(57)【要約】  １）少なくとも１つの光源（２５）、２）少なくとも１つのＴＩＲプリズムアセンブリ（１３）および３）少なくとも１つのディジタルマイクロミラーデバイス（１５）を用い、（ａ）光源（２５）とプリズムアセンブリ（１３）との間の照明経路（５５）が折畳まれていない、すなわち照明経路に折畳みミラーを備えておらず、（ｂ）照明経路（５５）とデバイスの水平軸（５３）との間の角度γが約２０°以下であることが好ましい投射ディスプレイ用の光エンジン（９）が提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーン上に画像を生成するための装置であって、
（Ａ）照明光を生成する光源と、
（Ｂ）画像光を生成するために照明光を選択的に反射するパネルであって、共通平面に配置された選択的に調整可能な複数の反射素子であって、少なくとも第１の位置と第２の位置との間で調整可能な素子を具備するパネルと、
（Ｃ）画像光を受光し、前記スクリーン上に前記画像を生成する投射レンズと、
（Ｄ）前記光源から前記パネルに向けて照明光を透過させ、前記パネルから前記投射レンズに向けて画像光を透過させるプリズムアセンブリであって、
（Ｉ）前記光源から照明光を受光する第１の面と、
（ＩＩ）前記第１の面によって透過された照明光が内部全反射される第２の面と、
（ＩＩＩ）前記第２の面から前記パネルに向けて反射される照明光を透過させる第３の面と、を具備するプリズムを含むプリズムアセンブリと、を備え、
（ａ）前記第２の面および前記第３の面が前記パネルから前記投射レンズに反射される画像光を透過させ、
（ｂ）前記第１の面および前記第２の面がそれぞれ、
（ｉ）９０°より大きい角度で交差する２つの縁および
（ｉｉ）９０°より小さい角度で交差する２つの縁を具備していることを特徴とする装置。
【請求項２】
（ｉ）前記光源が光源軸を規定し、
（ｉｉ）前記パネルが水平軸を規定し、
（ｉｉｉ）前記光源軸と前記水平軸との間の角度が約２０°以下であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
（ｉ）前記第３の面が下縁を有し、
（ｉｉ）前記パネルが水平軸を規定し、
（ｉｉｉ）前記下縁と前記水平軸との間の角度が４５°未満であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
（ｉ）請求項１記載の装置と、
（ｉｉ）請求項１記載の前記装置を収容するキャビネットと、
（ｉｉｉ）請求項１記載の前記装置によって形成される画像がその上に表示され、前記キャビネットによって保持されるスクリーンと、を具備することを特徴とする背面スクリーンプロジェクタ。
【請求項５】
スクリーン上に画像を生成するための装置であって、
（Ａ）照明光を生成する光源と、
（Ｂ）画像光を生成するために照明光を選択的に反射するパネルであって、共通平面に配置された選択的に調整可能な複数の反射素子であって、少なくとも第１の位置と第２の位置との間で調整可能な素子を具備するパネルと、
（Ｃ）画像光を受光し、前記スクリーン上に前記画像を生成する投射レンズと、
（Ｄ）前記光源から前記パネルに向けて照明光を透過させ、前記パネルから前記投射レンズに向けて画像光を透過させるプリズムアセンブリであって、
（Ｉ）前記光源から照明光を受光する面と、
（ＩＩ）前記パネルに向けて照明光を透過させ、前記パネルから反射される画像光を受光する面と、
（ＩＩＩ）画像光を前記投射レンズに向けて透過させる面と、を具備するプリズムを含むプリズムアセンブリと、を備え、
（ａ）前記プリズムアセンブリは、内部全反射が生じる少なくとも１つの面を備え、
（ｂ）前記光源と前記光源から照明光を受光する面との間の光路が折畳まれていないことを特徴とする装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの面が、照明光を前記パネルに向けることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
（ｉ）前記光源が光源軸を規定し、
