(57)【要約】本発明の実施形態は、カラーリサイクルサブシステムを備えた照明構造のための装置、方法及びシステムを含んでいる。
2007529782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発生する光源と、
入射軸線に沿った前記光を受け取り、ある周波数範囲に含まれる光の少なくとも一部分を透過させる少なくとも一つのカラー透過帯域を含み、前記周波数範囲外の光の少なくとも一部分を反射軸線に沿って反射するように前記光源に光学的に結合され、前記入射軸線と前記反射軸線とは非コインシデントである透反射形カラーフィルタと、
前記透反射形カラーフィルタに光学的に結合され、前記反射軸線上に配置された入力と出力とを有し、前記反射された光を前記入力を介して受け取り且つリサイクルされた光を前記出力を介して前記透反射形カラーフィルタへと射出するようになされたリサイクル装置とを含んでいる装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であり、
前記透反射形カラーフィルタが回転カラードラム、回転螺旋状カラーホイール及び帯域変調フィルタからなる群のうちの一つである装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であり、
前記透反射形カラーフィルタが、レッド、グリーン及びブルーの透過帯域からなる群のうちの少なくとも一つを含んでいる装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であり、
前記透反射形カラーフィルタから透過された光を受け取るために当該透反射形カラーフィルタに光学的に結合されたディスプレイを更に含んでいる装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置であり、
前記ディスプレイが透反射形液晶光弁である装置。
【請求項６】
請求項４に記載の装置であり、
前記ディスプレイが光軸にほぼ中心決めされており、
前記光源から光を受け取り且つ当該光を前記透反射形カラーフィルタに向けて前記入射軸線に沿って透過させるためにほぼ前記ディスプレイの光軸の第一の側に位置決めされたリレー光学装置と、
前記ディスプレイの光軸の第二の側に設けられている前記リサイクルサブシステムの入力とを更に含む装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であり、
前記ディスプレイの前記光軸に対してほぼ中心決めされたリレーレンズと、
共に前記リレーレンズの部分を含んでいる前記リサイクルサブシステムと前記リレー光学装置との入力とを更に含んでいる装置。
【請求項８】
請求項６に記載の装置であり、
前記光源から光を受け取り且つ受け取った光を結像レンズに向けて透過させる光積分器を更に含み、前記結像レンズは前記光を前記リレー光学装置に向けて透過させるようになされている装置。
【請求項９】
請求項６に記載の装置であり、
前記リサイクルサブシステムが、当該リサイクルサブシステムの入力から反射された光の一部分を受け取り且つ受け取った光の一部分を前記リサイクルサブシステムの入力へ戻るように再配向させるための第一のミラーを更に含み、
前記リサイクルサブシステムの入力が前記リサイクルサブシステムの出力とほぼ同じである装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置であり、
前記リサイクルサブシステムが、当該リサイクルサブシステムの入力から光を受け取るために第一の端部を備えている光積分器を更に含み、
前記第一のミラーが、前記光を前記光積分器を介して前記第一の端部へと反射するために前記光積分器の第二の端部上又はその近くに配置されている装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置であり、
前記リサイクルサブシステムが、当該リサイクルサブシステムの入力から光を受け取り且つ受け取った光を結像レンズに向けて反射するために屈曲ミラーを更に含んでおり、前記結像レンズは前記光積分器の前記第一の端部上に前記光を結像させるようになされている装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の装置であり、
前記第一のミラーが、光が若干異なった経路上の前記リサイクルサブシステムの入力に向けて戻るように再配向させるように若干傾けられている装置。
【請求項１３】
請求項９に記載の装置であり、
第二のミラーと、
前記リレー光学装置から光を受け取り、第一の偏光状態へと透過させ且つ第二の偏光状態の光を前記第二のミラーへと反射させる透反射形偏光器と、
前記第二の偏光状態における光を前記第一の偏光状態に変えるために、前記第一のミラーと前記リサイクルサブシステムの入力との間に設けられた１／４波長板とを更に含んでおり、
前記第二のミラーは、前記第二の偏光状態における光を前記透反射形偏光器へと戻るように反射して前記リサイクルサブシステムの入力へと前記透反射形偏光器から反射される光をもたらすようになされている装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置であり、
