(57)【要約】  投影機器（１０）は、実質的に非偏光の複数波長を有する照明ビームを提供する光源（２０）を有する。実質的に偏光された複数波長の照明ビームを提供するために、複数波長偏光器が実質的に非偏光の照明ビームを偏光する。均一化された複数波長の偏光ビームを提供するために、均一化装置が実質的に偏光された複数波長の照明ビームを調整する。カラースクローリング素子が、一組の色から、反復するスクロールされたシーケンスの色を提供し、それによって、第一成分波長照明、第二成分波長照明、及び、第三成分波長照明をもたらす。成分波長変調部分が、カラースクローリング素子から第一、第二、及び、第三の成分波長照明のシーケンスを受け入れ、ディスプレイ表面（４０）に向かう投影のために、変調された成分波長ビームをレンズに提供するよう、第一、第二、及び、第三の成分波長照明を透過型の薄膜トランジスタ液晶偏光器パネル（１１８）で順次的に変調する。
2008542795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影機器であって、
a）照明部分を含み、該照明部分は、
i）実質的に非偏光の複数波長を有する照明ビームを提供する光源と、
ii）実質的に偏光された複数波長の照明ビームを提供するために、前記実質的に非偏光の照明ビームを偏光するための複数波長ワイヤグリッド偏光器と、
iii）均一化された複数波長の偏光ビームを提供するために、前記実質的に偏光された複数波長の照明ビームを調整するための均一化装置と、
iv）一組の色から、反復するスクロールされたシーケンスの色を提供することによって、第一成分波長照明、第二成分波長照明、及び、第三成分波長照明をもたらすためのカラースクローリング素子とを含み、
b）前記カラースクローリング素子から第一、第二、及び、第三の成分波長照明のシーケンスを受け入れ、ディスプレイ表面に向かう投影のために、変調された成分波長ビームをレンズに提供するよう、前記第一、第二、及び、第三の成分波長照明を透過型の薄膜トランジスタ液晶偏光器パネルで順次的に変調するための成分波長変調部分を含み、
少なくとも１つの成分波長偏光器が、前記単色トランジスタ液晶変調器パネルから離間され、
少なくとも１つのフレネルレンズが、前記単色透過型液晶変調器パネルから離間されて前記照明部分内に配置される、
投影機器。
【請求項２】
前記ワイヤグリッド偏光器装置の前記ワイヤ表面側は、前記液晶変調器パネルに向かって方向付けられる、請求項１に記載の投影機器。
【請求項３】
前記ワイヤグリッド偏光器装置の前記ワイヤ表面側は、前記液晶変調器パネルに向かって方向付けられる、請求項１に記載の投影機器。
【請求項４】
投影機器であって、
a）照明部分を含み、該照明部分は、
i）実質的に非偏光の複数波長を有する照明ビームを提供する光源と、
ii）実質的に偏光された複数波長の照明ビームを提供するために、前記実質的に非偏光の照明ビームを偏光するための複数波長偏光器と、
iii）均一化された複数波長の偏光ビームを提供するために、前記実質的に偏光された複数波長の照明ビームを調整するための均一化装置と、
iv）第一組の色から、第一の反復するスクロールされたシーケンスの色を提供することによって、第一成分波長照明、第二成分波長照明、及び、第三成分波長照明をもたらすための第一カラースクローリング素子と、
v）第二組の色から、第二の反復するスクロールされたシーケンスの色を提供することによって、第四成分波長照明、第五成分波長照明、及び、第六成分波長照明をもたらすための第二カラースクローリング素子とを含み、
b）前記第一カラースクローリング素子から第一、第二、及び、第三の成分波長照明のシーケンスを受け入れ、ディスプレイ表面に向かう投影のために、変調された成分波長ビームをレンズに提供するよう、前記第一、第二、及び、第三の成分波長照明を透過型薄膜トランジスタ液晶偏光器パネルの第一部分で順次的に変調するための第一成分波長変調部分を含み、
c）前記第二カラースクローリング素子から第四、第五、及び、第六の成分波長照明のシーケンスを受け入れ、ディスプレイ表面に向かう投影のために、変調された成分波長ビームをレンズに提供するよう、前記第四、第五、及び、第六の成分波長照明を透過型薄膜トランジスタ液晶偏光器パネルの第二部分で順次的に変調するための第二成分波長変調部分を含む、
投影機器。
【請求項５】
前記第一組の色は、赤色、緑色、及び、青色である、請求項４に記載の投影機器。
【請求項６】
前記第二組の色は、シアン、マジェンタ、及び、黄色である、請求項４に記載の投影機器。
【請求項７】
対にされた相補型の色が、実質的に同時に投影される、請求項４に記載の投影機器。
【請求項８】
前記第一成分波長変調部分は、前記第一スクローリング素子からの第一、第二、及び、第三の成分波長照明を前記透過型液晶変調器パネルの前記第一部分に向かって集束するための第一照明経路フレネルレンズを含む、請求項４に記載の投影機器。
【請求項９】
前記第一成分波長変調部分は、前記透過型液晶変調器パネルからの成分波長ビームを映写レンズに向かって方向付けるために、変調ビームフレメルレンズをさらに含む、請求項８に記載の投影機器。
【請求項１０】
前記変調ビームフレネルレンズは、交差した円筒形フレネルレンズを含む、請求項９に記載の投影機器。
【請求項１１】
前記第一カラースクローリング素子は、カラーフィルタホイールを含む、請求項４に記載の投影機器。
【請求項１２】
前記第一カラースクローリング素子は、プリズムを含む、請求項４に記載の投影機器。
【請求項１３】
前記第一照明経路フレネルレンズは、ガラスフレネルレンズである、請求項８に記載の投影機器。
【請求項１４】
前記変調ビームフレネルレンズは、ガラスフレネルレンズである、請求項９に記載の投影機器。
【請求項１５】
前記光源は、ＬＥＤ、ＬＥＤ配列、キセノン灯、及び、水銀灯で構成される群から取られる、請求項４に記載の投影機器。
【請求項１６】
前記均一化装置は、小型レンズ配列を含む、請求項４に記載の投影機器。
【請求項１７】
前記均一化装置は、統合バーを含む、請求項４に記載の投影機器。
【請求項１８】
前記透過型液晶変調器は、薄膜トランジスタを含む、請求項４に記載の投影機器。
【請求項１９】
少なくとも１つの成分波長偏光器が、前記単色透過型液晶変調器パネルから離間される、請求項４に記載の投影機器。
【請求項２０】
前記複数波長偏光器は、ワイヤグリッド偏光器である、請求項４に記載の投影機器。
【請求項２１】
前記ワイヤグリッド偏光器装置の前記ワイヤ表面側は、前記液晶変調器パネルに向かって方向付けられる、請求項２０に記載の投影機器。
【請求項２２】
投影機器であって、
a）照明部分を含み、該照明部分は、
i）実質的に非偏光の複数波長を有する照明ビームを提供する光源と、
ii）実質的に偏光された複数波長の照明ビームを提供するために、前記実質的に非偏光の照明ビームを偏光するための複数波長偏光器と、
iii）均一化された複数波長の偏光ビームを提供するために、前記実質的に偏光された複数波長の照明ビームを調整するための均一化装置と、
iv）第一組の色から、第一の反復するスクロールされたシーケンスの色を提供することによって、第一成分波長照明、第二成分波長照明、及び、第三成分波長照明をもたらすための第一カラースクローリング素子と、
v）第二組の色から、第二の反復するスクロールされたシーケンスの色を提供することによって、第四成分波長照明、第五成分波長照明、及び、第六成分波長照明をもたらすための第二カラースクローリング素子とを含み、
b）前記第一カラースクローリング素子から第一、第二、及び、第三の成分波長照明のシーケンスを受け入れ、ディスプレイ表面に向かう投影のために、変調された成分波長ビームをレンズに提供するよう、前記第一、第二、及び、第三の成分波長照明を第一透過型薄膜トランジスタ液晶偏光器パネルで順次的に変調するための第一成分波長変調部分を含み、
c）前記第二カラースクローリング素子から第四、第五、及び、第六の成分波長照明のシーケンスを受け入れ、ディスプレイ表面に向かう投影のために、変調された成分波長ビームをレンズに提供するよう、前記第四、第五、及び、第六の成分波長照明を第二透過型薄膜トランジスタ液晶偏光器パネルで順次的に変調するための第二成分波長変調部分を含む、