（ｉｉ）前記パネルが水平軸を規定し、
（ｉｉｉ）前記光源軸と前記水平軸との間の角度が約２０°以下であることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項８】
（ｉ）前記パネルに向けて照明光を透過させ、前記パネルから反射される画像光を受光する面が、下縁を有し、
（ｉｉ）前記パネルが水平軸を規定し、
（ｉｉｉ）前記下縁と前記水平軸との間の角度が４５°未満であることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項９】
（ｉ）請求項５記載の装置と、
（ｉｉ）請求項５記載の前記装置を収容するキャビネットと、
（ｉｉｉ）請求項５記載の前記装置によって形成される画像がその上に表示され、前記キャビネットによって保持されるスクリーンと、を具備することを特徴とする背面スクリーンプロジェクタ。
【請求項１０】
スクリーン上に画像を生成するための方法であって、
（ａ）照明光の伝搬方向を変えることなく、光源からプリズムアセンブリに前記光を伝搬させるステップと、
（ｂ）前記プリズムアセンブリを介して、共通平面に配置された選択的に調整可能な複数の反射素子であって、少なくとも第１の位置と第２の位置との間で調整可能な素子を具備するパネルに前記照明光を透過するステップと、
（ｃ）前記パネルにおいて前記照明光から画像光を形成するステップと、
（ｄ）前記画像光を前記プリズムアセンブリを介して投射レンズに向けて透過させるステップと、
（ｅ）前記投射レンズを介して前記画像光を透過させて、前記画像を形成するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
ステップ（ｂ）において、前記照明光が内部全反射されることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
画像光の伝搬方向を変えることなく、前記プリズムアセンブリと前記投射レンズとの間で前記光が伝搬させられることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
画像光の伝搬方向を変えることなく、前記パネルと前記投射レンズとの間で前記光が伝搬させられることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連仮出願に対する相互参照
本出願は、２００１年１１月２８日に出願された米国特許仮出願第６０／３３４，００９号明細書の米国特許法第１１９条第（ｅ）項に基づく利益を主張するものであり、当該特許仮出願の内容の全体が本願明細書に含まれている。
【０００２】
本発明は、マイクロディスプレイ投射システムに関し、さらに詳細には、ディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）およびＴＩＲプリズムを用いるマイクロディスプレイ投射システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
Ａ．ＤＭＤを採用する先行技術の投射ディスプレイ
ＤＭＤ（テキサス・インストルメンツ（ＴＥＸＡＳ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ））を用いる一般的な投射ディスプレイは、光源（たとえば、高圧水銀アークランプ）からの照明と、フィールドシーケンシャルカラー用のカラーホイールと、積分器および中継光学素子を有する照明経路と、を有する。光源からの照明光は、イメージャディスプレイに当たり、各ピクセルにあるマイクロミラーによって変調される。各フリッピングミラーは、その表面から反射される照明の向きを変えることができ、投射レンズおよびスクリーンに向けたり、スクリーンに到達しないように遮断する拒絶状態にしたりする。
【０００４】
入射照明光束を、出て行く画像光すなわちスクリーンに達する光から分離するようにするように保つための、さまざまな方法がある。第１の方法は、照明光束および画像光束の物理的分離を利用する。このとき、「オン」ピクセルからの光を受け入れ、任意の他の方向からの光を拒絶するように、投射レンズの瞳を配置する。