前記１／４波長板が前記第一のミラー上に設けられたコーティングを含んでいる装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の装置であり、
入口開口と出口開口とを備えており、前記入口開口が前記光源からの光を受け取り、前記出口開口が光を前記透反射形カラーフィルタへと透過させるようになされている装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の装置であり、
前記リサイクルサブシステムが、前記透反射形カラーフィルタから前記反射された光を受け取るための第一の端部を備えている第二の光積分器を更に含んでいる装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置であり、
前記リサイクルサブシステムが、光を前記第二の光積分器を介して前記第一の端部及び前記透反射形カラーフィルタへと戻るように反射するために前記第二の光積分器の第二の端部上又はその近くに配置されたミラーを含んでいる装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置であり、
前記リサイクルサブシステムが、前記透反射形カラーフィルタから反射された光を前記第二の光積分器の前記第一の端部上に結像させる光学要素を含んでいる装置。
【請求項１９】
請求項１７に記載の装置であり、
前記リサイクルサブシステムが、前記透反射形カラーフィルタから反射された光を前記第二の光積分器の前記第一の端部上に結像させる光学要素を含んでいる装置。
【請求項２０】
光源から光を射出させることと、
入射軸線に沿った光を透反射形カラーフィルタによって受け取り、ある周波数範囲の光を透過させ、当該周波数範囲外の光を前記入射軸線と非コインシデントな反射軸線に沿って反射させることと、
前記反射された光を前記透反射形カラーフィルタへと再導入することによってリサイクルすることとを含んでいる方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であり、
前記反射された光をリサイクルするステップが、前記反射された光を前記透反射形カラーフィルタへ再導入する前に積分することを含んでいる方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法であり、
前記反射された光をリサイクルするステップが、光を前記反射軸線と非コインシデントなリサイクル軸線に沿って再導入することを含んでいる方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であり、
一つの偏光方向の光を前記透反射形カラーフィルタへと透過させることと、
第二の偏光方向の光を反射させることと、
第二の偏光方向の光を、前記第一の偏光方向に変化させ且つ前記透反射形カラーフィルタへと透過させることによって第二の偏光方向の光をリサイクルさせることとを更に含んでいる方法。
【請求項２４】
請求項２２に記載の方法であり、
前記リサイクル軸線が前記入射軸線とほぼコインシデントである方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法であり、
前記入射軸線に沿って進む光を積分することを更に含んでいる方法。
【請求項２６】
出力ビデオ信号を備えたビデオユニットと、
ビデオ信号を受け取り且つビデオを映写するために前記ビデオユニットに結合されている投写システムとを備え、当該投写システムが、
入射軸線に沿って光を射出する光源と、前記入射軸線からの入力を有するカラーリサイクルサブシステムとを備えた照射装置とを含んでいる照射装置と、
前記照明装置に光学的に結合されたディスプレイと、
前記ディスプレイに光学的に結合された映写レンズとを含んでいるシステム。
【請求項２７】
請求項２６に記載のシステムであり、
前記照明装置が更に、
光を前記入射軸線に沿って受け取り、選択されたカラー範囲に含まれる光を透過させ、他のカラー範囲の光を反射軸線に沿って反射させる透反射形カラーフィルタと、
前記反射軸線上に配置されている前記リサイクルサブシステムの入力とを含み、
前記リサイクルサブシステムが、前記リサイクルされた光を前記透反射形スクロールカラーフィルタに向けて射出する出力を含んでいるシステム。
【請求項２８】
請求項２７に記載のシステムであり、
前記透反射形カラーフィルタが複数のカラー透過帯域を含んでいるシステム。
【請求項２９】
請求項２６に記載のシステムであり、
前記ビデオユニットがデジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）、ビデオカメラ及びセットトップボックスのうちから選択されたものであるシステム。
【請求項３０】
請求項２６に記載のシステムであり、
前記ディスプレイが透反射形液晶光弁を含んでいるシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、２００２年５月１７日に出願された出願番号１０／１５０，２２３の出願及び２００２年５月１７日に出願された出願番号１０／１５０，４３８の出願の一部継続出願である。
【発明の分野】
【０００２】