投影機器。
【請求項２３】
前記第一組の色は、赤色、緑色、及び、青色である、請求項２２に記載の投影機器。
【請求項２４】
前記第二組の色は、シアン、マジェンタ、及び、黄色である、請求項２２に記載の投影機器。
【請求項２５】
青色及び黄色は、実質的に同時に投影される、請求項２２に記載の投影機器。
【請求項２６】
前記第一成分波長変調部分は、前記第一スクローリング素子からの第一、第二、及び、第三成分波長照明を前記透過型液晶変調器の前記第一部分に向かって集束するために、第一照明経路フレネルレンズを含む、請求項２２に記載の投影機器。
【請求項２７】
前記第一成分波長変調部分は、前記透過型液晶変調器パネルからの成分波長ビームを映写レンズに向かって方向付けるために、変調ビームフレネルレンズをさらに含む、請求項２６に記載の投影機器。
【請求項２８】
前記変調ビームフレネルレンズは、交差した円筒形フレネルレンズを含む、請求項２７に記載の投影機器。
【請求項２９】
前記第一カラースクローリング素子は、カラーフィルタホイールを含む、請求項２２に記載の投影機器。
【請求項３０】
前記第一カラースクローリング素子は、プリズムを含む、請求項２２に記載の投影機器。
【請求項３１】
前記第一照明経路フレネルレンズは、ガラスフレネルである、請求項２６に記載の投影機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、電子投影に関し、より具体的には、フルカラー投影画像を形成するために単一ＬＣ変調器パネルを使用する電子投影機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
文字数字表示パネルからラップトップコンピュータに至る、そして、大規模フルカラーディスプレイにさえ至る多数のディスプレイ用途に供するために、単色液晶（ＬＣ）技術が成功裏に利用されている。周知であるように、ＬＣ装置は、各対応する画素のために入射光の偏光状態を選択的に変調することによって、画素の配列として画像を形成する。ＬＣ技術の継続的な改良は、より低いコスト、改良された歩留まり及び信頼性、並びに、減少された電力消費の利益をもたらし、着実に改良された解像度、速度、及び、色のような画像特性を備える。
【０００３】
ラップトップ及びより大きなディスプレイ装置のために一般的に使用されるＬＣディスプレイ構成部品の１つの種類は、液晶層がガラス又は他の透明材料の２つのシートの間に挟装される所謂「直視型」ＬＣＤパネルである。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）技術における継続的な改良が、直視型ＬＣＤパネルにとって有益であることが分かり、単一ガラスペインの地域内へのトランジスタの益々緻密な詰込みを可能にする。加えて、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材料が開発されている。次いで、これは改良された解像度及び増大された速度を有する直視型ＬＣＤパネルを提供するのに役立つ。よって、改良された解像度及び色を有するより大きくより速いＬＣＤパネルが、フルモーション結像のために成功裏に設計され且つ利用される。
【０００４】
代替的に、小型化及びマイクロリソグラフィ技術の利用が、異なる種類のＬＣ装置の開発を可能にしている。シリコン上の液晶（ＬＣＯＳ）技術が、シリコン回路の構造化された背面に対して液晶材料を封止することによって極めて緻密な空間光変調器の開発を可能にしている。本質的に、ＬＣＯＳ組立ては、相補形金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）製造プロセスにＬＣ設計技術を組み合わせる。
【０００５】
ＬＣＯＳ技術を使用するならば、典型的に１平方インチよりも小さい結像地域を有するＬＣチップは、数百万画素を有する画像を形成し得る。比較的成熟したレベルのシリコンエッチング技術は、高速及び優れた解像度を示すＬＣＯＳ装置の急速な開発のために有利であることが分かった。ＬＣＯＳ装置は、リアプロジェクションテレビ及びビジネス投影機器のような用途において空間光変調器として使用されている。
【０００６】
デジタルカメラ及び関連電子結像機会の到来で、かなりの注目が電子投影機器の開発に向けられている。従来的な映画品質フィルム投影機と競争力を有する代替を提供するために、デジタル投影機器は、高い基準の性能を満足しなければならず、高解像度、広い色全域(color  gamut)、高輝度、及び、１，０００：１を超える面順次コントラスト比を提供する。ＬＣＯＳ  ＬＣＤは、高品質デジタル映画投影系のための空間光変調器として有利であるように思われる。これらの利点は、比較的大きい装置サイズ、小さな画素間の間隙、及び、好ましい装置歩留まりを含む。
【０００７】
図１を参照すると、ＬＣＯＳ  ＬＣＤ装置を使用した従来的な電子投影機器１０の簡略化されたブロック図が示されている。各色経路（ｒ＝赤色、ｇ＝緑色、ｂ＝青色）は、変調された光ビームを形成するために類似の成分を使用する。各経路内の個々の成分は、適切に、付加されたｒ、ｇ、又は、ｂで印されている。赤色経路を辿ると、赤色光源２０ｒが非変調光をもたらし、非変調光は、均一な照明をもたらすために均一化された光学素子２２ｒによって調整される。偏光ビームスプリッタ２４ｒが、適切な偏光状態を有する光を空間光変調器３０ｒに向け、それは画素配列の場所の上に入射する赤色光の偏光状態を選択的に偏光する。空間光変調器３０ｒの作用は、フルカラー画像の赤色成分を形成する。偏光ビームスプリッタ２４ｒを通じて光軸Ｏｒに沿って透過される、この画像からの変調光は、二色結合器２６、典型的には、Ｘキューブ又はフィリップスプリズムに向けられる。二色結合器２６は、投影スクリーンのようなディスプレイ表面４０上への投影のために、共通の光軸Ｏに沿う投影レンズ３２のために組み合わされた多色画像を形成するよう、別個の光軸Ｏｒ／Ｏｇ／Ｏｂからの赤色、緑色、及び、青色変調画像を結合する。青色及び緑色光変調のための光路は類似する。均一化光学素子２２ｇによって調整される緑色光源２０ｇからの緑色光は、偏光ビームスプリッタ２４ｒを通じて、空間光変調器３０ｇに向けられる。光路Ｏｇに沿って透過される、この画像からの変調光は、二色結合器２６に向けられる。同様に、均一化光学素子２２ｒによって調整される、赤色光源２０ｒからの赤色光は、偏光ビームスプリッタ２４ｒを通じて空間光変調器３０ｒに向けられる。光路Ｏｒに沿って透過される、この画像からの変調光は、二色結合器２６に向けられる。
【０００８】
図１の構成に類似する構成を備えるＬＣＯＳ  ＬＣＤ空間光変調器を利用する電子投影機器の実施例の中には、米国特許番号第５，８０８，７９５号（Ｓｈｉｍｏｍｕｒａ  ｅｔ  ａｌ．）、第５，７９８，８１９号（Ｈａｔｔｏｒｉ  ｅｔ  ａｌ．）、第５，９１８，９６１号（Ｕｅｄａ）、第６，０１０，２２１号（Ｍａｋｉ  ｅｔ  ａｌ．）、第６，０６２，６９４号（Ｏｉｋａｗａ  ｅｔ  ａｌ．）、第６，１１３，２３９号（Ｓａｍｐｓｅｌｌ  ｅｔ  ａｌ．）、及び、第６，２３１，１９２号（Ｋｏｎｎｏ  ｅｔ  ａｌ．）がある。
【０００９】
上記に引用される特許のそれぞれが示すように、映画品質投影機器の開発者は、彼らの注目及び活力を、ＴＦＴに基づく直視型ＬＣパネルを使用する解決策にではなく、むしろＬＣＯＳ  ＬＣＤ技術に主として向ける。このための多数の明瞭に明らかな理由がある。例えば、投影機器を可能な限りコンパクトに作成するための要件は、ＬＣＯＳ  ＬＣＤのような小型化された空間光変調器、或いは、デ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を含む、小型化された構成部品の開発を議論する。典型的には１０〜２０ミクロン範囲にあるサイズとされた画素を含む、極めてコンパクトな画素配置は、単一ＬＣＯＳ  ＬＣＤが大きな統制スクリーンのために十分な解像度をもたらすことを可能にし、デジタル映画投影のための映画テレビ技術者協会（ＳＭＰＴＥ）仕様によって求められるような２０４８×１０２４又は４０９６×２０４８画素又はそれよりも良好の範囲内にある画像を必要とする。ＬＣＯＳ  ＬＣＤがそれらの直視型ＬＣＤパネル対応物を越えて興味深い理由は、現在入手可能なＬＣＯＳ構成部品の性能属性、応答速度、色、及び、コントラストのような属性に関する。
