(57)【要約】  プロジェクタの照明光を減衰する幾らかの装置および方法が提供される。照明光は偏光を液晶（ＬＣ）減衰パネルへ方向付けることで減衰されてもよい。該パネルは、通過する偏光を、幾らか変調する、全て変調する、全く変調しない、のうちいずれかを選択的に行う。該パネルからの光はその後偏光素子へ方向付けられる。偏光素子は偏光を分析して、該光の偏光に基づき該光の通過を許可する、あるいは拒否する。【選択図】図２
2008527448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を減衰する光減衰システムであって、前記光減衰システムは画像変調器の前の投影ディスプレイシステムの光路中に位置しており、画像特性に応じて前記光源からの前記光を減衰し、前記画像変調器は、前記投影ディスプレイシステムにて表示用の画像を提供する前記投影ディスプレイシステム内の画像制御器と連通し、前記光減衰システムは、
前記画像制御器と連通する減衰制御入力と、
前記光路中の光を変調する液晶パネルと、
前記液晶パネルと前記減衰制御入力とに接続され、前記液晶パネルの変調動作を制御し、前記画像特性に応じて前記光源の減衰をする液晶パネル制御器とを含む、光減衰システム。
【請求項２】
前記液晶パネルは少なくとも一つの液晶減衰部分を含み、各少なくとも一つの減衰部分は選択的に減衰状態あるいは非減衰状態になり、前記減衰状態にある液晶減衰部分は光を第一偏光状態に偏光する、請求項１に記載の光減衰システム。
【請求項３】
前記光路中に、前記液晶パネルの前に第一偏光子をさらに含む、請求項１に記載の光減衰システム。
【請求項４】
前記光路中に、前記液晶パネルの後に第二偏光子をさらに含む、請求項３に記載の光減衰システム。
【請求項５】
前記第一偏光子は偏光変換システムである、請求項３に記載の光減衰システム。
【請求項６】
前記液晶パネルは複数の液晶減衰部分を含む、請求項４に記載の光減衰システム。
【請求項７】
各液晶減衰部分は選択的に減衰状態あるいは非減衰状態になる、請求項６に記載の光減衰システム。
【請求項８】
前記減衰状態にある液晶減衰部分は前記偏光を第一偏光状態に変調する、請求項７に記載の光減衰システム。
【請求項９】
前記非減衰状態にある液晶減衰部分は前記偏光を第二偏光状態に変調する、請求項７に記載の光減衰システム。
【請求項１０】
前記非減衰状態にある液晶減衰部分は偏光状態を変化させることなく偏光を通過させる、請求項７に記載の光減衰システム。
【請求項１１】
前記第二偏光子は前記第一偏光状態にある光の通過を妨げるよう配置される、請求項８に記載の光減衰システム。
【請求項１２】
前記減衰状態にある液晶減衰部分から通過する前記偏光は、前記非減衰状態にある液晶減衰部分から通過する光に直交である、請求項７に記載の光減衰システム。
【請求項１３】
前記第二偏光子は前記第一偏光状態にある偏光の通過を妨げる、請求項８に記載の光減衰システム。
【請求項１４】
加工された光を第二偏光子へ方向付けるフィールドレンズをさらに含む、請求項４に記載の光減衰システム。
【請求項１５】
前記フィールドレンズはテレセントリックである、請求項１４に記載の光減衰システム。
【請求項１６】
前記光路中であって、前記光源と前記第一偏光子との間に位置する第一レンズ列をさらに含む、請求項３に記載の光減衰システム。
【請求項１７】
前記光路中であって、前記第一レンズ列の後に位置する第二レンズ列をさらに含み、前記第一レンズ列からの光は前記第二レンズ列に入射する、請求項１６に記載の光減衰システム。
【請求項１８】
前記液晶パネルは孔位置に位置する、請求項１に記載の光減衰システム。
【請求項１９】
前記孔位置は前記照明システムの孔ストップに位置する、請求項１６に記載の光減衰システム。
【請求項２０】
前記孔位置は前記プロジェクタの孔ストップに位置する、請求項１６に記載の光減衰システム。
【請求項２１】
前記液晶減衰パネルは可変孔を含む、請求項１に記載の光減衰システム。
【請求項２２】
前記可変孔は複数の同心形を含み、各同心形は外側の多角形と内側の多角形との間の領域で規定され、前記外側のおよび内側の多角形は共通の中心を持つ、請求項２１に記載の光減衰システム。
【請求項２３】
前記可変孔は複数の環を含み、各環は第一同心円と第二同心円との間に存在する領域により規定され、前記第一同心円は前記第二同心円よりも大きな半径を持つ、請求項２１に記載の光減衰システム。
【請求項２４】
前記可変孔は、１３５度／４５度の方位入射面のスキュー光線を減衰するパターンを含む、請求項２１に記載の光減衰システム。
【請求項２５】
