(57)【要約】  多重ストライプのスクロール装置は、ビームスプリッターを有し、内的に白色光を、可動なホログラフ要素のアレイ上に反射し、それぞれは、３つの異なる色ビームを放射し、光弁上に集光され、光弁を横切って連続してスクロールすべく、これら３つの色のバンドを発生する。
2005513566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色光源；
内部全反射の臨界角を示す内部表面を有する内部全反射ビームスプリッターを有するレンズシステム；
第１色を発生する複数の第１ホログラフ要素、前記第１色と実質的に異なる第２色を発生する複数の第２ホログラフ要素及び前記第１色と前記第２色と実質的に異なる第３色を発生する複数の第３ホログラフ要素を有する可動なホログラフ要素アレイ；並びに
光弁；
を有し、
前記第１ホログラフ要素、第２ホログラフ要素及び第３ホログラフ要素のそれぞれは、個々の到達方向からの前記第１ホログラフ要素、第２ホログラフ要素及び第３ホログラフ要素の個々の一つに到達する白色光が、前記の個々の到達方向からの所定の角度と異なる個々の発射方向における前記の個々の前記第１ホログラフ要素、第２ホログラフ要素及び第３ホログラフ要素の一つを離れる、個々の前記第１色、前記第２色及び前記第３色の一つの実質的に単色光のビームを発生するように設定され、
前記の所定の角度は、前記第１ホログラフ要素、第２ホログラフ要素及び第３ホログラフ要素で同一であり、
前記白色光源、前記のビームスプリッターを有するレンズシステム、前記の可動アレイ及び前記光弁は、以下：
前記白色光源からの光が、前記ビームスプリッターに侵入し、且つ、前記白色光源からの前記光は、前記内部表面から反射され且つ前記第１ホログラフ要素、前記第２ホログラフ要素及び前記第３ホログラフ要素の前記の個々の一つに投射されるように、前記内部表面に対して前記臨界角よりも大きな第１投射角にて投射し；且つ
個々の前記第１ホログラフ要素、第２ホログラフ要素及び第３ホログラフ要素を離れる実質的に単色光の前記ビームは、前記ビームスプリッターに到達し且つ、前記の第１色、第２色及び第３色の光のビームが、前記可動アレイが移動される際、前記光弁の前記表面をスクロールする前記第１色、第２色及び第３色の光の代替バンドを形成するように、前記内部表面から反射されないが通過するように、前記内部表面に対して、前記臨界角よりも小さな第２投射角にて投射する；
ように互いに相対して物理的に配置されている、
ことを特徴とする投影ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記レンズシステムは、前記ビームスプリッターを通過する、前記白色光源からの前記光をコリメートするように、前記白色光源と前記ビームスプリッターとの間に配置されたコリメーティングレンズをさらに有していることを特徴とする請求項１に記載の投影ディスプレイ装置。
【請求項３】
前記のホログラフ要素の可動アレイは、複数の前記第１ホログラフ要素、前記第２ホログラフ要素及び前記第３ホログラフ要素をその円周の周辺に配置された回転可能ドラムにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の投影ディスプレイ装置。
【請求項４】
前記レンズシステムは、前記ビームスプリッターの前記内部表面から反射された前記白色光が、前記ドラムが回転し、且つ前記ホログラフ要素が前記白色光により照射される前記ドラムの前記円周のアークに沿って回転するにつれ、前記ホログラフ要素に相対して実質的に一定の角度にてホログラフ要素のそれぞれに到着するように、且つ、前記の前記第１色、第２色及び第３色のビームが前記ビームスプリッターに侵入する前に、前記の個々の前記第１ホログラフ要素、第２ホログラフ要素及び第３ホログラフ要素を離れる前記の第１色、第２色及び第３色の光のビームをコリメートするように、前記ビームスプリッターと前記ドラムとの間に配置された集光レンズをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の投影ディスプレイ装置。
【請求項５】
