(57)【要約】投影装置（１０）は、第１、第２及び第３照明ビームを供給するための第１、第２及び第３光源（２０）を備える照明部を有する。第１、第２及び第３成分波長変調部は、第１、第２及び第３変調成分波長ビームのそれぞれを供給するように対応する照明を変調する。各々の成分波長変調部は、少なくとも第１、第２及び第３部分にセグメント化された単色透過性液晶変調パネル（１１８）の一部を用いている。成分波長照明の経路内の成分波長偏光子は、単色透過性液晶変調パネルの対応する部分の方に偏光光を実質的に方向付ける。照明経路フレネルレンズは、単色透過性液晶変調パネルの対応する部分を介して成分波長偏光子から入射する照明をフォーカシングする。分析器（１５４）は、変調された成分波長ビームの偏光を調整する。レンズは、表示面（４０）への投影のために画像を生成する。
2008541150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明部であって、
第１照明ビームを供給する第１光源と、
第２照明ビームを供給する第２光源と、
第３照明ビームを供給する第３光源と、
を有する照明部；並びに
第１、第２及び第３成分波長変調部であって、各々の成分波長変調部は、対応する第１、第２又は第３波長照明を受け入れ、第１、第２又は第３変調成分波長ビームのそれぞれを供給するように前記の対応する波長照明を変調し、各々の成分波長変調部は、
少なくとも第１部分、第２部分及び第３部分にセグメント化されていて、各々の部分が各々の他の部分と空間的に離れている、単色透過性液晶変調パネル部分と、
対応する前記単色透過性液晶変調パネル部分に対して実質的に偏光された光を方向付けるための前記成分波長照明の経路における成分波長偏光子と、
前記成分波長偏光子から前記対応する単色透過性液晶変調パネル部分を介して入射照明をフォーカシングするための照明経路フレネルレンズと、
前記変調成分波長ビームの偏光を調整するための分析器と、
表示面への投影のために画像を生成するためのレンズと、
を有する、第１、第２及び第３成分波長変調部；
を有する、投影装置であって、
前記表示面において生成される画像は、複数の重ね合わされた成分波長ビームを有する；
投影装置。
【請求項２】
請求項１に記載の投影装置であって、前記光源はレーザである、投影装置。
【請求項３】
請求項１に記載の投影装置であって、前記光源は発光ダイオード（ＬＥＤ）である、投影装置。
【請求項４】
請求項１に記載の投影装置であって、前記透過性液晶変調器は薄膜トランジスタを有する、投影装置。
【請求項５】
請求項１に記載の投影装置であって、少なくとも１つの成分波長偏光子は前記単色透過性液晶変調パネルから間隔を置いている、投影装置。
【請求項６】
請求項１に記載の投影装置であって、少なくとも１つの分析器はワイヤグリッド偏光装置である、投影装置。
【請求項７】
請求項６に記載の投影装置であって、前記薄膜トランジスタは有機薄膜トランジスタである、投影装置。
【請求項８】
請求項６に記載の投影装置であって、前記薄膜トランジスタはカーボンナノチューブを有する、投影装置。
【請求項９】
請求項６に記載の投影装置であって、前記ワイヤグリッド偏光装置のワイヤ面側は前記液晶変調パネルの方に向いている、投影装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の投影装置であって、少なくとも１つの成分波長偏光子はワイヤグリッド偏光装置である、投影装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の投影装置であって、前記ワイヤグリッド偏光装置のワイヤ面側は前記液晶変調パネルの方に向いている、投影装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の投影装置であって、少なくとも１つの照明経路フレネルレンズは前記単色透過性液晶変調パネルから間隔を置いている、投影装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の投影装置であって：
前記複数の重ね合わされた成分波長ビーム間のオフセットを検出するためのセンサ；及び
前記オフセットを補償するように前記単色透過性液晶変調パネルにおける第１又は第２部分の少なくとも一の位置を移動するための画像化制御処理器；
を更に有する、投影装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の投影装置であって：
前記複数の重ね合わされた成分波長ビーム間のオフセットを検出するためのセンサ；及び
前記オフセットを補償するようにレンズ位置を調整するために少なくとも１つの投影レンズに結合されているアクチュエータ；
を更に有する、投影装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の投影装置であって、前記成分波長変調部の少なくとも１つは、変調ビームフレネルレンズを更に有する、投影装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の投影装置であって、前記変調ビームフレネルレンズはガラスである、投影装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載の投影装置であって、前記変調ビームフレネルレンズは交差する円筒形フレネルレンズを有する、投影装置。
【請求項１８】
請求項１に記載の投影装置であって、前記変調ビームフレネルレンズを更に有し、前記変調ビームフレネルレンズは交差する円筒形フレネルレンズを有する、投影装置。
【請求項１９】
請求項１に記載の投影装置であって、前記変調ビームフレネルレンズの少なくとも１つはガラスである、投影装置。
【請求項２０】
請求項１に記載の投影装置であって、少なくとも１つの成分波長変調部における前記分析器はワイヤグリッド偏光ビームスプリッタを有する、投影装置。
【請求項２１】
請求項１に記載の投影装置であって、前記照明部はシャッタを更に有する、投影装置。
【請求項２２】
請求項１に記載の投影装置であって、補償器を更に有する、投影装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の投影装置であって、前記補償器は、前記変調パネルと前記少なくとも１つの成分波長偏光子との間に置かれている、投影装置。
【請求項２４】
請求項２２に記載の投影装置であって、前記補償器は膜に基づく構成要素である、投影装置。
【請求項２５】
請求項２２に記載の投影装置であって、前記補償器は複数誘電体薄膜積層物に基づく構成要素である、投影装置。
【請求項２６】
請求項２２に記載の投影装置であって、前記補償器は第１成分波長の照明の経路内にある、投影装置。
【請求項２７】
請求項２２に記載の投影装置であって、前記補償器は変調成分波長ビームの経路内にある、投影装置。
【請求項２８】
請求項１に記載の投影装置であって、前記分析器は前記液晶変調パネルから距離を置いている、投影装置。
【請求項２９】
請求項１に記載の投影装置であって、少なくとも１つの分析器は反射性偏光ビームスプリッタである、投影装置。
【請求項３０】
請求項１に記載の投影装置であって、前記照明経路フレネルレンズはガラスである、投影装置。
【請求項３１】
請求項２２に記載の投影装置であって、前記補償器は形成された複屈折構造を有する、投影装置。
【請求項３２】
請求項１に記載の投影装置であって、前記第１、第２及び第３成分波長変調部は投影レンズによる投影のための中間画像を生成する、投影装置。
【請求項３３】