前記液晶減衰パネルは通過する偏光を均一に加工する、請求項１に記載の光減衰システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示された実施形態は、大まかに言って、投影システムに関しており、より詳しくは、ビデオ投影照明システムと共に利用される液晶（ＬＣ）ベースの減衰器に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン上液晶（ＬＣｏＳ）、ＬＣＤパネル、およびデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）プロジェクタは、一または複数の変調機器をそれぞれ（ＬＣｏＳ、ＬＣＤ，ＤＭＤ）使用して光源（あるいはランプ）を変調することにより光画像を投影する。連続コントラストおよびグレイレベルビット深度を改善すべく投影システムの光源をビデオ信号に従い減衰することが知られている。例えば、ビデオセグメント間に完全なブラックスクリーンを表示する際には、単にランプを消灯するだけで理想的な無限連続コントラストを得ることができる。同様に、せいぜいごく少量の明度レベル（brightness level）の暗いシーンにおいては、連続コントラストを改善すべくランプの出力を減らすこともあるかもしれない。理論的にはこのように光源を減衰することで、変調機器（あるいはパネル）の完全ビット深度を、連続コントラストを増やすべく輝度（luminance level）変調機能と共に利用することができる。しかし例えば超高圧（ＵＨＰ）水銀ランプなどの最も実用的なシステムにおいては、速度制限その他知られている困難のせいで実際には光源そのものを本質的に減光することはできず、その代わりに外部孔を使用して光出力を制御してきた。
【０００３】
知られている「孔」を利用して光源の強度出力(intensity output)を減少させる方法においては、電子機械自動絞りを動的孔ストップとして使用して、投影光源をアクティブ減衰している。図１はこのような、知られている機械自動絞り照明システム１００を示しており、このなかで電子機械機器は、その配置が二つのリングの相対位置により電子機械的に規定される一列の曲線状バネ鋼リーブを持っており、可変孔をもつ自動絞り１３０を提供する。照明システム１００は、照明が通過する孔１３２を機械的に増減することで光源１０２からの光を減衰する。自動絞り１３０は、アクロマチックに光源１０２を減衰してシステム１００の動的範囲を広げる目的で使用され、且つ、ワーキングｆ−ストップ（ｆ／＃）を減らし、より低い強度設定におけるコントラストを増加させる目的で使用される。この文脈における動的範囲とは、様々な画像強度設定において画素グレイレベル数を維持することのできる能力のことを示しており、さらには、ディスプレイが明暗画像双方について良好なフルグレイ表現ができることを示している。従って孔１３２を閉じると照明光は減衰され、且つ、ワーキングｆ／＃が増加する。後者の「ｆ／＃の増加」もまた任意の光レベルにおけるコントラストの一助となるが、しばしばこれは均一性を犠牲にする。照明システム１００内の自動絞り１３０などの機械要素はとても効果的ではあるが、信頼性に問題を持ち、高価であり、音がうるさく、好ましくない振動を生じ、比較的反応時間が遅い傾向にある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここに記載するのは、液晶（ＬＣ）減衰パネルを利用して投影光源を減衰する照明システム・方法である。通例、記載するシステムは光源からの光を偏光し、ＬＣ減衰パネルを利用して前記光を変調し、前記変調された光に偏光子を通過させ、これによりＬＣ減衰パネルが適用した変調により前記光の幾らかは前記偏光子により遮蔽される。このようなＬＣ減衰パネルの変調は、投影システムにおいて照明制御により望ましい連続的コントラストを達成する目的で、あるいは投影その他のシステムにおいてその他の望ましい目標を達成する目的で使用される。投影システムにおける記載する減衰に加えて、ここに記載する減衰技術は、例えばクロマチック・アクロマチックアナログ機器、アクロマチック量子化空間スイッチ（achromatic quantized spatial switch）、およびアクロマチックアナログ空間機器などに利用することもできる。このようなＬＣベースの減衰パネルを利用するシステムの特別に記載する実施形態は、固定強度の超高圧照明源を減衰する、投影システムの電子機械自動絞りの代替である。故に、記載するシステムおよび技術は、投影ディスプレイの連続コントラストおよび動的範囲を改善するのに、あるいは固定強度光源を利用する他のディスプレイパネルにおいて利用することができる。記載する実施形態は、知られている光源減衰システムに関する反応時間、コスト、電力および／または騒音を効果的に略低減するべく利用されてもよい。
【０００５】
第一セットの実施形態においては、プロジェクタ用照明システムは光源、第一偏光子、第一レンズ、ＬＣパネル、第二レンズ、及び第二偏光子を含む。第一偏光子は光源からの光を受け取り、受け取った光を偏光する。第一レンズは前記偏光を受け取るよう配置され、前記偏光を光路上、第二レンズの方向へ方向付ける。ＬＣパネルは第一偏光子と第二偏光子との間の様々な位置に配置されてもよい。第二偏光子は加工された光を分析する。このような実施形態の幾らかにおいては、ＬＣ減衰パネルは複数のＬＣ減衰部分を含んでもよい。各ＬＣ減衰部分は選択的に減衰状態あるいは非減衰状態になってよく、減衰状態にある部分を通過する光は非減衰状態にある光に対して直交となるよう偏光される。第二偏光子は非減衰偏光状態にある光を通過させ、減衰偏光状態にある光を通過させないようにしてもよい。故に、ＬＣ減衰パネルのどの部分を減衰状態および非減衰状態にするかを制御することで、システムを通過する光量を制御することができる。
