(57)【要約】  可視画像を提供する照明システムが記載される。このシステムは、第一の偏光を持つ光が形成する第一の立体画像出力を提供する第一の画像投影サブシステムと、第二の偏光を持つ光が形成する第二の立体画像出力を提供する第二の画像投影サブシステムと、前記第一の立体画像出力および前記第二の立体画像出力を、共通レンズを通してディスプレイ上に投影する投影手段とを含み、このシステムはお互い直交する第一の偏光および第二の偏光を提供する。典型的に、前記第一の画像出力および前記第二の画像出力はお互い直交する偏光を持つ光から形成され、このシステムは直交のおよび非直交の第一の画像および第二の画像の提供を切り替え可能であることが好ましい。好適な実施形態においてこのシステムは解像度が増加した非立体画像を提供する。好適なシステムには、共通光源および共通投影レンズが含まれる。幾らかのシステムにはデジタルマイクロミラーデバイスおよびＬＣＯＳ技術が含まれる。関連する可視画像提供方法もまた開示されている。【選択図】図１
2008546040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の立体可視画像を提供するシステムであって、
ａ）第一の偏光を持つ一の第一の立体画像出力を提供する一の第一の画像投影サブシステムと、
ｂ）第二の偏光を持つ光が形成する一の第二の立体画像出力を提供する一の第二の画像投影サブシステムと、
ｃ）前記システムに配置され、前記第一の立体画像出力および前記第二の立体画像出力を受け取り、前記第一の画像投影サブシステムおよび前記第二の画像投影サブシステムからの前記第一の立体画像出力および前記第二の立体画像出力を結合して、一の共通レンズを通して一のディスプレイ上に直接的あるいは間接的に投影する、一の光結合部材と、を含み、
お互い直交する第一の偏光および第二の偏光を提供する、システム。
【請求項２】
前記光結合部材は一の偏光ビームスプリッタを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
少なくとも前記第一の画像投影サブシステムあるいは前記第二の画像投影サブシステムは、少なくとも一つの変調マイクロディスプレイを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第一の画像投影サブシステムは一のフル画像投影サブシステムである、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第一の画像投影サブシステムおよび前記第二の画像投影サブシステムは各々、個別に一のフル画像投影サブシステムを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第一の偏光は第一の円偏光であり、前記第二の偏光は第二の円偏光である、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第一の画像投影サブシステムおよび前記第二の画像投影サブシステムは、同じ偏光を持つ第一の非立体画像出力および第二の非立体画像出力を提供することのできる、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第一の画像投影サブシステムは前記第一の画像出力を連続的に表示する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第二の画像投影サブシステムは前記第二の画像出力を連続的に表示する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第一の立体画像出力および前記第二の立体画像出力は、一の共通光源から導出される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第一の画像投影サブシステムは、複数のサブピクセル特徴を含み前記第二の画像投影サブシステムが提供する一の第二の非立体画像出力に対して、一の第一の線寸法および一の第二の線寸法の両方の一のサブピクセル量でオフセットされる一の第一の非立体画像出力を提供する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第一の画像投影サブシステムおよび前記第二の画像投影サブシステムのうちの少なくとも一方は、一のデジタルマイクロミラー変調器を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第一の画像投影サブシステムおよび前記第二の画像投影サブシステムのうちの少なくとも一方は、一の液晶に基づく撮像装置あるいは、一のＬＣＯＳ（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ）に基づく撮像装置を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第一の画像出力および前記第二の画像出力を視るための一の偏光識別表示装置をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
