(57)【要約】光システム(50)は、複数の光変調器(52,54,56)、１つまたは複数の結合フィルタ、およびフィルタを含む光リレーシステムを含む。各光変調器は対応する入射光ビームを変調する。１つまたは複数の結合フィルタは、複数の光変調器のそれぞれからの変調光ビームを重ね合わせる。光リレーシステムは、重ね合わされた光をフィルタリングし、そのフィルタリングされた光を像平面に中継する。
2005512126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光システムであって、
（ａ）複数の光変調器であって、各光変調器が対応する入射光ビームを変調する、複数の光変調器と、
（ｂ）前記複数の光変調器のそれぞれからの変調された光ビームを重ね合わせるための１つまたは複数の結合フィルタと、および
（ｃ）フィルタを含む光リレーシステムであって、その光リレーシステムが重ね合わされた光をフィルタリングして、そのフィルタリングされた光を像平面に中継する、光リレーシステムとを含む、光システム。
【請求項２】
各光変調器が、グレーティングライトバルブ型装置を含む、請求項１の光システム。
【請求項３】
前記光リレーシステムが、１次ミラーと２次ミラーを含む改良オフナーリレー型装置を含む、請求項１の光システム。
【請求項４】
前記１次ミラーが、前記１つまたは複数の結合フィルタからの前記重ね合わされた光をオフアクシスで受光する、請求項３の光システム。
【請求項５】
前記改良オフナーリレー型装置内のフィルタが、前記改良オフナーリレー型装置の変換平面に配置される、請求項３の光システム。
【請求項６】
前記２次ミラーがフィルタを含む、請求項５の光システム。
【請求項７】
前記光リレーシステム内のフィルタが、シュリーレン型フィルタを含む、請求項１の光システム。
【請求項８】
前記結合フィルタが、ダイクロイックフィルタを含む、請求項１の光システム。
【請求項９】
各光変調器が、入射光ビームの一部をゼロ次の光として反射し、かつ入射光ビームの別の部分を１次の光として回折することにより、光を変調する、請求項１の光システム。
【請求項１０】
前記ゼロ次の光が前記像平面に中継される、請求項９の光システム。
【請求項１１】
前記１次の光が前記像平面に中継される、請求項９の光システム。
【請求項１２】
１つまたは複数の光変調器と前記結合フィルタとの間に結合される色補正レンズをさらに含む、請求項１の光システム。
【請求項１３】
複数の光ビームを結合し、中継してフィルタリングする方法であって、
（ａ）複数の光ビームのそれぞれを変調し、
（ｂ）変調された光ビームのそれぞれを結合し、
（ｃ）結合された光ビームを像平面に中継し、および
（ｄ）前記結合された光ビームが前記像平面に中継される間に、前記結合された光ビームをフィルタリングすることを含む、方法。
【請求項１４】
前記複数の光ビームのそれぞれが、光ビームの一部をゼロ次の光として反射し、かつ光ビームの別の部分を１次の光として回折することにより、変調される、請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記１次の光が前記像平面に中継されるように、前記ゼロ次の光を通過させて、前記１次の光を反射することにより、前記結合された光ビームがフィルタリングされる、請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記ゼロ次の光が前記像平面に中継されるように、前記１次の光を通過させて、前記ゼロ次の光を反射することにより、前記結合された光ビームがフィルタリングされる、請求項１４の方法。
【請求項１７】
光システムであって、
（ａ）複数の光ビームのそれぞれを変調するための手段と、
（ｂ）変調された光ビームのそれぞれを結合するための手段と、
（ｃ）結合された光ビームを像平面に中継するための手段と、および
（ｄ）前記結合された光ビームが前記像平面に中継される間に、前記結合された光ビームをフィルタリングするための手段とを含む、光システム。
【請求項１８】
前記変調するための手段が、複数のグレーティングライトバルブ型装置を含み、各グレーティングライトバルブ型装置が前記複数の光ビームの１つに対応する、請求項１７の光システム。
【請求項１９】
前記中継するための手段が、１次ミラーと２次ミラーを含む改良オフナーリレー型装置を含む、請求項１８の光システム。
【請求項２０】
