(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が青色の光、赤色の光および緑色の光を供給するように構成された複数のライトエンジンモジュールと；、
映像を投影するように構成されたプロジェクタヘッドと；、
前記複数のライトエンジンモジュールから光を受け、受けた光を前記プロジェクタヘッドに伝送するように構成され、少なくとも３ｍの長さを有する光ファイバケーブルと；、
を備え、
各々の前記ライトエンジンモジュールは、
ライトエンジン筐体と；、
前記ライトエンジン筐体に収容された複数の赤色レーザダイオードと；、
前記ライトエンジン筐体に収容された複数の緑色レーザダイオードと；、
前記ライトエンジン筐体に収容された複数の青色レーザダイオードと；、
前記複数の赤色、緑色及び青色レーザダイオードに熱的に結合される冷却プレート、並びに、前記ライトエンジン筐体に収容され、前記レーザダイオードから熱を放散又は除去するよう構成された冷却システムと；、
を備え、
前記複数のライトエンジンモジュールは、ラック内に取り付けられている、モジュール式ビデオプロジェクタシステム。
【請求項２】
前記モジュール式ビデオプロジェクタシステムは、ライトエンジンモジュールを少なくとも５つ有する、請求項１に記載のモジュール式ビデオプロジェクタシステム。
【請求項３】
第１のライトエンジンモジュールにより供給される青色の光は、第２のライトエンジンモジュールにより供給される青色の光と中心波長が異なる、請求項１に記載のモジュール式ビデオプロジェクタシステム。
【請求項４】
第１のライトエンジンモジュールにより供給される緑色の光は、第２のライトエンジンモジュールにより供給される緑色の光と中心波長が異なる、請求項３に記載のモジュール式ビデオプロジェクタシステム。
【請求項５】
第１のライトエンジンモジュールにより供給される赤色の光は、第２のライトエンジンモジュールにより供給される赤色の光と中心波長が異なる、請求項４に記載のモジュール式ビデオプロジェクタシステム。
【請求項６】
前記プロジェクタヘッドは、少なくとも４０００画素の水平解像度を有する映像を投影するように構成されている、請求項１に記載のモジュール式ビデオプロジェクタシステム。
【請求項７】
前記プロジェクタヘッドは、立体映像を投影するように構成されている、請求項１に記載のモジュール式ビデオプロジェクタシステム。
【請求項８】
前記プロジェクタヘッドは、少なくとも１２０Ｈｚのリフレッシュレートを有する映像を投影するように構成されている、請求項１に記載のモジュール式ビデオプロジェクタシステム。
【請求項９】
個々のライトエンジンモジュールは、ライトエンジンモジュールの数を増加又は減少することがそれぞれ、個々のライトエンジンモジュールから提供される光量により前記プロジェクタヘッドからの光出力を増加又は減少させ、これにより前記プロジェクタヘッドに拡張可能な光源を提供するために、ほぼ同じ光出力を提供するように構成されている、請求項１に記載のモジュール式ビデオプロジェクタシステム。
【請求項１０】
モジュール式ビデオプロジェクタシステムに用いられるライトエンジンモジュールであって、
ラック内に取り付けられるように構成されるライトエンジン筐体と；、
前記ライトエンジン筐体内に収容され、赤色の中心波長及び赤色のスペクトル帯域幅を有する赤色の光を生成するように構成された複数の赤色光源と；、
前記ライトエンジン筐体内に収容され、緑色の中心波長及び緑色のスペクトル帯域幅を有する緑色の光を生成するように構成された複数の緑色光源と；、
前記ライトエンジン筐体内に収容され、青色の中心波長及び青色のスペクトル帯域幅を有する青色の光を生成するように構成された複数の青色光源と；、
前記複数の赤色光源から供給される前記赤色の光を光ファイバケーブルへ向けるように構成された赤色光光学システムと；、
前記複数の緑色光源から供給される前記緑色の光を光ファイバケーブルへ向けるように構成された緑色光光学システムと；、
前記複数の青色光源から供給される前記青色の光を光ファイバケーブルへ向けるように構成された青色光光学システムと；、
前記複数の赤色、緑色及び青色光源に熱的に結合される冷却プレート、並びに、前記ライトエンジン筐体に収容され、前記光源から熱を放散又は除去するよう構成された冷却システムと；、
を備え、
前記ライトエンジンモジュールは、モジュール式ビデオプロジェクタシステムのプロジェクタヘッドに対して拡張可能な光源を提供するために、他のライトエンジンモジュールと組み合わされている、ライトエンジンモジュール。
【請求項１１】
前記光ファイバケーブルは、前記赤色の光を受光する１以上の光ファイバと、前記緑色の光を受光する１以上の光ファイバと、前記青色の光を受光する１以上の光ファイバと、を有する、請求項１０に記載のライトエンジンモジュール。