請求項１に記載の投影装置であって、前記単色透過性液晶変調パネルは、第１面における第１反射防止コーティング及び第２面における第２反射防止コーティングを有する、投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、電子投影に関し、特に、フルカラー投影画像を形成するために単独のＬＣ変調パネルを用いる電子投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶（ＬＣ）技術は、単色の英数字ディスプレイパネルからラップトップコンピュータまで、更には大掛かりなフルカラーディスプレイに至るまで、多くの表示アプリケーションに役立つように成功裏に利用されてきている。よく知られているように、ＬＣ装置は、各々の対応する画素について入射光の偏光状態を選択的に変調することにより画素のアレイとして画像を生成する。ＬＣ技術の継続的な改善により、低コスト、改善された歩留まり及び信頼性、低減された消費電力、及び、例えば、解像度、速度及びカラー等の着実に改善されている画像化特性がもたらされている。
【０００３】
ラップトップ及び大きいディスプレイ装置のために一般に用いられるＬＣディスプレイ構成要素の１つの種類は、所謂、“直視型”ＬＣＤパネルであり、その“直視型”ＬＣＤパネルにおいては、液晶層はガラス又は他の透明な材質の２つのシートの間に挟まれている。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）技術における継続的な改善は、単独のガラスペイン（ｐａｎｅ）の領域に対するトランジスタの高密度配置を可能にする直視型ＬＣＤパネル
について有利であることが分かった。更に、より薄い層及びより速い応答時間を可能にする新しいＬＣ材料が開発されてきている。このことはまた、改善された解像度及び増加した速度を有する直視型ＬＣＤパネルをもたらす役割を果たしている。それ故、改善された分解能を有し、カラーであって、より大きく、高速であるＬＣＤパネルが、フルモーション画像化のために成功裏に利用されることが求められている。
【０００４】
代替として、微細化及びマイクロリソグラフィ技術の利用により、種々の種類のＬＣ装置の開発が可能になっている。ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）技術は、シリコン回路の構造化された背面板に対して液晶材料を封止することにより高密度の空間光変調器の開発を可能にした。本質的には、ＬＣＯＳ製造技術は、ＬＣ設計技術をＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）製造過程と結び付けるものである。
【０００５】
ＬＣＯＳ技術を用いる場合、典型的に、１平方インチより小さい領域の画像化を有するＬＣチップは、数百万個の画素を有する画像を生成することができる。シリコンエッチング技術の比較的成熟したレベルが、高速及び優れた解像度を示すＬＣＯＳ装置の急速な開発について有利であることが分かった。ＬＣＯＳ装置は、リア投影テレビ及びビジネス投影装置のようなアプリケーションにおける空間光変調器として用いられてきた。
【０００６】
ディジタルシネマの出現及び関連電子撮影機会が獲得により、電子投影装置の開発に対してかなり注目されるようになっている。従来のシネマ品質のフィルムプロジェクタに競合する代替のものを提供するためには、ディジタル投影装置は、高度な性能の規格、高解像度の提供、広い色域、高輝度及び１００対１を上回るフレーム順次コントラスト比に適合する必要がある。それらの有利点には、比較的大きい装置サイズ、画素間の小さいギャップ及び有利な装置歩留まりが含まれる。
【０００７】
図１を参照するに、ＬＣＯＳ  ＬＣＤ装置を用いる従来の電子投影装置１０の模式的なブロック図が示されている。各々の色経路（ｒ：赤色、ｇ：緑色、ｂ：青色）は、変調光ビームを生成するために同じ構成要素を用いる。各々の経路における個々の構成要素は、適切に、添え字ｒ、ｇ又はｂを添えて参照符号付けされている。赤色経路にしたがうと、赤色光源２０ｒが非変調光を発生し、その非変調光は、均一な照明を与えるように光学系２２ｒを均一化することにより調整されている。偏光ビームスプリッタ２４ｒは、画素位置のアレイに亘って入射赤色光の偏光状態を選択的に変調する空間光変調器３０ｒに適切な偏光状態を有する光を方向付ける。空間光変調器３０ｒの機能はフルカラー画像の赤色成分を生成することである。偏光ビームスプリッタ２４ｒを通る光軸Ｏｒに沿って透過する、この画像からの変調光は、ダイクロイックコンバイナ２６、代表的には、Ｘキューブ又はＰｈｉｌｉｐｓ社製のプリズムの方に方向付けられる。ダイクロイックコンバイナ２６は、投影スクリーンのような表示面４０への投影のために共通の光軸Ｏにしたがって投影レンズ３２に対して結合されたマルチカラー画像を生成するように個別の光軸Ｏｒ／Ｏｇ／Ｏｂからの赤色、緑色及び青色変調画像を結合する。青色及び緑色変調のための光路は同じである。均一光学系２２ｇにより条件付けられている緑色光源２０ｇからの緑色光は、空間光変調器３０ｇの方に偏光ビームスプリッタ２４ｇを介して方向付けられている。光軸Ｏｇにしたがって透過されたこの画像からの変調光はダイクロイックコンバイナ２６の方に方向付けられている。同様に、均一光学系２２ｒにより条件付けられている緑色光源２０ｒからの緑色光は、空間光変調器３０ｒの方に偏光ビームスプリッタ２４ｒを介して方向付けられている。光軸Ｏｒにしたがって透過されたこの画像からの変調光はダイクロイックコンバイナ２６の方に方向付けられている。
【０００８】
図１の構成に類似する構成を有するＬＣＯＳ  ＬＣＤ空間光変調器を用いる電子投影装置の例としては、米国特許第５，８０８，７９５号明細書（Ｓｈｉｍｏｍｕｒａ等による）、米国特許第５，７９８，８１９号明細書（Ｈａｔｔｏｒｉ等による）、米国特許第５，９１８，９６１号明細書（Ｕｅｄａによる）、米国特許第６，０１０，２２１号明細書（Ｍａｋｉ等による）、米国特許第６，０６２，６９４号明細書（Ｏｉｋａｗａ等による）、米国特許第６，１１３，２３９号明細書（Ｓａｍｐｓｅｅｌｌ等による）及び米国特許第６，２３１，１９２号明細書（Ｋｏｎｎｏ等による）に開示されているものがある。
【０００９】
上記の特許文献の各々が示すように、動画像の品質の進展は、ＴＦＴに基づく直視型ＬＣパネルを用いる解決方法の方ではなく、ＬＣＯＳ  ＬＣＤ技術の方にそれらの特許文献の注目及びエネルギーが向けられている。これについてははっきりとした明確な多くの理由がある。例えば、できるだけコンパクトな投影を生成するための必要条件は、ＬＣＯＳ  ＬＣＤ又はディジタルマイクロミラーのような他の種類のコンパクトな装置等の小型空間光変調器を含む小型構成要素の進展を求めるものである。典型的には、１０乃至２０μｍの範囲内のサイズの画素を有するかなりコンパクトな画素配列は、単独のＬＣＯＳ  ＬＣＤが、２０４８ｘ１０２４又は４０９６ｘ２０４８の画素の領域の画像若しくはディジタルシネマ投影のためのＳｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｍｏｔｉｏｎ  Ｐｉｃｔｕｒｅ  ａｎｄ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ（ＳＭＰＴＥ）仕様により必要である以上の大きい投影スクリーンのために十分な解像度を与えることを可能にする。対応するものである直視型ＬＣＤパネル以上にＬＣＯＳ  ＬＣＤに対して興味をもたれる他の理由は、今日、利用可能なＬＣＯＳ構成要素の性能属性であって、応答速度、カラー及びコントラスト等の属性に関するものである。
【００１０】
