(57)【要約】  少なくとも2つの異なる映像モードの1つを使用して、1つの光のビームから2つの直交する光のビームを形成し、2つの直交する光のビームを投影して表示面上に映像を形成するための方法および装置であって、前記形成は、使用される映像モードに基づいたカラーフィルタリングプロセスを含む。無偏光光ビームは、波長および偏光の関数として、カラー管理システム(204)によって4つのビームに分離され、4つのライトバルブ(226a、226b、226c、226d)を使用して選択的に変調され、2つの直交するように偏光された光ビームとしてレンズ(206)によって投影される。
2008522247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも2つの異なる映像モードの1つを使用して、1つの光のビームから2つの直交する光のビームを形成するステップであって、使用される前記映像モードに基づいたカラーフィルタリングプロセスを含むステップと、
表示面上に映像を形成するために、前記2つの直交する光のビームを投影するステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記2つの直交する光のビームは、無偏光の光のビームから直交するように偏光され、形成される、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記形成するステップが、2次元映像形成モードまたは第3次元映像形成モードに基づいたカラーフィルタリングプロセスを含む、請求項2に記載の方法。
【請求項４】
前記形成するステップが、
第1の映像モードが使用されているときに、第1の組の波長の光を強調するように前記無偏光の光ビームを処理するステップを含む、請求項2に記載の方法。
【請求項５】
前記第1の組の波長が、赤色光を含む、請求項4に記載の方法。
【請求項６】
前記カラーフィルタリングプロセスが、前記表示面上の前記映像のカラー精度を高める、請求項2に記載の方法。
【請求項７】
前記形成するステップが、
第2の映像モードが使用されているときに、第2の組の波長の光を強調するように前記無偏光の光ビームを処理するステップを含む、請求項2に記載の方法。
【請求項８】
前記第2の組の波長が、青色光と緑色光とを含む、請求項7に記載の方法。
【請求項９】
前記カラーフィルタリングプロセスが、前記表示面上の前記映像の輝度を高める、請求項2に記載の方法。
【請求項１０】
波長および偏光の関数として無偏光の光ビームを4つのビームに分離するステップと、
4つのライトバルブを使用して前記4つのビームを選択的にそれぞれ変調するステップと、
2つの直交するように偏光された光ビームを生成するために前記4つの変調されたビームを合成するステップと、を含む方法。
【請求項１１】
前記4つのビームの2つが、長波長の光ビームを含み、
前記4つのビームの他の2つが、短波長から中波長の光ビームを含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記4つのビームの2つが、赤色光を含み、前記4つのビームの他の2つが、青色光および緑色光を含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１３】
前記4つのビームが、ビデオ信号に応答して、選択的に変調される、請求項10に記載の方法。
【請求項１４】
無偏光の光のビームを受け取り、少なくとも2つの異なる映像モードを使用して、前記無偏光ビームから2つの直交するように偏光された光のビームを形成するライトプロセッサであって、使用される前記映像モードに基づいたカラーフィルタリングプロセスを使用して前記2つの直交するように偏光された光のビームを形成するライトプロセッサと、
表示面上に映像を形成するために、前記2つの直交するように偏光されたビームを投影するレンズと、を含む映像プロジェクタ。
【請求項１５】
前記映像モードの一方が、2次元映像形成モードを含み、前記映像モードの他方が、3次元映像形成モードを含む、請求項14に記載のプロジェクタ。
【請求項１６】
前記ライトプロセッサが、
第1の映像モードが使用されているときに、第1の組の波長の光を強調するように前記無偏光ビームを処理するためのフィルタリング光学素子を含む、請求項14に記載のプロジェクタ。
【請求項１７】
前記第1の組の波長が、赤色光を含む、請求項16に記載のプロジェクタ。
【請求項１８】
前記フィルタリング光学素子が、カラーフィルタホイールを含む、請求項16に記載のプロジェクタ。
【請求項１９】
前記フィルタリング光学素子が、カラーフィルタホイールと、カラースイッチとを含む、請求項16に記載のプロジェクタ。
【請求項２０】
前記カラーフィルタホイールが、シアン-マゼンタ-イエロ(CMY)カラーフィルタホイールを含む、請求項19に記載のプロジェクタ。
【請求項２１】
前記ライトプロセッサが、
第2の映像モードが使用されているときに、第2の組の波長の光を強調するように前記無偏光ビームを処理するためのフィルタリング光学素子を含む、請求項14に記載のプロジェクタ。
【請求項２２】
前記第2の組の波長が、青色光と緑色光とを含む、請求項21に記載のプロジェクタ。
【請求項２３】
前記フィルタリング光学素子が、カラーフィルタホイールを含む、請求項21に記載のプロジェクタ。
【請求項２４】
前記カラーフィルタホイールが、ダイクロイックフィルタおよびローテータを各々が含む複数の区画を有する円板状カラーホイールを含む、請求項23に記載のプロジェクタ。
