(57)【要約】  照明中継器（１０６，１０６Ａ）と、カップリングレンズ（１１０，１１０Ａ，１１０ｂ）と、変調デバイス（１１４）と、投影レンズ（１２０，１２０Ａ）とを備える投影システム（１０，１０Ａ，１０Ｂ）が提供される。照明中継器は、第１の光学軸を有する照明光路に沿って、照明ビームをカップリングレンズに与えるように構成される。カップリングレンズは、照明ビームを変調デバイスに誘導するように構成される。変調デバイスは、照明ビームを変調して、画像形成ビームを形成し、画像形成ビームをカップリングレンズの中に反射するように構成される。カップリングレンズは、第２の光学軸を有する投影光路に沿って、第２の光学軸が第１の光学軸に対して実質的に平行であるように、画像形成ビームを投影レンズの中に誘導するように構成される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影システム（１０／１０Ａ／１０Ｂ）であって、
照明中継器（１０６／１０６Ａ）と、
カップリングレンズ（１１０／１１０Ａ／１１０ｂ）と、
変調デバイス（１１４）と、
投影レンズ（１２０／１２０Ａ）と
を備え、
前記照明中継器は、第１の光学軸を有する照明光路に沿って、照明ビームを前記カップリングレンズに与えるように構成され、該カップリングレンズは、前記照明ビームを前記変調デバイスに誘導するように構成され、該変調デバイスは、前記照明ビームを変調して、画像形成ビームを形成し、該画像形成ビームを前記カップリングレンズの中に反射するように構成され、該カップリングレンズは、第２の光学軸を有する投影光路に沿って、該第２の光学軸が前記第１の光学軸に対して実質的に平行であり、且つオフセットされるように、前記画像形成ビームを前記投影レンズの中に誘導するように構成されること、
を特徴とする投影システム。
【請求項２】
前記第１の光学軸及び前記第２の光学軸は、前記変調デバイスの平面に対する垂線に実質的に平行であることを特徴とする請求項１に記載の投影システム。
【請求項３】
前記照明ビームは、瞳面の第１のエリアを横断し、前記画像形成ビームは、前記第１のエリアから実質的に分離される、前記瞳面の第２のエリアを横断することを特徴とする請求項１に記載の投影システム。
【請求項４】
前記照明ビームを前記照明中継器から前記カップリングレンズに反射するように構成されるフォールドミラー（２０６）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の投影システム。
【請求項５】
前記フォールドミラーは、前記照明中継器の光学軸と前記照明光路とが実質的に９０度の角度を成すように、前記照明ビームを前記照明中継器から前記カップリングレンズに反射するように構成されることを特徴とする請求項４に記載の投影システム。
【請求項６】
前記画像形成ビームを前記カップリングレンズから前記投影レンズに反射するように構成されるフォールドミラー（３０６）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の投影システム。
【請求項７】
前記フォールドミラーは、前記投影レンズの光学軸と前記投影光路とが実質的に９０度の角度を成すように、前記画像形成ビームを前記カップリングレンズから前記投影レンズに反射するように構成されることを特徴とする請求項６に記載の投影システム。
【請求項８】
前記カップリングレンズは、前記照明ビームを前記変調デバイスに屈折させ、且つ前記画像形成ビームを前記投影レンズの中に屈折させるように構成される少なくとも１つの屈折素子を含むことを特徴とする請求項１に記載の投影システム。
【請求項９】
第１の光学軸を有する照明光路に沿って照明ビームを与えるように構成される照明中継器（１０６／１０６Ａ）を配設するステップと、
前記照明ビームを変調して画像形成ビームを形成するように構成される変調デバイス（１１４）を配設するステップと、