【０００６】
別のセットの実施形態においては、ＬＣ減衰パネルが、通過する偏光を均一に加工するアナログＬＣパネルであり、略等価的に全ての光線を減衰することにより光路の透過レベルを制御してもよい。
【０００７】
さらに別のセットの実施形態においては、ＬＣ減衰パネルにおいてアナログ減衰法と空間減衰法とを組み合わせてもよい。このような実施形態においては、ＬＣマトリクス減衰パネルが、個々にアナログ値をアドレスすることができる荒い画素のマトリクスを含み、独立変調領域を提供している。
【０００８】
さらに開示されているのは、プロジェクタ用照明システムにおける光減衰用ＬＣパネルであって、少なくとも一つのＬＣ減衰部分を含むものである。各少なくとも一つの部分は選択的に減衰状態あるいは非減衰状態になり、減衰状態にあるＬＣ減衰部分は光を第一偏光状態に偏光する。
【０００９】
さらに開示されているのは、プロジェクタ用照明システムにおける光減衰方法である。この方法は、第一偏光子で光を受け取るステップを含む。別のステップでは、受け取られた光が第一偏光子で偏光され、偏光が生じる。また別のステップで、ＬＣ減衰パネルの部分が偏向される。更なるステップで、偏向された減衰部分を通過する偏光の偏光状態を直交に変換する。さらに更なるステップで、偏光が第二偏光子で分析され、直交偏光の通過が妨げられる。
【００１０】
さらに開示されているのは、照明システムの出力制御方法である。通例、該方法はビデオ情報を受け取るステップを含む。オプションのステップとして、出力照明を測定することが含まれる。別のステップとして、光源に減衰が必要か判断することが含まれる。もし光源が減衰を必要としているときには、別のステップとして、必要な減衰量を算出することが含まれる。光源が減衰を必要としているときには、さらに、制御信号をＬＣ減衰パネルへ提供するステップが含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
ここで開示されることの原理、及びその利点のより完全な理解のために、付随する図面とともに以下の記載を行うことにする、該図面は以下の通りである。
【００１２】
【図２】投影システムの概略図である。
【００１３】
【図３Ａ−３Ｂ】図３は、あるパターンの液晶減衰パネルを持つ照明減衰システムの一実施形態の斜視図であり、図３Ａ、３Ｂはそれぞれ異なる構成の同心環のパターンを示した図である。
【００１４】
【図４Ａ−４Ｂ】図４は、別のパターンの液晶減衰パネルを持つ照明減衰システムの別の実施形態の斜視図であり、図４Ａ、４Ｂはそれぞれ異なる構成の別のパターン図である。
【００１５】
【図５】アナログ液晶減衰パネルを利用する、別の照明減衰システムの斜視図である。
【００１６】
【図６】補正用ポリマーベース偏光フィルタをもつアナログ液晶減衰パネルを利用する、照明減衰システムの別の実施形態の斜視図である。
【００１７】
【図７】液晶マトリクス減衰パネルを利用する、照明減衰システムの別の実施形態の斜視図である。
【００１８】
【図８】電磁周波数範囲用のＵＶフィルタを通した、ＵＨＰランプの一例による正規電気出力を示すグラフである。
【００１９】
【図９Ａ−９Ｃ】さらなる液晶減衰パネルの外形である。
【００２０】
【図１０】照明システムの光減衰方法の一例を示すフロー図である。
【００２１】
【図１１】照明システムの出力制御方法の一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図２は投影システム１５０の概略図を示す。投影システム１５０は光変調サブシステム２５０に光合成された照明減衰サブシステム２００を含む。投影システム１５０はさらに、照明減衰サブシステム２００と光変調サブシステム２５０とに連結された制御モジュール２７０を含んでもよい。
【００２３】
照明減衰サブシステム２００は、投影ディスプレイシステム１５０の光路中かつ光変調サブシステム２５０の前に位置している。照明減衰サブシステム２００は、画像特性に応じて光源２０２からの光２０５を減衰する機能を持つ。照明減衰サブシステム２００は、制御モジュール２７０内の画像制御器と連通する減衰制御入力を含む。照明減衰サブシステム２００はまた、光路中の光を変調することもある液晶照明減衰モジュール２４０内に液晶パネルを含む。照明減衰サブシステム２００はさらに、液晶パネルと減衰制御入力とに接続される液晶パネル制御器を含むこともできるが、この液晶パネル制御器は制御モジュール２７０に配置されてもよい。投影制御システムの光変調サブシステム２５０は、投影システム１５０にて表示用の画像を提供する、制御モジュール２７０内の画像制御器と連通する。
【００２４】
