(57)【要約】【課題】  カラーディスプレイ装置の色域を拡張し、コストを低減する。【解決手段】  ディスプレイ面上に、重畳カラー画像のカラー画像を形成する、ディスプレイ装置は、第１のカラーソース光線を供給するためのレーザー光源を用いて、第１カラーの二次元画像を形成する第１のカラー変調チャンネル、第１のカラーソース光線を変調する線形空間光変調器、および、第１カラーの二次元画像を形成するために変調された光線をスキャンするスキャン要素を有している。第２カラー変調チャンネルは、第２カラーの二次元画像を形成する第２のカラーソース光線を変調するよう、第２のカラーソース光線を面積空間光変調器に供給するための、非干渉性光源を用いて、第２カラーの二次元画像を形成する。その後、投影レンズは、第１カラーの二次元画像、および第２カラーの二次元画像、および、いかなる第３カラーの二次元画像の重畳カラー画像を投影する。【選択図】  図２
2004191943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイ面上に、複数の重畳画像を含むカラー画像を形成するディスプレイ装置であって、以下を含む：
（ａ）以下を含む、第１カラーの二次元画像を形成する第１のカラー変調チャンネル；
（ａ１）第１のカラーソース光線を供給するレーザー光源；
（ａ２）第１のカラーを有する被変調光線を供給するために、前記第１のカラーソース光線を変調する線形空間光変調器；
（ａ３）前記第１カラーの二次元画像を形成するために、前記第１のカラーを有する前記被変調光線をスキャンするスキャン要素；
（ｂ）以下を含む、第２カラーの二次元画像を形成する第２のカラー変調チャンネル；
（ｂ１）第２のカラーソース光線を供給する非干渉性光源；
（ｂ２）第２カラーの二次元画像を形成するために、前記第２のカラーソース光線を変調する面積空間光変調器；および
（ｃ）前記第２カラーの二次元画像と結合される、前記第１カラーの二次元画像を含むカラー画像を、ディスプレイ面に向かって投影する、少なくとも１つの投影レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して二次元画像をディスプレイ面に形成するディスプレイシステムに関し、特に、非干渉性光源およびレーザー光線源の双方からの光により照明される空間光変調器を用いるカラーディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ディジタル映画投影およびホームシアターシステムの有望な解決法は、画像形成装置として、２タイプの空間光変調器（ＳＬＭ）のうちの１つを採用している。面積ＳＬＭと直線ＳＬＭである。面積空間光変調器には、各要素が画像ピクセルに対応する、光弁要素の２次元アレイがある。各アレイ要素は、個々にアドレス可能であり、光源から透過され、または反射される光を変調するよう、ディジタル制御されている。ディジタル投影装置および印刷装置内に画像を形成するために、２つの特徴的なタイプの面積空間光変調器がある：ディジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）および液晶装置（ＬＣＤ）である。
【０００３】
１つ以上のＤＭＤを用いるプロトタイプの投影装置が実演されてきた。ＤＭＤ装置は、多くの特許で説明されている。例えば、１９８４年４月１０日に発行され、「可変ミラー光変調器（Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）」と題された、ホーンベック（Ｈｏｒｎｂｅｃｋ）による特許文献１、１９９６年７月９日に発行され、「活性ヨーク隠れヒンジディジタルマイクロミラー装置（Ａｃｔｉｖｅ  Ｙｏｋｅ  Ｈｉｄｄｅｎ  Ｈｉｎｇｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）」と題された、ホーンベック（Ｈｏｒｎｂｅｃｋ）による特許文献２、１９９７年２月４日に発行され、「トーションヒンジがトーションビーム層と異なる層に配置された複数レベル可変ミラー装置（Ｍｕｌｔｉ−Ｌｅｖｅｌ  Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｗｉｔｈ  Ｔｏｒｓｉｏｎ  Ｈｉｎｇｅｓ  Ｐｌａｃｅｄ  Ｉｎ  Ａ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ  Ｆｒｏｍ  Ｔｈｅ  Ｔｏｒｓｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｌａｙｅｒ）」と題された、ホーンベック（Ｈｏｒｎｂｅｃｋ）による特許文献３、および、１９９８年２月１７日に発行され、「上部構造光シールドを備えた空間光変調器（Ｓｐａｔｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  Ｗｉｔｈ  Ｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｈｉｅｌｄ）」と題された、ホーンベック（Ｈｏｒｎｂｅｃｋ）による特許文献４などである。ＤＭＤを採用する投影装置用の光学設計は、１９９９年６月２２日に発行され、「反射式空間光変調器と用いるオフセット投影レンズ（Ｏｆｆｓｅｔ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｅｎｓ  Ｆｏｒ  Ｕｓｅ  Ｗｉｔｈ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｓｐａｔｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ）」と題された、テジャダ（Ｔｅｊａｄａ）他による特許文献５、１９９９年７月２７日に発行され、「空間光変調器により生成されるワイドスクリーン画像を提供するアナモルフィックレンズ（Ａｎａｍｏｒｐｈｉｃ  Ｌｅｎｓ  Ｆｏｒ  Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ  Ｗｉｄｅ−Ｓｃｒｅｅｎ  Ｉｍａｇｅｓ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｂｙ  Ａ  Ｓｐａｔｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）」と題された、デワルド（Ｄｅｗａｌｄ）による特許文献６、１９９９年１２月２８日に発行された、「反射式空間光変調器用の固定後部グループを備えるオフセット投影ズームレンズ（Ｏｆｆｓｅｔ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｚｏｏｍ  Ｌｅｎｓ  Ｗｉｔｈ  Ｆｉｘｅｄ  Ｒｅａｒ  Ｇｒｏｕｐ  Ｆｏｒ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｓｐａｔｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ）」と題された、アンダーソン（Ａｎｄｅｒｓｏｎ）による特許文献７、および、２０００年７月１８日に発行され、「プロジェクター装置」と題された、イワイ（Ｉｗａｉ）による特許文献８に開示されている。