(57)【要約】  青色、緑色、及び、赤色光の単色光を単一のイメージャに順次的にもたらすための３つの離散的な単色光源を含み、イメージャは、変調された光画素のマトリクスを形成するために、画素毎に光を変調する、投射システムが提供される。各単色光源は、順次的な離散的な光の単色ビームを生成するために、投射システムのリフレッシュ速度と一致する切換速度を有する。変調された光の単色マトリクスは組み合わされて、フルカラーの視覚可能な画像を形成する。
2008507725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投射システムであって、
青色、赤色、及び、緑色スペクトルにある光の単色ビームを生成するために、当該投射システムのリフレッシュ速度と一致する切換速度をそれぞれ有する、少なくとも３つの単色光源と、
変調された光画素のマトリクスを形成するために、前記光の単色ビームを画素毎に変調するための単一のイメージャとを含む、
投射システム。
【請求項２】
制御エレクトロニクスが前記少なくとも３つの単色光源を順次的にスイッチオンする、請求項１に記載の投射システム。
【請求項３】
前記３つの単色光源からの前記光の単色ビームのそれぞれを前記イメージャに向かって方向付けるためのＸ立方体をさらに含む、請求項１に記載の投射システム。
【請求項４】
前記光の単色ビームを前記イメージャ内に方向付け、且つ、前記変調された光画素のマトリクスを映写レンズに方向付けるためのイメージャ入力立方体をさらに含む、請求項３に記載の投射システム。
【請求項５】
前記イメージャは、ＤＬＰイメージャであり、前記イメージャ入力立方体は、ＴＩＲプリズムである、請求項４に記載の投射システム。
【請求項６】
前記イメージャは、ＬＣＯＳイメージャであり、前記イメージャ入力立方体は、偏光ビームスプリッタである、請求項４に記載の投射システム。
【請求項７】
前記単色光源は、共鳴微小共振器構造デバイスである、請求項１に記載の投射システム。
【請求項８】
前記単色光源は、発光ダイオードである、請求項１に記載の投射システム。
【請求項９】
前記単色光源は、レーザダイオード配列である、請求項１に記載の投射システム。
【請求項１０】
青色、赤色、及び、緑色スペクトルにある光の単色ビームを生成するために、投射システムのリフレッシュ速度と一致する切換速度を有する、少なくとも３つの単色光源と、
変調された光画素のマトリクスを形成するために、前記光の単色ビームを画素毎に変調するためのイメージャと、
前記光の単色ビームを前記イメージャ内に方向付け、且つ、前記変調された光画素のマトリクスを映写レンズ内に方向付けるためのイメージャ入力立方体と、
前記少なくとも３つの単色光源からの前記光の単色ビームのそれぞれを前記イメージャ入力立方体内に方向付けるためのＸ立方体とを含む、
ディスプレイ装置。
【請求項１１】
コントローラが前記少なくとも３つの単色光源を順次的にスイッチオンする、請求項１０に記載のディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記イメージャは、ＤＬＰイメージャであり、前記イメージャ入力立方体は、ＴＩＲプリズムである、請求項１０に記載のディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記イメージャは、ＬＣＯＳイメージャであり、前記イメージャ入力立方体は、偏光ビームスプリッタである、請求項１０に記載のディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記単色光源は、共鳴微小共振器構造デバイスである、請求項１０に記載のディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記単色光源は、発光ダイオードである、請求項１０に記載のディスプレイ装置。
【請求項１６】
前記単色光源は、レーザダイオード配列である、請求項１０に記載のディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は投射システムに関し、より具体的には、単一のイメージャマイクロディスプレイ(imager
microdisplay)を備える離散的な単色高切換速度光源を使用する投射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロディスプレイは、背面投射型テレビのようなディスプレイ用途において、投射画像のために益々使用されている。カラー投射システムのために、マイクロディスプレイの１つ又はそれよりも多くのイメージャが、光画素の変調されたマトリクスを形成するよう画素毎に単色光入力を変調する。次に、視覚可能なカラー画像を形成するために、３つの単色に変調された光のマトリクスがスクリーン又は拡散器上に組み合わされる。白色光源を３つの単色光ビームに分離し、分離された単色光ビームを変調するために、マルチイメージャーマイクロディスプレイと呼ばれる３つの別個のイメージャを使用することによって、単色結像を達成し得る。しかしながら、マイクロディスプレイ投射システムにおいて３つの別個のイメージャを使用することは高価であり得る。
【０００３】
代替的に、別個の単色光ビームが単一のイメージャによって順次的に変調されるよう、白色光源は、例えば、カラーホイールによって、単色光ビームに一時的に分離され得る。光色が変更される速度の故に、順次的な色は肉眼によって混合されてカラー画像を生成する。光を一時的に分離するカラーホイールも高価であり得る。追加的に、光ビームがカラーホイールの異なるカラーフィルタを分離するスポーク上にあるとき、光の透過効率は不利に影響される。また、単一のイメージャマイクロディスプレイ投射システムは、不十分な出力効率をもたらす。何故ならば、任意の所与時間に生成される光の大部分は、カラーホイールによって除去されるからである。
【０００４】