【００１０】
投影機開発努力を小型化装置に向けてバイアスする傾向を有するさらに他の要因は、置換されるべき膜の寸法特性である。即ち、ＬＣＯＳ  ＬＣＤ空間光変調器又はそのデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）対応物の画像形成地域は、映画プリント用フィルムから投影される画像フレームの地域と同等のサイズである。これは投影光学素子設計を幾分単純化し得る。しかしながら、ＬＣＯＳ  ＬＣＤ又はＤＭＤ装置の興味は、より小さな寸法での画像形成が最も好ましいという設計者側の疑問の余地のない推測に起因する。よって、意識的な理由のために、従来的な理由付け及び期待と一致して、開発者は小型化されたＬＣＯＳ  ＬＣＤ又はＤＭＤが高品質デジタル映画投影機のための最も実現性のある画像形成構成部品であると推測している。
【００１１】
小型化されたＬＣＯＳ及びＤＭＤ空間光変調器の仕様に固有の１つの問題は、輝度及び効率に関する。結像の技術分野において周知であるように、如何なる光学系もラグランジュ不変量によって制約される。発光装置の面積と発光される光の開口数との積、ラグランジュ不変量が、１つの光学系の出力を他の光学系の入力と調和させるための重要な考慮事項であり、光学系の出力輝度を決定する。簡単に言えば、それだけの量の光のみが特定サイズの面積から提供され得る。ラグランジュ不変数が示すように、放射面積が小さいときには、特定レベルの輝度を達成するために、大きな角度の発光が必要とされる。付加的な複雑性及びコストが、より大きな角度で照明を取り扱う要求に起因する。この問題は同一譲受人に譲渡された米国特許番号第６，７５８，５６５号（Ｃｏｂｂ  ｅｔ  ａｌ．）、第６，８０８，２６９号（Ｃｏｂｂ）、及び、第６，６７６，２６０号（Ｃｏｂｂ  ｅｔ  ａｌ．）において付記され且つ対処されている。
【００１２】
関連する考慮事項は、画像形成構成部品もエネルギー密度に関する制限を有することである。小型化された空間光変調器、具体的には、ＬＣＯＳ  ＬＤＣを用いるならば、それだけの量のエネルギー密度が構成部品レベルで許容され得る。即ち、特定の閾値レベルを越える輝度のレベルが、装置自体に損傷を与え得る。典型的には、約１５Ｗ／ｃｍ２を越えるエネルギー密度が、ＬＣＯＳ  ＬＣＤにとっては過剰であり得る。次いで、これは、直径１．３インチのＬＣＯＳ  ＬＣＤを使用するときの利用可能な輝度を僅か約１５，０００ルーメンまで制約する。熱蓄積も阻止されなければならない。何故ならば、これは画像の歪み、色収差を引き起こし、光変調器及びその支持構成部品の寿命を短縮し得る。具体的には、使用される吸収性偏光構成部品の挙動は、熱蓄積によって顕著に妥協され得る。これは、空間光変調器自体のための実質的な冷却機構、並びに、支持光学構成部品のための注意深い工学考慮を要求する。再び、これは光学系設計にコスト及び複雑性を付加する。
【００１３】
ＬＣＯＳ  ＬＣＤに伴うさらに他の関連する問題は、必要とされる変調光の大きな角度に関する。ＬＣＤ装置における画像形成のための機構並びにＬＣＤ自体の固有複屈折は、入射照明が極めて角状であるときに、これらの装置から利用可能なコントラスト及び色品質を制限する。適切なレベルのコントラストをもたらすために、１つ又はそれよりも多くの補償板(compensator)装置がＬＣＯＳ系内で使用されなければならない。しかしながら、これは投影系の複雑性及びコストをさらに増大する。この一例は同一譲受人に譲渡された米国特許番号第６，８３１，７２２号（Ｉｓｈｉｋａｗａ  ｅｔ  ａｌ．）に開示されており、ワイヤグリッド偏光器及びＬＣＤ装置の角状偏光効果のための補償板の使用を開示している。これらの理由のために、ＬＣＯＳ  ＬＣＤ及びＤＭＤ解決策は、構成部品サイズ及び光路幾何に関する固有の制限に直面する。
【００１４】
代替的な直視型ＴＦＴ  ＬＣパネルを使用する様々な投影機器解決策が提案されている。しかしながら、多くの場合には、これらの機器は特別な用途のために提案され、最高級のデジタル映画用途における使用が意図されていない。例えば、米国特許第５，８８９，６１４号（Ｃｏｂｂｅｎ  ｅｔ  ａｌ．）は、オーバーヘッド投影機器のための画像源としてＴＦＴ  ＬＣパネル装置を使用することを開示している。米国特許第６，６３７，８８８号（Ｈａｖｅｎ）は、各光路のために別個の投影光学素子を使用して、赤色源、緑色源、及び、青色源を備える単一の細分化されたＴＦＴ  ＬＣを使用するリアスクリーンＴＶディスプレイを開示している。同一譲受人に譲渡された米国特許番号第６，５０５，９４０号（Ｇｏｔｈａｍ  ｅｔ  ａｌ．）は、垂直空間要件を低減するためにキオスク構成内に収容される大型パネルＬＣ装置を備える低コストデジタル投影機を開示している。これらの実施例のそれぞれは、画像変調のためにより大きなＬＣパネルを利用するが、これらの設計のいずれも、良好な輝度レベル、従来的な映画フィルムの色と同等の色、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度での映画投影が意図されていない。
【００１５】
ＴＦＴ  ＬＣパネルを使用して投影機器を提供する１つの試みが、米国特許第５，７５８，９４０号（Ｏｇｉｎｏ  ｅｔ  ａｌ．）に開示されている。Ｏｇｉｎｏ  ｅｔ  ａｌ．第９４０号特許では、平行化された照明をＬＣパネルにもたらすために、１つ又はそれよりも多くのフレネルレンズが使用され、次に、他のフレネルレンズが、投影光学素子に光を提供する集光器として作用する。それは広い地域に亘って結像ビームをもたらすので、Ｏｇｉｎｏ  ｅｔ  ａｌ．第９４０号特許装置は、上記のラグランジュ不変数に基づき、その高い光出力に役立つ。しかしながら、それはＴＶ投影機器及び小規模投影機のための潜在的用途をもたらすが、Ｏｇｉｎｏ  ｅｔ  ａｌ．第９４０号特許の開示は、光を変調し且つ１０，０００ルーメン並びにそれを越えるレベルにある高強度を有する結像光出力をもたらす高解像度投影系のために必要な性能レベルに達しない。
【００１６】
よって、デジタル映画投影機器解決策は、画像形成のために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構成部品を使用するときには輝度及び効率に固有の制限があることが分かる。それに対し、ＴＦＴ  ＬＣパネルは、ＬＣＯＳ解決策を越える増大された輝度レベルをもたらす。ＴＦＴ  ＬＣパネルを使用する投影機器は開示されているが、これらは高性能デジタル映画投影の要求の高い輝度要件に良好に適していない。
【００１７】
映画用途において、投影機は、変調された画像をディスプレイスクリーン又は表面上に投影する。その場合、この表面は投影機から可変距離にあり得る。これは、投影機が、ある種類の焦点調節並びに色整列調節をもたらすことが求められる。図１に示されるような従来的なＬＣＯＳ機器を用いるならば、色整列は色結合光学素子によって遂行されるので、３つの合成ＲＧＢ色が同一の軸に沿って投影される。しかしながら、ＴＦＴ装置を使用する解決策のためには、赤色経路、緑色経路、及び、青色経路のために別個の投影光学素子を提供する利益がある。これらの利益の一部は、より簡単でより低コストのレンズを含み、各レンズに狭い波長のための色矯正を備える。そのようなアプローチを用いるならば、次に、適切に重ね合わされる赤色画像、緑色画像、及び、青色画像から色画像を形成し、それによって、投影機がディスプレイスクリーンからの距離の範囲に亘って使用されることを可能にするために、何らかの整列方法が提供されなければならない。
【００１８】