【請求項１２】
前記光ファイバケーブルは、長さが少なくとも３ｍである、請求項１１に記載のライトエンジンモジュール。
【請求項１３】
前記赤色光源は、赤色レーザダイオードを有し、前記緑色光源は、緑色レーザダイオードを有し、前記青色光源は、青色レーザダイオードを有する、請求項１０に記載のライトエンジンモジュール。
【請求項１４】
前記赤色光源は、赤色ＬＥＤを有し、前記緑色光源は、緑色ＬＥＤを有し、前記青色光源は、青色ＬＥＤを有する、請求項１０に記載のライトエンジンモジュール。
【請求項１５】
前記赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤにそれぞれに対応して設けられ、各ＬＥＤからの入力光を受光して偏光を出力するように構成された偏光変換システムと；、
各々の偏光返還システムから出力偏光を受光し、入力光に対応する合成光を出力するように構成された偏光ビームスプリッタと；、
を備え、
各々の偏光変換システムによって受光された光の少なくとも７０％が偏光として出力される、請求項１４に記載のライトエンジンモジュール。
【請求項１６】
プロジェクタヘッドと；、
使用時に、赤色、緑色及び青色の光を前記プロジェクタヘッドに供給する、請求項１０に記載の複数のライトエンジンモジュールと；、
を備える、モジュール式ビデオプロジェクタシステム。
【請求項１７】
前記プロジェクタヘッドは、使用時に、前記複数のライトエンジンモジュールとは異なる空間に配置される、請求項１６に記載のモジュール式ビデオプロジェクタシステム。
【請求項１８】
前記プロジェクタヘッドは、
前記複数のライトエンジンモジュールによって供給された光を変調するように構成された変調素子であって、複数の変調画素を供給するように構成された複数の画素を含む変調素子と、
前記複数の変調画素それぞれを幾何パターンに従って移動させるように構成された光学素子を備える副画素生成器と、
を備える、請求項１６に記載のモジュール式ビデオプロジェクタシステム。
【請求項１９】
複数のプロジェクタヘッドと；、
使用時に、赤色、緑色及び青色の光を前記複数のプロジェクタヘッドに供給する、請求項１０に記載の複数のライトエンジンモジュールと；、
を備える、モジュール式ビデオプロジェクタシステム。
【請求項２０】
前記複数のプロジェクタヘッドの組み合わせは、立体映像を投影するように構成されている、請求項１９に記載のモジュール式ビデオプロジェクタシステム。
【発明の詳細な説明】
【相互参照】
【０００１】
本願は、米国特許法１１９条（ｅ）の下で、２０１２年４月１３日に出願された「Ｌａｓｅｒ  Ｖｉｄｅｏ  Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題する米国仮特許出願第６１／６２４，１６７号、２０１２年１０月３０日に出願された「Ｌａｓｅｒ  Ｖｉｄｅｏ  Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題する米国特許仮出願第６１／７２０，２９５号、２０１３年３月１３日に出願された「Ｖｉｄｅｏ  Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題する米国特許仮出願第６１／７８０，９５８号、および２０１３年４月５日に出願された「Ｖｉｄｅｏ  Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題する米国特許仮出願第６１／８０９，２６８号の優先権の利益を主張するものである。ここに挙げた出願それぞれの内容全体を参照によって本願明細書に引用したものとする。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、全般的には、モジュール式レーザビデオ投影システムのような投影システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
プロジェクタシステムは、スクリーンもしくは拡散表示面に映像もしくは画像を投影するのに使用される。プロジェクタシステムは、光源として、キセノンランプもしくは水銀ランプなどのランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、またはレーザを使用することができる。投影システムの中には、入射光を変調して画像もしくは映像を生成することができるものがある。光の変調は、液晶表示（ＬＣＤ）パネル、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、もしくはエルコス（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ「ＬＣｏＳ」）パネルのような変調パネルを使用して行うことができる。プロジェクタシステムは、投影される映像もしくは画像の色、画質、輝度、コントラスト、および鮮明さを改善するように構成された光学部品、電気部品、および機械部品を含むことができる。
