(57)【要約】  本発明は、望ましくない光ビームの一部が画像ビームと重なる投影システムの場合に特に有用である。そのような重なりは、画像コントラストを低下させる。本発明に基づき、望ましくないビームの範囲を制限するためにアパーチャ（１２２）が用いられ、積分器（１１２）が画像表示装置（１０６）を照らす光ビームの形状を変化させる。積分器（１１２）は、アパーチャ（１２２）によって透過される照明ビームのそのような領域に光を集光させるように、照明ビームを変化させる。投影システムにおいてアパーチャおよび積分器が共に用いられると、画像輝度および画像コントラストはいずれも増大する。
2007517261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形入力光ビームによって照らされるとき、非円形出力光ビームを生成することができる積分器と、
前記非円形出力光ビームの経路に配置される画像表示ユニットと、
前記積分器と前記画像表示ユニットとの間で前記非円形出力光ビームの前記経路に配置される非円形のアパーチャと、
を備えることを特徴とする画像表示システム。
【請求項２】
前記円形入力光ビームを生成するための光源をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記積分器は、先細りのトンネル積分器であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記画像表示ユニットに入射する光を選別するために配置されるカラーフィルタユニットをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記画像表示ユニットによって生成される画像光ビームを投影するために投影レンズユニットをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記画像表示ユニットは、傾斜可能なミラーのアレイを備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記画像表示ユニットによって生成される画像光ビームを投影するために投影レンズユニットをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記画像表示ユニットと前記投影レンズユニットとの間に配置される内部全反射プリズムユニットをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記投影レンズユニットは中心を有する投影レンズ瞳を有し、前記投影レンズ瞳の前記中心は前記画像光ビームの中心光線と一致しないことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記傾斜可能なミラーはそれぞれの軸を中心にして傾斜可能であり、前記軸は枢軸に平行であることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項１１】
前記非円形出力光ビームは長軸および短軸を有し、前記長軸も前記短軸も前記枢軸に平行ではないことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記非円形出力光ビームは長軸および短軸を有し、前記長軸は前記枢軸に平行であることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記非円形のアパーチャは長寸を有するアパーチャを備え、前記非円形出力光ビームは長寸を有し、前記非円形出力光ビームの前記長寸は前記非円形のアパーチャの長寸に平行ではないことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
伝搬方向に垂直な非円形の断面を有する照明光のビームを生成することができる光源と、
照明光の前記ビームによって照らされる画像表示ユニットと、
前記非円形の断面を有する照明光の前記ビームの前記経路に配置される非円形のアパーチャと、
を備え、前記非円形のアパーチャが前記光源と前記画像表示ユニットとの間に配置されることを特徴とする光学システム。
【請求項１５】