開示された本発明の実施形態は、カラービデオ投写システムの分野に関する。より特定すると、本発明の開示された実施形態は、カラービデオ投写システムにおけるカラーリサイクルに関する。
【背景技術】
【０００３】
高速切換液晶及びデジタルマイクロミラー技術における最近の開発によって、単一パネルの投写システムが可能になった。これらの投写システムは、フレーム全体を更新する代わりに、ディスプレイを横切るようにカラーをスクロールして、一回に一列の割合でディスプレイを更新するように連続的な又はスクロールするカラーフィルタを使用するができる。この方法は、ゆっくりとした応答時間を有する幾つかの液晶ディスプレイにおいて特に有用である。ディスプレイの列が更新されるときに、ディスプレイを横切ってスクロールするカラー帯域を設けるためにカラーホイール及びカラードラムが開発されて来た。これらのカラーフィルタは、ディスプレイの一つの部分に対して一つの色だけ（典型的には、レッド、グリーン又はブルー）の光の透過をもたらす。画像データに基づくディスプレイは、種々の単一色の光の部分を選択的に透過させる。透過ディスプレイは、別のディスプレイ内を光が透過する間の一つの偏光の反射又は吸収によってこれを行うことができる。カラーフィルタ又はディスプレイによる非透過光は、無効となっている系内で喪失される。これは、暗いディスプレイを生じ、すなわちより明るい光源を必要とする。プロジェクタにおいては、暗いディスプレイは見にくく、一方より明るい光源は、電力の消費、放散させる必要がある熱及びプロジェクタシステムのコストを増大させる。
【発明の開示】
【０００４】
【好ましい実施形態の説明】
【０００５】
以下、本発明の実施形態を例によって示すが、これらは、添付の図面に限定されない。添付図面においては、同様の符号は同様の部品を示している。
本発明の実施形態は、マルチメディアカラープロジェクタに関し、より特定すると、照明装置におけるカラー及び／又は偏光回復に関する。
【０００６】
以下の詳細な説明においては、添付図面が参考にされている。添付図面は説明の一部分を形成しており、添付図面を通して同様の符号は同様の部品を示しており且つ本発明が実施される特別な実施形態が例示的に示されている。他の実施形態を使用しても良く且つ本発明の実施形態の範囲から逸脱することなく構造的又は論理的な偏光を実施しても良いことは理解されるべきである。上方、下方、後方及び前方のような方向を図面の説明において使用しても良いことも注目されるべきである。これらの方向は、図面の説明を容易にするために使用され且つ本発明の実施形態の用途を限定することは意図されていない。従って、以下の詳細な説明は、限定的な意味に考えられるべきではなく、本発明の実施形態の範囲は、特許請求の範囲及びそれらの等価物によって規定されている。
【０００７】
図１は、本発明の実施形態に従って、ディスプレイ１４内に光を付与するリサイクルサブシステム１８を含んでいる照明装置６の簡略化された平面図である。光源８は、当該光源によって形成される光の少なくとも一部分が透反射形カラーフィルタ１２によって受け取られるように透反射形カラーフィルタ１２に光学的に結合されている。透反射形カラーフィルタ１２は、光の一部分をディスプレイ１４へと透過させることができる一方で他の部分は反射する。リサイクルサブシステム１８は、反射された光を受け取ることができるように透反射形カラーフィルタ１２に光学的に結合することができる。反射された光は、リサイクルサブシステム１８によってリサイクルさせ且つ透反射形カラーフィルタ１２に再度導入することができる。
【０００８】
光源８は、一般的な設計とすることができ又は特別な用途に応じた他の如何なる設計としても良い。一つの実施形態においては、光源８は、楕円形の反射器の焦点に取り付けられたアークランプを含んでいても良い。任意のメニスカスレンズ（図示せず）を楕円形の反射器と透反射形カラーフィルタ１２との間に配置して光を集光させ且つテーパー角度を小さくさせるようにしても良い。本発明の実施形態は、下流の光学構造を収容するために集光光源（図示されている）か発散光源を採用することができる。白色光が入射軸線１０に沿って進み且つ入射角θで透反射形カラーフィルタ１２の面にぶつかることが出来る。透反射形カラーフィルタ１２は、ある種の透過帯域１３内に含まれる光を透過させる一方でこれらの透過帯域外の光１６を反射する。透過せしめられた光１３はディスプレイ１４を照射することができる。この実施形態は、液晶ディスプレイ又は液晶光弁のような透反射形ディスプレイを使用している投写システムに特に適しているけれども、光を反射パネル上に再結像させることを含む適当な変形を加えられた如何なる他の反射形又は透反射形ディスプレイを使用することもできる。
【０００９】
反射された光は、リサイクルサブシステム１８の入力１８ａに向かって反射軸線１６に沿って進むことができる。入力１８ａは、入射軸線１０と非コインシデントである反射軸線１６上に配置して、反射された光を集光させるために必要とされる光学要素が入射光と干渉しないようにすることができる。反射軸線１６及び入射軸線１０は、透反射形カラーフィルタ１２の面で交差している。
【００１０】