複数の立体可視画像を提供するシステムであって、
ａ）第一の偏光を持つ光が形成する一の第一の立体画像出力を提供する一の第一の画像投影サブシステムと、
ｂ）第二の偏光を持つ光が形成する一の第二の立体画像出力を提供する一の第二の画像投影サブシステムと、
ｃ）前記システムに配置され、前記第一の立体画像出力および前記第二の立体画像出力を受け取り、前記第一の画像投影サブシステムおよび前記第二の画像投影サブシステムからの前記第一の立体画像出力および前記第二の立体画像出力を結合して、一の共通レンズを通して一のディスプレイ上に直接的あるいは間接的に投影する、一の光結合部材と、を含み、
前記第一の立体画像出力および前記第二の立体画像出力を直交偏光された光から略同時に形成し、
一の第一の非立体画像および一の第二の非立体画像を提供し、
前記第一の非立体画像の出力は、前記第二の非立体画像の出力に対して、一の第一の線寸法および一の第二の線寸法の両方の一のサブピクセル量でオフセットされる、システム。
【請求項１６】
前記光結合部材は一の偏光ビームスプリッタを含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ディスプレイは、少なくとも一つの変調マイクロディスプレイを含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
複数の立体可視画像を提供する方法であって、
ａ）第一の偏光を持つ光が形成する一の第一の立体画像出力を提供することと、
ｂ）第二の偏光を持つ光が形成する一の第二の立体画像出力を提供することと、
ｃ）前記第一の立体画像出力および前記第二の立体画像出力を一の共通レンズを通して一のディスプレイ上に投影することと、を含み、
前記第一の立体画像出力は一の第一の画像投影サブシステムにより提供され、前記第二の立体画像出力は一の第二の画像投影サブシステムにより提供され、
前記第一のサブシステムおよび前記第二のサブシステムは、お互い直交する第一の偏光および第二の偏光を提供する、方法。
【請求項１９】
前記第一のサブシステムおよび前記第二のサブシステムの各々からの前記第一の立体画像出力および前記第二の立体画像出力を、一の偏光ビームスプリッタで結合することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも前記第一の画像投影サブシステムあるいは前記第二の画像投影サブシステムは、少なくとも前記第一の立体画像あるいは前記第二の立体画像を、少なくとも一つの変調マイクロディスプレイ上へ投影する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記第一の画像投影サブシステムおよび前記第二の画像投影サブシステムから選択された複数のカラーフレームを、前記少なくとも一つのマイクロディスプレイへ順次あるいは交互に提供することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第一の画像投影サブシステムは一のフル画像投影サブシステムである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記第一の画像投影サブシステムおよび前記第二の画像投影サブシステムは各々、個別に一のフル画像投影サブシステムを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記第一の偏光は第一の円偏光であり、前記第二の偏光は第二の円偏光である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記第一の画像投影サブシステムおよび前記第二の画像投影サブシステムは、略同じ偏光を持つ第一の画像出力および第二の画像出力を提供することのできる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
前記第一の画像投影サブシステムは前記第一の画像出力を連続的に表示する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
前記第二の画像投影サブシステムは前記第二の画像出力を連続的に表示する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第一の立体画像出力および前記第二の立体画像出力は、一の共通光源から導出される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２９】
前記第一の画像投影サブシステムは一の第一の非立体画像出力を提供し、前記第二の画像投影サブシステムは一の第二の非立体画像出力を提供し、
