(57)【要約】  デジタルカラーグラフィックス映写ディスプレイ（４００）における横方向色の色収差効果の補償は、映写光学系（４５２、６５２）による映写のために軸外の光を集める角度の付けられた幾何学的配列を確立するようにある程度非テレセントリックである映写ディスプレイ（４００）のための映写光学系（４５２、６５２）を設けること、および映写光学系（４５２）を通して映写表示される異なる原色の物体デジタルグラフィックのための複数の成分原色物体平面を設けることによって達成される。成分原色物体平面（６９０Ｒ、Ｇ、Ｂ）の内の少なくとも２つは、映写光学系（４５２、６５２）から異なる有効軸方向距離に配置され、映写光学系（４５２、６５２）の軸外光集光を行う角度の付けられた性質と、異なる原色での映写光学系（４５２、６５２）による横倍率における横方向色の色収差の相違とのそれぞれに合わせて調整され、それによってこのような横倍率における色に依存した相違が補償されるようにしている。
2005513567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示用の複合色画面上に所望の複合色デジタルグラフィックを映写する映写ディスプレイ装置であって、映写光学系による映写のために軸外の光を集める角度の付けられた幾何学的配列を確立する非テレセントリック映写光学系と、それぞれ異なる原色の物体デジタルグラフィックを映写光学系を通して複合色画面上に映写表示するための複数の成分原色物体平面を提供する映写光学系とを含み、成分原色物体平面の内の少なくとも２つは映写光学系から異なる有効軸方向距離に配置され、前記映写光学系からの物体平面の有効軸方向距離は、映写光学系の軸外光集光を行う角度の付けられた幾何学的配列と、異なる原色での映写光学系による横倍率における横方向色の色収差の相違とのそれぞれに合わせて調整され、それによってこのような横倍率における色に依存した相違が補償されるようにする、映写ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記映写光学系は、赤、緑、及び青の物体グラフィックに３つの成分原色物体平面をそれぞれ設ける、請求項１に記載の映写ディスプレイ装置。
【請求項３】
前記映写光学系からの前記３つの成分原色物体平面の有効軸方向距離は互いに異なっている、請求項２に記載の映写ディスプレイ装置。
【請求項４】
デジタルグラフィックカラー映写ディスプレイのための映写光学系レンズシステムであって、前記レンズシステムは映写光学系入射光ポートおよび映写光学系出射光ポートを有し；映写光学系中心軸が映写光学系レンズシステムに対して画定され、前記レンズシステムの中心を通り、入射光ポートおよび出射光ポートから軸方向に延び；複合色グラフィック映写ディスプレイ画面が、映写光学系出射光ポートから映写ビーム出射伝搬方向に離間され、映写光学系中心軸に対して実質的に垂直に広がるように画定され；画面中心軸交差点が、複合色グラフィック映写ディスプレイ画面との映写光学系中心軸の交差によって画定され；３つの成分原色に対して、成分原色映写ディスプレイ物体平面が、映写光学系入射光ポートから映写ビーム入射伝搬方向と反対の方向に離間され、映写光学系中心軸に対して実質的に垂直に広がるように画定され；成分原色物体平面中心軸交差点が、それぞれの物体平面との映写光学系中心軸の交差点によって３つの成分原色映写ディスプレイ物体平面の各々に対して画定され；３つの成分原色の各々に対して、前記映写光学系レンズシステムは、対応する成分原色映写ディスプレイ物体平面に位置する成分原色のグラフィックを複合色グラフィック映写ディスプレイ画面上に映写結像させるように適合され；前記映写光学系レンズシステムは横方向色の色収差を示し；前記映写光学系レンズアセンブリは、映写光学系中心軸に沿って映写光学系開口絞り位置に配置された映写光学系開口絞りを有し；前記映写光学系レンズシステムは、映写光学系入射光ポートに配置された入射光学面を有する入射光学素子を含み；映写光学系中心軸と映写光学系レンズシステムの入射光学面との交差点が物体平面距離基点を画定し；成分原色物体平面軸方向位置距離が、映写光学系レンズシステムの入射光学面上の物体平面距離基点から各成分原色物体平面の物体平面中心軸交差点までにおいて測定され、各成分原色映写ディスプレイ物体平面に対してそれぞれ画定され；複合色画像テストポイント位置が、画面中心軸交差点から横方向にずらされて複合色グラフィック映写ディスプレイ画面内に画定され；各成分原色に対して、成分原色テストポイント主光線トレースが、複合色グラフィック映写ディスプレイ画面内の横方向にずらされた複合色画像テストポイント位置から映写光学系出射光ポート内へ入り、映写光学系開口絞りの中心点を通過しながら映写光学系レンズシステムを通り、映写光学系入射光ポートから出て、対応する成分原色映写ディスプレイ物体平面と交差するように、それぞれの成分原色の光線として光学的にトレースすることでそれぞれ画定され；３つの成分原色テストポイント主光線トレースの各々は、異なる成分原色での横倍率における横方向色の色収差を含むレンズアセンブリの色収差を示す映写光学系レンズシステムを通って対応する成分原色依存経路をそれぞれトレースし；各成分原色テストポイント主光線トレースと対応する成分原色映写ディスプレイ物体平面との交差点が、対応する成分原色の光のために、複合色グラフィック映写ディスプレイ画面内の横方向にずらされた複合色画像テストポイント位置に光学的に結合する対応する複合原色物体テストポイント位置を画定し；各成分原色物体テストポイント位置は、対応する成分原色映写ディスプレイ物体平面の物体平面中心軸交差点から横方向にずらされて、成分原色物体テストポイント横方向ずれ距離を画定し；映写光学系開口絞りの前記映写光学系開口絞り位置は非テレセントリック開口絞り位置とされ、それによって各成分原色テストポイント主光線トレースは、交差点で物体平面の法線に対して傾斜する非テレセントリック交差角で対応する成分原色映写ディスプレイ物体平面と交差し；前記３つの成分原色映写ディスプレイ物体平面は、映写光学系中心軸に沿ってそれぞれの軸方向位置を有し、それによって、各成分原色物体平面との対応する成分原色テストポイント主光線トレースの非テレセントリック交差角と、各成分原色での横倍率における横方向色の色収差の相違を含む色収差とを考慮しながら、３つの成分原色映写ディスプレイ物体平面のための成分原色物体テストポイント横方向ずれ距離が互いに本質的に同等となるようにし；３つの成分原色映写ディスプレイ物体平面のそれぞれの軸方向位置は、３つの成分原色映写ディスプレイ物体平面の内の少なくとも２つのそれぞれの成分原色物体平面軸方向位置距離が互いに異なるようになっており、それによって、映写光学系レンズシステムの横方向色の色収差によって引き起こされた異なる成分原色の光線の横倍率における相違が、複合色グラフィック映写ディスプレイ画面内にレンズアセンブリによって結像された複合色グラフィック上で少なくとも部分的に補償されるようになる、映写光学系レンズシステム。
【請求項５】
前記レンズシステムは、成分原色映写ディスプレイ物体平面を基準とした通常矩形の物体グラフィック視野内に適合する大きさの成分原色物体グラフィックを映写結像させるように適合されおり、物体グラフィック視野は高さ寸法および幅寸法を有し、映写光学系レンズシステムの入射光学面上の物体平面距離基点と、対応する成分原色物体平面の物体平面中心軸交差点との間の各物体平面軸方向位置距離は、物体グラフィック視野の高さ寸法および幅寸法の内の小さな方の値の少なくとも２倍である、請求項４に記載の映写光学系レンズシステム。
【請求項６】
画像グラフィック視野は、成分原色映写ディスプレイ物体平面の物体グラフィック視野の画像に対応するように複合色グラフィック映写ディスプレイ画面上に画定され、複合色グラフィック映写ディスプレイ画面上の複合色画像テストポイント位置は、画像グラフィック視野の周囲に近接して画像グラフィック視野内に配置される、請求項５に記載の映写光学系レンズシステム。
【請求項７】
映写ビーム入射伝搬方向と通常反対の方向にトレースする対応する成分原色映写ディスプレイ物体平面との交差点における各成分原色テストポイント主光線トレースは、映写光学系中心軸からそれる、請求項５に記載の映写光学系レンズシステム。
【請求項８】
３つの成分原色映写ディスプレイ物体平面のそれぞれの成分原色物体平面軸方向位置距離は互いに異なる、請求項５に記載の映写光学系レンズシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーデジタルグラフィックス映写ディスプレイ装置およびそのような映写ディスプレイ装置の映写光学系レンズシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的なカラーデジタルグラフィックス映写ディスプレイ構成は、３つのデジタルグラフィックエンコードビームモジュレータパネルを、それぞれカラーグラフィックの赤、緑、青の成分に使用している。ビームモジュレータパネルの例としては、透過型ポリシリコン液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、反射型デジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）、および反射型シリコン上液晶ディスプレイ（ＬＣｏＳ）としても知られる反射型液晶ディスプレイ（ＲＬＣＤ）が挙げられる。多くの場合において、３つのパネルからのグラフィックエンコードされたビームは、成分色ビーム再結合光学系によって光学的に結合され、単一の映写レンズを通して映写される。
【０００３】
より高い解像度、より多くの画素数および装置の小型化に対する要求が高まる中、カラーデジタルグラフィック映写ディスプレイのための映写レンズの設計は困難を増している。映写レンズの強調される１つの特徴に、”横方向の色”と呼ばれる特徴がある。横方向の色とは、グラフィックの横倍率における波長または色またはグラフィックの色への依存に関連する色収差のことである。このような色に伴う横倍率での変化の結果、映写されたグラフィックディスプレイの中心から外側に向かって、赤、緑、及び青のデジタルグラフィックエンコードビームモジュレータパネルから重ねられた成分色を結像したグラフィックの収束が通常変化する。従って、ディスプレイの中心において、グラフィックの成分色画素が完全に収束するようにデジタルグラフィックエンコードパネルを配置すれば、１つ以上の画素で色収束をディスプレイの縁部においてオフにすることができる。このような色収束の変化によって、特にコンピュータグラフィックスディスプレイの映写ではグラフィックの質が低下する。
【０００４】
横方向色誤収束を抑制することは、３パネル映写モニタの開発において大きな課題である。例えば、各画素がおよそ１０ミクロン角である１２００×１６００の画素のパネルアレイを用い、横方向色誤収束を２分の１画素以下にすることを設計目標とした映写モニタは、映写レンズ製造者にとっては達成困難な目標である。このようなパネルアレイを持つ従来の映写モニタでは、パネルアレイで測定するとグラフィックの角部においておよそ１２ミクロンの、画素よりも大きな横方向色誤収束が起こる可能性がある。このような大きさの横方向色誤収束は、アイコンやメニューが通常グラフィックスディスプレイの縁部に配置されるコンピュータディスプレイモニタでの応用においては重大な問題である。一般的に、横方向色効果を補償するためには、映写レンズを大型化し部品を追加しなければならず、その結果設計がより複雑なものとなりコストが上昇する。実際に、レンズの設計のみではより高いディスプレイの解像度に対する要求を満たすには不十分である。
【０００５】
電子映写ディスプレイにおける新たな方向として、反射型液晶偏光モジュレータを用いたシステムに基づく反射型偏光モジュレータがある。反射型偏光モジュレータに基づくアーキテクチャの多くは、偏光モジュレータパネルから映写レンズまでの距離が映写レンズの焦点距離よりも大きい配列を採用している。これは特に、映写モニタ、投影型テレビ等のリアプロジェクションディスプレイに当てはまる。一般的に、背面焦点距離が大きいほど、映写レンズの製造が困難になる。このようなシステムにとって映写レンズの製造が課題となる他の光学設計上の制約としては、”テレセントリシティ（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙ）”に対する要求がある。テレセントリックレンズシステムは無限遠の入射瞳を有する。”主光線（ｐｒｉｎｃｉｐａｌ  ｒａｙｓ）”とも呼ばれる主光線（ｃｈｉｅｆ  ｒａｙｓ）の観点からすると、無限遠の入射瞳を有することは主光線が光軸に平行であることを意味し、その結果画像処理のすべての時点において一連の角度または瞳特性が同一となる。
【０００６】
反射型液晶偏光モジュレータおよびテレセントリック映写レンズを採用した従来のデジタルグラフィック映写機が、Ｃｈｉｕらの米国特許第５，７７７，７８９号に開示されている。’７８９特許の映写機は、映写機のための偏光されていない”白色”光の光源としてメタルハライドアークランプを有している。アークランプからの光は、映写機に用いられている液晶偏光モジュレータの偏光モジュレータ面に対して空間的に、通常均一な強度の通常平行な可視白色光の照明ビームを形成する機能を有する照明光学系を通過する。偏光されていない照明ビームは偏光ビームスプリッタキューブ内に向けられ、これによって偏光されていないビームを実質的に、従来は完全にではなかったが、偏光された光の２つのビームに分割し、２つのビームの偏光はそれぞれ実質的に直交する。’７８９特許のデジタル画像映写機の偏光ビームスプリッタキューブでこのように生成された２つのビームのうちの１つは、実質的に偏光されたソースビームとしての役目を行い、偏光ビームスプリッタキューブから色分割／結合プリズムアセンブリ内に向けられる。色分割／結合プリズムアセンブリは３つのプリズムからなり、プリズム面のいくつかは、実質的に偏光されたソースビームの可視白色光から赤色、青色、緑色の光成分を実質的に分離し、且つ各実質的に偏光された成分色ビームを’７８９特許において”光弁（ｌｉｇｈｔ  ｖａｌｖｅ）”と呼ばれる対応する反射型液晶偏光モジュレータ上に向ける２色性のコーティングを有する。