前記画像表示ユニットは傾斜可能なミラーのアレイを備え、前記ミラーはそれぞれのミラー軸を中心にして傾斜可能であり、前記ミラー軸は枢軸に平行であることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記非円形のアパーチャは長寸を有し、前記長寸は前記枢軸に平行であることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記照明光の前記非円形の断面は長寸と、前記長寸に垂直である短寸とを画定し、前記長寸および前記短寸は前記枢軸に平行でないことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記非円形の断面を有する照明光の前記ビームは、それぞれ前記長寸および前記短寸に対応する長軸および短軸を画定する楕円形断面を有することを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記照明光の前記非円形の断面は長寸と、前記長寸に垂直である短寸と、を画定し、前記長寸および前記短寸の一方が前記枢軸に平行であることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
前記非円形の断面を有する照明光の前記ビームは、それぞれ前記長寸および前記短寸に対応する長軸および短軸を画定する楕円形の断面を有することを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記非円形の断面を有する照明光の前記ビームは、楕円形の断面を有することを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項２２】
前記光源は第１の光ビームを生成する光生成ユニットおよびトンネル積分器を備え、前記第１の光ビームは前記トンネル積分器に入力し、前記トンネル積分器からの出力が前記楕円形の断面を有する照明光の前記ビームを構成することを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項２３】
前記画像表示ユニットから受光された画像光ビームを投影するために配置される投影レンズユニットをさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項２４】
前記投影レンズユニットは中心を有する投影レンズ瞳を備え、前記投影レンズ瞳の前記中心が前記画像光ビームの中心光線と一致しないことを特徴とする請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記画像表示ユニットに入射する光を選別するために前記照明光に配置されるカラーフィルタユニットをさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記楕円形の断面は長軸を画定し、前記非円形のアパーチャは前記長軸に平行でない長寸を有することを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学ディスプレイに関し、さらに詳細には光学ディスプレイを照らすために用いられる光学システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
画像をスクリーンに投影するための投影システムは、イメージャの効率的な照明を提供するために、複数の異なる構成要素を用いる。投影システムは通常、照明光を生成するためにランプを用い、複数の光学素子がランプと画像表示装置との間に置かれ、光を画像表示装置に伝送する。画像表示装置は、光のビームに画像を載せる。異なる機構を通じて、たとえば写真スライドのように吸収によって、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のように偏光によって、または個別に対処可能で傾斜可能なミラーのマイクロメカニカルアレイのように光を逸らせることによって、この機能を達成してもよい。
【０００３】
投影システムにおいて重要な特性としては、画像の輝度およびコントラストが挙げられる。１つの特性が改善されるが、別の特性が犠牲になる場合がよくある。したがって、画像輝度における悪影響を緩和すると同時に、コントラストを増大させることができること、コントラストにおける悪影響を緩和すると同時に、画像輝度を増大させることができることが重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、望ましくない光ビームの一部が画像ビームと重なる投影システムの場合に特に有用である。そのような重なりは、画像コントラストを低下させる。本発明に基づき、望ましくないビームの範囲を制限するためにアパーチャが用いられ、積分器が画像表示装置を照らす光ビームの形状を変化させる。積分器は、アパーチャによって透過される照明ビームのそのような領域に光を集光させるように、照明ビームを変化させる。投影システムにおいてアパーチャおよび積分器が共に用いられると、画像輝度および画像コントラストはいずれも増大する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態は、円形入力光ビームによって照らされる場合には非円形出力光ビームを生成することができる積分器と、非円形出力光ビームの経路に配置される画像表示ユニットと、を有する画像表示システムに関連する。非円形のアパーチャが、積分器と画像表示ユニットとの間の非円形出力光ビームの経路に配置される。