リサイクルサブシステム１８は、反射された光をリサイクル軸線２０に沿ってリサイクルされた光として透反射形カラーフィルタ１２に向かって再配向することができる。種々の実施形態においては、リサイクル軸線２０すなわちリサイクルされた光が透反射形カラーフィルタ１２へと再導入される軸線は、リサイクルサブシステムの特性に応じて反射軸線１６とコインシデントであっても良く又は入射軸線１０とコインシデントであっても良く、いずれの軸線ともコインシデントでなくても良い。再導入の際に、リサイクルされた光２０の幾らかは、ディスプレイ１４内を透過することができる。この実施形態においては、リサイクルされた光２０は、リサイクルサブシステムから出て行くことができるが、他の実施形態においては、リサイクルサブシステム１８のための別個の入力及び出力を提供することができる。
【００１１】
ディスプレイ１４における角度的な強度分布すなわち光源８によって形成される映写レンズの入射瞳内への入射角Θの関数としての透過光の角度的な広がりは、相互に重なった２つの細長いホットスポットのように見える。上方のホットスポットは入射軸線１０からの光によって生じ、一方、下方のホットスポットは反射軸線２０に沿ってリサイクルされて戻される光である。この光は、２つの垂直方向に整合された点に直角に水平方向に広げられる（このような水平線は図面の面内を通る線とみなすことができる）。この２つのホットスポットは、ディスプレイ１４に直角に近い平均入射角Θを有する中央領域に対応している。透反射形カラーフィルタ１２及びディスプレイ１４が適正に選択され且つ位置決めされている場合には、照射の楕円形の広がり特性は、装置の効率を改良するように利用することができる。例えば、ディスプレイ１４がデジタルマイクロミラー装置を含んでいる実施形態においては、マイクロミラーの傾斜方向の適正な整合による非対称な瞳の充填を使用することができる。マイクロミラーの傾斜方向は、（高いコントラストを得るために）一の方向の瞳の大きさを制限することが多い。瞳の非対称特性は、この特性の平均をとるために、ミラーの傾斜方向に直角な方向に適合させても良い。
【００１２】
図２Ａ及び２Ｂは、本発明の一実施形態に従ってディスプレイ１４上に焦点を合わせられたときにスクロールする透反射形カラーフィルタ１２によって形成される光の図を示している。明視野２６は、スクロールする透反射形カラーフィルタ１２のセグメントに対応する多数のカラー例えば原色のスクロール帯域を含んでいても良い。図２Ａにおいては、明視野２６は、３つの帯域すなわちレッドの帯域２８、グリーンの帯域３０及びブルーの帯域３２に区分けされている。これらの帯域は、後に同じ明視野２６を示す図２ｂにおいて、帯域が明視野を下方へと動くように横切って動いている。ブルーの帯域３２は、スクロールして明視野の底部から部分的に消え、頂部において部分的に現れる。この方法は、ディスプレイの列の２〜３を除く全てがほとんど一定に照射されるのを可能にしている。次の色へ変わりつつある列のみが結像に寄与しない。ブラックの帯域（図示せず）は、変化しつつある列がディスプレイ１４に影響を及ぼさないようにカラー帯域間に配置することができる。
【００１３】
透反射形カラーフィルタ１２は、適当なときに適切なカラーでディスプレイ１４の各列を照射するために、光源をスクロールディスプレイ１４と同期させるために使用することができる。このタイプの用途に適し得る透反射形カラーフィルタ１２の例としては、限定的ではないが、回転プリズム、回転カラードラム、順次式カラー回復ホイール及び帯域変調フィルタがある。これらは全て、多数のカラー（通常は三原色、例えば、レッド、グリーン、ブルー）がディスプレイ１４に対して一時に透過することができるという特徴を有している。
【００１４】
図３は、本発明の一実施形態による透反射形カラーフィルタ１２の断面図である。この実施形態においては、透反射形カラーフィルタ１２は、レッド透過帯域３６、グリーン透過帯域３８及びブルー透過帯域４０を含んでいる。これらのカラー帯域は、特定のカラーに対応する周波数帯域が当該フィルタを透過するのを許容する一方でこれらの周波数帯域外の周波数を反射する。入射軸線に沿って進む白色光４２は、透反射形カラーフィルタ１２の面にぶつかる。レッドの透過帯域３６は、レッドカラー帯域４４内に含まれる光を透過させ且つシアンすなわちブルーとグリーンとの組み合わせの光４６を反射する。グリーンの透過帯域３８は、グリーンのカラー帯域４８内に含まれる光を透過させ且つマゼンタすなわちブルーとレッドとの組み合わせの光５０を反射する。最後に、ブルーの透過帯域４０は、ブルーのカラー帯域５２内に含まれる光を透過させ且つイエローすなわちレッドとグリーンとの組み合わせの光５４を反射する。
【００１５】
図４Ａないし４Ｃは、本発明の実施形態に従ってディスプレイに対して光を付与するカラーリサイクル経路内に光積分器を含んでいる照明装置の多数の変形例の簡略化された平面図である。図４Ａに示された第一の実施形態においては、図１に関して説明したものと似た光源８が、入射光を透反射形カラーフィルタ１２上にぶつかるようになされている。関連するカラーの透過帯域に適合したカラーの波長を含んでいる光の部分が透過される一方で、これらの透過帯域外の波長はリサイクルサブシステム１８に向かって反射軸線に沿って反射される。Ｒ、Ｇ、Ｂの透過帯域を含んでいる実施形態においては、Ｃ、Ｍ、Ｙは各々の反射された光である。この実施形態のリサイクルサブシステム１８は、入力位置に設けられた光学系６０と、光積分器５８と、ミラー６２とを含んでいても良い。反射光は、光積分器５８の第一の端部に開口部５８ａにおいて光学系６０によって結像される。この実施形態の光積分器５８は、全内部反射によって反射光を積分する固体ガラス積分トンネルとすることができる。