【請求項２５】
前記フィルタリング光学素子が、カラーフィルタホイールと、カラースイッチとを含む、請求項21に記載のプロジェクタ。
【請求項２６】
前記カラーフィルタホイールが、シアン-マゼンタ-イエロ(CMY)カラーフィルタホイールを含む、請求項25に記載のプロジェクタ。
【請求項２７】
前記ライトプロセッサが、
第1の組の波長の前記無偏光ビームを反射し、第2の組の波長の前記無偏光ビームを透過させるための、スペクトル選択的光学素子を含む、請求項14に記載のプロジェクタ。
【請求項２８】
前記スペクトル選択的光学素子が、ダイクロイックビームスプリッタを含む、請求項27に記載のプロジェクタ。
【請求項２９】
前記ライトプロセッサが、
偏光の関数として前記無偏光ビームをビームに分離するための、偏光選択的光学素子を含む、請求項14に記載のプロジェクタ。
【請求項３０】
前記偏光選択的光学素子が、偏光ビームスプリッタを含む、請求項29に記載のプロジェクタ。
【請求項３１】
前記ライトプロセッサが、
第1の方向に偏光されたビームを変調する少なくとも1つのライトバルブと、
第2の方向に偏光されたビームを変調する少なくとも1つのライトバルブと、を含む、請求項14に記載のプロジェクタ。
【請求項３２】
各ライトバルブは、ビデオ信号に応答して、偏光されたビームを変調する、請求項31に記載のプロジェクタ。
【請求項３３】
前記ライトプロセッサが、
シリコン上液晶(LCOS)ライトバルブ、サファイア上シリコン上液晶(LCOSOS)ライトバルブ、またはデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)ライトバルブを含む、請求項14に記載のプロジェクタ。
【請求項３４】
前記ライトプロセッサが、
ダイクロイックコーティングが施された偏光ローテータを含む多角形状の光学素子であって、波長および偏光の関数として前記無偏光ビームをビームに分離する多角形状の光学素子を含む、請求項14に記載のプロジェクタ。
【請求項３５】
前記ライトプロセッサが、
ダイクロイックコーティングが施された偏光ローテータを含む円柱状の光学素子であって、波長および偏光の関数として前記無偏光ビームをビームに分離する円柱状の光学素子を含む、請求項14に記載のプロジェクタ。
【請求項３６】
無偏光の光のビームを受け取るライトプロセッサであって、波長および偏光の関数として前記無偏光の光ビームを4つのビームに分離し、4つのライトバルブを使用して前記4つのビームを選択的にそれぞれ変調し、2つの直交するように偏光された光ビームを生成するために前記4つの変調されたビームを合成するライトプロセッサと、
表示面上に映像を形成するために、前記2つの直交するように偏光されたビームを投影するレンズと、を含む映像プロジェクタ。
【請求項３７】
前記4つのビームの2つが、長波長の光ビームを含み、
前記4つのビームの他の2つが、短波長から中波長の光ビームを含む、請求項36に記載のプロジェクタ。
【請求項３８】
前記4つのビームの2つが、赤色光を含み、前記4つのビームの他の2つが、青色光および緑色光を含む、請求項36に記載のプロジェクタ。
【請求項３９】
前記ライトプロセッサが、ビデオ信号に応答して、前記4つのビームを選択的に変調する、請求項36に記載のプロジェクタ。
【請求項４０】
ライトバルブの少なくとも1つが、透過ライトバルブを含む、請求項36に記載のプロジェクタ。
【請求項４１】
ライトバルブの少なくとも1つが、反射ライトバルブを含む、請求項36に記載のプロジェクタ。
【請求項４２】
2次元映像形成モードまたは3次元映像形成モードを使用して無偏光の光のビームから2つの直交するように偏光された光ビームを形成するステップであって、前記2次元映像形成モードが使用されているときに赤色光を強調し、前記第3次元映像形成モードが使用されているときに青色光および緑色光を強調するカラーフィルタリングプロセスを含むステップと、
表示面上に映像を形成するために、前記2つの直交するように偏光されたビームを投影するステップと、を含む方法。
【請求項４３】
無偏光の光のビームを受け取り、2次元映像形成モードまたは3次元映像形成モードを使用して前記無偏光の光のビームから2つの直交するように偏光された光ビームを形成するライトプロセッサであって、前記2次元映像形成モードが使用されているときに赤色光を強調し、前記3次元映像形成モードが使用されているときに青色光および緑色光を強調するカラーフィルタリングプロセスを使用して前記2つの直交するように偏光されたビームを形成するライトプロセッサと、
表示面上に映像を形成するために、前記2つの直交するように偏光されたビームを投影するレンズと、を含む映像プロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、マイクロディスプレイ投影に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロディスプレイプロジェクタは、リアプロジェクションテレビ、可搬ビジネス用プロジェクタ、固定設備または会議室プロジェクタ、および大型会場用デジタル映画プロジェクタなどの、2次元(2D)投影型ディスプレイシステムで使用される。マイクロディスプレイは、VRex,Inc.から入手可能なVR-3100 Stereoscopic Projectorなどの、3次元(3D)投影型ディスプレイシステムでも使用される。
【０００３】