前記フィルタリングするための手段は、前記２次ミラーがシュリーレン型フィルタとして構成されるような２次ミラーを含む、請求項１９の光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表示装置に関する。より詳細には、本発明は、ＲＧＢカラーコンバイナ、及びシュリーレンフィルタを含む１Ｄライトバルブリレーを含む表示装置に関する。
【０００２】
関連出願
本願は、３５合衆国法典１１９（ｅ）の下、2001年11月30日に出願され、「Display Apparatus Including RGB Color Combiner and 1D Light Valve Relay Including Schlieren Filter」と題する米国同時係属仮出願第６０／３３７，８６１号の優先権を請求している。また、2001年11月30日に出願され、「Display Apparatus Including RGB Color Combiner and 1D Light Valve Relay Including Schlieren Filter」と題する米国仮出願第６０／３３７，８６１号は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００３】
発明の背景
１つまたは複数の光の波長を変調するために光変調器が使用される。光変調器は、ディスプレイ、印刷、および電気装置の技術に用途がある。光変調器、特に光を変調するために浮いた状態のマイクロリボン構造体を利用するグレーティングライトバルブ型装置の例は、Bloom他に発行された米国特許第５，３１１，３６０号、米国特許第５，８４１，５７９号、および米国特許第５，８０８，７９７号に開示されており、それらの特許文献の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００４】
簡単に述べると、上記の関連特許文献で説明されているグレーティングライトバルブ型装置は、隣接して平行に配置された一連の細長い反射リボンを含む。リボンが湾曲していない状態または平らな状態にある場合には、光の入射ビームは、グレーティングライトバルブ型装置からミラーのように反射する。１つおきのリボンが下ろされ、または湾曲する場合には、入射光は回折する。動作中、通過状態は、１つおきのリボンが所定の距離だけ湾曲している時であると考えられ、これにより入射光の最大回折が得られ、回折される１次の光が集光され得る。１次の光が湾曲した状態における回折光だけではないので、非効率が生じる。また、２次、３次等を含むより高次の光も、生成される。これらのより高次の光は集光されず、それ故に無駄にされる。これにより効率が下がる。
【０００５】
１次の光の集光プロセスに関連して問題が生じる。入射光が通過状態で回折される場合、異なる波長は異なる角度で回折する。より大きい波長は、より大きい回折角度を有する。そういうものだから、１次の光を集光するために使用される任意の波長コンバイナは、様々な波長の回折角度を考慮するために十分に大きくなければならない。また、波長コンバイナは、波長マルチプレクサとも呼ばれ、それらの例には、ダイクロイックフィルタ、回折格子、およびアレイ導波路が含まれる。残念ながら、より大きなコンバイナは、集光プロセスの効率が低く、与えられるコントラスト比もより低い。
【０００６】
光システムの設計は、プラスとマイナスの１次の光の集光を考慮しなければいけないだけでなく、より高次の光および任意の反射光から１次の光を分離しなければならない。異なる波長が異なる角度で回折するので、光システムは、ゼロの十分な識別、およびシステムに発生した全波長の１次の回折を保証しなければならない。係るシステムの分離と集光の制約を考慮すると、従来のグレーティングライトバルブ型装置を用いる光設計の思想は、現実的である。
【０００７】
複数の波長の光を効率的に結合し、また所定の状態の結合された光を分離またはフィルタリングする光変調器を利用する光システムが必要とされている。
【０００８】
発明の概要
本発明の実施形態は光システムを含む。光システムは、複数の光変調器、１つまたは複数の結合フィルタ、およびフィルタを含む光リレーシステムを含む。各光変調器は対応する入射光ビームを変調する。１つまたは複数の結合フィルタは、複数の光変調器のそれぞれからの変調光ビームを重ね合わせる。光リレーシステムは、重ね合わされた光をフィルタリングし、そのフィルタリングされた光を像平面に中継する。
【０００９】