【０００５】
第２の方法では、ＤＭＤイメージャから反射される画像光から照明光を分離するために、ＴＩＲプリズムを用いる。ＴＩＲプリズムは、ほぼ反射の臨界角である面を有する。すなわち、ある角度の光が内部全反射し、別の角度の光が通過する面を有する。ＤＭＤイメージャと共に、ＴＩＲプリズムを利用することに関する元の開示は、本発明の譲受人に譲渡されたシモン・マガリル（Ｓｉｍｏｎ  Ｍａｇａｒｉｌｌ）に付与された特許（特許文献１）であった。ＴＩＲプリズムがＤＭＤイメージャと共に用いられる他の特許としては、マガリル（Ｍａｇａｒｉｌｌ）の特許文献２、ピーターソン（Ｐｅｔｅｒｓｏｎ）らによる特許文献３、ポラディッシュ（Ｐｏｒａｄｉｓｈ）らによる特許文献４、フィールディング（Ｆｉｅｌｄｉｎｇ）らによる特許文献５、岡森らによる特許文献６、およびマガリル（Ｍａｇａｒｉｌｌ）の特許文献７が挙げられる。
【０００６】
現在、ＤＭＤイメージャと共に用いられるＴＩＲプリズムに関する標準的な構成になっているものにおいて、照明光は「全反射する」角度で入射し、スクリーンに達する光は反射することなくＴＩＲ面を通過する。また、投射レンズにおける瞳は、「オン」になったピクセルからの光を受け入れ、たとえあるとしても、他の方向からの光を拒絶するように配置される。
【０００７】
図１Ａおよび図１Ｂはそれぞれ、背面投射キャビネット１１内部のＤＭＤ投射系９を示す側面図および正面図である。図２は、キャビネットがない状態の同一の要素の等角拡大図である。これら２つの図は、先行技術を代表するＤＭＤおよびＴＩＲプリズムアセンブリを用いる背面投射テレビのキャビネットに見られる要素を示している。
【０００８】
これらの図に示されているように、プリズムアセンブリ１３は、ＤＭＤイメージャ１５の前に位置している。投射レンズ１７は、画像光を選択して折畳みミラー１９、２１に送り、スクリーン２３に送る。図では先行技術の照明系のすべての部品、すなわち、光源２５（たとえば、高圧水銀アークランプ）、モータ３３を備えたカラーホイール２７、統合トンネル２９、中継レンズ３１、折畳みミラー３５および別の中継レンズ３７を見ることができる。
【０００９】
Ｂ．先行技術における照明光、画像光およびＴＩＲ面の動作および向き
今日までに製作されたすべてのＤＭＤイメージャでは、正方形のピクセルマイクロミラーが角部に対して傾斜する。これは、照明光がデバイスの水平方向（以下の説明参照）に対して４５°でデバイスに達する必要があることを意味する。
【００１０】
図３は、ＤＭＤイメージャの正面図であり、先行技術では４５°の必要条件がいかにして実現されているかを示している。この図では、３９は１つのマイクロミラーピクセルであり、４１はミラー反転軸（移動軸）を示し、４３はＴＩＲ表面における反射を示し、４５は照明方向を示し、４７は「望ましくない」光源の向き（以下の説明を参照）を示し、４９は先行技術で用いられる照明経路の折畳みミラーを示し、５１は照明経路の折畳みミラー（以下の説明を参照）の利用によって先行技術で実現される「望ましい」光源の向きを示している。
【００１１】
マイクロミラーと適切に相互に作用させるために、照明光は、反転軸４１に垂直に入らなければならない。その結果、照明方向４５は、イメージャ１５の水平軸５３、すなわちイメージャの水平縁によって規定される水平軸に対して４５°の状態に達する。ＴＩＲプリズムを用いる系において、エアギャップ面がこれと同じイメージャ軸に対して傾斜している。
【００１２】
折畳みミラー４９がない状態では、照明軸４５は、照明の起点、すなわち図３における「望ましくない」向きにある光源４７まで戻ることになる。多くの光源の場合、特にアークバーナを用いる光源（たとえば高圧水銀アークランプ）の場合には、アークバーナが実質的に水平でない場合には、光源の動作が弱められる。このため、図３における光源４７の向きは「望ましくない」と考えられる。
【００１３】