マイクロディスプレイプロジェクタは、フロントプロジェクタとリアプロジェクタの、2つの大きなカテゴリに分類される。フロントプロジェクタは、視聴者の目に光を反射するスクリーンを照明する。リアプロジェクタは、プロジェクタの反対側のスクリーンの側から見られる映像を表示するために、透明スクリーンを照明する。
【０００４】
マイクロディスプレイプロジェクタの主要要素は、ライトエンジン(light engine)であり、ライトエンジンは、白色光ランプと、1つまたは複数のマイクロディスプレイと、様々な光学素子と、投影レンズとを一般に含む、コンパクトな光学システムである。
【０００５】
3D映像プロジェクタは、2つのライトエンジンを使用し、一方のライトエンジンは、1つの偏光状態を投影し、他方は、直交する偏光状態を投影する。2つのライトエンジンは、映像表示スクリーン上で特定の映像収束を達成するために、位置調整される。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一般に、一態様では、2つの直交する光のビームが、少なくとも2つの異なる映像モードの1つを使用して、1つの光のビームから形成される。その形成は、使用される映像モードに基づいたカラーフィルタリングプロセスを含む。2つの直交する光のビームは、表示面上に映像を形成するために投影される。
【０００７】
実施は、1つまたは複数の以下の特徴を含むことができる。2つの直交する光のビームは、無偏光の光のビームから直交するように偏光され、形成される。映像モードは、2次元映像形成モードと、3次元映像形成モードとを含む。無偏光の光ビームは、第1の映像モードが使用されているときに、第1の組の波長の光を強調するように処理される。第1の組の波長は、赤色光を含む。カラーフィルタリングプロセスは、表示面上の映像のカラー精度(color accuracy)を高める。無偏光の光ビームは、第2の映像モードが使用されているときに、第2の組の波長の光を強調するように処理される。第2の組の波長は、青色光と緑色光とを含む。カラーフィルタリングプロセスは、表示面上の映像の輝度を高める。
【０００８】
一般に、別の態様では、本発明は、無偏光の光のビームを受け取り、少なくとも2つの異なる映像モードを使用して、無偏光ビームから2つの直交するように偏光された光のビームを形成するライトプロセッサであって、その形成が、使用される映像モードに基づいたカラーフィルタリングプロセスを含むライトプロセッサと、表示面上に映像を形成するために、2つの直交するように偏光されたビームを投影するレンズとを含む装置を特徴とする。
【０００９】
実施は、1つまたは複数の以下の特徴を含むことができる。映像モードは、2次元映像形成モードと、3次元映像形成モードとを含む。ライトプロセッサは、第1の映像モードが使用されているときに第1の組の波長の光を強調するように無偏光ビームを処理するための、フィルタリング光学素子を含む。第1の組の波長は、赤色光を含む。ライトプロセッサは、第2の映像モードが使用されているときに第2の組の波長の光を強調するように無偏光ビームを処理するための、フィルタリング光学素子を含む。第2の組の波長は、青色光と緑色光とを含む。フィルタリング光学素子は、カラーフィルタホイールを含む。カラーフィルタホイールは、赤-緑-青カラーホイール、シアン-マゼンタ-イエロカラーホイール、または複数の区画をもち、各区画がダイクロイックフィルタとローテータとを含むカラーホイールとすることができる。フィルタリング光学素子は、カラースイッチ(color switch)を含む。
【００１０】
ライトプロセッサは、第1の組の波長の無偏光ビームを反射し、第2の組の波長の無偏光ビームを透過させるための、スペクトル選択光学素子(spectrally-selective optical element)を含む。スペクトル選択的光学素子は、ダイクロイックビームスプリッタを含む。ライトプロセッサは、偏光の関数として無偏光ビームをビームに分離するための、偏光選択的光学素子(polarization-selective optical element)を含む。偏光選択的光学素子は、偏光ビームスプリッタを含む。ライトプロセッサは、第1の方向に偏光されたビームを変調する少なくとも1つのライトバルブと、第2の方向に偏光されたビームを変調する少なくとも1つのライトバルブとを含む。各ライトバルブは、ビデオ信号に応答して、偏光されたビームを変調する。ライトプロセッサは、液晶オンシリコン (LCOS: liquid crystal on silicon)ライトバルブ、液晶オンシリコンオンサファイア(LCOSOS: liquid crystal on silicon on sapphire)ライトバルブ、またはデジタルマイクロミラーデバイス(DMD: digital micromirror device)ライトバルブを含む。ライトプロセッサは、ダイクロイックコーティング(dichroic coating)が施された偏光ローテータを含む光学素子であって、波長および偏光の関数として無偏光ビームをビームに分離する多角形状の光学素子を含む。光学素子は、多角形状または円柱形状とすることができる。
【００１１】
一般に、一態様では、本発明は、波長および偏光の関数として無偏光の光ビームを4つのビームに分離するステップと、4つのライトバルブを使用して4つのビームを選択的にそれぞれ変調するステップと、2つの直交するように偏光された光ビームを生成するために4つの変調されたビームを合成するステップとを含む方法を特徴とする。
【００１２】