各光変調器は好適には、グレーティングライトバルブ型装置である。光リレーシステムは好適には、１次ミラーと２次ミラーを含む改良オフナーリレー型装置である。１次ミラーは好適には、１つまたは複数の結合フィルタからの重ね合わされた光をオフアクシスで受光する。改良オフナーリレー型装置内のフィルタは好適には、改良オフナーリレー型装置の変換平面に配置される。２次ミラーは好適には、フィルタを含む。光リレーシステム内のフィルタは好適には、シュリーレン型フィルタである。結合フィルタはダイクロイックフィルタとすることができる。
【００１０】
各光変調器は好適には、入射光ビームの一部をゼロ次の光として反射し、かつ入射光ビームの別の部分を１次の光として回折することにより、光を変調する。ゼロ次の光が像平面に中継されることができ、あるいは１次の光が像平面に中継されることができる。また、光システムは、１つまたは複数の光変調器と結合フィルタとの間に結合された色補正レンズも含むことができる。
【００１１】
実施形態の詳細な説明
本発明のフロントエンド（前置）光システムの実施形態は、ＲＧＢコンバイナ、およびシュリーレン型フィルタを含む１Ｄライトバルブ（光弁）リレーを含む。本発明の実施形態は好適には、光変調器を用いるディスプレイ用途に関係する。好適には、光変調器はグレーティングライトバルブ型装置である。フロントエンド光システムは、ダイクロイックフィルタおよび改良オフナー（Offner）リレー型装置を使用して、視空間に広がる３原色を表す、３つのグレーティングライトバルブ型装置からの光出力を結合する。３原色はダイクロイックフィルタでもって結合され、３つの結合された色は、改良オフナーリレー型装置によって中継されてフィルタリングされ、基本的な３色の１Ｄイメージが形成される。１Ｄイメージを表示画面に中継し、表示画面にわたって１Ｄイメージを走査することにより、２Ｄイメージが表示画面上に形成される。
【００１２】
本明細書において説明される本発明の実施形態は、３つのＲＧＢ可視波長を結合し、重ね合わされた光変調器の出力を共通の回折の限定された像平面（以降、回折限定像平面と称す）上の１Ｄイメージに適切に中継（リレー）するための効率的で新規な手段に関係する。改良オフナーリレー型装置を含む光リレーシステムは、実際の３色イメージを生成するために使用され、また高いコントラストのイメージ投影に適した適切なグレーティングライトバルブ装置の状態を選択するためのシュリーレン型フィルタとしても機能する。好適には、単色のレーザ光を用いて、各原色毎に１つある等しい数の光変調器を照射する。好適には、光シュリーレン型フィルタを用いて、回折光成分、好適には１次回折光を、照射された光変調器から回折限定像平面に中継し、一方、光変調器からの正反射された光成分および任意の迷光の透過が同時に阻止される。この好適な場合において、本発明の光システムは、１次で動作すると言われる。
【００１３】
代案として、光シュリーレン型フィルタを用いて、正反射された光成分を照射された光変調器から回折限定像平面に中継し、一方、光変調器からの回折光成分の透過を同時に阻止する。この代案の場合において、本発明の光システムは、ゼロ次で動作すると言われる。
【００１４】
一般に、カラー結合された光の中継されたイメージは、システムを出る不要のエネルギーを抑制するために視野絞りを通過し、入力はさらに処理され、従来の投影対物レンズを用いて大きな画面に投影され得る。高いイメージコントラストのためのシュリーレン型フィルタリングに加えて、本発明の実施形態は、最終の投影対物レンズの軸方向と横方向の色収差を補正または補償することを可能にする。光システムが上述したように１次で動作する好適な実施形態において、約２０００：１より大きい最大のダイナミックレンジのコントラスト比は、リレーの回折制限平面の出力において達成され得る。
【００１５】
本発明の好適な実施形態による光システム５０が、図１に示される。好適な光システム５０は、第１、第２、および第３の光変調器５２、５４、５６、第１、第２、および第３の照射光レール５８、６０、６２、第１、第２、および第３のミラー６４、６６、６８、カラー結合光学装置７０、改良オフナーリレー型装置７２、第４のミラー７４、並びに投影レンズ７６を含む。好適には、光変調器５２、５４、５６は、グレーティングライトバルブ型装置である。
【００１６】
第１の照射光レール５８は、第１の光変調器５２に光学的に結合される。第１の光変調器５２は、カラー結合光学装置７０に光学的に結合される。第２の照射光レール６０は、第２の光変調器５４に光学的に結合される。第２の光変調器５４は、カラー結合光学装置７０に光学的に結合される。第３の照射光レール６２は、第３の光変調器５６に光学的に結合される。第３の光変調器５６は、カラー結合光学装置７０に光学的に結合される。