前記のホログラフ要素の可動アレイは、ディスクの表面上にホログラフストライプのパターンを有する回転可能ディスクにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の投影ディスプレイ装置。
【請求項６】
前記ビームスプリッターと前記光弁との間に配置された、アパチャーを有する出口マスクをさらに有し、
前記レンズシステムは、前記内部表面を介して、前記アパチャーへと通過した、前記の第１色、第２色及び第３色の光のビームを集束する、前記ビームスプリッターと前記出口マスクとの間に配置された集光レンズをさらに有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の投影ディスプレイ装置。
【請求項７】
光弁の表面をスクロールするように、第１色、第２色及び第３色の光の代替バンドを発生する方法であって：
コリメートされた光ビームを、内部全反射ビームスプリッターの内部表面に反射し；
前記の反射された光を、少なくとも第１ホログラフ要素、第２ホログラフ要素及び第３ホログラフ要素を有するホログラフ要素のアレイ上に投射し；
前記第１ホログラフ要素から第１色の光ビームを放射し；
前記第２ホログラフ要素から、前記第１色とは異なる第２色の光ビームを放射し；
前記第３ホログラフ要素から、前記第１色と前記第２色とは異なる第３色の光ビームを放射し；
前記の第１色、第２色及び第３色の光ビームを、前記ビームスプリッターの前記内部表面を介して送信し；
送信された前記の第１色、第２色及び第３色の光ビームを、前記光弁上に、それぞれ、前記第１色、前記第２色及び前記第３色の代替バンドを形成するように、前記内部表面を介して投射し；且つ
前記の前記第１色、前記第２色及び前記第３色の代替バンドが、前記光弁の前記表面にスクロールするように、前記のホログラフ要素のアレイを移動する；
ことを有する、方法。
【請求項８】
回転可能ドラムの円周の近傍で、前記第１ホログラフ要素、第２ホログラフ要素及び第３ホログラフ要素を配置することにより、前記のホログラフ要素のアレイを構築するステップをさらに有し、
前記のホログラフ要素のアレイを移動するステップは、前記ドラムを回転することを有する、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記の、前記回転ドラムの前記円周の近傍に前記第１ホログラフ要素、第２ホログラフ要素及び第３ホログラフ要素を配置するステップは、複数の前記第１ホログラフ要素、複数の前記第２ホログラフ要素及び複数の前記第３ホログラフ要素を、それぞれ、第１ホログラフ要素、第２ホログラフ要素及び第３ホログラフ要素の代替パターンに、前記回転可能ドラムの前記円周の近傍に配置することを有することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ディスクの表面上に、ホログラフストライプのパターンの代替シリーズに配置することにより、前記のホログラフ要素のアレイを構築するステップをさらに有し、
前記のホログラフ要素のアレイを移動するステップは、前記ディスクを回転することを有する、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
ソースマスクのアパチャーを介して集光するように白色光からの光を集束することにより、且つ、前記ソースマスクの前記アパチャーを介して通過した前記光をコリメートすることにより、前記コリメートされた光のビームを形成するステップをさらに有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記光弁上に、第１色、第２色及び第３色の光の代替バンドを形成する前記ステップは、出口マスクのアパチャーを介して集光するように、前記第１色、第２色及び第３色の光ビームを集束することを有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、カラー投影装置並びに光弁の表面をスクロールすべく、第１、第２及び第３の着色光の代替的なバンドを発生する方法に関する。
【０００２】