前記第一の非立体画像の出力は、前記第二の非立体画像の出力に対して、一の第一の線寸法および一の第二の線寸法の両方の一のサブピクセル量でオフセットされる、請求項１８に記載の方法。
【請求項３０】
前記第一の画像投影サブシステムおよび前記第二の画像投影サブシステムのうちの少なくとも一方は、一のデジタルマイクロミラー変調器を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項３１】
前記第一の画像投影サブシステムおよび前記第二の画像投影サブシステムのうちの少なくとも一方は、一の液晶に基づく撮像装置あるいは、一のＬＣＯＳに基づく撮像装置を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項３２】
少なくとも一つの偏光識別表示装置により前記第一の画像出力および前記第二の画像出力を視ることをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項３３】
複数の可視画像を提供する方法であって、
ａ）第一の偏光を持つ光から一の第一の立体画像出力を形成することと、
ｂ）第二の偏光を持つ光から一の第二の立体画像出力を形成することと、
ｃ）前記第一の立体画像出力および前記第二の立体画像出力を一のディスプレイ上に投影することと、を含み、
前記第一の立体画像および前記第二の立体画像は、一の共通光源から導出され、一の共通レンズを通して前記ディスプレイ上に投影され、
前記第一の偏光は、前記第二の偏光に対して直交的あるいは非直交的に切り替え可能に提供可能であり、
前記第一の立体画像出力および前記第二の立体画像出力を投影することは、一の第一の画像投影サブシステムからの一の第一の非立体画像を切り替え可能に投影することと、一の第二の画像投影サブシステムからの一の第二の非立体画像を切り替え可能に投影することとを含み、
前記第一の非立体画像出力は前記第二の非立体画像出力に対して、一の第一の線寸法および一の第二の線寸法の両方の一のサブピクセル量でオフセットされる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、「三次元立体投影アーキテクチャ」というタイトルで、２００５年６月１０日に提出された米国仮出願シリアル番号６０／６８９，２７７の優先権を主張しており、その全体を参照としてここに組み込む。
ここに開示される実施形態は、偏光符号化された三次元立体画像を投影する光学アーキテクチャに関する。本発明の実施形態は二つの物理的に別個なフル画像投影サブシステムの出力を組み合わせる構想を含むが、好適な実施形態では一つの共通投影レンズが利用され、多くの場合では一つの共通光源が利用される。開示されるフル画像サブシステムは、一以上の変調マイクロディスプレイを持つ入力／出力ビーム分離を含む。
【背景技術】
【０００２】
三次元ディスプレイは幾らかの形態をとることができる。ホログラフィック・ディスプレイなどは、光の位相・振幅変調により三次元オブジェクトを正確に光学表現する。その他のものは、一連の同期変調する二次元画面などのボリューム・ディスプレイを利用して三次元情報を再現する。これらのアプローチは真の三次元画像をより厳密に再生するが、ハードウェアについての要求がとても厳しく、目下のところ非常に粗雑な画像しか形成できない。より実際的なアプローチは、一つの画像が右目のみで見られ、第二の画像が左目でのみ見られる立体画像を形成することである。画像間の差異により立体情報が形成され、オブジェクトがシネマ環境に居る視聴者から数メータほどしか離れていないように見えるような強い三次元感覚を提供することができる。
【０００３】
通例、立体画像は目の間が識別されためがね類を通して視られる。めがね類は、一方の目が可視スペクトルの一部を見る間、他方の目が該スペクトルの補完部を見ることのできるよう、色を識別することができる。目が見るものの中の明らかな差異により疲労が生じるが、同じ色帯の立体画像を符号化することにより三次元感覚が生じる。その結果、三次元画像を提供する他のシステム・方法が有用だと思われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本出願で開示されているのは、可視画像を形成する照明システムおよび方法である。照明システムは、第一の偏光を持つ光が形成する第一の立体画像出力を提供する第一の画像投影サブシステムと、第二の偏光を持つ光が形成する第二の立体画像出力を提供する第二の画像投影サブシステムと、投影手段とを含む。ここに開示されるシステムは、お互い直交する第一の偏光および第二の偏光を提供し、好適な実施形態においては、お互い直交する第一の偏光および第二の偏光を提供する第一のモードと、お互い直交しない第一の偏光および第二の偏光を提供する第二のモードとの間を切り替えることができる。
【０００５】
幾らかの実施形態においては、第一の偏光および第二の偏光は直線偏光状態である。別の偏光に基づく解決法では、お互い直交する左円偏光および右円偏光が二つの立体画像チャネルについて利用される。