【００１７】
カラー結合装置７０は、改良オフナーリレー型装置７２に光学的に結合される。改良オフナーリレー型装置７２は、第４のミラー７４に光学的に結合される。第４のミラーは投影レンズ７６に光学的に結合される。投影レンズ７６は、表示画面（図示せず）に光学的に結合される。
【００１８】
好適には、第１の照射光レール５８は、約６３０−６５０ｎｍの波長の赤の光源７８を第１の光変調器５２に結合する。好適には、第２の照射光レール６０は、約５２０−５４０ｎｍの波長の緑の光源８０を第２の光変調器５４に結合する。好適には、第３の照射光レール６２は、約４４０−４６０ｎｍの波長の青の光源８２を第３の光変調器５６に結合する。
【００１９】
代案として、第１、第２、および第３の照射光レール５８、６０、６２はそれぞれ、他の光源を第１、第２、および第３の光変調器５２、５４、５６にそれぞれ結合する。第１、第２、および第３の照射光レール５８、６０、６２はそれぞれ、第１、第２、および第３のくさび形の集束をもたらし、第１、第２、および第３の光変調器５２、５４、５６のそれぞれにおいて線状の照明をもたらす。
【００２０】
動作中、赤、緑、および青の光はそれぞれ、第１、第２、および第３の照射光レール５８、６０、６２をそれぞれ用いて、第１、第２、および第３の光変調器５２、５４、５６に入射する。赤、緑、および青の光はそれぞれ、第１、第２、および第３の光変調器５２、５４、５６から設計角度で放出される。
【００２１】
本発明の好適な実施形態による例示的なグレーティングライトバルブ型装置２０が、図２に示される。グレーティングライトバルブ型装置２０は好適には、第１と第２の支柱３４、３６により基板３８の上に浮いている細長い要素３２を含む。細長い要素３２は、導電および反射の表面４０を含む。基板３８は導体４２を含む。動作中、グレーティングライトバルブ型装置２０は、反射モードと回折モードから選択された変調光を生成するように動作する。
【００２２】
本発明のグレーティングライトバルブ型装置２０の断面が、図３と図４にさらに示される。グレーティングライトバルブ型装置２０は、基板３８の上に浮いている細長い要素３２を含む。細長い要素は、導電および反射の表面４０と、弾性材料４４を含む。基板３８は導体４２を含む。
【００２３】
図３は、反射モードにおけるグレーティングライトバルブ型装置２０を示す。反射モードにおいて、細長い要素３２の導電および反射の表面４０は、入射光Ｉが細長い要素３２から反射されて反射光Ｒを生じるような平面を形成する。
【００２４】
図４は、回折モードにおけるグレーティングライトバルブ型装置２０を示す。回折モードにおいて、電気バイアスにより、細長い要素３２が１つおきに基板３８の方へ移動される。電気バイアスが、１つおきの細長い要素３２の反射および導電の表面４０と導体４２との間に印加される。電気バイアスは、１つおきの細長い要素３２とバイアスされていない細長い要素３２との間に入射光Ｉの１／４波長（λ／４）の高さの差分をもたらす。１／４波長（λ／４）の高さの差分により、プラス１とマイナス１の回折次数Ｄ＋１、Ｄ−１を含む回折光が生成される。
【００２５】
図３と図４はそれぞれ、反射モードと回折モードにおけるグレーティングライトバルブ型装置２０を示す。１つおきの細長い要素３２のかたよりが１／４波長（λ／４）より小さい場合、入射光Ｉは、反射され、かつ回折され、反射光Ｒ、およびプラス１とマイナス１の回折次数Ｄ＋１、Ｄ−１を含む回折光を生成する。言い換えると、１つおきの細長い要素が１／４波長（λ／４）より小さくかたよることにより、グレーティングライトバルブ型装置２０は、ディスプレイ用途においてグレースケール効果を提供する可変反射率をもたらす。
【００２６】
当業者には容易に明らかなように、導電および反射の表面４０は、多層の誘電体反射器と導電要素により置き換えられることができ、この場合、導電要素は細長い要素３２のそれぞれの内部に、又は１つおきの細長い要素３２だけの内部に埋め込まれる。さらに当業者には容易に明らかなように、導電および反射の表面４０は、反射防止層のような透明層でコーティングされ得る。
【００２７】
図２、図３、および図４は、６つの細長い要素３２を有するグレーティングライトバルブ型装置２０を示すが、グレーティングライトバルブ型装置２０は好適には、より多くの細長い要素３２を含む。より多くの細長い要素３２を提供することにより、細長い要素３２は、ピクセルと呼ばれるグループとして機能することができる。好適には、各ピクセルは２つの細長い要素３２からなるグループである。代案として、各ピクセルは、より多くの細長い要素３２からなるグループである。好適には、グレーティングライトバルブ型装置２０は、３２４０個のピクセルを含む。代案として、グレーティングライトバルブ型装置２０は、それより多いまたは少ないピクセルを含む。