【０００７】
’７８９特許のデジタル画像映写機の３つの偏光モジュレータの各々は、各偏光モジュレータ面が色分割／結合プリズムアセンブリの色成分出力面を出射する対応する実質的に偏光された色成分光ビームに対して画定された成分ビーム光路に直角となるように配置される。’７８９特許によれば、反射型液晶偏光モジュレータの画像は、プリズムアセンブリの色成分出力面に対して偏光モジュレータを機械的に調節することによって映写スクリーン上で一致させられる。一般的に、反射型偏光モジュレータは、所望の複合色グラフィックの複合色画像をエンコードする偏光モジュレータに印加される信号に応じて偏光モジュレータ面上に画素単位で空間的にビームの光の偏光を選択的に回転させることによって対応する色成分光ビームの偏光を変調する働きをする。特に、所定の色に照明される最終的な結像グラフィックの各画素のために、その色の実質的に偏光された色成分光ビームの偏光が、最終的な結像グラフィック内の画素の位置に対応する偏光モジュレータ面上の位置で反射型液晶偏光モジュレータによって回転させられる。このような照明された画素は”明”画素と呼ばれる。逆に、所定の色に照明されない最終的な結像グラフィックの各画素には、その色の実質的に偏光された色成分光ビームが、最終的な結像グラフィック内の画素の位置に対応する偏光モジュレータ面上の位置で反射型液晶偏光モジュレータによって変化されないビームの偏光によって反射される。このような照明されない画素は”暗”画素と呼ばれる。
【０００８】
’７８９特許のデジタルグラフィック映写機の液晶偏光モジュレータによってこのように空間的、選択的に偏光変調された色成分光ビームは、偏光モジュレータの反射型偏光モジュレータ面から対応する成分ビーム光路に沿って色分割／結合プリズムアセンブリを通って実質的に戻るように反射される。３つの反射された色成分光ビームの各々はプリズムアセンブリを通ってその元の経路を実質的に戻り、他の２つの色成分光ビームと再結合して１つの複合空間的選択的偏光変調光ビームを形成する。複合光ビームは色分割／結合プリズムアセンブリから出て、偏光ビームスプリッタキューブ内に入る。偏光ビームスプリッタキューブは複合光ビームを、明画素からなる複合色グラフィックを担持する偏光変調明画素成分ビームと、暗画素からなるカラーネガティブグラフィックを担持する非偏光変調暗画素成分ビームとに分割する。暗画素成分ビームの偏光は反射型液晶モジュレータによって変化されていないため、暗画素成分ビームは照明源であったアークランプに向かって映写機を通り光路を後戻りする。偏光変調明画素成分ビームは、偏光ビームスプリッタから’７８９特許のデジタルグラフィック映写機の映写レンズ内に向けられる。’７８９特許によれば、映写レンズは、大きなガラス作動距離およびテレセントリック照明に対応するように設計された逆焦点テレセントリックレンズである。この映写レンズは映写スクリーン上に所望の複合色グラフィックを映写する働きをする。
【０００９】
一般的に、映写ディスプレイの設計者は”完全な”映写グラフィックを実現しようと努力している。しかし、映写ディスプレイの設計者は、映写グラフィックにおける適切な画像の高さおよび横方向の色効果を維持すること等の問題に直面している。単一のデジタルグラフィックエンコードビームモジュレータパネルまたは多重ビームモジュレータパネルのいずれか、およびテレセントリックシステムを用いて、設計者はレンズを通してこのような”完全な結像グラフィック”を達成しなければならい。しかし、レンズシステムによってのみで”完全な”結像グラフィックを達成することには問題があり、多くの場合非常にコストがかかるため経済的実現可能性を超越している。このようなレンズシステムをビームモジュレータパネルの正面または背後のいずれに設置するかに関わらず、多くの場合現在利用可能な最も良いレンズシステムを用いても横方向の色に関する問題がある。”完全な”結像グラフィックを達成しようとしている映写ディスプレイの設計者は実際問題としてレンズシステムによって制約を受けている。
【発明の開示】
【００１０】
本発明の目的は、映写ディスプレイ装置およびデジタルカラーグラフィックス映写の横方向色効果を補償する映写光学系レンズシステムを提供することである。この目的は、請求項１に記載されている発明による映写ディスプレイ装置および請求項４に記載されている映写光学系レンズシステムによって達成される。
【００１１】
広義では、デジタルカラーグラフィックス映写ディスプレイにおける横方向色の色収差効果の補償は、本発明においては、映写光学系による映写のために軸外の光を集める角度の付けられた幾何学的配列を確立するようにある程度非テレセントリックである映写ディスプレイのための映写光学系を提供すること、および映写光学系から異なる有効軸方向距離に配置される映写光学系を通して映写表示される異なる原色の物体デジタルグラフィックのための物体平面を提供することによって達成され、前記軸方向距離は映写光学系の軸外光集光を行う角度の付けられた幾何学的配列と、異なる原色での映写光学系による横倍率における横方向色の色収差の相違とにそれぞれ合わせて調整され、それによってこのような横倍率における色に依存した相違が補償されるようにしている。
【００１２】
本発明のデジタルカラーグラフィックス映写ディスプレイの映写光学系は、赤、緑、青の物体グラフィックに３つの成分原色物体平面をそれぞれ設けることが好ましい。映写光学系からの３つの成分原色物体平面の有効軸方向距離は互いに異なっていることが好ましい。
【００１３】
本発明の映写ディスプレイは、赤、緑、及び青の成分原色の１つにそれぞれ対応した３つの成分原色デジタルグラフィックエンコードビームモジュレータパネルを含むことが好ましい。各ビームモジュレータパネルはプレーナアレイに配置された複数の光モジュレータ画素エレメントを備えることが好ましい。成分原色デジタルグラフィックエンコードビームモジュレータパネルの各々は、ビームモジュレータパネルの光モジュレータ画素エレメントのプレーナアレイが映写ディスプレイの対応する成分原色物体平面に近接して配置されるように配置されることが好ましい。成分原色ビームモジュレータパネルの各光モジュレータ画素エレメントは、ビームモジュレータパネルに印加されるグラフィックスエンコード制御信号に応じて画素エレメントを照明する光を制御可能に光学的に変調するように適合されている。成分原色ビームモジュレータパネルの光モジュレータ画素エレメントは、所望の複合色デジタルグラフィックの対応する原色グラフィック成分に応じてビームモジュレータパネルを照明している成分原色光ビームを画素アレイ単位で空間的光学的に変調してグラフィックスエンコード成分原色ビームを形成するように一括して適合されてことが好ましい。成分原色エンコードビームの中心軸は各グラフィックスエンコード成分原色ビームに対して画定され、各成分原色エンコードビーム中心軸は成分原色モジュレータパネル中心軸交差点において本質的に直角入射で対応する成分原色ビームモジュレータパネルと交差するようにしてよい。各成分原色モジュレータパネル中心軸交差点と共に３つの成分原色ビームモジュレータパネル上の光モジュレータ画素エレメントの位置を定めている各プレーナアレイは、本質的に互いに幾何学的に一致することが好ましい。物体画素離間距離を、ビームモジュレータパネルにおける隣接する画素エレメント間の平均心心距離として定義づけるようにしてもよい。
【００１４】
本発明の映写ディスプレイの複合色画面は、これに対して画定される複合色画素位置のアレイを有することが好ましい。複合色画面内の各複合色画素位置は、ビームモジュレータパネル上の本質的に一致する位置にそれぞれ配置された３つの光モジュレータ画素エレメントに対応することが好ましい。映写光学系中心軸を、映写光学系の中心を通過して映写光学系を基準として画定するようにしてもよい。本発明の映写ディスプレイの映写光学系は、映写光学系中心軸に沿って映写光学系開口絞り位置に配置された映写光学系開口絞りを有する。複合色画面中心軸交差点は、３つの成分原色モジュレータパネル中心軸交差点に対応する複合色画面との映写光学系中心軸の交差点によって画定されるようにしてもよい。
【００１５】
複合色画像テストポイント位置は、複合色画面中心軸交差点から横方向にずらされ且つ複合色画面内の単一の複合色画素の位置に対応した本発明の映写ディスプレイの複合色画面内に画定されることが好ましい。複合色画面内の複合色画像テストポイント位置は、３つの成分原色ビームモジュレータパネル上の本質的に一致する位置にそれぞれ配置された３つの光モジュレータ物体テストポイント画素エレメントに対応することが好ましい。各成分原色に対して、成分原色テストポイント主光線トレースを、複合色画面内の複合色画像テストポイント位置から、映写光学系開口絞りの中心点を通ると共に、映写ディスプレイの如何なる介在する光学系をも通ってビームモジュレータパネルの中心軸交差点から横方向にずれた点で対応する成分原色ビームモジュレータパネルと交差する映写光学系を通って成分原色の光線としてトレースすることで画定するようにしてもよい。３つの成分原色テストポイント主光線トレースの各々は、横倍率における横方向色の色収差の相違を含む主光線トレースが通過する光学系の色収差を示す成分原色依存経路を光学的にトレースする。本発明の映写ディスプレイの映写光学系の映写光学系開口絞りの映写光学系開口絞り位置は非テレセントリック開口絞り位置とされているため、各成分原色テストポイント主光線トレースは、非テレセントリック映写光学系による映写のために軸外の光を集める角度の付けられた幾何学的配列に応じて交差点でビームモジュレータパネルの法線に対して傾斜している非テレセントリック交差角で、対応する成分原色ビームモジュレータパネルと交差する。３つの成分原色ビームモジュレータの各々を映写光学系から有効軸方向距離で個別に軸方向に配置し、それによって、対応する成分原色ビームモジュレータパネルとの成分原色テストポイント主光線トレースの非テレセントリック交差角と、それぞれの成分原色での横倍率における横方向色の色収差の相違を含む色収差とを考慮しながら、対応する成分原色テストポイント主光線トレースは、対応する物体テストポイント画素エレメントの中心の画素離間距離の約半分の範囲内でビームモジュレータパネルと交差し、このため、映写光学系の異なる成分原色の光線の横倍率における相違が、複合色画面内で映写光学系によって結像された複合色グラフィック上で補償されるようになることが好ましい。
【００１６】
本発明の映写ディスプレイのデジタルグラフィックエンコードビームモジュレータパネルは、透過型ポリシリコン液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、反射型デジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）、または反射型液晶ディスプレイ（ＲＬＣＤ）を含んでもよい。
【００１７】
本発明の映写ディスプレイの一実施の形態においては、各成分原色デジタルグラフィックエンコードビームモジュレータパネルの各々は、ビームモジュレータパネルの光モジュレータ画素エレメントのプレーナアレイが対応する成分原色物体平面に本質的に一致して配置されるように配置される。本発明の映写ディスプレイの他の実施の形態においては、成分原色デジタルグラフィックエンコードビームモジュレータパネルの少なくとも１つは、ビームモジュレータパネルの光モジュレータ画素エレメントのプレーナアレイが成分原色画素収束焦点ずれ距離によって対応する成分原色物体平面から離間されるように配置されるため、対応する成分原色テストポイント主光線トレースは、対応する光モジュレータ物体テストポイント画素エレメントの中心の物体画素離間距離の約半分の範囲内でビームモジュレータパネルと交差する。
【００１８】
横方向色の色収差効果を効果的に補償することを可能にするデジタルグラフィックカラー映写ディスプレイのための本発明の映写光学系レンズシステムは、映写光学系入射光ポートおよび映写光学系出射光ポートを有する。映写光学系中心軸は、映写光学系レンズシステムに対して画定され、レンズシステムの中心を通り、入射光ポートおよび出射光ポートから軸方向に延びる。
【００１９】
複合色グラフィックが本発明の映写光学系レンズシステムによって結像される複合色グラフィック映写ディスプレイ画面は、レンズシステムに対して画定され、映写光学系出射光ポートから映写ビーム出射伝搬方向に離間されたレンズシステムの映写光学系中心軸に対して実質的に垂直に広がる。複合色グラフィック映写ディスプレイ画面内の画面中心軸交差点は、画面との映写光学系中心軸の交差によって画定される。
【００２０】
好ましくは赤、緑、及び青の３つの成分原色の各々に対して、成分原色映写ディスプレイ物体平面が、映写光学系入射光ポートから映写ビーム入射伝搬方向と反対の方向に離間された本発明の映写光学系レンズシステムの映写光学系中心軸に対して実質的に垂直に広がるように画定される。成分原色物体平面中心軸交差点は、それぞれの物体平面との映写光学系中心軸の交差点によって３つの成分原色映写ディスプレイ物体平面の各々に対して画定される。
【００２１】
３つの成分原色の各々に対して、本発明の映写光学系レンズシステムは、対応する成分原色映写ディスプレイ物体平面に位置する成分原色のグラフィックを複合色グラフィック映写ディスプレイ画面上に映写結像させるように適合されている。映写光学系レンズシステムは横方向色の色収差を示す。例えば、映写光学系中心軸に沿ってテスト物体位置に設置された映写光学系中心軸に対して横方向の長さを有し、且つ複合色グラフィック映写ディスプレイ画面上にレンズシステムによって映写される複合色物体グラフィックの横倍率は、異なる成分原色に対して異なる。
【００２２】
本発明の映写光学系レンズシステムは、映写光学系入射光ポートに配置された入射光学面を有する入射光学素子を含む。映写光学系中心軸と映写光学系レンズシステムの入射光学面との交差点は、物体平面距離基点を画定する。成分原色物体平面軸方向位置距離は、映写光学系レンズシステムの入射光学面上の物体平面距離基点から各成分原色物体平面の物体平面中心軸交差点までにおいて測定され、各成分原色映写ディスプレイ物体平面に対して画定される。
【００２３】
本発明の映写光学系レンズシステムは、映写光学系中心軸に沿って映写光学系開口絞り位置に配置された映写光学系開口絞りを有する。