【０００６】
本発明の別の実施形態は、伝搬方向に垂直な楕円断面を有する照明光のビームを生成することができる光源を有する光学システムに関する。画像表示ユニットは、照明光のビームによって照らされる。非円形のアパーチャが楕円断面を有する照明光のビームの経路に配置され、非円形のアパーチャは、光源と画像表示ユニットとの間に配置される。
【０００７】
本発明の上記の概要は、本発明のそれぞれの示された実施形態またはすべての実装例を説明することを目的としていない。以下の図面および詳細な説明は、これらの実施形態をさらに詳細に具体化している。
【０００８】
本発明は、添付図面と共に、本発明の種々の実施形態に関する以下の詳細な説明を考慮すれば、さらに完全に理解され、認識されると考えられる。
【０００９】
本発明は種々の修正および代替の態様に適用可能であるが、その仕様が図に一例として示され、詳細に説明される。しかし、記載された特定の実施形態に本発明を限定するわけではないことを理解すべきである。逆に言えば、添付の各請求項によって定義されるように、本発明の精神および範囲に包含されるすべての修正物、代替物および変形物を網羅するものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、画像投影システムに適用可能であり、画像を光のビームに載せるための傾斜可能なミラーのアレイを用いる画像投影システムに特に適用可能である。
【００１１】
照明光または投影光が絞られる場合には、さまざまなタイプの画像投影システムによって生成される画像のコントラストを向上させることができる。場合によっては、画像コントラストを最もよく向上させるために、絞られる瞳は円形または対称である必要はない。この一例は、傾斜可能なマイクロミラーのアレイを用いる画像表示装置である。したがって、光は、角度分離を用いて、変調された照明経路および投影経路である。そのような装置は、たとえばテキサス州プラノ（Ｐｌａｎｏ、ＴＸ）のテキサス・インスツルメント（Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）から製品面ＤＬＰ（登録商標）（ディジタルライトプロセッサ）およびＤＭＤ（登録商標）（変形可能なミラー装置）で市販されている。
【００１２】
傾斜可能なミラーアレイを用いる画像表示装置に特に有用である投影システム１００の実施形態が、図１に概略的に示されている。光源１０２は、画像表示装置１０６を照らすための光１０４を生成する。光源１０２は、アーク灯１０８および反射体１１０を備えてもよく、反射体１１０はアーク灯１０８からの光を集光し、画像表示装置１０６の光路に沿って集光された光を向ける。
【００１３】
積分器１１２は、画像表示装置１０６で照明光１０４の強度分布をより均一にするために用いられる。積分器１１２は、トンネル積分器であってもよい。光１０４は、入射端１１４でトンネル積分器１１２に入射し、出力端１１６から出射する。光は、発せられる照明光１１８が名目上出力端１１６で均一となるように、トンネル積分器１１２の反射壁から複数回反射することによって均質化される。積分器１１２は、たとえば、 中空の反射トンネルから形成されてもよく、前面反射体がトンネル壁を画定する。出力光１１８は、トンネル内部の前面反射体からの複数回の反射によって均質化される。別の手法において、トンネル積分器１１２は、中実の透明本体、たとえばガラス本体から形成されてもよく、出力光１１８が透明本体の壁からの内部全反射によって均質化される。中実の本体はまた、その壁に反射性コーティングを設けて、光の反射が内部全反射のみに依存しないようにしてもよい。積分器１１２は、その中を通過する光ビームの形状を変化させることができる。たとえば、光源１０２からの入力光ビーム１０４の形状が円形である場合には、均質化された光ビーム１１８は円形ではない。均質化された光ビーム１１８は、たとえば、楕円形であってもよい。トンネル積分器における非円形の均質化されたビームの生成については、図３を参照して以下にさらに詳細に説明する。