通常、操作において、照明減衰サブシステム２００は、光路２０５を通して照明減衰モジュール２４０へ照明光を提供する光源２０２を提供する。照明減衰モジュール２４０は通例、光源２０２からの光を偏光し、液晶（ＬＣ）減衰パネルを利用して該光を変調し、偏光器を利用して前記変調光を分析することで、前記照明の一部の通過を妨げ、および照明光の光路２４２への出力を適宜制御する。変調光学モジュール２５２は前記光を受け取り、且つ前記照明減衰サブシステム２００からの光を投影レンズ２５４を介して投影面２６０へ出力すべく修正、加工してもよい。変調光学モジュール２５２は通例、電球、ＬＣｏＳパネル、ＬＣＤパネル、あるいはその他の技術分野で知られた技術を利用して画像情報を伝達する目的から、光２４２を変調してもよい。加えて、制御モジュール２７０は照明減衰サブシステム２００および／または光変調サブシステム２４０の動きを制御してもよい。制御モジュール２７０が、照明減衰サブシステム２００および光変調サブシステム２５０を制御する目的上、回路および／またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせを含んでもよいことは理解されるであろう。制御モジュール２７０が使用することもできる工程の一例を図１１を利用して以下に述べる。
【００２５】
照明減衰サブシステム２００が、望ましい連続コントラストを生成する目的で様々な投影機器で利用され得ることは、さらに理解されるであろう。様々な投影機器には、視聴者とプロジェクタが投影面２６０の同じ側に位置する正面投影方式の投影ディスプレイ、および視聴者とプロジェクタが投影面２６０の反対側に位置する背面投影方式の投影ディスプレイが例えば含まれる。加えて、ここに開示する構想は、直視型ディスプレイおよびヘッドアップディスプレイなどの環境光状態が連続的に変化する機器ディスプレイの照明制御に利用されてもよい。
【００２６】
図３は照明を減衰すべくＬＣ減衰パネル２３０を使用するプロジェクタ用照明減衰システム２００の第一実施形態を示す。照明減衰システム２００は、光源２０２、レンズ列２１０、偏光変換システム（ＰＣＳ）２１２、ＬＣ減衰パネル２３０、合成レンズ２１４、テレセントリックフィールドレンズ２１８、および入口偏光子２２０を含む。
【００２７】
光源２０２は、超高圧（ＵＨＰ）ランプ２０４を、放物線状あるいは楕円状の反射器２０６内に含む。ＵＨＰランプ２０４の明度は入力電力およびアーク間隙により規定される。光源２０２からの光は通例、放物線状あるいは楕円状の反射器２０６で集光され、レンズ列２１０で利用される。
【００２８】
レンズ列２１０は、投影システムの中に均一で効率的な照明器を生成するのに利用される。レンズ列２１０は利用可能なレンズ機器の種類の例であるが、円筒レンズ、回折レンズ、プリズムレンズ、あるいは全内部反射に基づく集束レンズなどの列など、ほかのレンズ構成を利用してもよい。また、全内部反射に基づく集束機能を持つテーパ状の光ガイド列など、レンズ列２１０の機能を持つ他の構造を利用することもできよう。
【００２９】
ＰＣＳ２１２は略同じ偏光能で出て行く光を提供する。ゆえに、ＰＣＳ２１２は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳｓ）の線状列を含んでもよいし、ワイヤグリッド偏光子などの別の偏光機器を含んでもよい。ＰＢＳを使用する一実施形態においては、ＰＣＳ２１２はレンズ列２１０からの光ビームを異なる直交偏光（例えば、Ｓ偏光およびＰ偏光）に分離する。これは偏光のうちあるものを反射して他のものを透過する各偏光変換要素用の偏光分離面により達成できる。反射状態はその後再度、光軸に沿って反射され半波長位相差板を透過して、通例はＰＣＳ列２１２の出口面に添着する。これによって、ほぼ全ての光が同じ偏光能で各偏光変換器要素から出て行くことになる。
【００３０】
操作上、ＵＨＰライト２０４から無採光が生成されて、放物線反射器２０６からレンズ列２１０を介して偏光変換システム（ＰＣＳ）２１２へ反射される。レンズ列２１０により画像列が生成され、ＰＣＳ２１２に入射される。ＰＣＳ２１２の後ろの合成レンズ２１４は偏光を光路へテレセントリックフィールドレンズ２１８に向かい方向付け、テレセントリックフィールドレンズ２１８は光を入口偏光子２２０へ方向付ける。
【００３１】
幾らかの実施形態においては、ＬＣ減衰パネル２３０をＰＣＳ２１２と合成レンズ２１４との間に配置してもよい。このような空間減衰技術ではＬＣパネル２３０をＰＣＳ２１２とレンズ２１４との間に密接配置すると、角度依存要素性能（angular dependent component performance）から生じる不均一性を最小限に抑えることができるので、望ましい。しかし他の実施形態においては、ＬＣ減衰パネル２３０はＰＣＳ２１２と偏光子２２０との間の光路上の他の場所（例えば、合成レンズ２１４とテレセントリックレンズ２１８との間の孔ストップ位置）に配置してもよい。テレセントリシティを実施すべく、フィールドレンズ２１８は合成レンズ２１４から焦点距離の位置に配置される。ここで使用されるテレセントリシティとは、オブジェクトの任意の点からの主光線が光軸に並行であるという条件である。この要件は、殆どのＬＣ投影システムにおいて必要である、というのもこれにより角度依存要素性能から生じる不均一性が避けられるからである。入口偏光子２２０はテレセントリックフィールドレンズ２１８の次にきて、偏光を分析する。
【００３２】