図３に示されているように、先行技術では光源の軸に関して実質的に水平である向きの必要性は、照射経路の折畳みミラー４９の利用によって実現された。このミラーにより、光源５１が、イメージャ１５の水平軸５３に対して光源の軸の角度が許容可能であるような向きを有するようにすることができた。
【００１４】
図４は、先行技術におけるＴＩＲプリズムの利用をさらに説明しており、この場合には、この図面のプリズムの下に示されるＤＭＤイメージャ１５と共に、プリズムアセンブリ１３を構成するプリズム１３ａの１つのみの等角図である。実際の利用では、ＤＭＤイメージャ１５およびプリズムアセンブリは、一般的に垂直に配置される。
【００１５】
図４は、プリズム１３ａに達し、ＴＩＲ面５７でデバイスへ反射される照明軸５５を示している。説明のため、デバイスの平面上の照明軸の投射５９は、図４では点線として示されている。投射はイメージャの水平軸５３に対し４５°であることを留意されたい。図４はまた、これもイメージャの水平軸５３に対し４５°である反転軸４１も示している。水平軸の正方向が図４の右であるとすると、反転軸は＋４５°であり、照明軸の投射５９は−４５°である。
【００１６】
図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃは、先行技術において用いられるさまざまなＴＩＲプリズムアセンブリによる光路を示しており、各図において「オン」状態（＋１０°）の１つのマイクロミラー６７が示されている。
【００１７】
図５Ａは、照明光６１がＴＩＲ面５７から反射し、画像光６３がＴＩＲ面を通過する場合を示している。アクリル（ｎ＝１．４９３）からなるプリズムおよび１０°のミラー傾斜およびＦ／３．０光円錐を有するＤＭＤデバイスの場合には、プリズム角は約３５°である。
【００１８】
図５Ｂは、照明光６１がＴＩＲ面５７を通過し、画像光６３がＴＩＲ面から反射する場合を示している。イメージングデバイスのミラーは、この手法の場合には図５Ａの手法の場合と同一の態様で動作する。したがって、照明は、傾斜した「オン状態の」ミラーの場合には依然として一定の角度で入らなければならず、画像（オン状態）光は依然としてデバイスからまっすぐ（デバイス平面に対して垂直に）離れる。これらの状態を満たすためには、プリズムアセンブリを構成するプリズムは、図５Ｂの手法の場合には、図５Ａの手法と異なる構成を有する。
【００１９】
まっすぐに来る画像光は、ＴＩＲ面で全反射される必要があるため、特に、図５Ｂの手法の場合には、プリズム角は図５Ａの手法のプリズム角と異なる。たとえば、アクリルプリズムおよび１０°のミラーおよびＦ／３．０光円錐を有するＤＭＤデバイスの場合には、図５Ｂの手法のＴＩＲプリズム面は、図５Ａの手法のような３５°ではなく、デバイス平面に対して単純に４５°である。
【００２０】
図５Ｃは、照明光および画像光の両方に関する光路が内部全反射を受ける別の手法を示している。この場合には、内部全反射が面５７および面６５の両方で生じる。それ以外の点では、この手法は図５Ｂの手法に類似している。特に、ピーターソン（Ｐｅｔｅｒｓｏｎ）らの特許文献３で示されているように、図５Ｂ（および５Ａ）の手法に類似している図５Ｃの手法は、照明経路に折畳みミラーを用いている。
【特許文献１】米国特許第５，５５２，９２２号明細書
【特許文献２】米国特許第５，６０４，６２４号明細書
【特許文献３】米国特許第６，１８５，０４７号明細書
【特許文献４】米国特許第６，２４９，３８７号明細書
【特許文献５】米国特許第６，２５０，７６３号明細書
【特許文献６】米国特許第６，３４９，００６号明細書
【特許文献７】米国特許第６，４６１，０００号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
前述の内容から、先行技術ではＴＩＲプリズムアセンブリを用いたＤＭＤ投射ディスプレイは照明経路に折畳みミラーを具備していることが分かる。本発明は、当業界におけるこの欠点に対処し、１）少なくとも１つの光源と、２）少なくとも１つのＴＩＲプリズムアセンブリと、３）少なくとも１つのディジタルマイクロミラーデバイスと、を用い、光源とプリズムアセンブリとの間の照明経路が折畳まれていない、すなわち照明経路に折畳みミラーを備えていない背面ディスプレイを提供する。
