(57)【要約】  反射鏡は、光学面（３１３）を画定する本体（３３３）を備える。反射面（３３２）は、少なくとも１つのノッチフィルタを画定する誘電積層を含み、光学面上に配置される。反射鏡は、画像プロジェクタ（３００）の光源により生成される光スペクトルにおける不所望のピーク波長を除去するために使用される。
2008502951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射鏡であって、
光学面（３１３）を画定する本体（３３３）と、
少なくとも１つのノッチフィルタを画定する、積層された誘電体の層を含み、前記光学面上に配置される反射面（３３２）と
を備えることを特徴とする、反射鏡。
【請求項２】
前記反射面の下の前記光学面上に配置される吸収面（３３０）をさらに備えることを特徴とする、請求項１記載の反射鏡。
【請求項３】
前記反射面（３３２）と前記吸収面（３３０）との間に配置される分離層（３３１）をさらに備えることを特徴とする、請求項２記載の反射鏡。
【請求項４】
取り外し可能な光源（３１０）を搭載するように構成されることを特徴とする、請求項１記載の反射鏡。
【請求項５】
前記反射鏡が空間ホモジナイザであることを特徴とする、請求項１記載の反射鏡。
【請求項６】
前記積層された誘電体の層はＴａ2Ｏ5及びＳｉＯ2の複数の層で形成される（図１２）ことを特徴とする、請求項１記載の反射鏡。
【請求項７】
前記積層された誘電体の層は、５６０ｎｍから６００ｎｍの波長を有して入射する光を相当の割合で透過するように構成される（図１０）ことを特徴とする、請求項１記載の反射鏡。
【請求項８】
透過する光の前記相当の割合は４０％よりも大きいことを特徴とする、請求項７記載の反射鏡。
【請求項９】
プロジェクタの色域を増大する方法であって、
反射鏡のキャビティ（３１３）に配置される、不所望の波長にピーク出力を有する光源（３３０）を設けることと、
前記反射鏡のキャビティに配置される積層された誘電体の層（３３２）を設けることであって、それにより前記光源からの前記不所望の波長の一部分のみを反射するノッチフィルタを画定し、前記一部分は前記光源の周囲波長にほぼ等しい、積層された誘電体の層を設けることと、
前記ノッチフィルタにより反射された前記不所望の波長の前記一部分を透過するように構成されるカラーセグメントを有するカラーホィール（３１６）を設けること
を含むことを特徴とする、プロジェクタの色域を増大する方法。
【請求項１０】
前記積層された誘電体の層の下に、前記積層された誘電体の層により反射されない前記光源からの波長を吸収する吸収面（３３０）を設けることをさらに含むことを特徴とする、請求項９記載のプロジェクタの色域を増大する方法。
【請求項１１】
吸収される前記波長は紫外線波長及び赤外線波長を含むことを特徴とする、請求項１０記載のプロジェクタの色域を増大する方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
典型的な投影システムは、明るい白色光のアーク灯光源、白色光を赤、緑、及び青のスペクトル成分に分解する方法、並びに経時的に各スペクトル成分を２次元空間イメージングしてカラーピクチャを作成する空間光変調器（ＳＬＭ、光弁とも呼ばれる）を備える。ＳＬＭは、コンピュータ、又はＴＶチューナー、ＶＣＲ、ＨＤＴＶ放送、若しくはＤＶＤプレーヤ等の別の映像源により生成されるアナログ又はデジタルの映像信号に応答して空間的且つ時間的な変調を行う。ＳＬＭは通常、カラーホィールを使用して赤、緑、及び青のカラープレーンに一連の画像を作成するが、シアンプレーン、イエロープレーン、マゼンタプレーン、及びオプションでホワイトプレーン等、他の色分解法も存在する。次いで、カラープレーンを光学的に再結合して、画面上に投影する、すなわち閲覧者が１枚のみの画像として知覚するような速度で画面上に時間的に順序正しくフラッシュさせることができる。
【０００２】
大半のデジタルプロジェクタは、プロジェクタが投影画面上に投影する画面ルーメン数で競い合っている。プロジェクタ市場の競争は激烈であるが、コスト要件並びにサイズ制約がより効率的な光源の開発を制限してきた。
【０００３】
デジタルプロジェクタに使用される既存の光源にはいくつかの問題がある。多くのアーク灯光源は、放射照度が均一ではない可視光スペクトルを有する。この非均一性により、カラーホィールが使用されるシステムでは、非均一スペクトルの不要な部分をフィルタリングするような特定の被膜設計を有するカラーホィールを有することが必要である。
【０００４】
たとえば、水銀アーク灯の場合、５２０ｎｍ（ナノメートル）から６００ｎｍのスペクトルに２つの強度スパイクがある。一方の強度スパイクは５２０ｎｍから５６０ｎｍで発生する。他方のスパイクは５６０ｎｍから６００ｎｍで発生する。この後者のスパイクは、バランスの良い色域を実現することを難しくする非常に強い黄色の線スペクトルを有する。したがって、この後者のスパイクは従来、カラーホィールによってフィルタリングされる。このスペクトルの光をフィルタリングすることにより、空間光変調器及び最終的に画面に到達するルーメンが失われる。
【０００５】
たとえば、従来のカラーホィール被膜の設計は、良好なカラーバランスを実現するべく、カラーホィールの緑フィルタと赤フィルタの傾き及び重複を調整するようにして選ばれる。通常、カラーホィールの赤部分は、６００ｎｍから８００ｎｍの波長を有する光を透過させるように設計される。したがって、５６０から６００ｎｍにあるスパイクはカラーホィールによって事実上、ほぼなくなる。その分、それに対応してプロジェクタにより生成される輝度が低減する。