【００２４】
本発明の映写光学系レンズシステムに関する複合色画像テストポイント位置は、画面中心軸交差点から横方向にずらされて複合色グラフィック映写ディスプレイ画面内に画定される。各成分原色に対して、成分原色テストポイント主光線トレースが、複合色グラフィック映写ディスプレイ画面内の横方向にずらされた複合色画像テストポイント位置から映写光学系出射光ポート内へ入り、映写光学系開口絞りの中心点を通過しながら映写光学系レンズシステムを通り、映写光学系入射光ポートから出て、対応する成分原色映写ディスプレイ物体平面と交差するようにそれぞれの成分原色の光線として光学的にトレースしてそれぞれ画定される。３つの成分原色テストポイント主光線トレースの各々は、横方向色の色収差を含むレンズシステムの色収差を示す映写光学系レンズシステムを通って対応する成分原色依存経路をトレースする。各成分原色テストポイント主光線トレースと対応する成分原色映写ディスプレイ物体平面との交差点は、対応する複合色物体テストポイント位置を画定する。３つの成分原色物体テストポイント位置の各々は、対応する成分原色の光のために、複合色グラフィック映写ディスプレイ画面内の横方向にずらされた複合色画像テストポイント位置に光学的に結合する。各成分原色物体テストポイント位置は、対応する成分原色映写ディスプレイ物体平面の物体平面中心軸交差点から横方向にずらされて、成分原色物体テストポイント横方向ずれ距離を画定する。
【００２５】
本発明の映写光学系レンズシステムの映写光学系開口絞りの映写光学系開口絞り位置は、非テレセントリック開口絞り位置とされている。非テレセントリック開口絞り位置とした結果、各成分原色テストポイント主光線トレースは、交差点で物体平面の法線に対して傾斜する非テレセントリック交差角で対応する成分原色映写ディスプレイ物体平面と交差する。３つの成分原色映写ディスプレイ物体平面は、映写光学系中心軸に沿ってそれぞれの軸方向位置を有し、それによって、各成分原色物体平面との対応する成分原色テストポイント主光線トレースの非テレセントリック交差角と、異なる成分原色でのレンズシステムの横倍率における横方向色の色収差の相違を含む色収差とを考慮しながら、３つの成分原色映写ディスプレイ物体平面のための成分原色物体テストポイント横方向ずれ距離が互いに本質的に同等となるようにする。３つの成分原色映写ディスプレイ物体平面のそれぞれの軸方向位置は、３つの成分原色映写ディスプレイ物体平面の内の少なくとも２つ、好ましくは３つの成分原色物体平面のすべてのそれぞれの成分原色物体平面軸方向位置距離が互いに異なるようになっており、それによって、本発明の映写光学系レンズシステムの横方向色の色収差によって引き起こされた異なる成分原色の光線の横倍率における相違が、複合色グラフィック映写ディスプレイ画面内でレンズシステムによって結像された複合色グラフィック上で少なくとも部分的に補償されるようになる。
【００２６】
本発明の映写光学系レンズシステムは、対応する成分原色映写ディスプレイ物体平面を基準とした対応する通常矩形の物体グラフィック視野内に適合する大きさの３つの成分原色の各々の物体グラフィックを映写結像させるように適合されていることが好ましい。このような物体グラフィック視野は、例えばデジタルグラフィックエンコードビームモジュレータパネルのモジュレータ面の寸法に対応することが好ましい。物体グラフィック視野の各々は、３つの物体グラフィック視野のすべてに対して同一の高さ寸法、および３つの物体グラフィック視野のすべてに対して同一の幅寸法を有している。映写光学系レンズシステムの入射光学面上の物体平面距離基点と、対応する成分原色物体平面の物体平面中心軸交差点との間の各物体平面軸方向位置距離は、物体グラフィック視野の高さ寸法および幅寸法の内の小さな方の値の少なくとも２倍となるようにし、それによって、このような映写光学系レンズシステムがデジタルグラフィックス映写ディスプレイ組み込まれた際に、偏光ビームスプリッタ素子とビーム色分割／結合素子がレンズシステムの映写光学系入射光ポートと映写ディスプレイの成分原色デジタルグラフィックエンコードビームモジュレータパネルとの間に収容されるようにし、それらはそれぞれ対応する成分原色物体平面軸方向位置距離と同等である映写光学系入射ポートからの有効軸方向位置距離に配置されることが好ましい。
【００２７】
画像グラフィック視野は、成分原色映写ディスプレイ物体平面の物体グラフィック視野の画像に対応するように本発明の映写光学系レンズシステムのための複合色グラフィック映写ディスプレイ画面上に画定されることが好ましい。複合色グラフィック映写ディスプレイ画面上の複合色画像テストポイント位置は、画像グラフィック視野の周囲に近接して画像グラフィック視野内に配置されることが好ましい。
【００２８】
本発明の映写光学系レンズシステムにおいては、映写ビーム入射伝搬方向と通常反対の方向にトレースする対応する成分原色映写ディスプレイ物体平面との交差点における各成分原色テストポイント主光線トレースは、映写光学系中心軸からそれることが好ましい。
【００２９】
３つの成分原色映写ディスプレイ物体平面のそれぞれの成分原色物体平面軸方向位置距離は、本発明の映写光学系レンズシステムにおいては互いに異なることが好ましい。
【００３０】
表示用の所望の複合色デジタルグラフィックを映写する本発明の映写ディスプレイは、映写ディスプレイハウジングと、白色スペクトル照明光を提供するための照明源物体位置で映写ディスプレイハウジング内に配置された照明源を含むことが好ましい。ビーム形成光学系が、照明源から照明光を受光するように映写ディスプレイハウジング内に配置されることが好ましい。ビーム形成光学系は、このような光から、ビーム形成光学系に対して画定されている照明ビーム中心軸に実質的に沿って伝搬する集束照明ビームを形成するように適合されている。
【００３１】
本発明の映写ディスプレイはまた、偏光ビームスプリッタを含むことが好ましい。照明ビーム受光軸、暗画素偏光状態偏光ビーム軸および明画素偏光状態偏光ビーム軸が、偏光ビームスプリッタに対して画定される。偏光ビームスプリッタは、実質的に照明ビーム受光軸に沿って偏光ビームスプリッタに向かって伝搬する照明ビームを受光して、暗画素偏光状態偏光ビーム軸に実質的に沿って偏光ビームスプリッタから外側に向かって伝搬する直線偏光暗画素偏光状態ビームを前記照明ビームから分割し、カラーネガティブグラフィックを担持する暗画素偏光状態直線偏光と暗画素偏光状態偏光ビーム軸に実質的に沿って偏光ビームスプリッタに向かって伝搬する所望の複合色デジタルグラフィックを担持する明画素偏光状態直線偏光とを含む混合偏光グラフィックエンコードビームを受光し、照明ビーム受光軸に実質的に沿って偏光ビームスプリッタから離れるように伝搬するカラーネガティブグラフィックを担持する暗画素偏光状態直線偏光ビームと明画素偏光状態偏光ビーム軸に実質的に沿って偏光ビームスプリッタから外側に向かって伝搬する所望の複合色グラフィックを担持する明画素偏光状態直線偏光ビームとに前記混合偏光グラフィックエンコードビームを分割するように適合されている。偏光ビームスプリッタの照明ビーム受光軸は、照明ビーム形成光学系の照明ビーム中心軸と効果的に一直線上に揃えることが好ましい。
【００３２】
本発明の映写ディスプレイはさらに、複合ビーム入出力光ポートと３つの成分原色サブビーム入出力光ポートとを有するビーム色分割／結合光学系を含むことが好ましい。ビーム色分割／結合光学系は、複合ビーム入出力光中心軸に実質的に沿って複合ビーム入出力光ポート内へ伝搬する白色スペクトル入力ビームを受け入れ、前記白色スペクトル入力ビームを３つの成分原色出力サブビームに分割し、対応する成分原色サブビーム入出力中心軸に実質的に沿って伝搬する対応する成分原色入出力光ポートからそれぞれ成分原色出力サブビームの各々を映写するように適合されている。ビーム色分割／結合光学系はさらに、対応する成分原色サブビーム入出力中心軸に実質的に沿って３つの成分原色入出力光ポートの内の対応する１つの中へ伝搬する３つの成分原色の各々の入力サブビームを受け入れ、３つの成分原色入力サブビームを複合色出力ビームに結合し、複合ビーム入出力中心軸に実質的に沿って伝搬する複合ビーム入出力光ポートから複合色出力ビームを映写するように適合されている。ビーム色分割／結合光学系は、複合ビーム入出力中心軸が偏光ビームスプリッタの暗画素偏光状態偏光ビーム軸と効果的に一直線上に揃うようにして映写ディスプレイハウジング内に位置および方向が定められることが好ましい。各成分原色に対応して、成分原色中心光路は、ビーム色分割／結合光学系および偏光ビームスプリッタを順番に通り且つ明画素偏光状態偏光ビーム軸に実質的に沿って偏光ビームスプリッタから外側に向かって、対応する成分原色サブビーム入出力中心軸に実質的に沿って対応する成分原色サブビーム入出力光ポート内へ伝搬する対応する成分原色の光の明画素偏光状態偏光サブビームの中心軸として、ビーム色分割／結合光学系および偏光ビームスプリッタを通って画定されることが好ましい。
【００３３】
本発明の映写ディスプレイはまた、映写光学系入射光ポートおよび映写光学系出射光ポートを有する映写ディスプレイハウジングに取り付けられた映写光学系を備えることが好ましい。映写光学系中心軸は、入射光ポートおよび出射光ポートの中心を通るように映写光学系に対して画定されることが好ましい。偏光ビームスプリッタの明画素偏光状態偏光ビーム軸は、映写光学系の映写光学系中心軸と効果的に一直線上に揃えられることが好ましい。映写光学系は、映写光学系中心軸に沿って映写光学系開口絞り位置に配置された映写光学系開口絞りを有する。映写光学系は、映写光学系中心軸に実質的に沿って伝搬する複合色グラフィック担持ビームを入射光ポートを通して受け、前記ビームを出射光ポートを通して映写して映写光学系中心軸に実質的に垂直に広がることが好ましいグラフィックディスプレイ画面に複合色グラフィックを効果的に結像させるように適合されている。映写光学系は、入射光ポートに入るグラフィック担持ビームが通過する入射光光学面を有する入射光学素子を含むことが好ましい。映写物体距離基点が、映写光学系中心軸と映写光学系の入射光光学面との交差点として画定されることが好ましい。映写光学系は、横方向色の色収差を示す。例えば、映写光学系中心軸に沿ってテスト物体グラフィック位置に設置され、且つグラフィックディスプレイ画面上に映写光学系によって映写された、映写光学系中心軸に対して横方向の長さを有するテスト複合色物体グラフィックの横倍率は、異なる成分原色に対して異なる。
【００３４】
本発明の映写ディスプレイはさらに、３つの反射型成分原色デジタルグラフィックエンコード偏光モジュレータを備えることが好ましい。各反射型成分原色偏光モジュレータは、プレーナアレイに配置された複数の個別に制御可能な反射型偏光モジュレータ画素エレメントを備える実質的に平面の反射型偏光モジュレータ面を有することが好ましい。このような各反射型成分原色偏光モジュレータは、ビーム色分割／結合光学系の３つの成分原色入出力光ポートの内の対応する１つと出力サブビーム妨害関係に配置され、反射型偏光モジュレータの偏光モジュレータ面が対応する成分原色入出力光ポートに向かい合い且つ対応する成分原色サブビーム入出力中心軸に対して実質的に垂直に広がるように方向付けられることが好ましい。偏光モジュレータ面中心軸交差点は、対応する成分原色サブビーム入出力中心軸との偏光モジュレータ面の交差点として各反射型偏光モジュレータ面に画定されることが好ましい。偏光モジュレータ面のそれぞれの偏光モジュレータ面中心軸交差点と共に３つの成分原色偏光モジュレータの偏光モジュレータ面上に各偏光モジュレータ画素エレメントの位置を定めている各プレーナアレイは、本質的に互いに幾何学的に一致することが好ましい。偏光モジュレータ面軸方向位置距離は、ビーム色分割／結合光学系および偏光ビームスプリッタを通過する対応する成分原色中心光路に沿って、偏光モジュレータ面の偏光モジュレータ面中心軸交差点から入射光学系の入射光学面上の映写物体距離基点までにおいて測定されて、各反射型偏光モジュレータ面に対して画定されることが好ましい。
【００３５】
本発明の映写ディスプレイの反射型成分原色デジタルグラフィックエンコード偏光モジュレータにおける各反射型偏光モジュレータ画素エレメントは、画素エレメント上に当たる直線偏光成分原色光を反射し、且つ偏光モジュレータに印加されるグラフィックエンコード制御信号に従って反射された直線偏光光の偏光を変調するように適合されていることが好ましい。成分原色デジタルグラフィックエンコード偏光モジュレータの偏光モジュレータ面の反射型偏光モジュレータ画素エレメントは、所望の複合色デジタルグラフィックの対応する原色成分グラフィックに応じてビーム色分割／結合光学系の対応する成分原色サブビーム入出力光ポートから偏光モジュレータ面上に映写された直線偏光成分原色暗画素偏光状態出力サブビームの偏光を画素アレイ単位で反射的空間的に変調して、対応する成分原色サブビーム入出力光ポート内に向けられた反射混合偏光グラフィックエンコード成分原色入力サブビームを形成するように集合的に適合されてことが好ましい。グラフィックディスプレイ画面は、これに対して画定された複合色画素位置のアレイを有することが好ましい。グラフィックディスプレイ画面内のこのような各複合色画素位置は、３つの反射型成分原色偏光モジュレータの偏光モジュレータ面上の効果的に一致する位置にそれぞれ配置された３つの反射型偏光モジュレータ画素エレメントに対応することが好ましい。
【００３６】