【発明の概要】
【０００４】
本開示のシステム、方法、および装置は、それぞれ革新的な側面を有し、本明細書に開示されている望ましい特性に必須である、または望ましい特性に関係するのは、これらの側面の１つだけではない。請求項の範囲を限定せずに、有利な特徴について概説する。
【０００５】
本明細書に記載されているビデオプロジェクタシステムは、さまざまな機能を提供するための多くの有利な構成を有する。ビデオプロジェクタシステムは、表示スクリーン上に投影するための比較的鮮明で色鮮やかな映像および画像を生成するように操作可能なさまざまな波長を有する光を生成するように構成されたライトエンジンを含む。ビデオプロジェクタシステムは、表示スクリーン上に投影されるビデオ信号を生成するように構成されたビデオプロセッサを含む。ビデオプロジェクタシステムは、ライトエンジンから光を受光して、その光をビデオプロセッサからのビデオ信号に従って変調するように構成された光学エンジンを含む。
【０００６】
これらのシステムそれぞれは、１つのユニットに組み合わされてもよいし、または任意の部分的組み合わせが、それ自体別個のユニットである他のユニットと共に１つのユニットに結合されてもよい。例えば、レーザライトエンジンと光学エンジンを１つの筐体内で組み合わせて１つのユニットを形成することができ、ビデオ処理システムは、有線もしくは無線通信を介してビデオ信号をライト・光学エンジンに送信するのに使用することができる。このことにより、ビデオプロジェクタ（例えば、この場合、ライトエンジンと光学エンジンを組み合わせた形）を偏光しなくても、さまざまなビデオ入力を使用することができる。別の例として、ビデオプロセッサと光学エンジンを１つのユニットに組み合わせることができ、レーザライトエンジンは、設定可能な数のレーザライトエンジンモジュールを使用して光学エンジン・ビデオ処理ユニットからの光出力を調節することができるようなモジュラーシステムとすることができる。別の例として、全ての３つのシステムを１つのユニットに組み合わせて、完全な自己完結型のビデオプロジェクタシステムを形成することができる。いくつかの実施形態では、モジュールによって、もしくはレーザライトエンジン、光学エンジン、および／またはビデオプロセッサへの追加要素によって、追加のシステムおよび／または機能が提供される。
【０００７】
いくつかの実施形態は、１つまたは複数のライトエンジンモジュールと、１つまたは複数のビデオ処理モジュールと、１つまたは複数の光学エンジンモジュールとを含むモジュール式ビデオプロジェクタシステムを提供する。ビデオプロジェクタシステムをモジュラー形態にすることにより、ライトエンジン、ビデオプロセッサ、および／または光学エンジンを動的に構成することができる。
【０００８】
ライトエンジンモジュールは、光学エンジンモジュールに光を供給するように構成された複数のレーザダイオードもしくは他のレーザ光源を含むことができる。ライトエンジンモジュールは、光学エンジンモジュールに伝達するために光出力を合成するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ライトエンジンモジュールは、それぞれのライトエンジンモジュール内部を適切な温度で維持するための冷却システムを含む。
【０００９】
ビデオ処理モジュールは、記憶媒体からビデオデータもしくは画像データを読み取ってもよいし、あるいは、コンピュータ、ゲームコンソール、もしくは他のデジタルビデオプレイヤ（例えば、ブルーレイプレイヤ、ＤＶＤプレイヤなど）のような別のデータソースからのビデオデータもしくは画像データもしくはネットワーク経由で送信されたビデオデータもしくは画像データを受信することができる。ビデオ処理モジュールは、ビデオデータを光学エンジンモジュールに送信して、ライトエンジンモジュールから受光した光を変調することができる。
【００１０】
光学エンジンモジュールは、光ファイバ（例えば、マルチモード光ファイバ）によってライトエンジンモジュールもしくは別の光源から光を受光するように構成することができる。光学エンジンモジュールは、受光した光を積分して実質的に均一な強度を有するほぼ矩形領域の光を生成して、積分した光を光変調パネル（例えば、ＬＣｏＳパネル、ＤＭＤ、ＬＣＤ、もしくは他の空間光変調器）上で走査することができる。いくつかの実施形態では、ライトエンジンモジュールからの光は色成分に分離される。光学エンジンモジュールは、光学部品を利用して、ライトエンジンモジュールからの色の光路を結合して、光を変調パネル上で走査することができる。変調パネルはビデオ処理モジュールから受信したビデオ信号に従って光を変調し、光学エンジンは光を出力してスクリーン上に集束する。光学エンジンモジュールは、光出力を増加させ、解像度を向上させ、および／または立体映像を表示することができるように、２つ以上の変調パネルを含むことができる。