カラー投影ディスプレイシステムでは、白色光源が、入射するディスプレイ信号のカラー成分を対応付けすることによる分離した変調のための赤色、青色及び緑色のサブビームへと分離され、この変調されたサブビームが、視野スクリーン上に投射するため、フルカラー表示へと再結合される。このサブビームの変調は、一般に、これら３つの各サブビームの一つに関して、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルなど、３つの異なる電気光学的光変調器を用いて実行される。
【０００３】
しかしながら、カラー投影システムの一つのタイプにおいて、３つのサブビームは、単一のＬＣＤパネルにて全て変調される。このことは、このサブビームが、バンド型の断面へと成形され、且つ、このバンドが、連続的にＬＣＤパネル（光弁とも参照される）へとスクロールすることにより達成され、その一方で、対応するディスプレイ信号情報を有するバンドにより照射されるパネルのこれらの部分を同期的にアドレスする。単一の光弁パネルを介した、利用可能な赤色、青色及び緑色光の実質的な部分を同時に使用することは、同様のタイプの光弁パネルを使用する３つのパネルシステムのそれに比べて光学的に有用性を提供する。単一のみのパネルを使用することは、異なるパネル上に形成される、異なるカラー画像を機械的に集光する必要がなくなり、且つ、システムのコストを低減する。
【０００４】
スクロールするカラーストライプパターンを発生するためのコンパクトな装置は、米国特許第６，２６６，１０５号明細書に開示されている。この装置は、赤色、緑色及び青色カラーバンドを選択的に反射するダイクロイック要素で覆われたドラムを使用している。この反射光は、偏光ビームスプリッター及び４分の１波長板を用いて入射光へと分割される。しかしながら、不幸なことに、このダイクロイック要素も光学要素も、低コストで製造することはできない。
【０００５】
本発明の目的は、低コストの部材の適用を可能とする、且つ、偏光に依存することのない投影ディスプレイ装置を提供することである。
【０００６】
この目的は、請求項１にて特定された発明に従った投影ディスプレイ装置により達成される。
【０００７】
本願の新規な発明は、高価な要素を使用せず、且つ、偏光に依存しない。低コストな技術に基づいており、また、例えば、傾斜ミラーアレイやＤＭＤなど、偏光を使用しない光弁を使用してもよい。一般に、本発明による多重ストライプのスクロールは、白色光から、例えば赤色、緑色及び青色の３つの光ビームを単離するホログラフ要素を使用することを含み、これらを光弁に連続的にスクロールさせる。
【０００８】
本発明の一つの面によると、多重ストライプスクロール装置は、白色光源；内部全反射の臨界的な角度を示す内部表面を有する内部全反射ビームスプリッターを含むレンズシステム；第１色を発生するための複数の第１ホログラフ要素、第１色と実質的に異なる第２色を発生するための複数の第２ホログラフ要素及び第１色と第２色とは実質的に異なる第３色を発生するための複数の第３ホログラフ要素を有する可動なホログラフ要素のアレイ；並びに光弁を有している。第１、第２及び第３ホログラフ要素のそれぞれは、個々の到着方向からの第１、第２及び第３ホログラフ要素の対応する一つの到達する白色光が、個々の到着方向からの所定の角度だけことなる個々の発射方向における第１、第２及び第３ホログラフ要素の個々の一つを離脱する、第１、第２及び第３色の個々の一つの実質的に単色光のビームを発生するように、設定されている。この所定の角度は、第１、第２及び第３ホログラフ要素と同一である。白色光源、ビームスプリッターを有するレンズシステム、可動アレイ及び光弁は、白色光源からの光がビームスプリッターに侵入し、臨界角よりも大きい内部表面に対する投射角度において衝突するように、且つ、白色光源からの光が上記の内部表面から反射され第１、第２及び第３ホログラフ要素の個々の一つへ指向されるように、且つ、個々に第１、第２及び第３ホログラフ要素を離れる実質的に単色光のビームがビームスプリッターに到達し第１、第２及び第３着色光のビームが上記の可動アレイが移動する際光弁の表面に渡ってスクロールする第１、第２及び第３色の光の代替的なバンドを形成すべく上記の内部表面を介して通過するように、臨界角度よりも小さい、内部表面に対する第２の投射角度にて衝突するように、互いに対して物理的に配置されている。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、光弁に渡ってスクロールすべく、第１、第２及び第３着色光の代替的なバンドを発生する方法を提供することであり、低コストの部材を適用することにより行うことが可能であり、かつ、偏光に依存しない。