【００１６】
このトンネル積分器５８は、トンネルの第二の端部に又はその近くに配置されているミラー６２を有していても良い。ミラーは、適当な波長を反射する如何なるタイプの反射面又は反射コーティングであっても良い。ミラー６２は別個の光学要素であっても良く又はトンネルの第二の端部５８ｂに適用されるコーティングであっても良い。ミラーは光を開口部５８ａに向けて再配向するであろう。Ｃ、Ｍ、Ｙの光の帯域は、出て行く前にトンネルの全長に亘って２回動くと十分に積分された状態となり得る。リサイクルされた積分光は、光学要素６０内を透過するように戻されて、透反射形カラーフィルタ１２へと再導入されて２回目の透過機会を光に付与する。別の実施形態においては、リサイクル積分器５８の開口部５８ａは、光学要素６０内を通ることなく透反射形カラーフィルタ１２から直接反射光を受け取ることができる。
【００１７】
上記の実施形態においては、光源８からの入射光は積分されず、これは、ビデオ投写システムにおいて有用である。なぜならば、知覚される輝度が高い中心のピーク輝度に従ってより大きくなるからである。同質化されたリサイクル光は、次いで、コーナー部の強度を増大させることができる。図４Ｂは、入射光経路上に光積分器５６を含んでいる実施形態を含んでいる。この光積分器５６は、特別な用途に適合するように傾斜した断面領域を有する積分トンネルであっても良い。典型的なトンネルは、矩形断面を有し且つ光源の知覚の入口においては真っ直ぐか又はより小さく、出口においてより大きい。光積分器５６の出力開口は、下流のディスプレイのアスペクト比すなわち像の幅と高さの比に適合するアスペクト比を有していても良い。この実施形態はガラスロッド積分器を記載しているけれども、本発明の他の実施形態は二重フライアイレンズ積分器又は積分器を出て行くときにほぼ均一な分布を提供する他の如何なる十分に効率の良い積分装置を使用しても良い。
【００１８】
種々の実施形態において、光積分器５６の出口開口部は一般的なディスプレイ標準に適合した投写ディスプレイを提供する断面形状を有していても良い。ディスプレイ標準の幾つかの例としては、ＳＶＧＡ（スーパービデオグラフィックアレイ）、ＸＧＡ（エクステンディッドグラフィックアレイ）、ＵＸＧＡ（ウルトラＸＧＡ）、ＷＵＸＧＡ（ワイドスクリーンウルトラＸＧＡ）及びＨＤＴＶ（高精細テレビ）がある。これらのディスプレイ標準は、分解能、ビットによって測定された色の深み及びヘルツによって測定した再生速度の組み合わせであることが多い。ＳＶＧＡ、ＸＧＡ及びＵＸＧＡは、全て４：３のアスペクト比を有している。ＨＤＴＶは１６：９のアスペクト比を有しており、ＷＵＸＧＡは１６：１０のアスペクト比を有している。
【００１９】
図４Ｃは、図４Ｂにおいて説明したものと似た実施形態を示しているが、この実施形態は、光積分器５６の出口開口部をディスプレイ装置１４上に焦点を合わせるために使用される結像レンズ６１を含んでいる。
【００２０】
図５は、反射された光を入射光経路内へ戻るように結合しているカラーリサイクル経路を含んでいる照明装置の種々の実施形態の簡略化された平面図である。特に、図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃによって示されている実施形態においては、リサイクルサブシステム１８は、一連の反射装置６４及び６８を使用して入射軸線上の光積分器内へ戻るように反射光を結合することによってリサイクルされる。図５Ａを参照すると、リサイクルサブシステム１８は、光源８からの照明の中心の“穴”を利用している。アークランプ照明は、楕円形反射器のアークランプを遮蔽による“中心穴”効果を有することが多い。この実施形態は、リサイクルされた光を入射軸線上及び最終的には透反射形カラーフィルタ１２の光積分器５６内へ再導入するために“穴”内に小さな反射器６８を配置することによってこの効果を利用している。この構成においては、光は、ディスプレイ１４へと透過せしめられるまでリサイクルサブシステム内を連続的にリサイクルされても良い。更に、特別に設計された光学系を、リサイクルされた光の角度特性を最適化するために使用しても良い。
【００２１】
図５Ｂに示されている代替的な実施形態は、光積分器５６の入口に近接して配置され光源８からの入射光量をほんの少し減らす反射器６８を示している。これらの実施形態はリサイクルサブシステム内へ光を導くために反射器ミラー６４及び６８を使用することを示しているけれども、他の実施形態は、例えば光ファイバのような他のタイプの導光技術を使用することができる。
【００２２】
図５Ｃに示されている実施形態は図５Ｂのものと似ているが、リサイクルサブシステム１８は、透反射形カラーフィルタ１２によって反射される光を積分するために光積分器５７を含んでいる。光積分器５７はまた、図５Ａの実施形態内に組み込むこともできる。
【００２３】
図５によって示された実施形態は、反射光が積分器５６の端部を介して積分器５６内へと戻るように結合されていることを示している。しかしながら、積分器５６が固体ガラストンネルである実施形態においては、トンネルの両側を介して光を導入することも同様に可能である。