【００１１】
いくつかの実施形態は、光学エンジンモジュールに含まれる変調パネルの解像度を向上させるように構成された光学エンジンモジュールを提供する。光学エンジンモジュールは、例えば、変調パネルからの各画素のサイズを縮小して、その後、縮小画素を屈折させて、高速で連続的にさまざまな形で画素を移動させて、変調パネルの解像度より高い解像度を有する表示ビデオ出力を生成するためのマルチレンズアレイを含む副画素生成器を含むことができる。いくつかの実施形態では、変調パネルは、パネルの向きを変えてさまざまな形で画素を移動させる。高速で連続的に異なる位置で画素を表示することによって、高い解像度が得られる。例えば、２４０Ｈｚの速さで各画素に対して４つの異なる位置で１９２０×１０８０画素を表示させることによって、有効フレームレート６０Ｈｚで３８４０×２１６０画素以上の有効解像度が得られる。いくつかの実施形態では、光学エンジンモジュールは、一方向に沿った解像度が効率的に２倍になるように互いにずらされた画素データを生成する２つの変調パネルを含む。
【００１２】
ビデオプロジェクタシステムは、スペックルの出現、または少なくとも１つにはコヒーレント光の強め合う干渉および弱め合う干渉が原因で生じるさまざまな輝点およびダークスポットの出現を低減するように構成された複数の機能を含むことができる。例えば、ライトエンジンは、光源レーザのスペクトル帯域幅を広げることによって、わずかに異なる周波数を有する複数のレーザエミッタを備えることによって、および／またはＲＦ変調信号をエミッタに注入して光の放射スペクトルを広げることによって、周波数ダイバーシティを向上させるように構成されてもよい。スペックルは、例えば、光学エンジンに対する光の光ファイバ結合、レーザ光源、光変調器、および１つまたは複数のマルチレンズアレイの物理的配向によって得られる角度ダイバーシティ、マルチモードファイバによる光の複数の内部反射および光学部品による時変位相シフトによって得られる位相角ダイバーシティ、およびレーザ光源の機械的回転による偏光ダイバーシティを含む他の手段によって低減することができる。いくつかの実施形態では、プロジェクタ内で実質的に全てのスペックルが低減される。いくつかの実施形態では、表示スクリーンのスペックルを低減するのに、これらのスペックル低減技術のうちの１つまたは複数の技術が採用される。
【００１３】
いくつかの実施形態は、わずかな差のあるほぼ等しい中心波長を有する複数のレーザを組み合わせて波長ダイバーシティを導入することにより、光学エンジンに伝送するための単色出力を供給する仮想レーザ光源を形成するレーザライトエンジンを提供する。この構造は、望ましい色出力もしくは適切な色出力を生成するために繰り返されて、修正されてもよい。これらの複数のレーザは、形成された仮想レーザ光源が比較的高レベルの光を供給すると同時に、形成された画像内のスペックルを低減するように、配向されて組み合わせられてもよい。複数のレーザは、相対的な物理的配向により角度ダイバーシティおよび偏光ダイバーシティを導入するように構成されてもよい。複数のレーザは、注入されたＲＦ変調信号により放射スペクトルを広げるように構成されてもよい。複数のレーザは、スペックルを低減するために互いにインコヒーレントになるように選択されてもよい。
【００１４】
いくつかの実施形態は、少なくとも１つの光源を備えたライトエンジンモジュールと、ビデオ処理モジュールと、光学エンジンモジュールとを含むモジュール式ビデオプロジェクタシステムを提供する。ライトエンジンモジュール、ビデオ処理モジュール、および光学エンジンモジュールは、少なくとも１つの組立構造体内でケーブルによって直接もしくは間接的に互いに接続可能な別個のモジュールを備える。少なくとも１つの組立構造体内で、光学エンジンモジュールは、ビデオ処理モジュールによって生成されたビデオデータを受信し、ライトエンジンモジュールによって供給された光を受光し、ビデオ処理モジュールによって生成されたビデオデータに基づいてライトエンジンモジュールによって供給された光を変調して、変調光を投影するように構成される。
【００１５】
いくつかの実施態様では、ライトエンジンモジュールはレーザ光を供給する。いくつかの実施態様では、光源は複数のレーザを備える。
【００１６】
いくつかの実施態様では、モジュール式ビデオプロジェクタシステムはさらに、組立ビデオプロジェクタシステムにケーブルによって直接もしくは間接的に接続可能な第２のライトエンジンモジュールを含む。さらに別の態様では、第１のライトエンジンモジュールおよび第２のライトエンジンモジュールはレーザ光を供給する。