【００２２】
このような折畳みのない光路は、照射経路を簡素にするほか、その長さを短縮する。長さの短縮により今度は、より小さい中継レンズおよび／またはより少ない中継レンズを照明経路において用いることができる。これは、系の照明部分のコスト、複雑さおよび重量を低減し、最終的には投射ディスプレイ全体のコスト、複雑さおよび重量削減につながる。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
以下に詳細に説明するように、本発明によれば、折畳みのない照明経路は、プリズムアセンブリに関して実現され、アセンブリにおいて、１）光入射面および２）ＴＩＲ面を有し、それらの面の両方が（ａ）９０°より大きい角度で交わる２つの縁および（ｂ）９０°より小さい角度で交わる２つの縁を有するプリズムを用いることによって、照明光がアセンブリのＴＩＲ面から反射し、画像光がアセンブリのＴＩＲ面を通過する。
【００２４】
図１３は、６９が光入射面であり、７１がＴＩＲ面であるようなプリズムを示している。９０°より大きい角度で交わる光入射面の縁は縁７３および縁７５であり、９０°より小さい角度で交わる縁が縁７５および縁７７である。９０°より大きい角度で交わるＴＩＲ面の縁が縁７５および縁８１であり、９０°より小さい角度で交わる縁が縁７５および縁８３である。
【００２５】
この実施形態では、ＴＩＲ折畳みは照明経路に作用し、画像経路をデバイスからまっすぐ出射させ、ＴＩＲ面を通過させる。これは、投射レンズから最短の可能な背面焦点距離のみを必要とし、一般にテレセントリック瞳またはニアテレセントリック瞳を有する投射レンズの設計を容易となすという利点をもたらす。また、イメージャデバイスがスクリーンと略同一の向きにあるようにすることもでき、背面投射型ディスプレイにとって好都合である。
【００２６】
この構成に関して、ＴＩＲプリズムにおける照明経路は、適切な照明を設定するために、複合角を考える必要がある。以下に詳細に説明するように、照明に関する両方の反射基準を満たさなければならない点と、画像経路の光円錐全体を完全に透過するように適切に向きを維持しなければならない点で、このタイプのプリズムには制約が多い。
【００２７】
本発明の別の特徴は、以下のさらなる説明において記載されているか、部分的にはその説明から当業者には容易に明白であり、本願明細書に記載されているように、本発明を実施することによって認識されるであろう。
【００２８】
上記の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方は本発明の例示に過ぎず、請求項のような本発明の性質および特性を理解するための概略または枠組みを提供することを目的としていることを理解すべきである。
【００２９】
添付図面は、本発明の更なる理解を提供するために盛り込まれており、本願明細書に組込まれ、その一部を構成している。図面は、本発明のさまざまな実施形態を示しており、詳細と共に、本発明の原理および動作を説明するためのものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
照明光を反射し、画像光を通過する本発明の好ましいＴＩＲプリズムは、当業界で既に用いられているものとは異なる幾何構成を有する。依然として適切な照明角度を可能にすると同時に、プリズムは、照明経路に折畳みミラーを使用することなく、キャビネットおよびＤＭＤデバイスにおける水平に近くなるように照明構成要素、特に光源を静止させることができる複合角を有する。折畳みミラーを用いることなく、光源をこのような実質的に水平に向けることが図６に示されており、折畳みミラーを用いる図１の先行技術の構成と比較する必要がある。
【００３１】