ＬＣＤ装置は、１９９６年１０月２９日に発行され、「二重反射を最小限にする液晶光弁（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｖａｌｖｅ  Ｗｉｔｈ  Ｍｉｎｉｍｉｚｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）」と題された、ルイツ（Ｒｕｉｚ）他による特許文献９、および１９９７年４月１５日に発行され、「液晶内での傾斜垂直整列の誘導（Ｉｎｄｕｃｉｎｇ  Ｔｉｌｔｅｄ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ａｌｉｇｎｍｅ���ｔ  Ｉｎ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ）」と題された、スミス  ジュニア（Ｓｍｉｔｈ，  Ｊｒ．）  他による特許文献１０に、一部説明されている。慣習上、面積ＳＬＭは、ランプまたは他の広帯域ソースからの、フィルターをかけられたソースイルミネーションに提供される。ＬＣＤは、反射式タイプ（シリコン上液晶、またはＬＣＯＳ）、または透過式タイプのいずれであってもよい。
【０００４】
一次元空間光変調器とも考え得る線形ＳＬＭは、上述された二次元ＬＣＤおよびＤＭＤ面積空間光変調器に対して、若干の利点を有している。線形変調器アレイ固有の性能利点は、より高い解像度、コスト削減、および簡易型照明光学部品に対する能力を含んでいる。加えて、線形アレイは、レーザー光線に対し、その二次元対応物よりも適切な変調器である。例えば、１９９４年５月１０日に発行され、「光ビーム変調のための方法と装置（Ｍｅｔｈｏｄ  Ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｎｇ  Ａ  Ｌｉｇｈｔ  Ｂｅａｍ）」と題された、ブルーム（Ｂｌｏｏｍ）他による特許文献１１に開示されているように、グレーティングライトバルブ（Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｖａｌｖｅ）（ＧＬＶ）線形アレイは、レーザー源を用いて、高輝度画像化のための実行し得る解決法を提供する、以前のタイプの線形変調器アレイの１つである。
【０００５】
近年、中間サポートの周期系列により基板上方に吊されたリボン要素から成る、電気機械等角グレーティング装置が、２００１年１０月２３日に発行され、「等角グレーティング装置を伴う空間光変調器（Ｓｐａｔｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  Ｗｉｔｈ  Ｃｏｎｆｏｒｍａｌ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ）」と題された、コワルツ（Ｋｏｗａｒｚ）による共通に譲渡された特許文献１２に開示された。電気機械等角グレーティング装置は、リボン要素をサポート基礎の周りで一致させ、それによりグレーティングを生成する、静電気の動作により動作される。特許文献１３の装置は、さらに最近、等角ＧＥＭＳ装置として知られるようになった。ＧＥＭＳとは、グレーティング電気機械システム（Ｇｒａｔｉｎｇ  ＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）を表す。等角ＧＥＭＳ装置には、多くの魅力的な特徴がある。それは、高速ディジタル光変調に、ハイコントラストおよび良好な効率を提供する。さらに、等角ＧＥＭＳ装置の線形アレイでは、活性領域が比較的大きく、グレーティング周期はアレイ方向に対して垂直方向に向いている。グレーティング周期のこの方向付けにより、回折光線は、線形アレイに近接して分離され、さらに、光学システムの大部分の至る所で、空間的に分離されたままとなり、高度のシステムの柔軟性を提供し、低価格光学部品の使用を可能にする。ＧＥＭＳ装置は、レーザー源と共に使用すると、優れた輝度、速度、およびコントラストを提供する。
【０００６】
２００２年６月２５日に発行され、「空間的に分離された光線を伴う電気機械グレーティングディスプレイシステム（Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｗｉｔｈ  Ｓｐａｔｉａｌｌｙ  Ｓｅｐａｒａｔｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｂｅａｍｓ）」と題された、共通に譲渡された特許文献１４、および、２００２年１１月５日に発行され、「分割波長板を備える電気機械グレーティングディスプレイシステム（Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｗｉｔｈ  Ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ  Ｗａｖｅｐｌａｔｅ）」と題された、共通に譲渡された特許文献１５（共にコワルツ（Ｋｏｗａｒｚ）他に対して）は、多くの印刷およびディスプレイ実施例で、ＧＥＭＳ装置を採用する画像化システムを開示している。これに対するＧＬＶ相当品のように、ＧＥＭＳ装置は、画像の単一の色および単一のラインを同時に変調する。従って、カラー画像を形成するには、単一の線形変調器へ各色に対する照明および変調データを配列するか、または、個々に被変調カラー画像を結合するか、いずれかのための適切な技術を必要とする。
【０００７】
空間光変調器を用いるディジタル投影ディスプレイの認知された利点の中には、表示された画像が、従来のフィルムベース、または、ＣＲＴベースの投影システムにより提供された画像上に、改良された色忠実度および外観を有し得る、拡張色域がある。色域は、国際照明委員会（照明に関する国際委員会）によって確定された、標準的な観察者により知覚される色空間を示す、よく知られた３刺激ＣＩＥカラーモデルを用いて、最も容易に可視化される。図１ａは、「馬蹄形」曲線としてよく知られた、可視全域２００を表すＣＩＥカラーモデルを示している。純粋飽和スペクトルカラーは、可視全域２００の「馬蹄形」周辺にマップされている。従って、「馬蹄形」内部には、例えば、結果としてピンク色になる、白を加えた赤スペクトルなど、白色を伴う純色の混合を含む混合色全マッピングが含まれている。可視全域２００内では、装置全域２０２は、通常、頂点が可視全域２００の曲線に接近する、三角形によって表される。図１ａでは、描かれた装置全域２０２は、例えば、標準ＳＭＰＴＥ（映画およびテレビ技術者協会）燐光体などに対する、よく知られた全色域に近似している。
【０００８】
カラー投影技術で周知のとおり、画像の実際の色を忠実に表現し、鮮やかな色彩を提供するよう、ディスプレイ装置は、出来るだけ多くの可視全域２００を提供するのが望ましい。ディスプレイの成分色、通常は、赤、緑および青（ＲＧＢ）は、装置全域２０２に対する多角形の頂点を決定し、それにより、装置全域２０２の面積および形状を決定する。
【０００９】
装置全域２０２のサイズを大きくする１つの基本的な方法は、スペクトル的に純粋な光源を用いるか、または、少なくともスペクトル純度が高い光源を用いればよい。レーザーは、その固有スペクトル純度のため、装置全域２０２を最大化するのに特に役立つ。実質的に単色のレーザー源は、装置全域２０２の頂点を、事実上可視全域２００の周辺に位置決めする。