【００１７】
いくつかの実施態様では、光学エンジンモジュールはさらに、ビデオ処理モジュールによって供給されたビデオデータに基づいてライトエンジンモジュールから受光した光を変調し、受光画素のサイズを縮小し、有界出力画素範囲内の縮小画素を少なくとも２カ所の位置に移動させるように構成され、縮小画素は、ビデオデータのフレームレートの少なくとも２倍の速さで少なくとも２カ所の位置に移動される。
【００１８】
いくつかの実施態様では、ライトエンジンモジュールによって供給された光は、少なくとも３色を含み、光学エンジンは少なくとも１つの変調素子の表面上で３色それぞれに対して別個の帯域を走査するように構成される。別の態様では、帯域間に実質的に光のないギャップが存在する。さらに別の態様では、光学エンジンは、走査を実行する回転屈折素子を含む。
【００１９】
いくつかの実施形態は、複数の色の光を供給するように構成された複数のレーザを備えるライトエンジンモジュールを含むレーザプロジェクタシステムを提供する。レーザプロジェクタシステムは、光ファイバケーブル経由で複数の色の光を受光し、受光した光を少なくとも２つのＬＣｏＳ変調パネルを使用して変調することにより投影出力ビデオを生成するように構成されたビデオ出力モジュールを含む。
【００２０】
いくつかの実施形態は、入力ビデオ信号に対応する変調信号を生成するように構成されたビデオ処理システムを含むプロジェクタシステムを提供する。プロジェクタシステムは、変調信号を受信し、複数の光源からの光を変調して出力表示を生成するように構成されたプロジェクタ出力モジュールを含む。プロジェクタ出力モジュールは、入力ビデオ信号の少なくとも約２倍の有効解像度を有する出力表示を生成するように構成される。
【００２１】
いくつかの実施形態は、ネイティブ解像度を有する入力ビデオ信号に対応する変調信号を生成するように構成されたビデオ処理システムを含むプロジェクタシステムを提供する。プロジェクタシステムは、変調信号を受信して、ネイティブ解像度の少なくとも約２倍の出力解像度を有する出力ビデオを生成するように構成されたプロジェクタ出力モジュールを含む。
【００２２】
いくつかの実施態様では、入力ビデオのフレームレートは約３０Ｈｚであり、出力ビデオのフレームレートは少なくとも約６０Ｈｚである。いくつかの実施態様では、ネイティブ解像度は少なくとも約１０８０本の垂直線であり、出力解像度は少なくとも約４３２０本の垂直線である。
【００２３】
いくつかの実施形態は、光を受光して、実質的に矩形の帯状に光を発散させる積分器を含むプロジェクタシステムを提供する。プロジェクタシステムは、画素配列を備え、光を変調して変調画素配列を生成するように構成された少なくとも１つの変調素子を含む。プロジェクタシステムは、複数の光学素子と可動屈折素子とを備える副画素生成器を含む。複数の光学素子は、変調画素配列を受信して、変調画素配列内の変調画素それぞれのサイズを縮小するように構成される。屈折素子は、縮小画素を移動させるように構成される。副画素生成器と変調素子とを組み合わせることにより、投影出力ビデオが生成される。
【００２４】
いくつかの実施態様では、投影出力ビデオの解像度は変調素子の解像度の少なくとも約２倍である。いくつかの実施態様では、投影出力ビデオの解像度は変調素子の解像度の少なくとも約４倍である。
【００２５】
いくつかの実施形態は、光を受光して、第１の方向に沿った幅と幅より短い第２の方向の高さとを有する実質的に矩形の帯状に光を発散させる積分器を含むプロジェクタシステムを提供する。プロジェクタシステムは、矩形の帯の第２の方向に沿って積分器からの光を走査するように構成された走査システムを含む。プロジェクタシステムは、走査システムから光を受光して、受光した光を偏光するように構成された偏光システムを含む。プロジェクタシステムは、偏光された光を受光して、偏光された光を変調するように構成された少なくとも２つの変調素子であって、第１の変調素子は第１の偏光を示す光を変調し、第２の変調素子は第２の直交する偏光を示す光を変調する少なくとも２つの変調素子を含む。プロジェクタシステムは、第１の変調素子からの変調光と第２の変調素子からの変調光とを合成して立体ビデオ出力を生成するように構成された光学システムを含む。
【００２６】
いくつかの実施形態は、副画素生成器を使用してプロジェクタシステムの解像度を向上させる方法を提供する。該方法は、ソースビデオに従って変調された変調光を受光するステップを含む。該方法は、変調光をレンズアレイに向けるステップであって、各変調画素をレンズアレイのレンズに向けるステップを含む。該方法は、レンズを使用して受光画素のサイズを縮小するステップを含む。該方法は、屈折素子を使用して高速で連続的に有界出力画素範囲内の縮小画素を少なくとも２カ所の位置に移動させるステップを含む。縮小画素は、ソースビデオのフレームレートの少なくとも２倍の速さで少なくとも２カ所の位置に移動される。