小型装置の方にプロジェクタの開発努力を偏らせる他の因子は、置き換えられる薄膜の寸法特性に関連するものである。即ち、ＬＣＯＳ  ＬＣＤ空間光変調器又は対応するものであるディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）の画像生成領域は、動画プリントフィルムから投影される画像フレームの領域の大きさに匹敵するものである。このことは、投影光学系の設計の一部を幾分容易にすることが可能である。しかしながら、このようなＬＣＯＳ  ＬＣＤ装置又はＤＭＤについての関心はまた、より小さい寸法における画像生成が最も好ましいとする設計者の一部の疑う余地のない条件からもたらされる。それ故、意識的な理由のために、並びに従来の理由付け及び期待に関連して、開発者は、小型ＬＣＯＳ  ＬＣＤ装置又はＤＭＤが高品質のディジタルシネマ投影のための最も実行可能な画像生成構成要素を与えることを前提としている。
【００１１】
小型ＬＣＯＳ及びＤＭＤ空間光変調器を用いる１つの固有の問題点は、輝度及び効率に関連するものである。画像化技術の分野における熟達者に知られているように、何れかの光学システムはラグランジェ不変量により制約される。光出射装置の面積と出射された光の開口率との積、即ち、ラグランジェ不変量は、位置の光学系の出力を他の光学系の入力と適合させるための重要な検討事項であり、光学系の出力輝度を決定する。単純な条件においては、特定のサイズの領域から限られた量の光が与えられる。ラグランジェ不変量は、出射領域が小さいときに、出射光の大きい角度が特定の輝度レベルを得るように必要であることを示す。より大きい角度における照明を操作するための要求から付加される複雑性及びコストがもたらされる。この問題点は、同一出願人による米国特許第６，７５８，５６５号明細書（Ｃｏｂｂ等による）、米国特許第６，８０８，２６９号明細書（Ｃｏｂｂによる）、米国特許第６，７５８，５６５号明細書（Ｃｏｂｂ等による）、に記載されている。上記の特許文献においては、必要な光を得るために空間光変調器において大きい開口率を用いる一方、システムのどこかにおける角度条件を緩和する、電子投影開口の設計について開示している。
【００１２】
関連する考慮すべき事項は、画像生成構成要素はまた、エネルギー密度に関する制約を有する。特に、小型空間光変調器及びＬＣＯＳ  ＬＣＤを用いて、限られたエネルギー密度が構成要素レベルで許容される。即ち、特定の閾値レベルを超える輝度のレベルは装置自体を損傷する可能性がある。典型的には、約１５Ｗ／ｃｍ２以上のエネルギー密度はＬＣＯＳ  ＬＣＤには多過ぎる。このことはまた、たかだか約１５０００ｌｍに対して直径１．３インチのＬＣＯＳ  ＬＣＤを用いるように、利用可能な輝度を制約する。発熱性は、画像の歪み、色収差をもたらすために、回避される必要があり、光変調器お及び支持構成要素の寿命を短くする可能性がある。特に、用いられる吸収性偏光構成要素の挙動は発熱性によりかなり妥協される可能性がある。このことは、空間光変調器自体のための実質的な冷却機構と、光学構成要素を支持するための注意深い工学的な考慮を必要とする。また、このことは、光学系の設計に対してコスト及び複雑性を付加する。
【００１３】
ＬＣＯＳ  ＬＣＤに伴う更なる他の関連する問題点は、必要な変調光の高角度に関するものである。ＬＣＤ自体の固有の複屈折及びＬＣＤ装置における画像生成のための機構は、入射照明が高角度であるときに、それらの装置から利用可能であるカラー品質及びコントラストを制限する。コントラストの適切なレベルを与えるように、１つ又はそれ以上の補償装置をＬＣＯＳシステムにおいて用いる必要がある。しかしながら、このことは、投影システムの複雑性及びコストを更に増大させる。この例については、同一出願人による米国特許第６，８３１，７２２号明細書（Ｉｓｈｉｋａｗａ等による）に開示されていて、その特許文献において、ＬＣＤ装置及びワイヤグリッド偏光子の角度偏光効果のための補償器の使用について開示されている。以上の理由について、ＬＣＯＳ  ＬＣＤ及びＤＭＤの解決方法が、構成要素のサイズ及び光路の幾何学的構成に関連する固有の制約に対処することが理解できる。
【００１４】
代替の直視型ＴＦＴ  ＬＣパネルを用いる種々の投影装置の解決方法が提供されてきている。しかしながら、多くの場合、それらの装置は、特定のアプリケーションのために提供されたものであり、ハイエンドのディジタルシネマのアプリケーションにおける使用は意図されていない。例えば、米国特許第５，８８９，６１４号明細書（Ｃｏｂｂｅｎ等による）は、オーバーヘッド投影装置についての画像ソースとしてＴＦＴ  ＬＣパネル装置の使用について開示している。米国特許第６，６３７，８８８号明細書（Ｈａｖｅｎによる）においては、各々の色経路について別個の投影光学系を用いる、赤色、緑色及び青色ソースを有する単一の副分割されたＴＦＴ  ＬＣパネルを用いるリアスクリーンテレビディスクプレイについて開示されている。同一出願人による米国特許第６，５０５，９４０号明細書（Ｇｏｔｈａｍ等による）においては、鉛直方向の空間の必要性を低減するようにキオスクの配置において入れられる大きいパネルのＬＣ装置を有する低コストのディジタルプロジェクタについて開示されている。上記の例の各々は画像変調のために大きいＬＣパネルを用いる一方、上記の例の何れにおいても、良好な輝度レベル、従来の動画フィルムのカラーに匹敵するカラー、許容可能なコントラスト及び高レベルの全体的な画像品質を有する、高解像の動画投影は意図されていない。
【００１５】
ＴＦＴ  ＬＣパネルを用いる投影装置を提供する一試みについては、米国特許第５，７５８，９４０号明細書（Ｏｇｉｎｏ等による）において開示されている。そのＯｇｉｎｏ等による特許文献の‘９４０装置において、１つ又はそれ以上のフレネルレンズが、ＬＣパネルに対してコリメートされた照明を与えるように用いられ、他のフレネルレンズは、その場合、投影光学系に対して光を供給するように集光器として機能する。その集光器は広い範囲に亘って画像化ビームを供給するため、Ｏｇｉｎｏ等による特許文献の‘９４０装置は、上記のラグランジェ不変量に基づく高光出力のために有利である。しかしながら、その装置は、テレビの投影装置及び小型のプロジェクタのためのアプリケーションの可能性を与える一方、Ｏｇｉｎｏ等による特許文献の‘９４０装置の開示における提案された解決方法においては、光を変調し、１００００ｌｍ以上のレベルにおいて高強度を有する画像化光出力を与える高解像度投影システムのために必要な性能レベルには及ばない。
【００１６】
それ故、ディジタルシネマ投影装置の解決方法は、画像生成のためにＬＣＯＳ  ＬＣＤの使用に焦点を当てているが、この目的のためにＬＣＯＳ  ＬＣＤ構成要素を用いるときに、輝度及び効率において固有の限界が存在する。ＴＦＴ  ＬＣパネルの解決方法は、一方では、ＬＣＯＳの解決方法に対して改善された輝度レベルを与える。ＴＦＴ  ＬＣパネルを用いる投影装置が開示されている一方、それらの投影装置は、高性能のディジタルシネマ投影の輝度の必要性を要求することに十分に適合してはいない。
【００１７】
シネマのアプリケーションにおいては、プロジェクタは、表示スクリーン又は表示面に変調画像を投影し、この面は、プロジェクタからの可変距離にあることが可能である。このことは、プロジェクタがある種類の焦点調整及びカラーアライメント調整を与えることを必要とする。図１に示しているような従来のＬＣＯＳ  ＬＣＤ装置を用いる場合、カラーアライメントはカラー組み合わせ光学系により実行され、それ故、３つの合成されたＲＧＢの色が同じ軸にしたがって投影される。しかしながら、ＴＦＴ  ＬＣパネル装置を用いる解決方法については、赤色、緑色及び青色経路について別個の投影光学系を与えることができるという利点がある。それらの利点の一部は、各々のレンズにおいて狭い波長帯についての色補正を伴う、簡便な且つコストパフォーマンスの高いレンズを有することである。そのような方法により、一部のアライメント方法は、その場合、適切に重ね合わされた赤色画像、緑色画像及び青色画像からのカラー画像を生成するように、それにより、プロジェクタが表示スクリーンからの距離の領域に亘って用いられることが可能であるように与えられる必要がある。
