に由来していてもよい。それは、光が存在する空間領域および角度領域の物理的寸法の目安として解釈可能である。Ｆナンバーは、ｆナンバーまたは焦点比とも呼ばれるが、レンズの有効焦点距離を単位とする絞り／口径の直径を表わす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
例示的な実施例の説明
この発明を、特定の実施例に関して、ある図面を参照して説明するが、この発明はそれらに限定されず、特許請求の範囲のみによって限定される。記載される図面は単に概略的であり、非限定的である。図面では、例示的な目的のため、要素のうちのいくつかのサイズは誇張されている場合があり、一律の縮尺に従わずに描かれている場合がある。寸法および相対寸法は、この発明の実際の具体化に対応していない。
【００３９】
さらに、説明および特許請求の範囲における第１、第２、第３などの用語は、類似する要素を識別するために使用され、必ずしも発生順序または時系列を説明するために使用さ
れてはいない。そのように使用される用語が適切な状況下で相互交換可能であること、および、ここに説明するこの発明の実施例がここに説明または例示されたもの以外の順序で動作可能であることが理解されるべきである。
【００４０】
特許請求の範囲で使用される「含む」という用語は、その前に列挙した手段に限定されるよう解釈されるべきではなく、それは他の要素またはステップを排除しないということに留意すべきである。このためそれは、言及されたような述べられた特徴、整数、ステップまたは構成要素の存在を特定するものとして解釈されるべきであるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップまたは構成要素、もしくはそれらの群の存在または追加を否定してはいない。このため、「手段ＡおよびＢを含む装置」という表現の範囲は、構成要素ＡおよびＢのみからなる装置に限定されるべきではない。それは、この発明に関して、ＡおよびＢのみが装置のうち関連する構成要素であることを意味している。
【００４１】
ここでこの発明を、この発明のいくつかの実施例の詳細な説明によって説明する。この発明の他の実施例が、当業者の知識に従って、この発明の真の精神または技術的教示から逸脱することなく構成可能であることは明らかであり、この発明は添付の特許請求の範囲の用語のみによって限定される。
【００４２】
第１の実施例では、この発明は、画像を表示するための表示システム、たとえば投影システムに関する。第１の実施例に従ったそのような表示システムの一例を図１に示し、いくつかの部分をより詳細に図２に示す。表示システム１００は、１つ以上の個々の光源１０２と、各個々の光源１０２または個々の光源１０２の群に関連した別個の光収集サブシステムを含む光収集ステージ１１０とを含む。表示システムはさらに、少なくとも１つの光変調器１２０、たとえば光バルブパネルといった空間光変調器を含み、それは光収集ステージ１１０および投影ステージ１３０から受取った光を変調するよう動作可能である。オプションで、他の構成要素、たとえば偏光回復システム１４０、光均質化および結像システム１５０、および、多数のカラーチャネルを結合させる必要がある場合にはカラー再結合システム１６０が存在していてもよい。図１に示す異なる構成要素の特定の順序は例示的であり、この発明の他の例および実施例では異なっていてもよい。
【００４３】
ここで異なる構成要素をより詳細に説明する。表示システムに存在する個々の光源１０２は通常、光源１０２の発光面周囲のパッケージングのため、または発光面上のもしくは近傍の他のより大きな光学部品の存在のため、物理的に互いに隣接して配置されることができない光源１０２であってもよい。光源１０２は、たとえば、発光面が通常、パッケージングされるダイ上に組込まれた、または、ダイよりも大きな光学部品がダイの上または近傍にある、発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよい。各光源１０２、たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ）は、単一の光生成面、たとえばダイを有することができ、または、単一の光生成物体として、もしくは単一の発光面として取扱われ得るよう互いに非常に近接して位置付けられた別個の光生成面、たとえばダイの群を有することができる。にもかかわらず、この発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）装置の使用に限定されない。この発明はまた、他の光源、たとえば物理的に互いに隣接して配置されることが不可能な光源で使用されてもよい。オプションの一特徴として、各光源１０２につき、１つ以上の光学素子１０４が光源１０２の発光面、たとえばダイ上に、または近傍に配置されてもよい。光学素子１０４は、たとえば半球レンズ、または非球面素子であってもよいが、他のタイプのレンズも好適であるかもしれないことが理解されるであろう。１つ以上の光学素子１０４は通常、特に一般の照明用途において光源１０２からの光の外部結合を最適化するために、光源１０２の製造業者、たとえばＬＥＤ製造業者によって提供される。光学素子１０４は通常、空気よりも大きな屈折率を有しており、そのため、より多くの光線が発光面から逃げる。光学素子１０４は通常、曲面も有し、そのためこれらの光線は、この素子からより小さな傾斜角で、すなわち、発光面上の垂線に対してより小さな角度で出射し、そのため