【００２７】
いくつかの実施形態は、光源と、第１の解像度および第１のフレームレートを有するデジタルビデオデータを供給するように構成されたビデオ処理エンジンと、光路とを含むビデオプロジェクタシステムを提供する。光路は、ビデオ処理システムからデジタルビデオデータを受信し、光源により供給された光を受光し、変調素子を使用して受光した光を変調するように構成され、変調光は複数の画素を含む。光路はさらに、変調画素の個々の画素に対して、変調画素のサイズを縮小することにより変調副画素を生成して、変調副画素を少なくとも２カ所の異なる位置に移動させるように構成される。光路はさらに、少なくとも２カ所の位置のそれぞれにおいて出力ビデオとして変調副画素を投影するように構成される。
【００２８】
いくつかの実施態様では、副画素は、変調画素のサイズによって規定される領域内で移動される。いくつかの実施態様では、副画素は、所定の幾何パターンに従って移動される。いくつかの実施態様では、少なくとも２カ所の位置は、少なくとも４つの異なる位置を含む。
【００２９】
いくつかの実施態様では、光源はレーザ光を供給する。いくつかの実施態様では、光源は、複数の発光ダイオードによって生成された光を供給する。
【００３０】
いくつかの実施態様では、光路は、ライトエンジンモジュールから受光した光を変調するように構成された少なくとも１つの変調素子を含む。別の態様では、少なくとも１つの変調素子は、エルコス（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ「ＬＣｏＳ」）パネルを備える。さらに別の態様では、光路は、少なくとも２つの変調素子を含む。また別の態様では、２つの変調素子のうちの第１の変調素子からの投影光は、２つの変調素子のうちの第２の変調素子からの投影光から分数画素だけ空間的にずらされる。
【００３１】
いくつかの実施態様では、光路は、変調画素を受信して変調副画素を生成するように構成されたマイクロレンズアレイを含む。いくつかの実施態様では、光路は、変調副画素を受信して変調副画素を移動させるように構成された可動屈折素子を含む。
【００３２】
いくつかの実施態様では、出力ビデオの有効水平解像度は少なくとも約３８４０水平画素である。いくつかの実施態様では、出力ビデオの有効水平解像度は少なくとも約４０００水平画素である。
【００３３】
いくつかの実施態様では、投影変調副画素は、ライトエンジンモジュールから受光した光を変調するように構成された変調素子のネイティブ解像度の少なくとも約２倍の有効解像度を有する投影出力ビデオを生成する。さらに別の態様では、有効解像度は、変調素子のネイティブ解像度の少なくとも約４倍である。
【００３４】
いくつかの実施形態は、光源と、デジタルビデオデータを生成するように構成されたビデオ処理エンジンと、ビデオ処理システムからデジタルビデオデータを受信し、光源によって生成された光を受光するように構成された光路とを含むビデオプロジェクタシステムを提供する。光路は、受信したデジタルビデオデータに基づいて受光した光を変調するように構成された少なくとも２つの変調素子を含み、変調光は複数の画素を含む。光路はさらに、少なくとも２つの変調素子によって変調された光を屈折させて、表示面上に投影するために変調光を出力するように構成された光学系を含む。光路はさらに、少なくとも２つの変調素子のうちの第１の変調素子によって変調された投影光が少なくとも２つの変調素子のうちの第２の変調素子によって変調された投影光に対して空間的にずらされるように構成される。
【００３５】
いくつかの実施態様では、投影光は、個々の変調素子のネイティブ解像度の少なくとも  ２倍の有効解像度を有する。
【００３６】
いくつかの実施形態は、少なくとも２色の光を供給する光源と、ソース解像度およびソースフレームレートを有するデジタルビデオデータを供給するように構成されたビデオ処理エンジンと、ビデオ処理エンジンからデジタルビデオデータを受信し、光源によって生成された光を受光するように構成された光路とを含むビデオプロジェクタを提供する。光路は、入射光を変調するように構成された変調素子を含む。光路は、特定の時点で各色が他の色のいずれとも異なる変調素子部分に入射するように、変調素子上で異なる色の光を走査する走査システムを含む。
【００３７】