【００１８】
他の問題点は、ＴＦＴ  ＬＣ装置による光変調の性質と、画像品質の高レベルを必要とする高輝度アプリケーションのための要求とに関連する。従来の解決方法は、光出力レベル及び全体の画像品質の両方を制約し、投影アプリケーションのためのＴＦＴの使用により与えられる有利点を排除してしまう。例えば、ＴＦＴパネルに直接、取り付けられる吸収型偏光子を用いることによって、それらの装置は一般に与えられるために、画像品質について不利である。典型的には、光エネルギーの２０％以上のそれらの薄膜による熱吸収により、ＬＣＤ材料の後の温度上昇がもたらされ、その結果、コントラスト及びコントラストの均一性の低下がもたらされる。
【００１９】
それ故、ＴＦＴ  ＬＣ装置の固有のエテンデュ関連の有利点の恩恵を受ける及び改善された画像品質を与えるフルカラー投影装置についての要請が存在することが理解できる。
【特許文献１】米国特許第５，８０８，７９５号明細書
【特許文献２】米国特許第５，７９８，８１９号明細書
【特許文献３】米国特許第５，９１８，９６１号明細書
【特許文献４】米国特許第６，０１０，２２１号明細書
【特許文献５】米国特許第６，０６２，６９４号明細書
【特許文献６】米国特許第６，１１３，２３９号明細書
【特許文献７】米国特許第６，２３１，１９２号明細書
【特許文献８】米国特許第６，７５８，５６５号明細書
【特許文献９】米国特許第６，８０８，２６９号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，７５８，５６５号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，８３１，７２２号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，８８９，６１４号明細書
【特許文献１３】米国特許第６，６３７，８８８号明細書
【特許文献１４】米国特許第６，５０５，９４０号明細書
【特許文献１５】米国特許第５，７５８，９４０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の目的は、投影装置であって：
ａ）照明部であって、
ｉ）第１照明ビームを供給する第１光源と、
ｉｉ）第２照明ビームを供給する第２光源と、
ｉｉｉ）第３照明ビームを供給する第３光源と、
を有する照明部；並びに
ｂ）第１、第２及び第３成分波長変調部であって、各々の成分波長変調部は、対応する第１、第２又は第３波長照明を受け入れ、第１、第２又は第３変調成分波長ビームのそれぞれを供給するように対応する波長照明を変調し、各々の成分波長変調部は、
ｉ）少なくとも第１部分、第２部分及び第３部分にセグメント化されていて、各々の部分が各々の他の部分と空間的に離れている、単色透過性液晶変調パネル部分と、
ｉｉ）対応する単色透過性液晶変調パネル部分に対して実質的に偏光された光を方向付けるための成分波長照明の経路における成分波長偏光子と、
ｉｉｉ）成分波長偏光子から対応する単色透過性液晶変調パネル部分を介して入射照明をフォーカシングするための照明経路フレネルレンズと、
ｉｖ）変調成分波長ビームの偏光を調整するための分析器と、
ｖ）表示面への投影のために画像を生成するためのレンズと、
を有する、第１、第２及び第３成分波長変調部；
を有する、投影装置であり、
表示面において生成される画像は、複数の重ね合わされた成分波長ビームを有する、投影装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の特徴は、小型ＬＣＯＳ  ＬＣＤを用いる今日の装置と異なり、本発明の装置は、ハイエンドの電子画像化装置について意図された投影装置において画像化するために単独のＬＣＤパネルを用いることである。
【００２２】
本発明の有利点は、投影される画像について付加輝度を可能にすることである。種々の光源が用いられることが可能である。
【００２３】
図に示す図に関連付けて、本発明の例示としての実施形態について詳述する下記の詳細説明を読むことにより、当業者は、本発明の上記の及び他の目的、特徴及び有利点について理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本明細書は、特に、本発明にしたがった装置の一部を構成する、又はその装置とより直接的に協働する要素に関する。当業者にとって既知である、具体的に図示されていない又は説明されていない要素は種々の形態をとることが可能であることを理解することができる。
【００２５】
図２を参照するに、本発明の実施形態にしたがった大型で高輝度の投影装置のために設計された投影装置５０の実施形態を示している。上記の背景技術において記載している従来の投影装置と異なり、投影装置５０は、高輝度投影の必要性の要求に適合する、全体的な効率及び光出力を高めるための技術を用いる。図４は、ＬＣ変調パネル６０が隣り合う又は水平方向における３つの部分にセグメント化される構成を表している。これは、変調パネル６０が鉛直方向にセグメント化されている図２の構成の代替の構成である。下記で説明するように、鉛直方向又は水平方向においてセグメント化されることに拘わらず、何れの特定の実施形態についての最適な構成は、ＬＣ変調パネル６０の全体の幅対高さのアスペクト比及び意図された画像６４に依存する。
【００２６】
照明部６８は、複数波長、典型的には、白色光を有する非偏光照明を供給するための光源２０を有する。光源２０は、実質的に偏光された照明ビーム６６を供給するために複数波長偏光子７４の方にこの照明を方向付ける。レンズ３４は、複数波長を有する均一化偏光ビーム６６を方向付ける。集光レンズ３８は、その場合、別個の照明経路４４ｒ（赤色）、４４ｇ（緑色）及び４４ｂ（青色）にしたがって、成分色波長、即ち、従来の赤色、緑色及び青色（ＲＧＢ）に複数波長を分離する色分離器７８の方に均一化偏光ビーム７６を方向付ける。
【００２７】
図２に示しているように、対応する照明経路４４ｒ、４４ｇ、４４ｂにしたがって、各々アライメントされた、少なくとも３つの構成波長変調部分１１４ｒ、１１４ｇ、１１４ｂが存在する。各々の構成波長変調部分１１４ｒ、１１４ｇ、１１４ｂにおいて、集光レンズ４２ｒ、４２ｇ、４２ｂは、偏光子４８ｒ、４８ｇ、４８ｂを介して対応する成分波長照明を方向付ける。フレネルレンズ５２ｒ、５２ｇ及び５２ｂは、その場合、下記で説明するように、変調のために各々の成分色を処理するようにセグメント化された単色透過性液晶変調パネル６０を介してこの照明をフォーカシングする。液晶変調パネル６０は、赤色、緑色及び青色成分波長ビーム５４ｒ、５４ｇ及び５４ｂを生成する。成分波長ビーム５４ｒ、５４ｇ及び５４ｂは、カラー画像を生成するように結合された変調光ビームである。分析器５６ｒ、５６ｇ及び５６ｂは、表示面７０に変調成分波長ビーム５４ｒ、５４ｇ及び５４ｂの各々を投影する投影レンズ６２ｒ、６２ｇ及び６２ｂによる投影に先立ち、赤色、緑色及び青色成分波長ビーム５４ｒ、５４ｇ及び５４ｂの偏光を調整する。ここで、変調成分波長ビーム５４ｒ、５４ｇ及び５４ｂは、表示面７０においてカラー画像を生成するように重ね合わされる。
【００２８】
広帯域偏光