記載されたこの実施形態において、ＬＣ減衰パネル２３０は、共通の中心の周りに環領域を規定する同心円を持ち、白黒を順次切り替えることができる。図３Ａ、３Ｂは、ＬＣ減衰パネル２３０の構成を幾つか例示したものである。図３Ａは陰を付けられた領域で表される「黒」減衰部分２３２と、陰を付けられていない「白」非減衰部分２３４とを示す。図３Ａと比べると、図３Ｂの「黒」減衰部分２３２はより大きく、「白」非減衰部分２３４はより小さい。ゆえに、図３Ａの減衰部分の構成は、図３Ｂの構成よりも、照明システムの光をより多く通過させる役目を果たす。図９Ａ―９Ｃは同心円デザインの代わりに利用できるパネルデザインの幾つかの例を示す。ＬＣ減衰パネルの黒領域は、より厳密には、光の偏光状態が、ＰＣＳ２１２のおかげで、最初に線状に偏光された状態から、略直交状態へ変調される領域であり、これに対して白領域を通過する偏光は略無変調である。ＬＣ減衰パネル２３０の黒領域を通過した、直交状態の光は、テレセントリックフィールドレンズ２１８に続く入口偏光子２２０でシステム２００から除去される。ＬＣ減衰パネル２３０の黒領域を通過する光の程度は、ＰＣＳ２１２を出た偏光が偏光される程度に依る。例えば、ＰＣＳ２１２が９０％を超える偏光純度を達成することは滅多になく、これは減衰が１０％レベルまでしか下がらないことを示唆している。殆どの場合これで十分であるが、偏光純度を改善して減衰を改善する目的からは、適宜さらなる入力偏光素子を挿入することもできよう。追加される偏光素子（入口偏光子２２０に加えて）により、ＬＣ減衰パネル２３０は、ＤＭＤベースのプロジェクタ変調器などの無偏光システムにおいても動作できるようになる。しかし、この後者の場合には、たとえ理想的に動作する偏光子およびＬＣ素子を備えたとしても、５０％挿入損失は自動的に出てしまうだろう。
【００３３】
ＬＣ減衰パネル２３０が照明減衰システム２００の孔ストップ位置、あるいはプロジェクタの孔ストップ位置に配置される場合、とりわけ高強度（high intensity）な照明に曝される場合がある。有機ＬＣおよびその配置層の性能低下を避けるべく、蒸着ＳｉＯｘなどの無機的配置方法を利用してもよく、これが垂直配置ネマティック（ＶＡＮ）式ＬＣｏＳパネル（vertically aligned nematic (VAN) mode LCoS panels）ではよく用いられるようになってきている。本実施形態においては、ｏｆｆ状態の残余遅延および漏洩を避ける目的から９０度の捩れを利用する垂直配置方式が好ましい。垂直配置捩れネマティック（ＶＡＴＮ）液晶方式（vertically aligned twisted nematic (VATN) liquid crystal mode）では、荒いパターニングが使用され、面内電場により生じる逆捩れは疎らなので、ＶＡＴＮ液晶方式にまつわる転置（dislocation）は最小限である。
【００３４】
固体ＬＣ減衰パネル２３０を利用する利点には、機械部品を利用しないことが含まれ、これにより減衰モードの切り替えにおける信頼性と速度が増す。迅速な反応により、ビデオ信号がなくなった場合に光を略完全に遮蔽することができる。これは、視聴者が予期しない一見悪い画像品質を見せられることがなくなり実質的にビデオ画像を大きく劣化させないという理由から、不均一な色の闇状態を持つ投影システムにおいて特に魅力的なことである。さらに、機械的自動絞りと対比すると、ＬＣ減衰パネル２３０は動作中静かであり、振動がなく、消費電力が低く、さらに比較的製造費が安価である。
【００３５】
全ての実装形態に図３に記載の全ての要素が必ずしも必要であるというわけではない。実装形態によっては図示されていない追加的要素を含んでもよい。例えば、ある代替例においては、第二レンズ列（図示せず）が第一レンズ列２１０とＰＣＳ２１２との間の光路に配置されて、孔率が合致して、１焦点距離だけ離れて配置された二つの同一レンズ列を提供していてもよい。故に、画像列が第一レンズ列２１０により第二レンズ列の面に生成される。各画像源は第二レンズ列の単一の要素に入射する。ＰＣＳ２１２は第二レンズ列の直前・直後いずれに組み込まれてもよい。合成レンズ２１４は、第二レンズ列（あるいはＰＣＳ２１２）の直後に置かれ、光をテレセントリックフィールドレンズ２１８へマッピングする働きをし、今度はテレセントリックフィールドレンズ２１８が光を入口偏光子２２０へと方向付ける。ＬＣ減衰パネル２３０はＰＣＳ２１２と入口偏光子３２０との間の光路上の、幾つかの可能性ある位置（例えば、ＰＣＳ２１２とレンズ２１４との間、あるいはレンズ２１４の後など）のいずれかに配置される。テレセントリシティを実施すべく、フィールドレンズ２１８は合成レンズ２１４から焦点距離の位置に配置される。入口偏光子２２０はテレセントリックフィールドレンズ２１８の次にきて、偏光を分析する。
【００３６】
図４は照明減衰システム３００の第二実施形態を示すが、ここでＬＣ減衰パネル３３０は隅から徐々に減衰する働きを持つパターンを持つ。この第二実施形態においては、照明減衰システム３００を構成する要素とそれらの構成は、十字型のＬＣパネル３３０が同心円のパネル２３０の代わりに使用される以外は、類似している。従いこの第二実施形態においては、光源３０２が図３の光源２０２に類似しており、レンズ列３１０がレンズ列２１０に類似している等となっている。同様に、ＬＣ減衰パネル３３０はＰＣＳ３１２と偏光子３２０との間の様々な位置に配置されてよい。本実施形態例においては、ＬＣ減衰パネル３３０がＰＣＳ３１２と合成レンズ３１４との間に配置されている。