いくつかの実施態様では、光源は少なくとも３色の光を供給する。別の態様では、走査システムは、３色の光それぞれに対して別個の走査素子を備える１組の走査素子を含み、それぞれの走査素子は、変調素子に各色の光を向けるように移動するように構成される。走査素子は、互いに対して角度をずらして配置され、この角度のずれにより、特定の時点で各走査素子から発せられた光が他の走査素子から発せられた光とは異なる変調素子部分に照射される。さらに別の態様では、走査素子それぞれは回転素子を備え、回転素子の回転により、回転素子から発せられた光を変調素子上で走査することができる。別の態様では、回転素子は、六角形状屈折素子を備える。いくつかの実施態様では、走査システムは、特定の時点で、第１の色の光で変調素子の第１の帯域を照射し、第２の色の光で変調素子の第２の帯域を照射し、第３の色の光で変調素子の第３の帯域を照射する。さらに別の態様では、走査システムは、特定の時点で、照射帯域間の変調素子の一部を照射しない。
【００３８】
いくつかの実施態様では、走査システムは、変調素子の照射領域間に実質的に光のないギャップを形成するように構成される。
【００３９】
いくつかの実施態様では、光源は複数のレーザを備える。いくつかの実施態様では、光源は複数の発光ダイオードを備える。
【００４０】
いくつかの実施形態は、デジタルビデオデータを生成するように構成されたビデオ処理エンジンからデジタルビデオデータを受信し、少なくとも２色の光を供給する光源により生成された光を受光するように構成された光路を含むビデオプロジェクタを提供する。光路は、入射光を変調するように構成された変調素子と、特定の時点で各色が他の色のいずれとも異なる変調素子部分に入射するように変調素子上で少なくとも２色の異なる色の光を走査するように構成された走査システムを含む。
【００４１】
いくつかの実施態様では、光源は少なくとも３色の光を供給する。別の態様では、走査システムは、３色の光それぞれに対して別個の走査素子を含む１組の走査素子を含み、それぞれの走査素子は各色の光を変調素子に向けるように移動するように構成される。走査素子は、互いに対して角度をずらして配置され、この角度のずれにより、特定の時点で各走査素子から発せられた光が他の走査素子から発せられた光とは異なる変調素子部分に当たるようになる。さらに別の態様では、走査素子それぞれは回転素子を備え、回転素子の回転により、回転素子から発せられた光を変調素子上で走査することができる。別の態様では、回転素子は、六角形状屈折素子を備える。さらに別の実施態様では、走査システムは、特定の時点で、第１の色の光で変調素子の第１の帯域を照射し、第２の色の光で変調素子の第２の帯域を照射し、第３の色の光で変調素子の第３の帯域を照射する。さらに別の態様では、走査システムは、特定の時点で、照射帯域間の変調素子の一部を照射しない。いくつかの実施態様では、走査システムは、変調素子上の照射領域間に実質的に光のないギャップを形成するように構成される。
【００４２】
いくつかの実施態様では、光源は複数のレーザを備える。いくつかの実施態様では、光源は複数の発光ダイオードを備える。
【００４３】
いくつかの実施態様では、ビデオプロジェクタは光源を含む。いくつかの実施態様では、ビデオプロジェクタはビデオ処理エンジンを含む。
【００４４】
いくつかの実施形態は、ビデオプロジェクタシステムにおいて光を変調する方法を提供する。該方法は、光源から少なくとも２色の光を受光するステップを含む。該方法は、ビデオ処理エンジンから、ソース解像度およびソースフレームレートを有するデジタルビデオデータを受信するステップを含む。該方法は、光源から受光した光を光路に沿って変調素子に向けるステップを含む。該方法は、受信したデジタルビデオデータに従って、変調素子に入射した光を変調するステップを含む。該方法は、特定の時点で各色が変調素子の異なる部分に入射するように、変調素子上で少なくとも２色の光を走査するステップを含む。
【００４５】
いくつかの実施態様では、特定の時点で、変調素子に入射する各色間に実質的に光のないギャップが存在する。
【００４６】
いくつかの実施態様では、光を走査するステップは、回転屈折素子を使用して光を屈折させるステップを含む。別の態様では、回転屈折素子は六角形状屈折素子を含む。
【００４７】
いくつかの実施態様では、該方法は、各色それぞれの第１の偏光の光を光路に沿って導くステップと、各色それぞれの第２の直交偏光の光を第２の光路に沿って導くステップとを含む。別の態様では、該方法は、第２の変調素子を使用して第２の光路に沿って導かれた光を変調するステップを含み、第２の直交偏光を示す光は第２の変調素子に入射する。別の態様では、該方法は、特定の時点で各色が第２の変調素子の異なる部分に入射するように第２の変調素子上で第２の光路からの光を走査するステップを含む。別の態様では、該方法は、光路からの変調光と第２の光路からの変調光とを合成するステップと、合成された変調光を表示スクリーン上に投影するステップとを含む。別の態様では、合成された変調光は、表示スクリーン上で立体画像を形成する。