図５を参照するに、照明部６８の偏光光供給装置１１０における複数波長偏光子７４の例示としての構成要素を詳細に示している。この実施形態においては、偏光子９６は、ｐ偏光を有する光を透過し、ｓ偏光を有する光を反射する。ミラー９８又は反射性の偏光感応性コーティングは、その場合、２分の１波長板９４を介してｓ偏光を有する光を方向付ける。２分の１波長板９４はこの入射光をｐ偏光に変換する。このように、レンズ３４において偏光された照明ビーム６６は同じ偏光状態を有する。それ故、光源２０からの光出力の実質的に全てが、変調について同じ偏光状態を有する光に変換される。この方法は、より広い範囲における光を供給し、より大きい透過性ＬＣパネルと共に用いられる。ラグランジェ不変量により制限される、従来のＬＣＯＳ  ＬＣＤ投影システムは、この種類の光出力の恩恵を十分に受けることができない。
【００２９】
一実施形態においては、偏光子９６は、米国特許第６，４５２，７２４号明細書（Ｈａｎｓｅｎ等による）に開示されている種類の偏光子のようなワイヤグリッド偏光子である。Ｍａｘｔｅｋ社（米国ユタ州オレム市）製の種々の種類のワイヤグリッド偏光子がある。ワイヤグリッド型の偏光子は、従来の吸収型偏光子と異なり、高レベルの光強度を処理するために、特に有利である。一実施形態においては、このようなワイヤグリッド偏光子が、ワイヤ面側のワイヤ要素がＬＣＤパネルに対向するように置かれている。この構成は、同一出願人による米国特許第６，５８５，３８７号明細書（Ｋｕｒｔｚ等による）において開示されているように、熱的に引き起こされる複屈折を低減する。偏光子９６は、代替として、電子画像化技術における熟達者に知られているＭａｃＮｅｉｌｌｅ偏光子のような従来のプリズム偏光子であることが可能である。
【００３０】
照明ソース及び光学系
従来のＴＦＴ  ＬＣ投影装置に対する顕著な改善は、光源２０からの均一な照明を与えるための均一光学系２２を用いることである。均一光学系２２は、変調について均一な輝度の照明ビームを供給するように光源２０からの出力を調整する。一実施形態においては、一体化バー（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ  ｂａｒ）が均一化光学系を備えている。代替の実施形態においては、レンズレットアレイ又はレンズレットのある組み合わせ及び他の一体化された構成要素を使用する。
【００３１】
光源２０は、多くの種類のランプ又は他の発光構成要素の何れかであることが可能である。高い製造容量による利用可能性及び低いコストの恩恵を受けるように、光源２０として市販の構成要素を選択することは特に有利であることが理解できる。一実施形態においては、ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ社（米国マサチューセッツ州ウェルズリー市）製の従来のＣＥＲＭＡＸ（登録商標）キセノンアークランプが用いられる。そのような在庫装置を用いることができることは、典型的に顧客の光源の解決方法を必要とするより小さいＬＣＯＳ構成要素を用いることと逆として、より大きいサイズのＴＦＴ  ＬＣ装置を用いるときに、特に有利である。他の代替の光源は高パワーのＬＥＤを有し、そのＬＥＤは、均一化光学系２２を用いるときにアレイ中に備えられることが可能である。他のオプションは、例えば、超高圧水銀ランプを用いることである。従来のキセノンバブルランプは他のオプションを提供し、水銀ランプより良好な色域を与える。
【００３２】
位置が図２における破線の位置であることが可能である光シャッタ１１６が、画像間の適切な遷移のための時間を計算に入れておくことを可能にするために表示を一時的に暗くするように、照明システム６８において実施されることが可能である。シャッタ１１６は、ＬＣ変調パネル６０の応答速度に応じて必要とされる。ＬＣ変調パネル６０の応答速度は従来のビデオについては十分に改善されているが、ゴーストのない動き、特に、顕著なアクション及び変化を有する画像コンテンツを有する画像化を可能にするように、十分に改善されているかどうかが課題として残されている。シャッタ１１６は、フレーム間の画像のオーバーレイを効果的に低減する遷移時間の間に、ＬＣ変調パネル６０に対して光を遮断するように用いられる。適切なシャッタ機構については、例えば、同一出願人による米国特許第６，５１３，９３２号明細書（Ｅｈｒｎｅ等による）に開示されている。
【００３３】
色分離
図２に示すように、均一化光学系２２から出力される均一化偏光ビーム７６は、次に、色分離器７８に進む。図６は、色分離器７８の構成要素を詳細に示している。交差しているダイクロイック面９０ａ、９０ｂの配置が、赤色、緑色及び青色成分波長ビーム５４ｒ、５４ｇ及び５４ｂそれぞれのような変調についての主要赤色、緑色及び青色成分波長に均一な偏光ビーム７６の多波長光を分離するように用いられる。回動ミラー９２は、図６の実施形態における赤色及び青色成分波長ビーム５４ｒ及び５４ｂを再方向付けする。代替の実施形態においては、大きい色域を可能にするように４つ以上の色帯域に分離されるように、ダイクロイック分離構成要素を用いる。
【００３４】
変調パネル６０により効果的に与えられる改善された光は、ＳＭＰＴＥ“Ｃ”色空間又は、更に（赤色：０．６８０ｘ，０．３２０ｙ，１０．１Ｙ，緑色：０．２６５ｘ，０．６９０ｙ，３４．６Ｙ，青色：０．１５０ｘ，０．０６０ｙ，３．３１Ｙ）により規定される提案されたディジタルシネマＳＭＰＴＥ色域のような、従来のビデオを用いて与えられる色域より実質的に大きい投影色域を与えるように用いられることが可能である。動画フィルムの色域より大きい色域をもたらすことに関心がもたれる。ダイクロイックフィルタは、代表的な成分色帯域、青色、緑色及び赤色間のスペクトル帯域の一部を遮断するように、それにより、投影装置１０が機能する色空間を増加するように、選択される及び位置付けられることが可能である。
【００３５】
変調パネル６０の構成
本発明の一特徴は、図６の平面図に示すように、単色液晶変調パネル６０のセグメント化に関するものである。それぞれの赤色、緑色及び青色照明部分４４ｒ、４４ｇ及び４４ｂ（図２）における赤色、緑色及び青色成分色は、赤色成分変調部８０ｒ、緑色成分変調部８０ｇ及び青色成分変調部８０ｂのそれぞれにより変調される。ＬＣ変調パネル６０が２０４８ｘ３２４０の画素解像度を有する一実施形態においては、各々の成分色変調部８０ｒ、８０ｇ及び８０ｂは２０４８ｘ１０８０の画素解像度を有する。代替のより高い解像度のパネルは、ディジタルシネマのようなアプリケーションのために有利である。
【００３６】
各々の変調部８０ｒ、８０ｇ、８０ｂは対応する境界部分８２ｒ、８２ｇ、８２ｂを有する。境界部分８２ｒ、８２ｇ、８２ｂは、使用されていないが、変調部８０ｒ、８０ｇ、８０ｂの一部として用いるために利用可能である一部の画素数を有する。境界部分８２ｒ、８２ｇ、８２ｂは、下記で説明するように、成分色変調光のアライメントを容易にするように用いられる。
【００３７】
各々の変調部８０ｒ、８０ｇ、８０ｂは、光遮断セグメント８４ａ、８４ｂにより隣接する変調部８０ｒ、８０ｇ、８０ｂから分離されている。光遮断セグメント８４ａ、８４ｂは、隣接する赤色、緑色及び青色照明部分４４ｒ、４４ｇ及び４４ｂからの重なり合う光を反射するためのマスクとして機能する。それらの暗い状態の画素に付加して又はそれに代えて、物理遮断要素が用いられることが可能である。
【００３８】
図２乃至４の実施形態においては、ＬＣ変調パネル６０は、投影アプリケーションで用いるために変形される及び簡単化されている。先ず、図９Ａを参照するに、表示使用のための製造により与えられる従来のＬＣ変調パネル１１８が示されている。このような従来の構成においては、ＩＴＯ層１２４上の制御電極及び薄膜トランジスタ１２２を有するＬＣ材料１２０が、カラーフィルタアレイ１３２と共に、ガラス１２６のプレート間に挟まれている。前側偏光子及び後側偏光子１２８は吸収性シートであり、それらのシートの性能は、投影される画像において可変の熱的不均一性がもたらされるように、高い熱レベルによって妥協される。補償膜１３０がまた、コントラストを改善するために備えられる。多くの装置においては、拡散層のような他の改善用膜が用いられるが、ここではそれらを図示していない。