前記照明ビームを前記変調デバイスに誘導し、且つ前記画像形成ビームを、第２の光学軸を有する投影光路に沿って、該第２の光学軸が前記第１の光学軸と実質的に平行になるように、投影レンズの中に誘導するように構成されるカップリングレンズ（１１０／１１０Ａ／１１０Ｂ）を配設するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記第１の光学軸及び前記第２の光学軸は、前記変調デバイスの平面に対する垂線に実質的に平行であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記照明ビームは、瞳面の第１のエリアを横断し、前記画像形成ビームは、前記第１のエリアから実質的に分離される、前記瞳面の第２のエリアを横断することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記照明ビームを前記照明中継器から前記カップリングレンズに反射するように構成されるフォールドミラー（２０６）を配設するステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記画像形成ビームを前記カップリングレンズから前記投影レンズに反射するように構成されるフォールドミラー（３０６）を配設するステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
カップリングレンズ（１１０／１００Ａ／１１０Ｂ）と、
変調デバイス（１１４）と
を備え、
前記カップリングレンズは、第１の光学軸を有する第１の光路に沿って照明ビームを受光するように構成され、前記カップリングレンズは、前記照明ビームを前記変調デバイスに誘導するように構成され、該変調デバイスは、前記照明ビームを変調して、画像形成ビームを形成し、該画像形成ビームを前記カップリングレンズの中に反射するように構成され、該カップリングレンズは、第２の光学軸を有する第２の光路に沿って前記画像形成ビームを誘導するように構成され、前記第２の光学軸は、前記第１の光学軸と実質的に平行であり、且つオフセットされること、
を特徴とするシステム。
【請求項１５】
前記第１の光学軸及び前記第２の光学軸は、前記変調デバイスの平面に対する垂線に実質的に平行であることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記照明ビームは、瞳面の第１のエリアを横断し、前記画像形成ビームは、前記第１のエリアから実質的に分離される、前記瞳面の第２のエリアを横断することを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記カップリングレンズは、前記照明ビームを前記変調デバイスに屈折させ、且つ前記画像形成ビームを前記第２の光路に沿って屈折させるように構成される少なくとも１つの屈折素子を含むことを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オフセット投影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
［背景］
デジタルプロジェクタの光学的な構成（アーキテクチャ）は、典型的には、照明システムと、投影システムと、光変調器と、照明システム，投影システム，及び光変調器を結合する１つ又は複数のデバイスとを含む。照明システムは、光変調器を照明する。光変調器は、その中に進行してくる光を反射するか、又はその光を透過するかのいずれかによって変調することにより、画像を生成する。投影システムは、光変調器の変調された照明を捕捉することによって、光変調器をスクリーン上に結像する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般的に、光学的な構成は、投影光路の光学軸及び照明光路の光学軸を有し、それらの光学軸は互いに（そのシステムの一部にわたって）重なり合うか、互いに大きく傾けられるかのいずれかである。光変調器面において、実質的に軸上にあるか、又は相対的に小さな入射角の照明光路及び投影光路を必要とするか、又はそのような条件の光路から利益を受けることがあるシステムの場合、そのような構成は、不十分であるか、雑音が多いか、嵩張るか、又は高額になることがある。光学的な構成において、コンパクトなパッケージ、且つ低コストで、効率を高めることができ、迷光を少なくできることが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
［概要］