【００１０】
レーザー源の好適なスペクトル品質を利用するよう、多くのディジタルプロジェクター設計が提案されてきた。例えば、２００１年２月６日に発行され、「液晶光弁およびスキャン読取ビームを伴うレーザー投影装置（Ｌａｓｅｒ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｗｉｔｈ  Ｌｉｑｕｉｄ−Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｖａｌｖｅｓ  Ａｎｄ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｒｅａｄｉｎｇ  Ｂｅａｍ）」と題された、トロイヤー（Ｔｒｏｙｅｒ）による特許文献１６、２００２年７月３０日に発行され、「レーザービデオプロジェクター」と題された、リー（Ｌｅｅ）による特許文献１７、２００２年８月２０日に発行され、「空間光変調器を用いるレーザー画像化（Ｌａｓｅｒ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  Ａ  Ｓｐａｔｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）」と題された、カエリン（Ｋａｅｌｉｎ）他による特許文献１８、および、２００１年１１月１３日に発行され、「ハイブリッドビデオレーザーカラーミキサーを用いる大スクリーンコンパクト画像投影装置（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃｒｅｅｎ  Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｉｍａｇｅ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ａ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｖｉｄｅｏ  Ｌａｓｅｒ  Ｃｏｌｏｒ  Ｍｉｘｅｒ）」と題された、ホワング（Ｈｗａｎｇ）他による特許文献１９は、レーザーイルミネーション源を用いるディジタル投影のために提案されたアプローチのごく一部を示している。今列挙したような特許において開示された設計は、レーザーイルミネーション解決策に、増加した出力、改良された耐用年数、および総合的低価格を提供する、レーザー設計および製作における間断のない進歩を利用している。
【００１１】
しかし、有意な進歩にもかかわらず、可視青色スペクトルでの安価なレーザーの欠如は問題として残ったままである。レーザーメーカーは、ディジタル投影に必要な出力領域での、手頃な価格の青色レーザーを未だに提供することが出来ない。事実上、可視青色スペクトルで利用可能なレーザーのコストは、必要な出力レベルにおける緑色レーザーのコストの最大１０倍にもなり得る。コストおよび可用性の問題はまた、若干の出力領域内では、特に大スクリーン投影用の照明を提供する赤色レーザーに、少ないながらも影響を与える。続いて、この問題は、投影装置のコストに多大な影響を与え、レーザー投影は、投影システムでの広範な受入れに対しては、見込みの少ない短期代替手段となっている。
【００１２】
レーザーはスペクトル的に純粋な光を供給するので、拡張色域が可能となるが、レーザー光には、ディジタル投影にはあまり好ましくない他の特性がある。とりわけ、レーザー光は、少なくとも比較的干渉性であり、著しい干渉性であってもよい。その結果、スペックルおよび他の影響は、レーザーイルミネーションを用いるディジタル投影装置にとっての問題である。上述のように、面積空間光変調器、特に透過式ＬＣＤおよび反射式ＬＣＤは、ランプまたはＬＥＤなどの従来の非干渉性光源と共に良好に作動するが、レーザー光の変調には十分には適合しない。代わりに、ＧＬＶ装置およびＧＥＭＳ装置などの線形空間光変調器は、レーザーイルミネーションとの使用に好適である。
【００１３】
一般に、非干渉性光源は、青色波長に対する、レーザーにおけるようには制約されていない。例えば、水銀アーク灯は、投影に必要な電力領域で広く利用可能であり、可視青色領域内の光を放射する。事実上、水銀アーク灯の標準４３６ｎｍの線は、明確に定められる特有の青色スペクトル成分を提供する。これにより、フィルタを用いて、この可視青色成分だけを分離し、通過させることが可能となる。従って、水銀アーク灯は、非干渉性光源として役立つものであり、レーザーを用いる場合には入手し得る範囲で達成不能な波長領域内でも、実質的にスペクトル的に純粋な光を提供する。
【００１４】
ＬＥＤは、スペクトル的な純粋性も明るさもレーザーには及ばないが、小型スクリーンを伴うディジタル投影システムに対しては、さらに他の可能な安価な非干渉性イルミネーション源を提供する。特にこれらの装置が、必要な波長においてより広範に利用可能になりつつあることから、ＬＥＤは、若干のタイプのディスプレイ装置に好適な解決策を提供可能である。
【００１５】
ディジタル投影装置設計における、イルミネーション源に関するこれらの問題をまとめることは有意義であろう：
（ａ）  最適の色域および高輝度を提供するレーザーは、線形ＳＬＭとの併用において、高解像度を提供するために最良に作動するが、全ての必要な波長、特に可視青色領域では、現在入手可能ではない；
（ｂ）  ランプやＬＥＤ光源などの非干渉性光源は、同等の波長で、レーザーと同程度の広域色域を提供しない場合もある。非干渉性光源は、面積ＳＬＭが比較的低解像度で用いられている状態で最もよく作動し、レーザーが現在入手可能でない領域で、可視スペクトル全域にわたる波長で利用可能である；
【００１６】
ディジタル投影装置設計技術では、異なる色域、ＳＬＭタイプ、解像度、および波長の、争いのあるファクターが、分岐部を表すと認識されている。より従来のランプなどのように、レーザーベースイルミネーションシステム、または非干渉性光源を用いるイルミネーションシステムのいずれを用いるかという決定は、その後、設計者が、装置の性能および値を最適化するために、どのように続けてゆくかを規定する。
【００１７】
光処理光学部品および画像変調方式は、レーザーベースイルミネーションシステムと他のタイプのものとの間ではかなり異なるため、ハイブリッド式解決策は魅力的ではなく、または実行可能なものとさえ思われない。ハイブリッド式解決策の１つのタイプとして、２００２年１０月２４日に公開された、「画像ディスプレイ装置（Ｉｍａｇｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｄｅｖｉｃｅ）」と題された、ムカワ（Ｍｕｋａｗａ）他による特許文献２０は、レーザーが、特定波長での利用可能な輝度を補うよう、従来型ランプベースイルミネーションシステムに追加される、画像ディスプレイ装置を開示している。とりわけ、ムカワ（Ｍｕｋａｗａ）他による出願で開示されたシステムでは、ランプからのレーザー光および非干渉性光の双方の変調に、同タイプの空間光変調器を使用している。しかし、このアプローチでは、レーザー光の特別な性質を変調に利用することもなく、また、従来型光源に最適化されるＳＬＭを伴って用いられる干渉性レーザー光によって引き起こされる画像異常を補うこともない。
【００１８】