他の問題は、ＴＦＴ  ＬＣ装置による光変調の性質に関し、高レベルの画像品質を要求する高輝度用途のために必要な支持構成部品に関する。従来的な解決策は、光出力レベル及び全体的な画像品質の両方を包含し、投影用途のためのＴＦＴ使用によってもたらされる利点を取り除く。例えば、ＴＦＴパネルに直接的に取り付けられる吸収性偏光器の使用は、これらの装置は共通して提供されるので、画像品質のために不利である。これらのフィルムからの熱吸収は、典型的には、光エネルギーの２０％を越え、結果的に、ＬＣＤ材料の過熱を招き、コントラストの損失及びコントラスト不均一性をもたらす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
よって、ＴＦＴ  ＬＣ装置の固有エタンデュ関連利点を活用し且つ改良された画像品質を提供するフルカラー投影機器の必要があることが分かり得る。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
投影機器であって、
a）照明部分を含み、照明部分は、
i）実質的に非偏光の複数波長を有する照明ビームを提供する光源と、
ii）実質的に偏光された複数波長の照明ビームを提供するために、実質的に非偏光の照明ビームを偏光するための複数波長ワイヤグリッド偏光器と、
iii）均一化された複数波長の偏光ビームを提供するために、実質的に偏光された複数波長の照明ビームを調整するための均一化装置と、
iv）一組の色から、反復するスクロールされたシーケンスの色を提供することによって、第一成分波長照明、第二成分波長照明、及び、第三成分波長照明をもたらすためのカラースクローリング素子とを含み、
b）カラースクローリング素子から第一、第二、及び、第三の成分波長照明のシーケンスを受け入れ、ディスプレイ表面に向かう投影のために、変調された成分波長ビームをレンズに提供するよう、第一、第二、及び、第三の成分波長照明を透過型の薄膜トランジスタ液晶偏光器パネルで順次的に変調するための成分波長変調部分を含む、
投影機器を提供することが本発明の目的である。
【００２１】
小型化されたＬＣＯＳ  ＬＣＤを使用する現在のアプローチとは異なり、本発明の機器は、最高級電子結像用途が意図される投影機器における結像のために、単一ＬＣＤパネルを利用することが本発明の特徴である。
【００２２】
投影画像のための付加的な輝度を可能にすることが本発明の利点である。様々な種類の光源が使用され得る。
【００２３】
本発明のこれらの並びに他の目的、特徴、及び、利点は、本発明の例証的な実施態様を図示され且つ記載される図面と共に考慮されるとき、以下の詳細な記載を読んだ後に当業者に明らかになるであろう。
【００２４】
本明細書は本発明の主題を具体的に指摘し且つ明確に請求する請求項で完結するが、本発明は、添付の図面と共に考慮されるとき、以下の記載からより良好に理解されると考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本記載は、具体的には、本発明に従った装置の一部を形成する、或いは、それとより直接的に協働する素子に向けられている。特に図示されず或いは記載されない素子は、当業者に周知の様々な形態を取り得ることが理解されるべきである。
【００２６】
図２を参照すると、本発明の実施態様に従った、大規模、高輝度投影用途のために設計された投影機器(projector  apparatus)５０の実施態様が示されている。上記に付与された背景技術に記載された従来的な投影機器と異なり、投影機器５０は、高輝度投影の要求の高い要件に適した、全体的な効率及び光出力を増進する技術を利用する。図４は、投影機器５０の鍵となる構成部品を斜視図で示している。図４は、ＬＣ変調器パネル６０が並んで或いは水平に３つの部分に区画化された構造のための斜視図である。これは変調器パネル６０が垂直に区画化された図２の構造の代替である。如何なる特定の実施態様のための最良の構造も、垂直に区欠かされるか或いは水平に区画化されるかに拘わらず、後に記載されるように、ＬＣ変調器パネル６０の全体的な幅高さアスペクト比及び意図される画像６４に依存する。
【００２７】
照明部分６８は、複数の波長を有する非偏光照明、典型的には、白色光をもたらすための光源２０を有する。光源２０は、実質的に偏光された照明ビーム６６をもたらすために、この照明を複数の波長偏光器７４に方向付ける。複数の波長を有する均一化された偏光ビームをもたらすために、レンズ３４が偏光照明ビーム６６を均一化素子２２に方向付ける。次に、集光レンズ３８が均一化された偏光ビーム７６を色分離器７８に方向付け、色分離器は、複数の波長を、別々の照明経路４４ｒ（赤色）、４４ｇ（緑色）、及び、４４ｂ（青色）に沿って、成分色波長、通常は、赤色、緑色、及び、青色（ＲＧＢ）に分離する
【００２８】
図２に示されるように、少なくとも３つの成分波長変調部分１１４ｒ，１１４ｇ，１１４ｂがあり、それぞれ対応する照明経路４４ｒ，４４ｇ，４４ｂに沿って整列される。各成分波長変調部分１１４ｒ，１１４ｇ，１１４ｂでは、集光レンズ４２ｒ，４２ｇ，４２ｂが、対応する成分波長照明を偏光器４８ｒ，４８ｇ，４８ｂを通じて方向付ける。次に、フレネルレンズ５２ｒ，５２ｇ，５２ｂが、後に記載されるように、変調のために各成分色を取り扱うよう区画化された単色透過性液晶変調器パネル６０を通じて、この照明を集束する。液晶変調パネル６０は、赤色、緑色、及び、青色の成分波長ビーム５４ｒ，５４ｇ，５４ｂを形成する。成分波長ビーム５４ｒ，５４ｇ，５４ｂは、色画像を形成するよう結合される変調光ビームである。分析器５６ｒ，５６ｇ，５６ｂが、変調された成分波長ビーム５４ｒ，５４ｇ，５４ｂのそれぞれをディスプレイ表面７０に投影する映写レンズによる投影に先立ち、赤色、緑色、青色の成分波長ビーム５４ｒ，５４ｇ，５４ｂの偏光を調整する。故に、変調成分波長ビーム５４ｒ，５４ｇ，５４ｂは、ディスプレイ表面７０上に色画像６４を形成するために重ね合わされる。
【００２９】
広帯域偏光
図５を参照すると、照明部分６８内の偏光提供装置１１０における複数の波長偏光器７４の例示的な構成部品が、より詳細に示されている。この実施態様では、偏光器９６が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。次に、鏡９８又は反射性偏光感応塗膜が、２分の１波長板９４を通じて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。このようにして、レンズ３４で、変調された照明ビーム６６は、同一の偏光状態を有する。よって、光源２０からの実質的に全ての光出力が、変調のために同一の偏光状態を有する光に変換される。この方法は、より広い地域に亘って光を提供し、より大きな透過型ＬＣパネルと共に使用され得る。ラグランジュ不変数によって制限される従来的なＬＣＯＳ  ＬＣＤ投影系は、この種類の光出力の利点を十分に享受し得ない。
【００３０】
１つの実施態様において、偏光器９６は、米国特許第６，４５２，７２４号（Ｈａｎｓｅ  ｅｔ  ａｌ．）に開示される種類の偏光器のようなワイヤグリッド偏光器である。様々な種類のワイヤグリッド偏光器が、ユタ州オレム市所在のＭｏｘｔｅｋ，  Ｉｎｃ．から商業的に入手可能である。ワイヤグリッド型の偏光器は、従来的な種類の吸収型偏光器と異なり、高いレベルの光強度を取り扱うのに特に有利である。１つの実施態様において、このワイヤグリッド偏光器は、そのワイヤ表面側のそのワイヤ素子がＬＣＤパネルに向かって面するよう配置される。この構造は、同一譲受人に譲渡された米国特許第６，５８５，３７８号（Ｋｕｒｔｚ  ｅｔ  ａｌ．）に開示されるような熱誘導複屈折を減少する。偏光器９６は、代替的に、電子結像の技術分野における当業者に知られたＭａｃＮｅｉｌｌｅ偏光器のような従来的なプリズム偏光器であり得る。
【００３１】
照明源及び光学素子
従来的なＴＦＴ  ＬＣ投影機器に対する顕著な改良は、光源２０からの均一な照明をもたらすための均一化光学素子２２の使用である。変調のために均一に明るい照明ビームをもたらすために、均一化光学素子２２は光源からの出力を調整する。１つの実施態様において、統合バーが均一化光学素子２２を提供する。代替的な実施態様は、小型レンズ配列、又は、小型レンズ及び他の統合構成部品のある組み合わせを使用する。
【００３２】