自発的光放射の波長を変更するための共鳴微小共振器構造（ＲＭＡ）デバイスは、例えば、米国特許第５，８０４，９１９号及び５，９５５，８３９号から既知である。これらのデバイスは、波長の所望範囲外にある光を吸収し、それによって、波長の所望範囲内にある光のみを放射すると同時に、全電力消費を削減する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は従来技術の問題点を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
単一のイメージャマイクロディスプレイデバイスのための照明システムを作成する３つの離散的な急速切換光源を使用するためのシステムが提案される。本発明の例示的な実施態様において、単一のイメージャに青色光、緑色光、赤色光の単色ビームを順次的に提供するための３つの離散的な単色光源を含む投射システムが設けられる。各単色光源は、光の順次的な離散的な単色ビームを生成するために、投射システムのリフレッシュ速度と一致する切換速度を有する。単一のイメージャは、変調された光画素のマトリクスを形成するために、画素毎に光の各単色ビームを変調する。変調された光の単色マトリクスは、フルカラーの視覚可能な画像を形成するために組み合わされる。
【０００７】
添付の図面を参照して本発明を記載する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１及び２は、本発明の例示的な実施態様に従った投射システムを示している。３つの単色光源１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒが、それぞれ青色、緑色、及び、赤色スペクトルにある単色光ビーム１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒを放射する。例証されている実施態様において、単色光源１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒは、共鳴微小共振器構造（ＲＭＡ）デバイスである。３つの単色光源の１つだけが如何なる時間内の地点においてもスイッチオンされるよう、単色光源１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒは、順次的にスイッチオンされる。よって、図２は便宜上全ての３つの単色光ビーム１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒを示しているが、３つの光ビームの１つだけが任意の特定時間に生成される。単色光源１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒは、例示的な投射システムを採用するディスプレイのための単一リフレッシュサイクル中にそれぞれ循環され得るよう、高切換速度を有する。例えば、例示的な液晶ディスプレイテレビ又はＵＨＰランプを備える順次式カラーを使用するＤＬＰディスプレイテレビは、ビデオフレーム当たり約２〜６サイクルの色変化速度（ＲＧＢＲＧＢ等）を有する。この色変化速度又はサイクル速度は、物理的なカラーホイール速度及びアーク安定のためにランプをパルス化する必要によって制約される。速いサイクル速度は、ランプ寿命の急速劣化を引き起こし、遅いサイクル速度は、可視的な順次式カラーアーチファクトを残す。単色光源１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒは、それらの寿命を急速に劣化することなしに、数マイクロ秒で循環され得る。よって、単色光源１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒを使用することは、より多くのビデオフレーム毎サイクルを可能にし、よって、順次的なカラーアーチファクトの可能性を低減する。
【０００９】
３つの単色光ビーム１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒは、Ｘ立方体(X-cube)３０の３つの面３０Ｘ，３０Ｙ，３０Ｚと整列している。例示的なＸ立方体は、Ｇｏｌｄｅｎ，ＣｏｌｏｒａｄｏにあるＵｎａｘｉｓ又はＳａｎｔａ  Ｒｏｓａ，  ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＪＤＳ  Ｕｎｉｐｈａｓｅから入手可能である。Ｘ立方体３０は、２つの選択的に反射的な表面３０Ｂ，３０Ｒを有し、これらの表面は、互いに垂直であり、且つ、３つの単色光源１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒのそれぞれからの光のビームに対して双方とも４５度の角度にある。選択的に反射的な表面３０Ｂ，３０Ｒは、殆どの色スペクトルにある光が通過するのを許容するが、特定の色スペクトルにある光を反射する。選択的に反射的な表面３０Ｂは、例えば、青色スペクトルにある光を反射するのに対し、緑色及び赤色スペクトルにある光が通過するのを許容する。選択的に反射的な表面３０Ｒは、対照的に、赤色スペクトルにある光を反射するのに対し、青色及び緑色スペクトルにある光が通過するのを許容する。
【００１０】
図１の投射システムでは、緑色スペクトルにあるｐ偏光ビーム１１Ｇが、Ｘ立方体３０の表面３０Ｙに整列された緑単色光源１０Ｇによって生成される。緑光ビーム１１Ｇは表面３０Ｙに進入し、Ｘ立方体３０の両方の選択的に反射的な表面３０Ｂ，３０Ｒを通過し、表面３０Ｙと反対側に配置されたＸ立方体３０の表面３０Ａから出る。青単色光源１０Ｂは、Ｘ立方体の表面３０Ｘと整列して配置されている。青色スペクトルにあるｐ偏光ビーム１１Ｂが、青単色光源１０Ｂによって生成される。青色光ビーム１１Ｂは、表面３０Ｘを通じてＸ立方体３０に進入し、選択的に反射的な表面３０Ｂによって直角に反射され、表面３０Ａを通じてＸ立方体３０から出る。青色光ビーム１１Ｂの一部は選択的に反射的な表面３０Ｒ上に入射するが、選択的に反射的な表面３０Ｒは赤色スペクトルにある光のみを反射するので、青色光は選択的に反射的な表面３０Ｒを通過することが留意されるべきである。赤単色光源１０Ｒは、Ｘ立方体の表面３０Ｚと整列して配置されている。赤色スペクトルにあるｐ偏光ビーム１１Ｒが、赤単色光源１０Ｒによって生成される。赤色光ビーム１１Ｒは、表面３０Ｚを通じてＸ立方体３０に進入し、選択的に反射的な表面３０Ｒによって直角に反射され、表面３０Ａを通じてＸ立方体３０から出る。赤色光ビーム１１Ｒの一部は選択的に反射的な表面３０Ｂ上に入射するが、選択的に反射的な表面３０Ｂは青色スペクトルにある光だけを反射するので、この赤色光は選択的に反射的な表面３０Ｂを通過することが留意されるべきである。