【０００６】
要約すれば、効率性、スペクトル放射照度の非均一性、及び特に水銀蒸気式のアーク灯バルブに関連する他の問題を克服する必要がある。
【０００７】
本発明は、以下の図面を参照することでよりよく理解される。図面の要素は互いに必ずしも一定の比率で描かれているわけではない。むしろ、本発明を明確に示すことに重点が置かれている。さらに、同様の参照符号はいくつかの図面を通して対応する同様のパーツを示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下は、本発明を実施する、現時点で既知の最良の形態の詳細な説明である。この説明は限定の意味で解釈されるべきではなく、単に本発明の一般原理を示すために行われる。なお、本発明に関連しない投影システム部品の詳細な考察は、簡明化のために省かれている。本発明は、現時点で開発されている、又はまだ開発されていないものを含め、広範囲の表示技術及びプレゼンテーションシステムにも適用することが可能である。たとえば、各種の例示的な投影システムを、デジタルマイクロミラープロジェクタを参照しながら後述するが、磁気レオロジー、回折、透過、干渉等、他の種類の空間光変調器（ＳＬＭ）も等しく本発明に適用することが可能である。
【０００９】
図面は一定の比率で描かれていないことに留意されたい。さらに、光学素子の各種パーツも一定の比率で描かれていない。本発明のより明確な説明及び理解を提供するために、特定の寸法を他の寸法に対して強調させてある。
【００１０】
さらに、本明細書に示す実施形態のいくつかは、各種領域が長さ及び幅を有する状態の２次元図で示されるが、こういった領域は装置の、実際には３次元の構造の断面部分のみの図であることを明確に理解されたい。したがって、こういった領域は、実際の装置として組み立てられる際には長さ、幅、及び奥行きを含む３つの次元を有することになる。いくつかの３次元構造は、示す２次元構造を横に回転させたものであるが、横矩形形状（たとえば、横断面を奥行き寸法又は幅寸法に線形に延ばす）等、同様の縦断面部分を有する他の３次元構造も存在し、本発明の範囲及び精神内にあるものと解釈されるべきである。
【００１１】
さらに、種々の実施形態が縦軸に沿った断面で示されるが、その実施形態の異なる断面は横断面プロファイルを有し得る。示す本実施形態は、各種の可能な横断面の組み合わせの可能性を包含することを意図され、依然として本発明の範囲及び精神内に留まる。
【００１２】
さらに、本発明を、プロジェクタ装置に向けた実施形態で示すが、こういった説明が本発明の範囲及び適用範囲に対する制限であることを意図しない。本発明のプロジェクタ装置を、示されている物理的な構造に限定することを意図しない。こういった構造は、現時点で好ましい実施形態及び代替の実施形態への本発明の有用性及び適用を実証するために含まれている。
【００１３】
図１は例示的な１９３１ＣＩＥ色度図である。「色域」とは、プロジェクタが生成可能な色の範囲のことである。単原色の青色、緑色、及び赤色の投影ピクセルを有する理想的なプロジェクタは、理想的な色域１を有する。したがって、理想的なプロジェクタは、単色の青、緑、及び赤の原色２から４のそれぞれに角を有する、色域１の輪郭を描く略三角形のエリア内の全色を生成することが可能である。例示的な現世界の非均一光源の非理想的、すなわち現実的な色域は、非単色の青、緑、及び赤のカラースペクトル帯６から８のそれぞれに角を有する略三角形のエリア５内の色を含む。中心には白色の空間がある。また、黄スペクトル９も示す。強い黄成分を加えると、結果生成される非理想的な色域が影響を受け、所望の色域よりも小さくなる恐れがある。
【００１４】
単原色を中心にしたすべての色ではあるが非常に狭い範囲の色をフィルタリングして単原色を作成することで、色域は増大するが、フィルタリングにより除去される光が投影可能なルーメン量を低減するため、最終的に投影画像の強度を低減することになる。したがって、輝度を維持しながら所与の光源から利用可能な色域を改善する装置が非常に望まれる。
【００１５】
図２Ａは、例示的な水銀アーク灯光源のスペクトルパワー分布１０を示す。光源のスペクトルパワー分布１０は非均一であり、従来のカラーホィールに使用される複数のカラースペクトル帯１２、１３、１４（それぞれ青、緑、赤）のそれぞれでエネルギーを含む。示すように、スペクトルパワー分布１０は、各カラースペクトル帯１２から１４の間で一様でない。光源のスペクトルパワー分布は、１つ又は複数のスパイク１５から１８を１つ又は複数のカラースペクトル帯１２、１３（青、緑）に含み、カラースペクトル帯のうちの少なくとも１つ１４（赤）には含まない場合がある。
【００１６】
第１の青スパイク１５及び第２の青スパイク１６はそれぞれ、青スペクトル帯１２の約４０５ｎｍ及び４３６ｎｍにある。緑スパイク１７及び黄スパイク１８はそれぞれ、緑スペクトル帯１３の約５５０ｎｍ及び５８０ｎｍにある。一般に赤のカラースペクトル帯１４にはスペクトラムはない。緑スパイク１８は、従来、デジタルプロジェクタにおいて実際に知覚される色のバランスをとるに際して問題を生じさせてきた、黄色の線スペクトルとして非常に強い強度を有する。従来、製造業者は、デジタルプロジェクタ設計においてこの黄スパイク１８をなくす（除去する）ようにカラーホィールセグメントのバンドパスフィルタを入念に設計する。たとえば、緑セグメントが、右側のエッジが調整後の緑セグメント１３’で示すエッジに移動するように調整される。しかし、この従来の手法では、黄スパイク１８からの光を投影させないことで投影システムが利用可能なルーメン量が低減する。