【００１４】
光学中継光学素子１２０は、均質化された出力光１１８を画像表示装置１０６に中継するために用いられる。光学中継光学素子１２０は、画像表示装置１０６の画像面に積分器１１２の出力端１１６の画像を中継するように通常配置される。したがって、積分器１１２は、出力アパーチャを有してもよく、そのアスペクト比は画像表示装置１０６のアスペクト比に適合する。アパーチャ１２２は、積分器１１２と画像表示装置１０６との間に配置されてよい。
【００１５】
カラーセレクタ１２４は、ランプ１０８と画像表示装置１０６との間のいくつかの点に位置決めされてもよい。示された実施形態において、カラーセレクタ１２４は、積分器１１２の入力端１１４付近に配置される。カラーセレクタ１２４は、一度に一つのみの色帯の光を透過し、制御ユニット１３６の制御下で画像表示装置１０６は選択された色帯に対応する画像を同時に載せる。その短時間後、次の色帯がカラーセレクタ１２４によって選択され、画像表示装置は該当する次の色帯に対応する画像を同時に載せる。この過程が、すべての色帯に関して繰り返され、各連続画像フレームに関して繰り返される。どの時点において１色のみが投影される場合であっても、目視者の目は結果として生じる画像を統合し、多色画像を見る。カラーセレクタ１２４は、所望の色帯を選択するための任意の適切な装置であってもよい。たとえば、カラーセレクタ１２４は、カラーホイール、異なる色帯の光を透過することができるようにするために異なる位置まで回転するカラーフィルタであってもよい。他のタイプのカラーセレクタもまた、用いてもよい。
【００１６】
示された実施形態において、画像表示装置１０６は、傾斜ミラーアレイである。均質化された照明光１１８は、たとえば米国特許第５，５５２，９２２号明細書（参照によって本願明細書に援用される）に記載したような内部全反射（ＴＩＲ）プリズム１２６を介して、画像表示装置１０６に向けられてもよい。画像表示装置１０６のミラーは、２つの傾斜状態、すなわちオン状態およびオフ状態を有する。オン状態にあるミラーによって反射された光１２８は、ＴＩＲプリズム１２６および補償プリズム１３０によって投影レンズシステム１３２に向けられる。オフ状態にあるミラーによって反射された光１３４は投影レンズシステム１３２を外れる方向にプリズム１２６および１３０によって向けられることから、棄却されるオフ光１３４は投影されない。制御ユニット１３６は、画像表示装置１０６に接続され、ミラーアレイにおけるミラーの配向を制御し、ひいては画像光１２８に載せる画像を制御する。制御ユニット１３６はまた、画像の異なる部分の輝度を制御するために、オン状態で多少時間を費やして、個別のミラーを制御してもよい。
【００１７】
ここで、傾斜ミラーアレイについて、図２Ａおよび図２Ｂを参照してさらに詳細に説明する。図２Ａは、反射ミラー２０２のアレイを有する傾斜ミラーアレイ２００の実施形態の図を示す。各ミラー２０２は、ミラー２０２の２つの対角線の隅に位置している蝶番２０４を中心にして枢動可能であるように取り付けられる。動作において、オン電圧がミラー２０２に印加されると、ミラー２０２は図２Ｂの位置２０２ａとして示されるオン位置まで回転する。ミラー２０２がオン位置にあるとき、光源２１７からの光２１８はミラー２０２によってオン光２２８として投影レンズシステム２３２に向けられる。オフ電圧がミラー２０２に印加されると、ミラー２０２は位置２０２ｂとして示されるオフ位置まで回転する。ミラー２０２がオフ位置にあるとき、棄却光２３４は投影レンズシステム２３２のアパーチャに入射しないように向けられる。棄却光２３４は迷光による問題を低減するように光トラップ２３６に入射してもよい。
【００１８】
ミラー２０２に印加される電圧がない場合には、ミラー２０２は図２Ｂの位置２０２ｃとして示される平面位置に移動してもよい。そのような場合には、ミラー２０２に入射する任意の光は、オン光２２８とオフ光２３４との間の方向に非調光２３８として向けられる。
【００１９】
あるタイプの傾斜ミラーアレイ２００において、平面位置２０２ｃのいずれかの側までミラー２０２を１２°回転することができる。ここで採用された決まりは、照明光２１８が−２４°の方向においてミラー２０２に入射することと、オン光２２８が非調光平面位置２０２ｃに垂直な０°の方向に向けられることと、非調光２３８が＋２４°に向けられ、オフ光２３４が＋４８°に向けられることである。さらに一般には、ミラー２０２を角度θ傾斜することができる場合には、照明光２１８は角度−２θでミラー２０２に入射し、オン光２２８が０°の方向に伝搬し、非調光が＋２θの方向に伝搬しオフ光２３４が＋４θの方向に伝搬する。