【００１０】
この目的は、請求項７に特定された発明に従った方法により達成される。
【００１１】
本発明のこの面において、光弁の表面に渡ってスクロールすべく第１、第２及び第３の着色光の代替的なバンドを発生する方法は、コリメートされた光のビームを内部全反射ビームスプリッターの内部表面に反射し；反射光を少なくとも第１、第２及び第３ホログラフ要素を有するホログラフ要素のアレイへと投射し；第１ホログラフ要素から第１着色光ビームを放射し；第２ホログラフ要素から第１色とは実質的に異なる第２着色光を放射し；第３ホログラフ要素から、第１色と第２色とは実質的に異なる第３着色光ビームを放射し；上記のビームスプリッターの内部表面を介して、第１、第２及び第３着色光ビームを送信し；光弁上に第１色、第２色及び第３色の光の代替バンドを形成すべく、送信された第１、第２及び第３着色光ビームを上記の内部表面を介して投射し；且つ、第１、第２及び第３着色光の代替バンドが光弁の表面に渡ってスクロールするように、ホログラフ要素のアレイを移動する；ことを有する。
【００１２】
さらなる利点を有する実施例は、従属請求項に特定されている。本発明のこれら及びその他の面は、以下に述べる実施例に対する参照文により明らかにされ、且つ、詳細に説明されるであろう。
【００１３】
図１は、本発明における一つの可能性のある実施例に従った、多重ストライプスクローリング投影ディスプレイ装置を示している。ランプは、この実施例では白熱電球１である白色光源１、ミラー３及びソースアパチャー７を有するソースマスク５を含んでいる。レンズシステム９は、コリメーティングレンズ１１、内部表面１５及び出口表面１７を有する内部全反射（ＴＩＲ）ビームスプリッター１３、集光レンズ１９、集束レンズ２１、出口アパチャー２５を有する出口マスク２３並びに修正レンズ２７を有している。回折性、つまりホログラフ要素の可動アレイ２９は、繰り返して第１色、第２色及び第３色を放射するホログラフ要素３０、３２、３４を有する可動アレイ２９を含んでいる。光弁３６は、単一の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル３６を含んでいる。
【００１４】
制御時、白色光源１からコリメートされた白色光のビームは、光弁３６に投射される。この適用の目的に関して、「白色光源」及び一般に「白色光」は、種々の多重は長の光を意味しており、可視光のかなり広い範囲を包含するのに充分な波長範囲を含んでいることを記すべきであり、好ましくは、赤色、緑色及び青色波長を含んでいる。したがって、蛍光や、ちょうど３つの波長（例えば、赤色、緑色及び青色）を含む３つの波長のその他の光源、高強度の白熱灯、及び通常の家庭用白熱灯も、「白色光源」として適格である。
【００１５】
白色光源１からの白色光は、ソースマスク５におけるソースアパチャー７を介してミラー３により反射され集束される。ソースアパチャー７を通過した後の集束により、この白色光は、コリメーティングレンズ１１によりコリメートされ、且つ、レンズシステム９へと侵入する。
【００１６】
レンズシステム９において、コリメートされた白色光は、ＴＩＲビームスプリッター１３へと侵入し、ＴＩＲビームスプリッター１３の内部表面１５上に投射する。内部表面１５は、内部反射に関して、臨界角αを有している。この角度は、内部表面１５の垂線（垂直）に相対して測定される。内部表面１５に投射する光の内部表面１５に対する法線からの角度の偏差は、その投射角と呼ばれる。臨界角αよりも小さい、内部表面１５に対する投射角度を有する光は、内部表面１５をほぼ通過するであろう。臨界角αよりも大きな投射角を有する光は、ほぼ反射されるであろう。このことは、内部全反射又はＴＩＲとして公知である。