複合色画像テストポイント位置は、グラフィックディスプレイ画面との映写光学系中心軸の交差点から横方向にずらされて本発明の映写ディスプレイのグラフィックディスプレイ画面内に画定されることが好ましい。このような画像テストポイント位置は、グラフィックディスプレイ画面内の単一複合色画素の位置に対応することが好ましい。グラフィックディスプレイ画面内の複合色画像テストポイント位置は、偏光モジュレータ面の各偏光モジュレータ面中心軸交差点から横方向にずらされて、３つの各成分原色偏光モジュレータの偏光モジュレータ面上の効果的に一致する位置にそれぞれ配置された３つの反射型偏光モジュレータ物体テストポイント画素エレメントに対応することが好ましい。各成分原色に対して、成分原色テストポイント主光線トレースが、グラフィックディスプレイ画面内の複合色画像テストポイント位置から映写光学系開口絞りの中心点を通過しながら映写光学系を通り、偏光ビームスプリッタを通り、さらにビーム色分割／結合光学系を通って偏光モジュレータ面の偏光モジュレータ面中心軸交差点から横方向にずらされた点において対応する成分原色偏光モジュレータの偏光モジュレータ面と交差するように、成分原色の明画素偏光状態直線偏光光線としてトレースして画定されることが好ましい。３つの成分原色テストポイント主光線トレースの各々は、横方向色の色収差を含む主光線トレースが通過する光学系の色収差を示す成分原色依存経路を取る。映写光学系開口絞りの映写光学系開口絞り位置は非テレセントリック開口絞り位置とされているため、各成分原色テストポイント主光線トレースは、交差点でモジュレータ面の法線に対して傾斜する非テレセントリック交差角で対応する成分原色偏光モジュレータの偏光モジュレータ面と交差する。３つの反射型成分原色偏光モジュレータの各々が、ビーム色分割／結合光学系の対応する成分原色サブビーム入出力光ポートの対応する成分原色サブビーム入出力中心軸に沿って軸方向に個別に配置されていることによって、対応する成分原色偏光モジュレータの偏光モジュレータ面と成分原色テストポイント主光線トレースとの非テレセントリック交差角と、各成分原色での横倍率における横方向色の色収差の相違を含む主光線トレースが通過する光学系の色収差とを考慮しながら、対応する成分原色テストポイント主光線トレースが偏光モジュレータ物体テストポイント画素エレメントで効果的に対応する成分原色偏光モジュレータの偏光モジュレータ面と交差する。本発明の映写ディスプレイの３つの反射型成分原色デジタルグラフィックエンコード偏光モジュレータの内の少なくとも２つの偏光モジュレータ面の各偏光モジュレータ面軸方向位置距離が互いに異なっていることによって、映写光学系の横方向色の色収差によって引き起こされた異なる成分原色の光線の横倍率における相違が、グラフィックディスプレイ画面内で映写光学系によって結像された複合色グラフィック上で補償されるようになる。
【００３７】
本発明の映写ディスプレイの成分原色は赤、緑、及び青であることが好ましい。
【００３８】
複合色画像テストポイント位置は、グラフィックディスプレイ画面の周囲に配置されることが好ましい。複合色テストポイント位置は、本発明の映写ディスプレイのグラフィックディスプレイ画面の周囲に配置されることが好ましい。
【００３９】
３つの反射型成分原色デジタルグラフィックエンコード偏光モジュレータの偏光モジュレータ面の各偏光モジュレータ面軸方向位置距離は、本発明の映写ディスプレイにおいては互いに異なっていることが好ましい。
【００４０】
本発明の映写ディスプレイの各反射型成分原色偏光モジュレータの偏光モジュレータ面は、グラフィックディスプレイ画面に光学的に一致する対応する成分原色物体平面に少なくとも近接して配置されることが好ましい。成分原色画素収束焦点ずれ距離で対応する成分原色物体平面から偏光モジュレータ面の１つ以上を離間することによって、対応する成分原色テストポイント主光線トレースが偏光モジュレータ物体テストポイント画素エレメントで効果的に偏光モジュレータ面と交差するようにしてもよい。
【００４１】
本発明の映写ディスプレイのための最適な偏光ビームスプリッタとしては、ＭａｃＮｅｉｌｌｅ型多層誘電膜偏光ビームスプリッタ、ワイヤグリッド偏光器偏光ビームスプリッタ、または交流複屈折／非複屈折膜（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ／ｎｏｎｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ−ｆｉｌｍ）偏光器偏光ビームスプリッタが挙げられる。ＭａｃＮｅｉｌｌｅ型多層誘電膜偏光ビームスプリッタは、ＭａｃＮｅｉｌｌｅに付与された米国特許第２，４０３，７３１号、およびＳａｎｎｏｈｅとＭｉｙａｔａｋｅに付与された米国特許第５，４５３，８５９号に一般的に記載されている。ワイヤグリッド偏光器偏光ビームスプリッタは、国際特許公開第ＷＯ０１／０９６７７号および第ＷＯ００／７０３８６号に一般的に記載されている。交流複屈折／非複屈折膜偏光器偏光ビームスプリッタは、国際特許公開第ＷＯ００／７０３８６号に広く記載されている。
【００４２】
本発明の映写ディスプレイのためのビーム色分割／結合光学系としては、プリズムの面に取り付けられた２色性ミラーを持つプリズムのアセンブリおよびプレートに取り付けられた２色性ミラーのアセンブリが挙げられる。
【００４３】
本発明の映写ディスプレイの映写光学系は、テレセントリック条件から適度にしかそれることのないことが好ましい。映写光学系においてテレセントリック条件からそれること、即ち無限瞳の代わりに有限瞳を使用することによって、映写光学系による映写のために軸外の光を集める角度の付けられた幾何学的配列が確立される。軸外の光を集める角度の付けられた幾何学的配列を使用して横方向の色を補償するようにしてもよい。
【００４４】
有限瞳位置はまた、一般的に映写光学系の設計の援助にもなる。物理レンズアセンブリのより近くに瞳を設置することは、テレセントリックレンズアセンブリの無限瞳位置よりもより簡単な制限である。映写光学系の非テレセントリック瞳位置の指定に許容範囲を与えることは、比較し得るテレセントリック映写光学系の設計に対して本発明の映写ディスプレイの映写光学系の設計を簡略化することに貢献する設計の自由を意味している。テレセントリック条件は画像の均一性、およびプリズム色分割および偏光分割成分の角度の受け入れの助けとなる。このようにして、テレセントリック条件からのずれを本発明の映写ディスプレイの映写光学系に対しては適度にまたは小さく維持することが好ましい。
【００４５】
３原色の各々に別個の物体平面を設けることによって、３原色に単一の物体平面を要求するのに対して、本発明の映写ディスプレイの映写光学系の設計を簡略化することに貢献する設計の自由が与えられる。
【００４６】
少量の焦点ずれを利用して成分色物体グラフィックの横方向オフセットをシフトすることによって本発明の映写ディスプレイにおける色収差を調整するようにしてもよい。
【００４７】
さらなる有利な実施の形態は従属請求項に明記されている。本発明のこれらおよび他の態様は以下に説明する実施の形態を参照することによって明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
図１を参照すると、デジタルグラフィックス映写ディスプレイ４００は、高輝度ランプ４０４を含む照明ビーム源アセンブリ４０２と、映写機のための偏光されていない白色スペクトル光の照明ビーム４０８を形成するパラボラ反射器４０６とを含む。不偏光照明ビーム４０８の経路内には、ビームから紫外線および赤外線周波数の光を除去し且つ所望の色のスペクトル形状をビームの周波数スペクトルに与えるために、紫外線、赤外線およびスペクトルノッチフィルタアセンブリ４０７が設置されている。
【００４９】
デジタル画像映写機４００の不偏光照明ビーム４０８の経路内には、光保存ビーム偏光器アセンブリ４１０が配置されている。ビーム偏光器アセンブリ４１０は、ＩｔｏｈとＨａｓｈｉｚｕｍｅに付与された米国特許第５，９８６，８０９号に記載されているビーム偏光器とほぼ同様の型のものであり、その開示内容を参考のためここに記載する。即ち、ビーム偏光器アセンブリ４１０は、実質的に矩形の平凸の第１レンズ素子４１３の矩形のアレイからなる第１レンズアレイ４１２を含む。動作時には、第１レンズアレイ４１２は照明ビーム４０８を集束サブビームの矩形アレイに分割する。大まかにはビーム偏光器アセンブリ４１０の、詳細には第１レンズアレイ４１２の照明ビーム４０８に対する影響は、図１には示されていない。ビーム偏光器４１０はまた、第１レンズアレイ４１２によって生成された集束サブビームの焦点面内に配置された偏光ビームスプリッタ／半波長板アセンブリ４１４を含む。偏光ビームスプリッタ／半波長板アセンブリ４１４は、第２レンズアレイ４１６と、複数の対の交互の細長い偏光ビームスプリッタフィルムストリップ４２０および細長い反射ミラーストリップ４２２とを含む。偏光ビームスプリッタフィルムストリップ４２０および反射ミラーストリップ４２２の両方は照明ビーム４０８の中心光線に対して直交する方向に互いに直線的に並行して延び、ビーム４０８の中心光線に対して実質的に４５度の角度に傾斜している。第２レンズアレイ４１６は、ビーム偏光器アセンブリ４１０の第１レンズアレイ４１２の第１レンズ素子４１３に一対一で対応する実質的に矩形の第２レンズ素子４１７の矩形のアレイを含む。第２レンズアレイ４１４の各第２レンズ素子は第１レンズアレイ４１２の対応する第１レンズ素子４１３からの集束サブビームを平行にし、このサブビームを偏光ビームスプリッタ／半波長板アセンブリ４１４の偏光ビームスプリッタフィルムストリップ４２０の一部の上に向ける。偏光ビームスプリッタフィルムストリップ４２０は集束サブビームを２つの直線集束サブビームに分割し、その第１は偏光ビームスプリッタフィルムストリップ４２０を通過し、その第２は偏光ビームスプリッタフィルムストリップ４２０から隣接する反射ミラーストリップ４２２上で反射される。第１および第２集束サブビームは本質的に互いに直交する偏光を有する。反射ミラーストリップ４２２は、照明ビーム４０８のビーム軸４１１に実質的に平行な方向に沿って偏光ビームスプリッタ／半波長板アセンブリ４１４から第２の直線集束サブビームを反射するように方向付けられている。細長い半波長板ストリップ４２４が各偏光ビームスプリッタフィルムストリップ４２０に一直線上に揃っている。偏光ビームスプリッタフィルムストリップ４２０を通過する第１直線集束サブビームは半波長板ストリップ４２４をも通過する。半波長板ストリップ４２４は、反射ミラーストリップ４２２から反射した第２の直線集束サブビームの偏光状態と本質的に一致するように実質的に９０度で第１の直線集束サブビームの偏光を回転させる。それによって、ビーム偏光器アセンブリ４１０は、効果的に不偏光照明ビーム４０８におけるあらゆる特定の偏光状態に対応する光を切り捨てることなく、不偏光照明ビーム４０８を本質的に１つの偏光状態を有する直線偏光サブビームのアレイからなる直線偏光照明ビーム４０９に変換する。
【００５０】
通常、平凸のビーム成形レンズ４２６は照明ビーム４０９の経路内に配置され、ビーム偏光器アセンブリ４１０によって生成された直線偏光サブビームのアレイ内の様々なサブビームの焦点を合わせ且つ合体させて合体直線偏光照明ビームにする働きをする。このように複数のサブビームを合体直線偏光照明ビームに合体させることによって、その結果の照明ビームはビームの全横断面積に渡って均一な強度を有するようになる。
【００５１】
照明ビームリダイレクションミラー４２１は直線偏光照明ビーム４０９を反射して映写ディスプレイ４００の光学的レイアウトを物理的にコンパクトにする。平凹リレーレンズ４６６およびトリミングシート偏光器４６８は、照明ビームリダイレクションミラー４２１に進む直線偏光照明ビーム４０９の経路に配置される。平凸ビーム成形レンズ４２６と協働する平凹リレーレンズ４６６は、照明光学系画面に対して合体直線偏光照明ビームを結像させる機能をする。トリミング偏光器４６８は、ビーム偏光器アセンブリ４１０によって生成されたビームの偏光の公称方向に平行な方向の直線偏光光を通過させるように方向付けられている。
【００５２】
トリミング偏光器４６８から通過する直線偏光照明ビーム４０９の経路内にはＭａｃＮｅｉｌｌｅ型多層誘電膜偏光ビームスプリッタ４７０が設置されている。ＭａｃＮｅｉｌｌｅ型偏光ビームスプリッタ４７０は、第１ビームスプリッタプリズム４７１と、第２ビームスプリッタプリズム４７２と、第１および第２プリズム４７１および４７２の斜辺面の間に配置された多層誘電偏光膜４７６とから形成されている。第１および第２ビームスプリッタプリズム４７１および４７２は光学ガラスから作成されている。多層誘電偏光膜４７６を構成する誘電体の層は図１には示されていない。多層偏光膜４７６を構成する層の厚さおよび屈折率、およびビームスプリッタプリズム４７１および４７２の光学ガラスの屈折率は、本質的に４５度の最適偏光角で多層膜４７６に入射する不偏光光線が多層材料に入り、いわゆる”ブルースター角”で異なる屈折率の層の間の連続的な接合点に当たるように選択されている。
【００５３】
ブルースター角において、異なる屈折率の第２の材料との接合点に当たる第１の材料を通過する不偏光光線は、一部は接合点から反射され、一部は第２の材料内に入るように屈折される。反射された光線は本質的に完全に直線偏光され、その電界は接合点に当たる光線の伝搬方向および接合点の法線によって画定される入射面に対して直角に向けられる。屈折光線は一部のみ偏光され、入射面内の電界の成分は入射面に直角な電界の成分よりも強い。ブルースター角での反射による偏光については、Ｅｕｇｅｎｅ  Ｈｅｃｈｔの本Ｏｐｔｉｃｓ第３版の３４２ページから３４６ページ（Ａｄｄｉｓｏｎ  Ｗｅｓｌｅｙ  １９９８）に記載されている。
【００５４】
ＭａｃＮｅｉｌｌｅ型多層誘電膜偏光ビームスプリッタ４７０においては、ブルースター角で連続する接合点を通過する光線からの光の偏光された成分を連続的に反射する多層接合点が多層誘電偏光膜４７６内に設けられている。多層膜における層の厚さは、様々な接合点から反射された偏光光の成分が構成的に増加するように選択される。その結果、電界が入射面にある場合、連続する接合点を通過する屈折光線は連続的に益々偏光される。通常、実際に電界が入射面にある場合、多層誘電偏光膜４７６を完全に通過する光線が効果的に完全に直線偏光されるように十分な数の層が選択される。反射光線は、上述したように電界が入射面に直角な場合にも効果的に完全に直線偏光される。多層誘電膜に基づいた従来のＭａｃＮｅｉｌｌｅ型偏光ビームスプリッタの構成は、ＭａｃＮｅｉｌｌｅに付与された米国特許第２，４０３，７３１号、およびＳａｎｎｏｈｅとＭｉｙａｔａｋｅに付与された米国特許第５，４５３，８５９号に記載されている。映写ディスプレイ４００に最適なＭａｃＮｅｉｌｌｅ型偏光ビームスプリッタは市販されている。
【００５５】