【００２０】
照明光によって照らされるとき、傾斜されるミラーアレイ２００は一般に、ミラー２０２の配向に関係なく、非調光方向に一部の光を反射する。光が非傾斜面、たとえば、ミラー２０２が取り付けられる基板およびミラー２０２を包囲するフレームなどから光が反射されるため、この非調光が生じる。
【００２１】
光ビームの形状を変化させることができる積分器３００の一例が、図３に概略的に示されている。積分器３００は、トンネル積分器であり、軸３０２の上に配置される。積分器３００の２つの側面３０４ａおよび３０４ｂは、軸３０２に対して角度αに設定されることから、軸３０２に平行ではない。他の側面３０６ａおよび３０６ｂは、軸３０２に平行である。したがって、入射アパーチャ３０８はｘおよびｙの寸法を有し、出射アパーチャ３１２はｘおよびｙ’の寸法を有する。尚、ｙ’＞ｙである。システムのエテンデュが保存されるため、大きな出力のアパーチャは出力ビームにおける発散を低減する結果となる。したがって、入力ビーム３１０が円形の角度分散を有するとき、出力ビーム３１４は１次元に圧縮される角度分散を有する。示された実施例において、出力ビーム３１４は楕円形の角度分散を有し、楕円ビームとして出力アパーチャ３１２から伝搬する。先細りのトンネル積分器は、本願明細書に参照によって援用される米国特許第５，６２５，７３８号明細書にさらに詳細に記載される。
【００２２】
入力ビームの形状を変化させるために、他のタイプの積分器を用いてもよいことは十分に認識されよう。たとえば、積分器は、正方形または矩形ではない断面形状を有するトンネル積分器であってもよい。トンネル積分器は、たとえば、円形入力端を有し、楕円形出力端を有するように１次元において先細りになった本体を有してもよい。
【００２３】
積分器からの楕円形出力ビームは、ここで図４Ａ、図４Ｂおよび図５Ａ〜図５Ｄを参照して記載するように、輝度およびコントラストを上昇させるためのコントラスト上昇瞳と共に用いてもよい。投影システムの異なる瞳およびアパーチャと形状変更用積分器の相互作用は相当複雑であるため、以下の詳細は本発明の投影システムをステップごとに説明する。
【００２４】
等価な投影システム４００の図が、図４Ａに概略的に示されている。等価な投影システム４００は、システムの瞳およびアパーチャと共に積分器を用いることについて記載するために用いられるさまざまな素子を保持するが、明確にするために、この説明にとって不要な素子を省略する。
【００２５】
光源４０２によって生成される光４０４は、積分器４０８を介して画像表示装置４０６へ伝搬する。光４０４は、軸４１０に平行な方向において画像表示装置４０６に入射する。光は、３方向のうちの１方向に画像表示装置４０６から反射される。オンミラー状態に対応する画像光４１２は、軸４１０に対して平行に最も近い位置にある。オフミラー状態に対応する棄却光４１４は、軸４１０に対して平行から最も遠い位置にある。非調光４１６は、画像光４１２と棄却光４１４との間にある。アパーチャ４１８は、投影レンズシステムの瞳を表す。説明のこの段階では、トンネル積分器４０８は照明光ビーム４０４の形状を変化させないと仮定される。
【００２６】
破線によって表される軸４１０に垂直な平面、たとえば平面４１９におけるさまざまな光ビームの相対的な位置決めが、図５Ａに概略的に示される。図は、照明光ビーム４０４、画像光ビーム４１２、棄却光ビーム４１４および非調光ビーム４１６を示す。画像光ビーム４１２は、投影レンズ瞳４１８の中心に配置され、投影レンズ瞳４１８を満たす。
【００２７】
傾斜ミラーアレイに関する１つの問題点は、非調光４１６は反射されるだけでなく、ミラーアレイの規則的なパターンのために拡散もする。したがって、非調光ビーム４１６は、斜線領域として概略的に示される回折光４２０の領域によって包囲される。回折光４２０の領域の実際の形状は、複数の要因に左右され、示されているように正確である必要はない。回折光４２０は、画像光ビーム４１２の一部および棄却光ビーム４１４の一部と重なる。回折光が画像光ビーム４１２と重なる範囲は、画像表示装置４０６におけるミラーのサイズおよび間隔をはじめとする複数の要因に左右される。より高い解像度の画像には、より小さなミラーが必要であり、このことは回折角度の増大につながる。したがって、画像表示装置の解像度が増大するにつれて、回折光４２０は画像ビーム４１２にさらに入り込む。重なっている回折光４２０は、画像が暗くなる光を取り入れることができることから、画像のコントラストを低下させ、したがって、画像の暗い状態は望ましい状態より高い光強度を有する場合がある。