【０００６】
開示される実施形態は二次元モードおよび三次元モード間を切り替える能力を持ち、二次元画像は略同一の立体画像を表示することで得られる。二次元モードで操作する際、画像は直交する線寸法のサブピクセル量でオフセットされ、低解像度、低コストの小型変調器からの高解像度二次元画像を形成してよい。この場合、適切に符号化された画像から部分ピクセル変調を達成することができる。一実施形態においては二つのデジタルマイクロミラーデバイス変調器を利用して立体画像を形成し、別の形態においては液晶（ＬＣ）あるいはｌｉｑｕｉｄ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ（ＬＣＯＳ）に基づく撮像装置が利用される。特に光を小型のコスト効率のよいマイクロディスプレイに連結する際には、源の各偏光部材が二つのサブシステム変調カーネルの各々に利用されることが好ましい。
【０００７】
本発明の幾らかの実施形態においては、開示されるシステムは、共通ランプおよび共通投影レンズと共に二つの変調サブシステムを含み、同時に直交偏光を持つ二つの画像を形成する。実施形態には、２パネルデジタルマイクロミラーデバイスに基づくシステム、２パネルおよび４パネルのＬＣＯＳシステム、および６パネルＬＣシステムが含まれる。
【０００８】
開示される実施形態は、第一の偏光を持つ光が形成する第一の立体画像出力を提供することと、第二の偏光を持つ光が形成する第二の立体画像出力を提供することと、前記第一の立体画像出力および前記第二の立体画像出力をディスプレイ上に投影することと、を含み、前記第一の画像出力は第一の立体画像投影サブシステムにより提供され、前記第二の立体画像出力は第二の画像投影サブシステムにより提供され、前記第一のサブシステムおよび前記第二のサブシステムは、お互い直交する第一の偏光および第二の偏光を提供する、立体可視画像を提供する方法を提供する。
【０００９】
特別な実施形態においては、前記第一の立体画像出力および前記第二の立体画像出力は、前記システムに配置され、前記第一の立体画像出力および前記第二の立体画像出力を受け取り、前記第一の画像投影サブシステムおよび前記第二の画像投影サブシステムからの前記第一の立体画像出力および前記第二の立体画像出力を結合して、共通レンズを通してディスプレイ上に直接的あるいは間接的に投影する、光結合部材を含む投影手段で投影される。一つの光結合部材は、第一の画像投影サブシステムおよび第二の画像投影サブシステムからの第一の立体画像出力および第二の立体画像出力を結合する偏光ビームスプリッタを含む。前記光結合部材は典型的に偏光ビームスプリッタを含むが、その他の光結合部材を利用することもできる。また典型的に投影手段も、少なくとも一つの光源と共通投影レンズを含む。好適な方法では、単一の光源と単一の投影レンズが利用される。幾らかの方法には、第一の投影サブシステムおよび第二の投影サブシステムから選択された複数のカラーフレームを少なくとも一つのマイクロディスプレイへ順次あるいは交互に提供することがさらに含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明様々な実施形態、およびこの中のシステムおよび方法の特徴のより完全な理解を促すべく、付随する図面とともに今後の言及を行うことにするが、該図面は以下の通りである。
【００１１】
【図１】ここに開示される２パネルデジタルマイクロミラーデバイスシステムを図示する。
【００１２】
【図２ａ−２ｂ】ここに開示される２パネルｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ（ＬＣＯＳ）システムを図示する。
【００１３】
【図３】ここに開示される４パネル液晶ＬＣＯＳシステムを図示する。
【００１４】
【図４】ここに開示される６パネルＬＣＯＳシステムを図示する。
【００１５】
【図５ａ−５ｃ】色共有を利用する２パネルシステムを図示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
いかなる偏光に基づく識別技術をもってしても、互いに直交偏光状態にある完全な二次元画像が形成される。これは極小偏光子を持つ直視型ディスプレイを空間的にパターニングすること、あるいは時系列画像と同期してディスプレイの出力偏光状態を順次変更することにより行われるが、一つの解決法としては、フルカラー、高解像度、且つお互い直交する二枚の偏光画像の連続表示がある。これは、通例二つのディスプレイを必要とすると考えられるので、画像変調器が小型で潜在的に低コストの投影システムに適している。
【００１７】