ビーム偏光器アセンブリ４１０、トリミング偏光器４６８およびＭａｃＮｅｉｌｌｅ型偏光ビームスプリッタ４７０は、偏光ビームスプリッタ４７０に入射する直線偏光照明ビーム４０９がビームスプリッタ透過直線偏光照明ビーム４３４として偏光ビームスプリッタ４７０を通過するように互いに方向付けられている。ビームスプリッタから出る際にビームが取る軸に沿って偏光ビームスプリッタ４７０内に戻る偏光状態が変化しないビームスプリッタ透過直線偏光照明ビーム４３４の直接反射の結果、このような反射直線偏光ビームが偏光ビームスプリッタ４７０を通り、ビームスプリッタ４７０によってそらされることなく照明ビーム源アセンブリ４０２に向かって経路に沿って戻って所望のグラフィックの”明”画素が結像される映写ディスプレイ４００のディスプレイ画面４５６を照明するため、偏光ビームスプリッタ４７０から通過する直線偏光照明ビーム４３４の偏光状態は暗画素偏光状態を構成する。偏光照明ビーム４０９は、偏光ビームスプリッタ４７０の第２プリズム４７２の面に対して本質的に垂直に延びる暗画素偏光状態偏光ビーム軸４７３に本質的に沿って偏光ビームスプリッタ４７０から離れるように伝搬する。
【００５６】
ビームスプリッタ透過直線偏光照明ビーム４３４は原色分割／結合プリズムアセンブリ４３６内に伝搬する。原色分割／結合プリズムアセンブリ４３６はプリズムの面上に２色性のコーティングを有する３つのプリズムを含み、プリズムアセンブリ４３６に入る白色スペクトル光のビームをそれぞれ赤色、緑色、青色の光の成分サブビームに分割するように適合されている。このような原色分割／結合プリズムアセンブリは従来のものであるため、プリズムアセンブリについては詳細な説明を省略する。特に、色分割／結合プリズムアセンブリ４３６におけるビームスプリッタ透過偏光照明ビームおよび赤色、緑色、青色の光の成分サブビームの光路は図１には示されていない。原色分割／結合プリズムアセンブリは、複合ビーム入出力光ポート４３７と、赤色成分サブビーム入出力光ポート４３８Ｒと、緑色成分サブビーム入出力光ポート４３８Ｇと、青色成分サブビーム入出力光ポート４３８Ｂとを有する。赤色成分反射型デジタルグラフィックエンコード液晶偏光モジュレータ４４０Ｒは赤色成分サブビーム入出力光ポート４３８Ｒに近接している。緑色成分反射型デジタルグラフィックエンコード液晶偏光モジュレータ４４０Ｇおよび青色成分反射型デジタルグラフィックエンコード液晶偏光モジュレータ４４０Ｂはそれぞれ、緑色成分サブビーム入出力光ポート４３８Ｇおよび青色成分サブビーム入出力光ポート４３８Ｂに近接して配置されている。後述するように、赤、緑および青の画像成分偏光モジュレータの赤色、緑色および青色成分偏光モジュレータ面４４１Ｒ、４４１Ｇ、４４１Ｂはそれぞれ、赤色、緑色および青色成分サブビームの中心軸に対して軸方向の位置において異なる位置に配置されている。赤色、緑色および青色画像成分反射型偏光モジュレータ４４０Ｒ、Ｇ、Ｂの各々は、所望のカラー画像のカラー画像成分をエンコードするモジュレータに印加されるデジタルグラフィックスエンコード信号に従って画素単位で偏光モジュレータの偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂに当たる直線偏光ビームの偏光を空間的に選択的に変調するように適合されている。このような反射型液晶偏光モジュレータは従来のものである。
【００５７】
対応するカラー偏光モジュレータに印加される所望の複合色デジタルグラフィックの特定の色成分をエンコードする信号は、特定の色において照明されないままとなる映写画像グラフィックの画素に対応する偏光モジュレータ面４４１上の画素エレメントが画素エレメントに当たる直線偏光光の偏光を変えないようにエンコードされる。特定の色成分において照明される映写グラフィック画像の画素に対応する画素エレメントは、照明の度合いに対応する程度に画素エレメントに当たる直線偏光光の偏光を回転させる機能をする。特定の成分色偏光モジュレータ４４０によって形成された空間的選択的に偏光変調された成分色光サブビームは、ビーム色分割／結合プリズムアセンブリ４３６の対応する成分色サブビーム入出力ポート４３８内へ反射し戻される。３つの成分色光サブビームはプリズムアセンブリ４３６を通ってそれぞれの経路を戻り、プリズムアセンブリの複合ビーム入出力ポート４３７から結合混合偏光複合色光ビームとして出射する。
【００５８】
混合偏光結合複合色光は、偏光ビームスプリッタ４７０の暗画素偏光状態偏光ビーム軸４７３に実質的に一直線上に揃っている複合ビーム入出力中心軸に実質的に沿ってプリズムアセンブリ４３６の複合ビーム入出力ポート４３７から伝搬する。混合偏光結合複合色光ビームは、ビームスプリッタ透過直線偏光照明ビーム４３４が出射する偏光ビームスプリッタ４７０の面内に伝搬する。反射型偏光モジュレータ４４０によって偏光方向が変化されなかった混合偏光複合色光ビームの成分は暗画素偏光状態にあり、その結果偏光ビームスプリッタ４７０の多層誘電偏光膜４７６を通過し、ランプ４０２に向かって伝搬して戻る。反射型偏光モジュレータ４４０によってある程度偏光が回転した混合偏光複合色光ビームの成分は、そのような程度で明画素偏光状態にあり、且つ偏光ビームスプリッタ４７０の多層誘電偏光膜４７６によってそのような程度で反射される。偏光ビームスプリッタの偏光膜４７６から反射された光は、偏光ビームスプリッタ４７０の第２プリズム４７２の面に対して本質的に垂直に延びる明画素偏光状態偏光ビーム軸４７４に本質的に沿って伝搬する。明画素偏光状態光のビームは、偏光ビームスプリッタ４７０の明画素偏光状態偏光ビーム軸４７４に実質的に一直線上に揃っている映写レンズ４５２の中心軸４６０に実質的に沿ってデジタルグラフィック映写ディスプレイ４００の映写レンズ４５２の入力ポート４５０内に入る。偏光アナライザフィルタ４５４は、明暗コントラスト比率を改善するため、偏光ビームスプリッタ４７０と明画素偏光状態の直線偏光光を通過させるように方向付けられた映写レンズ４５２の入力ポート４５０との間に設置される。映写レンズ４５２は、ビーム色分割／結合プリズムアセンブリから表示用のディスプレイ画面４５６上に向かう複合ビームの回転された偏光成分によって担持された所望の複合画像を映写する。後述するように、映写レンズ４５２の横方向色の色収差によって引き起こされた色誤収束を偏光モジュレータ４４０Ｒ、Ｇ、Ｂの赤色、緑色および青色成分偏光モジュレータ面４４１Ｒ、４４１Ｇ、４４１Ｂの個別の軸方向位置に関連して低減することができる非テレセントリック位置において映写レンズ４５２の中心軸４６０に沿って映写レンズ開口絞り位置４５８が配置される。
【００５９】
図２を参照すると、照明ビーム受光軸４７７、暗画素偏光状態偏光ビーム軸４７３および明画素偏光状態偏光ビーム軸４７４は、本発明の映写ディスプレイ４００の偏光ビームスプリッタ４７０の面から本質的に垂直に延びて画定されている。原色分割／結合プリズムアセンブリ４３６は、その面が赤色成分サブビーム入出力光ポート４３８Ｒを備える赤色成分色プリズム４７８Ｒと、その面が緑色成分サブビーム入出力光ポート４３８Ｇを備える緑色成分色プリズム４７８Ｇと、その第１の面が青色成分サブビーム入出力光ポート４３８Ｂを備える青色成分色プリズム４７８Ｂとを含む。赤色、緑色および青色成分色サブビーム入出力中心軸４３９Ｒ、Ｇ、Ｂは、原色分割／結合プリズムアセンブリ４３６の各赤色、緑色および青色成分サブビーム入出力光ポート４３８Ｒ、Ｇ、Ｂから実質的に垂直に延びている。赤色成分反射型液晶偏光モジュレータ４４０Ｒが赤色成分サブビーム入出力光ポート４３８Ｒに近接して配置され、且つ対応する赤色成分色サブビーム入出力中心軸４３９Ｒに本質的に垂直に方向付けられている。緑色成分色反射型液晶偏光モジュレータ４４０Ｇおよび青色成分色反射型液晶偏光モジュレータ４４０Ｂはそれぞれ、緑色成分サブビーム入出力光ポート４３８Ｇおよび青色成分サブビーム入出力光ポート４３８Ｂに近接して配置され、それぞれ対応する緑色および青色成分色サブビーム入出力中心軸４３９ＧおよびＢに本質的に垂直に方向付けられている。青色成分色プリズム４７８Ｂの第２の面は、原色分割／結合プリズムアセンブリ４３６の複合ビーム入出力光ポート４３７を備える。成分ビーム入出力中心軸は、映写ディスプレイ４００の偏光ビームスプリッタ４７０の暗画素偏光状態偏光ビーム軸４７３と効果的に一直線上に揃って原色分割／結合プリズムアセンブリ４３６の複合ビーム入出力光ポート４３７から本質的に垂直に延びている。
【００６０】
映写ディスプレイ４００の映写レンズ４５２は、映写光学系入射光ポート４５０および映写光学系出射光ポート４５７を有する。映写光学系中心軸４６０は映写光学系４５２の中心を通って延び、且つ入射光ポート４５０および出射光ポート４５７の中心を通るように画定されている。偏光ビームスプリッタ４７０の明画素偏光状態偏光ビーム軸４７４および映写光学系４５２の映写光学系中心軸４６０は、効果的に互いに一直線上に揃えられている。赤色、緑色および青色成分色の各々に対して、成分色中心光路４８０Ｒ、Ｇ、Ｂが、ビーム色分割／結合プリズムアセンブリ４３６、偏光ビームスプリッタ４７０および映写光学系４５２を通って偏光モジュレータ面に垂直な対応する赤色、緑色および青色成分色サブビーム入出力中心軸４３９Ｒ、Ｇ、Ｂに実質的に沿って偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂから反射された対応する成分色の光の明画素偏光状態直線偏光サブビームの中心軸と一致するように画定されており、そこで明画素偏光状態直線偏光サブビームの中心軸４８０が映写光学系４５２の中心軸４６０と本質的に一致する。図２に見られるように、赤色成分色中心光路４８０Ｒは、ビーム色分割／結合プリズムアセンブリ４３６の赤色成分色プリズム４７８Ｒと緑色成分色プリズム４７８Ｇとの間に配置された赤色反射型／緑色透過型２色性ミラーでの赤色明画素偏光状態直線偏光サブビームの反射、および赤色成分色プリズム４７８Ｒの面での赤色明画素偏光状態直線偏光サブビームの全内部反射をトレースする。青色成分色中心光路４８０Ｂは、青色成分色プリズム４７８Ｂと赤色成分色プリズム４７８Ｒとの間に配置された青色反射型／赤色透過型２色性ミラーでの青色明画素偏光状態直線偏光サブビームの反射、および青赤色成分色プリズム４７８Ｂの第２の面での青色明画素偏光状態直線偏光サブビームの全内部反射をトレースする。赤色、緑色および青色成分色中心光路４８０Ｒ、Ｇ、Ｂは偏光ビームスプリッタ４７０を通過する際においては同一線上にあり、偏光ビームスプリッタの多層誘電偏光膜４７６での同様に同一線上にある明画素偏光状態直線偏光サブビームの反射をトレースする。映写物体距離基点４６２は測定の都合上、映写光学系４５２の中心軸４６０と映写光学系の入射光学面との交差点となるように画定され、これは３つの中心光路４８０Ｒ、Ｇ、Ｂ上の前記光路の長さに沿った点であり、そこで前記光路は互いに且つ映写光学系４５２の中心軸４６０と同一線上となる。
【００６１】
映写ディスプレイ４００の映写光学系４５２は、軸方向の位置において異なる映写ディスプレイのディスプレイ画面４５６上の赤色、緑色および青色の成分色グラフィックを結像させるための物体平面を提供するように設計されている。特に、映写光学系４５２は、映写物体距離基点４６２からそれぞれ対応する成分色中心光路４８０Ｒ、Ｇ、Ｂに沿って軸方向に測定された場合に異なる軸方向距離に配置されているディスプレイ画面４５６上の赤色、緑色および青色の成分色グラフィックを結像させるための別個の物体平面を提供する。成分色中心光路４８０Ｒ、Ｇ、Ｂに沿ったこのような軸方向距離は、対応する明画素偏光状態直線偏光サブビームの反射から生じる光路の方向における各変化から線分ごとに測定される。３つの反射型成分色偏光モジュレータ４４０Ｒ、Ｇ、Ｂは、対応する成分色のグラフィックを結像させるための物体平面に成分色偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂの各々が少なくとも近接するように配置される。３つの成分色偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂの軸方向の位置における相違は、図２に誇張して示されている。
【００６２】
映写ディスプレイ４００の映写光学系４５２は非テレセントリックである。特に、映写光学系４５２は、映写光学系の焦点から軸方向にずらされている映写光学系の映写光学系中心軸４６０に沿った非テレセントリック映写光学系開口絞り位置に配置された映写光学系開口絞り４５８を含む。映写光学系４５２の非テレセントリック性質は、ディスプレイ画面４５６と映写光学系４５２の中心軸４６０との交差点４８２から横方向にオフセットされた映写ディスプレイ４００のディスプレイ画面４５６に映写されたカラーグラフィック上の単一の代表複合色点４８６から成分色主光線４８８Ｒ、Ｇ、Ｂをトレースすることによって図２に見ることができる。このような各代表成分色主光線４８８Ｒ、Ｇ、Ｂは、まず映写されたグラフィック上の横方向オフセット複合色点４８６から、映写光学系開口絞り４５８の中心を通過しながら映写光学系４５２を通り、そして偏光ビームスプリッタ４７０およびビーム色分割／結合プリズムアセンブリ４３６を通って、横方向色の色収差を含む映写光学系４５２の色収差を示す色依存経路に沿って対応する成分色偏光モジュレータ４４０Ｒ、Ｇ、Ｂの偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂへ、対応する成分色の明画素偏光状態直線偏光の光線をトレースすることによって画定される。映写光学系４５２の映写光学系出力ポート４５７に入る前では、代表的な成分色主光線４８８Ｒ、Ｇ、Ｂは単一の同一線上の光線として図２に示されている。成分色主光線４８８Ｒ、Ｇ、Ｂが映写光学系４５２の内部を通過するところは図２には示されていない。映写光学系入力ポート４５０を出射すると、横方向色の色収差のために映写光学系４５２によって提供された３つの成分色の横倍率における相違を含む映写光学系４５２における色収差を示すために、代表的な成分色主光線４８８Ｒ、Ｇ、Ｂは互いに離間された３つの平行光線として示されている。映写光学系４５２の映写光学系開口絞り４５８の中心は非テレセントリック開口絞り位置であるため、映写光学系開口絞り４５８の中心を通過する３つの代表的な成分色主光線４８８Ｒ、Ｇ、Ｂの各々は、図２に見ることができるように、交差点でモジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂの法線に対して傾斜するある非テレセントリック交差角で対応する成分原色偏光モジュレータ４４０Ｒ、Ｇ、Ｂの偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂと交差する。映写光学系の焦点に対する映写光学系４５２の映写光学系中心軸４６０に沿った映写光学系開口絞り４５８の位置は、ディスプレイ画面と映写光学系４５２の中心軸４６０との交差点４８２から横方向にオフセットされたディスプレイ画面４５６上の複合色点からトレースされた如何なる成分色主光線も映写ディスプレイのビーム色分割／結合プリズムアセンブリ４３６の対応する成分色入出力光ポート４３８Ｒ、Ｇ、Ｂから離れる方向に沿って対応する成分色中心光路４８０Ｒ、Ｇ、Ｂからそれるように選択される。一般的に、ディスプレイ画面４５６と映写光学系４５２の中心軸４６０との交差点４８２からのディスプレイ画面４５６上の複合色点の横方向のオフセットが大きいほど、対応する成分色偏光モジュレータ４４０Ｒ、Ｇ、Ｂの偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂとの複合色点に対応する成分色主光線の非テレセントリック交差角が大きくなる。ディスプレイ画面４５６上の選択された横方向オフセット複合色テストポイントからトレースされた成分色主光線間の開き、対応する成分色中心光路４８０Ｒ、Ｇ、Ｂ、および対応する成分色偏光モジュレータ４４０Ｒ、Ｇ、Ｂの偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂの個別の軸方向位置は、映写光学系の色収差から生じる映写光学系４５２による異なるテストポイント成分色主光線に沿った横倍率における相違を補償するように、本発明の映写ディスプレイ４００においては選択されており、それによって複合色グラフィック全体に渡って異なる成分色の横倍率における相違が少なくとも部分的に補償されるようになる。