【００２８】
回折光４２０が画像光と重なる範囲を狭める１つの方法は、画像表示装置４０６およびレンズ瞳４１８を同一位置に保持すると同時に、画像表示装置４０６における照明光ビーム４０４の入射角度を変化させることである。回転された光源４０２ａおよび積分器４０８ａが、図４Ｂに破線で示されている。入射光ビーム４０４ａが軸４１０に対して−β回転される場合には、結果として生じる画像光ビーム４１２ａ、棄却光ビーム４１４ａおよび非調光ビーム４１６ａはすべて＋β回転される。回転された光ビーム４０４ａ、４１２ａ、４１４ａおよび４１６ａが、破線を用いて図４Ｂに示されている。この回転の結果、画像光ビーム４１２ａ、棄却光ビーム４１４ａおよび非調光ビーム４１６ａはすべて、図５Ｂに示されるように、レンズ瞳４１８に対して移動する。さらに、回折光４２０ａは、レンズ瞳の中心から離れるように移動されることから、回折光４２０ａがレンズ瞳４１８と重なる範囲は、図５Ａの状況に対して狭められる。画像光ビーム４１２ａの移動により、図５Ａに示される状況に比べて、画像における輝度のある程度の損失を生じるが、傾斜可能なミラーが角度±１２°傾斜可能である場合には、約２°〜３°の範囲にあるβの回転により、輝度はわずかな減少で済み、画像コントラストは著しく増大する結果となる。βの許容可能な値は、特定の用途に左右される可能性がある。βのより高い値は、輝度の低下をもたらす。
【００２９】
照明ビーム４０４ａに非円形の照明アパーチャ４２２を持ち込むことによって、コントラストのさらなる向上を達成してもよい。アパーチャ４２２は、傾斜ミラーが取り付けられるトーションヒンジに平行な長寸およびトーションヒンジに垂直な短寸を有する。そのようなアパーチャは、米国特許第５、４４２，４１４号明細書および「ＤＬＰ（商標）投影システム光学素子コントラスト上昇技術（ＤＬＰＴＭ  Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ−Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）」適用報告（２００１年６月、テキサス・インスツルメント（Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）公開）にさらに記載され、いずれの参考文献も参照によって本願明細書に援用される。照明アパーチャ４２２は、投影レンズ瞳４１８と重なる回折光４２０ａの当該部分に寄与する照明ビーム４０４ａの少なくとも一部を遮断するために用いられる。また、画像ビーム４１２ａが投影レンズ瞳４１８からずれるため、画像ビーム４１２ａの一部は瞳４１８に入射しない。したがって、瞳４１８に入射しない画像ビーム４１２ａの一部に寄与する照明ビーム４０４ａの当該部分もまた、アパーチャ４２２によって遮断されることができる。
【００３０】
図５Ｃは、アパーチャ４２２が投影システム４００内部で異なるビームの断面形状にどのように影響するかを示す。図５Ｃは、アパーチャ４１８が「猫目」形状を有し、長寸が軸４２４に対して平行であると仮定する。しかし、他の形状のアパーチャ４１８もまた、用いてもよいことは十分に認識されよう。ビーム４０４ｂは、猫目アパーチャ４１８を通過した後の照明光の形状および位置を示す。ビーム４１２ｂ、４１４ｂおよび４１６ｂは、アパーチャ４２２の使用から生じ、アパーチャードビームと呼ばれる。アパーチャ４２２によって遮断される光ビーム４０４ａ、４１２ａ、４１４ａおよび４１６ａの一部４２６が、図に記されている。アパーチャード画像ビーム４１２ｂは、照明ビーム４０４ｂと同一の形状を有し、示された実施形態において、アパーチャード画像ビーム４１２ｂの一方のエッジが投影レンズの瞳４１８に適合する。また、アパーチャードの棄却ビーム４１４ｂおよびアパーチャード非調光ビーム４１６ｂは、アパーチャード照明ビーム４０４ｂと同一の形状を有する。アパーチャード非調光ビーム４１６ｂから生じるアパーチャード回折光４２０ｂは、非アパーチャード回折光４２０ａより小さい瞳４１８に延在し、瞳から共に遮断されてもよい。瞳４１８に入射する回折光の量が少ないため、画像のコントラストがさらに増大される。
【００３１】
積分器を用いて、より多くの光で画像表示装置を照らすように、照明ビームの形状を変化させてもよい。そのような積分器については、図３を参照して上述した。積分器４０８ａがたとえば先細りのトンネル積分器である場合には、照明ビームの形状は楕円であるように改変されてもよい。結果として生じる照明ビーム４０４ｃが、図５Ｄに示されている。アパーチャ４２２によって遮断される楕円ビーム４０４ｃの当該部分４２８には、ラベルがつけられる。楕円形ビーム４０４ｃは、表示される画像のエッジに平行な長軸４３０を有すると同時に、アパーチャ４１８の軸４２４が画像表示装置４０６の傾斜可能なマイクロミラーの蝶番に平行に向けられる。したがって、楕円形ビーム４０４ｃの長軸４３０は、アパーチャ４１８の軸４２４に平行ではない。