光源２０は、多くの種類のランプ又は放射性構成部品のいずれでもあり得る。高い製造容量の故の低コスト及び入手可能性を生かして、商業的に入手可能な構成部品を光源２０として選択することが特に有利であることが理解され得るであろう。１つの実施態様において、マサチューセッツ州ウェレスレイ市所在のＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ  Ｉｎｃ．から入手可能な、従来的なＣＥＲＭＡＸ（登録商標）キセノンアーク灯が使用される。そのような在庫の装置を使用する能力は、特注光源解決策を典型的に必要とするより小さなＬＣＯＳ構成部品を使用するのと対照的に、より大型サイズのＴＦＴ  ＬＣ装置を使用するときに特に有利である。他の代替的な光源は、均一化光学素子２２を使用するときに配列内に分散され得る高電力ＬＥＤを含む。他の選択肢は、超高圧水銀灯を使用することであり、例えば、従来的なキセノンバブル灯は、さらに他の選択肢を提供し、水銀灯よりも良好な色全域をもたらす。
【００３３】
画像間の適切な以降のための時間を許容するようディスプレイを一時的に暗化するために、図２中の点線の場所に位置し得る選択的なシャッタ１１６が、照明系６８内に実装され得る。シャッタ１１６はＬＣ変調器パネル６０応答速度に依存して必要とされ得る。ＬＣ変調器パネル６０の応答速度は、従来的ビデオのために十分に改良されているが、虚像のない動作を伴う、特に、かなりの動作及び移行を含む画像コンテンツを伴う結像を可能にするのに十分な改良があるかが依然として見られる。シャッタ１１６は、移行時間中にＬＣ変調器パネル６０への光を遮断するために使用され、フレーム間の画像のオーバーレイを効果的に低減する。適切なシャッタ機構が、例えば、同一譲受人に譲渡された米国特許第６，５１３，９３２号（Ｅｈｒｎｅ  ｅｔ  ａｌ．）に開示されている。
【００３４】
色分離
図２に示されるように、均一化光学素子２２からの出力である均一化された偏光ビーム７６は、次に、色分離器７８に進む。図６は、色分離器７８の構成部品をより詳細に示している。交差された二色表面９０ａ，９０ｂの構成が、それぞれ赤色、緑色、及び、青色の成分波長ビーム５４ｒ，５４ｇ，５４ｂとしての変調のために、均一化された偏光ビーム７６の複数の波長光を、鍵となる赤色、緑色、及び、青色の成分波長に分離するよう使用される。回転鏡９２が、図６の実施態様において、赤色及び青色の成分波長ビーム５４ｒ及び５４ｂを方向変更する。代替的な実施態様は、３つよりも多くの色帯が分離されるよう二色分離成分を使用し、より大きな色全域を可能にすることを含む。
【００３５】
ＳＭＰＴＥ“Ｃ”色スペーサのような、さらには、（赤色：０．６８０ｘ，０．３２０ｙ，１０．１Ｙ、緑色：０．２６５ｘ，０．６９０ｙ，３４．６Ｙ、青色：０．１５０ｘ，０．０６０ｙ，３．３１Ｙ）によって定められる提案のデジタル映画ＳＭＰＴＥ全域のような、従来的ビデオを使用してもたらされる投影域よりも実質的に大きい投影域をもたらすために、変調器パネル６０によってもたらされる改良された光効率が利用され得る。映画フィルムの全域と少なくとも同じ大きさ或いはより大きい全域を作成する興味がある。典型的な成分色帯域青色、緑色、及び、赤色の間のスペクトル帯域の部分を遮断し、それによって、投影機器１０が内部で働く色空間を増大するために、二色フィルタが選択され且つ位置付けられ得る。
【００３６】
変調器パネル６０の構造
本発明の１つの特徴は、図６の平面図に示されるように、単色液晶変調器パネル６０の区画化(segmentation)である。それぞれの赤色、緑色、及び、青色の照明経路４４ｒ，４４ｇ，４４ｂ内の赤色、緑色、及び、青色の成分色（図２）は、それぞれ赤色成分変調部分８０ｒ、緑色成分変調部分８０ｇ、及び、青色成分変調部分８０ｂによって変調される。ＬＣ変調器パネル６０が２０４８ｘ３２４０画素解像度を有する１つの実施態様において、各成分色変調部分８０ｒ，８０ｇ，８０ｂは、２０４８ｘ１０８０画素解像度を有する。より高い解像度パネル代替が、デジタル映画のような用途に有利である。
【００３７】
各変調部分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、使用されないが変調部分８０ｒ，８０ｇ，８０ｂの一部として使用され得るある数の画素を含む。境界部分８２ｒ，８２ｇ，８２ｂは、後に記載されるように、成分色変調光の整列を容易化するために使用される。
【００３８】
各変調部分８０ｒ，８０ｇ，８０ｂは、光遮断区画８４ａ，８４ｂによって、その隣接する変調部分８０ｒ，８０ｇ，８０ｂから分離されている。光遮断区画８４ａ，８４ｂは、暗い或いは黒い状態の画素で構成され、隣接する赤色、緑色、及び、青色の照明経路４ｒ，４４ｇ，４４ｂからオーバーラップ光を反射するための印として作用する。これらの暗状態画素に加えて或いは代わりに、物理的な遮断素子が使用され得る。
【００３９】
図２乃至４の実施態様において、ＬＣ変調器パネル６０は、投影用途における使用のために変更され且つ単純化されている。先ず図９ａを参照すると、ディスプレイ使用のために製造業者によって提供されるような従来的なＬＣ変調器パネル１１８が示されている。この従来的な構成において、その制御電極をＩＴＯ層１２４及び薄膜トランジスタ１２２上に備えるＬＣ材料１２０が、カラーフィルタ配列１３２に沿って、ガラスの板１２６の間に挟装されている。前方及び後方偏光器１２８は、それらの性能が高い熱レベルによって妥協される吸収性シートであり、投影画像中に熱非均一性を招く。コントラストを強化するために、補償膜１３０も設けられている。多くの装置では、拡散層のような他の強化膜が使用されるが、図示されていない。
【００４０】
図９Ｂは、本発明において使用されるようなＬＣ変調器パネル６０の簡略化された構成を示している。補償膜１３０は取り除かれ得る。仮に維持されるとしても、補償膜１３０の性能要求及びコストは著しく減少される。前方及び後方偏光器１２８も、ＬＣ変調器パネル６０自体から取り除かれ、別個のワイヤグリッド偏光器が偏光器４８ｒ，４８ｇ，４８ｂ及び分析器５６ｒ，５６ｇ，５６ｂのために使用される。偏光器４８ｒ，４８ｇ，４８ｂ及び分析器５６ｒ，５６ｇ，５６ｂは、ガラスシート１２６の表面から離間されている。実質的な量の光エネルギーを吸収することなしに高い光レベルを処理し得るワイヤグリッド偏光器が、投影装置５０における高強度用途に特に良く適している。それらをＬＣ材料１２０から離間することは、画像の均一性に否定的な影響を及ぼす熱移動を防止する。カラーフィルタ配列１３２はもはや必要とされない。選択的な反射防止塗膜１３４，１３６が、ガラス１２６の両外表面上に設けられ得る。反射防止塗膜１３４，１３６は、チェックボード効果を低減し、ＡＮＳＩコントラスト比を増大するのに役立ち、迷光からの隣接する画素の相互作用を最小限化する。
【００４１】
フレネルレンズ
図２に示されるように、照明経路４４ｒ，４４ｇ，４４ｂ内でのフレネルレンズ５２ｒ，５２ｇ，５２ｂの使用は、光を対応する映写レンズ６２ｒ，６２ｇ，６２ｂの入射瞳に向かって方向付けるために特に有利である。フレネルレンズ５２ｒ，５２ｇ，５２ｂを照明経路４４ｒ，４４ｇ，４４ｂ内に配置することによって、結像収差が最小限化される。フレネルレンズは、典型的には成形され、レンズが画像変調光と共に使用されるならば特に可視的である非均一性を示し得る。
【００４２】
図１０は、各成分波長変調部分１１４ｒ，１１４ｇ，１１４ｂ内に一対のフレネルレンズを使用する代替的な実施態様を示しており、一方は、各照明経路４４ｒ，４４ｇ，４４ｂ内の変調ビームフレネルレンズとして配置され、他方は、各変調成分波長ビーム５４ｒ，５４ｇ，５４ｂ内の変調ビームフレネルレンズとして配置として配置されている。青色チャネルにおいて、フレネルレンズ５４ｂは照明経路４４ｂ内にあり、第二フレネルレンズ５３ｂが成分波長ビーム５４ｂ内にある。緑色チャネルにおいて、フレネルレンズ５２ｇは照明経路４４ｇ内にあり、第二フレネルレンズ５３ｇが変調成分波長ビーム５４ｇ内にある。赤色チャネルにおいて、フレネルレンズ５２ｒは照明経路４４ｒ内にあり、第二フレネルレンズが変調成分波長ビーム５４ｒ内にある。図１０の構成を用いるならば、各成分波長変調部分１１４ｒ，１１４ｇ，１１４ｂのための照明ビーム内の第一フレネルレンズ５２ｒ，５２ｇ，５２ｂは、変調器パネル６０に方向付けられる光の角度を減少し、平行化の手段を提供し、それによって、コントラスト性能を向上する。第二フレネルレンズ５３ｒ，５３ｇ，５３ｂは、対応する映写レンズ６２ｒ，６２ｇ，６２ｂの入射瞳に向かって光を方向付けるために、ＬＣ変調器パネル６０からの変調成分波長ビーム５４ｒ，５４ｇ，５４ｂ内に配置される。