【００２８】
当業者には容易に明らかなように、用語「ピクセル」は、本明細書において、ディスプレイの画素のそのより特定の定義ではなく、光変調器の要素の文脈において使用されている。
【００２９】
図１を参照すると、光変調器５２、５４、５６から配向された赤、緑、および青の光はそれぞれ、カラー結合光学装置７０により結合される。コリニヤカラー結合は好適には、最小２つのダイクロイックプレートを用いて達成され、この場合、各プレートの１次反射面は、長波通過型多層コーティングから構成される。各プレートの２次的な表面は、多層反射防止コーティングを有する。各プレートのダイクロイック表面は、選択された原色または原色の帯域に対する高い反射率のために設計され、「通過帯域」に対して極めて透過できる。プレートの反射防止コーティングされた第２の表面は、用途に応じて狭帯域または広帯域とすることができる。好適には、広帯域の可視コーティングが、それらの相対的に低いコスト、および広い角度範囲にわたるほぼ良好な性能に起因して使用される。好適には、光変調器５２、５４、５６のほぼ対称的なクラスターが、結合のために選択され、各光チャネル間で約１２０度の三角形構成という結果になる。
【００３０】
本発明のカラー結合光学装置７０が、さらに図５に示される。カラー結合光学装置７０は、第１と第２のダイクロイックプレート８２、８４からなる。第１の光変調器５２（図１）からの赤の光８６が、カラー結合光学装置７０に結合される。第１のダイクロイックプレート８２は、細い光学くさびからなり、また第１と第２の赤の反射防止コーティング８７、８８も含む。第２のダイクロイックプレート８４は、第３と第４の赤の反射防止コーティング９０、９２を含む。従って、赤の光８６は、第１と第２のダイクロイックプレート８２、８４を通過して屈折する。
【００３１】
第２の光変調器５４（図１）からの緑の光９４が、カラー結合光学装置７０に結合される。第１のダイクロイックプレート８２は、緑の反射コーティング９６を含む。第２のダイクロイックプレートは、第１と第２の緑の反射防止コーティング９８、１００を含む。従って、緑の光９４は、第１のダイクロイックプレート８２から反射され、第２のダイクロイックプレート８４を通過して屈折し、緑の光９４が赤の光８６と結合される。
【００３２】
当業者には容易に明らかなように、第２の赤の反射防止コーティング８８および緑の反射コーティング９６は好適には、第１の多層集積コーティングからなる。
【００３３】
第３の光変調器５６（図１）からの青の光１０２が、カラー結合光学装置７０に結合される。第２のダイクロイックプレート８４は、青の反射コーティング９７を含む。従って、青の光１０２は、第２のダイクロイックプレート８４から反射し、青の光１０２は、赤の光８６と緑の光９４と結合される。
【００３４】
当業者には容易に明らかなように、第３の赤の反射防止コーティング９０と第１の緑の反射防止コーティング９８は好適には、第２の多層集積コーティングからなる。さらに、当業者には容易に明らかなように、第４の赤の反射防止コーティング９２、第２の緑の反射防止コーティング１００、および青の反射コーティング９７は好適には、第３の多層集積コーティングからなる。
【００３５】
幾つかの従来のカラー結合プリズムまたはプレートとは異なり、カラー結合光学装置７０は、開口数ｆ／３まで偏光状態ＳとＰに対応する。プレート８２、８４は好適には、ほぼ３０度の入射角で、またはＳとＰの偏光状態に対する高い性能を達成するためにそれ未満の角度で構成される。プレート８２、８４が有限の厚みからなり、プレート８２、８４が一般に非平行の光と共にオフアクシス（off-axis：軸外し）で使用されるので、コマ収差および非点収差、左側非補償性は、特に大きな開口数において過剰な光学収差という結果になる可能性がある。入射光に対して対頂角で配向されたプレート８２と８４を用いることにより、結果としてのコマ収差の成分は、消えるように小さくすることができる。非点収差は、追加の円筒形光学コンポーネントを使用せずに制御され得る。本発明の実施形態において、各プレート８２と８４は、長手方向の非点収差を補償するのに十分なコマ収差補正を調整するようにわずかに異なってくさび形にされる。係るカラー結合構成では、ｆ／３未満またはそれに等しい開口数の場合にはカラー補正および回折制限されたままである。また、カラー結合構成は、カラー結合プレートの入射の面においてオンアクシス（on-axis：軸上）であるアナモルフィック系のために動作し、この場合、オフアクシス領域が横方向平面または直交平面に制限され、本質的に直角の入射角にある。これは、本発明の上記の実施形態に示されるように、１Ｄ光変調器の場合である。