【００６３】
映写ディスプレイの映写レンズの横方向色の色収差によって引き起こされた仮定上の従来の第１映写ディスプレイにおける色誤収束を図３に示す。図３の仮定従来第１映写ディスプレイは、反射型赤色、緑色および青色成分色液晶偏光モジュレータ（図示せず）と、従来偏光ビームスプリッタ（図示せず）と、ビーム色分割／結合プリズムアセンブリ（図示せず）と、上述した米国特許第５，７７７，７８９号の映写ディスプレイとほぼ同様の光学的レイアウトに配置された従来のテレセントリック映写レンズ（図示せず）とを採用している。従来の映写ディスプレイの各赤色、緑色および青色反射型液晶偏光モジュレータ（図示せず）の赤色、緑色および青色成分色偏光モジュレータ面５００Ｒ、Ｇ、Ｂの重ねられた上半分の部分が図３の簡略化された概略側面図に示されている。赤色、緑色および青色成分色の各々に対して、成分色中心光路５０２Ｒ、Ｇ、Ｂが、ビーム色分割／結合プリズムアセンブリ（図示せず）、偏光ビームスプリッタ（図示せず）および映写レンズ（図示せず）を通って偏光モジュレータ面の法線に実質的に沿って偏光モジュレータ面５００Ｒ、Ｇ、Ｂから反射された対応する成分色の光の明画素偏光状態直線偏光サブビームの中心軸と一致するように画定されており、そこで明画素偏光状態直線偏光サブビームの中心軸が映写レンズの中心軸と本質的に一致する。図３の仮定従来第１映写ディスプレイにおいては、３つの偏光モジュレータ面５００Ｒ、Ｇ、Ｂは、対応する成分色中心光路５０２Ｒ、Ｇ、Ｂに軸方向に沿って測定された任意の基点（図示せず）から同じ軸方向距離に配置される。任意の基点は、経路が同一線上となる光路の長さに沿った映写レンズの入射面等の位置で３つの成分色中心光路上に配置される。従って、ビーム色分割／結合プリズムアセンブリの幾何学的配置によって決定されるために３つの偏光モジュレータ面５００Ｒ、Ｇ、Ｂは仮定従来第１映写ディスプレイにおいては互いに異なる位置および方向を有するが、偏光モジュレータ面は簡略化するために図３の概略側面図では互いに重ねられて示されている。各反射型偏光モジュレータ面５００Ｒ、Ｇ、Ｂは、プレーナアレイに配置された複数の個別に制御可能な反射型偏光モジュレータ画素エレメント（図示せず）を含む。偏光モジュレータ面と対応する成分色中心光路との各交差点と共に偏光モジュレータ面５００Ｒ、Ｇ、Ｂ上に画素エレメントの位置を定めている各プレーナアレイは、本質的に互いに幾何学的に一致する。図３には特に示されていないが、図３に示さるように３つの偏光モジュレータ面５００Ｒ、Ｇ、Ｂを重ねることは、画素エレメントごとに幾何学的に一致する基準と理解するべきである。
【００６４】
３つのテストポイント成分色光線錐５０４Ｒ、Ｇ、Ｂは、図３の仮定従来第１映写ディスプレイの３つの反射型偏光モジュレータによって生成されたディスプレイ画面（図示せず）上に映写されたグラフィック上の単一の横方向オフセット複合色テストポイント（図示せず）に対応する。複合色テストポイントは、映写レンズの中心軸がディスプレイ画面と交差するグラフィックの中心点から横方向にずらされてグラフィックの周囲に配置される。テストポイント赤色成分光線錐５０４Ｒは、例えば、映写されたグラフィック上の複合色テストポイントから、映写レンズ、偏光ビームスプリッタ、およびビーム色分割／結合プリズムアセンブリを通って、横方向色の色収差を含む映写レンズの色収差を示す赤色依存経路に沿って赤色成分色偏光モジュレータの偏光モジュレータ面５００Ｒへ戻って、テストポイントを照明する赤色明画素偏光状態直線偏光の光線のすべてをトレースすることによって画定される。同様に、緑色テストポイント成分色光線錐５０４Ｇは、映写されたグラフィック上の同一の複合色テストポイントから、映写レンズ、偏光ビームスプリッタ、およびビーム色分割／結合プリズムアセンブリを通って横方向色の色収差を含む映写レンズの色収差を示す緑色依存経路に沿って緑色成分色偏光モジュレータの偏光モジュレータ面５００Ｇへ戻って、テストポイントを照明する緑色明画素偏光状態直線偏光の光線のすべてをトレースすることによって画定される。同様に、青色テストポイント成分色光線錐５０４Ｂは、複合色テストポイントから、映写レンズ、偏光ビームスプリッタ、およびビーム色分割／結合プリズムアセンブリを通って、横方向色の色収差を含む映写レンズの色収差を示す青色依存経路に沿って青色成分色偏光モジュレータの偏光モジュレータ面５００Ｂへ戻って、テストポイントを照明する青色明画素偏光状態直線偏光の光線のすべてをトレースすることによって画定される。
【００６５】
図３の仮定従来第１映写ディスプレイの３つのテストポイント成分色光線錐（ｃｏｎｅ）５０４Ｒ、Ｇ、Ｂの各々は、映写ディスプレイの映写レンズに対して画定されたテストポイント成分色主光線５０６Ｒ、Ｇ、Ｂを含む。映写レンズ（図示せず）はテレセントリックであるため、レンズはレンズの焦点でレンズの中心軸に沿って配置された映写レンズ開口絞り位置を有する。各テストポイント成分色主光線５０６Ｒ、Ｇ、Ｂは、まず映写されたグラフィック上の複合色テストポイントから開始して、映写レンズ開口絞りの中心を通過する、即ちレンズの焦点を通過する映写レンズを通り、そして偏光ビームスプリッタおよびビーム色分割／結合プリズムアセンブリを通って、横方向色の色収差を含む映写レンズの色収差を示す色依存経路に沿って対応する成分色偏光モジュレータの偏光モジュレータ面５００Ｒ、Ｇ、Ｂへ、色成分の明画素偏光状態直線偏光の光線をトレースすることによって画定される。仮定従来映写ディスプレイの映写レンズはテレセントリックであるため、対応する偏光モジュレータ面５００Ｒ、Ｇ、Ｂとの交差点において、テストポイント成分色主光線５０６Ｒ、Ｇ、Ｂの各々は、対応する成分色中心光路５０２Ｒ、Ｇ、Ｂと平行に且つ対応する偏光モジュレータ面５００Ｒ、Ｇ、Ｂに本質的に垂直に延びる。
【００６６】
映写レンズにおける横方向色の色収差のために、映写レンズによって結像された複合色グラフィックの赤色成分色の横倍率は映写レンズによって結像されたグラフィックの緑色色成分の横倍率とは異なり、この緑色色成分の横倍率はまた、映写レンズによって結像された青色色成分色画像の横倍率とは異なる。その結果、赤色、緑色および青色テストポイント成分色光線錐５０４Ｒ、Ｇ、Ｂは図３の重ねた側面図においては一致せず、その代わり、光線錐５０４Ｒ、Ｇ、Ｂが対応する偏光モジュレータ面５００Ｒ、Ｇ、Ｂとそれぞれ交差する点は、中心軸５０２Ｒ、Ｇ、Ｂが対応する偏光モジュレータ面５００Ｒ、Ｇ、Ｂと交差する点と横方向のオフセットにおいて異なり、例えば図３に示されているように高さがより高い点で異なる。このような横方向のオフセットにおける相違が偏光モジュレータ内の各反射型偏光モジュレータ画素エレメントの心心間隔よりも大きな場合は、映写されたグラフィック内の単一の横方向オフセット複合色テストポイントを、第１の画素アドレスに対応する赤色成分色偏光モジュレータの画素エレメントから反射された赤色光と、第２の異なる画素アドレスに対応する緑色成分色偏光モジュレータの画素エレメントから反射された緑色光と、更なる第３の画素アドレスに対応する青色成分色偏光モジュレータの画素エレメントから反射された青色光とによって照明することができる。このようにして、映写レンズにおける横方向色の色収差は、カラーデジタルグラフィックス映写ディスプレイにおける重大な色誤収束の問題を拡大する可能性がある。
【００６７】
一般的に、横方向色の色収差に加えて、光学系は軸方向色の色収差と呼ばれる第２のタイプの色収差を有する傾向がある。光学系における軸方向色の色収差は、軸方向に互いに離間された中心軸上の異なる焦点に焦点を定められている光学系の中心軸に沿って光学系に入射する異なる色の光の平行ビ−ムによって示される。図３の仮定従来第１映写ディスプレイにおいては、映写レンズの光学系は十分に軸方向色の色収差を補償するように色補償されていたため、任意の基点から同じ軸方向距離に配置された３つの各成分色偏光モジュレータ面５００Ｒ、Ｇ、Ｂによって生成された明画素偏光状態直線偏光サブビームにおいてエンコードされた成分色グラフィックの各々は、映写ディスプレイのディスプレイ画面に結像される際に十分に焦点が合う。
【００６８】
図４を参照すると、テレセントリックである第２の映写ディスプレイの映写レンズが第１の映写ディスプレイの映写レンズと同じ程度に軸方向色の色収差に関して色補償されていない点において図３の仮定従来第１映写ディスプレイと異なる仮定上の第２映写ディスプレイについて、映写レンズにおける横方向色の色収差の効果が示されている。具体的には、図４の仮定上の第２映写ディスプレイの映写レンズは、軸方向の位置において異なる赤色、緑色および青色の成分色のための物体平面を提供する。図３と同様に、各赤色、緑色および青色反射型液晶偏光モジュレータ（図示せず）の赤色、緑色および青色成分色偏光モジュレータ面５１０Ｒ、Ｇ、Ｂの上半分の部分が図４の簡略化された概略側面図に示されている。成分色中心光路５０２Ｒ、Ｇ、Ｂが上述した図３の第１映写ディスプレイに画定されていたように、赤色、緑色および青色成分色の各々に対して、成分色中心光路５１２Ｒ、Ｇ、Ｂが第２映写ディスプレイに画定されている。図４の仮定第２映写ディスプレイのテレセントリック映写レンズ（図示せず）は、経路が同一線上となる光路の長さに沿った位置で３つの中心光路上に配置された任意の基点から対応する成分色中心光路５１２Ｒ、Ｇ、Ｂに沿って軸方向に測定された場合に異なる軸方向距離に配置されるディスプレイ画面（図示せず）上の赤色、緑色および青色の成分色グラフィックを結像させるための物体平面を提供する。３つの反射型成分色偏光モジュレータは、成分色偏光モジュレータ面５１０Ｒ、Ｇ、Ｂの各々が対応する成分色のグラフィックを結像させるための物体平面と一致するように配置される。
【００６９】
図４の仮定第２映写ディスプレイにおいては、３つの偏光モジュレータ面５１０Ｒ、Ｇ、Ｂの各々は、映写ディスプレイのビーム色分割／結合プリズムアセンブリ（図示せず）の対応する成分色入出力光ポートに入る対応する成分色中心光路５１２Ｒ、Ｇ、Ｂと垂直に方向付けられる。その結果、３つの偏光モジュレータ面５１０Ｒ、Ｇ、Ｂは映写ディスプレイにおいて異なる位置および方向を有する。簡略化するために、図４の概略側面図においては、成分色偏光モジュレータ面５１０Ｒ、Ｇ、Ｂは互いに平行に向けられて示されている。対応する成分色中心光路５１２Ｒ、Ｇ、Ｂに沿って測定された任意の基点からの偏光モジュレータ面の軸方向距離における相違を示すため、図４における偏光モジュレータ面５１０Ｒ、Ｇ、Ｂは軸方向に互いから離間されて示されている。図４には特に示されていないが、図４に示さるような偏光モジュレータ面５１０Ｒ、Ｇ、Ｂは、偏光モジュレータ面に対して垂直に示されている成分色中心光路５１２Ｒ、Ｇ、Ｂの方向と平行する軸に沿って軸方向に一直線上に揃えられた３つの偏光モジュレータ面の対応する画素エレメントと軸方向に一直線上に揃っているものと理解するべきである。
【００７０】
図３の仮定従来第１映写ディスプレイのテストポイント成分色光線錐５０４Ｒ、Ｇ、Ｂと同様に、図４の仮定第２映写ディスプレイの３つのテストポイント成分色光線錐５１４Ｒ、Ｇ、Ｂは、映写ディスプレイの３つの反射型偏光モジュレータによって生成された第２映写ディスプレイのディスプレイ画面（図示せず）上に映写されたグラフィックの周囲の単一の横方向オフセット複合色テストポイント（図示せず）に対応する。特に、図４の第２映写ディスプレイの３つのテストポイント成分色光線錐５１４Ｒ、Ｇ、Ｂは、上述した図３の第１映写ディスプレイのテストポイント成分色光線錐５０４Ｒ、Ｇ、Ｂと同様に画定される。同様に、図４の仮定第２映写ディスプレイの３つのテストポイント成分色光線錐５１４Ｒ、Ｇ、Ｂの各々は、上述した図３の第１映写ディスプレイのテストポイント成分色主光線５０６Ｒ、Ｇ、Ｂと同様に映写ディスプレイのテレセントリック映写レンズに対して画定されたテストポイント成分色主光線５１６Ｒ、Ｇ、Ｂを含む。仮定第２映写ディスプレイの映写レンズはテレセントリックであるため、対応する偏光モジュレータ面５１０Ｒ、Ｇ、Ｂとの交差点において、テストポイント成分色主光線５１６Ｒ、Ｇ、Ｂの各々は、対応する成分色中心光路５１２Ｒ、Ｇ、Ｂと平行に且つ対応する偏光モジュレータ面５１０Ｒ、Ｇ、Ｂに本質的に垂直に延びる。映写レンズにおける横方向色の色収差のために、横倍率は映写レンズによって結像された赤色、緑色および青色成分色グラフィックに対して異なる。その結果、赤色、緑色および青色テストポイント成分色光線錐５１４Ｒ、Ｇ、Ｂが対応する偏光モジュレータ面５１０Ｒ、Ｇ、Ｂと交差する点は、中心軸５１２Ｒ、Ｇ、Ｂが対応する偏光モジュレータ面と交差する点と横方向のオフセットにおいて異なる。このような横方向のオフセットにおける相違が偏光モジュレータ内の各反射型偏光モジュレータ画素エレメントの心心間隔よりも大きな場合は、映写されたグラフィック内の単一の横方向オフセット複合色テストポイントを、３つの異なる画素アドレスに対応する３つの成分色偏光モジュレータの成分色画素エレメントから反射された赤色、緑色および青色の成分色の光によって照明することができる。このようにして、図４の仮定第２映写ディスプレイの映写レンズにおける横方向色効果は、重大な色誤収束を増加させる可能性がある。