以下の説明において、２つのＤＭＤデバイスが検討される。第１のデバイスは、本発明の背景に関連して上述した１０°のＤＭＤデバイスである。第２のデバイスは、１２°で反転し、より高速であり、Ｆ／２．４の光円錐を有するミラーを備えたテキサス・インストルメンツ（ＴＥＸＡＳ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ）の新型のＤＭＤデバイスである。他のＤＭＤデバイスも当然のことながら、本発明の実施において用いることができる。
【００３２】
説明のために、プリズムは、黄色のヘリウムｄ線（５８７ｎｍ）の場合には屈折率１．５１６８、青色の水銀線（４３６ｎｍ）の場合には屈折率１．５２６６であるＢＫ７ガラスからなる。ｎ＝１．５２６６の場合の内部全反射の臨界角（θｔｉｒ）は、
θｔｉｒ＝ｓｉｎ−１（１／ｎ）
θｔｉｒ＝４０．９２０５５
である。尚、ＴＩＲ面が緑色光のほか、青色光も確実に反射するようにするためのθｔｉｒを算出するために、屈折率１．５２６６が選択される。
【００３３】
ＢＫ７以外の他の材料も当然のことながら、本発明の実施において用いることができる。
【００３４】
本発明の好ましいプリズムを説明するために、図８の座標系および図９の角度が用いられる。図９において、θはＴＩＲプリズムのウェッジ角であり、αはプリズムがｚ軸を中心にして回転させられた角度、すなわちプリズムの長縁（本願明細書ではプリズムの「下縁」とも呼ぶ）が図８に示されているようにｘ軸でもあるＤＭＤの水平軸５３と成す角度である。角度αは、「プリズム面角」とも呼ぶ。従来の（先行技術）プリズムの場合には、αは４５°である。
【００３５】
θおよびαに加えて、イメージャの水平軸に対する照明軸の角度γも用いられる。従来の（先行技術）プリズムの場合には、その角度は４５°である。本発明の場合には、照明軸および光源軸（ランプ軸）は同一である。したがって、望ましい光源性能を実現するために光源軸が一般に４５°未満である必要があるため、照明軸に関して４５°の角度は一般に許容可能ではない。たとえば、あるランプメーカ（フィリップス（ＰＨＩＬＩＰＳ））は、投射テレビランプの軸に関する最大傾斜は２０°であると明記している。本発明によれば、４５°未満である光源軸の向きは、プリズム面角を合成することによって実現される。特に、θ、αおよびγは、光源の角度を制御するために、ＴＩＲ面の複合した性質を調整するように可変である。
【００３６】
ＤＭＤイメージャについて説明するために一般的に用いられ、適切なθ、αおよびγの値を決定する際に重要な役割を担う別の角度が存在する。照明挿入角ψ、ミラー反転角ｍ、ｆナンバー光円錐角Ｕである。これらの角度は、図１０Ａおよび図１０Ｂに示されている。
【００３７】
表１は、本発明の１０°ＤＭＤおよび１２°ＤＭＤの実施形態のほか、１０°ＤＭＤを用いた先行技術の系に関するψ、ｍおよびＵの値を記載している。これらの値は、ガラスの屈折率ｎｇ＝１．５２６６９を仮定する。この表の数値ならびに表２の数値は、当然のことながら、説明のために過ぎず、本発明の範囲を限定することを目的としているわけではない。
【００３８】
光線追跡手順を用いて、ＴＩＲプリズム面の向き（特に面の合成の向き）は、照明光円錐内のすべての点がＴＩＲ面から適切に反射し、画像光円錐内のすべての点が面を透過することを保証すると同時に、光源軸に関して「望ましい」向きを実現するように選択される。
【００３９】
図１１は、代表的な照明円錐８５および画像円錐８７のほか、ＴＩＲ面を表す平面８９を示している。また、この図には、それぞれ最も透過する見込みがある照明円錐の光線および最も反射する見込みがある画像円錐の光線である光線９１、９３も示されている。平面８９が角度αによって回転されると、光線９１、９３は個別の円錐の異なる位置に移動し、空間的な向きを変化させる。
【００４０】
角度αによるＴＩＲ平面の任意の回転の場合には、光線追跡によって結果として生じる角度γのほか、ＴＩＲプリズムの面のすべてに関する適切なサイズ（幾何）を決定することができる。代表的な例として、表２は、１０°ＤＭＤおよび１２°ＤＭＤの場合およびＢＫ７プリズムに関する結果を示している。この表では、プリズム面の向きおよびランプ軸を記載するために単位ベクトル表記が用いられる。尚、単位ベクトル［ｉ，ｊ，ｋ］は図８に示された（ｘ，ｙ，ｚ）軸に関連している。