実施は、1つまたは複数の以下の特徴を含むことができる。4つのビームの2つは、長波長の光ビームを含み、4つのビームの他の2つは、短波長から中波長の光ビームを含む。4つのビームの2つは、赤色光を含み、4つのビームの他の2つは、青色光および緑色光を含む。4つのビームは、ビデオ信号に応答して、選択的に変調される。
【００１３】
一般に、別の態様では、本発明は、無偏光の光のビームを受け取るライトプロセッサであって、波長および偏光の関数として無偏光の光ビームを4つのビームに分離し、4つのライトバルブを使用して4つのビームを選択的にそれぞれ変調し、2つの直交するように偏光された光ビームを生成するために4つの変調されたビームを合成するライトプロセッサと、表示面上に映像を形成するために、2つの直交するように偏光されたビームを投影するレンズとを含む装置を特徴とする。
【００１４】
実施は、1つまたは複数の以下を含むことができる。4つのビームの2つは、長波長の光ビームを含み、4つのビームの他の2つは、短波長から中波長の光ビームを含む。4つのビームの2つは、赤色光を含み、4つのビームの他の2つは、青色光および緑色光を含む。ライトプロセッサは、ビデオ信号に応答して、4つのビームを選択的に変調する。ライトプロセッサは、1つまたは複数の透過ライトバルブを含むことができる。ライトプロセッサは、1つまたは複数の反射ライトバルブを含むことができる。
【００１５】
一般に、一態様では、本発明は、2次元映像形成モードまたは3次元映像形成モードを使用して無偏光の光のビームから2つの直交するように偏光された光ビームを形成するステップであって、2次元映像形成モードが使用されているときに赤色光を強調し、3次元映像形成モードが使用されているときに青色光および緑色光を強調するカラーフィルタリングプロセスを含むステップと、表示面上に映像を形成するために、2つの直交するように偏光されたビームを投影するステップとを含む方法を特徴とする。
【００１６】
一般に、別の態様では、本発明は、無偏光の光のビームを受け取り、2次元映像形成モードまたは3次元映像形成モードを使用して無偏光の光のビームから2つの直交するように偏光された光ビームを形成するライトプロセッサであって、その形成が、2次元映像形成モードが使用されているときに赤色光を強調し、3次元映像形成モードが使用されているときに青色光および緑色光を強調するカラーフィルタリングプロセスを含むライトプロセッサと、表示面上に映像を形成するために、2つの直交するように偏光されたビームを投影するレンズとを含む映像プロジェクタを特徴とする。
【００１７】
本発明の特定の実施に見られ得る利点は、以下の1つまたは複数を含む。単一のライトエンジンを有するコンパクトな投影システムが、2Dまたは3D映像を投影するために使用されることができる。(左目用および右目用の)2つの映像の位置調整が、カラー管理システムが作成された場合に実行される。これは、3D表示用の複数のライトエンジンの位置調整の必要性を排除する。さらに、3D映像を投影するためのハードウェアをすべて単一のライトエンジン内に含むことによって、2つのライトエンジンを有する従来の3D投影システムと比べて、コストおよびサイズが著しく削減される。
【００１８】
本明細書で説明されるライトエンジンは、2D映像を投影するためにも使用されることができ、高輝度映像をもたらす光効率の良いシステムを提供する。
【００１９】
本発明の1つまたは複数の実施形態の詳細が、添付の図面および以下の説明において説明される。本発明のその他の特徴、目的、および利点は、説明および図面から、ならびに特許請求の範囲から明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図1に示されるように、投影スクリーン100は、2Dおよび3D映像(または一連の映像であるビデオ)を表示するのに適している。3D表示のため、ライトエンジン102は、第1の方向(例えば、偏光ベクトルは、図1に示される床平面に関してp方向から反時計回りに45度傾けられることができる)に偏光された光を使用して、左目用に意図された映像を投影し、第2の方向(例えば、偏光ベクトルは、図1に示される床平面に関してp方向から時計回りに45度傾けられることができる)に偏光された光を使用して、右目用に意図された関連映像を投影する。スクリーン100の前に座っている視聴者104は、視聴者の左目および右目が、それぞれ左目および右目用に意図された映像を見、それぞれ右目および左目用に意図された映像を見ないことを可能にする、偏光接眼レンズ (アイピース)110を有する眼鏡またはゴーグル106を掛ける。1組の前方スピーカ108および後方サラウンドスピーカ(図示されず)は、サラウンドサウンド効果を提供する。投影スクリーン100は、スクリーンが広い視野角および正確な3D映像の両方を達成することを可能にする表面特徴を有する。
【００２１】
図2を参照すると、ライトエンジンのカラーフィルタホイールの一例は、光生成システム202と、カラー管理システム204と、投影レンズ206とを含む。光生成システム202は、光源210と、均質化システム(homogenization system)212と、焦点調整レンズ214と、カラーホイール216とを含む。光源210は、ランプ210aと、光ビームを形成するために光線を集めて方向付ける反射鏡210bとを含む。ランプ210aは、メタルハライドランプ、超高圧(UHP: ultra high pressure)ランプ、キセノンランプ、または白熱電球などの、マイクロディスプレイプロジェクタ用に使用される任意のランプとすることができる。反射鏡210bは、光線を焦点に方向付ける楕円面反射鏡、または光線を平行ビームにして方向付ける放物面反射鏡とすることができる。いずれの場合も、空間的に非均一な光ビームが、光源210によって生成され、光源210から発せられる光ビームの空間的均一性を高めるために、均質化システム212を使用することは有益である。