【００１７】
本発明の一態様は、黄スパイク１８をなくすのではなくむしろ、およそ、近隣、すなわち隣接する波長のルーメンレベルにスパイクを低減し（それによって光源を波長にわたる放射照度においてより均一にし）、この光の低減されたフィルタリング部分を投影システムの残りの部分に渡すことができる。この放射照度均一化手法は、大半のルーメンを保持しながら色域のバランスをとることができる。
【００１８】
この結果を実現する１つの方法は、特定の望ましくないカラースペクトル帯内のスペクトルエネルギーの特定の範囲又はスパイクを精密に低減し、それによって色域を増大するように光源反射鏡面にノッチフィルタ被膜を塗布することである。スペクトルエネルギーは低減されるだけで、無くならないため、カラーホィールは、従来のデジタルプロジェクタから、この追加の光を透過させて投影される光量を増大するように変更することができる。したがって、エネルギーを低減させるスペクトル範囲は、所望の輝度を保持しながら色域を改善するように選択される。
【００１９】
ノッチにおいて良好な排除性すなわち低い反射性を有する可視光ノッチフィルタ反射被膜が提供されて、光源のスペクトルパワー分布からのエネルギーを近隣の波長のエネルギーに低減する（図２Ｂ、図１０、及び図１１を参照）。ノッチフィルタは好ましくは、シャープなスペクトルカットオン領域及びスペクトルカットオフ領域を有する。例示的な実施形態の場合、フィルタは好ましくは、妥当な数の誘電材料層が反射鏡又は照明経路の他の鏡面に堆積されて構築される。フィルタは好ましくは、可視スペクトルの２つ以上のスペクトル帯にわたって急峻なスペクトルの内部肩及び外部肩を有する。
【００２０】
たとえば、一実施形態では、水銀アーク灯光源を有するプロジェクタは、反射面上にノッチフィルタ被膜を有して、黄スパイク１８を低減することができる。ノッチフィルタ被膜は、中心波長が５８０ｎｍであり、両側の帯域幅が約２０ｎｍである反射防止ノッチであってもよい。反射防止は好ましくは、５６０から６００ｎｍで６０％以下の反射（たとえば、２０％反射）であり、水銀アーク灯が放つ近隣の波長との均一性を実現する。ノッチのエッジの傾斜は、９０％から１０％までの反射防止点で６ｎｍ以下からであるべきである。黄ノッチフィルタを、たとえば垂直入射＋／−１０度の入射円錐角で使用し、約５度の入射角のために最適化することができる。楕円形反射鏡の場合、これは図３の「グプタ照明環」エリア３１１に対応する（２００４年８月１７日に出願され、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第１０／９１９，９３６号（参照により本明細書に援用する）を参照）。入射角によるフィルタシフトは約１．９ｎｍである。
【００２１】
図２Ｂは、例示的な実施形態の反射面上の黄ノッチフィルタ被膜によりフィルタリングされた超高圧水銀アーク灯のフィルタリング後スペクトルパワー分布２０を示す。スペクトルエネルギーは、黄スパイク１８（図２Ａを参照）の５６０から６００ｎｍの黄色の線スペクトルが減衰される。黄スパイク１８からのルーメンエネルギーを隣接する波長のルーメンエネルギーに低減することにより、黄スパイク１８に関連するスペクトルエネルギーの多くを残しながら色域が改善され、カラーホィールの変更された赤セグメント１９により残りのルーメンを集められるようにすることにより所望の輝度を保持する。
【００２２】
このノッチフィルタリングを実現するいくつかの異なる方法がある。したがって、本発明の様々な実施形態は、オプションとして熱除去を含む反射アセンブリにコートされたノッチフィルタを対象とする。この実施形態は、透過面（ガラス又は水晶等）又は熱除去面（アルミニウム又は他の金属等）上に、ノッチフィルタの帯域幅領域内のスペクトルエネルギーは吸収する一方、可視光の大半の帯域幅領域で非常に効率的に反射する光学的被膜を作成することを提供する。さらに、フィルタ設計は、可視スペクトル外の波長を吸収して不要な不可視放射を低減し、熱除去を可能にすることもできる。
【００２３】
たとえば、一実施形態では、プロジェクタ用の反射鏡アセンブリは、好ましくは放物面又は楕円の凹面キャビティ内に電磁（ＥＭ）チャンバを画定する熱伝導アセンブリを備える。吸収層がＥＭチャンバに配置されて、５６０ｎｍから６００ｎｍ領域での黄スパイク、並びに光源によりＥＭチャンバ内に生じる紫外線（ＵＶ）エネルギー及び赤外線（Ｉ／Ｒ）エネルギーの大部分を吸収する。各種光源は、水銀アークバルブ光源及びキセノンアークバルブ光源を含むがこれらに限定されない。一実施形態では、フリットガラス（ＳｉＯ2）等の誘電体が吸収層上に配置される。フリットガラスは、平滑な光学面を提供するように手磨き又は別の方法で仕上げ加工することができる。他の実施形態では、成形又はブロー誘電ガラスの表面が、ＥＭチャンバの形成に使用される。フィルタが誘電体上に配置されて、複数の周波数帯（好ましくは、可視光スペクトル内）を反射し、不要なスパイク、ＵＶ、及びＩ／Ｒ等の他の周波数を吸収、或いは別法として吸収層に透過させる。誘電体は、吸収層からの反射フィルタの分離をもたらし、フィルタを吸収層上に被膜し易いようにする。さらに、誘電体は、研磨等により吸収層の面を平滑化することを可能にする。誘電体を高度に圧縮した状態で堆積し、その後誘電体を焼成してマイクロクラックを作ることで、良好な光学的性質を依然として保ちながら内部応力が軽減される。熱伝導アセンブリは、吸収層においてＵＶ及びＩ／Ｒエネルギーにより発生した熱を周囲環境に伝達する。オプションとして、ファン又は他の熱除去装置を使用して、熱を反射鏡アセンブリからさらに放散させる。