【００４１】
図１２は、１２°ＤＭＤの場合の結果として生じるプリズムを示している。このプリズムに関する別の図が、図１３に示されている。また、図１４は完全なプリズムアセンブリに組込まれたプリズムを示しており、比較のため、図１５は先行技術のプリズムアセンブリを示している。
【００４２】
図４および図９のように、照明経路は、図１２のＤＭＤの平面上に投射される。ＴＩＲ面がある複合角にあるため、図１２において分かるように、この投射は、キンクを含む。図１２において、プリズム面角αは標準的な４５°未満である（たとえば表２の１２°ＤＭＤの場合のαは５°である）ことを留意されたい。同様に、光源（ランプ）角γは４５°未満である（たとえば表２の１２°ＤＭＤの場合のγは１６°である）。
【００４３】
図１２、図１３および図１４の複合プリズムは、マイクロミラーピクセルに正しく挿し込む（２６．５°で４５°から入る）照明をもたらすが、ＴＩＲ面はある複合角にあるため、照明は、折畳みミラーを必要とすることなく、光源またはランプ軸角γとして示されるような角度に沿って直接プリズムに入ることができる。特に、本発明のプリズムの場合には、γはデバイスの水平軸に対して標準的な４５°とは異なる（未満である）。たとえば、表２に示されているように、γは約２０°以下であってもよく、このことはランプ軸がγ沿いに直接位置し、折畳みミラーを用いることなく効果的に動作させることができることを意味している。
【００４４】
要約すれば、先行技術において、ＤＭＤと共に用いられる照明系は、折畳みミラーおよび一般に２〜４個のレンズ素子を備えていた。折畳みミラーはパッケージをコンパクトにするのを助けるために用いられ、アークランプをその好ましい動作軸、すなわち水平軸付近に配置させることができた。本発明以前には、折畳みミラーがない状態で、ＤＭＤデバイスおよびＴＩＲプリズムは、デバイス（およびキャビネット）の水平軸に対して４５°にランプの軸を配置するため、すべての折畳みミラーを排除したさらに簡素な照明系を用いることは可能ではなかった。
【００４５】
本発明は、照明経路の簡素化を図る複合折畳みを備えたプリズム面を提供することによって、この問題に対処する。すなわち、照明の中継光学素子が折畳みミラーを全く必要とせず、ランプが別の折畳みを行うことなく、水平軸またはその付近に位置することができるように、プリズムは照明光を折畳む。したがって、照明系はより簡素であり、より短い全体長さを有する。さらに、図６を図１と比較することによって分かるように、本発明は、投射ボックスにおける照明素子の配置を簡素化する。
【００４６】
本発明の特定の実施形態について説明し図示してきたが、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、修正を行うことができることを理解されたい。たとえば、上記の説明において、スクリーンに向かって前方をさすＤＭＤデバイスおよび投射レンズと共に、背面投射ボックス内に投射構成要素が配置された。したがって、２つのキャビネットの折畳みミラーは、スクリーン上に画像を配置するために用いられた。本発明はまた、指し示すレンズおよびＤＭＤデバイスと共に、単独の折畳みキャビネットにおいて効果的に用いられることができる。この場合には、γ＝４５°で動作する先行技術の照明系は、キャビネット内のきわめて深い位置またはスクリーン平面の前方のいずれかにランプを向ける。本発明では、ランプ軸は２０°以下であってもよく、キャビネット全体の深さを制御することができる。
【００４７】
別の変更例として、本発明は、２つ以上のＤＭＤを用いる系（たとえば、跡部らの米国特許第５，９９９，３０６号明細書の図１６および図１７参照）で用いられてもよい。たとえば、２個または３個のＤＭＤとともに、色分離／結合プリズムアセンブリを用いることができ、そのアセンブリの前方にＴＩＲプリズムが配置される。先行技術において、このようなＴＩＲプリズムは、ＤＭＤデバイスに対して４５°に向けられ、照明系はランプを再配置するために折畳みミラーを具備している。本発明のＴＩＲプリズムの場合には、折畳みミラーを排除することができる。