本発明の一形態は、照明中継器と、カップリングレンズと、変調デバイスと、投影レンズとを備える投影システムを提供する。照明中継器は、第１の光学軸を有する照明光路に沿って、照明ビームをカップリングレンズに与えるように構成される。カップリングレンズは、照明ビームを変調デバイスに誘導するように構成される。変調デバイスは、照明ビームを変調して、画像形成ビームを形成し、画像形成ビームをカップリングレンズの中に反射するように構成される。カップリングレンズは、第１の光学軸に対して実質的に平行である投影光路に沿って、画像形成ビームを投影レンズの中に誘導するように構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
［詳細な説明］
好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明では、本明細書の一部を構成し、且つ本発明を実施することができる具体的な実施形態を例示する添付の図面が参照される。本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が利用されることもあり、構造的又は論理的な変更が行われることもあることは理解されたい。それゆえ、以下の詳細な説明は、限定する意味に解釈されるべきではない。
【０００６】
本明細書に記述されるように、カップリングレンズを用いて、照明システム及び投影システムの光学軸が互いに平行になり、且つオフセットされるように設定するデジタルプロジェクタのための光学的な構成が提供される。そのカップリングレンズによって、実際の投影ビーム（画像形成ビーム）と照明ビームとの分離を維持しながら、投影光路空間及び照明光路空間を共有できるようになる。そうすることによって、その構成は、システム全体を通して、照明ビーム光路と投影ビーム光路（画像形成ビーム光路）とを効果的に分離する。
【０００７】
図１は、オフセットデジタル投影システム１０の一実施形態を示すブロック図である。この投影システム１０では、照明源１０２が照明ビームを生成し、その照明ビームを光路１０４に沿って照明中継器１０６に放射する。照明中継器１０６は、照明ビームを集積し、コリメートして、照明光路１０８の光学軸が光変調器１１４の平面１０１に対する垂線１００に平行、又は実質的に平行になるように、その照明ビームを照明光路１０８に沿ってカップリングレンズ１１０に与える。垂線１００は平面１０１に対して実質的に垂直であり、平面１０１は変調デバイス１１４の変調素子（図示せず）の向きと一致する。カップリングレンズ１１０は、照明光路１１２に沿って照明ビームを誘導し、照明ビームを変調デバイス１１４上に合焦する。照明中継器１０６は、オーバーフィルを最小限に抑えて、変調デバイス１１４が均一に照明されるように、カップリングレンズ１１０を介して照明源１０２を変調デバイス１１４上に結像する。カップリングレンズ１１０は、０度以外の入射角で、照明ビームを変調デバイス１１４上に誘導する。カップリングレンズ１１０は、変調デバイス１１４に対して実質的には中央に配置される。
【０００８】
変調デバイス１１４は、入力信号、例えば、コンピュータ又はビデオ入力信号（図示せず）に従って、カップリングレンズ１１０からの照明ビームを変調し、画像形成ビームを形成する。画像形成ビームは、変調デバイス１１４から反射され、光路１１６に沿って、カップリングレンズ１１０を通る。カップリングレンズ１１０は、投影光路１１８の光学軸が垂線１００及び照明光路１０８の光学軸に対して平行、又は実質的に平行になるように、投影光路１１８に沿って、変調デバイス１１４からの画像形成ビームを投影レンズ１２０の中に誘導する。投影レンズ１２０は、光路１２２に沿って、画像形成ビームを合焦し、場合によっては拡大・縮小（ズーミング）し、静止画像及び動画像がスクリーン又は他の表示表面上に形成される。投影レンズ１２０は、カップリングレンズ１１０を通して、最終的に表示するために用いられるスクリーン又は他の表示表面上に変調デバイス１１４を結像する。
【０００９】
投影システム１０では、照明中継器１０６、カップリングレンズ１１０、及び投影レンズ１２０が、照明光路１０８及び投影光路１１８に沿って照明ビームと画像形成ビームとが重なり合うのを最小限に抑えるように配置される。詳細には、照明ビーム及び画像形成ビームは、それぞれ、そのシステムの光学瞳面１２４の異なるエリアを横断し、画像形成ビームが瞳面１２４において照明ビームから空間的に分離されるようにする。したがって、照明光路１０８は投影光路１１８から効率的に分離される。図１に示されるように、カップリングレンズ１１０は、瞳面１２４と変調デバイス１１４との間に全ての光学素子を含む。