【００２４】
図６は、本発明の一実施形態に従って、ディスプレイ１４に光を提供するリレー光学装置７４及びミラー８２を備えたカラーリサイクルサブシステム１８を含んでいる照明装置の簡略化された平面図である。簡単に言うと、この実施形態は、入射経路及び反射経路の両方に含まれている種々の部分を備えたリレー光学装置７４を示している。
【００２５】
特に、光源８は、光を上記したトンネルのような光積分器５６内へ配向し、光積分器は光を積分し且つこれに所望の断面形状を付与する。トンネル５６を出て行く光は、光トンネルの設計により実質的にテレセントリックである。しかしながら、テレセントリックな又は非テレセントリックな照明の如何なる他の光源も、この実施形態において説明した光源／トンネルの組み合わせの代わりに使用することができる。トンネル５６からの光は、結像レンズ７２内へ入り、次いで、この実施形態においてはリレーレンズによって構成されているリレー光学装置７４内へ入ることができる。２つのレンズ７２及び７４は、ディスプレイ上に光源からの照明のテレセントリックな像を形成するように設計されている。結像レンズ７２は、２つのレンズ７２と７４との間の中間位置７６において光源の中間像を形成している。リレーレンズ７４は、次いで、無限遠に結像された中間瞳７６を備えたディスプレイ１４上にトンネル５６の出力像を形成する。種々の実施形態の光源、光積分器又はディスプレイのサイズに適合させるために適切な変形を光学装置に施すことができる。
【００２６】
これらのレンズ７２及び７４は、適切なように種々のタイプの単一の又は多数の光学要素とすることができる。一つの実施形態においては、レンズは一般的な球面レンズとすることができる。更に、この装置のためのコスト及び大きさの目的を達成するために望ましいように、種々の非球面、回折面又はフレネル面が含まれても良い。プリズム、ミラー及び付加的な補正要素もまた、意図した用途のための照明光を折り曲げ、曲げ又は変形させるために適したものとして付加しても良い。
【００２７】
図６の実施形態に含まれている焦点距離をより詳細に考慮すると、結像レンズ７２は、トンネル５６の焦点面から出口開口部までの距離に等しい焦点距離を有している。従って、これはランプの像を形成し且つ距離ｆ１だけ離れている位置７６に射出瞳を有している。リレーレンズ７８の第一の部分は、ｆ２の焦点距離を有し且つ中間位置７６及びディスプレイ１４からｆ２の距離のところに配置されている。リレーレンズ７８の第一の部分は、結像レンズ７２からの瞳すなわち中間位置におけるランプの像をディスプレイ１４における透反射形照明の無限遠に再結像させる。第一の部分７８は、ディスプレイ１４におけるトンネル５６の射出瞳の像を結像するように設計しても良い。第一の部分７８からディスプレイ１４まで進む光は、図１に関して記載したものと似て、入射軸線に沿って進むであろう。
【００２８】
図６からわかるように、結像レンズ７２は、トンネル５６上に中心合わせされている。言い換えると、結像レンズ７２の光軸は、トンネル５６の中心と整合されているけれども、他の構造も可能である。リレーレンズ７４は、トンネル５６及び光源８に対して中心からずらされていても良い。これによって、ディスプレイ１４における照明が軸線からずらされて装置のＥｔｅｎｄｕｅ（集光面積と立体角との積）の半分を充填させる。リレーレンズ７４は、光軸が光源８の像の光路の端縁近くか又は完全に外側にある点に中心がずらされている。この中心のずれによって、リサイクルサブシステム１８への入力が異なる軸線に位置決めされ、次いで入射軸線上に位置決めされる。しかしながら、リレーレンズ７４は、図６に示されているようにディスプレイ１４に対して大まかに中心合わせされている。このことは、光源８からの光がディスプレイ１４に関して中心がずらされた結像レンズ７２に到達するが、リレーレンズ７４は光の像をディスプレイ１４上に中心合わせする。
【００２９】
レンズは、図面に示されているように、トンネル５６又はディスプレイ１４に対して正確に中心合わせされる必要はない。他方が正確に調整されている場合には、一方は若干動かすことができる。更に、透反射形カラーフィルタ１２がある角度で配置されている場合には、リレーレンズ７４は相応して動かすことができる。図示された実施形態におけるレンズの配置は、光学装置の寸法を小さくすることができるが、特別な実施形態の特別な大きさ及び形状ファクタの制約に適合するために種々の異なった方法で動かすことができる。
【００３０】
入射光が透反射形カラーフィルタ１２にぶつかると、幾つかのカラー帯域（例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂ）が透過することができ、一方、その他のカラー帯域（例えば、Ｃ、Ｍ、Ｙ）は図１と同様に反射軸線に従って軌道に沿って反射される。図６によって示した実施形態においては、リサイクルサブシステム１８は、リレーレンズ８０の第一の部分とミラー８２とから構成されている。この実施形態においては、リサイクル光学装置の第二の部分は第一の部分１２に等しい焦点距離を有している。この実施形態においては、ミラー８２は、以前に説明した中間焦点のすぐ上方にあるリレーレンズ８０の第二の部分の結像焦点に配置されている。他の実施形態においては、リレー光学装置７４の２つの部分は、異なる焦点距離を有することができ、従って、ミラー８２の位置決めは相応して調整される。