周知のように、投影されるカラー画像は、重ねられる赤色カラー画像、緑色カラー画像、および青色カラー画像を含んでおり、まとめてＲＧＢ画像と呼ばれている。表示されるカラー画像は、通常、水平および垂直の画素数で表現される、ある解像度を有している。所望の解像度でＲＧＢ画像を形成するよう、赤色、緑色、および青色のカラー平面の各々内で、個々の画素が互いに配列される。従って、従来のアプローチを用い、各カラー平面、およびカラー平面に対応する各ＳＬＭは、同一解像度を有している。
【００１９】
合成色を知覚するよう、別々の赤色、緑色、および青色の画素を結合させる人間の目は、異なる色に対して異なる感度を有していることが知られている。例えば、緑色の感度は非常に高い；緑色チャンネルは、人間の輝度認知に最も近い一致を示す。赤色に対する感度はより低く、青色ではさらに低下する。事実上、特にディテールの認知に関しては、人間の目は青色の知覚が比較的鈍い。すなわち、青色カラーチャンネルの実際上の解像度は、ディテールの認知には、相対的にさほど重要なものではない。この効果は、表示された画像に対して、赤色および緑色平面のオリジナル解像度を維持しながら、青色画像平面の解像度のみを低減させることにより、劇的に示すことが出来る。青色でディテールを識別する場合の、人間の目の相対的な鈍さについては、十分に記録されているものの、従来型のディジタル投影設計は、設計規制を緩和し、拡張色域からの利益を得、さらに、同時に低価格投影装置を提供するこの特性を、利用することがなかった。
【００２０】
【特許文献１】米国特許第４,４４１,７９１号明細書
【特許文献２】米国特許第５,５３５,０４７号明細書
【特許文献３】米国特許第５,６００,３８３号明細書
【特許文献４】米国特許第５,７１９,６９５号明細書
【特許文献５】米国特許第５,９１４,８１８号明細書
【特許文献６】米国特許第５,９３０,０５０号明細書
【特許文献７】米国特許第６,００８,９５１号明細書
【特許文献８】米国特許第６,０８９,７１７号明細書
【特許文献９】米国特許第５,５７０,２１３号明細書
【特許文献１０】米国特許第５,６２０,７５５号明細書
【特許文献１１】米国特許第５,３１１,３６０号明細書
【特許文献１２】米国特許第６,３０７,６６３号明細書
【特許文献１３】米国特許第６,３０７,６６３号明細書
【特許文献１４】米国特許第６,４１１,４２５号明細書
【特許文献１５】米国特許第６,４７６,８４８号明細書
【特許文献１６】米国特許第６,１８３,０９２号明細書
【特許文献１７】米国特許第６,４２６,７８１号明細書
【特許文献１８】米国特許第６,４３５,６８２号明細書
【特許文献１９】米国特許第６,３１７,１７０号明細書
【特許文献２０】米国特許出願公開第２００２／０１５４２７７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
前述の要求および短所は、本発明で提供される、異なるカラーチャンネル上の異なるタイプのイルミネーションおよび画像形成構成要素を用いる、改良されたディジタルプロジェクター解決策により満たされることになる。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
この解決策に留意して、本発明は、ディスプレイ面上に、複数の重畳画像を含むカラー画像を形成する、ディスプレイ装置を提供する。本ディスプレイ装置は以下を含む：
（ａ）  以下を含む、第１カラーの二次元画像を形成する第１カラー変調チャンネル；
（ａ１）  第１カラーのソース光線を供給するレーザー光源；
（ａ２）  第１カラーを有する被変調光線を供給するために、前記第１カラーのソース光源を変調する線形空間光変調器；
（ａ３）  前記第１カラーの二次元画像を形成するために、前記第１カラーを有する前記被変調光線をスキャンするスキャン要素；
（ｂ）  以下を含む、第２カラーの二次元画像を形成する第２カラー変調チャンネル：
（ｂ１）  第２カラーのソース光線を供給する非干渉性光源；
（ｂ２）  第２カラーの二次元画像を形成するために、前記第２カラーのソース光源を変調する面積空間光変調器；および
（ｃ）  前記第２カラーの二次元画像が重ねられる、前記第１カラーの二次元画像を含むカラー画像を、ディスプレイ面に向かって投影する、少なくとも１つの投影レンズ。
【００２３】
本発明の他の態様は、ディスプレイ面上に、複数の重畳画像を含むカラー画像を形成するシステムを提供する。本システムは以下を含む：
（ａ）  以下を含む、第１の二次元画像を形成する第１カラーの変調チャンネル；
（ａ１）  ソースレーザー光源供給手段；
（ａ２）  第１カラーを有する少なくとも１本の被変調光線を供給するために、前記ソースレーザー光線を変調する手段；
（ａ３）  第１カラーを有する少なくとも１本の前記被変調光線を含むスキャンライン画像光線を、カラーコンバイナに方向付ける手段；
（ｂ）  以下を含む、第２の二次元画像を形成する第２カラーの変調チャンネル：
（ｂ１）  第２カラーの非干渉性ソース光線供給手段；
（ｂ２）  第２カラーの画像光線を前記カラーコンバイナに供給するために、前記第２カラーの非干渉性ソース光線を変調する手段；
（ｃ）  重畳カラー画像光線を形成するために、少なくとも前記スキャンライン画像光線および前記第２カラーの画像光線を結合する前記カラーコンバイナ；
（ｄ）  前記重畳カラー画像光線を、ディスプレイ面に向かって投影する手段。
【００２４】
本発明の第３の態様は、ディスプレイ面上に、複数の重畳画像としてのカラー画像を形成する方法を提供する。本方法は以下のステップを含む：
（ａ）  以下のステップを含む、第１カラーの線形画像光線を形成するステップ；
（ａ１）  第１カラーのレーザーソース光線を供給するステップ；
（ａ２）  第１カラーを有する少なくとも１本の回折光線を供給する、第１カラーのレーザーソース光線を変調するステップ；
（ｂ）  以下のステップを含む、第２カラーの二次元画像光線を形成するステップ：
（ｂ１）  非干渉性光源から、第２カラーのソース光線を供給するステップ；
（ｂ２）  前記第２カラーのソース光線を変調するステップ；
（ｃ）  重畳画像光線を形成するために、前記第１カラーの線形画像光線を前記第２カラーの二次元画像光線と結合するステップ；および、
（ｄ）  前記重畳画像をディスプレイ面に向かって投影するステップ。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の特徴は、異なるタイプのイルミネーション源および異なるタイプの空間光変調器を、同一ディスプレイ装置内で組合せて用いることである。
【００２６】
可視領域、特に青色領域内の特定波長で、レーザーを得る必要性を除去することが、本発明の利点である。本発明は、レーザーソースと同様に、非干渉性光源を用いる方法を提供する。
【００２７】
本発明のさらなる利点は、ディスプレイ装置において、例えば、レーザーが最も適当かつ経済的である場合には、任意の数のカラーチャンネル上でレーザーを用い、さらに他の光源が最も有用となり得る場合には、他の光源を用いることを可能とすることである。
【００２８】
本発明のこれら並びに他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を、本発明の実例の実施例が示され、説明されている図面と関連して読まれるなら、当業者にとって明白なものとなるだろう。