【００１０】
照明源１０２は、単色又は多色の照明ビームを与える超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、又は他の適当なプロジェクタランプであってもよい。変調デバイス１１４は、画像入力信号（図示せず）に応答して、照明ビームの選択された部分を透過又は反射し、カップリングレンズ１１０及び投影レンズ１２０を通して画像がスクリーン又は他の表面上に投影されるようにする。変調デバイス１１４は、ＬＣｏｓ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、デジタルマイクロミラーディスプレイ（ＤＭＤ）、又は他のタイプ等の空間光変調器のような、少なくとも１つのデジタル変調器を含む。一実施形態では、変調デバイス１１４は、色毎に、例えば赤色、青色、及び緑色について別個のデジタル変調器を含む。
【００１１】
図２は、オフセットデジタル投影システム１０Ａの一実施形態を示す概略図である。この投影システム１０Ａにおいては、照明源１０２が、照明ビーム２０２を生成し、その照明ビームを光路１０４に沿って照明中継器１０６Ａに放射する。照明中継器１０６Ａは、照明ビーム２０２を集光する集光ロッド２００と、照明ビーム２０２をコリメートし、照明ビーム２０２をフォールドミラー２０６に与える照明レンズ２０４とを備える。照明レンズ２０４は、レンズ２０４Ａ、２０４Ｂ、及び２０４Ｃを含む。
【００１２】
フォールドミラー２０６は、照明ビーム２０２の照明光路の光学軸が、フォールドミラー２０６とカップリングレンズ１１０Ａとの間で変調デバイス１１４の光学軸に対して平行、又は実質的に平行になるように、照明レンズ２０４からの照明ビーム２０２を照明光路に沿ってカップリングレンズ１１０Ａの中に反射する。図２に示される実施形態では、フォールドミラー２０６は、照明レンズ２０４の光学軸とカップリングレンズ１１０Ａの光学軸とが約９０度の角度を成すように照明ビーム２０２を反射する。他の実施形態では、フォールドミラー２０６は、照明レンズ２０４の光学軸とカップリングレンズ１１０Ａの光学軸とが０度以外の任意の角度を成すように照明ビーム２０２を反射するために、上記の場合とは異なるように配置されてもよい。
【００１３】
カップリングレンズ１１０Ａは、照明ビーム２０２を屈折させて、ビームスプリッタ２１０を通して、変調デバイス１１４上に合焦する。ビームスプリッタ２１０は、照明ビーム２０２を、変調デバイス１１４の異なる変調器１１４Ａ、１１４Ｂ、及び１１４Ｃに与えられる別個の成分（例えば、赤色成分、青色成分、及び緑色成分）に分離する。変調器１１４Ａ、１１４Ｂ、及び１１４Ｃは、ビームスプリッタ２１０に対して任意の適当な配列になるように設定されることがある。ビームスプリッタ２１０は、ダイクロイックプリズム、ダイクロイックプレート、ダイクロイックｘ-キューブ、又は照明ビーム２０２を別個の成分に分離するように構成される他の素子であってもよい。変調デバイス１１４が単一の変調器を含む実施形態では、ビームスプリッタ２１０は省くことができる。カップリングレンズ１１０Ａは、０度以外の入射角を成すように変調デバイス１１４上に照明ビーム２０２を屈折させる。図に示されるように、カップリングレンズ１１０Ａは、照明ビーム２０２を屈折させるための３つのレンズ２０８Ａ、２０８Ｂ、及び２０８Ｃを含む。他の実施形態では、カップリングレンズ１１０Ａは、１つ又は複数の球面レンズ又は非球面レンズの組み合わせであってもよい。
【００１４】
変調デバイス１１４は、入力信号、例えばコンピュータ入力信号又はビデオ入力信号（図示せず）に従って、カップリングレンズ１１０Ａからの照明ビームを変調し、画像形成ビーム２１２を形成する。画像形成ビーム２１２は、変調デバイス１１４から反射され、ビームスプリッタ２１０を通って、カップリングレンズ１１０Ａに入る。カップリングレンズ１１０Ａは、変調デバイス１１４からの画像形成ビーム２１２を、レンズ２０８Ａ、２０８Ｂ、及び２０８Ｃを用いて投影レンズ１２０Ａの中に屈折させて、投影光路の光学軸に沿って進むようにし、投影光路の光学軸は、変調デバイス１１４の平面１０１への垂線１００に対して、且つカップリングレンズ１１０Ａと光学瞳面２１４との間の照明ビーム２０２の照明光路の光学軸に対して平行、又は実施的に平行である。