【００２４】
プロジェクタ用反射鏡の一実施形態では、金属アセンブリを使用して、光源からの光を集める、導く、或いは集束させるように造形された表面を画定する。このような造形面は楕円面又は放物面を含むが、他の双曲面又は傾斜面を使用することも可能である。ＵＶ吸収フィルタ層及びＩ／Ｒ吸収フィルタ層が、造形面上に配置される。分離層がＵＶ及びＩ／Ｒフィルタ層上に配置される。分離層はＵＶエネルギー及びＩ／Ｒエネルギーを透過させ、光源の可干渉距離よりも大きい十分な厚さのものである。ノッチフィルタ付き反射面が分離層上に配置されて、ＵＶ及びＩ／Ｒを透過させながら可視光を反射し、可視の望ましくないピークをすぐ隣の周囲波長レベルに減衰する。たとえば、水銀アーク灯は、約半ミクロンの可干渉距離を有し得る。１ミクロンよりも大きな厚みを有する分離層が、反射層と吸収層との間に光の十分な非干渉を提供する。
【００２５】
より一般的には、本発明の実施形態は、光源と結合し、電磁エネルギーを生成するようになっている任意の光学アセンブリと、光学キャビティを画定する、光源を保持する固定具とを備えることができる。可視光用のノッチフィルタが光学キャビティに堆積されて、或る範囲の可視光周波数を反射し、可視範囲内の１つ又は複数の狭帯内、及びオプションとして光周波数範囲外の帯の電磁エネルギーをさらに吸収又は透過する。オプションとして、光学アセンブリに一体化された熱除去装置が、吸収された電磁エネルギーを放散させる。
【００２６】
ヒートシンクを光学反射鏡として使用する１つの方法は、キャビティをヒートシンクに画定して光学キャビティを形成する。次いで、キャビティには、少なくとも１つの範囲の可視光を吸収する材料を用いて堆積、コートされ、或いは形成される。次いで、その吸収する材料に、フリットガラス層等の誘電体で被膜され、好ましくは研磨される。次いで、フリットガラス層に、吸収される可視光の範囲と異なる範囲の可視光を反射する材料の少なくとも１つの層が堆積、コート、又は別の方法で形成される。
【００２７】
光学プロジェクタ用のフィルタ付き光源を作成する別の方法は、赤外線（Ｉ／Ｒ）から紫外線（ＵＶ）にわたる広帯域光源を創ることである。広帯域光源からのＩ／Ｒ光及びＵＶ光は、誘電被膜を使用してフィルタリングされて、ノッチフィルタリング後の光出力及び熱放射出力の両方を生み出す。熱放射出力は、誘電被膜が塗布されて光学素子がノッチフィルタリング後の光出力を投影できるように形成されるヒートシンクに伝達される。
【００２８】
プロジェクタ用反射鏡アセンブリについて概して述べるが、本発明は、空間ホモジナイザ（図３の３２０を参照）又は他の鏡面等の任意の反射鏡装置と共に使用することができる。反射鏡装置は、誘電ノッチフィルタ被膜が塗布された金属又はガラスの反射鏡を含む。
【００２９】
たとえば、誘電被膜は、Ｔａ2Ｏ5及びＳｉＯ2等の異なる薄膜誘電体が交互になったいくつかの層で形成することができる。異なる誘電体は、必要とされるノッチフィルタに応じてそれぞれ異なる屈折率及び膜厚を有する。水銀アーク灯の黄スパイク１８をフィルタリングする例示的な１つの設計を図１２の表に示し、その結果生成される反射スペクトルを図１１に示す。
【００３０】
一実施形態では、反射鏡には吸収被膜がコートされる。金属反射鏡の場合、ガラス層が吸収被膜上に配置される。選択的光学反射鏡がガラス層上に配置されて、少なくとも１つの可視光スペクトル領域を（ノッチフィルタを介して）吸収被膜に透過させる。したがって、反射鏡は光学面を画定する金属反射鏡を有し、吸収面が光学面上に配置され、ガラス層が吸収面上に配置される。吸収層は、可視波長外の光を吸収することもできる。ガラス層は、分離層として働く任意の誘電層であってもよい。可視光を反射し、不可視光を透過する層が、ガラス層又は他の分離層上に配置される。オプションとして、吸収層を、光学面を形成するのに十分に平滑に加工可能な材料で作ることができ、その複雑な屈折率が高反射可視バンドパス被膜の複雑な設計及び実装に繋がらない場合、分離層を除去してもよい。一般に、金属反射鏡は、黒色吸収層が非金属である場合、ガラス層の熱膨張係数（ＣＴＥ）及び吸収層のＣＴＥと実質的に異なるＣＴＥを有する。大半の堆積プロセスは高エネルギープロセスであり、高度に圧縮された応力下での成膜堆積に繋がる。熱サイクル中、引張り応力が被膜構造に蓄えられている圧縮応力により軽減される。引張り応力が、蓄えられている圧縮応力を超える場合、塗布された被膜は歪みを軽減するために裂ける。しかし、微小断裂は、システムの光学的性能にそれ程影響しない。吸収面は、特定の波長領域を吸収することができるように選択された１つ又は複数の金属誘電被膜を吸収層に含むように加工することができる。
【００３１】