【００３１】
リレーレンズ７４の２つの部分は、図に示されているように何らかの重なりが存在し得るので、互いに排他的である必要はない。ある光線のための入射軸線は、他の光線の反射軸線と同じリレーレンズ７４の領域を透過することができる。しかしながら、この実施形態においては、各々の特別な光は、入射軸線上のリレーレンズ７８の第一の部分から出て、反射軸線上のリレーレンズ８０の第二の部分へと進むであろう。これは、入射角Θを９０度未満に維持することによって可能であろう。これは、上記のオフレンズ構造に関して示したように、入射軸線が透反射形カラーフィルタ１２と交差する点の下方に入射軸の起点を設けることによってなすことができる。これはまた、透反射形カラーフィルタ１２を傾けることによって達成することもできる。
【００３２】
一つの実施形態においては、ミラー８２は、リレーレンズ８０の第二の部分へと戻る異なる軌道に沿ってＣ、Ｍ、Ｙのカラー帯域を反射するように若干傾けることができる。従って、リレーレンズ８０の第二の部分は、Ｃ、Ｍ、Ｙのカラー帯域を、これらが元々反射される領域と異なる領域において透反射形カラーフィルタ１２へと再導入されるであろう。透反射形カラーフィルタ１２の異なる部分における再導入によって、透過帯域を通る光の増大がもたらされる。一つの実施形態においては、ミラー８２は、透反射形カラーフィルタ１２の底部から反射された光線が上方への角度でミラーから反射されて光が透反射形カラーフィルタ１２の頂部近くへ再導入されるように設計することができる。本発明の他の実施形態においては、当該技術において知られている特別な構成方法を採用して特別な光学的構成の効率を高めることができる。
【００３３】
図７は、本発明の一実施形態に従ってディスプレイ１４に光を付与する光積分器９２を備えているカラーリサイクルサブシステムを含んでいる照明装置の簡略化された平面図である。この実施形態においては、照明装置の機能は図６のものと似ているが、ミラー８２は屈曲ミラー８６、レンズ８８及び光積分器９２と置き換えられている。光積分器８２は、図４における光積分器５８と似ている。レンズ８８は、Ｃ、Ｍ、Ｙのカラー帯域を光積分器９０の入射口に集光させることができる。ミラー９４は、光積分器９２の遠い方の端部に又はその近くに配置して、積分された光が透反射形カラーフィルタ１２上へ再導入されるまでほぼ元のリサイクル軌道に沿って反射されて戻されるようにすることができる。リサイクルされた積分光の部分は、透反射形カラーフィルタ１２の透過帯域内を透過してディスプレイ１４にぶつかることができる。
【００３４】
図８は、偏光回復とカラーリサイクルとの両方を組み合わせてなされる本発明の一実施形態を示している。この実施形態は、図６と似た光学的構成を含むことができるが、この実施形態は、透反射形偏光器９８、ミラー１０２及び１／４波長板１０４の付加によって偏光リサイクルを可能にしている。一つの偏光状態（通常はＰ−偏光）は、透反射形偏光器９８を介して透反射形カラーフィルタ１４へ透過され得る。Ｐ−偏光光線は、光の進行経路を表している線と交差する長さが短い横断線によって図面内に示されている。これらの線は、図面の面内において垂直方向に整合されている偏光ベクトルを示唆している。他の偏光状態（通常はＳ−偏光）は、ミラー１０２に向けて反射される。Ｓ−偏光光線は、図面において、光の進行経路を表す線によって相互に結合されている小さな開口した円によって示されている。これらの円は、図面の面に直角な偏光ベクトルを示唆している。
【００３５】
ミラー１０２は、次いで透反射形偏光器９８へとＳ−偏光された光を戻し、透反射形偏光器９８は、Ｓ−偏光光線を光源の方向へ反射する。オフセットレンズの構造においては、偏光方向をほぼＰ−偏光方向へ回転させる１／４波長板１０４を透過し且つ次いで透反射形偏光器９８へ向けてミラー８２によって反射されて戻され、透反射形偏光器９８において透反射形カラーフィルタ１２へと透過され得る。
【００３６】
１／４波長板１０４又は何らかの他の偏光変換装置がミラー８２と透反射形偏光器９８との間のどこにでも配置することができる。これはまた、ミラー上に配置された１／４波長板フィルム又はコーティングとすることもできる。このシステムは、コントラストを高めるあらゆる迷光Ｓ偏光光線を濾波するために、ヨー素をベースとするＰＶＡ（ポリビニルアルコール）フィルムのようなディスプレイの背後に配置された偏光分析器又はワイヤグリッド偏光器を含むことができる。分析器及び偏光フィルタはまた、特別な用途又は照明システムに適することができるようにシステムの他の位置に配置することもできる。
【００３７】
透反射形偏光器９８は、例えば、プリズムタイプ又はプレートタイプの偏光ビームスプリッタ又は別のほぼ直角な偏光状態の光のほぼ全てを反射しつつ一の偏光状態の光のほぼ全てを透過させる他の如何なるタイプの装置としても良い。プレートタイプのＰＢＳの例としては、限定的ではないが、ワイヤグリッド偏光器、コレステリック偏光器、ポリマーフィルムスタック又は誘電体コーティングスタックがある。
【００３８】