光線は内部反射されない。言い換えれば、より多くの光が外部結合されてもよく、レンズ動作のためにエタンデュも拡大されてもよい。後者は、発光面が拡大された仮想発光面へ移されるレンズ動作によるものとして理解されてもよい。通常、そのような１つ以上の光学素子１０４は光源１０２上に存在していてもよく、容易には取外すことができない。
【００４４】
この実施例では、各個々の光源１０２または個々の光源１０２の群に関連した別個の光収集サブシステムを含む光収集ステージ１１０は、好ましくは、各光源１０２について第１のレンズ１１２を含み、それは、光源１０２の発光面、たとえばＬＥＤのダイ、またはその仮想画像でこのため第１のレンズ１１２にとっての仮想対象となる画像を表面Ｓ上に結像させ、光源１０２毎に画像Ｉを形成する。この第１のレンズ素子１１２は、提供されるかもしれないオプションの光学素子１０４とは異なる。第１のレンズ素子１１２は、第１のレンズ素子１１２がリンクされる光源１０２、たとえばＬＥＤのために、光収集システム１１０の口径Ａを規定する。第１のレンズ１１２は球面レンズまたは非球面レンズであり得る。これらの第１のレンズ１１２は、光源１０２、たとえばＬＥＤによって放射される光をできるだけ収集するために、レンズまたはレンズ系の、その口径の有効直径に対する焦点距離の比率であるＦナンバーが小さいことが好ましい。光収集ステージ１１０はさらに、好ましくは、各光源１０２について第２のレンズ１１４を含み、それは、その光源１０２についての口径Ａを実質的に無限遠で結像させる。第２のレンズ１１４も、１つ以上の光学素子１０４とは実質的に異なる。第２のレンズ１１４は通常、第１のレンズ１１２によって形成される画像Ｉの場所に実質的に配置されてもよい。
【００４５】
光源１０２、たとえばＬＥＤと、オプションの光学素子１０４と、レンズ１１２および１１４との構成は、好ましくは、たとえばＬＥＤのダイといった光源１０２の発光面の画像Ｉが表面Ｓ上で実質的に互いに隣接して位置付けられるように、かつ、これらのサブ結像システムの口径が一致するようになっていてもよい。そのような構成は多数の方法で得ることができ、そのうちの１つを例示によりより詳細に、ただしこの発明からの同じ結果を実現可能な多数の他の方法を除外することなく、説明する。
【００４６】
・光学部品は、光源１０２またはその群と、オプションの光学素子１０４と、第１のレンズ１１２および第２のレンズ１１４を含む光収集サブシステムとを含む異なるサブシステムの光軸が互いに実質的に平行に整列されるよう構成される。さらに、各サブシステムの光学部品は、画像Ｉと口径Ａとが上述のように光路上のそれらの意図された位置にあるよう配置される。このため、光学部品は、各光源１０２、たとえばＬＥＤの受入れられた光円錐が平行な円錐に変形されるよう構成される。
【００４７】
・サブシステムのＬＥＤなどの光源１０２、オプションの光学素子１０４、第１のレンズ１１２および第２のレンズ１１４という光学部品は、光軸がそれらの中心点を通って、すなわち光学部品の中心点を通って走るよう構成される。
【００４８】
・各光源１０２の発光面、たとえばＬＥＤのダイまたはダイ群から画像Ｉを得るための拡大係数は、光路における全部品の、それらのパッケージング、ホルダ、配線などを含む物理的輪郭よりも画像が大きくなるように選択される。さもなければ、ダイの異なる画像同士を隣接させる、すなわち隙間をなくすことは不可能である。１つのサブシステムに属する部品の輪郭、たとえばパッケージング、ホルダ、配線の輪郭が隣接するサブシステムの光路を妨げる場合、これらのサブシステムは互いから離れるよう変位される必要がある。これは、全画像Ｉによって形成される合成画像面に「隙間」を作る。これらの「隙間」には照明がなく、光バルブと投影レンズとの組合せによって受入れられる平均光出力（エタンデュ）を減少させる。言い換えれば、画像面に隙間がないことにより、光収集ステージ１１０の異なるサブシステムにおいて誘導される実質的にできるだけ多くの光が、光収集ステージ１１０と光変調器１２０および／または投影ステージ１３０との間でエタンデ
ュの損失が実質的にないように、少なくとも１つの光変調器１２０、たとえば空間光変調器と投影ステージ１３０とによって受入れられる。好ましくは、光収集ステージ１１０と少なくとも１つの光変調器１２０および／または投影ステージとの間のエタンデュの保存がある。隣接するサブシステムの部品による光の遮断を回避し、したがって、光収集ステージ１１０と少なくとも１つの光変調器１２０および投影ステージ１３０との間のエタンデュの実質的な損失を回避する別の可能な解決策は、異なるサブシステムから発する光路を折り曲げて互いから離すことである。多数の光源１０２、たとえばＬＥＤ装置からの光を結合させることが好ましいが、システム１００は、単一の光源１０２、たとえば１つのＬＥＤ装置のみで、すなわち、異なる光源、たとえばＬＥＤ装置からの光の結合なしで使用可能である。
【００４９】
この発明の実施例に従ったセットアップのある特定の例では、光の収集は、光収集ステージ１１０におけるＬＥＤまたはＬＥＤの組合せのエタンデュを保存したままで、かつ、システム１１０の残り、たとえば少なくとも１つの光変調器１２０および／または投影ステージ１３０のエタンデュと良好に整合したままで起こる。これは、上述のような異なる光学素子の配置および結像能力についての規則に従うことによって実現されてもよい。