ガラス（又は他の分離）層は一般に、１ミクロンよりも大きな厚さを有し、反射面を吸収面から分離する。この厚さは一般に、光源の可干渉距離よりも大きい。一般に、ガラス面は研磨されて、反射面用の平滑な光学面を形成する。ガラス材料には高引張り応力がかかる可能性があるため、光学アセンブリを焼成するか又は別の方法で熱サイクルを施して、ガラス層に引張り応力断裂を持たせて、ガラス層の光学的性質に影響を及ぼすことなく通常動作中の応力を軽減する。反射面は、ガラス層上に、図１２に示すような１つ又は複数の誘電層を使用して作成される。いくつかの実施形態では、反射面は、ＳｉＯ2及び酸化タンタル（たとえば、Ｔａ2Ｏ5）又は酸化チタン（たとえば、ＴｉＯ2）の層を含んでもよい。
【００３２】
金属反射鏡は、熱除去を可能にするために金属反射鏡に接続された１組の冷却フィン又はヒートパイプを有することができる。他のいくつかの熱除去選択肢が当業者に既知である。光学キャビティはオプションとして、所望の熱設計及び光学設計に応じて周囲空気から封止され、又はさらに熱が流れるようにする開口を備えることができる。
【００３３】
本発明の特定の実施形態の製造法及び使用法についてのより詳細な説明が続くが、これは限定を意味するものではなく、本発明の単なる例示である。
【００３４】
図３は、本発明の少なくとも１つの態様を組み込んだ例示的な投影装置に見られる、展開された光学表示システム３００の概略図である。光学表示システムは光源３１０、カラーホィール３１６、空間ホモジナイザ３２０、空間光変調器（ＳＬＭ）３４０、及び結像光学系３５０を備える。光源３１０は楕円形反射鏡３１３及びバルブ３７０を備える。バルブ３７０は一般に、第２の焦点で集束（合焦）して、インテグレーティングロッド３２２として示すように空間ホモジナイザ３２０の入口３２４に像点３１４を生成する広帯域光楕円の第１の焦点（物点）に小さなファイアボール３１７を生成する水銀蒸気式のアーク灯である。
【００３５】
光源３１０は、ノッチフィルタ付き反射層３３２（図１０、図１１を参照）を使用して像点３１４に集束する１組の集束光線３１５を生み出す。光源３１０はＵＶ波長及びＩ／Ｒ波長での電磁エネルギーを生成し、これらはノッチフィルタ付き反射層３３２及び分離層３３１を透過して吸収層３３０に吸収される。光源３１０は、吸収層３３０、分離層３３１、及びノッチフィルタ付き反射層３３２の特殊被膜が施された楕円反射鏡３１３を画定する金属反射鏡３３３を備える。金属反射鏡３３３は、吸収層３３０が吸収したエネルギーを除去するヒートシンク３１２等の一体型熱除去装置を備える。
【００３６】
カラーホィール３１６はカラーホィール軸３１８を中心に回転して、１つ又は複数のカラーセクション（少数を挙げれば、赤１９−緑１３’−青１２、赤−緑−青−白、又は赤−緑−青−赤−緑−青等）を提示して、光源３１０からの可視光スペクトルを時間的なカラーシーケンスに変換する。しかし、水銀灯は通常、生成される赤スペクトルの量が足りないことから、カラーホィール又は他の機構で補正しなければならないオフホワイト光を発生させる。カラーホィール３１６は、カラーシーケンスを生成することができる多くの色域発生器４５６（図４を参照）の１つである。空間ホモジナイザ３２０を使用して、出口３２６での横断面プロファイルから放射される光線の強度を空間的に一様にする。
【００３７】
像点３１４で集束した光は、楕円鏡の光学設計に基づいて第１の角度３１９（通常、円錐半角と呼ばれる）で空間ホモジナイザ３２０の入口３２４に入る。通常、空間ホモジナイザ３２０として使用される従来のインテグレーティングロッド３２２は、（図示されている縦断面と対照的に）矩形の横断面形状を有して、光を矩形像に変換して、それに対応する比率を有する矩形のＳＬＭ３４０上で集束する。大半のインテグレーティングロッド３２２は、中空で矩形の箱として構築され、内部には、入射光線を表面で反射させる高度反射被膜がコーティングされている。オプションとして、インテグレーティングロッドに反射鏡３３３の表面にコーティングされたものと同様の膜をコーティングすることにより、さらなるノッチ付き可視、ＵＶ、及びＩ／Ｒフィルタリングを実現することができる。インテグレーティングロッド３２２でのこの反射は光を空間的に均質化させ、それによって光を横断面出口の開口内で均等に分散させ、インテグレーティングロッド３２２の出口３２６を出る光線の断面において空間的に一様な強度を生み出す。一般に、従来の矩形インテグレーティングロッド３２２の場合、光は出口３２６から第１の角度３１９で出射する。インテグレーティングロッドを出る光線は次いで、集光レンズ３２８又は他の光学系を使用して１組の均一光線３４２として結像されて、ＳＬＭ３４０の能動素子が占めるエリアを満たす。この結像は、インテグレーティングロッド３２２の高さ及び幅をＳＬＭ３４０の寸法の比率に合わせることにより行われる。ＳＬＭ３４０を出射する反射光３４４は次いで、反射光３４４が投影光学系３４８の結像光学系の開口３４９にほぼ取り込まれるように結像光学系３５０に光学的に結合される。偏向された光３４６は、投影されないよう結像光学系の開口３４９から離れる方向に向けられる。ＳＬＭ３４０は反射型のものとして説明するが、光路は理解をし易くするために展開して示している。
【００３８】
金属反射鏡３３３を製造する実施形態のいくつかの方法がある。１つの方法は、円筒に大まかな楕円形の中空形状を形成してから、その円筒内の中空形状をシングルポイントダイヤモンド旋削（ＳＰＤＴ）する。別の手法は、光軸に沿って継ぎ目を有して電鋳される２つのパーツを作成する。別法として、２つのパーツは、光（縦）軸に垂直な（光軸を横断する）継ぎ目を有する２つのパーツとして電鋳することができる。さらに、各種の鋳造方法が当該技術分野において既知であり、高質の光学面に使用される。製造ステップについてのより多くの情報を図８に詳述する。