【００４３】
代替的な実施態様において、一対の交差した円筒形のフレネルレンズが、１つ又はそれよりも多くの成分波長変調部分１１４ｒ，１１４ｇ，１１４ｂ内で、従来的な円形に対照的なフレネルレンズ種類の代替として使用され得る。交差した円筒形フレネルレンズは、互いに対して回転され、モアレ及びエリアジングを最小限化し或いは排除するために、ＬＣ変調器パネル６０に対してある角度でさらに回転され得る。
【００４４】
１つの実施態様において、投影装置５０は、ニューヨーク州ローチェスター市のＲｅｆｌｅｘｉｔｅ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのような製造業者によって製造されるようなゴースト防止フレネルを使用する。他の代替として、１つ又はそれよりも多くのフレネルレンズ５２ｒ，５２ｇ，５２ｂの代わりにホログラフィック光学構成部品が使用され得る。ガラス成形フレネルレンズは、画像に亘るコントラスト均一性の減少のような、光吸収からの応力複屈折に伴う問題を最小限化するのに役立つ。
【００４５】
投影レンズ６２ｒ，６２ｇ，６２ｂ整列のための制御ループ
図７は、映写レンズ６２ｒ，６２ｇ，６２ｂの自動整列のために配列された制御ループ１００を示している。電子カメラのようなセンサ１０４が、ディスプレイ表面７０上の画像６４の一部であり得るし或いは画像６４とは別個であり得る標的１０６からの光を感知する。標的１０６は、ディスプレイ表面７０上に投影される変調成分カラー画像の正しいオーバーラップを示すよう考案される。制御論理プロセッサ１０８でオーバーラップを正しく検出し且つセンサ１０４によって検出される色間の如何なる偏心(offset)をも相殺するために、同一譲受人に譲渡された米国特許第６，７９３，３５１号（Ｎｅｌｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．）に開示される方法のような方法が使用され得る。映写レンズ６２ｒ，６２ｇ，６２ｂの調節は、方法の組み合わせを使用して行われ得る。完全画素のユニットの整列は、米国特許第５，７２９，２４５（Ｇｏｖｅ  ｅｔ  ａｌ．）に開示される方法と類似する方法を使用して、対応する赤色、緑色、又は、青色の成分変調部分８０ｒ，８０ｇ，８０ｂの位置をシフトすることによって、電子的に達成され得る。映写レンズ６２ｒ，６２ｇ，６２ｂ自体を移動することによって、完全画素の或いは画素の断片的増分の微調整整列調節を行うために、ステップ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，１０２ｂが使用され得る。１つの実施態様では、２つの方法の組み合わせが使用され、先ず、１つ又はそれよりも多くの赤色、緑色、又は、青色の成分変調部分８０ｒ，８０ｇ，８０ｂの相対的位置をシフトすることによって整列を試み、必要に応じて、境界部分８２ｒ，８２ｇ，８２ｂ内の画素を利用する。赤色、緑色、又は、青色の成分変調部分８０ｒ，８０ｇ，８０ｂのこの移動に続き、次に、必要に応じて、アクチュエータ１０２ｒ，１０２ｇ，１０２ｂを駆動することによって、微調整調節が遂行される。
【００４６】
代替的実施態様
図２、４、７、及び、１０に示される実施態様は、従来的な組の赤色、緑色、及び、青色の成分色を使用する投影機器５０を示している。強化された色全域をもたらすために、追加的な色の使用を含む他の構成も可能である。或いは、カラー画像６４を形成するために、異なる成分色が使用され得る。４色を使用する代替的な実施態様において、２つのＬＣ変調器パネル６０が使用され、各ＬＣ変調器パネル６０は２つの成分色変調部分を有するよう構成され得る。
【００４７】
代替的な実施態様において、単一のＬＣ変調器パネル６０が、光を光遮断領域によって分離された色帯域に分離するスクローリングカラーフィルタ装置と共に使用される。色帯域は、プリズム光学素子を使用して或いは色ホイール又は他の種類のカラースクローリング機構を使用して、ＬＣ変調器パネル６０を横断して走査され得る。色間の移行時間中の色ぼけを防止するために、遮断領域が利用される。変調器は、引き続き、合成カラー画像の適切な部分を適用するために提供される特定のカラー光と同時に変調される。スクローリング色背景及び技法は、例えば、ＳＩＤ  ０１  Ｄｉｇｅｓｔ，１〜４頁にあるＤ．Ｓｃｏｔｔ  Ｄｅｗａｌｄ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｍ．  Ｐｅｎｎ、及び、Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｄａｖｉｓによる“Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  Ｃｏｌｏｒ  Ｒｅｃａｐｔｕｒｅ  ａｎｄ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ：  Ａ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｓｃｒｏｌｌｉｎｇ  Ｃｏｌｏｒ”と題する論文に記載されている。
【００４８】
図１５に示される代替的な実施態様において、投影装置２００は、カラースクローリングホイール、又は、色分離機を含む構成部品と走査プリズムとのある組み合わせのようなカラースクローリング素子１４０を使用し、走査プリズムは、例えば、デジタル投影分野における当業者に知られた技法を使用して様々な波長のカラー光を順次的に走査する。ＬＣ変調器パネル６０は、映写レンズ６２に変調光を提供するために、カラースクローリング素子１４０から提供される光の各入射色を順次的に変調する。
【００４９】
図１１に示されるような、投影装置２００の他の代替的な実施態様は、２つの変調器パネル６０ｃ及び６０ｄを利用し、カラースクローリング素子１４０ｃ及び１４０ｄをそれぞれ備える。各変調器パネル６０ｃ，６０ｄは、図２を参照して記載されたものと類似して、その対応する照明経路４４ｃ，４４ｄ内に支持光学構成部品を有し、成分波長ビーム５４ｃ，５４ｄとしての変調光を映写レンズ６２ｃ，６２ｄに提供する。カラースクローリング成分を使用する、これらの実施態様の照明部分６８は、例えば、米国特許第６，２８０，０３４号（Ｂｒｅｎｎｅｓｈｏｌｔｚ）に記載されたものと類似する色分離、カラースクローリング、及び、光方向付け技法を利用し得る。
【００５０】
カラースクローリング素子１４０ｃ又は１４０ｄがカラースクローリングホイールである場合、反復的な相補的な対の色を利用するシーケンスが特に有利であり得る。そのような構成では、カラースクローリング素子１４０ｃは、その組の色を形成するために、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り得る。次に、カラースクローリング素子１４０ｄは、相補的なシアン、その組の色を形成するために、マジェンタ、及び、黄色フィルタを有するフィルタホイールであり得る。これらのフィルタホイールのシーケンスは、組み合わせ画像がスクローリングシーケンスの各部分の間で白色であるように見える状態で、２つの変調パネル６０ｃ，６０ｄから形成される組み合わせ画像が色に関して付加的であるようなタイミングとされる。これは、例えば、その対応する相補的な色（シアン、マジェンタ、黄色）と対にされる各減色（赤色、緑色、青色）を同時に投影するときに該当する。このアプローチを本発明によって提供される増大された輝度大及び改良された結像性能の利点と組み合わせることは、より初期の設計に対して拡張された色全域を可能にする。
【００５１】