【００２２】
例示された実施では、均質化システム212は、1対の従来の小型レンズ配列(例えば、フライアイレンズ(fly's eye lens))によって形成される。均質化システム212からの光ビームは、焦点調整レンズ214を通過させられ、焦点調整レンズは、カラー管理システム204の適切な部分に光ビームを集める。
【００２３】
カラーホイール216は、焦点調整レンズ214とカラー管理システム204の間に配置される。カラーホイール216(図2Aに断面図が示されている)は、ある波長を有する光(例えば、可視光スペクトルの赤色、緑色、または青色帯域の範囲に含まれる光)をカラー管理システム204へと受け渡す複数の区画を有する。示されるように、カラーホイール216は、赤色、緑色、および青色ビームがカラー管理システム204へと順次透過させられるレートで回転するようにプログラムされる。電子機器およびソフトウェアからなるシステムが、回転がライトバルブ226と同期させられるように、回転を制御する。ランプ210aがUHPランプである場合、緑色の彩度を減少させることを避けるために、UHPランプによって生成される大きな黄色ピークを補償するように、イエロノッチフィルタ(図示されず)が、光生成システムの照明パス内に配置されることができる。
【００２４】
カラー管理システム204は、フラットなダイクロイックビームスプリッタ220と、2つの偏光ビームスプリッタ222a、222bと、ダイクロイックキューブ(dichroic cube)224と、4つのライトバルブ226a〜226dを含むライトバルブアセンブリとを含む。ダイクロイックビームスプリッタ220は、フラットな基板に多層干渉コーティング(multilayer interference coating)を被覆することによって形成される。ダイクロイックビームスプリッタ220は、ダイクロイックビームスプリッタ220を透過する光ビームとダイクロイックビームスプリッタ220によって反射される光ビームが互いに90度をなすように、カラー管理システム204内に45度の入射角で配置される。図2の例では、赤色光は、ダイクロイックビームスプリッタ220によって第1の偏光ビームスプリッタ222aへと反射され、青色または緑色光は、ダイクロイックビームスプリッタ220を第2の偏光ビームスプリッタ222bへと透過する。偏光ビームスプリッタ222a、222bは、ダイクロイックビームスプリッタ220から受け取られた光ビームを、それぞれのp偏光成分とs偏光成分とに分離する。
【００２５】
ライトバルブ226a〜226dは、この例では、シリコン上液晶(LCOS)ライトバルブとして実装される。LCOSライトバルブの2つ(「赤色LCOSライトバルブ」)226a、226bは、ライトバルブに当たる赤色光ビームを変調し、他の2つ(「青色/緑色LCOSライトバルブ」)226c、226dは、ライトバルブに当たる青色光ビームおよび緑色光ビームの両方を変調する。各LCOSライトバルブ226a〜226dは、反射鏡基板に設けられた液晶の層からなり、電気的ビデオ信号に応答して、偏光を回転させるように、または偏光を回転させないように構成される。液晶は活性化され、または活性化されないので、各s偏光またはp偏光光ビームは、回転され、または回転されない。LCOSライトバルブ226a〜226dに送られるビデオ信号は、カラーホイールを通過させられる色に基づいて変化する。例えば、赤色ピクセルがオンにされる場合、電子機器が、赤色LCOSライトバルブ上のピクセルを活性化する。ビデオ信号を変更することによって、各LCOSライトバルブ226a〜226dは、所望の映像を生成するために、入射光ビームをピクセル毎に変調する。
【００２６】
LCOSライトバルブ226a〜226dの「オン」ピクセルによって変調される光ビームの場合、光ビームの偏光は、LCOSライトバルブに当たるs偏光光ビームがp偏光光ビームとして反射され、p偏光光ビームがs偏光光ビームとして反射されるように、90度だけ回転する。反射光ビームは、ダイクロイックキューブの内部対角面に多層干渉コーティングを被覆することによって形成されるダイクロイックキューブ224へと送られる。ダイクロイックキューブ224は、赤色LCOSライトバルブ226a〜226bおよび青色/緑色LCOSライトバルブ226c〜226dから受け取られた反射光ビームが、2つの直交するように偏光された映像を形成するために合成されることができるように、カラー管理システム204内に配置される。直線偏光の場合、一方の映像は、第1の方向(例えば、s方向)に偏光され、別の映像は、第2の方向(例えば、p方向)に偏光され、第1および第2の方向は、90度離れている。円偏光の場合、2つの直交するように偏光された映像は、反対の偏光状態(例えば、左手および右手)を有する。
【００２７】
その後、2つの直交するように偏光された映像は、基本的に同時に、投影レンズ206を介して、従来の投影スクリーンまたは偏光保存投影スクリーンなどの映像表示面100へと送られる。このようにして、単一のライトエンジン102が、3D映像を投影するために使用されることができる。