【００３９】
図９Ｂは、本発明において用いられるＬＣ変調パネルの模式的な構成を示している。補償膜１３０は用いられないことが可能であり、補償膜が維持される場合には、要求される性能及び補償膜のコストをかなり減少させることができる。前側及び後側偏光子１２８がまた、ＬＣ変調パネル６０自体から取り外され、個別のワイヤグリッド偏光子が、偏光子４８ｒ、４８ｇ、４８ｂ及び分析器５６ｒ、５６ｇ、５６ｂのために用いられている。偏光子４８ｒ、４８ｇ、４８ｂ及び分析器５６ｒ、５６ｇ、５６ｂはガラスシート１２６の表面から間隔を置いている。光エネルギーのかなりの量を吸収することなく、高い光レベルを処理することができるワイヤグリッド偏光子は、投影装置５０における高強度アプリケーションに特に十分に適合するものである。それらがＬＣ材料１２０から間隔を置くことにより、画像の均一性に悪影響を与える熱移動を回避することができる。カラーフィルタアレイ１３２は、もはや必要ない。光反射防止コーティング１３４、１３６が、ガラス１２６の両方の外側表面に備えられることが可能である。反射防止コーティング１３４、１３６は、チェッカーボード効果を低減する役割を果たし、ＡＮＳＩコントラスト比を増加し、隣接画素の迷光との相互作用を最小化する。
【００４０】
フレネルレンズ
図２に示すように、照明経路４４ｒ、４４ｇ及び４４ｂにおいてフレネルレンズ５２ｒ、５２ｇ及び５２ｂを使用することは、対応する投影レンズ６２ｒ、６２ｇ及び６２ｂの入射瞳の方に光を方向付けるために特に有利である。照明経路４４ｒ、４４ｇ及び４４ｂ内にフレネルレンズ５２ｒ、５２ｇ及び５２ｂを位置付けることにより、結像収差は最小化される。フレネルレンズは、典型的には型に入れて作られ、レンズが画像変調光と共に用いられる場合に特に視認可能である不均一性を示す可能性がある。
【００４１】
図１０は、各々の成分波長変調部１１４ｒ、１１４ｇ及び１１４ｂにおいてフレネルレンズの対を用いる代替の実施形態を示し、それらの一は、各々の照明経路４４ｒ、４４ｇ及び４４ｂにおける照明経路フレネルレンズとして置かれ、その他は、各々の変調成分波長ビーム５４ｒ、５４ｇ、５４ｂにおける変調ビームフレネルレンズとして置かれている。青色チャネルにおいては、フレネルレンズ５２ｂは照明経路４４ｂ内にあり、第２フレネルレンズ５３ｂは成分波長ビーム５４ｂ内にある。緑色チャネルにおいては、フレネルレンズ５２ｇは照明経路４４ｇ内にあり、第２フレネルレンズ５３ｇは成分波長ビーム５４ｇ内にある。赤色チャネルにおいては、フレネルレンズ５２ｒは照明経路４４ｒ内にあり、第２フレネルレンズ５３ｒは成分波長ビーム５４ｒ内にある。図１０の構成においては、各々の成分波長変調部１１４ｒ、１１４ｇ及び１１４ｂについての照明ビーム内の第１フレネルレンズ５２ｒ、５２ｇ及び５２ｂは、変調パネル６０に方向付けられた光の角度を減少させ、コリメーションの手段を提供し、それにより、コントラスト性能を改善する。第２フレネルレンズ５３ｒ、５３ｇ及び５３ｂは、対応する投影レンズ６２ｒ、６２ｇ及び６２ｂの入射瞳の方に光を方向付けるように、変調成分波長ビーム５４ｒ、５４ｇ、５４ｂ内に置かれている。
【００４２】
代替の実施形態においては、交差する円筒形フレネルレンズの対が、従来の種類の環状対称フレネルレンズに対する代替として、成分波長変調部１１４ｒ、１１４ｇ及び１１４ｂの１つ又はそれ以上において用いられることが可能である。交差する円筒形フレネルレンズは、互いに対して回転され、モアレ及びエイリアジングを最小化する又は削除するように、ＬＣ変調パネル６０に対してある角度で更に回転されることが可能である。
【００４３】
一実施形態においては、投影装置５０は、Ｒｅｆｌｅｘｉｔｅ社（米国ニューヨーク州ロチェスター市）等のメーカーにより製造されたゴースト防止フレネルのようなゴースト防止フレネルを用いている。他の代替の実施形態においては、フレネルレンズ５２ｒ、５２ｇ及び５２ｂの１つ又はそれ以上の代わりに、ホログラフィック光学構成要素を用いることが可能である。ガラスモールドフレネルレンズは、画像における低減されたコントラストの均一性のような、光の吸収による応力複屈折による問題を最小化する役割を果たすものである。
【００４４】
投影レンズ６２ｒ、６２ｇ、６２ｂのアライメントのための制御ループ
図７は、投影レンズ６２ｒ、６２ｇ、６２ｂの自動アライメントのために配置された制御ループ１００を示している。電子カメラのようなセンサ１０４は、表示面７０における画像の一部であることが可能である又は画像６４から分離されていることが可能であるターゲット１０６からの光を検知する。ターゲット１０６は、表示面７０に投影された変調成分カラー画像の適切な重ね合わせを示すように工夫されている。同一出願人による米国特許第６，７９３，３５１号明細書（Ｎｅｌｓｏｎ等による）において開示されている複数の方法のような方法が、制御論理処理器１０８において適切な重ね合わせを検出するように及びセンサ１０４により検出された色の間の何れかのオフセットに対応するように用いられることが可能である。投影レンズ６２ｒ、６２ｇ、６２ｂの調整は、複数の方法の組み合わせを用いて達成されることが可能である。完全画素の群におけるアライメントは、米国特許第５，７２９，２４５号明細書（Ｇｏｖｅ等による）において開示されている方法と類似する方法を用いて、対応する赤色、緑色又は青色成分変調部８０ｒ、８０ｇ及び８０ｂの位置を移動させることにより電子的に達成されることが可能である。ステッピングモータ又は圧電アクチュエータのような対応するアクチュエータ１０２ｒ、１０２ｇ及び１０２ｂが、投影レンズ６２ｒ、６２ｇ及び６２ｂ自体を移動させることにより、フル画素か又は画素の部分増のどちらかのアライメント調整の微調整に対して有効であるように用いられることが可能である。一実施形態においては、それら２つの方法の組み合わせが用いられ、先ず、赤色、緑色又は青色成分変調部８０ｒ、８０ｇ及び８０ｂの１つ又はそれ以上の相対的位置を移動させることによってアライメントを試み、必要に応じて、境界部分８２ｒ、８２ｇ及び８２ｂにおける画素を用いる。このような赤色、緑色又は青色成分変調部８０ｒ、８０ｇ及び８０ｂの移動に続いて、必要に応じて、アクチュエータ１０２ｒ、１０２ｇ及び１０２ｂを駆動することにより微調整が実行される。
【００４５】
代替の実施形態
図２、４、７及び１０に示す実施形態は、赤色、緑色及び青色成分色の従来の集合を用いる投影装置５０について示している。改善された色域を備えるように、付加的色を用いることを有する他の構成が可能である。又は、カラー画像６４を生成するように、他の構成色を用いることが可能である。４つの色を用いる代替の実施形態においては、各々のＬＣ変調パネル６０は、２つの構成色変調部を有するように構成される、２つのＬＣ変調パネル６０が用いられることが可能である。
【００４６】