【００１１】
上記の記載から、３つの単色光源１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒからの各単色光ビームは、表面３０Ａを通じてＸ立方体３０から出ることが理解されるべきである。本発明の例示的な実施態様において、単色光源１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒは、Ｘ立方体３０の中心から等距離に配置されているので、３つの単色光ビームは等距離を進行する。以下に議論されるように、これは順次的なタイミングを容易化する。
【００１２】
イメージャ入力立方体(imager-input cube)４０が、３つの単色光ビームのそれぞれがＸ立方体３０から出る源３０Ａの近傍に配置されている。イメージャ入力立方体４０は、単色光ビーム１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒが、Ｘ立方体３０に面する表面４０Ａに進入し、単一のイメージャ２０に面する表面４０Ｂから出るよう配置されている。イメージャ２０は、シリコン基板上の液晶（ＬＣＯＳ）イメージャ又はデジタル光パルス（ＤＬＰ）イメージャであり得る。イメージャ入力立方体４０は、イメージャ２０に適合されている。よって、もし、例証されている実施態様におけるように、イメージャ２０がＬＣＯＳイメージャであるならば、イメージャ入力立方体４０は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）である。逆に、もしイメージャ２０がＤＬＰイメージャであるならば、イメージャ入力立方体４０は全反射（ＴＩＲ）プリズムである。当業者によって理解されるように、単色光ビーム１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒは、イメージャ入力立方体４０によって、イメージャ２０内に向けられる。単一のイメージャ２０は、各色ビームのために変調光画素１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒのマトリクス又は配列を形成するために、単色光ビーム１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒを画素毎に変調する。変調光画素１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒのマトリクスは、イメージャ入力立方体４０によって、表面４０Ｃを通じて映写レンズ５０内に向けられる。変調された光の単色マトリクスは、映写レンズによってスクリーン（図示せず）上に投射され、フルカラー視覚可能画像を形成するために、マトリクスはスクリーン上で視聴者の肉眼によって組み合わされる。
【００１３】
３つの単色光源１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒは、制御システム（図示せず）によって順次的にスイッチオンされる。制御システムは、光源の１つがスイッチオンされるときに、他の２つの光源がスイッチオフされるよう、光源を同期する。光源は順次的にスイッチオンされ、単一のイメージャ２０が３つの単色光源１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒのそれぞれを変調するのを可能にする。
【００１４】
光源１０Ｂ，１０Ｇ，１０ＲのためにＲＭＡデバイスを使用することを参照して例証され且つ記載されたが、光源１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒとして発光ダイオード又はレーザダイオード配列を使用する代替的な実施態様が想定される。これらの代替的な実施態様のために、リレーシステムが使用されて、発光ダイオード又はレーザダイオード配列をスイッチオンし且つスイッチオフする。
【００１５】
本発明に従った投射システムの１つの利点は、３つの単色光源１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒを極めて急速にオンオフし得ることであり、よって、順次式カラーを生成するために、機械的手段、又は、かなり遅い（且つ不十分な）液晶（ＬＣ）転移の代わりに）エレクトロニクスを使用し得る得ることである。また、これらの源のそれぞれからの光ビームは極めて狭い帯域の色又は波長にあり、よって、電力が光の望ましくない波長で余り浪費されないので、電力利点もある。三原色（青、緑、及び、赤）中の波長を有する光のみが生成される。
【００１６】
上記は、本発明を実施するための幾つかの可能性を例証している。多くの他の実施態様が、本発明の範囲及び精神内で可能である。従って、上記の記載は限定的というよりも例証的であると考えられること、並びに、本発明の範囲は添付の請求項及びそれらの均等の全範囲によって与えられることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の例示的な実施態様に従った単一のイメージャを備える離散的な高切換速度照明源を使用する投射システムを示すブロック図である。
【図２】本発明の例示的な実施態様に従った３つの離散的な高切換速度照明源によって生成される単色光ビームの経路を示すブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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