【００２８】
ライトエンジン102は、3D映像を投影するために動作するとして示されているが、偏光回復(または変換)システムを必要とせずに、2D映像を投影することも可能である。光は、偏光ビームスプリッタ222aおよび222bによって偏光され、そのため、追加的な構成要素は必要ない。偏光回復は一般に、到来光の少なくとも20%に等しい光の減損をもたらすので、偏光回復システムの排除は、ライトエンジン102が映像輝度を高めることを可能にする。
【００２９】
図3を参照すると、別の実施では、ライトエンジン102は、光生成システム302を含み、光生成システムは、光源310と、焦点調整レンズ312と、均質化システム314とを含む。光源310は、ランプ310aと、ランプ310aからの光ビームを焦点調整レンズ312上に集める反射鏡310bとを含む。焦点調整レンズ312は、光ビームを均質化システム314上に集め、均質化システムは、このケースではライトパイプ(lightpipe)である。一例では、ライトパイプは、ガラスまたは他の何らかの透過素材から形成される固体ロッド(solid rod)であり、透過光ビームは、ロッド表面での全内部反射(total internal reflection)によって均質化される。別の例では、ライトパイプは、表面反射鏡がトンネル障壁を定める中空の反射トンネルから形成される。光源310からの光ビームは、入口でライトパイプに入り、出口から出る。光ビームは、光ビームがライトパイプの出口端で空間的により均一となるように、表面反射壁での複数の反射によって均質化される。
【００３０】
均質化システム314の出力は、カラー管理システム304へと受け渡され、カラー管理システムは、ダイクロイックビームスプリッタ320と、2つの偏光ビームスプリッタ322a、322bと、ライトバルブ324a〜324dを含むライトバルブアセンブリと、ダイクロイックキューブ326とを含む。一例では、ダイクロイックビームスプリッタ320は、図3Aに示される特性を有する。したがって、ダイクロイックビームスプリッタ320は、赤色光ビームを第1の偏光ビームスプリッタ322aに反射し、青色または緑色光ビームを第2の偏光ビームスプリッタ322bに透過させる。偏光ビームスプリッタ322a、322bは、ダイクロイックビームスプリッタ320から受け取られた光ビームを、それぞれのp偏光成分とs偏光成分とに分離する。
【００３１】
図3に示される実施では、ライトバルブの2つは、ライトバルブに当たる赤色光ビームを変調するための汎用LCOSライトバルブ(「赤色LCOSライトバルブ」)324a、324bである。他の2つのライトバルブ(「青色/緑色LCOSライトバルブ」)324c、324dは各々、図3Bに示されるように、ライトバルブに当たる青色光ビームおよび緑色光ビームをフィルタリングするための青色または緑色フィルタを各ピクセルの前方に含み、その後、青色光ビームおよび緑色光ビームを変調する。ライトバルブの液晶は、フィールド順次式カラー作動(field-sequential color operation)をサポートするのに十分な速さで制御される。
【００３２】
LCOSライトバルブ324a〜324dによって反射される各光ビームの偏光は、「オン」状態にあるピクセルについて先に説明されたように、約90度だけ回転される。反射光ビームは、ダイクロイックキューブ326へと送られ、s偏光光ビームは、s方向に偏光された映像を形成するために合成され、p偏光光ビームは、p方向に偏光された映像を形成するために同様に合成される。その後、2つの映像は、投影レンズ306を介して、従来の投影スクリーンまたは偏光保存投影スクリーンなどの映像表示面へと送られる。
【００３３】
図4を参照すると、別の実施では、ライトエンジン102は、光生成システム402と、カラー管理システム404と、投影レンズ406とを含む。回転RGBフィルタホイール408が、光生成システム402の一部として備えられる。
【００３４】
カラー管理システム404は、(「xキューブ」410と呼ばれる)xキューブ構成の偏光ビームスプリッタと、2つのLCOSライトバルブ412a、412bとを含む。光生成システム402からのxキューブ410に当たる光ビームは、RGBフィルタホイール408が回転するのにつれて変化する赤色、緑色、または青色成分を含む。xキューブ410は、光ビームをp偏光成分とs偏光成分とに分離し、p偏光光ビームを第1のLCOSライトバルブ412bへと透過させ、s偏光光ビームを第2のLCOSライトバルブ412aへと反射する。
【００３５】
各偏光光ビームは、LCOSライトバルブ412a、412bに当たるので、ライトバルブのあるピクセルに入射する光の偏光を回転させて、その色についての所望の映像を生成するために、ビデオ信号に応答して、液晶が調整される。s方向(またはp方向)に偏光された映像のための3つの色は、映像を1度リフレッシュするのに要する時間内(ほとんどの場合、1/60秒またはより速い)に、(投影レンズ406を介して投影スクリーン上に)表示され、この時間は、視聴者の脳が映像を単一のフルカラー映像として見るほど十分に速い。これは、異なるカラーフィールドが、すべて同時ではなく順次提示されるので、「フィールド順次式」カラーと呼ばれる。このようにして、単一のライトエンジン102は、2つの直交するように偏光された映像を出力する。
【００３６】