【００２９】
本願明細書が本発明の対象を特に指摘し、明瞭にクレームする請求項を持って結論付ける一方で、以下の添付図面と共に続く説明を読むならば、本発明をさらに良く理解することが出来ると思われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本説明は、特に本発明に従う装置の部分を形成する要素、または、より直接に関連する要素に向けられている。特には示されないか、説明されていない要素が、当業者にとって周知の様々な形式をとり得ることは理解されるべきである。従って、本発明は、二次元カラー画像をディスプレイ面上に形成するための、レーザー光源および非干渉性光源の組合せを用いるディスプレイ装置および方法を提供する。
【００３１】
以下の記述では、単一の色経路に特定された要素は、部品番号に付された添字により、さらに特定される。これが用いられる場合は、添字は、色経路に一致する；例えば、「ｒ」は赤色、「ｂ」は青色、「ｇ」は緑色に対して付されている。図示では、「ｂｇ」は、後述のように、青緑色、黄色、黄緑色、橙色、または、その他の適切な色である、第４の色経路を示す。
【００３２】
（全体モデル１）
図２は、本発明の簡易型実施例での、ディスプレイ装置１０の主要な要素を示すブロック図である。本発明では、図２に示されるディスプレイ装置１０の要素として、複数のカラー変調チャンネルにより得られる複数の解像度は、画素解像度において実質的に異なっている；これは、従来技術スキームとは逆である。ディスプレイ装置１０は、少なくとも３つのカラー変調チャンネルを含む：赤色変調チャンネル３０ｒ；緑色変調チャンネル３０ｇ；および、青色カラー変調チャンネル３０ｂである。赤色変調チャンネル３０ｒは、赤色レーザー２０ｒおよび空間光変調器３２ｒを含んでいる。同様に、緑色変調チャンネル３０ｇは、緑色レーザー２０ｇおよび空間光変調器３２ｇを含んでいる。青色カラー変調チャンネル３０ｂは、非干渉性光源２２ｂ、カラー分離装置として役立つ青色パスフィルタ２４ｂ、および空間光変調器３２ｂを備えている。Ｘ‐キューブまたはフィリップスプリズムなどのカラーコンバイナ７３は、単一の出力軸Ｏに沿って、投影レンズ３００へ、マルチカラー被変調光を供給するために、各カラー変調チャンネル３０ｒ、３０ｇ、３０ｂからの被変調光を合成する。
【００３３】
従来のレーザーベース投影システム設計では、各カラー変調チャンネル３０ｒ、３０ｇ、３０ｂに、著しく干渉性の光源であるレーザーが用いられるだろう。しかし、図２に示されるディスプレイ装置１０の構成は、青色カラー変調チャンネル３０ｂにおいて、予想されたレーザーの代わりに非干渉性光源２２ｂを代用している。非干渉性光源２２ｂは、水銀アーク灯、または他のタイプのランプであることが好ましい。例えば、水銀アーク灯を用いた周知のバージョンでは、イルミネーションを空間光変調器３２ｂに供給する、青色パスフィルタ２４ｂを通過可能な、安定した、重要な４３６ｎｍ波長出力を出力する。代替的構成では非干渉性光源として、青色ＬＥＤ、または、複数の青色ＬＥＤを含むアレイが使用可能であった；こうした代替的構成には、青色パスフィルタ２４ｂは必要ではなかった。図２の構成では、青色イルミネーションのための、代替的な、レーザーを用いない非干渉性ソースを用いることにより、赤色および緑色の変調チャンネル３０ｒ、３０ｇのそれぞれに対して、レーザー投影の利点を提供する。しかし、青色カラー変調チャンネル３０ｂについては、マルチカラー画像を形成するための十分な光を供給しながらも、青色レーザーソースによる高コストを回避することが出来る。
【００３４】
１つの実施例では、赤色レーザー２０ｒは、好ましくは６３０ｎｍから６６０ｎｍの間の波長を有する半導体レーザーである。緑色レーザー２０ｇは、所望の放出波長を得るために周波数を倍増する、５３２ｎｍのダイオード励起固体レーザーとなるだろう。空間光変調器３２ｒ、３２ｇ、３２ｂは、例えば、空間光変調器３２ｒ、３２ｇとして図２に示される、何らかのタイプの透過式ＬＣＤ変調器などと同一タイプのものでよい。しかし、より詳細に後述するように、空間光変調器３２ｒ、３２ｇ、３２ｂは、イルミネーションのタイプに適合するよう選択された、異なるタイプのものであってもよい。
【００３５】
（線形および面積空間光変調器を用いる装置）
以下の、図２、図３ａ、図３ｂ、図３ｃ、図３ｄ、図３ｅ、図３ｆ、図４、図５、および図６に示されるモデルは、異なるタイプの空間光変調器を有する組合せを用いる、ディスプレイ装置１０の様々な実施例を示している。図３ａを参照すると、赤色および緑色のカラー変調チャンネル３０ｒ、３０ｇが、それぞれ、例えば、等角ＧＥＭＳの線形アレイなどのような電気機械グレーティング光変調器８５ｒ、８５ｇで、レーザー光を変調する実施例が示されている。他方、青色のカラー変調チャンネル３０ｂは、面積空間光変調器３２ｂを用いている。
【００３６】
図３ａを参照すると、赤色カラー変調チャンネル３０ｒでは、赤色レーザー２０ｒが、回転ミラー８２へ向けて、球面レンズ７２および円柱レンズ７４を通して調節されたイルミネーションを提供している。回転ミラー８２で反射した光は、電気機械グレーティング光変調器８５ｒでの回折により、変調される。電気機械グレーティング光変調器８５ｒからの被変調回折光は、回転ミラー８２を通って、ダイクロイックコンバイナ９４に向けて回折される。次に、ダイクロイックコンバイナ９４からの被変調光は、レンズ７５により、任意のクロス‐オーダーフィルタ１１０を通して、スキャンミラー７７へ方向付けられる。回転ミラー８２は、電気機械グレーティング光変調器８５ｒからのゼロ次（ｚｅｒｏｅｔｈ  ｏｒｄｅｒ）反射光に対する妨害要素として働く。
【００３７】
スキャンミラー７７が回転すると、電気機械グレーティング光変調器８５ｒから、スキャンレンズ８４を通して任意の移動拡散板８６（スペックル補償用）へ向けられる、個々の被変調ライン画像が、ダイクロイックコンバイナ９２に提供される。その後、ダイクロイックコンバイナ９２は、被変調ライン画像を、出力軸Ｏに沿って、スキャンミラー７７から、画像をディスプレイ面９０に投影する投影レンズ３００へと方向付ける。光学補償要素８９は、投影レンズ３００への赤色／緑色および青色経路を、同様の光路にするよう、必要に応じて、赤色および緑色の被変調光の経路上に配列してもよく、それにより、画像異常が軽減される。スキャンリフレッシュレートが十分高い、概して少なくとも４８Ｈｚである場合、緑色および赤色のカラー変調チャンネル３０ｇ、３０ｒからのスキャンされたライン画像は、それぞれ、二次元画像として鑑賞者によって知覚されることを留意すべきである。
【００３８】
緑色カラー変調チャンネル３０ｇからの被変調光の経路は、上に述べられた赤色被変調光用経路と同様である。ダイクロイックコンバイナ９４は、赤色および緑色の被変調光を結合し、結合した光をスキャンミラー７７に方向付ける。
【００３９】