【００３６】
ひとたびカラー結合光学装置７０により結合されれば、３色は、光変調器５２、５４、５６からの光を共通の焦点面に中継するように設計された有限の共役光システムでもって適切にイメージングされ得る。全ての反射オフナーシステムを用いることにより、結合されたカラー入力は、図１に示されるような中間のフォーカスポイント１１６のような中間の像平面に、色収差を受けることなく中継されることができる。これは、２つのほぼ同軸のミラーを用いて達成されることができ、この場合、主ミラー面は２回使用される。ミラーの焦点距離とサイズは、入力光と出力光がオフアクシスに配列され、相対的に大きな遮られていない開口に対応し、リレーの双方の共役アームに適切な作動距離を提供することを可能にするように選択される。
【００３７】
図１を参照すると、赤の光８６、緑の光９４、および青の光１０２はそれぞれ、カラー結合装置７０から改良オフナーリレー型装置７２に結合される。改良オフナーリレー型装置７２は、第１、第２、および第３の光変調器５２、５４、５６のそれぞれの位置と一致する第１の焦点を含む。改良オフナーリレー型装置７２は、１次ミラー１０４と２次ミラー１０６を含む。好適には、１次ミラー１０４と２次ミラー１０６は、球面ミラーからなる。好適には、２次ミラー１０６は、改良オフナーリレー型装置の変換平面に配置される。２次ミラー１０６は、シュリーレン型フィルタリングが行われるスリット１０８を含む。
【００３８】
赤の光８６、緑の光９４、および青の光１０２はそれぞれ、１次ミラーの光軸１１０から外れて１次ミラー１０４に結合され、２次ミラー１０６に反射される。好適には、２次ミラー１０６は、第１、第２、および第３の光変調器５２、５４、５６のそれぞれによって回折された光を反射することにより、ならびに第１、第２、および第３の光変調器５２、５４、５６のそれぞれによって反射された光を２次ミラー１０６のスリット１０８に通過させることにより、シュリーレン型フィルタリングを行う。
【００３９】
特に、シュリーレン型フィルタリングは好適には、以下のように実行される。第１、第２、および第３の光変調器５２、５４、５６のそれぞれによって回折された赤の光８６、緑の光９４、および青の光１０２はそれぞれ、図１によって画定された光システムの平面に平行な複数の線で２次ミラーの光軸１１２から外れて２次ミラー１０６を照射する。第１、第２、および第３の光変調器５２、５４、５６のそれぞれによって反射された赤の光８６、緑の光９４、および青の光１０２はそれぞれ、光システムの平面に平行な１本の線で２次ミラーの光軸１１２上で２次ミラー１０６のスリット１０８を通過する。スリット１０８を通過する赤の光８６、緑の光９４、および青の光１０２はそれぞれ、ビームダンプ１１４によって集光されることが好ましい。ビームダンプ１１４は、２次ミラー１０６によって反射されない光が迷光の問題を引き起こすことを防止する。
【００４０】
代案として、シュリーレン型フィルタリングは、代替の改良オフナーリレー型装置によって実行される。代替の改良オフナーリレー型装置において、２次ミラー１０６は、代替の２次ミラーにより置き換えられる。代替の２次ミラーは、２つのスリットを含み、この場合、第１、第２、および第３の光変調器５２、５４、５６のそれぞれによって回折された光は、代替の２次ミラーを照射する。代替の２次ミラーはスリット１０８を含まない。代替のシュリーレン型フィルタリングにおいて、第１、第２、および第３の光変調器５２、５４、５６のそれぞれによって反射された光は、代替の２次ミラーから反射され、一方、第１、第２、および第３の光変調器５２、５４、５６のそれぞれによって回折された光は、代替のスリットを通過する。
【００４１】
重要な利点は、改良オフナーリレー型装置７２が色収差を補正している点である。即ち、改良オフナーリレー型装置７２が反射式であるので、色収差は存在しない。改良オフナーリレー型装置７２が反射式であり、屈折式ではないので、赤、緑、および青の光の特異な屈折により生じる分散も存在しない。改良オフナーリレー型装置を用いて、赤、緑、および青の光は、本質的に全く同様に扱われる。別の重要な態様は、改良オフナーリレー型装置７２がシュリーレン型フィルタリングを行うための穴またはスリットを置くための好都合な場所を提供する点である。