代替的な実施態様において、２つの別個の変調器パネル６０ｃ，６０ｄを提供する代わりに、単一の変調器パネル６０が２つの区画に細分化され得る。これは図３に示される構成と類似する構成をもたらすが、図中に示されるような３つの区画の代わりに２つの区画を備える。一方の区画は変調器パネル６０ｃに役立ち、他方の区画は変調器パネル６０ｄに役立つ。
【００５２】
他の代替的な実施態様は、中間画像平面で３つの色成分波長変調部分１１４ｒ，１１４ｇ，１１４ｂからの画像を組み合わせることを伴う。図１２を参照すると、映写レンズ６２による投影のための中間画像１４６として画像６４を形成するために、各成分波長変調部分１１４ｒ，１１４ｇ，１１４ｂが変調画像の成分を提供する、投影装置５０が示されている。レンズ６３ｒ，６３ｇ，６３ｂは、中間画像１４６を形成するために、変調光を方向付ける。この構成を用いるならば、中間画像１４６は、実際には変調器パネル６０よりも小さくあり得るので、中間画像１４６は、単一の映写レンズによって、大型スクリーンサイズに拡大され得る。光学集束が組立て時になされ得るので、操作者のために単一の映写レンズ調節のみが必要である。このアプローチは、同一譲受人に譲渡された米国特許第６，８０８，２６９号（Ｃｏｂｂ）及び第６，６７６，２６０号（Ｃｏｂｂ  ｅｔ  ａｌ．）で実証されているように価値があることが示された。
【００５３】
図８を参照すると、個別の赤色、緑色、及び、青色の光源４６ｒ，４６ｇ，４６ｂを使用する代替的な実施態様における投影装置５０のブロック図が示されている。光源４６ｒ，４６ｇ，４６ｂは、レーザ、ＬＥＤ、又は、他の光源種類を含み得るし、図２を参照して記載されたように、均一化装置(uniformizer)のような光調整構成部品によっても支持され得る。光源４６ｒ，４６ｇ，４６ｂは偏光され得るし、或いは、偏光器を備え得る。
【００５４】
本発明の１つの利点は、補償板が不要となり得ることであり、或いは、少なくとも補償板の必要が最小限化され得ることである。当該技術分野において既知であるように、２つの基本的な種類の補償板膜がある。膜の平面と平行な光学軸を備える一軸性膜がＡ板と呼ばれる。膜の平面に対して垂直な光学軸を備える一軸性膜がＣ板と呼ばれる。代替的に、Ａ板は、補償板の平面にＸＹ複屈折（ＸＹ遅延特性を備える異方性媒体）を提供するとして記載され得るのに対し、Ｃ板は、補償板を通じるビーム伝搬の方向にある光軸に沿うＺ複屈折を提供する。ｎ０よりも大きいｎｅを備える一軸性材料が、正に複屈折であると呼ばれる。同様に、ｎ０よりも小さいｎｅを備える一軸性材料が、負に複屈折であると呼ばれる。Ａ板及びＣ板の両方は、それらのｎ０値及びｎｅ値に依存して正又は負であり得る。当該技術分野において周知であるように、Ｃ板は一軸に圧縮されたポリマ又は鋳造アセテートの使用によって組み立てられ得るのに対し、Ａ板はポリビニルアルコール又はポリカーボネートのような延伸ポリマ膜によって作成され得る。
【００５５】
本発明は、Ｃ板補償板の必要を最小限化し或いは排除する。何故ならば、変調器パネル６０としてより大型のＬＣパネルを使用することは、角感度の減少をもたらすからである。図１２を参照すると、点線１４２は、赤色成分波長ビーム５４ｒ中の選択的なＡ板補償板のための可能な位置を表示している。他の成分波長変調部分１１４ｒ，１１４ｇ，１１４ｂは、類似の位置にあるＡ板補償板からも利益を享受し得る。代替的に、補償板は、例えば、フレネルレンズ５２ｒ，５２ｇ，５２ｂの前のような照明経路内に配置され得る。他の実施態様において、Ａ板補償板は、ある追加的レベルのＣ板補償板で補足され得る。さらに他の実施態様では、Ｃ板補償板が十分である。例えば、膜に基づく補償板、多層薄膜誘電体スタックから形成される補償板、及び、成形複屈折構造を使用する補償板を含む多数の種類の補償板のいずれも使用され得る。
【００５６】
代替的な実施態様において、明瞭性のために斜視図で示される、図１３中の投影機器の一部のブロック図に示されるように、偏光ビームスプリッタ１４８ｒ，１４８ｇ，１４８ｂが、変調器パネル６０からの各変調成分波長ビーム５４ｒ，５４ｇ，５４ｂのための分析器として設けられている。偏光ビームスプリッタ１４８ｒ，１４８ｇ，１４８ｂ、１つの実施態様においてはワイヤグリッド偏光ビームスプリッタは、各成分波長ビーム５４ｒ，５４ｇ，５４ｂの光路を変える。図１３の実施態様において、映写レンズ６２ｒ，６２ｇ，６２ｂは、次に、ディスプレイ表面７０上に画像を形成する。他の代替的な実施態様では、図１２を参照して上述されたように、中間画像が形成され得る。
【００５７】
図１６を参照すると、分析器として反射型偏光ビームスプリッタ１４７を使用する１つの色チャネルの一部が示されている。この実施態様では、フレネルレンズ１５６と共に、光学的に追加の分析器１５４が使用され得る。
【００５８】
図１４を参照すると、各色チャネルからの変調光がレンズ６３ｒ，６３ｇ，６３ｂによってＶプリズム組立体１５０に方向付けられる代替的な実施態様の概略的なブロック図が示されている。Ｖプリズム組立体１５０は、映写レンズ６２の瞳で中間画像１４６を形成するために、変調光を単一の光軸上に組み合わせる。Ｖプリズム組立体１５０は、二色表面を使用し且つ光を映写レンズ６２に方向付けるために鏡１５２との組み合わせで作動する１つの種類の色結合器である。同一譲受人に譲渡された米国特許第６，６７６，２６０号（Ｃｏｂｂ  ｅｔ  ａｌ．）が、投影機器におけるＶプリズムの使用を記載している。
【００５９】
偏光ビームスプリッタ１４８ｒ，１４８ｇ，１４８ｂが、Ｍｏｘｔｅｋ，  Ｉｎｃ．によって提供されるようなワイヤグリッド偏光ビームスプリッタである場合には、同一譲受人に譲渡された米国特許第６，８０５，４４５号（Ｓｉｌｖｅｒｓｔｅｉｎ  ｅｔ  ａｌ．）に開示される方法を使用して、補償の手段を提供するために、光軸についてのこれらの装置の１つの回転が使用され得る。
【００６０】
図１中の従来的な投影機器１０との比較によって、図２、４、８、及び、１２中の投影機器５０の構成、並びに、上述のように適用されるときの図１１中の投影機器２００は、かなりより高い輝度レベルの可能な系をもたらす。図１中の従来的な構成の空間光変調器３０ｒ，３０ｇ，３０ｂが、小型化されたＬＣＯＳ  ＬＣ装置である場合には、これらの装置のラグランジュ不変量及びエネルギー運搬能力は、約５，０００から僅か約２５，０００ルーメンの範囲に利用可能な輝度の量を制約する。対照的に、図２及び４の実施態様は、拡張されたルーメン範囲を享受し、３０，０００ルーメンを越える投影を可能にする。
【００６１】
ＬＣ変調器パネル６０の寸法は、投影機器５０の性能要件に適するよう最適化され得る。以前に使用された小型化されたＬＣＯＳ  ＬＣＤ解決策と対照的に、ＬＣ変調器パネル６０は、典型的なランプトップディスプレイよりも大きな大規模装置であり、１７〜２０対角インチまで、或いは、それよりも大きくもあり得る。より初期のＬＣパネルは失望する程に遅いが、進行中の作業は、１００％並びにより良好な速度改良をもたらし、速度増大は実現可能であるように思われる。８ミリ秒以下の改良された応答時間も報告された。理想的には、変調器パネル６０は、フルランプ系効率が利用可能とされ得る程のちょうどのサイズにされ、且つ、最速の応答時間をもたらす程の小さなサイズにされ、画素構造及び電子機器のための最適サイズは標準的なＴＦＴパネル方法を利用して組み立てられる。
【００６２】
ランプ系効率に最も適するようＴＦＴパネルの大きさを定めることは、多くの考慮事項を包含する。例えば、２．００ｍｍアーク間隙を備えるＣｅｒｍａｘ風ランプを利用するために、測定は、開口数ｘほぼ１０の変調器面積の対角の積として定められる、ランプのフル効率がラグランジュ不変量を有する系によって捕捉され得ることを示している。ｆ／１０．０で設計される系が、０．０５と等しい開口数（ＮＡ）を有する。よって、装置対角は２００ｍｍである必要がある。両方の偏光状態を捕捉するために、この値は倍加にされなければならない。追加的に、この変調面積は、選択される各波長帯域のために必要とされる。よって、系効率の観点から、１０７４ｘ３５８ｍｍよりも僅かに大きいパネルが極めて効率的であり、速い移行時間のための最良の潜在性を提供する。主な困難は、変調される各波長帯域のために、所望の高解像度：２０４８ｘ１０２４又は４０９６ｘ２０４８で、このサイズを収容する程に小さく画素電子工学を組み立てることである。