さらに図３ａを参照すると、青色カラー変調チャンネル３０ｂの動作は、赤色および緑色のカラー変調チャンネル３０ｒ、３０ｇについて述べた動作とは異なっている。光源２２ｂからの非干渉性光は、青色パスフィルタ２４ｂにおいてフィルターにかけられ、任意の偏光子３４で偏光され、その後、レンズ７６により偏光ビームスプリッタ９３へ方向付けられる。偏光ビームスプリッタ９３は、適切な偏光を有する光を、任意の４分の１波長板４２を通して、空間光変調器３２ｂへ方向付ける。線形空間光変調器３２ｒ、３２ｇとは異なり、青色カラー変調チャンネル３０ｂ用空間光変調器３２ｂは、図３ａに示される実施例での反射式ＬＣＤである、面積空間光変調器となっている。その後、空間光変調器３２ｂからの被変調光は、偏光ビームスプリッタ９３を通して、投影のために青色被変調光を赤色および緑色の被変調光と結合するダイクロイックコンバイナ９２に透過される。画像化技術では周知であるように、空間光変調器３２ｂが、代替的に、サポート光学部品に必要な変更を加えた、透過式ＬＣＤ、ＤＭＤ、または、何らかの他のタイプの面積空間光変調器であってもよいことに留意することは有益であろう。
【００４０】
従って、図３ａの構成では、空間光変調器３２ｂからの青色カラー成分は二次元画像である；空間光変調器８５ｒ、８５ｇからの赤色および緑色のカラー成分は、それぞれ、上述のように、十分なスキャン速度で二次元画像を形成する、スキャンライン画像である。加えて、上の発明の背景の欄で述べたように、人間の眼の青色に対する感度が低いので、空間光変調器３２ｂからの二次元青色画像は、空間光変調器８５ｒ、８５ｇからの対応するスキャンライン画像より、かなり低い解像度（すなわち、同一面積上に表示される画素が少ない）であってもよい。二次元青色画像の大きさおよび形状が、赤色および緑色のスキャンライン画像の大きさおよび形状と実質的に等しくなければならないことに留意することは重要である。赤色および緑色のスキャンライン画像の大きさおよび形状を、二次元青色画像の大きさおよび形状に合わせるよう、レンズ７５およびスキャンレンズ８４が適切なレンズ設計によって使用可能であった。カラー画像サイズ処理での、いかなる残留ミスマッチも、必要に応じ、電子画像データを空間光変調器８５ｒ、８５ｇ、３２ｂへマッピングすることで調整可能であった。
【００４１】
図３ｂは、透過式ＬＣＤを、青色カラー変調チャンネル３０ｂ内の面積空間光変調器３２ｂとして利用する、ディスプレイ装置１０の代替的実施例を示している。光源２２ｂからの光は、レンズ７６を通して面積空間光変調器３２ｂに方向付けられる、青色偏光を供給するよう、偏光子３４および青色パスフィルタ２４ｂを通して方向付けられる。その後、空間光変調器３２ｂからの被変調光は、青色被変調光の所望の偏光を選択すること、および投影のために青色被変調光を赤色および緑色の被変調光と結合することの双方に用いる、偏光ビームスプリッタ９３へと進む。図３ｂでの赤色および緑色のカラー変調チャンネル３０ｒ、３０ｇは、それぞれ、図３ａに関して説明したのと同じ方法で、それぞれ線形空間光変調器８５ｒ、８５ｇを使用する。
【００４２】
図３ｃは、単一の電気機械グレーティング光変調器８５ｒｇを順に赤色および緑色の光の双方を交互に変調するのに利用する、赤色‐緑色のカラー変調チャンネル３０ｒｇを有する代替的実施例を示している。赤色および緑色のイルミネーションは、赤色レーザー光線および緑色レーザー光線を、同一イルミネーション経路に沿って供給する、レーザーソース２０ｒ、２０ｇにより提供される。これらの異なる光線は、ダイクロイックコンバイナ９４を用いるなど、画像化技術でよく知られている多くのいかなる方法でも結合可能である。
【００４３】
図３ｄは、赤色‐緑色カラー変調チャンネル３０ｒｇが、赤色および緑色のレーザー光を同時に二元電気機械グレーティング光変調器８７ｒｇに方向付けるよう、ダイクロイックコンバイナ９４を用いるディスプレイ装置１０の他の代替的実施例を示している。二元電気機械グレーティング光変調器８７ｒｇは、単一の要素として、同一基板上へと形成された、電気機械グレーティング装置の２つの個別にアドレス可能な線形アレイを提供する。レーザー光を、変調のために別々の経路に沿って方向付けるよう、ダイクロイックコンバイナ９４を通して供給されるレーザーイルミネーションを伴うような、空間変位、または角度変位が使用可能であった。図３ｄの構成では、二元電気機械グレーティング光変調器８７ｒｇは、例えば、電気機械グレーティング装置の２つの別々の線形アレイを用いて、赤色および青色の光を同時に変調可能である。
【００４４】
図３ｅは、ディスプレイ装置１０の４色の実施例を示している。Ｘ‐キューブ９６は、赤色および緑色のカラー変調チャンネル３０ｒ、３０ｇからの被変調光を、第４のカラー変調チャンネル３０ｂｇからの被変調光と合成するために用いられる。電気機械グレーティング光変調器８５ｂｇは、レーザーソース２０ｂｇからの第４のカラー光線を変調する。ある４色の実施例では、レーザーソース２０ｂｇは緑‐青色の光を放射する；しかし、他の波長も採用可能であった；加えて、カラー変調チャンネル３０ｒ、３０ｇ、３０ｂ、３０ｂｇの代替的構成は、青色面積空間光変調器３２ｂなどの面積空間光変調器を用いる２つのチャンネル、第４のカラー面積空間光変調器（図示せず）、および電気機械グレーティング光変調器８５ｒ、８５ｇなどの線形空間光変調器を用いる２つのチャンネルの対合を含むことが可能であった。ディジタル画像化技術でよく知られている従来の技術は、第４のカラーの変調に使われることになろう。これらは、２色の変調間で交代するよう、例えば、単一の面積空間光変調器３２ｂ、または第４のカラー面積空間光変調器の使用を含むことが可能であった。カラーフィルタホイールまたは二色性カラー分離装置などの要素は、例えば、ディジタル画像技術で周知の方法を用いて、空間光変調器３２ｂまたは第４のカラー面積空間光変調器での変調のための非変調カラー光線を得るよう、単一の非干渉性光源と協動する形で使用可能であった。
【００４５】
図３ｆは、カラー変調チャンネル３０ｂで放射ディスプレイ４６が用いられる、ディスプレイ装置１０の他の実施例を示している。放射ディスプレイ４６は、例えば、陰極線管（ＣＲＴ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、ポリマー発光ダイオード（ＰＬＥＤ）、または、プラズマディスプレイ装置であってもよい。この新規構成は、青色のカラー変調チャンネル３０ｂ、および赤色、および緑色のカラー変調チャンネル３０ｒ、３０ｇが、同一解像度を有する必要がない場合に有用となろう。偏光ビームスプリッタ９３、または他のコンバイナは、投影レンズ３００に対する画像化された光出力を結合するために用いられる。
【００４６】
図４を参照すると、異なる色に対して異なる投射経路が用いられるディスプレイ装置１０の、代替的実施例が示されている。ここでは、青色カラー変調チャンネル３０ｂは、被変調光を第１の投影レンズ３００ａへ方向付けている。赤色および緑色のカラー変調チャンネル３０ｒ、３０ｇは、光を第２の投影レンズ３００ｂへ方向付ける。任意のクロス‐オーダーフィルタ１１０は、投影された赤色および緑色の線形被変調光にフィルタリングを提供し、その後、被変調光は、スキャンミラー７７へ進み、ダイクロイックコンバイナ７８で、青色カラー変調チャンネル３０ｂから投影された青色被変調光と結合される。ダイクロイックコンバイナ７８は、第１および第２の投影レンズ３００ａ、３００ｂが、全体レイアウトの適切な変更により、ディスプレイ面９０（図４には示さず）に別々に焦点を合わせることが可能であったので、任意である。複数の投影レンズ３００ａ、３００ｂの使用はまた、それが、異なるタイプの変調装置からの画像化された光を投影する光学的要求条件を簡素化するので、上述された図３ａから図３ｆに示されるどの実施例でも有用なものとなることが出来た。