【００３９】
従来の楕円反射鏡はガラス等の中実の光学材料から形成されるが、水銀アーク灯からの熱が、適宜制御されない場合に楕円面を変形させ、それによって効率低下を生じさせる場合がある。ヒートシンク３１２等の一体化された熱除去装置を有する金属反射鏡３３３を使用することで、反射鏡は、摂氏で１００度にわたる変化等、広範囲の動作温度にわたって楕円面を保つことが可能になる。しかし、低強度用途等、いくつかの用途では、反射鏡材料の選択はランプのエネルギーにより影響を受けない場合がある。しかし、ここで説明する被膜は、依然として楕円又は他の双曲面（放物面等）に適用することが可能であり、依然としてフィルタリング機能を行うことが可能である。
【００４０】
図４は、本発明を組み込んだ光学結像システムの実施形態のより大まかなブロック図４００である。光学系を通る光路を一点鎖線で示す。他の信号は実線として示す。発光器４２３は、光源４１０、吸収層４３０、分離層４３１、及びノッチフィルタ付き反射層４３２を有する金属反射鏡４３３を備え、少なくとも１つのノッチフィルタリングされた光４２５を有するバンドパスを生成して色域発生器４５６に送る（色を発生させるために）。光源４１０は好ましくは、楕円面又は放物面等の凹面を使用して光を集束させる結像用の表面を有する。
【００４１】
発光器４２３からのフィルタリングされた光４２５は、空間光変調器４４０に光学的に結合される。映像源又は画像源データ入力４５２からアナログ入力又はデジタル入力を受け取るコントローラ４５４が、ＳＬＭ４４０を制御する。ＳＬＭ４４０からの光は次いで、結像光学系４５０に光学的に結合され、ターゲット４６０上に投影又は結像される。このようなターゲット４６０は、前方投影スクリーン、後方投影スクリーン、壁、半透明スクリーン、又はアクティブスクリーン等の他の表示装置を含む。アクティブスクリーンでは、投影された画像の光学的増幅又はコントラスト強調が可能である。さらに、空間光変調器４４０、結像光学系４５０の後に色域発生器４５６を組み込むことが可能であり、又はアクティブスクリーンを使用する場合等、ターゲット４６０に組み込むことさえも可能である。
【００４２】
図５Ａ及び図５Ｂはそれぞれ、フィルタリングされた光を生成する可能な反射鏡アセンブリ３３３、４３３（図３及び図４）のうちの一方のみの例示的な実施形態の斜視図及び背面図である。図５Ａは、バルブ開口５４０及び部分楕円形反射鏡キャビティ５５０を有する楕円形光反射鏡５００である。部分楕円形反射鏡５１３の形状は、ファイアボール３１７（図３）の位置等、楕円の第１の焦点からの光が、反射鏡表面５１０から反射して、楕円の第２の焦点に像点３１４を形成するようなものである。反射鏡表面５１０は、吸収層３３０、分離層３３１、及びノッチフィルタ付き反射層３３２という複数の誘電被膜の積層で構成される。
【００４３】
図５Ｂは、半径方向に分散してファン又はブロワ等の空気移動装置からの空気流が冷却フィンを通って流れるようにして、熱を周囲環境に逃す冷却フィン５３０を示す図５Ａの近位端５７０の背面図である。また、冷却フィン５３０に形成されて、空気流が冷却フィン５３０上を通過する際に空気流の乱流を最大化する乱流誘発形体５８０も示す。反射鏡本体から伝達される熱量を最大化することにより、キャビティ５５０に蓄積される熱が低減され、それによってランプアセンブリの寿命を増長させるとともに、反射鏡の形状を保持し、光を空間ホモジナイザ３２０に効率的に結合できるようにする。開口５４０は、固定式の、又は交換可能なバルブアセンブリを配置できるようにする。
【００４４】
図６は代替の光源６００の断面図である。この図では、放物面光源が、キャビティ６５０の放物面６１３の焦点にファイアボール６１７を形成するバルブ６２５を開口６４０に有する。放物線の焦点を出る可視光はノッチフィルタ付き反射面３３２で反射されて、ほぼコリメートされた（平行な）光路を生み出し、この光路は次いで集光レンズ６７５により像点６１４に結像される。望ましくない可視ピーク、ＵＶ及びＩ／Ｒ放射は、ノッチフィルタ付き反射層３３２を透過して分離層３３１を透過し、吸収層３３０により吸収される。吸収されたエネルギーは、吸収層により熱に変換され、反射体６４０内に放散され、最終的に一体化された冷却フィン６３０により放散される。この手法では、集光レンズ６７５の光学系が像点６１４を形成し、したがって反射鏡をより緩い許容差で製造することができるため、光路長（ひいては半角）の設計をより柔軟にすることができる。この手法は概して、楕円鏡手法より非効率な手法であり、追加要素を追加するため、光源の重量、長さ、及び費用が増大する。しかし、反射面３３２を出るフィルタリングされた光が実質的に可視スペクトルのみの光であることから、残りの光路でのＵＶフィルタリング及び／又はＩ／Ｒフィルタリングの必要がないため、より低コストの集光レンズ６７５を使用することができる。
【００４５】