【００３７】
さらに詳細に図４Ａに示すように、ＬＣ減衰パネル３３０は、中央十字領域と、中心から外へ広がっていく同心Ｌ字型領域とを持つ、パターン化された減衰部分を持っていてもよい。図４Ａが示す例示的構成は、非減衰部分３３４で示すような、非減衰状態に構成された減衰部分を持つ。比較すると、図４Ｂが示す例示的構成は、陰を付けられた領域３３２で示される減衰状態で構成される減衰部分を幾つかと、陰を付けられていない領域３３４で示される非減衰状態で構成される他の部分とを含む。
【００３８】
光学素子の多くは、偏光軸の幾何学的回転により投影システムのコントラストを減らすスキュー光線に敏感である。故に、本実施形態例は、１３５度／４５度の方位角面のスキュー光線を最小限に抑える照明減衰システム３００を提供し、漏洩を避けている。本実施形態においては、パターン化されたＬＣ減衰パネル３３０は、通常の円形瞳孔の隅をクリッピングすることでこのようなスキュー光線を減らすことができる。これにより、図３の実施形態と比べていずれの任意の減衰設定においてもより大きなコントラストがあるという利点がある、というのも１３５度／４５度の方位角面のスキュー光線が最も漏洩を生じやすいためである。レンズ列３１０の整数のレンズ要素からの光はＬＣ減衰パネル３３０の各パターンの減衰部分に入射することが好ましい。言い換えると、レンズ列３１０からの各画像源はその全貌が、ＬＣ減衰パネル３３０のパターン化された減衰部分に入射される。
【００３９】
本実施形態は、ＬＣパネルの様々な領域に電力を提供する電気接続をパネルの端部沿いに配置することもできるという更なる利点も有す。これにより、液晶部分間の導体ルーティングが不要となるので制御回路への接続が簡略化される。
【００４０】
別の実施形態においては（不図示）、アスペクト比が１６：９であるＨＤＴＶなどの用途向けに、あるいはアスペクト比が４：３の通例のディスプレイ用でも構わないが、ある軸における照明光を別の軸よりも細くすることもできる。これは、パターンの垂直減衰比を水平減衰比とは異なるように修正することで（例えば、垂直ｆ／＃２．５および水平ｆ／＃４．０）達成することができる。
【００４１】
図５は、アナログＬＣ減衰パネル４３０を利用する照明減衰システム４００の第三実施形態を示す。この第三実施形態においては、照明減衰システム４００を構成する要素は、アナログＬＣ減衰パネル４３０が同心円パネル２３０の代わりに使用されている以外は、図３の照明減衰システム２００と幾らか類似している。従いこの第三実施形態においては、光源４０２が図３の光源２０２に類似しており、レンズ列４１０がレンズ列２１０に類似している等となっている。アナログＬＣパネル４３０は光路中、偏光子４２０の前であって、且つ、テレセントリックフィールドレンズ４１８の直前あるいは直後に配置されてもよいことが理解されるであろう。
【００４２】
図３、４を参照して示された二値で示されたパターンの実施形態では光源４０２からの光を空間的に減衰していたが、これと異なり、アナログＬＣ減衰パネル４３０は、略等価的に全ての光線を減衰することで光路の送信レベルを制御して、光源４０２の均一な減衰を提供する。故にアナログＬＣ減衰パネル４３０は角度性能への依存があまりなく、故に、減衰性能に大きな影響を与えることなくテレセントリックレンズ４１８のさらに近傍に配置することができる。パネル４３０をレンズ４１８により近づけることで、アナログＬＣパネル４３０の規模およびコスト、ひいてはこの照明減衰システム４００が要求するスペース量を減らすことができる。また、アナログＬＣパネル４３０は、他の位置に配置してもよい。例を挙げると、ＰＣＳ４１２と合成レンズ４１４との間に配置してもよいが、こうすると、より大規模な、より高価なＬＣパネル４３０が必要とはなる。
【００４３】
アナログＬＣ減衰パネル４３０は、ＯＮ・ＯＦＦ状態を持つ二値ＬＣ素子でもよいし、アナログＬＣ減衰パネル４３０はアナログ変調に素子の複数の光学状態を持たせてもよい。このアナログ操作により、照明および色の制御を変調の関数として行うことができるようになる。アナログＬＣ減衰パネル４３０はまた、光源を補正して、５８０ｎｍの黄色のスパイクなどの、特徴的な色のスパイクを除去する。アナログＬＣ減衰パネル４３０は高速反応時間用に最適化されてもよく、これにより高速リフレッシュ速度（例えば２０ｋＨｚ）を含む極高速のフレームレートが提供される。
【００４４】
この要素は、光線の幾らか（つまり、図３、４で示した空間減衰素子のような）を減衰するのではなくて、全ての入射光を略等しく減衰するので、アナログ性能により、視聴者が見る際に時間推移アーチファクトを隠すという利点がある。しかし低強度設定においては、ＬＣ減衰パネル４３０に色度（chromaticity）が導入され、追加的ＬＣパネル（例えば、照明減衰システム４００に続くＬＣｏＳパネル）の変調による色度レベルの補正が要求されることもある。このような許容外の色度伝達効果の相殺は、図２の制御モジュール２７０により、この分野では知られているＲＧＢパネル変調技術、ルックアップテーブルに記憶されている相殺値、あるいは補正ＤＳＰ技術を利用することによって行うこともできる。