本発明の実施形態は、共通照明源および共通投影レンズを利用してお互い直交偏光状態にある立体画像を生成するマイクロディスプレイ投影システムを利用する。「立体画像」という用語は、通常回転オフセットにより一シーンのわずかに異なる視野を各網膜上に形成して、該シーンに三次元の様相を与える、一対の画像のことを示す。略同じ視野を提供する複数対の画像は三次元性を欠くとみなされ、非立体画像と称される。共通照明源および共通投影レンズはそれぞれカラーバランスおよび画像登録を提供する役目を果たす。各画像に別個の源を利用すると、特に現在利用されている高輝度源の時代には、カラーバランスの不整合に繋がることがある。単一の投影レンズ使用により該投影レンズの前に画像が登録されるので、このアプローチにおける登録は、距離および角度から画面およびズーム公差などの異なる撮像設定について保存される。
【００１８】
ここで記載される三次元可能システムを二次元画像の表示に利用する場合、ハードウェア重複が生じる、つまりこの場合、偏光符号化画像を扱うのに別個の偏光サブシステムを有す必要がない。しかしこの余分なハードウェアを利用して画像解像度を改善することが可能である。一つの画像オフセットを両方の線寸法の１／２ピクセルで表示することで、およびサブピクセル特徴を表すために画像コンテンツを変更することで、高解像度を達成することができる。従ってここに記載する実施形態は、二つのより低い解像度投影変調器をもって高解像度の二次元画像を実現することができるとともに、追加特徴として生来の変調器解像度における立体画像を表示することもできる。
【００１９】
一実施形態においては、Ｔｅｘａｓ  ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓがそのＤｅｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（登録商標）アーキテクチャで利用したようなもののような、二つのデジタルマイクロミラーデバイス変調器を利用して立体画像を形成しており、その他の実施形態においては液晶（ＬＣ）あるいはｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ（ＬＣＯＳ）に基づく撮像装置が利用される。二次元ＬＣシステムは典型的に三つのパネルを利用してフルカラー画像を実現しているので、本発明の一実施形態は二つの３パネルサブシステム（あるいはカーネル）を組み合わせて、６パネルの二次元／三次元システムを形成する。その他の実施形態においては、システムは１あるいは２パネルＬＣＯＳカーネルを組み合わせて、２パネルあるいは４パネル時間カラーカーネル（temporal color kernels）を提供する。
【００２０】
幾らかの実施形態が色共有を実現する。そのような実施形態の一つでは、第一チャネル・第二チャネル間で色共有ができる色順次サブシステムが利用される。この一例は、ＲＧＢ（赤色、緑色、青色）のカラーフレームが順次パネルを照明してカラー画像を形成するデジタルマイクロミラーデバイスシステムにおいてである。一般的に、単一パネルシステムにおいては、補色を形成する光量は失われる。二つのカーネルを持つシステムを導入することで、補色を利用して第二のカーネルを照明することができる。両方のカーネルからフルカラー画像を入手して、両方の立体画像に投入する目的から、原色をサブシステム間で交互に入れ替える。各画像は原色および補色の総計から形成されるので、最大三次元色域は標準ビデオ投影システムに対して歪曲しており、幾らかの付随する光損失がこれらの場合必須となることがある。
【００２１】
図１は２パネルデジタルマイクロミラーデバイスシステムの実施形態の一例を図示する。偏光されていない白色照明光１０１がオフ４５度偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０２に入射し、オフ４５度偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０２は偏光されていない白色光１０１を二つの直交偏光成分に分割する働きをする。各々は、先ず各パネル１０３に隣接する４５度配向アクロマチック１／４波長板（ＱＷＰ）１０４を通ることにより、デジタルマイクロミラーデバイスパネル１０３を照明する。１／４波長板の目的は、各パネルからの反射光の偏光状態を変更することである。「ＯＮ」ピクセル・「ＯＦＦ」ピクセル間の変調は、投影レンズ（不図示）の撮像に入ったり離れたりするよう光を偏向する従来の方法で行われる。このようにして、システムのコントラストは、偏光保存からではなく、分散し不要な光の集まりから決定される。よって、従来のデジタルマイクロミラーデバイスシステム同様、コントラストが予期できる。「ＯＮ」ピクセルから偏向される光は偏光ビームスプリッタによる透過あるいは反射により投影レンズへと方向付けられる。このようにしてそれらはお互い略直交する偏光状態を持つ。
【００２２】