【００４２】
赤の光８６、緑の光９４、および青の光１０２がそれぞれ２次ミラー１０６により反射された後、赤の光８６、緑の光９４、および青の光１０２はそれぞれ、１次ミラー１０４に結合され、この場合、赤の光８６、緑の光９４、および青の光１０２はそれぞれ、再度反射される。そして、赤の光８６、緑の光９４、および青の光１０２はそれぞれ、第４のミラー７４に結合され、そのミラー７４は、赤の光８６、緑の光９４、および青の光１０２をそれぞれフォーカスポイント１１６に反射する。そして、赤の光８６、緑の光９４、および青の光１０２はそれぞれ、投影レンズ７６に進む。
【００４３】
改良オフナーリレー型装置７２は、１の倍率を有する２ｆ／２ｆの構成である。そのため、好適な実施形態において、赤の光８６、緑の光９４、および青の光１０２はそれぞれ、第１、第２、および第３の光変調器５２、５４、５６からそれぞれ中継され、同時に反射された一部が、赤の光８６、緑の光９４、および青の光１０２からそれぞれフィルタリングされる。カラー結合光学装置７０と改良オフナーリレー型装置７２は、カラー結合、光変調器の出力のコントラストを確立するためのフィルタリング、およびフォーカスポイント１１６において拡大することなしに実像を形成するための中継の機能を行う。そのため、全３色は、結合され、フィルタリングされて、フォーカスポイント１１６に中継される。そして、フォーカスポイント１１６におけるイメージは、投影レンズ７６を介して画面（図示せず）に投影され、ミラーでもって走査されて、２次元イメージが画面上に形成される。
【００４４】
１の倍率の改良オフナーリレー型装置７２は、最適な性能、最小のコストを提供し、実現可能な開口数を有する投影レンズ７６の解放口ができる限り小さいままにすることを可能にする。
【００４５】
１次ミラー１０４の半分の半径を有する２次ミラー１０６は、１次ミラー１０４の後部焦点距離にあり、それ故にフーリエまたは変換平面、および開口絞りの役も果たす。適切に２次ミラー１０６を形作ることにより、改良オフナーリレー型装置７２の入力の半分は、光フィルタまたはシュリーレン型フィルタとして使用され、好適には対象となる光変調器の回折角度の光のみを反射するように設計され、その光は情報の内容を搬送する。他の不要な周波数の全ては、２次ミラー１０６内またはその周りの開口を通過し、ビームダンプ１１４でもって適切に終了される。約５度の小さい視界角（field angle）、およびｆ／２．５までの開口の場合、フォーカスポイント１１６における１：１のイメージ領域は、本質的に平坦であり、回折が制限され、色収差がない。
【００４６】
オフナーリレーは、本質的に反射式光システムである色収差を補正したリレーシステムである。反射式光システムは、イメージをそれ自体の上部に戻して形成することが望まれる傾向がある。これは、２つのイメージがその次に分離される必要があるので、処理が難しい。改良オフナーリレー型装置７２の構成は、入射結合光をオフアクシスで１次ミラーに受け入れ、１次ミラーは、色収差の補正されたイメージを右以外のそれ自体の上に形成することを可能にする。入射結合光がオンアクシスで改良オフナーリレー型装置７２へ向けられる場合、反射されたイメージはそれ自体の上に形成される。しかしながら、オフアクシスで入射結合光を受け入れることにより、コマ収差と呼ばれる多大な量の光学収差が生じる。コマ収差は、結合光が１次ミラーに最初に入射する光軸の正反対の側で結合光が２度目に１次ミラーに戻るように反射される際、第１のはね返りで生じたコマ収差が本質的に除去されるようなパリティを有する。要約すると、オフナーリレー型システムは反射システムでもって中継し、イメージを右以外のそれ自体の上に形成するが、オフアクシスのコマ収差の原理は避けられる。
【００４７】
コマ収差は、１次ミラーからの第１の反射において生じ、そのコマ収差は１次ミラーからの第２の反射において相殺される。また、改良オフナーリレー型装置は、周波数平面フィルタリング、例えばシュリーレン型フィルタリングが行われる変換場所も形成する。周波数平面フィルタリングにおいて、角度は位置になる。角度は、光変調器からの回折に対して特異である。光変調器によって回折される光は、プラス１とマイナス１の回折次数に対する２つの角度で回折する。プラス１とマイナス１の回折次数は、２次ミラー上に２つの別個の位置を形成する。光変調器によって反射された光（ゼロ次の光とも呼ばれる）は、２次ミラー上に別の異なる位置を形成する。これは、シュリーレン型フィルタリングを行うためのコントラストの最適な位置である。別の場所において、イメージングと変換関係が複雑な態様で混合され、そのためシュリーレン型フィルタリングは完全というわけではない。２次ミラーは変換平面に配置されて、シュリーレン型フィルタリングを最適に行う。好適な実施形態において、穴またはスリット（シュリーレン開口）が２次ミラーに配置され、ゼロ次の光がダンプ（破棄）され、プラス１とマイナス１の回折次数の光が集光される。これは、好適な光システムにおいてコントラストを確立する。この具現化形態は、プラス１とマイナス１の回折次数を用いてイメージを確立するので、１次動作と呼ばれる。