従来のプロジェクタ設計は一般に、輪郭のはっきりしたファイアボールを特定の像点に結像する単一光源に制限される。しかし、本発明を使用する投影システム又は他の結像システムでは、従来の水銀アーク灯以外の異なる種類の光源も可能である。水銀は既知の毒物であり、一般にその使用を低減するか、又はなくすことが望ましい。たとえば、キセノン等の光源は、水銀バルブよりもより長い動作寿命を有し、より白色に近いが、所与のワット数に対して水銀バルブほどの光出力を有さない場合があり、一般に水銀バルブほど小さな点光源を形成しない。さらに、Ｉ／Ｒ領域に、除去しなければならない（除去しなければプロジェクタの他の光学部品を劣化させる）より多くの光がある。熱除去を備える金属反射鏡にフィルタ被膜を組み込み、キセノンファイアボールを空間ホモジナイザ３２０の入口口径前の像点に結像することにより、キセノン光源の効率が改善され、それによって水銀を使用しない光源ソリューションが可能になる。したがって、任意の実施形態のバルブは、ほんの数例を挙げればキセノン、ナトリウム、又はハロゲンベースの光等の非水銀光源で置き換えることができる。実際に、非点光源であるいくつかの異なる光源を、選択された用途、空間光変調器、及び色域発生器に応じて使用することができる。
【００４６】
図７は、本発明の少なくとも１つの実施形態を組み込んだ投影システム７００の実施形態のブロック図である。投影システム７００は、ランプアセンブリ７４０、ファンアセンブリ７２０、投影アセンブリ７１０、及び制御アセンブリ７３０を備える。制御アセンブリ７３０は、投影アセンブリの諸側面を調整し、ランプアセンブリ７４０への電力を制御し、ファンアセンブリ７２０を動作させるために使用される。ランプアセンブリ７４０は、複数の光学被膜が反射鏡表面に塗布されて可視スペクトルでのノッチフィルタを形成する一体化された反射鏡及びヒートシンクを備える。これら被膜は、吸収層３３０、光学分離層３３１、及び反射層３３２を含み、可視光ノッチフィルタを有するバンドパスフィルタを形成して、可視スペクトルでのフィルタリングされた光を生成する。ランプアセンブリ７４０のランプから放射される不要なエネルギーは反射層３３２、分離層３３１（存在する場合）を透過して吸収層３３０に伝えられる。吸収層３３０により生成される熱は、一体化されているヒートシンク５００に熱的に結合される。コントローラアセンブリ７３０は、必要な場合にファンアセンブリ７２０を動作させて空気流をヒートシンク上に向け、不要な熱を周囲環境に逃す。ランプアセンブリ７４０からのフィルタリングされた光は、投影アセンブリ７１０に光学的に結合される。投影アセンブリ７１０は、制御アセンブリ７３０により制御される１つ又は複数の空間光変調器を組み込んで、閲覧可能な画像又は動画を生成する。別法として、投影アセンブリは、画像の生成と同様に又は画像の生成の他に、通信機能のために制御されることも可能である。
【００４７】
バンドパス／ノッチフィルタ被膜を有する一体化された反射鏡及びヒートシンクは、いくつかの異なる方法で形成することができる。たとえば、図８は、一体化反射鏡のみ、又は他の光学素子と組み合わせて形成することが可能な製造ステップ８００のいくつかの異なる組み合わせを表すフローチャートである。６０６１、７０００、又は１０００シリーズ等のアルミニウム合金を、ほぼ所望の形状に粗加工し（ブロック８１０）、次いでオプションとして熱処理し（ブロック８１６）、且つ／又はオプションとしてＭＩＬ  Ｈ６０８８等の既知の規格に応力を緩和させる（ブロック８１８）。他の形成ステップは、アルミニウム材料を射出成形すること（ステップ８１４）又は鋳造で成形を使用して鋳造物を形成すること（ステップ８１２）であり得る。型が十分に精密ではない場合、成形パーツ又は鋳造パーツを次いで、さらに粗加工することができる。オプションとして、アルミニウム表面をニッケルメッキして硬化させるかどうか判定する（ブロック８２０）ことができ、この場合、アルミニウムをニッケルでメッキする（ブロック８２０）。いずれの方法でも、アルミニウム合金パーツが次いで、オプションとしてシングルポイントダイヤモンド旋削（ＳＰＤＴ）されて、光学仕上げを形成する（ブロック８２４）。
【００４８】
光学面が形成された後、吸収層が光学面に付けられる（ステップ８２６）。可能な方法のいくつかとしては、黒色材料を堆積すること（ステップ８２８）、窒素中でアルミニウムをボンバードすること（ステップ８３０）、及び誘電体の位相を整合させた層等の反射防止被膜を堆積すること（ステップ８３２）が挙げられる。黒色材料は、アルミニウム反射鏡に直接堆積される黒色クロム又はゲルマニウムであってもよい。誘電体の位相を整合させた層は、薄膜クロムを有するアルミニウム表面上のＭｇＦ2被膜であってもよく、それによって広帯域の黒色層を形成する。アルミニウムが窒素中でボンバードされる場合、窒化アルミニウムがアルミニウムに埋め込まれてアルミニウム黒色表面を形成することになり、そこへ高反射被膜を直接コーティングすることができる（ステップ８３８）。
【００４９】
反射層と吸収層との干渉を防止したい、又は研磨された好ましい特性の光学面を形成したい（ステップ８３４）場合、分離層を吸収層上に堆積又は別の方法で付けることができる。分離層は、ＵＶ放射及びＩ／Ｒ放射を透過して吸収層に結合させる誘電材料から形成される。例示的な１つの材料は、微細研削又は研磨して（ステップ８４０）光学ガラス面を形成することができるフリットガラスの面を堆積すること（ステップ８３６）である。分離層を堆積した後、１つ又は複数の層で構成される高反射被膜がそこに堆積される（ステップ８３８）。可視光のノッチフィルタを備える例示的な１つのバンドパス反射面は、ＳｉＯ2及び酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）又は酸化チタン（ＴｉＯ2）の複数の層が付けられたものを有すること（ステップ８４２）である（例示的な１つの設計については図１２を参照）。
【００５０】