【００４７】
上の背景資料で述べたように、いくつかのカラー変調チャンネル上でレーザーを用い、他のカラー変調チャンネル上では他の光源を使用する事の主要な動機は、ある波長でのレーザーの高コストに関連している。図３ａ、図３ｂ、図３ｃ、図３ｄ、図３ｅ、図３ｆ、および図４は、２つのレーザーソース２０ｇ、２０ｒを用いる実施例を示している。しかし、レーザーを１つのカラーチャンネル上のみで用い、残りのチャンネル上では非干渉性光源を用いることが有用であるという状況もある。図５を参照すると、緑色カラー変調チャンネル３０ｇが緑色レーザーソース２０ｇを用いる、ディスプレイ装置１０の代替的実施例が示されている。赤色および青色のカラー変調チャンネル３０ｒ、３０ｂは、非干渉性光源としてランプ２１を用いている。選択された特定ランプ２１は、重要な赤色および青色の波長成分を有している。ランプ２１からの光は、任意の偏光子３４へと進み、赤色‐青色パスフィルタ２４ｒｂでフィルターにかけられる。その後、偏光赤色ソース光および偏光青色ソース光は、レンズ７６により、適切な偏光を有する光をカラーコンバイナ７３へ反射させる、偏光ビームスプリッタ９３に方向付けられる。また、この非変調光に対して、カラーコンバイナ７３は、カラー分離器としても機能し、非変調非干渉性赤色光を、任意の４分の１波長板４２を通って、反射式空間光変調器３２ｒへと方向転換させる。同様に、カラーコンバイナ７３は、非変調非干渉性青色光を、任意の４分の１波長板４２を通って、反射式空間光変調器３２ｂへと方向転換させる。その後、空間光変調器３２ｒからの被変調赤色光は、カラーコンバイナ７３により、空間光変調器３２ｂからの被変調青色光、および緑色カラー変調チャンネル３０ｇからの被変調非干渉性緑色光と結合される。続いて、偏光ビームスプリッタ９３が、結合された被変調光を投影レンズ３００に伝達する。カラーコンバイナ７３は、ある実施例ではＸ‐キューブでも可能であった。画像化技術において周知のとおり、Ｘ‐キューブは、異なる波長での異なる偏光状態に最適化される。標準構成では、Ｘ‐キューブは、Ｓ‐偏光を有する赤色光および青色光を反射し、Ｐ‐偏光を有する緑色光を透過する。しかし、最大輝度に対しては、実質的に偏光感度が鈍くなるよう作成されるＸ‐キューブを用いることが有用であろう。
【００４８】
図３ａ、図３ｂ、図３ｃ、図３ｄ、図３ｅ、および図４に示される実施例では、青色光に非干渉性光源２２ｂが用いられ、赤色光にレーザー２０ｒが用いられている。代替的非干渉性光源は、例えば、ＬＥＤなど、赤色および／または青色のイルミネーションに使用可能であった。
【００４９】
図６を参照すると、ここでは、青色カラー変調チャンネル３０ｂ用の空間光変調器３２ｂがデジタルマイクロミラーデバイス（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）（ＤＭＤ）である、本発明の他の実施例が示されている。図６の構成では、非干渉性光源２２ｂは、青色パスフィルタ２４ｂを通してレンズ７６により方向付けられ、変調のために、ミラー４４により空間光変調器３２ｂへ適切な角度で反射されるイルミネーションを供給する。ダイクロイックコンバイナ９２は、青色カラー変調チャンネル３０ｂからの被変調光を、赤色および緑色のカラー変調チャンネル３０ｒ、３０ｇからの被変調光のスキャンラインと合成し、この合成された光を投影レンズ３００へ方向付ける。
【００５０】
色域
上で与えられた背景情報において言及されたように、単一色レーザーイルミネーションソースを用いる、１つの主要な動機は、色域に関連している。図１に戻ると、最適色域は、装置全域２０２を形作る頂点が可視全域２００の曲線上にある場合に達成されることが言及されている。レーザーソースは、可視全域２００曲線上に頂点を提供する；他の光源は、通常、可視全域２００曲線から若干後退した頂点を提供する。
【００５１】
図７を参照すると、ここでは、赤色頂点２０３ｒを提供する赤色レーザーソース２０ｒ、緑色頂点２０３ｇを提供する緑色レーザーソース２０ｇ、青色頂点２０３ｂを提供する青色光源２２ｂを用いる、改良された色域３０２のグラフが示されている。青色光源２２ｂは、安定な４３６ｎｍの波長出力を有するアーク灯であるのが望ましい。述べられてきたように、赤色および緑色の頂点２０３ｒ、２０３ｇは、可視全域２００の外周上にある。青色頂点２０３ｂは、直接この外周上にはないが、図７に示されるように、その著しい近傍に位置している。標準ＳＭＰＴＥ燐光体を用いた、装置全域２０２に対する、本発明の利用可能な改良色域３０２の顕著な拡大に留意されたい。従って、本発明の方法は、３頂点ＣＩＥモデルに従って実現可能な最大可能色域をもたらさないものの、本発明を用いた利用可能な改良は、実質的なものとなり得る。
【００５２】
図３ｅに関連して上述したように、拡張色域は、従来の赤色、緑色、および青色の光源に他色の追加単一色ソースを補うことにより得ることができる。図３ｅを参照すると、ディスプレイ装置１０の構成により、より大きな装置全域２０２を定義するよう、例えば、図７に示されるように、青色‐緑色領域内に放射される第４の頂点２０３ｂｇ（図７参照）を事実上追加して、拡張色域が可能となる。
【００５３】
光路設計
線形空間光変調器および面積空間光変調器により供給される、異なるタイプの被変調光の取り扱いには違いがある点に注目すべきである。本発明の方法は、スキャンされた線形およびフル面積の画像化の双方を調節するために、若干の妥協を必要とすることもある。これは、例えば、異なる波長で光を操作するために、カラー経路間に要求される他の変更に加えられるものである。
【００５４】
青色カラー変調チャンネル３０ｂにより提供される被変調画像が、赤色または緑色のカラー変調チャンネル３０ｒ、３０ｇ用のスキャンされた線形光と区別されるものとして、フル画像フレームで提供されることを注視してきた。さらに、従来とは逆に、青色画像自体は、赤色および緑色のカラー変調チャンネル３０ｒ、３０ｇ内に提供される被変調画像よりも低い解像度でよい。人間の目のディテールに対する感度は、青色可視領域で制限されるので、青色カラー変調チャンネル３０ｂに要求される解像度は、緩和可能である。また、同じこの考察により、被変調光のための光路は、ディテールが（さらに、ある程度まで色度も）より重要である、赤色および緑色のカラー画像化のために最適化することが出来る。
【００５５】
図３ａ、図３ｂ、図３ｃ、図３ｄ、図３ｅ、図３ｆおよび図４は、線形光変調器としてのＧＥＭＳ装置使用を示している。しかし、ＧＬＶまたは他の線形装置は、画像化技術において周知のように、構成要素をサポートする必要な変更を伴って、代替的に使用可能であった。
【００５６】
光学要素オプション
図２、図３ａ、図３ｂ、図３ｃ、図３ｄ、図３ｅ、図３ｆ、図４、図５、および図６では、カラー変調に用いられるディスプレイ装置１０の要素のみを表示していることを指摘しておくべきであろう。スキャン、投影、および表示機能は、ディジタル画像ディスプレイ技術の当業者に周知の要素が使用可能である。スキャンミラー７７は、ディスプレイ面９０に向かって、一度に１つのラインずつ画像をスキャンする、１組の最も簡単な予想される装置である。しかし、例えば、回転多角形などの、他のタイプのスキャン要素も使用可能であった。