アクロマチック１／４波長板１０５をシステム１００の出口に導入すると、直交する円偏光が各チャネルに生成される。しかし、任意の複屈折部材を出口に導入することによっても状態間の直交性は保つことができるはずである。外部部材を直交配向された各接眼レンズの同一の複数のプレートと整合させることで、直線偏光子が分析できるようチャネル偏光を直線に戻すことができる。このようにして、チャネル間のクロストークを、元の状態が直交する程度にまで原則として制限することができる。
【００２３】
偏光が直交する程度というのは、偏光ビームスプリッタのｐ反射（Ｒｐ）と１／４波長板のリークとの積により決定される。この場合のリークは、二枚の積層４５度配向１／４波長板（総称して１／２波長板）のクロスする偏光子間の光のリークにより決定される。良好な投影偏光ビームスプリッタでは、Ｒｐ＜５％であり、アクロマチック１／４波長板のリークが２％未満であってよい（可視スペクトルを通じて）。従い、部材性能によるクロストークは２ｘ０．０５ｘ０．０２＝０．００２（あるいは０．２％）未満と予期されよう。
【００２４】
開示する実施形態において、１％未満のクロストークにより非常に良好な三次元ディスプレイが生じるが、請求項の範囲はある種のクロストーク性能を持つシステムのみを網羅すると解釈されるべきではない。この請求項解釈の原則は、ここに開示するこの他の実施形態にも当てはまり、故に請求項は突き詰めていくと本願から生じる全ての特許に述べられた用語に則った解釈をされるべきである。よって、請求項はここで開示する実施形態あるいは他の任意の開示実施形態に記載される特徴あるいは限定により限定されるべきではない。
【００２５】
実際には、めがね類をシステムの出力に整合させることは理想的ではなく、より大きなクロストークが予期できる。さらには、デジタルマイクロミラーデバイスパネル自体が光を偏光解消するわけではないと仮定されてきた。ピクセルは主にアルミニウムミラーで構成されるので、重要な偏光解消は何ら期待できないだろうが、エッジ散乱から幾らかの貢献が導出される。偏光のインテグリティを劣化させる可能性がより高いのは、デジタルマイクロミラーデバイスチップを封入する、ストレスをかけられたカバーガラスである。ストレスが引き起こす複屈折は重大な偏光解消を引き起こすことがあり、偏光保存を行えるように標準デジタルマイクロミラーデバイス部材パッケージを変更しなければなくなるであろうことが予期される。
【００２６】
このシステムの色はカラーシーケンシャル照明により形成される。通例のデジタルマイクロミラーデバイスシステム同様、これはカラーホイールを使って行ってもよい、というのも照明上にはいかなる偏光の必要性がないからである。従い照明システムは、楕円反射器を利用して長方形の断面を持つ光導体に焦点を合わされる超高圧（ＵＨＰ）水銀ランプのような従来の源を構成することができる。光導体への入射前、ビームはカラーホイールを通り、これによりカラー区分の回転によってビームが原色連続照明フレームに分割される。パネル変調とこれら色フレーム間を同期させることで、フルカラー表現が可能となる。リレー光学を介したパネル上への撮像は光導体を出た後に起こる。偏光変換が何ら必要ないので、出口アパーチャは小さなパネルに最小光損失で撮像することができる。小さなパネルの例では対角線が略０．５インチである。想定される実施形態には、カラーホイールを利用するかわりに、色の時間制御を直接変調により可能とするＬＥＤ照明器が含まれてよい。
【００２７】
図１はさらに、より高い解像度の画像を実現させる、重複するピクセルパターン１０６、１０７を模式的に示す。このような重複パターン１０６、１０７は、当技術分野では解像度を向上させるとして知られている所謂「ぶれ」技術を、時間静止的に（time stationary manner）模倣する。この解像度を増加させる方法は、それ自体が重大にコスト面で利点がある、というのもより小さいチップの歩留まりは、二つの半分の解像度のチップを構成する面積の四倍を持つものに比べて格段に高く、完全な解像度を持つ単一のチップよりずっと低コストであるからである。しかしこのアプローチは、三次元画像を達成するのに利用されるサブシステムを、ハードウェアを増やす必要なしに、より高い解像度の二次元画像を提供するのに利用する、という相乗効果があるので、ここに開示する実施形態において特に有利である。
【００２８】
図２ａは、各々がパネル２０３と偏光ビームスプリッタ２０４とオプションとして１／２波長板２０５とからなる、二つの単一パネル変調サブシステム２０１、２０２を含むＬＣＯＳ技術に基づく第二の実施形態を図示する。サブシステム２０１、２０２は、先ず偏光させた照明ビームを偏光ビームスプリッタ２０４から反射させてパネル２０３に入射させ、第二に偏光を変調させた光を偏光ビームスプリッタ２０３から投影光学２０６へと透過させることで、操作する。このようにして、これらサブシステムは、連続カラー照明と同期して操作させると、フルカラー変調カーネルを持つ。
【００２９】
非偏光入射ビーム１０１、２０７の最初の分離は、偏光ビームスプリッタにより実行され、これはワイヤグリッド板２０８として図面に示されている。
【００３０】