図5を参照すると、別の実施では、ライトエンジン102は、図4の光生成システム402と、カラー管理システム504と、投影レンズ506とを含む。カラー管理システム504は、2つの偏光ビームスプリッタ510a、510bと、2つの鏡512a、512bと、2つのサファイア上シリコン上液晶(LCOSOS)ライトバルブ514a、514bによって形成されるライトバルブアセンブリとを含む。
【００３７】
光ビームは、回転RGBフィルタホイールを通過し、第1の偏光ビームスプリッタ510aに当たり、第1の偏光ビームスプリッタは、光ビームをそれぞれのp偏光成分とs偏光成分とに分離する。第1の偏光ビームスプリッタ510aは、p偏光光ビームを第1のLCOSOSライトバルブ514aを通過するように透過させ、s偏光光ビームを(2つの鏡を介して)第2のLCOSOSライトバルブ514bを通過するように反射する。
【００３８】
各光ビームは、LCOSOSライトバルブ514a、514bに当たるので、図4のLCOSライトバルブ412a、412bに関して上で説明されたのと同様の方法で、液晶が調整され、各光ビームの偏光は、90度だけ回転する。第2の偏光ビームスプリッタ510bは、s偏光方向に偏光された第1の映像と、p偏光方向に偏光された第2の映像とを形成するために、2つのLCOSOSライトバルブ514a、514bを通過した光ビームを再合成する。その後、2つの映像は、投影レンズ506を介して、投影スクリーンなどの映像表示面へと送られる。
【００３９】
図6を参照すると、別の実施では、ライトエンジン102は、光生成システム602と、図5のカラー管理システム504および投影レンズ506とを含む。光生成システム602は、図3の光源310および焦点調整レンズ312と、均質化システム614と、ならびにシアン-マゼンタ-イエロ(CMY)フィルタホイール610およびカラースイッチ612とを含む。例示された実施では、均質化システム614は、JDS Uniphase Corporationが市販する偏光変換(または回復)ライトパイプである。RGBフィルタホイール、例えば、図4のRGBフィルタホイールは、人間の目の中の網膜細胞に対応する3つの波長範囲にある光ビームを透過させる。これらは、長波長の光ビーム(例えば、600から700nmの範囲を有する赤色光)と、中波長の光ビーム(例えば、500から600nmの範囲を有する緑色光)と、短波長の光ビーム(例えば、400から500nmの範囲を有する青色光)とを含む。CMYフィルタホイール、例えば、図6のCMYフィルタホイール610は、CMYフィルタホイール610のシアン部分が青および緑色光ビームを透過させ、フィルタのマゼンタ部分が青および赤色光ビームを透過させ、フィルタのイエロ部分が緑および赤色光ビームを透過させるので、RGBフィルタホイールと比べて、より高いスループットの光ビームを提供する。
【００４０】
CMYフィルタホイール610でフィルタリングされた光ビームは、その後、カラースイッチ612に受け渡され、カラースイッチは、ビデオ信号の制御下で動作可能であり、ただ1つの色帯域の光(例えば、赤、緑、青)が指定された直線偏光状態に偏光され、他の2つの色が直交状態に偏光されるように、任意の与えられた時間において各光ビームの偏光を制御する。このようにして、特定の色帯域の光ビームだけが、任意の与えられた時間において、カラー管理システム504へと透過させられる。光ビームは、その後、図5を参照して上で説明されたように、カラー管理システム504によって操作される。
【００４１】
カラースイッチ612を使用することによって、各色のデューティサイクルは、投影される映像が2Dか、または3Dかに応じて、システム性能を高めるように変更されることができる。例えば、2D映像を投影する赤色不足のUHP電球を用いた場合、2D映像のカラー精度は、例えば、カラースイッチが赤色光を透過させる時間量を(青色光および緑色光を少なくする犠牲を払って)増やすことによって、第1の組の波長の光を強調することで、高められることができる。別の例では、カラースイッチ612は、例えば、シアン区画と比べて、相対的に大きなマゼンタもしくはイエロ区画、または相対的に大きなマゼンタおよびイエロ区画など、等しくない区画サイズを有するCMYカラーフィルタホイール610と併せて使用される。3D映像の場合、視聴者によって掛けられる偏光眼鏡は、明らかにスクリーン輝度を低下させるので、例えば、表示面上の映像の輝度を高めるために、カラースイッチが青色光および緑色光を透過させる時間量を(赤色光を少なくする犠牲を払って)増やすことによって、カラースイッチは、第2の組の波長の光を強調するように調整されることができる。
【００４２】
図7を参照すると、別の実施では、ライトエンジン102は、光生成システム702と、多角形704と、図5のカラー管理システム504と、投影レンズ706とを含む。光生成システム702は、図3の光源310および焦点調整レンズ312と、図6の均質化システム614とを含む。光生成システム702からの光ビームは、CMYダイクロイックコーティング720aを偏光ローテータ720bに組み合わせることによって形成されるN角形704(例えば、6または12角形)上に集められる。その他の実施では、N角形704は、円柱によって置き換えられる。多角形704(または円柱)は、光生成システム702によって生成される光ビームに垂直な軸の周りを回転する。多角形がより多くの辺を有する場合、CMYダイクロイックコーティング720aおよび偏光ローテータ720b上での入射角効果(angle-of-incidence effect)による減損はより小さくなり、多角形の回転速度は減少し得る。
【００４３】