【００５７】
カラーコンバイナ７３は、通常、様々な波長で光を反射し、もしくは透過するために作成された、１つ以上のダイクロイック面を含んでいる。図２および図５は、カラーコンバイナ７３で用いられる、交差ダイクロイック面に基づいて作動する、Ｘ‐キューブまたはＸ‐プリズムを示している。しかし、カラー結合ダイクロイック面の他の構成が、単一の出力カラー経路へ複数の入力カラーを方向付けるために、代替的に使用可能である。
【００５８】
ある実施例では、ディスプレイ面９０は反射投影スクリーンである；しかし、透過投影スクリーンまたは他の表面も使用可能であった。
【００５９】
本発明の装置および方法が、これまで経済的なレーザーベース投影システムの実現可能性を制限してきた、認知された問題の解決策を提供していることが理解されよう。さらに、本発明の解決策は、ディスプレイ装置１０に、全てレーザーのイルミネーションシステムで達成可能な色域に非常に近い拡張色域を、こうしたシステムにかかるコストのほんの一部分で提供するものである。最後に、ディジタル画像化に対する従来のアプローチに対比して、本発明の方法および装置は、ディテールがさほど知覚可能でない青色カラーチャンネルにおいて低解像度を用いるという追加オプションを伴い、単一の投影システムの異なるカラーチャンネルで、異なるタイプの空間光変調器を採用する。
【００６０】
赤色、緑色、および青色のカラー変調チャンネル３０ｒ、３０ｇ、３０ｂ内の特定要素は、それぞれ、実行される画像変調のタイプに合うよう、変更可能である。追加カラーが利用可能な色域を増補するよう、３つまたは４つより多いカラーチャンネルが採用可能であった。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】可視色域に対する標準ＳＭＰＴＥ色域の関係を示すグラフである。
【図２】本発明のディスプレイ装置の画像変調コンポーネントの全体的配置を示す概略的ブロック図である。
【図３ａ】青色変調経路が反射式ＬＣＤ空間光変調器を利用する、異なるタイプの変調要素の組合せを用いる、ディスプレイ装置の第１の実施例を示す詳細な概略的ブロック図である。
【図３ｂ】青色変調経路が透過式ＬＣＤ空間光変調器を利用する、異なるタイプの変調要素の組合せを用いる、ディスプレイ装置の代替的実施例を示す詳細な概略的ブロック図である。
【図３ｃ】青色変調経路が透過式ＬＣＤ空間光変調器を利用し、さらに、第２の変調経路が、レーザーソースから他の２色を順に供給するためにＧＥＭＳ線形空間光変調器を利用する、ディスプレイ装置の代替的実施例を示す詳細な概略的ブロック図である。
【図３ｄ】青色変調経路が透過式面積空間光変調器を利用し、さらに、第２の変調経路が、異なった空間転移を有するレーザーソースからのイルミネーションを伴う他の２色を供給するために、単一の要素として同一基板上に作られた２つのＧＥＭＳ線形空間光変調器を利用する、ディスプレイ装置の代替的実施例を示す詳細な概略的ブロック図である。
【図３ｅ】青色変調経路が透過式ＬＣＤ空間光変調器を利用し、さらに、第２の変調経路が、ソースイルミネーションをＧＥＭＳ線形空間光変調器へ供給する３つ以上の他のレーザーを利用する、ディスプレイ装置の代替的実施例を示す詳細な概略的ブロック図である。
【図３ｆ】１つの色変調経路が放射ディスプレイ装置を採用し、さらに、第２の変調経路が、レーザーソースから他の２色を供給するために、線形空間光変調器を用いる、ディスプレイ装置の代替的実施例を示す詳細な概略的ブロック図である。
【図４】複数の投影レンズを用いる、ディスプレイ装置の代替的実施例を示す詳細な概略的ブロック図である。
【図５】異なるタイプの変調要素の組合せを用いるディスプレイ装置の、さらに他の代替的実施例を示す詳細な概略的ブロック図である。
【図６】１つのカラーチャンネル上にＤＭＤ空間光変調器を、他のカラーチャンネル上にＧＥＭＳ空間光変調器を用いるディスプレイ装置の、さらに他の代替的実施例を示す詳細な概略的ブロック図である。
【図７】本発明の装置および方法を用いて得られる、色域の改良を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６２】
１０        ディスプレイ装置
２０ｂｇ    レーザーソース、第４のカラー
２０ｇ      レーザーソース、緑色
２０ｒ      レーザーソース、赤色
２１        ランプ
２２ｂ      光源、青色
２４ｂ      青色パスフィルタ
２４ｒｂ    赤色‐青色パスフィルタ
３０ｂ      カラー変調チャンネル、青色
３０ｂｇ    カラー変調チャンネル、第４のカラー
３０ｇ      カラー変調チャンネル、緑色
３０ｒ      カラー変調チャンネル、赤色
３０ｒｇ    カラー変調チャンネル、赤色‐緑色
３２ｂ      空間光変調器、青色
３２ｇ      空間光変調器、緑色
３２ｒ      空間光変調器、赤色
３４        偏光子
４２        ４分の１波長板
４４        ミラー
４６        放射ディスプレイ
７２        球面レンズ
７３        カラーコンバイナ
７４        円柱レンズ
７５        レンズ
７６        レンズ
７７        スキャンミラー
７８        ダイクロイックコンバイナ
８２        回転ミラー
８４        スキャンレンズ
８５ｂｇ    電気機械グレーティング光変調器、第４のカラー
８５ｇ      電気機械グレーティング光変調器、緑色
８５ｒ      電気機械グレーティング光変調器、赤色
８５ｒｇ    電気機械グレーティング光変調器、赤色‐緑色
８６        拡散板
８７ｒｇ    二元電気機械グレーティング光変調器
８９        補償要素
９０        ディスプレイ面
９２        ダイクロイックコンバイナ
９３        偏光ビームスプリッタ
９４        ダイクロイックコンバイナ
９６        Ｘ‐キューブ
１１０      クロス‐オーダーフィルタ
２００      可視全域
２０２      装置全域
２０３ｂ    頂点、青色
２０３ｂｇ  第４の頂点
２０３ｇ    頂点、緑色
２０３ｒ    頂点、赤色
３００      投影レンズ
３００ａ    第１の投影レンズ
３００ｂ    第２の投影レンズ
３０２      改良された装置全域
【図１】
2004191943.tif 000003
【図２】
2004191943.tif 000004
【図３ａ】
2004191943.tif 000005
【図３ｂ】
2004191943.tif 000006
【図３ｃ】
2004191943.tif 000007
【図３ｄ】
2004191943.tif 000008
【図３ｅ】
2004191943.tif 000009
【図３ｆ】
2004191943.tif 000010
【図４】
2004191943.tif 000011
【図５】
2004191943.tif 000012
【図６】
2004191943.tif 000013
【図７】
2004191943.tif 000014