個々のカーネルから高いコントラストを保証すべく、二つのカーネルに関連付けられた偏光ビームスプリッタ２０４の各々の入口に、前偏光子（不図示）が利用されてよい。これにより、ＰＢＳに入る不要なｐ−偏光がパネルへと反射しないように保証する。偏光ビームスプリッタは典型的に、ｐ−偏光のうち相当な量（〜５％）を反射する。しかし、入力偏光ビームスプリッタは典型的にその透過するビームを良好に直線偏光にすることを保証するので、偏光ビームスプリッタによるｐ−偏光の不必要な反射を緩和するには、単一の前偏光子を入力偏光ビームスプリッタの反射チャネルに配置することでおそらく十分であろう。
【００３１】
カーネルのうちの一つからの出力は、例えば、アクロマチック４５度配向１／２波長板（ＨＷＰ）で、各サブシステム出力の再結合が結合偏光ビームスプリッタで達成されるように、変更できる。このアプローチにより、各パネルから射出される光について直交偏光状態が存在することが保証される。所望であれば、４５度配向１／４波長板などのさらなる光学部材が出力を直交円偏光出力状態に変換することもできる。
【００３２】
ここでもまた、第一実施形態のとき同様、カラーホイールを超高圧（ＵＨＰ）ランプと組み合わせて、適切な照明ビームを形成するのに利用することもでき、こうすると、偏光変換を導入する必要がなくなる。
【００３３】
高解像度二次元画像は、上述のように個々の投影画像をオフセットすることで実現することもできる。
【００３４】
図２ｂは、ワイヤグリッド板偏光ビームスプリッタ２０９を二つの変調サブシステムの一部として利用する実施形態を図示する。本実施形態においては、偏光されていない白色光２１０が偏光ビームスプリッタ２１１に入射し、偏光ビームスプリッタ２１１が偏光ビームを１／２波長板２１２および偏光ビームスプリッタ２１３を介してパネル２１４へ方向付け、この後、ビームは４５度に配向された１／４波長板２１５から出る。
【００３５】
図３は、二つの２パネルＬＣＯＳカーネル３０１を利用する一実施形態を図示する。偏光されていない白色光３０２が、偏光ビームスプリッタ３０３へ方向付けられ、偏光ビームスプリッタ３０３は該白色光３０２を分割して、分割されて生じるビームを偏光ビームスプリッタ３０４、３０５へ方向付け、各カーネル３０１のＬＣＯＳパネル３０６、３０７へ方向付ける。各サブシステム３０１（各々パネル３０６、３０７を含む）における出口および入口に、適切な位相差フィルタ（ＲＳＦｓ）３０８を使用すると、非偏光の黄色およびマゼンタ色の連続変調入力照明が、偏光ビームスプリッタ３０９から４５度配向１／４波長板３１０を通った直交変調出力画像と共に利用される。ここでもまた、高解像度の二次元撮像が実現でき、より低い解像度の三次元が適切なめがね類で実現できる。
【００３６】
図４は、二つの３パネルワイヤグリッドサブシステムを利用する６パネルＬＣＯＳシステムの実施形態を概略的に示す。これら二つのサブシステムの出力は一つの出力偏光ビームスプリッタで結合される。図示されているように、図面の右に図示されている第一システムの出力は左から右へ変調光を射出し、第二システムは図示のようにページの外へ射出する。結合ＰＢＳ４０８はその後この第二の出力を偏向して、第一の出力と結合して、これにより単一のレンズに直交偏光出力を同時に撮像させる。各システムにおいて、非偏光の白色光４０１が偏光ビームスプリッタ４０２、４０３、４０４（ワイヤグリッド偏光ビームスプリッタであってもよい）と交わる。この結果生じるビームは、各サブシステム４０７のパネル４０５、４０６上へ方向付けられる。出力偏光ビームスプリッタ４０８の前に、各サブシステム４０７から出てゆく二つビームの偏光が偏光操作されるべきである。４０９のような従来のＸ立方体システムは、投影された緑色およびマゼンタ色の光について反対の偏光状態を生じる。緑色―マゼンタ色（ＧＭ）位相差フィルタ（ＲＳＦ）４１０を一方のシステム４０７の出口に利用して、マゼンタ色―緑色位相差フィルタ（不図示）を第二のサブシステム４０８の出口に利用することで、所望の直交偏光を持つビームの正しい再結合が保証される。サブシステム４０７のうちの一つの上面図を、図４の左側に破線の長方形で示す。このページで第二のサブシステム４０７は、出力偏光ビームスプリッタ４０８の後方に示されている。関連する６パネルの実施形態は二つのＭａｃＮｅｉｌｌｅに基づく３パネルサブシステムを組み合わせることもできる。
【００３７】