【００１５】
投影レンズ１２０Ａは画像形成ビーム２１２を合焦し、場合によっては、そのビームを光路に沿って拡大・縮小（ズーミング）して、スクリーン又は他の表示表面上に静止画像又は動画像が形成されるようにすることができる。図示される投影レンズ１２０Ａは、４つのレンズ、２１６Ａ、２１６Ｂ、２１６Ｃ、及び２１６Ｄを含む。他の実施形態では、投影レンズ１２０Ａは、１つ又は複数の球面又は非球面のレンズ若しくはミラーの組み合わせであってもよい。
【００１６】
投影システム１０Ａでは、照明中継器１０６Ａ、カップリングレンズ１１０Ａ、及び投影レンズ１２０Ａが、それぞれの照明光路及び投影光路に沿って照明ビーム２０２と画像形成ビーム２１２とが重なり合うのを最小限に抑えるように配置される。詳細には、照明ビーム及び画像形成ビームは、それぞれ、システムの光学瞳面２１４の異なるエリアを横断し、画像形成ビーム２１２が瞳面２１４において照明ビーム２０２から空間的に分離されるようにする。したがって、照明光路は投影光路から効率的に分離される。図２に示されるように、カップリングレンズ１１０Ａは、瞳面２１４と変調デバイス１１４との間の全ての光学素子を含む。
【００１７】
図３は、オフセットデジタル投影システム１０Ｂの一実施形態を示す概略図である。この投影システム１０Ｂにおいては、照明源１０２が、照明ビームを生成し、その照明ビームを光路１０４に沿って照明中継器１０６に放射する。照明中継器１０６は、照明ビームを集光し、コリメートして、照明光路１０８の光学軸が、照明中継器１０６とカップリングレンズ１１０Ｂとの間で変調デバイス１１４の平面１０１への垂線１００に対して平行、又は実質的に平行になるように、その照明ビームを照明光路１０８に沿ってカップリングレンズ１１０Ｂに与える。
【００１８】
カップリングレンズ１１０Ｂは、照明ビームを屈折させて、ビームスプリッタ３０４を通して変調デバイス１１４上に合焦する。ビームスプリッタ３０４は、照明ビームを、変調デバイス１１４の異なる変調器１１４Ａ、１１４Ｂ、及び１１４Ｃに与えられる別個の成分（例えば、赤色成分、青色成分、及び緑色成分）に分離する。変調器１１４Ａ、１１４Ｂ、及び１１４Ｃは、ビームスプリッタ３０４に対して任意の適当な配列になるように設定されることがある。ビームスプリッタ３０４は、ダイクロイックプリズム、ダイクロイックプレート、ダイクロイックｘ-キューブ、又は照明ビームを別個の成分に分離するように構成される他の素子であってもよい。変調デバイス１１４が単一の変調器を含む実施形態では、ビームスプリッタ３０４は省くことができる。カップリングレンズ１１０Ｂは、光路１１２によって示されるように、０度以外の入射角で変調デバイス１１４上に照明ビームを屈折させる。図に示されるように、カップリングレンズ１１０Ｂは、照明ビームを屈折させるための３つのレンズ３０２Ａ、３０２Ｂ、及び３０２Ｃを含む。他の実施形態では、カップリングレンズは、１つ又は複数の球面レンズ又は非球面レンズの組み合わせであってもよい。
【００１９】
変調デバイス１１４は、入力信号、例えばコンピュータ入力信号又はビデオ入力信号（図示せず）に従って、カップリングレンズ１１０Ａからの照明ビームを変調し、画像形成ビームを形成する。画像形成ビームは、変調デバイス１１４から反射され、光路１１６に沿って、ビームスプリッタ３０４を通って、カップリングレンズ１１０Ｂに入る。カップリングレンズ１１０Ｂは、変調デバイス１１４からの画像形成ビームを、レンズ３０２Ａ、３０２Ｂ、及び３０２Ｃを用いて、フォールドミラー３０６に向かって屈折させて、投影光路１１８の光学軸に沿って進むようにし、投影光路１１８の光学軸は、変調デバイス１１４の平面１０１への垂線１００に対して、且つ照明ビームの照明光路１０８の光学軸に対して平行、又は実質的に平行である。
【００２０】