【００３２】
アパーチャード楕円形照明ビーム４０４ｃは、先細りの積分器４０８ａによって設定されるその形状を画像表示装置４０６のアスペクト比に略適合させる。ビーム４０４ｃが楕円形であるとき、より多くの光がアパーチャ４２２を通過するため、先細りの積分器４０８ａの使用は、投影される画像をより明るくする結果となる。
【００３３】
画像表示装置４０６の画像生成領域４０６ａの投影が、図５Ｄおよび図５Ｅに示される角度空間における形状に重ねられる。画像生成領域４０６ａは、画像表示装置４０６の領域が傾斜可能なミラーによって覆われる当該領域である。画像生成領域４０６ａは、図５Ｄおよび図５Ｅに破線で示される。明確にするために、画像生成領域４０６ａの投影は、図５Ａ〜図５Ｃから省略される。
【００３４】
積分器４０８ａから出力される光の発散は少なくとも１次元において狭められ、先細りのトンネル積分器に関連する光損失は先細りでないトンネル積分きの光損失と略同一であると仮定すると、照明ビーム４０４ｃの強度は照明ビーム４０４ｂの強度より高い。したがって、より多くの照明光が画像表示装置４０６の画像生成領域４０６ａに位置するアパーチャ４２２を通過するため、結果として生じる画像はより明るい。したがって、光ビームの形状を変化させる先細りのトンネル積分器などの積分器の使用により、より明るい画像を生成することができる。先細りのトンネル積分器が先細りでないトンネル積分器より多い光損失をもたらす場合であっても、増大した損失が先細りの積分器の使用から生じる増大した強度以下である限り、先細りのトンネル積分器を用いることに依然として利点があると考えられることは十分に認識されよう。
【００３５】
画像表示装置４０６がワイドスクリーンテレビ画像を投影するために用いられている場合には、画像生成領域４０６ａのアスペクト比は、たとえば１６：９であってもよい。ビーム４１２、４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃ、４１４、４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃ、４１６、４１６ａ、４１６ｂおよび４１６ｃは、画像表示装置４０６自体から任意の開口の影響を生じることなく示されることを十分に認識されよう。
【００３６】
ビーム４１２ｃ、４１４ｃおよび４１６ｃは、アパーチャ４２２および先細りのトンネル積分器４０８ａの使用から生じ、アパーチャード楕円形ビームと呼ばれる。アパーチャード楕円形ビーム４１２ｃは、アパーチャード楕円形照明ビーム４０４ｃと同一の形状を有する。また、アパーチャード楕円形の棄却ビーム４１４ｃおよびアパーチャード楕円形の非調光ビーム４１６ｃは、アパーチャード楕円形照明ビーム４０４ｃと同一の形状を有する。パーチャ型楕円形の非調光４１６ｃから生じるアパーチャード回折光４２０ｃは、瞳４１８まで延在しない。瞳４１８に入射する回折光の量が低減されるため、画像のコントラストがさらに増大される。したがって、非円形のアパーチャ４２２および先細りのトンネル積分器４０８ａの組み合わせは、輝度の増大およびコントラストの増大の両方を結果として生じる。
【実施例】
【００３７】
先細りのトンネル積分器および猫目アパーチャを用いることの有効性を、数値モデルを用いて検証した。モデルでは、先細りのトンネル積分器への入力は、４．５ｍｍ×４．５ｍｍであると仮定され、その出力は４．５ｍｍ×８ｍｍであり、１６：９のアスペクト比に対応する。先細りのトンネル積分器の側面は、図３に示される実施形態のように平坦であると仮定された。エテンデュがトンネル積分器を通過するときに保持されるため、出力アパーチャが１次元においてより大きいという事実は、その寸法の光の発散を低減する結果となる。したがって、出力光は、長軸長さに対する短軸長さの比が出力アパーチャの幅および高さの比に等しい楕円形に押し込められる。したがって、楕円形ビームの長軸に対する短軸の比は、４．８／８＝０．５６２５である。
【００３８】