図９は、ＵＶ放射及びＩ／Ｒ放射の大半を透過させながら可視スペクトルの光を反射するバンドパスフィルタの例示的なグラフである。図１０は、５６０ｎｍから６００ｎｍ波長スペクトルのノッチフィルタを備えて、反射される光の量を図９の約１００％から図１０の約６０％反射に低減するように、バンドパスフィルタの伝達関数をどのように変更することができるかを例示するグラフである。このノッチフィルタの追加は、光学面に付けられる、異なる複数の誘電被膜の相対厚を調整して反射面を形成することにより行われる。ＵＶ及びＩ／Ｒの大半の非反射は保持される。不所望のピークのさらなる減衰が求められる場合、ノッチフィルタの設計を、図１１に示すように２０％の反射に下げる等、ノッチでの反射量を低減するように調整することができる。図１１のノッチフィルタリングを実現するための、誘電層の積み重ねの例示的なリストを図１２の表に示す。特定の光源に適合するように反射の割合を変更すること、又はピークの波長を調整する等のノッチフィルタパラメータを変更することを、当業者により行うことができる。たとえば、第１の青ピーク１５を低減して色域をさらに微調整することができる。
【００５１】
本明細書において論じた例示的な実施形態は、特定の光源の色域を改善することができる特定のフィルタを含む。一般原理を他の光源に適用することが可能であり、又、本明細書において論じた光源を、本明細書において論じたスペクトル範囲以外のスペクトル範囲のエネルギーを除去して色域を改善するフィルタと併せて使用可能なことを当業者は認識するであろう。異なるフィルタ及び異なるフィルタの組み合わせを、所与の光源と併せて使用して、各種用途に望ましい異なる色域を実現することができる。
【００５２】
本開示のフィルタとの併用に適したプロジェクタは、眼鏡型ディスプレイ、デジタルプロジェクタ、リア・プロジェクション・テレビジョン、コンピュータモニタ、広告ディスプレイ、及び変調した光を観視面上に投影する他の表示装置等、任意の表示装置を含むことができ、デジタルプロジェクタも含むことができる。
【００５３】
本発明を上記の好ましい実施形態及び代替の実施形態を参照して特に示し説明したが、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、そこに多くの変形を行うことが可能なことを当業者は理解するであろう。本発明のこの説明は、本明細書において説明した要素の新規且つ非自明の組み合わせをすべて包含し、特許請求の範囲は、本願又は後の出願においてこれら要素の任意の新規且つ非自明の組み合わせに対して提示できることを理解されたい。上記実施形態は説明のためのものであり、単一の特徴又は要素は、本願又は後の出願において特許請求することができる可能なすべての組み合わせにとって重要ではない。特許請求の範囲においてその均等物の「１つの」、或いは「第１の」と云った要素が記される場合、このような請求の範囲は、２つ以上のこのような要素を要求することもなければ除外することもなく、１つ又は複数のこのような要素の組み込みを包含するものと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】理想的な色域及び非理想的な色域を示す例示的な色度図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態及び従来のカラーホィールフィルタ設計に使用される水銀アーク灯光源の可視波長での相対スペクトル放射輝度の例示的なグラフである。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態でのノッチフィルタ被膜及び本発明の実施形態に使用される変更されたカラーホィールフィルタ設計を有する光源の相対空間放射輝度の例示的なグラフである。
【図３】本発明の少なくとも１つの実施形態を使用した例示的な表示システムの概略図である。
【図４】本発明の一実施形態を備える投影システムの例示的なブロック図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態を備えることができる光源反射鏡の例示的な一実施形態の斜視図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態を備えることができる光源反射鏡の例示的な一実施形態の背面図である。
【図６】本発明の少なくとも１つの実施形態を備える例示的な代替の光源反射鏡アセンブリの断面である。
【図７】本発明の一実施形態の例示的なブロック図である。
【図８】本発明の実施形態の構築に利用可能な例示的な製造ステップを示すブロック図である。
【図９】反射鏡フィルタ被膜及び反射鏡の実施形態の例示的なスペクトル図である。
【図１０】本発明の一実施形態に使用されるノッチフィルタを示す反射鏡フィルタ被膜の例示的なスペクトル図である。
【図１１】本発明の一実施形態に使用されるより強力なノッチフィルタを示す反射鏡フィルタ被膜の例示的なスペクトル図である。
【図１２】図１１に示す例示的なスペクトル図を実施するための反射鏡のフィルタ被膜の一実施形態を示す表である。
【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４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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