【００５０】
この発明の好ましいセットアップでは、光源１０２と、もしあればオプションの光学素子１０４と、光収集システム１１０とはこのため、表面Ｓでの光源１０２の各々の画像Ｉが空間的に実質的に異なるよう、すなわち、光源１０２の各々の画像Ｉが表面Ｓの異なる区域に空間的に実質的に配置されるように、かつ、画像Ｉが表面Ｓの画像全体を構成する、すなわち、
全画像＝Σ光源１０２の画像Ｉ
となるように、かつ、光源に対応する異なる各サブシステムの口径Ａについて、口径が２つの光源１０２ａ、１０２ｂの各々について同一かつ等しいものである、すなわち、
Ａ光源１０２ａ＝Ａ光源１０２ｂ
となるように構成される。
【００５１】
上述のように、この発明の第１の実施例の表示システム１００は、光変調パネル１２２などの少なくとも１つの光変調器１２０を含む。そのような光変調パネル１２２は空間光変調器であってもよい。光変調パネル１２２は光バルブであってもよい。光変調パネル１２２は、液晶デバイス（ＬＣＤ）、リキッド・クリスタル・オン・シリコン（ＬＣＯＳ）デバイス、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）などのデジタル光処理（ＤＬＰ）デバイスであってもよく、または別の技術に基づいていてもよい。光変調パネル１２２は透過タイプまたは反射タイプのものであり得る。周知であるように、そのような光変調パネル１２２は、光バルブとして各々作用する個々にアドレス可能な画素のアレイを含んでいてもよく、光が、それを吸収することにより、またはそれをさらに別の光路から反射することにより光を遮断するようにし、または、像全体のその部分において透過または反射されるようにする。各画素の状態は、表示されるべき画像のその画素についての所望の光（カラー）内容を提供するよう設定されている。モノクロプロジェクタについては、光変調パネル１２２を有する単一の光変調器のみが必要とされる。カラープロジェクタについては、赤、緑および青といった色１色につき１枚のパネルを、互いに平行に、たとえば異なる色の光ビームの異なる光路に配置して使用すること、または、単一のパネルを使用して、それをたとえば時系列カラー照明のために赤、緑および青について順次使用すること、もしくは、単一の光変調パネルの白色光照明を使用して、それによりカラーフィルタを単一の光変調パネルに付与することが可能である。これらの手法は当業者には周知である。
【００５２】
通常、多数パネル投影システムを有するシステムでは、光変調パネル１２２を含む光変調器１２０は各々、ある色で、たとえば３パネル投影システムでの赤の光ビーム、緑の光ビームおよび青の光ビームで、赤、緑および青のカラー光チャネルが存在するよう照明さ
れてもよい。次に、３つの異なるカラーチャネルに、光源１０２、光収集ステージ１１０、および光変調パネル１２２が提供されてもよく、光変調パネル１２２によって変調されたカラー光は次に、カラー再結合システム１６０において再結合される。このため、オプションのカラー再結合システム１６０は、異なるカラーチャネルからの光を単一の光ビームへと再結合させるために含まれていてもよい。そのようなカラー再結合システム１６０では、画像は１つ以上の光学再結合部品１６２と再結合され、それから光が投影ステージ１３０を通って送られる。そのような光再結合部品の一例は、たとえば通常液晶装置プロジェクタに使用されるＸキューブである。時系列カラー照明が適用された単一のパネルプロジェクタを有するシステムでは、多数のカラー光ビームが、パネルの照明の前に、カラー再結合システム１６０において再結合されてもよい。多数のカラー光ビームは次に、単一の光ビームへと時系列で再結合されてもよい。これは、再結合光学系、すなわち１つ以上の光学再結合部品１６２、たとえばＸキューブを、表面Ｓの上流の光路に配置することによって実現され得る。後者はたとえば、３つ以上の原色、たとえば赤、緑および青を再結合させるために行なわれてもよい。この場合、１つ以上の光学再結合部品１６２において、カラーのうちの少なくとも１色のサブシステムの光軸は通常、折り曲げられる。
【００５３】
再結合された光は最後に通常、単一のまたは多数の光変調パネル１２２からの光を投影スクリーン（図１には図示せず）に結像させる投影レンズ１３２を含む投影ステージ１３０を通過する。
【００５４】
第１の実施例に従った表示システム１００では、図１に示すような偏光回復システム（ＰＲＳ）１４０を使用することは、有利ではあるが不可欠なことではない。ＰＲＳ１４０の使用は、たとえば、アークランプを光源として使用するさまざまなＬＣＤプロジェクタ設計から公知である。ここで、ＰＲＳ１４０がＬＥＤ光源といった光源を用いて、プロジェクタでどのように使用可能かを説明する。図３に示すように、例示的なＰＲＳ１４０は、その入射面にあたる光を、異なるように偏光された２つの成分に、すなわち、異なる偏光状態を有する２つの光成分に分割する。後者は直角に偏光された２つの成分であってもよい。異なるように偏光された成分は通常、異なる光路ＸおよびＹに沿う。後者は、たとえば、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用いて行なわれてもよいが、他の実現化例も可能であり得る。ＰＲＳは全光束を全体として分割でき、または、光束の一部を各々分割する多数の部分素子に分割され得る。