【００４８】
本発明の範囲および精神を逸脱しないさまざまな他の修正は、本願明細書の開示から当業者には明白であろう。特許請求の範囲は、本願明細書に記載された具体的な実施形態のほか、そのような修正物、変更物および等価物を網羅するものとする。
【表１】
2005510759.tif 000003
【表２】
2005510759.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１Ａは、ＤＭＤを用いる背面投射テレビに関する典型的な従来の配置を示す側面図、図１Ｂは、同配置を示す正面図である。
【図２】図１の先行技術のＤＭＤ投射テレビの光エンジン構成要素の等角図である。
【図３】「望ましい」ランプの向きを実現するために、先行技術の照明経路における折畳みミラーの利用を示すＤＭＤイメージャの正面図である。
【図４】先行技術において用いられる照明光経路を示す等角図である。
【図５】先行技術において用いられるプリズムアセンブリ構成に関する照明光路および画像光路を示す概略図である。
【図６Ａ】本発明によって構成されるＤＭＤ背面投射テレビの構成要素に関する配置を示す正面図である。
【図６Ｂ】本発明によって構成されるＤＭＤ背面投射テレビの構成要素に関する配置を示す側面図である。
【図７】図６のＤＭＤ背面投射テレビの光エンジン構成要素の等角拡大図である。図２とこの図の比較は、折畳みミラーを備えないことにより、本発明が照明経路をいかに簡素にしたかを示している。また、全体の中継長さを短くすることは、素子の径を小さくし、必要とする素子をより少なくすることを意味する。
【図８】座標の向きを示す概略図である。
【図９】本発明の好ましいプリズムの幾何変数を示している。
【図１０】マイクロミラーデバイスに関する標準的な角度表示を示している。
【図１１】ＴＩＲ面における照明円錐および画像円錐を示している。
【図１２】本発明によって構成されるプリズムを示している。
【図１３Ａ】図１２のプリズムの等角図である。
【図１３Ｂ】図１２のプリズムの入射面を示している。
【図１３Ｃ】図１２のプリズムのＴＩＲ面を示している。
【図１４Ａ】図１２のプリズムを用いるプリズムアセンブリの等角図を示している。
【図１４Ｂ】図１２のプリズムを用いるプリズムアセンブリの側面図を示している。
【図１５】図１５Ａは、プリズム面がＤＭＤイメージャの水平軸に対して４５°に向けられている先行技術のプリズムアセンブリの等角図、図１５Ｂは、同プリズムアセンブリの側面図を示している。
【符号の説明】
【００５０】
９  ＤＭＤ投射系
１１  キャビネット
１３  プリズムアセンブリ
１３ａ  イメージャに関連するプリズム
１３ｂ  投射レンズに関連するプリズム
１５  ＤＭＤイメージャ
１７  投射レンズ
１９  折畳みミラー
２１  折畳みミラー
２３  スクリーン
２５  光源
２７  カラーホイール
２９  統合トンネル
３１  中継レンズ
３３  カラーホイールモータ
３５  折畳みミラー
３７  中継レンズ
３９  単独マイクロミラーピクセル
４１  ミラー反転軸
４３  ＴＩＲ反射面
４５  照明方向
４７  望ましくない光源の向き
４９  折畳みミラー
５１  望ましい光源の向き
５３  ＤＭＤイメージャの水平軸
５５  照明軸
５７  ＴＩＲ面
５９  照明軸の投射
６１  照明光
６３  画像光
６５  ＴＩＲ面
６７  「オン」状態の１つのマイクロミラー
６９  光入射面
７１  ＴＩＲ面
７３  光入射面の縁
７５  光入射面およびＴＩＲ面の縁
７７  光入射面の縁
８１  ＴＩＲ面の縁
８３  ＴＩＲ面の縁
８５  照明円錐
８７  画像円錐
８９  ＴＩＲ面を表す平面
９１  最も透過する見込みがある照明円錐の光線
９３  最も反射する見込みがある画像円錐の光線
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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