代替の実施形態においては、単独のＬＣ変調パネル６０が、光遮断領域により分離されている色帯域に光を分離するスクローリングカラーフィルタ装置と組み合わされて用いられる。それらの色帯域は、プリズム光学系を用いる若しくはカラーホイール又は他の種類のカラースクローリング機構用いてＬＣ変調パネル６０に亘って走査されることが可能である。遮断領域は、色の間における遷移時間の間の色のぼやけを回避するように用いられる。変調器は、続いて、成分色画像の適切な部分に適用するように供給される特定の色の光と実質的に同期して変調される。スクローリングカラーバックグラウンド及び技術については、例えば、文献“Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  Ｃｏｌｏｒ  Ｒｅｃａｐｔｕｒｅ  ａｎｄ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ：Ａ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｓｃｒｏｌｌｉｎｇ  Ｃｏｌｏｒ”，ｂｙ  Ｄ．Ｓｃｏｔｔ  Ｄｅｗａｌｄ，Ｓｔｅｖｅｎ  Ｍ．Ｐｅｎｎ，ａｎｄ  Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｄａｖｉｓ  ｉｎ  ＳＩＤ  ０１  Ｄｉｇｅｓｔ，ｐａｇｅｓ  １−４に記載されている。
【００４７】
図１５に示す代替の実施形態においては、投影装置２００は、例えば、ディジタルプロジェクタ技術における熟達者に知られている技術を用いる種々の波長の色光を順次に走査する走査プリズムと色分離器を有する構成要素のある組み合わせ又はカラースクローリングホイール等のカラースクローリング要素１４０を用いる。ＬＣ変調パネル６０は、投影レンズ６２に変調光を供給するようにカラースクローリング要素１４０から供給される各々の入射する光の色を順次に変調する。
【００４８】
投影装置２００の他の代替の実施形態は、図１１に示すように、カラースクローリング要素１４０ｃ及び１４０ｄのそれぞれを各々有する２つの変調パネル６０ｃ及び６０ｄを用いる。各々の変調パネル６０ｃ、６０ｄは、図２を参照して説明したものと類似して、対応する照明経路４４ｃ、４４ｄにおいて支持光学構成要素を有し、そして、投影レンズ６２ｃ、６２ｄに成分波長ビーム５４ｃ、５４ｄとして変調光を供給する。カラースクローリング構成要素を用いるそれらの実施形態の照明部６８は、例えば、米国特許第６，２８０，０３４号明細書（Ｂｒｅｎｎｅｓｈｏｌｔｚによる）において開示されているものと類似する色分離、カラースクローリング及び光方向付け技術を用いることが可能である。
【００４９】
カラースクローリング要素１４０ｃ又は１４０ｄがカラースクローリングホイールである場合、相補的な色の対を繰り返して用いるシーケンスは、特に有利である。そのような構成においては、カラースクローリング要素１４０ｃは、色の集合を生成するために赤色、緑色及び青色フィルタを有するフィルタホイールであることが可能である。カラースクローリング要素１４０ｄは、その場合、色の集合を生成するために相補的なシアン色、マゼンタ色及び黄色フィルタを有するフィルタホイールであることが可能である。２つの変調パネル６０ｃ、６０ｄから生成される結合された画像は、スクローリングシーケンスの各々の部分の間に白色であるように見える結合された画像により、色に対して加色であるように、それらのフィルタホイールのシーケンシングはタイミングを取る。このことは、例えば、対応する成分色（シアン色、マゼンタ色、黄色）と対をなす各々の原色（赤色、緑色、青色）を同時に投影するときに、然りである。この方法を、本発明により与えられる改善された輝度及び改善された画像化性能の有利点と組み合わせることにより、従来のデザインに比べて拡大された色域が可能になる。
【００５０】
代替の実施形態においては、２つの別個の変調パネル６０ｃ、６０ｄを備えることに代えて、単独の変調パネル６０が２つのセグメントに副分割されることが可能である。このことは、図３に示すものと類似する構成を与えるが、図３に示す３つのセグメントに代えて２つのセグメントを有するものである。一のセグメントは変調パネル６０ｃのために役割を果たし、他のセグメントは変調パネル６０ｄのために役割を果たす。
【００５１】
他の代替の実施形態は、中間画像面において３つの色成分波長変調部１１４ｒ、１１４ｇ及び１１４ｂからの画像を結合することを必要とする。図１２を参照するに、各々の色成分波長変調部１１４ｒ、１１４ｇ及び１１４ｂが投影レンズ６２による投影のために中間画像１４６としての画像６４を生成するように変調画像の成分を与える、投影装置５０を示している。レンズ６３ｒ、６３ｇ及び６３ｂは、中間画像１４６を生成するように変調光を方向付ける。この構成により、中間画像１４６は、実際には、変調パネル６０より小さいことが可能であり、それ故、中間画像１４６は、単独の投影レンズにより大きいスクリーンサイズに拡大されることが可能である。製造時に光収束が行われることが可能であり、それ故、オペレータにとっては、単独の投影レンズのみの調整が必要である。この方法においては、同一出願人による米国特許第６，８０８，２６９号明細書（Ｃｏｂｂによる）及び米国特許第６，６７６，２６０号明細書（Ｃｏｂｂ等による）において示されている値を有することが明らかになった。
【００５２】
図８を参照するに、個別の赤色、緑色及び青色光源４６ｒ、４６ｇ及び４６ｂを用いる代替の実施形態における投影装置５０のブロック図を示している。光源４６ｒ、４６ｇ及び４６ｂは、レーザ、ＬＥＤ又は他の種類の光源を有することが可能であり、また、図２を参照して上記しているように、光条件出し構成要素により支持されることが可能である。光源４６ｒ、４６ｇ及び４６ｂは、偏光子により偏光される又はそれを備えることが可能である。
【００５３】
本発明の一有利点は、補償器が必要ないことが可能である又は少なくとも補償器の必要性が最小化されることが可能であることである。当業者に知られているように、補償器の２つの基本的種類が存在する。その膜の面に対して平行な光軸を有する一軸性膜はＣプレートと称せられるものである。代替として、Ａプレートについては、補償器の面におけるＸＹ複屈折（ＸＹ遅延を有する異方性媒体）を与えるとして説明することができる一方、Ｃプレートは、補償器を介してビームの伝搬方向における光軸にしたがったＺ複屈折を与える。ｎ０より大きいｎｅを有する一軸性材料は正の複屈折を有するといわれる。Ａプレート及びＣプレートの両方は、それらのｎｅ又はｎ０の値に応じて正又は負である。当業者に知られているように、Ｃプレートは、一軸性の圧縮されたポリマー又は成型セルロースアセテートを用いることにより製造されることが可能である一方、Ａプレートは、ポリビニルアルコール又はポリカーボネート等の延伸ポリマーにより作られる。
【００５４】
本発明は、変調パネル６０として大きいＬＣパネルを用いることにより減少された角度検知性がもたらされるために、Ｃプレート補償器の必要性を最小化する又はなくす。図１２を参照するに、破線１４２は、赤色成分波長ビーム５４ｒにおけるＡプレート光学補償器についての正の位置を示している。他の成分波長変調部１１４ｒ、１１４ｇ及び１１４ｂはまた、同じ位置におけるＡプレート補償器からの恩恵を受けることが可能である。代替として、補償器は、例えば、フレネルレンズ５２ｒ、５２ｇ、５２ｂの前等の照明経路内に備えられることが可能である。他の実施形態においては、Ａプレートの補償は、Ｃプレートの補償の一部の付加レベルにより補われることが可能である。他の実施形態においては、Ｘプレート補償器は十分である。例えば、薄膜に基づく補償器、複数薄膜誘電体積層物から構成される補償器及び形成された複屈折構造を用いる補償器等の多くの種類の補償器の何れかを用いることが可能である。
【００５５】
代替の実施形態においては、明確化のために透視図として示す、図１３における投影装置の一部のブロック図に示すように、偏光ビームスプリッタ１４８ｒ、１４８ｇ、１４８ｂは、偏光パネル６０からの各々の偏光成文波長ビーム５４ｒ、５４ｇ、５４ｂのための分析器として備えられている。一実施形態における偏光ビームスプリッタ１４８ｒ、１４８ｇ、１４８ｂ、即ち、ワイヤグリッド偏光ビームスプリッタは、各々の成分波長ビーム５４ｒ、５４ｇ、５４ｂの光路の向きを変える。図１３の実施形態においては、投影レンズ６２ｒ、６２ｇ及び６２ｂは、その場合、表示面７０において画像を生成する。他の代替の実施形態においては、図１２を参照して上記しているように、中間画像を生成することが可能である。