【００４５】
図６は、アナログＬＣ減衰パネル５３２を補正ポリマーベース偏光フィルタ５３０と共に使用する、照明減衰システム５００の第四実施形態を示す。この第四実施形態においては、照明減衰システム５００を構成する要素は、アナログＬＣ減衰パネル５３２が同心円パネル２３０の代わりに使用されている以外は、図３の照明減衰システム２００と幾らか類似している。従いこの第三実施形態においては、光源５０２が図３の光源２０２に類似しており、レンズ列５１０がレンズ列２１０に類似している等となっている。アナログＬＣパネル５３２の規模およびコスト、ひいてはこの照明減衰システム５００が要求するスペース量を減らすべく、アナログＬＣ減衰パネル５３２は光路中、偏光子５２０の前であって、且つ、テレセントリックフィールドレンズ５１８の直前あるいは直後に配置されてもよい。
【００４６】
図５のアナログＬＣ減衰パネル４３０を参照して既に述べたように、低強度設定においては、アナログＬＣ減衰パネル５３２に色度が導入され、色度レベルの補正が要求されることもある。このような補正は、補正ポリマーベース偏光フィルタ５３０をはじめとする位相差板ベース偏光操作要素などの追加的部材を導入したり、幾つかの実施形態においては別のＬＣセル（不図示）を導入して追加的アクロマチックアナログ減衰をすることで達成することができる。ここでもまた、ＬＣ要素の規模は、パネルに近づけて配置することで最小限に抑えることができる。
【００４７】
図７は、アナログ減衰法を空間減衰法と組み合わせた、照明減衰システム６００の第五実施形態を示す。この第五実施形態においては、照明減衰システム６００を構成する要素は、液晶（ＬＣ）マトリクス減衰パネル６３０が同心円パネル２３０の代わりに使用されている以外は、図３の照明減衰システム２００と幾らか類似している。従いこの第五実施形態においては、光源６０２が図３の光源２０２に類似しており、レンズ列６１０がレンズ列２１０に類似している等となっている。ＬＣマトリクス減衰パネル６３０は空間減衰器として使用してもよいので、ＰＣＳ６１２と合成レンズ６１４との間に配置することが好ましい（この構成には示されていない）。またその代わりに、ＬＣマトリクス減衰パネル６３０は、光路上の、合成レンズ６１４とフィールドレンズ６１８との間の孔ストップ位置に配置されてもよいし、また設計上の必要性により幾らかのトレードオフはあるだろうがＬＣパネル６３０を光路上のほかの場所に配置することもできることは理解されよう。
【００４８】
ＬＣマトリクス減衰パネル６３０は、個々にアナログ値をアドレスすることができる荒い画素のマトリクスを含み、独立した変調領域を提供する。ＬＣ減衰パネル６３０はユーザ定義空間減衰器として操作することもできるが、これは最初の二つの実施形態のより一般的な拡張である。しかし、さらにアナログアクロマチック減衰をすることもできる。荒い画素を個々にアナログアドレスすることで、とりわけ位相差板ベースの偏光補正フィルム（不図示）を併用した場合に、単一のシャッタの色度動作を平均化することができる。アクティブ・マトリクス・アドレスも考慮できるが、高い明度の照明要件および要素の全体コストの観点からはパッシブ・マトリクス・アドレスが好まれる。ディスプレイパネルのものよりも画素数が大幅に低くなるので、ＳＴＮ（super twist nematic）ＬＣディスプレイに使用されるようなパッシブ・マトリクス・スキームは、ＳＴＮの鋭敏な切り替え特性を必要とすることなしに利用できる。
【００４９】
図８は例示的ＵＨＰランプ（例えば、ランプ２０４、３０４、４０４など）のＵＶフィルタを通したスペクトルを表す。このスペクトルが示すように、ＵＨＰランプからの光は原則として白く、出力は若干赤が足りなく緑が多い。尖った性質を持っていることから、このスペクトルには正確な色管理が必要とされ、とりわけ黄色５８０ｎｍスパイクは略完全に除去しなければならない。これまで、単一のＵＨＰ光源の照明出力制御という観点から照明減衰システムの様々な実施形態を記載してきたが、ここに開示した教示を利用して複数の光源の様々な色成分の相対強度（relative intensities）を制御してもよい。例えば、カラー偏光フィルタをＬＣ減衰パネルとともに利用することで、複数の色変調孔を提供し原色成分を別個に制御してもよく、ここで各々が原色成分光路の相対強度（relative intensities）を制御してもよい。このようなシステムはまた、白点補正用途にも利用できる。その後これら原色成分光路は色合成器に入力され照明光を出してもよい。このような色成分孔ストップシステムは米国特許番号６，８７７，８６５に開示されている。この分野の当業者であれば、'８６５特許のシステムがＬＣベースの減衰パネルというよりは、機械孔の利用の教示をしており、故にここで開示しているような適切な偏光光学系とともに、ＬＣベースの減衰パネルを機械孔の代用とすることができることを認識されよう。
【００５０】
図９Ａ―９Ｃは、照明減衰システム（例えば、図３の２００）と共に利用できる代替ＬＣ減衰パネルである。代替ＬＣ減衰パネルは同心形を呈しており、各同心形は外側の多角形と内側の多角形との間の領域で規定されている。該外側の多角形と内側の多角形は共通の中心を持つ。