円形ビーム４０４ａの相対面積を１と見なすと、楕円形ビーム４０４ｃは０．５６２５の相対面積を有する。猫目を通過した後の円形ビームの面積は０．７８８であり、猫目アパーチャを通過した後の楕円形ビームの面積は０．５２６２である。したがって、楕円形ビームの９３．５％（＝０．５２６２／０．５６２５）が猫目を通過するのに対し、円形ビームの７８．８％のみが猫目を通過する。したがって、画像表示装置を照らす効率は、楕円形ビームが用いられる場合より著しく高い。したがって、先細りのトンネル積分器の使用は、照明ビームを傾斜することから生じる輝度の損失を少なくとも部分的に補償する。
【００３９】
上述した投影システムに比べて、投影システムの複数の変型を用いて、請求項の範囲内に依然として収まるようにしてもよい。たとえば、非円形のアパーチャは猫目アパーチャである必要はなく、画像光ビームを重ねる回折光の量を低減するのに依然として効果的であると同時に、他の形状に形成されてもよい。さらに、積分器は楕円形ビームを生成する必要はなく、光ビームの他の非円形の形状を生成してもよい。
【００４０】
さらに、傾斜可能なミラーアレイは画像表示装置によって形成される画像に対する対角線に設定されるトーションヒンジを有する必要はなく、蝶番は画像の側面の一方に平行であってもよい。そのような場合には、非円形のアパーチャの長寸は蝶番に平行に設定されてもよく、その結果、楕円形ビームの長軸が非円形のアパーチャの長寸に平行であってもよい。そのような状況が、図５Ｅに概略的に示され、図５Ｅは非円形のアパーチャ４２２の長寸４２４に平行な長軸４３０を有する非円形のビーム４０４ｄを示す。示された実施形態において、積分器４０８ａからのビーム４０４ｄは、アパーチャ４２２をわずかに満たしすぎることから、ビーム４０４ｄの一部４２８がアパーチャ４２２によって遮断される。画像ビーム４１２ｄは、アパーチャ４２２の投影サイズである。画像生成領域４０６ａビーム４０４ｄの長軸４３０に平行であるエッジを有し、その結果、画像表示装置４０６は図５Ｃに示される状況より効率的に照らされる。また、回折光４２０ｄは、非調光ビーム４１６ｄを備えるように提供され、棄却光ビーム４１４ｄが存在する。
【００４１】
上記で提供された説明は非円形のアパーチャに入射する非円形の照明ビームを生成するための先細りのトンネル積分器の使用について記載しているが、本発明はそれに限定されるわけではない。搬方向に垂直な非円形の断面を有する光ビームを生成することができる光源はまた、たとえば、屈折光学素子、拡散光学素子、または他の反射光学素子、たとえば湾曲した反射光学素子を用いて、光の非円形のビームを生成するための他の手法を用いてもよい。
【００４２】
本発明は、上述の特定の実施例に限定されるものと考えるべきではなく、添付請求項に完全に記載されているように、本発明のすべての態様を網羅するものと理解すべきである。本発明が適用可能と思われる種々の修正、等価な工程のほか、さまざまな構造は、本願明細書を検討すれば、本発明が関係する当業者には容易に明白となるであろう。請求項は、そのような修正および装置を網羅することを目的としている。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の原理による投影システムの実施形態を概略的に示す。
【図２Ａ】傾斜可能なマイクロミラーのアレイを概略的に示す。
【図２Ｂ】傾斜可能なミラーアレイがどのように画像光ビーム、棄却光ビームおよび非調光ビームを生成するかを概略的に示す。
【図３】本発明の原理による光ビームの形状を変化させる光積分器の実施形態を概略的に示す。
【図４Ａ】本発明の原理を説明するために用いられる等価な光学システムの実施形態を概略的に示す。
【図４Ｂ】本発明の原理を説明するために用いられる等価な光学システムの実施形態を概略的に示す。
【図５Ａ】投影システムにおける照明光ビーム、画像光ビーム、棄却光ビームおよび非調光ビームの位置および形状を概略的に示す。
【図５Ｂ】投影システムにおける照明光ビーム、画像光ビーム、棄却光ビームおよび非調光ビームの位置および形状を概略的に示す。
【図５Ｃ】投影システムにおける照明光ビーム、画像光ビーム、棄却光ビームおよび非調光ビームの位置および形状を概略的に示す。
【図５Ｄ】本発明の原理による投影システムの異なる実施形態における照明光ビーム、画像光ビーム、棄却光ビームおよび非調光ビームの位置および形状を概略的に示す。
【図５Ｅ】本発明の原理による投影システムの異なる実施形態における照明光ビーム、画像光ビーム、棄却光ビームおよび非調光ビームの位置および形状を概略的に示す。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【国際調査報告】
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