【００７１】
図５は、図１に示された本発明の映写ディスプレイ４００の実施の形態における映写光学系４５２の横方向色の色収差の効果の補償を示している。図３および４と同様に、各赤色、緑色および青色反射型液晶偏光モジュレータ４４０Ｒ、Ｇ、Ｂ（図５には示さず）の赤色、緑色および青色成分色偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂの上半分の部分が図５の簡略化された概略側面図に示されている。映写ディスプレイ４００の映写光学系４５２は、軸方向の位置において異なる映写ディスプレイのディスプレイ画面４５６上に赤色、緑色および青色の成分色グラフィックを結像させるための物体平面を提供する。一般的に、このような多重物体平面映写光学系は、ディスプレイ画面上に３つの赤色、緑色および青色の成分色グラフィックすべてを結像させるための単一の物体平面を提供するように制限された比較し得る性能の映写光学系に比べて、設計が容易で且つ製造費用が低いものとなる。赤色、緑色および青色成分色の各々に対して、成分色中心光路４８０Ｒ、Ｇ、Ｂが、ビーム色分割／結合プリズムアセンブリ４３６、偏光ビームスプリッタ４７０および映写光学系４５２を通って偏光モジュレータ面の法線に実質的に沿って偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂから反射された対応する成分色の光の明画素偏光状態直線偏光サブビームの中心軸と一致するように画定されており、そこで明画素偏光状態直線偏光サブビームの中心軸が映写光学系４５２の中心軸４６０と本質的に一致する。経路が同一線上となる光路の長さに沿った３つの中心光路４８０Ｒ、Ｇ、Ｂ上の点である映写光学系４５２の中心軸４６０と映写光学系の入射光学面との交差点となるように測定の都合により画定された映写物体距離基点４６２からそれぞれ対応する成分色中心光路４８０Ｒ、Ｇ、Ｂに沿って軸方向に測定された場合に異なる軸方向距離に配置されるディスプレイ画面４５６上の赤色、緑色および青色の成分色グラフィックを結像させるための別個の物体平面を、映写ディスプレイ４００の映写光学系４５２は提供する。３つの反射型成分色偏光モジュレータ４４０Ｒ、Ｇ、Ｂは、対応する成分色のグラフィックを結像させるための物体平面に成分色偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂの各々が少なくとも近接するように配置される。
【００７２】
図５の映写ディスプレイ４００においては、３つの偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂの各々は、映写ディスプレイのビーム色分割／結合プリズムアセンブリ４３６の対応する成分色入出力光ポート４３８Ｒ、Ｇ、Ｂに入る対応する成分色中心光路４８０Ｒ、Ｇ、Ｂと垂直に方向付けられる。その結果、図１に見られるように、映写ディスプレイにおける３つの偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂの方向および位置は互いに異なる。図４の仮定第２映写ディスプレイの場合と同様に、図５の概略側面図においては、簡略化するために成分色偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂは互いに平行に向けられて示されている。対応する成分色中心光路４８０Ｒ、Ｇ、Ｂに沿って測定された映写物体距離基点４６２からの偏光モジュレータ面の軸方向距離における相違を示すため、図５においては偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂは軸方向に互いから離間されて示されている。各反射型偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂはプレーナアレイに配置された複数の個別に制御可能な反射型偏光モジュレータ画素エレメント（図示せず）を含む。偏光モジュレータ面と対応する成分色中心光路との各交差点と共に偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂ上に画素エレメントの位置を定めている各プレーナアレイは、本質的に互いに幾何学的に一致する。図５には特に示されていないが、図５に示さるように偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂは、偏光モジュレータ面に対して垂直となる成分色中心光路４８０Ｒ、Ｇ、Ｂの方向と平行する軸に沿って軸方向に一直線上に揃えられた３つの偏光モジュレータ面の対応する画素エレメントと軸方向に一直線上に揃っているものと理解するべきである。
【００７３】
図３および４の仮定第１および第２映写ディスプレイのテストポイント成分色光線錐５０４Ｒ、Ｇ、Ｂおよび５１４Ｒ、Ｇ、Ｂと同様に、図５の３つのテストポイント成分色光線錐５２４Ｒ、Ｇ、Ｂは、本発明の映写ディスプレイ４００の実施の形態の映写光学系４５２の中心軸４６０の交差点４８２から横方向にオフセットされたディスプレイ画面４５６に映写された複合色グラフィックの周囲の図１に示された単一の複合色テストポイント４８４に対応する。特に、各テストポイント成分色光線錐５２４Ｒ、Ｇ、Ｂは、まず映写されたグラフィック上の複合色テストポイント４８４から、映写光学系４５２、偏光ビームスプリッタ４７０およびビーム色分割／結合プリズムアセンブリ４３６を通って横方向色の色収差を含む映写光学系４５２の色収差を示す色依存経路に沿って対応する成分色偏光モジュレータ４４０Ｒ、Ｇ、Ｂの偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂへ戻って、テストポイントを照明する対応する色の明画素偏光状態直線偏光の光線のすべてをトレースすることによって画定される。
【００７４】
映写ディスプレイ４００の映写光学系４５２は非テレセントリックであり、映写光学系開口絞り４５８が映写光学系の焦点から軸方向にずらされている映写光学系の映写光学系中心軸４６０に沿った非テレセントリック映写光学系開口絞り位置に配置されている。映写ディスプレイ４００の３つのテストポイント成分色光線錐５２４Ｒ、Ｇ、Ｂの各々は、映写ディスプレイの非テレセントリック映写光学系４５２に対して画定されたテストポイント成分色主光線５２６Ｒ、Ｇ、Ｂを含む。各テストポイント成分色主光線５２６Ｒ、Ｇ、Ｂは、まず映写されたグラフィック上の複合色テストポイント４８４から、映写レンズ開口絞り４５８の中心を通過しながら映写光学系４５２を通り、そして偏光ビームスプリッタ４７０およびビーム色分割／結合プリズムアセンブリ４３６を通って、横方向色の色収差を含む映写光学系４５２の色収差を示す色依存経路に沿って対応する成分色偏光モジュレータ４４０Ｒ、Ｇ、Ｂの偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂへ、対応する成分色の明画素偏光状態直線偏光の光線をトレースすることによって画定される。映写光学系４５２の映写光学系開口絞り４５８の中心は非テレセントリック開口絞り位置であるため、映写光学系開口絞り４５８の中心を通過する各成分色テストポイント主光線５２６Ｒ、Ｇ、Ｂは、図５に見ることができるように、交差点でモジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂの法線に対して傾斜する非テレセントリック交差角で対応する成分原色偏光モジュレータ４４０Ｒ、Ｇ、Ｂの偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂと交差する。特に、映写光学系の焦点に対する映写光学系４５２の映写光学系中心軸４６０に沿った映写光学系開口絞り４５８の位置は、成分色テストポイント主光線５２６Ｒ、Ｇ、Ｂの各々が、映写ディスプレイのビーム色分割／結合プリズムアセンブリ４３６の対応する成分色入出力光ポート４３８Ｒ、Ｇ、Ｂから離れる方向に沿って対応する成分色中心光路４８０Ｒ、Ｇ、Ｂからそれるように選択される。その結果、対応する成分色中心光路４８０Ｒ、Ｇ、Ｂに沿って測定された映写物体距離基点４６２からの偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂの軸方向距離が大きくなるに従って、対応する成分色テストポイント主光線５２６Ｒ、Ｇ、Ｂおよび対応するテストポイント成分色光線錐５２４Ｒ、Ｇ、Ｂ自体が偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂと交差する横方向オフセットが増加する。従って、図５に示されるように、成分色中心光路４８０Ｒ、Ｇ、Ｂに対するテストポイント成分色光線錐５２４Ｒ、Ｇ、Ｂの成分色テストポイント主光線５２６Ｒ、Ｇ、Ｂの非テレセントリック交差角を考慮して成分色に対する各偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂの軸方向位置が選択されれば、横方向色の色収差から生じる映写光学系４５２による異なる色の成分色サブビームの横倍率における相違に補償を与えるように非テレセントリック映写光学系４５２を設計することができる。映写光学系４５２の固定された設計には、映写光学系４５２によって成分色のために確立された対応する物体平面から離れるように成分色偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂを移動することによって、偏光モジュレータ面４４１によってエンコードされた成分色グラフィックがディスプレイ画面４５６上で焦点が外れるようになる。偏光モジュレータ面４４１Ｒ、Ｇ、Ｂとの成分色テストポイント主光線５２６Ｒ、Ｇ、Ｂの非テレセントリック交差角によって、少量の焦点ずれを利用してディスプレイ画面４５６上の色収束を調整することができる。
【００７５】
図６を参照すると、本発明の映写光学系レンズアセンブリ６５２の実施の形態は、図１の映写ディスプレイ４００のような本発明のデジタルグラフィックスカラー映写ディスプレイ組み入れるのに最適となっている。レンズアセンブリ６５２は、映写光学系入射光ポート６５０および映写光学系出射光ポート６５７を有している。映写光学系中心軸６６０は、レンズアセンブリ６００の中心を通り、且つ入射光ポート６５０および出射光ポート６５７から軸方向に延びている。
【００７６】
複合色グラフィックは、映写光学系出射光ポート６５７から離間されたレンズアセンブリ６５２の映写光学系中心軸６６０に対して垂直に広がる複合色グラフィック映写ディスプレイ画面６５６内に映写光学系レンズアセンブリ６５２によって結像されるようにしてもよい。レンズアセンブリ６５２の映写光学系中心軸６６０は、画面中心軸交差点６８２で複合色グラフィック映写ディスプレイ画面６５６と交差する。
【００７７】
赤色成分色映写ディスプレイ物体平面６９０Ｒは、映写光学系入射光ポート６５０から離間された位置で映写光学系レンズアセンブリ６５２の映写光学系中心軸６６０に対して垂直に延びている。同様に、緑赤色成分色映写ディスプレイ物体平面６９０Ｇおよび青色成分色映写ディスプレイ物体平面６９０Ｂはそれぞれ、レンズアセンブリ６５２の映写光学系中心軸６６０に対して垂直に延びている。映写光学系中心軸６６０は、赤色成分色物体平面中心軸交差点６９２Ｒで赤色成分色映写ディスプレイ物体平面６９０Ｒと交差している。映写光学系中心軸６６０は、緑色成分色物体平面中心軸交差点６９２Ｇで緑色成分色映写ディスプレイ物体平面６９０Ｇと交差しており、且つ青色成分色物体平面中心軸交差点６９２Ｂで青色成分色映写ディスプレイ物体平面６９０Ｂと交差している。
【００７８】
映写光学系レンズアセンブリは軸方向色効果および横方向色効果の両方を示している。以下により詳細に説明するように、赤色、緑色および青色成分色映写ディスプレイ物体平面６９０Ｒ、Ｇ、Ｂの各々は映写光学系中心軸６６０に沿って異なる軸方向位置を有している。赤色光に対して、映写光学系レンズアセンブリ６５２は、赤色成分色映写ディスプレイ物体平面６９０Ｒに位置する赤色グラフィックを複合色グラフィック映写ディスプレイ画面６５６上に映写結像させるように適合されている。緑色光に対して、レンズアセンブリ６５２は、緑色成分色映写ディスプレイ物体平面６９０Ｇに位置する緑色グラフィックも複合色グラフィック映写ディスプレイ画面６５６上に映写結像させるように適合されている。同様に、青色光に対して、レンズアセンブリ６５２は、青色成分色映写ディスプレイ物体平面６９０Ｂに位置する青色グラフィックを複合色グラフィック映写ディスプレイ画面６５６上に結像させるように適合されている。中心軸６６０に沿ったテスト物体位置に設置され且つレンズアセンブリによって複合色グラフィック映写ディスプレイ画面６５６上に映写された映写光学系中心軸６６０に対して横方向の延びを有するテスト複合色物体グラフィックの横倍率が、異なる成分原色に対して異なる点、および軸方向色効果のために多くとも１つの成分原色を除くすべてに関わる程度に焦点が外れる点において、映写光学系レンズアセンブリ６５２は横方向色の色収差を示す。
【００７９】