フォールドミラー３０６が、カップリングレンズ１１０Ｂからの画像形成ビームを、光路３０８に沿って投影レンズ１２０の中に反射する。図３に示される実施形態では、フォールドミラー３０６は、垂線１００と投影レンズ１２０の光学軸３０８とが約９０度の角度を成すように画像形成ビームを反射する。他の実施形態では、フォールドミラー３０６は、垂線１００と投影レンズ１２０の光学軸３０８が０度以外の任意の角度を成すように画像形成ビームを反射するために、上記の場合とは異なるように配置されてもよい。投影レンズ１２０は、フォールドミラー３０６からの画像形成ビームを合焦し、場合によっては、光路１２２に沿って拡大・縮小（ズーミング）して、スクリーン又は他の表示表面上に静止画像又は動画像が形成されるようにすることができる。
【００２１】
投影システム１０Ｂにおいては、照明中継器１０６、カップリングレンズ１１０Ｂ、及び投影レンズ１２０が、照明光路１０８及び投影光路１１８に沿って照明ビームと画像形成ビームとが重なり合うのを最小限に抑えるように配置される。詳細には、照明ビーム及び画像形成ビームは、それぞれ、システムの光学瞳面１２４の異なるエリアを横断し、画像形成ビームが瞳面１２４において照明ビームから空間的に分離されるようにする。したがって、照明光路１０８は投影光路１１８から効率的に分離される。
【００２２】
図４は、オフセット投影システムを用いて画像を投影するための方法の一実施形態を示すフローチャートである。図４では、ブロック４０２に示されるように、照明ビームが、照明中継器からカップリングレンズに与えられる。ブロック４０４に示されるように、カップリングレンズを用いて、照明ビームが変調デバイスに誘導される。ブロック４０６に示されるように、変調デバイスを用いて、照明ビームが変調されて、画像形成ビームが形成される。ブロック４０８に示されるように、画像形成ビームが、カップリングレンズを用いて、照明ビームに対して、且つ投影レンズへの変調デバイスの平面への垂線に対して平行、又は実質的に平行に誘導される。ブロック４１０に示されるように、投影レンズを用いて、画像形成ビームが合焦され、拡大（ズームイン）又は縮小（ズームアウト）され得る。
【００２３】
他の実施形態では、フォールドミラー２０６及び３０６のうちの一方又は両方を、他の反射表面に置き換えてもよい。さらに、他の実施形態では、システムは、照明光路及び投影光路の両方においてフォールドミラーを含むことがある。
【００２４】
本明細書において説明されるようなオフセット光学構成は、光学性能及び最大限可能な効率を保持し、且つ迷光を最小限に抑えながら、照明光路及び投影光路を効率的に分離することができる。この構成は、複雑で高額な光学部品を避けることもでき、最大数の小型のレンズを有するコンパクトなパッケージによって、低コストでコンパクトなシステムを実現できるようにする。
【００２５】
好ましい実施形態を説明するために、本明細書において具体的な実施形態が図示及び説明されてきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、図示及び説明される具体的な実施形態の代わりに、広範な代替の、及び／又は均等の実施態様が用いられてもよいことは、当業者には理解されよう。光学、機械、電気機械、電気及びコンピュータ分野の熟練者（当業者）であれば、本発明が、多種多様な実施形態において実施できることは容易に理解されよう。本出願は、本明細書において説明される好ましい実施形態のあらゆる改変又は変形を網羅することを意図している。それゆえ、本発明が特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されることがはっきりと意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態によるオフセットデジタル投影システムを示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態によるオフセットデジタル投影システムを示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態によるオフセットデジタル投影システムを示す概略図である。
【図４】本発明の一実施形態によるオフセットデジタル投影システムを用いて画像を投影するための方法を示すフローチャートである。
【図１】
2008524652.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2008524652.tif 000008