光路のうちの１つ、一例として図３の光路Ｘでは、偏光変換素子１４２、たとえば１／２波長板が配置され、それは入射成分の偏光状態を、他方の光路Ｙに沿う異なるように偏光された成分の偏光状態に変換する。直角に偏光された成分については、偏光はこのため、第１の偏光状態からその直角の偏光状態に変えられる。このように、第１の経路に沿う光成分の偏光状態は、他方の光路、すなわち、図３の例では光路Ｙに沿う光の偏光状態と実質的に等しい。偏光回復システム１４０は、好ましくは、ＬＣＤおよびＬＣＯＳデバイスを含む大抵の光変調器といった、偏光された光を使用する光変調器と組合せて使用され、照明システムのエタンデュを実質的に２倍にするという犠牲を払って、間違った偏光を有する光を回復させる。この実施例では、異なる光源１０２からの画像Ｉは、それらがＰＲＳ１４０の入射面に位置するように構成される。２つの光路への分割のため、ＰＲＳ１４０の全出射面は、最良の場合、全Ｓ表面全体と比較して、実質的に２倍になる。後者は、ＰＲＳ１４０の入口に画像Ｉを、それらの間に空間がないように配置することによって、有利に使用され得る。これらの空間は次に、ＰＲＳ１４０において分割された偏光変換画像、すなわち、光路Ｙに沿う光によって満たされ得る。後者は、光収集ステージ１１０のサブシステムにおける光源１０２および光学部品が、隣接するサブシステムを光学部品が妨害する機会が一般により少なくなるように互いからさらに離れて配置されることを可能にしてもよい。後者はこのため、より多くの空間が利用可能となるので、上述の多数のサブシステムの整列に対する制約を緩和する。その結果、ＬＥＤ装置といった光源１０２、および他の光学素子は、互いに対してより離れて配置可能であり、言い換えれば、光学サブシステムは互いからさらに離れて配置可能であり、
このため、光源１０２、たとえばＬＥＤから光をより多く収集する、たとえばより大きなレンズの使用を容易にする。
【００５５】
第１の実施例に従った表示システム１００では、図１に示す追加の光均質化および結像システム１５０を使用することは、有利ではあるが不可欠なことではない。このシステムの目的は、表面Ｓ上の画像Ｉの全体集合、または、偏光回復システム１４０が光収集ステージ１１０と光均質化および結像システム１５０との間で使用される場合、偏光回復システム１４０の出射面での画像の全体集合を、少なくとも１つの光変調器１２０へ搬送することである。光均質化および結像システム１５０はさらに、光ビームを均質化してもよく、または、言い換えれば、光ビームをより均一にしてもよい。このステージを実現する方法は多数あり、その例を以下の非限定的なリストに示す。
【００５６】
・結像および均質化システム１５０は、空気またはガラスを通る少量の伝搬を含んでいてもよく、そのため、少なくとも１つの光変調器１２０は実質的に直接照明される。この場合、多数の光源１０２の光が結合されると、画像Ｉの整列のわずかな不整合、光源１０２の発光面上での初期の光の出力差もしくはカラー差、または光源の発光面のエージングの差が、実質的な均質化が行なわれないために画像における目に見える不均一性をもたらすおそれがある、ということに留意すべきである。短距離では、照明された面からの異なる区域からの光はそれほど混合されない。１つの光源が機能しなくなると、これはこのため、画像の一部の不具合をもたらす。画像全体に対する均質化により、後者は起こらなくなるであろう。
【００５７】
・結像および均質化システム１５０は、光が入射する光パイプを含んでいてもよい。光パイプはまっすぐであってもよく、またはテーパが付いていてもよい。テーパが付いた光パイプの場合、光パイプの入口および出口でさらに別のレンズが使用されることが好ましい。
【００５８】
・結像および均質化システム１５０は、光が結合される面をパネル上に結像させるために使用可能なリレー光学系を含んでいてもよい。この手法は、たとえば、光変調パネル１２２が反射タイプのものである場合、すなわち、そのような反射性の光変調パネル１２２を光パイプの出口に直接置くことができない場合に使用可能である。
【００５９】
・結像および均質化システム１５０は、１組の複眼レンズアレイ積分器を含んでいてもよい。
【００６０】
・結像および均質化システム１５０は、上述の特徴の組合せを含んでいてもよい。
【００６１】
結像および均質化システム１５０の入射面と出射面および入射許容角と出射許容角との間には、このステージが前のステージ、たとえば光収集ステージ１１０または偏光回復ステージ１４０、および次のステージ、たとえば少なくとも１つの光変調器１２０と良好に整合するように、良好な整合がなければならない。
【００６２】
第２の実施例では、この発明は、第１の実施例で説明したものと実質的に同じ構成要素を含み、実質的に同じ特性および利点を有するものの、光収集ステージ２１０が通常異なるように構築されている表示システム２００に関する。この発明の第２の実施例に従った例示的な表示システム２００の一部を図４に概略的に示す。光の生成を行なう光源１０２とオプションの光学素子１０４とは、第１の実施例で説明された光源１０２と同じであり、同じ特性および利点を有する。光収集ステージ２１０は、好ましくは、各光源１０２、たとえば各ＬＥＤ装置について第１のレンズ２１２を含み、それは、光源１０２の発光面、たとえば、発光面を含むＬＥＤ装置のダイもしくはダイ群、または、オプションの光学