【００４８】
本発明の実施形態は、暗くされていない３色像平面を提供し、この像平面は良好に集光されてアクセス可能である。イメージは、開口、スリット、または他の手段でもってさらに修正またはフィルタリングされることができ、外部の対物レンズを用いた投影に適している。各ＲＧＢ色が独立して入れられ、または導入されるので、多数の一意のカラー補償機構が、本明細書に説明された本発明の光システムと共に実現可能である。１つの係る機構は、オフナーイメージという結果になる対物レンズの固有の色収差に起因して必要となる可能性がある軸方向および横方向の色の補正を可能にする。大抵の投影レンズの設計は、ある程度まで十分に補正されていない長手方向および横方向の色を有する。アポクロマート対物レンズは、コストがかかり、設計および製作が困難である。係る色収差は、改良オフナーリレー型装置７２に対して光変調器５２、５４、５６の共役距離を変更することにより、補正または補償され得る。改良オフナーリレー型装置７２は、対物共役（object conjugates）に対して極めて耐性がある。横方向の色は、投影対物レンズにおいて補正することが難しく、通常、必要とされる色補正の程度に応じて特殊ガラス（exotic glass）の慎重な選択と使用を必要とする。横方向の色補正は、本発明の実施形態において、リレーの入力アームに弱い視野レンズを使用することにより達成される。
【００４９】
図１を参照すると、好適な光システム５０は、カラー結合光学装置７０に対する緑の光の入力光路に配置された色補償レンズ１２０を含む。オフアクシスの視界角はほんの僅かだけ変更され、それにより波長または色チャネルの関数として倍率における任意の色の差が低減される。投影レンズ７６は、赤と青の色収差を解消すると同時に、投影レンズ７６は色補償レンズ１２０と協働して緑の色収差も解消する。横方向の色収差は、本質的に色の倍率の差である。横方向の色収差を補正するために、小さな量の光パワーが色補償レンズ１２０を用いて緑に追加され、赤と青は投影レンズ７６で補正される。
【００５０】
色補償レンズ１２０は好適には、図１によって画定された光システムの平面に垂直な湾曲部を有する円筒レンズからなる。代案として、色補償レンズ１２０は、球面レンズからなる。
【００５１】
光システムの代替の実施形態は、正反射性の光（例えば、ゼロ次の光）を第１、第２、および第３の光変調器５２、５４、５６からそれぞれ反射し、１次の光をダンプする。代替の実施形態において、２次ミラー１０６は、１次の光を反射するのではなく通過させる２つのスリットを有する代替の２次ミラーによって置き換えられる。
【００５２】
本発明は、本発明の構成と動作の原理に関する理解を容易にするために、細部を組み込む特定の実施形態に関して説明された。そういうものだから、特定の実施形態およびその細部に対するここでの参照は、添付の特許請求の範囲を制限することは意図されていない。当業者には明らかなように、本発明の思想と範囲から逸脱することなく、例示のために選択された実施形態に修正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の好適な実施形態による光システムを示す図である。
【図２】図１の光システム内に含められるグレーティングライトバルブ型装置の好適な実施形態を示す図である。
【図３】反射モードにおけるグレーティングライトバルブ型装置の断面を示す図である。
【図４】回折モードにおけるグレーティングライトバルブ型装置の断面を示す図である。
【図５】図１の光システム内に含められるカラー結合光学装置を示す図である。
【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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【国際調査報告】
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