【００６３】
より明るい光源を使用する能力及び大面積画像生成器の使用で、図２及び５におけるようなＴＦＴ  ＬＣ変調器パネル６０は、４０〜５０％のオーダの全体効率を提供する。これは、僅か約５〜１０％の効率が普通である図１のより初期のＬＣＯＳ  ＬＣＤ設計の典型的な効率とは対照的である。ワイヤグリッド偏光器は特に有利である。何故ならば、それらは比較的低い光吸収を示すからである。一般的に、約２０％未満の光吸収を有する偏光器が好ましい。上記の実施態様中のワイヤグリッド表面自体を偏光器パネル６０に向かって方向付けることによって得られる改良された性能もあり得る。
【００６４】
図１２を参照して記載されたように、中間画像を形成するために、或いは、ディスプレイ表面７０上に別々に投影される色変調ビームを提供するために、上述の実施態様は使用され得る。共役ポリマ、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）並びに良く分散された単壁カーボンナノチューブの単層を利用する薄膜トランジスタを含む代替的な種類のより最近導入されたＴＦＴ構成部品が可能である。
【００６５】
よって、提供されるものは、投影画像を形成するためにＴＦＴ  ＬＣパネルを使用する電子投影機器のための機器及び方法である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】ＬＣＯＳ  ＬＣＤ装置を使用する従来的な投影機器を示すブロック図である。
【図２】本発明に従った大規模ＴＦＴ  ＬＣディスプレイを使用する投影機器を示すブロックズである。
【図３】本発明に従って区画化されたＴＦＴ  ＬＣ装置を示す平面図である。
【図４】本発明に従った投影機器を示す斜視図である。
【図５】整列のための制御ループを備える投影機器を示すブロック図である。
【図６】本発明に従って成分色変調部分に細分化されたＬＣＤ変調器パネルを示す平面図である。
【図７】１つの実施態様における映写レンズの自動整列のための制御ループを概略的に示すブロック図である。
【図８】代替的な実施態様における投影機器を概略的に示すブロック図である。
【図９Ａ】従来的な大型パネルＬＣ装置を示す断面図である。
【図９Ｂ】本発明に従った簡略化された大型パネルＬＣ装置を示す断面図である。
【図１０】各色チャネル内に２つのフレネルレンズを備える代替的な実施態様を概略的に示すブロック図である。
【図１１】２つのパネル機器内でカラースクローリングを使用する代替的な実施態様を概略的に示すブロック図である。
【図１２】中間画像が投影のために形成される代替的な実施態様を概略的に示すブロック図である。
【図１３】各色チャネル内で偏光ビームスプリッタを使用する代替的な実施態様を概略的に示すブロック図である。
【図１４】変調光のための色結合器としてＶプリズムを使用するカラー投影機器の一部の代替的な実施態様を概略的に示すブロック図である。
【図１５】カラースクローリング装置として色ホイールを使用する実施態様を概略的に示すブロック図である。
【図１６】１つの色チャネル内の分析器として偏光ビームスプリッタの使用を概略的に示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０      投影機器
２０      光源
２０ｒ    光源、赤色
２０ｇ    光源、緑色
２０ｂ    光源、青色
２２      均一化光学素子
２２ｒ    均一化光学素子、赤色
２２ｇ    均一化光学素子、緑色
２２ｂ    均一化光学素子、青色
２４ｒ    偏光ビームスプリッタ、赤色
２４ｇ    偏光ビームスプリッタ、緑色
２４ｂ    偏光ビームスプリッタ、青色
２６      二色結合器
３０ｒ    空間光変調器、赤色
３０ｇ    空間光変調器、緑色
３０ｂ    空間光変調器、青色
３２      映写レンズ
３４      レンズ
３６      レンズ
４０      ディスプレイ表面
４２ｒ    集光レンズ、赤色
４２ｇ    集光レンズ、緑色
４２ｂ    集光レンズ、青色
４４      照明経路
４４ｃ    照明経路
４４ｄ    照明経路
４４ｒ    照明経路、赤色
４４ｇ    照明経路、緑色
４４ｂ    照明経路、青色
４６ｒ    光源、赤色
４６ｇ    光源、緑色
４６ｂ    光源、青色
４８ｒ    偏光器、赤色
４８ｇ    偏光器、緑色
４８ｂ    偏光器、青色
５０      投影装置
５２ｒ    フレネルレンズ、赤色
５２ｇ    フレネルレンズ、緑色
５２ｂ    フレネルレンズ、青色
５３ｒ    フレネルレンズ、赤色
５３ｇ    フレネルレンズ、緑色
５３ｂ    フレネルレンズ、青色
５４ｃ    成分波長ビーム
５４ｄ    成分波長ビーム
５４ｒ    成分波長ビーム、赤色
５４ｇ    成分波長ビーム、緑色
５４ｂ    成分波長ビーム、青色
５６ｒ    分析器、赤色
５６ｇ    分析器、緑色
５６ｂ    分析器、青色
６０      変調器パネル
６０ｃ    変調器パネル
６０ｄ    変調器パネル
６２      映写レンズ
６２ｃ    映写レンズ
６２ｄ    映写レンズ
６２ｒ    映写レンズ、赤色
６２ｇ    映写レンズ、緑色
６２ｂ    映写レンズ、青色
６３      レンズ
６３ｒ    レンズ、赤色
６３ｇ    レンズ、緑色
６３ｂ    レンズ、青色
６４      画像
６６      偏光照明ビーム
６８      照明部分
７０      ディスプレイ表面
７４      偏光器
７６      均一化された偏光ビーム
７８      色分離器
８０ｒ    赤色成分変調部分
８０ｇ    緑色成分変調部分
８０ｂ    青色成分変調部分
８２ｒ    境界部分、赤色
８２ｇ    境界部分、緑色
８２ｂ    境界部分、青色
８４ａ    光遮断区画
８４ｂ    光遮断区画
９０ａ    二色性表面
９０ｂ    二色性表面
９２      回転鏡
９４      ２分の１波板
９６      偏光器
９８      鏡
１００    制御ループ
１０２ｒ  アクチュエータ、赤色
１０２ｇ  アクチュエータ、緑色
１０２ｂ  アクチュエータ、青色
１０４    センサ
１０６    標的
１０８    制御論理プロセッサ
１１０    偏子を提供する機器
１１４ｒ  成分波長変調部分、赤色
１１４ｇ  成分波長変調部分、緑色
１１４ｂ  成分波長変調部分、青色
１１６    シャッタ
１１８    ＬＣ変調器パネル
１２０    ＬＣ材料
１２２    薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
１２４    ＩＴＯ層
１２６    ガラス
１２８    偏光器
１３０    補償板膜
１３２    カラーフィルタ配列
１３４    反射防止塗膜
１３６    反射防止塗膜
１４０    カラースクローリング素子
１４０ｃ  カラースクローリング素子
１４０ｄ  カラースクローリング素子
１４２    線
１４６    中間画像
１４８    偏光ビームスプリッタ
１４８ｒ  偏光ビームスプリッタ、赤色
１４８ｇ  偏光ビームスプリッタ、緑色
１４８ｂ  偏光ビームスプリッタ、青色
１５０    Ｖプリズム
１５２    鏡
１５４    分析器
１５６    フレネルレンズ
１５８    投影機器
【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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2008542795.tif 000021
2008542795.tif 000022
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