素子１０４によって作られた発光面の仮想画像を結像させ、このため、光源毎に画像Ｉを無限遠で形成する。第１のレンズ２１２、たとえば隣接する方形レンズ素子の各々は、それがリンクされる光源１０２のための光収集システムの口径Ａを規定する。これらの第１のレンズ２１２は、球面レンズまたは非球面レンズであり得る。オプションの光学素子１０４とは異なる第１のレンズ２１２は、好ましくは、光源１０２、たとえばＬＥＤによって放射される光をできるだけ多く収集する高速レンズである。第２のレンズ２１２の形状は、好ましくは、それらが互いに接触するようになっている。全口径ＴＡは、すべてのサブ口径Ａ、すなわち、光源１０２の各々のための光収集システムのサブシステムの口径Ａの組合せである。好ましくは、全口径ＴＡは、照明されない部分が実質的にない状態で完全に照明される。
【００６３】
この実施例では、好ましくは、光源１０２と、もしあればオプションの光学素子１０４と、第１のレンズ２１２とは、口径Ａが互いに隣接して置かれるように、かつ、これらのサブ結像システムの画像Ｉが無限遠で一致するように構成される。そのような構成は多数の方法で得ることができ、そのうちの１つを例示によりより詳細に、ただしこの発明からの同じ結果を実現可能な多数の他の方法を除外することなく、説明する。
【００６４】
・光学部品は、光源１０２またはその群と、もしあればオプションの光学素子１０４と、第１のレンズ２１２を含む光収集サブシステムとを含む、たとえばそれらからなるサブシステムの光軸が、整列され、かつ互いに実質的に平行になるよう構成される。
【００６５】
・サブシステムのＬＥＤなどの光源１０２と、もしあればオプションの光学素子１０４と、第１のレンズ２１２という光学部品は、光軸がそれらの中心点を通って、すなわち光学部品の中心点を通って走るよう構成される。
【００６６】
この実施例では、光収集システム２１０は、好ましくは、たとえばオプションの偏光回復システム１４０の後に位置付けられ、好ましくは光源１０２の光生成面からの画像を無限遠から画像が一致する実表面Ｓに搬送するために使用されてもよい第２のレンズ２１４を含む。そのような表面Ｓは、少なくとも１つの光変調器１２０、オプションの光均質化および結像システム１５０、および／またはオプションのカラー再結合システム１６０のための入力として使用されてもよい。これらの構成要素は、投影ステージ１３０とともに、第１の実施例で説明したものと同じであり、同じ特性および同じ利点を有する。一例として、図４は、オプションの光均質化および結像システム１５０としてのテーパ付き光パイプが使用されている表示システムを例示している。光パイプは通常、光パイプを横切る２本の線でも示されているように、図に示すものよりも長い。
【００６７】
光源１０２、もしあればオプションの光学素子１０４、および光収集システム２１０はこのため、表面Ｓでの光源１０２の各々の画像Ｉがすべて等しくなるよう、すなわち、２つの各光源１０２ａ、１０２ｂについて、
Ｉ光源１０２ａ＝Ｉ光源１０２ｂ
となるように、かつ、異なる光源１０２についての異なるサブシステムの口径Ａが、システムの残りについての全口径ＴＡをともに形成する、すなわち、
全口径ＴＡ＝Σサブシステムの口径Ａ
となるように構成される。
【００６８】
なお、表面Ｓからの照明は光源１０２の光生成面と実質的に同じアスペクト比を有しており、たとえばこれは正方形であってもよく、別の例では、ＬＥＤに時折あるような３対２のアスペクト比である。表面Ｓのアスペクト比が、少なくとも１つの光変調器１２０で使用される光変調パネル１２２のアスペクト比と異なる場合、オプションの光均質化および結像システム１５０が、たとえば入力および出力面が異なるアスペクト比を有するテー
パ付き光パイプを用いてそれを補正するようにされてもよい。入力面はその場合、表面Ｓの照明された部分のアスペクト比を有していてもよく、一方、出力面は、少なくとも１つの光変調パネル１２２と同様のアスペクト比を有していてもよい。
【００６９】
好ましい一実施例では、オプションの偏光回復システムが使用され、オプションの偏光回復システム１４０は、この発明の第１の実施例で説明されたものと同じ特性および利点を含む。サブシステムの口径Ａはその場合、２倍にされてもよく、オプションの偏光回復システム１４０の後の全口径ＴＡを規定してもよい。それはその場合、投影システムの残りの部分についての有効口径である。
【００７０】
この実施例に従った表示システムの一利点は、すべての光源１０２が光変調器の空間区域全体を実質的に照明することである。後者はたとえば、光源のうちの１つが消えるかまたはその放射特性を実質的に変えた場合に有利であり得る。なぜなら、影響は光変調器全体に広がり、このため、スクリーン上に表示される、結果として生じる画像においてより見えにくくなるかもしれないためである。
【００７１】