【００５６】
図１６を参照するに、分析器として反射性偏光ビームスプリッタ１４８を用いる１つのカラーチャネルの一部を示している。この実施形態においては、付加光学分析器１５４が、フレネルレンズ１５６と共に用いられることが可能である。
【００５７】
図１４を参照するに、各々のカラーチャネルからの変調光がレンズ６３ｒ、６３ｇ、６３ｂによりＶ字型プリズムアセンブリ１５０の方に方向付けられる代替の実施形態の模式的ブロック図を示している。Ｖ字型プリズムアセンブリ１５０は、投影レンズ６２の瞳において中間画像を生成するための単独の光路に対して変調光を結合する。Ｖ字型プリズムアセンブリ１５０は、ダイクロイック面を用い、且つ投影レンズ６２の方に光を方向付けるようにミラー１５２を結合して作用する一種の色結合器である。同一出願人による米国特許第６，６７６，２６０号明細書（Ｃｏｂｂ等による）において、投影装置におけるＶ字型プリズムの使用について開示されている。
【００５８】
偏光ビームスプリッタ１４８ｒ、１４８ｇ、１４８ｂは、Ｍｏｘｔｅｋ社製のワイヤグリッド偏光ビームスプリッタのようなワイヤグリッド偏光ビームスプリッタであり、光軸の周りのそれらのワイヤグリッド偏光ビームスプリッタの回転は、同一出願人による米国特許第６，８０５，４４５号明細書（Ｓｉｌｖｅｒｓｔｅｉｎ等による）において開示されている方法を用いて補償手段を与えるように用いられることが可能である。
【００５９】
図１における従来の投影装置１０と比較するに、上記のように適合されるとき、図１１における投影装置２００並びに図２、４、８及び１２における投影装置５０の構成は、かなり高い輝度レベルが可能であるシステムを提供する。図１における従来の構成の空間光変調器３０ｒ、３０ｇ及び３０ｂが小型ＬＣＯＳ  ＬＣ装置である場合、ラグランジェ不変量及びそれらの装置のエネルギー搬送能力は、約５０００ｌｍ乃至たかだか２５０００ｌｍの範囲内で利用可能である輝度量に制約する。それとは対照的に、図２及び４の実施形態は、拡大された輝度範囲を有し、３００００ｌｍ以上の投影を可能にする。
【００６０】
ＬＣ変調パネル６０の寸法は、投影装置５０の性能要求に適合するように最適化されることが可能である。従来用いられている小型ＬＣＯＳ  ＬＣＤの解決方法とは対照的に、ＬＣ変調パネル６０は、対角線において最大１７乃至２０インチ又はそれ以上の代表的なラップトップディスプレイより大きい大型装置であることが可能である。従来のＬＣパネルは、残念ながら、低速であったが、本発明においては、１００％及びそれ以上の速度改善が与えられ、速度増加の実現可能性が明らかになっている。理想的には、変調パネル６０は、標準的なＴＦＴパネルの方法を用いて製造されるエレクトロニクス及び画素構造のためにサイズを最適化することにより、まさに、フルランプシステムを効率的に利用することができるに十分の大きさであって、高速の応答時間を与えるに十分に小さいサイズにされることができる。
【００６１】
ランプシステムの効率を最適化するためのＴＦＴパネルのサイズ決めにおいては多くの考慮がなされている。例えば、２．０ｍｍのアークギャップを有するＣｅｒｍａｘ型ランプを用いて、ランプの最大限の効率が、約１０の変調領域の対角線と開口率との積で規定される、ラグランジェ不変量を得るシステムにより捕捉されることが可能である。ｆ／１０．０においてデザインされたシステムは０．０５に等しい開口率（ＮＡ）を有する。それ故、装置の対角線は２００ｍｍであることが必要である。この値は、両方の偏光状態を捕捉するように２倍にする必要がある。更に、この変調領域は、選択される各々の波長帯域について必要である。それ故、システム効率の観点から、１０７４ｘ３５８ｍｍより僅かに大きいパネルは非常に効率的あり、高速遷移時間について最も可能性が大きい。主な困難なことは、変調される各々の波長帯域について、所望される高解像度、２０４８ｘ１０２４又は４０９６ｘ２０４８においてこのサイズを割り当てるのに十分に小さい画素エレクトロニクスを製造することである。
【００６２】
より明るい光源及び大面積画像生成器を用いる能力により、図２及び５におけるようなＴＦＴ  ＬＣ変調パネル６０は４０乃至５０％のオーダーの総合的効率が与えられる。このことは、図１の従来のＬＣＯＳ  ＬＣＤのデザインの代表的な効率であって、たかだか５乃至１０％が一般的である効率とは大きく異なっている。ワイヤグリッド偏光子は、比較的低い光吸収度を示すために、特に有利である。一般に、約２０％以下の光吸収度を有する偏光子が好ましい。また、上記の実施形態においては、変調パネル６０の方にワイヤグリッド面自体を方向付けることにより改善された性能が得られる。
【００６３】
上記の実施形態は、図１２を参照して説明した中間画像を生成するように、又は、表示面７０に別個に投影される変調色ビームを備えるように用いられることが可能である。最近発表された種類のＴＦＴ構成要素、例えば、共役ポリマー、オリゴマー又は他の分子に基づく有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）及び適切に分散された単層カーボンナノチューブの単層を用いる薄膜トランジスタを用いることが可能である。
【００６４】
それ故、本発明においては、投影画像を生成するためにＴＦＴ  ＬＣパネルを用いる電子的投影装置についての装置及び方法を提供している。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】ＬＣＯＳ  ＬＣＤ装置を用いる従来の投影装置を示すブロック図である。
【図２】本発明にしたがった大型ＴＦＴ  ＬＣディスプレイを用いる投影装置を示すブロック図である。
【図３】本発明にしたがってセグメント化されたＴＦＴ  ＬＣ装置の平面図である。
【図４】本発明にしたがった投影装置の斜視図である。
【図５】アライメントのための制御ループを有する投影装置を示すブロック図である。
【図６】本発明にしたがって、成分色変調部に副分割されているＬＣＤ変調パネルの平面図である。
【図７】一実施形態における投影レンズの自動アライメントのための制御ループの模式的ブロック図である。
【図８】代替の実施形態における投影装置を示す模式的ブロック図である。
【図９Ａ】従来の大型パネルＬＣ装置の断面図である。
【図９Ｂ】本発明にしたがった模式的な大型パネルＬＣ装置の断面図である。
【図１０】各々のカラーチャネルにおいて２つのフレネルレンズを有する代替の実施形態を示す模式的ブロック図である。
【図１１】２パネル装置においてカラースクローリングを用いる代替の実施形態を示す模式的ブロック図である。
【図１２】中間画像が投影について生成される代替の実施形態を示す模式的ブロック図である。
【図１３】各々のカラーチャネルにおいて偏光ビームスプリッタを用いる代替の実施形態を示す模式的透視図である。
【図１４】変調光についての色結合器としてＶ字型プリズムを用いるカラー投影装置の一部の代替の実施形態を示す模式的ブロック図である。
【図１５】カラースクローリング装置としてカラーホイールを用いる実施形態を示す模式的ブロック図である。
【図１６】１つのカラーチャネルにおいて分析器として偏光ビームスプリッタの用いることを示す模式的ブロック図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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