【００５１】
図９Ａは同心形の一例として同心星形を示す。図３のＬＣ減衰パネル２３０が持つ同心円同様、該パネルの外側の部分は外側から内側に向かって順次示され、可変な孔を提供することができる。
【００５２】
図９Ｂは同心正方形を持つＬＣ減衰パネル外形デザインの一例を示しており、その箇所が「黒」状態に構成されているとき、水平および垂直方向に等しく光を空間減衰することができる。図示されてはいないが、図９Ｂの変形例には同心長方形が含まれ、これは、例えば１６：９のワイドスクリーン投影を例とする望ましい投影デザインに比例して水平および垂直方向に光を空間減衰することができる。加えて、箇所を選択的に減衰して例えば１６：９と４：３アスペクト比投影モード間の切り替えを行い、照明減衰システムを選択された投影モードに最適化してもよい。同様に、図３のＬＣ減衰パネル２３０の変形例には、一以上のアスペクト比投影モードに最適化された同心楕円形が含まれてもよい。
【００５３】
図９Ｃは同心ダイヤモンド形の減衰パネルデザインの一例を示す。当業者であれば理解するように、ＬＣ減衰パネルと共に使用でき、様々な構成の他の光学部品に組み込まれて同様な機能を持つ照明減衰システムを生じるような外形デザインには多くの変形例がある。故に、図３−９Ｃに示すＬＣ減衰パネルの様々な実施形態の例は排他的・限定的ではなく、単に照明システムでＬＣパネルを使用して光をアクロマチック減衰する原理の例示として開示されたに過ぎない。
【００５４】
図１０は照明システムの光減衰方法の一例を示す。第一偏光子が光を受け取る（ステップ１００２）。次に、受け取られた光は第一偏光子で偏光され（例えば、偏光ビームスプリッタ）、偏光を生じる（ステップ１００４）。ＬＣ減衰パネルの減衰部分を偏向して、パネルを孔位置に配置してもよい（ステップ１００８）。偏向された減衰部分を通過する光の偏光状態を直交に変換してもよい（ステップ１０１０）。ＬＣ減衰パネルからの光はその後第二偏光子で分析され、直交偏光の通過が妨げられる（ステップ１０１４）。故に、ＬＣ減衰パネルの偏向された部分を通過する偏光は通過を許可される。
【００５５】
図１１は照明システムの出力制御方法の一例を示す。通例、該方法は画像情報を受け取ることを含む（ステップ１１０２）。実施形態によっては、照明減衰システムの出力照明を測定してもよい（ステップ１１０４）。ステップ１１０６で、例えば画像情報のコントラスト・明度（brightness）要件を考慮して、および他の例としては出力照明測定値を考慮して、光源に減衰が必要か判断する。光源が減衰を必要としていれば、ステップ１１０８には、必要な減衰量の算出が含まれる。さらに、光源が減衰を必要としていれば、ステップ１１１０はＬＣ減衰パネルへ制御信号を提供することを含む。このような制御信号は、ＬＣ減衰パネルの変調機能を制御する。ステップ１１０６における判断が、減衰が必要ないということであれば、そのときはＬＣ減衰パネルは変調されなくてよい。
【００５６】
幾らかの実施形態を記載したが、当技術分野の当業者には、開示された実施形態の精神から逸脱することなく、様々な変形例、代替構成、および均等物を利用することができるということを理解されるであろう。従い、ここに開示した実施形態は、全ての点において例示的であり、限定的ではないと考えられる。本発明の範囲は前述の明細書からというよりは、付随する請求項により示され、その均等物の意義・範囲にて生じる全ての変更はここに含まれることが意図されている。例えば、ここで使用される「照明減衰」と「光減衰」は同じ意味で用いられている。
【００５７】
加えて、セクション表題は米国連邦規則Ｃ．Ｆ．Ｒ．セクション１．７７の示唆に則り設けられたか、あるいは構成都合上の見出しとして設けられたものである。これら表題は、いずれの請求項に記載の、この開示から生じうる発明（一又は複数）を限定、特徴づけるものではない。特に、また例えば、表題が「技術分野」となっていても、請求項は所謂技術分野を記載する際この表題下から選ばれた文言による限定を受けない。さらに、「背景技術（Background of the Invention）」の技術の記載は、その技術が本開示におけるいずれかの発明の先行技術であると自認したと解釈されるべきものではない。またさらに、「発明の開示（Brief Summary of the Invention）」は、その中にある請求項記載の発明（一又は複数）の特徴づけとして考慮されるべきものではない。さらには、本開示中「発明」と単数形で示してあっても、本開示がたった一つの新規な点を請求している、という議論に利用されるべきものではない。本開示に関する多数の請求項の限定により多数の発明を規定することができ、従い請求項も、このように保護される発明（一又は複数）およびその均等物を定義する。いずれの場合においても、請求項の範囲は明細書に照らしてその実体を考慮されるべきであり、ここで使用される表題により制限されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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