映写光学系レンズアセンブリ６５２は映写光学系入射光ポート６５０に配置された入射レンズ６９３を含む。入射レンズ６９３は入射光ポート６５０の外側に向けられた入射光学面６９４を有する。映写光学系中心軸６６０は、レンズアセンブリ６５２と赤色、緑色および青色成分色映写ディスプレイ物体平面６９０Ｒ、Ｇ、Ｂとの間の物体平面軸方向位置を測定するための都合の良い位置としての役目をする物体平面距離基点６６２で入射レンズ６９３の入射光学面６９４と交差する。
【００８０】
映写光学系レンズアセンブリ６５２は映写光学系中心軸６６０に沿って映写光学系開口絞り位置６９５に配置されている映写光学系開口絞り６５８を有する。映写光学系開口絞り位置６９５は、後述するように映写のために軸外の光を集める特定の角度の付けられた幾何学的配列を獲得するように選択された非テレセントリック位置である。
【００８１】
複合色画像テストポイント位置６８６は、画面中心軸交差点６８２から横方向にずらされた複合色グラフィック映写ディスプレイ画面６５６内に配置されている。赤色、緑色および青色成分原色の各々について、対応するテストポイント主光線トレースが映写光学系レンズアセンブリ６５２に対して決定されている。主光線トレースの決定は、光学的設計において従来のように行われる。例えば、ここに参考に記載されたＥｕｇｅｎｅ  Ｈｅｃｈｔ（Ａｄｄｉｓｏｎ―Ｗｅｓｌｅｙ、１９９８）のＯｐｔｉｃｓ第３版の１７３ページから１７５ページを参照せよ。
【００８２】
赤色成分色テストポイント主光線トレースは、赤色光線として、複合色グラフィック映写ディスプレイ画面６５６内の横方向にずらされた複合色画像テストポイント位置６８６から、映写光学系出射光ポート６５７内へ入り、映写光学系中心軸６６０上の映写光学系開口絞り位置６９５と一致する映写光学系開口絞り６５８の中心点を通過しながら映写光学系レンズアセンブリ６５２を通って、映写光学系入射光ポート６５０を出るように延びることによって赤色成分色映写ディスプレイ物体平面６９０Ｒと交差する。赤色成分色テストポイント主光線トレース６８８Ｒは、横方向色の色収差を含むレンズアセンブリの色収差を示す映写光学系レンズアセンブリ６５２を通って赤色色依存経路をトレースする。緑色成分色テストポイント主光線トレース６８８Ｇおよび青色成分色テストポイント主光線トレース６８８Ｂも同様に決定される。緑色成分色テストポイント主光線トレース６８８Ｇはレンズアセンブリ６５２を通って緑色色依存経路をトレースし、青色成分色テストポイント主光線トレース６８８Ｂはレンズアセンブリ６５２を通って青色色依存経路をトレースする。緑色および青色成分テストポイント主光線トレース６８８Ｇおよび６８８Ｂがそれぞれ取った色依存経路は、横方向色の色収差を含むレンズアセンブリ６５２の色収差を示す。映写光学系レンズアセンブリ６５２の映写光学系出力ポート６５７に入る前では、赤色、緑色および青色成分色テストポイント主光線トレース６８８Ｒ、Ｇ、Ｂは単一の同一線上の光線として図６に示されている。成分色テストポイント主光線トレース６８８Ｒ、Ｇ、Ｂがレンズアセンブリ６５２の内部を通過するところは図６には示されていない。映写光学系光入力ポート６５０を出射すると、レンズアセンブリ６５２の横方向色の色収差から生じる３つの成分色の横倍率における相違を含む映写光学系レンズアセンブリ６５２における色収差を示すために、赤色、緑色および青色主光線トレース６８８Ｒ、Ｇ、Ｂは互いに離間された３つの平行光線として示されている。
【００８３】
赤色成分色テストポイント主光線トレース６８８Ｒは、赤色成分色物体テストポイント位置６９６Ｒで赤色成分色映写ディスプレイ物体平面６９０Ｒと交差する。緑色成分色テストポイント主光線トレース６８８Ｇは、緑色成分色物体テストポイント位置６９６Ｇで対応する緑色成分色映写ディスプレイ物体平面６９０Ｇと交差する。同様に、青色成分色テストポイント主光線トレースは、青色成分色物体テストポイント位置６９６Ｂで青色成分色映写ディスプレイ物体平面６９０Ｂと交差する。赤色、緑色および青色成分色物体テストポイント位置６９６Ｒ、Ｇ、Ｂの各々は、対応する赤色、緑色および青色原色の光のための複合色グラフィック映写ディスプレイ画面６５６内の複合色画像テストポイント位置６８６と光学的に結合する。
【００８４】
赤色、緑色および青色成分色物体テストポイント位置６９６Ｒ、Ｇ、Ｂの各々は、対応する赤色、緑色および青色成分色映写ディスプレイ物体平面６９０Ｒ、Ｇ、Ｂの物体平面中心軸交差点６９２Ｒ、Ｇ、Ｂから横方向にずらされている。赤色成分色物体テストポイント位置６９６Ｒと赤色成分色物体平面中心軸交差点６９２Ｒとの間の赤色成分色物体テストポイント横方向ずれ距離は、図６ではΔＲで示されている。同様に、青色成分色物体テストポイント位置６９６Ｂと青色成分色物体平面中心軸交差点６９２Ｂとの間の青色成分色物体テストポイント横方向ずれ距離は、ΔＢで示されている。緑色成分色物体テストポイント横方向ずれ距離ΔＧ（図６には示さず）は、緑色成分色物体テストポイント位置６９６Ｇと緑色成分色物体平面中心軸交差点６９２Ｇとの間の距離である。
【００８５】
上述したように、映写光学系レンズアセンブリ６５２の映写光学系開口絞り６５８の映写光学系開口絞り位置６９５は、非テレセントリック開口絞り位置である。その結果、図６に誇張して示されているように、赤色、緑色および青色成分色テストポイント主光線トレースの各々は交差点で物体平面の法線に対して傾斜している非テレセントリック交差角で対応する赤色、緑色および青色成分色映写ディスプレイ物体平面６９０Ｒ、Ｇ、Ｂと交差する。３つの赤色、緑色および青色成分色映写ディスプレイ物体平面６９０Ｒ、Ｇ、Ｂの映写光学系中心軸６６０に沿ったそれぞれの軸方向位置は、各成分色物体平面６９０Ｒ、Ｇ、Ｂとの対応する成分色テストポイント主光線トレース６８８Ｒ、Ｇ、Ｂの非テレセントリック交差角と、成分色物体平面６９０Ｒ、Ｇ、Ｂの軸方向位置とを考慮して、赤色、緑色および青色成分色物体テストポイント横方向ずれ距離ΔＲ、ΔＧ、ΔＢが本質的に互いに同等となるように選択される。デジタルグラフィックエンコードビームモジュレータパネルを採用する特定のデジタルグラフィックス映写ディスプレイに用いるためには、赤色、緑色および青色成分色物体テストポイント横方向ずれ距離ΔＲ、ΔＧ、ΔＢは、少なくともビームモジュレータパネルの隣接する画素エレメントの心心離間距離の範囲内で互いに同等となるように制限することが有利である。映写光学系レンズアセンブリ６５２の色収差の影響のために、レンズアセンブリ６５２の入射レンズ６９３の入射光学面６９４上の物体平面距離基点６９２と、対応する赤色、緑色および青色成分色映写ディスプレイ物体平面６９０Ｒ、Ｇ、Ｂの各物体平面中心軸交差点６９２Ｒ、Ｇ、Ｂとの間の物体平面軸方向位置距離は互いに異なっており、それによって赤色、緑色および青色成分色物体テストポイント横方向ずれ距離ΔＲ、ΔＧ、ΔＢが本質的に同等となる条件を満たしている。
【００８６】
レンズアセンブリ６５２によって映写するための複合色グラフィック担持ビームを形成して複合色グラフィック映写ディスプレイ画面６５６で複合色グラフィックを結像させるために結合される赤色、緑色および青色光のビームを別個に変調させるデジタルグラフィックエンコードビームモジュレータパネルを採用するデジタルグラフィックス映写ディスプレイに有利となるように、映写光学系レンズアセンブリ６５２を用いるようにしてもよい。入射光ポート６５０と物体平面位置に配置された赤色、緑色および青色光ビームのためのデジタルグラフィックエンコードビームモジュレータパネルとの間に偏光ビームスプリッタとビーム色分割／結合エレメントを収容するのに十分に大きな、レンズアセンブリ６５２の入射光ポート６５０での物体平面距離基点６９２と、対応する赤色、緑色および青色成分色映写ディスプレイ物体平面６９０Ｒ、Ｇ、Ｂの各物体平面中心軸交差点６９２Ｒ、Ｇ、Ｂとの間の成分色物体平面軸方向位置距離を提供し、光路が、偏光ビームスプリッタと各赤色、緑色および青色成分色物体平面軸方向距離に効果的に対応するビーム色分割／結合エレメントとを通って入射光ポート６５０と各ビームモジュレータパネルとの間をそれぞれ延びるようにレンズアセンブリを設計してもよい。デジタルグラフィックス映写ディスプレイのための偏光ビームスプリッタおよびビーム色分割／結合エレメントの配置の一つとしては、図１および２の映写ディスプレイの実施の形態に関連して上述した。デジタルグラフィックス映写ディスプレイにおける映写光学系レンズアセンブリ６５２に使用するのに最適と考えられる偏光ビームスプリッタおよびビーム色分割／結合エレメントの他の配置としては、例えばＳａｍｐｓｅｌｌとＦｌｏｒｅｎｃｅに付与された米国特許第６，１１３，２３９号およびＪｏｈｎｓｏｎとＳｈａｒｐに付与された第６，１８３，０９１号に記載されている配置が挙げられる。
【００８７】
ＦナンバーＦ／２．８の画像錐を受け入れるプリズムコンポーネントを有する本発明の映写ディスプレイの実施の形態を検討する。映写ディスプレイをＦ／３．８で動作させる場合、２．７度の主光線傾斜を導入することができ、尚且つすべての光線がプリズム光学系のＦ／２．８画像錐内に留まる。１００ミクロンで結像パネルを軸方向にシフトすることによって主光線高さを約５ミクロンシフトする。このような高さのシフトは画素の大部分となり、通常横方向色の補償に対して十分な自由を与えると予想される。瞳位置の選択された位置も照明システムの設計において考慮に入れる必要がある。レンズの倍率および照明システムにおける距離はテレセントリック映写光学系を有するディスプレイによって変化するが、このような変化は重大な技術的困難を与えるものではない。
【００８８】
光学設計ソフトウェアを用いた本発明の映写ディスプレイのための映写レンズを設計するのに通常最適と考えられる手順を以下に説明する。
【００８９】
所定の物体、即ちディスプレイ画面から単一の画面、即ち偏光モジュレータへ、最もよく結像が行われるように初期設計を最適化する。中心（主）光線角度を含むことによってメリットファンクションにテレセントリック条件を課す。スポットサイズによって結像を特徴付ける。赤色、緑色および青色の３つの中心波長で結像を特徴付ける。
【００９０】
通常のものは横方向の色が残される。即ち、３色の画像サイズは異なり、すべてがターゲットに当たらない。次に、初期瞳位置を試験し、決定する。例えばΔｚのパネル位置における変動が受け入れられ、且つ残存横方向色がΔｈであれば、ラジアン瞳角はおよそθｐ＝Δｈ／Δｚとなる。ゼロ角度に対して、この瞳角ターゲットをメリットファンクションに設定する。
【００９１】
設計ソフトウェアに多重配置システムを作成する。各色に異なるパネル位置を持つ配置は３つあり、変数は最終像距離である。各色の画像特性がその配置に対応するようにメリットファンクションを変更する。最初は、各色における距離変化はΔｚ＝Δｈ／θｐである。
【００９２】
新たな条件に基づいてシステムを最適化する。像距離を各配置で可変とする。瞳角を制限範囲内で可変とする。これらの付加された変数によって、良好な結像性能を有するレンズを得ることができる。
【００９３】
受け入れられたレンズ設計から、有限瞳角が存在する。この瞳角を制約として照明システムの設計に使用する。そのようにして、新たな映写レンズの瞳特性を用いて照明システムを再設計する。
【００９４】
本発明は上述した特定の実施の形態に限定されるものではない。例えば、本発明の映写ディスプレイには上述した反射型液晶偏光モジュレータ以外に、透過型ポリシリコン液晶ディスプレイまたは反射型個別ミラー素子等の結像パネルを使用しても良い。本発明の範囲および内容から逸脱せずにここに詳細に説明した発明を変化させてもよく、本発明と一致する他のすべての実施の形態、変形および改良も包含するものと見なす。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の映写ディスプレイの実施の形態の簡略概略光学図である。
【図２】画像の中心に焦点を合わせた光線錐および映写光学系の非テレセントリック光学系の結果生じた画像ディスプレイの周囲の点に焦点を合わせた光線錐のそれぞれの主光線に平行性がないことを誇張して示す、本発明の映写ディスプレイの実施の形態の偏光ビームスプリッタ、色分割／結合プリズムアセンブリ、赤色、緑色、青色の反射型偏光モジュレータ、および映写光学系の簡略概略光学図である。
【図３】テレセントリック映写光学系および縦方向に同等のディスプレイ物体平面に配置された赤色、緑色、青色の反射型液晶偏光モジュレータを持つ従来の映写ディスプレイにおける横方向色誤収束を示す概略図である。
【図４】テレセントリック映写光学系および縦方向に異なるディスプレイ物体平面に配置された赤、緑、及び青の反射型偏光モジュレータを持つ仮定上の映写ディスプレイにおける横方向色誤収束を示す概略図である。
【図５】非テレセントリック映写光学系および縦方向に異なるディスプレイ物体平面に配置された赤、緑、及び青の反射型偏光モジュレータを持つ本発明の映写ディスプレイの実施の形態における横方向色収束を示す概略図である。
【図６】デジタルグラフィックス映写ディスプレイに使用する本発明の映写光学系レンズアセンブリの実施の形態の簡略概略光学図である。
【符号の説明】
【００９６】
４００  デジタルグラフィックス映写ディスプレイ
４０２  照明ビーム源アセンブリ
４０４  高輝度ランプ
４０６  パラボラ反射器
４０８  照明ビーム
４１０  ビーム偏光器アセンブリ
４１２  第１レンズアレイ
４１４  偏光ビームスプリッタ／半波長板アセンブリ
４２０  偏光ビームスプリッタフィルムストリップ
４２２  反射ミラーストリップ
４２６  ビーム成形レンズ
４６８  トリミング偏光器
４７０  偏光ビームスプリッタ
４７１  第１ビームスプリッタプリズム
４７２  第２ビームスプリッタプリズム
４７６  多層偏光膜
６００  レンズアセンブリ
６５０  映写光学系入射光ポート
６５２  映写光学系レンズアセンブリ
６５７  映写光学系出射光ポート
６６０  映写光学系中心軸
６９０Ｒ、Ｇ、Ｂ  成分色物体平面
【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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【国際調査報告】
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