この発明に従った第３の実施例は、第１の実施例で説明したものと実質的に同じ構成要素を含み、実質的に同じ特性および利点を有するものの、光収集ステージ３１０が通常異なるように構築されている表示システム３００に関する。この実施例に従った例示的な表示システム３００を図５ａおよび図５ｂに示す。光の生成を行なう光源１０２と、もしあればオプションの光学素子１０４とは、第１の実施例でそれぞれ説明された光源１０２およびオプションの光学素子１０４と同じであり、同じ特性および利点を有する。光収集ステージ３１０は、好ましくは、各光源１０２、たとえば各ＬＥＤ装置について第１のレンズ３１２を含み、それは、光源１０２の発光面、たとえば、発光面を含むＬＥＤ装置のダイもしくはダイ群、または、オプションの光学素子１０４によって作られた発光面の仮想画像を結像させ、光源１０２毎に画像Ｉを形成する。第１のレンズ３１２は、互いに実質的に隣接して位置付けられた異なる光源１０２、たとえばＬＥＤの画像を生成する。第１のレンズ３１２は、それがリンクされる光源１０２、たとえばＬＥＤ装置のための光収集システムのための光変調パネルの対象を規定する。第１のレンズ３１２、たとえば矩形形状のレンズ素子の各々は、球面であっても非球面であってもよい。それらは、好ましくは、光源１０２、たとえばＬＥＤの光をできるだけ多く収集するよう、小さいＦナンバーを有する。光源１０２、たとえばＬＥＤ装置毎に、第２のレンズ３１４が提供され、それは、実質的に画像Ｉの場所に配置されるレンズ３１２を無限遠で結像させる。そのため、レンズ３１２の画像はすべて、それらが一致する無限遠で重ね合わせられる。この対象は第３のレンズ３１６によって表面Ｐ上で結像される。これらの第２のレンズ３１４、たとえば隣接する方形レンズ素子の各々は、それがリンクされる光源１０２、たとえばＬＥＤ装置のための光収集システムの口径の一部Ａを規定する。
【００７２】
この実施例では、好ましくは、光源１０２と、もしあればオプションの光学素子１０４と、第１のレンズ３１２および３１４とは、口径Ａが互いに隣接しておかれるように、かつ、これらのサブ結像システムの画像Ｉが無限遠で一致するように構成される。そのような構成は多数の方法で得ることができ、そのうちの１つを例示によりより詳細に、ただし同じ結果を実現可能な多数の他の方法を除外することなく、説明する。
【００７３】
・光学部品は、光源１０２またはその群と、もしあればオプションの光学素子１０４と、第１のレンズ３１２および第２のレンズ３１４を含む光収集サブシステムとを含む、たとえばそれらからなるサブシステムの光軸が、整列され、かつ互いに実質的に平行になるよう構成される。
【００７４】
・サブシステムのＬＥＤなどの光源１０２と、もしあればオプションの光学素子１０４
と、第１のレンズ３１２および第２のレンズ３１４という光学部品は、光軸がそれらの中心点を通って、すなわち光学部品の中心点を通って走るよう構成される。
【００７５】
この実施例では、光収集手段は、好ましくは、各第１のレンズ３１２をそれらが一致する表面Ｐ上で結像させる第３のレンズ３１６を含む。第３のレンズ３１６の焦点は実質的に表面Ｐ上に位置する。第１のレンズ３１２が、少なくとも１つの光変調器１２０と同じアスペクト比を有する場合、第１の実施例で説明したような光均質化および結像システム１５０がオプションで使用されてもよいが、この発明はそれに、つまり光均質化および結像システム１５０の入口と出口とで同じアスペクト比が保持される場合に限定されない。第１のレンズ３１２が、少なくとも１つの光変調器１２０とは異なるアスペクト比を有する場合、たとえばレンズを備えたテーパ付き光パイプを位置Ｐの入口に配置して、アスペクト比の差を補正することができる。図６の表示システム３５０に示すように、第３のレンズ３１６を２つのシリンダレンズに分割してアスペクト比を補正することも可能である。これらのレンズは、それらの焦点が一致し、かつ、表面Ｐ上に位置するように配置される。ここでも、第１の実施例で説明したような光均質化および結像システム１５０が、少なくとも１つの光変調器１２０を照明するために、オプションで使用可能である。
【００７６】
光源１０２、もしあればオプションの光学素子１０４、および光収集システム３１０はこのため、好ましくは、表面Ｐでの光源１０２の各々の画像Ｉがすべて等しくなるよう、すなわち、２つの各光源１０２ａ、１０２ｂについて、
Ｉ光源１０２ａ＝Ｉ光源１０２ｂ
となるように、かつ、異なる光源１０２についての異なるサブシステムの口径Ａが、システムの残りについての全口径ＴＡをともに形成する、すなわち、
全口径ＴＡ＝Σサブシステムまたはその一部の口径Ａ
となるように構成されてもよい。
【００７７】
この発明の好ましいセットアップでは、オプションの偏光回復システム１４０が、この発明の第１の実施例について詳細に説明されたように適用されてもよい。偏光回復システム１４０は、光収集システムの異なるサブシステムの口径Ａを、光収集システムの異なるサブシステムの口径Ａ′へ実質的に２倍にし、それらは実質的に隣接しており、このため表示システム３００の残りの全口径ＴＡを形成する。偏光回復システム１４０といった光学部品は、元の口径Ａに対応している２倍になった口径Ａ′が、照明されない部分が全口径ＴＡに実質的にないように、他の元の口径または２倍になった口径にも隣接するよう位置付けられるように構成されるべきである。少なくとも１つの光変調器１２０、投影ステージ１３０、およびオプションのカラー再結合システム１６０といった他の構成要素は、第１の実施例で説明されたものと同じであってもよく、同じ特性を含み、同じ利点を有する。
【００７８】
第４の実施例では、この発明は、第１の実施例で説明したものと実質的に同じ構成要素を含み、実質的に同じ特性および利点を有するものの、光収集ステージ４１０が通常異なるように構築されている表示システム４００に関する。この発明の第４の実施例に従った例示的な表示システム４００の一部を図７ａおよび図７ｂに示す。光の生成を行なう光源１０２は、第１の実施例で説明された光源１０２と同じであり、同じ特性および利点を有する。オプションの光学素子１０４は除外されないが、後者は通常存在しない。場合によっては、薄い保護層が発光面上にあってもよい。