多角形704の各区画のCMYダイクロイックコーティング720aは、光生成システム702から受け取られた光ビームを分離し、その区画の特定のCMYダイクロイックコーティング720aの特性に応じて、青および緑色光ビーム、青および赤色光ビーム、または緑および赤色光ビームを透過させる。各区画のローテータは、光ビームの1つの色帯域の偏光を光ビームのその他の色帯域の偏光に影響を与えずに回転するために、複屈折素材の複数の層によって形成される。一例では、多角形704の区画は、青および緑色光ビームを透過させるためのCMYダイクロイックコーティング720aと、緑色光ビームの偏光を維持しながら青色光ビームの偏光を90度だけ回転するためのローテータとを含む。赤、緑、および青色光ビームへの分離の後、光ビームは、鏡722によって反射され、カラー管理システム504および投影レンズ506を介して映像表示面へと送られる。
【００４４】
本発明の多くの実施形態が説明された。それにもかかわらず、本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更が施され得ることは理解されよう。例えば、ライトエンジンから出る直交偏光は、図2から図7に示されるように、p偏光およびs偏光されることができる。より一般には、偏光ガラスは、-45度および+45度の偏光とともに機能させられる。これらの45度の偏光は、様々な共通視野角(common viewing angle)にあるスクリーンにわたってより均一な映像を与える。単一の色消し１／２波リターダ(AHWR: achromatic half wave retarder)が、s偏光およびp偏光光ビームを-45度および+45度の偏光に回転させるために、ライトエンジンの出力において使用されることができる。別の例では、ライトバルブアセンブリは、LCOSまたはLCOSOSライトバルブの代わりに、DMD(デジタルマイクロミラーデバイス)を含む。別の例では、カラーホイールは、ダイクロイックフィルタおよびローテータを各々が含む多数の区画を有する円板状カラーホイールである。したがって、その他の実施形態も、添付の特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】室内で使用される投影スクリーンを示す図である。
【図２】ライトエンジンの実施を示す図である。
【図２Ａ】カラーホイールを示す図である。
【図３】ライトエンジンの実施を示す図である。
【図３Ａ】ダイクロイックビームスプリッタの特性を示す図である。
【図３Ｂ】カラーピクセルフィルタを有するシリコン上液晶(LCOS)ライトバルブを示す図である。
【図４】ライトエンジンの実施を示す図である。
【図５】ライトエンジンの実施を示す図である。
【図６】ライトエンジンの実施を示す図である。
【図７】ライトエンジンの実施を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
100  投影スクリーン
102  ライトエンジン
104  視聴者
106  ゴーグル
108  前方スピーカ
110  偏光アイピース
202  光生成システム
204  カラー管理システム
206  投影レンズ
210  光源
210a  ランプ
210b  反射鏡
212  均質化システム
214  焦点調整レンズ
216  カラーホイール
220  ダイクロイックビームスプリッタ
222a  偏光ビームスプリッタ
222b  偏光ビームスプリッタ
224  ダイクロイックキューブ
226a  ライトバルブ
226b  ライトバルブ
226c  ライトバルブ
226d  ライトバルブ
302  光生成システム
304  カラー管理システム
310  光源
310a  ランプ
310b  反射鏡
312  焦点調整レンズ
314  均質化システム
320  ダイクロイックビームスプリッタ
322a  偏光ビームスプリッタ
322b  偏光ビームスプリッタ
324a  ライトバルブ
324b  ライトバルブ
324c  ライトバルブ
324d  ライトバルブ
326  ダイクロイックキューブ
402  光生成システム
404  カラー管理システム
406  投影レンズ
408  回転RGBフィルタホイール
410  xキューブ
412a  LCOSライトバルブ
412b  LCOSライトバルブ
504  カラー管理システム
506  投影レンズ
510a  偏光ビームスプリッタ
510b  偏光ビームスプリッタ
512a  鏡
512b  鏡
514a  LCOSOSライトバルブ
514b  LCOSOSライトバルブ
602  光生成システム
610  CMYフィルタホイール
612  カラースイッチ
614  均質化システム
702  光生成システム
704  多角形
706  投影レンズ
720a  CMYダイクロイックコーティング
720b  偏光ローテータ
722  鏡
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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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５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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