図５ａ−５ｃは、スループット増加目的で、チャネル間で色共有を利用する２パネル実施形態を図示する。図５ａの実施形態においては、その照明が液晶に基づく偏光ＣｏｌｏｒＳｗｉｔｃｈ（登録商標）５０２により色分けされている二つの単一パネルＬＣＯＳサブシステムが利用されている（図面では破線で示されている）。ＣｏｌｏｒＳｗｉｔｃｈ（登録商標）を任意の偏光状態で出ていく原色は全て、補色帯域は反対の偏光を持つ。三つのＲＧＢ原色を配列して、その後三つのＣＭＹ（シアン色、マゼンタ色、黄色）という補色を配列することで、パネル５１０、５１１は両方とも同等に時間平均として照明される。例えばＣｏｌｏｒＳｗｉｔｃｈ（登録商標）５０２がｐ−偏光、ｓ−偏光の赤色およびシアン色の光が、それぞれ入力偏光白色光ビーム５０１を形成する場合を考えてみる。赤色の光はＰＢＳ５０３を通り、アクロマチック偏光回転部材５０７により偏光が"ｓ−"へ変換される。その後、ＰＢＳ５０４で反射して、照明パネル５１１へ向かう。パネル５１１で偏光が変調された赤色の反射光は、ＰＢＳ５０４を透過して、再度アクロマチック偏光回転子５０８により偏光を変換される。最後に、赤色の光は出力ＰＢＳ５０６で偏向され、投影レンズで撮像される。同時に、入射白色光のｓ−偏光されたシアン色の部分は入力ＰＢＳ５０３で反射して、アクロマチック回転子５０９で偏光を変換され、パネル５１０を照明する。その変調された成分はＰＢＳ５０５、５０６を通り、変調された赤色光とともに結合ビーム５１３を形成する。赤色およびシアン色の光の撮像は、その後単一の投影レンズ（不図示）を利用して達成される。光学分割を行う４５度の１／４波長板５１２が多くの場合に出力に組み込まれて、円偏光された光が投影レンズに入り、円分析めがね類で二つの３Ｄ立体として見た場合、頭位傾斜公差（head tilt tolerance）が生じる。これを投影レンズの前に配置した場合もレンズから反射を分割する働きをするが、偏光保存を行う投影光学が必要とされる。
【００３８】
二つの投影チャネルを表すフルカラー画像はパネルを照明と同期することで達成される。前述のように、正しいカラーバランスを得るためには、一般的に光が失われねばならないが、色忠実度と輝度との妥協により依然として従来の２ｘ１パネルのアプローチより格段優位である。
【００３９】
図５ｂは、二つの１パネルワイヤグリッドに基づくＬＣＯＳサブシステムが補色により回転カラーホイールビームスプリッタ５２２により照明される、色共有実施形態の一つを図示する。ここで、補色はワイヤグリッドＰＢＳ板５２４、５２５を透過して、パネル５３０、５３１で個別に変調される。アクロマチック回転部材５２７は、二つのサブシステムからの反対の偏光出力が、撮像光学あるいは投影レンズに入る前に、出力ＰＢＳ５２６により結合されることを保証する。概略図には示していないが、このような動的ビームスプリッタホイール５２２は、区間境界が入射ビームと交差するなどの、許容されない色混合を避ける目的からリレー光学部材を必要とすることもあろう。
【００４０】
図５ｃは、図５ｂのものと構想が似ており、ＴＩＲプリズム５４５、５４４、デジタルマイクロミラーパネル５５０、５５１、および回転カラーホイールビームスプリッタ５４２を利用する色共有実施形態の一つを示す。ここでもまた、ｐ−偏光された入力ビーム５４１が補色に分割されるが、ＤＭＤパネル５５０、５５１で変調される前に偏光が変更されない。単一の投影レンズでの撮像の前に、二つの単一パネルサブシステムの各々から射出される出力光の結合を達成する目的から、アクロマチック偏光回転部材５４７がパネル５５１からの変調された光をｓ−偏光に変換する。出力ＰＢＳ５５２はその後、二つの変調されたビームを結合する。オプションのＱＷＰ５５２は出口に存在して、出力撮像光を直交偏光状態に符号化する。各原色を循環するとそれらの補色は、各サブシステムが高品質立体表示あるいはフルカラー高解像度オフセット画像形成用のフルカラー画像を生成することを保証する。
【００４１】
色共有システムにおいては、色は照明が任意の場合に色識別をする手段だから、単一の偏光入力状態が好ましい。この理由から、アーキテクチャに入る前の偏光変換は、略０．７インチのダイアゴナルパネルのような、多くのマイクロディスプレイパネル全体の輝度を増加させよう。
【００４２】
当技術分野の当業者には、その精神あるいは本質的特徴から逸脱することなく、本発明を他の具体的形態で体現することができることが理解されよう。例えば、当技術分野の当業者には、記載された色共有の例において所望に応じて二つの色変調方法を交換してもよいことが理解されよう。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。
【００４３】
加えて、セクション表題は３７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ている。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）」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（Summary）」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５ｃ】
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【国際調査報告】
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