【００７９】
光収集ステージ４１０は、好ましくは、各光源１０２、たとえば各ＬＥＤ装置について、光源１０２の発光面に、またはその上の薄い保護層などのコーティングに光学的に結合された、透過材料のテーパ付き中実光パイプといった光パイプ４１２を含む。光パイプ４１２は、理想的には、光の損失を回避するために以下の特徴を有し、このため実質的にす
べての光を少なくとも１つの光変調器１２０に結合させることができる。
【００８０】
・光パイプ４１２の入力および出力面は実質的に互いに平行であり、実質的に同じアスペクト比を有する。
【００８１】
・システムに結合され得る光の損失を回避するために、光パイプ４１２の入力面は、光源１０２の発光面の輪郭と実質的に同じ寸法、たとえば、ＬＥＤ装置上の単一の光生成ダイまたは光生成ダイ群の輪郭と実質的に同じ寸法を有するべきである。
【００８２】
・光パイプ４１２の側面は実質的にまっすぐかつ平坦であってもよい。
【００８３】
・オプションで、光パイプ２１２の第１の部分は反射性の高いコーティングまたはフィルムで覆われる。この反射性コーティングまたはフィルムに対する理由は、入射角が大きいために光が内部反射しないので、光は光パイプから出射すること、および、このコーティングまたはフィルムがこの光を光パイプへ反射し返すことである。この反射性コーティングまたはフィルムは、光パイプの第２の部分ではもはや必要とされない。なぜなら、そこでは入射角は、光パイプのテーパ付けの影響のため徐々に小さくなっているためである。
【００８４】
光源毎に、光収集システム４１０は第１のレンズ４１２も含み、それは、光パイプ４１２の出口で、光パイプ４１２に近接して置かれるかまたは好ましくは屈折率整合接着剤で光パイプ４１２上に接着される。このレンズは、レンズの出射面上のあらゆる点からの光円錐の軸が実質的に平行となるよう選はれた焦点距離を有していてもよい。このレンズの定義については、以下の式が使用できる。
【００８５】
【数１】
2006154834.tif 000003
【００８６】
式中、ｆは第１のレンズ４１４の焦点距離、ｎは屈折率、Ｒoは光パイプ４１２の出力面での最大寸法、Ｒiは光パイプ４１２の入力面での最大寸法を表わす。
【００８７】
この発明のこの実施例の好ましいセットアップでは、光源の発光面は、光軸が互いに平行となり、かつ、第１のレンズ４１４が実質的に互いに隣接して置かれるように構成される。
【００８８】
この発明の構成は、単一の光源１０２、たとえば単一の発光ダイオードで使用可能である。その場合、単一の光パイプ４１２と第１のレンズ４１４としかない。互いに平行に配置された光軸の特性はその場合、当てはまらない。
【００８９】
少なくとも１つの光変調器１２０、投影ステージ１３０、およびオプションのカラー再結合システム１６０は、第１の実施例でより詳細に説明されたものと同じであってもよく、同じ特性および同じ利点を含む。
【００９０】
第４の実施例の代替的な一構成は、上述の表示システム４００と同様であるものの、光収集システム４１０がさらに反射偏光器４５２と遅延手段４５４とを含む表示システム４５０に関する。反射偏光器４５２は、たとえばワイヤグリッド偏光器であってもよいが、この発明はそれに限定されない。反射偏光器４５２は、光パイプ４１２の出口側に、たと
えば光パイプ４１２の第１のレンズ４１４の後に位置付けられる。表示システム４５０の一部を図８に示す。遅延手段４５４は、光パイプ４１２の光路のどこか、またはレンズと反射偏光器４５２との間の出口側に位置付けられる。遅延手段４５４は、１／４波長板とといった、奇数／４の波長遅延に実質的に等しい遅延を有する遅延器であってもよい。
【００９１】
反射偏光器４５２によって伝達できない偏光状態を有する光は、光パイプ４１２へ反射し返され、このため遅延手段４５４を通って光源１０２への経路に沿い、そこでそれは、光源１０２の表面の反射部分に（部分的に）当ると部分的に反射される。その後、この光は再度光パイプを通って反射偏光器４５２へと伝わる。そこでそれは遅延手段４５４を再度通り、その偏光状態は、光の実質的な部分が今回は反射偏光器４５２を通過するように修正される。
【００９２】
反射偏光器４５２はまた、広帯域コレステリック偏光器でもあり得る。これは１種類の円偏光された光を反射する。したがって、広帯域コレステリック偏光器が使用される場合、当初反射された光が反射偏光器を二度目に通過することを達成するのに、遅延手段を使用する必要はない。この実施例では、この発明の第１の実施例でオプションの構成要素として説明されたような追加の偏光回復システムは必要ない。
【００９３】
この発明の実施例に従った表示システムの一利点は、光源で生成された光の最大値が光変調器１２０によって変調、たとえば透過／反射され、投影ステージ１３０の投影レンズ１３２のｆナンバーによって受入れられることである。言い換えれば、この発明の実施例に従った表示システムの一利点は、光変調器１２０と投影ステージ１３０との組合せのエタンデュが十分に活用されることである。
【００９４】