【００１７】
図２により明確に示しているように、コリメートされた白色光は、臨界角αよりも大きく、従ってほぼ反射される、内部表面１５に対してβなる投射角を有している。光はその後、（臨界角αよりも小さい投射角にて）出口表面１７を介してＴＩＲビームスプリッター１３を抜け、集光レンズ１９を通過し、ドラム２９のホログラフ要素３０、３２、３４へ投射する。図１及び３に示すように、集光レンズ１９は、ドラム２９の円周３８の周囲の異なるホログラフ要素３０、３２、３４において、βなる投射角度を同一となるように、このコリメートされた光をいくらか集光させる。
【００１８】
異なるタイプのホログラフ要素３０、３２、３４は、それぞれ、対応する興味ある異なる色を有している。例えば、第１ホログラフ要素３０に関しては赤色であり、第２ホログラフ要素３２に関しては緑色であり、且つ、第３ホログラフ要素３４に関しては青色である。それぞれのホログラフ要素は、白色光がγなる投射角にて侵入する際、興味ある個々の色が全てのホログラフ要素３０、３２、３４に関して同一の角度で放射されるように設定されている。例えば、図３に示した実施例において、白色光は、γなる投射角にて第１ホログラフ要素３０、第２ホログラフ要素３２及び第３ホログラフ要素３４のそれぞれに侵入し、赤色、緑色及び青色光のビームは、全て、それぞれ、ドラム２９の中心から円周方向へとそれぞれ第１ホログラフ要素３０、第２ホログラフ要素３２及び第３ホログラフ要素３４を脱出する。
【００１９】
これらの赤色、緑色及び青色着色ビームは、再度コリメートする集光レンズ１９を通過し、これらは、再びＴＩＲビームスプリッター１３へと進む。しかしながら、内部表面１５に到達する際、これらは、臨界角αよりも小さい投射角δである。なぜなら、これらはＴＩＲビームスプリッター１３の内部表面１５を通過するためである。集束レンズ２１は、出口マスク２３の出口アパチャー２５を介してこのビームを集束する。このビームは、修正レンズ２７を通過し、光弁３６の表面上で、対応する赤色、緑色及び青色バンドのパターンで光弁３６へと至る。回転可能ドラム２９が回転するにつれ、これらのバンドは、光弁３６の表面に渡ってスクロールを生じることは理解されるであろう。
【００２０】
本発明の多くの異なる変法は可能である。例えば、多くの配置は、ホログラフ要素３０、３２、３４に関して白色光領域を循環すべく、想定されていてもよく、従って、生成される着色光が光弁３６に対してスクロールさせる。例えば、らせん状４４（図４）又は円周状（図５）の回転ディスク４０、４２又は、その他のパターンのホログラフ要素を使用してもよい。また、白色光領域に対してホログラフ要素を配列すべく、回転ベルト又はその他の手段を用いてもよい。いくつかの実施例において、修正レンズ２７（及び／又は他のレンズシステムの要素）は、必要ないかもしれない。
【００２１】
本発明のその他の実施例、実施例の変法、及び等価物と同様にその他の面、目的及び利点は、当業者に明らかであろうし、図面、開示内容及び添付した請求項の知見から取得されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に従った、多重ストライプカラースクロールの一つの可能な実施例に関する断面図である。
【図２】図１の実施例に従った、内部全反射ビームスプリッターに関する断面図である。
【図３】円周上に配置された３つのサンプルホログラフ要素を示す回転可能ドラムの一部に関する断面図である。
【図４】本発明に従った、多重ストライプのカラースクローリングの第２の可能性のある実施例に関する断面図である。
【図５】本発明に従った、多重ストライプのカラースクローリングの第３の可能性のある実施例に関する断面図である。
【図１】
2005513566.tif 000003
【図２】
2005513566.tif 000004
【図３】
2005513566.tif 000005
【図４】
2005513566.tif 000006
【図５】
2005513566.tif 000007
【国際調査報告】
2005513566.tif 000008
2005513566.tif 000009