多くのタイプの透反射形偏光器及び偏光ビームスプリッタは、直交軸線間で異なる角度依存性透過範囲を有していても良い。一つの軸線例えば水平軸線においては、他の直交軸線例えば垂直軸線より大きな範囲の入射角で透過せしめることができる。上記した楕円形のホットスポット特性は、より大きな角度透過特性又はより大きな受光角が照射の角度分布と整合されるように偏光材料を適正に位置決めすることによって利用することができる。別の方法を述べると、このシステムの透過率は、ホットスポットの長手方向を特別な偏光器の高いコントラストの等コントラスト曲線の方向と適合させることによって改良することができる。このことは効率を増大させ、これは輝度及びコントラストの等しい増加によって達成することができる。
【００３９】
図９は、本発明の一実施形態による投写システム１１２に接続されたビデオユニット１１０を含んでいるシステムの簡略化された平面図である。この実施形態においては、ビデオユニット１１０は、ビデオ信号を、像映写光学系１１４及び照明装置１１６を含んでいる投写システム１１２にビデオ信号を伝達する。照明装置１１６は、本発明の教示によって記載された種々の実施形態のうちのいずれに似ていても良い。一つの実施形態においては、像映写光学系１１４は、スクリーン上に光弁を結像するために、投写レンズに結合された透過液晶光弁装置を含んでいても良い。他の実施形態においては、像映写光学系１１４は、透過ディスプレイではなく反射ディスプレイを含むことができる。ビデオユニット１１０は、パーソナルコンピュータ若しくはラップトップコンピュータ、ＤＶＤ、セットトップボックス（ＳＴＢ）、ビデオカメラ、ビデオレコーダ又はプロジェクタにビデオ信号を伝達するその他の適当な装置を含んでいても良い。このシステムは、コンピュータ形成スライド及びデジタルソースの結像のためのプロジェクタとして使用してもよいが、ゲーム、映画、テレビジョン、広告のような多くの他の用途とすることができる。
【００４０】
以上、好ましい実施形態を説明する目的で特別な実施形態を例示し且つ説明したけれども、本発明の範囲から逸脱することなく、同じ目的を達成するように作られた広範囲の代替的な及び／又は等価の具現化物をここに示され且つ説明された特別な実施形態に対して置換しても良いことが当業者に理解されるであろう。当業者は、本発明は極めて広範囲の実施形態として具現化することができることを容易に理解するであろう。本願は、ここに記載された実施形態の如何なる適合例又は変形例をも包含することを意図している。従って、本発明は特許請求の範囲及びその等価物のみによって限定されることが明らかに意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態によるディスプレイに光を付与するカラーリサイクルサブシステムを含む照明装置の簡略化した平面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の一実施形態による一時に２つの点でディスプレイ上に集光されたときにスクロールする透反射形カラーフィルタによって形成される光の図形を示している。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の一実施形態による一時に２つの点でディスプレイ上に集光されたときにスクロールする透反射形カラーフィルタによって形成される光の図形を示している。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による透反射形カラーフィルタの断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態によるディスプレイに光を付与するカラーリサイクル経路内に光積分器を含んでいる照明装置の多数の変形例の簡略化した平面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態による直接的な光路内へリサイクルされて戻された光と結合しているカラーリサイクル経路を含んでいる照明装置の多数の変形例の簡略化された平面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態によるディスプレイに光を付与するリレー光学装置及び光積分器を備えたカラーリサイクルサブシステムを含んでいる照明装置の簡略化された平面図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態によるディスプレイに光を付与するリレー光学装置及び光積分器を備えたカラーリサイクルサブシステムを含んでいる照明装置の簡略化された平面図である。
【図８】図８は、本発明の一実施形態によるディスプレイに光を付与するカラー及び偏光リサイクルサブシステムを含んでいる照明装置の簡略化された平面図である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態による像投写光学系及び照明装置を含んでいるプロジェクタシステムに接続されているビデオユニットを示しているビデオプロジェクタシステムの簡略化された平面図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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