この発明に従った実施例のさらなる利点は、たとえば１原色につきたった１つのＬＥＤ装置といった光源を含むシステムのために、光変調器１２０と投影ステージ１３０との組合せのエタンデュの十分な活用を得ることができることである。この発明に従った実施例のさらに別の利点は、たとえば１原色につき多数の組合されたＬＥＤ装置といった光源１０２を含むシステムのために、光変調器１２０と投影ステージ１３０との組合せのエタンデュの十分な活用を得ることができることである。後者は、高輝度システムがより容易に達成可能であるため、有利であり得る。この発明に従った表示システム、たとえばプロジェクタシステム、および光源１０２、たとえばＬＥＤ装置の所与の輝度により、光バルブと投影レンズとの組合せは、エタンデュの実質的に損失がない状態をもたらすかもしれない。光源１０２はそれにより、発光面周囲のパッケージングのため、または発光面近くで使用されるより大きな光学部品の実現のために物理的に互いに隣接して位置付けられないようになっていてもよい。
【００９５】
光源１０２、少なくとも１つの光変調器１２０、および投影レンズ１３０は予め定められたエタンデュを有するため、原則的には、照明に使用使用可能な光源の最大量は予め定められている。この最大量は、エタンデュの保存、すなわち、エタンデュの増加を禁止することによって定められる。なぜなら、これは光源の最適使用の劣化につながるためである。この発明に従った実施例は、エタンデュの保存を可能にする光収集システムを有する表示システムを提供する。
【００９６】
複数の光学サブシステムを有するシステムにとって、光学サブシステムのエタンデュ寄与間に空間が存在しないことは有利である。パッケージング、配線、コネクタ、部品ホルダといった物理的制約は、光学サブシステムのエタンデュ寄与間に空間を残さないために必要なだけサブシステム同士をともに近づけて置くことができない理由となり得る。この発明は、エタンデュの保存を可能にする実施例を提供する。この発明のいくつかの実施例はしたがって、空間領域でのサブシステムのエタンデュ寄与を有利に構成し、一方、他の
実施例は、角度領域でのサブシステムのエタンデュ寄与を構成する。
【００９７】
この発明の実施例は、複数の光源が使用される場合、たとえば１つのカラーチャネルにつき複数の光源が使用される場合に特に有用である。なぜなら、これは輝度の増加を可能にするためである。
【００９８】
好ましい実施例、特定の構成および設定、ならびに材料がこの発明に従った装置についてここに述べられてきたが、形状および詳細におけるさまざまな変更または修正が、この発明の範囲および精神から逸脱することなく行なわれてもよい、ということが理解されるべきである。たとえば、上述の実施例は装置に関連して説明されているが、この発明は、照明するための対応する方法にも関する。この発明はこのため、上述の光セットアップのいずれかを用いて光路上で光を誘導する照明のための方法を提供する。この発明はたとえば、複数の光源を用いて光を生成するステップと、光源の各々からの光を個々に収集することによって光を収集するステップと、収集された光を変調器上で結像させるステップと、表示されるべき画像情報に従って光を変調するステップと、変調された光を投影するステップとを含む、画像を表示するための方法に関する。光を収集するステップは、実質的に平行な光路を用いて光源の各々から光を個々に収集することによって行なわれてもよい。光を収集するステップはまた、光学部品の中心点を通る光路上の光を収集することによって行なわれてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】この発明の第１の実施例に従った、多数の光源と光収集ステージとを有する表示システムの一例を示す図である。
【図２】図１に示すような表示システムの光源および光収集ステージのより詳細な図である。
【図３】この発明の異なる実施例に従った表示システムでオプションで使用され得るような偏光回復システムの概略図である。
【図４】この発明の第２の実施例に従った、多数の光源と光収集ステージとを有する表示システムの一例を示す図である。
【図５】この発明の第３の実施例に従った、多数の光源と光収集システムとを有する表示システムの一例を示す図である。
【図６】この発明の第３の実施例に従った、多数の光源と代替的な光収集システムとを有する表示システムの一例を示す図である。
【図７ａ】この発明の第４の実施例に従った、多数の光源と光収集システムとを有する表示システムの概略的な側面図である。
【図７ｂ】この発明の第４の実施例に従った、多数の光源と光収集システムとを有する表示システムの概略的な上面図である。
【図８】この発明の第４の実施例に従った、多数の光源と代替的な光収集システムとを有する表示システムの一部の概略的な上面図である。
【符号の説明】
【０１００】
１００  表示システム、１０２  光源、１１０  光収集ステージ、１２０  光変調器、１３０  投影ステージ、２００  表示システム、２１０  光収集ステージ、３００  表示システム、３１０  光収集ステージ、３５０  表示システム、４００  表示システム、４１０  光収集ステージ、４５０  表示システム。
【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７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【外国語明細書】
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