【００４８】
いくつかの実施形態は、少なくとも１つの光源を備えるライトエンジンモジュールと、ライトエンジンモジュールとは別個のパッケージに収容された光学エンジンモジュールとを含むモジュール式ビデオプロジェクタシステムを提供する。光学エンジンモジュールは、ビデオ処理機器によって生成されたビデオデータを受信し、ライトエンジンモジュールによって供給された光を受光し、ビデオ処理機器によって生成されたビデオデータに基づいてライトエンジンモジュールによって供給された光を変調して、変調光を投影するように構成される。
【００４９】
いくつかの実施態様では、ライトエンジンモジュールはレーザ光を供給する。別の態様では、光学エンジンモジュールとライトエンジンモジュールは、少なくとも１本の光ケーブルで接続される。
【００５０】
いくつかの実施態様では、モジュール式プロジェクタシステムはさらに、光学エンジンモジュールに接続される少なくとも第２のライトエンジンモジュールを含む。いくつかの実施態様では、光学エンジンモジュールは、同時に３個以下の別個のライトエンジンモジュールと共に動作するように構成される。いくつかの実施態様では、光学エンジンモジュールは、同時に４個以下の別個のライトエンジンモジュールと共に動作するように構成される。いくつかの実施態様では、光学エンジンモジュールは、同時に５個以下の別個のライトエンジンモジュールと共に動作するように構成される。いくつかの実施態様では、光学エンジンモジュールは、任意で、同時に１〜５個の別個のライトエンジンモジュールと共に動作するように構成される。
【００５１】
いくつかの実施態様では、光学エンジンモジュールはさらに、第２のライトエンジンモジュールによって供給された光を受光し、ビデオ処理機器によって生成されたビデオデータに基づいてライトエンジンモジュールによって供給された光を変調し、変調光を投影するように構成される。別の態様では、第１のライトエンジンモジュールおよび第２のライトエンジンモジュールはレーザ光を供給する。別の態様では、第１のライトエンジンモジュールと第２のライトエンジンモジュールは、少なくとも１本の光ケーブルで光学エンジンモジュールに接続される。いくつかの実施態様では、光源は複数のレーザを備える。
【００５２】
いくつかの実施態様では、光学エンジンモジュールはさらに、ビデオ処理機器によって生成されたビデオデータに基づいてライトエンジンモジュールから受光した光を変調し、受光画素のサイズを縮小して、有界出力画素範囲内の縮小画素を少なくとも２カ所の位置に移動させるように構成され、縮小画素は、ソースビデオのフレームレートの少なくとも２倍の速さで少なくとも２カ所の位置に移動される。別の態様では、縮小画素は、ソースビデオのフレームレートの少なくとも４倍の速さで少なくとも４カ所の位置に移動される。
【００５３】
いくつかの実施態様では、ライトエンジンモジュールによって供給される光は少なくとも３色を含み、光学エンジンは少なくとも１つの変調素子の表面上で３色それぞれに対して別個の帯域を走査するように構成される。別の態様では、帯域間に実質的に光のないギャップが存在する。別の態様では、光学エンジンは、走査を実行する回転屈折素子を含む。
【００５４】
いくつかの実施態様では、モジュール式ビデオプロジェクタシステムはさらに、ビデオ処理機器を含み、少なくとも光学エンジンモジュールとは別個のパッケージを有するビデオ処理モジュールを含む。別の態様では、ビデオ処理モジュールは、光学エンジンモジュールおよびライトエンジンモジュールとは別個のパッケージを有する。
【００５５】
いくつかの実施形態は、複数の色の光を供給するように構成された複数のレーザを備えるライトエンジンモジュールと、光ファイバケーブル経由で複数の色の光を受光し、受光した光を少なくとも１つの変調素子を使用して変調し、投影出力ビデオを生成するように構成されたビデオ出力モジュールとを含むレーザプロジェクタシステムを提供する。例えば、少なくとも１つの変調素子はＬＣｏＳ変調パネルとすることができる。
【００５６】
いくつかの実施態様では、ビデオ出力モジュールは、受光した光を少なくとも２つの変調素子（例えば、ＬＣｏＳ変調パネル）を使用して変調することにより、投影出力ビデオを生成する。
【００５７】
いくつかの実施形態は、入力ビデオ信号に対応する変調信号を生成するように構成されたビデオ処理システムを含むプロジェクタシステムを提供する。プロジェクタシステムは、変調信号を受信し、ネイティブ画素解像度を有する少なくとも１つの光変調素子を使用して投影出力ビデオを生成するように構成されたプロジェクタ出力モジュールを含む。出力ビデオは、光変調素子のネイティブ画素解像度の少なくとも約２倍の有効出力解像度を有する。
【００５８】
いくつかの実施態様では、有効出力解像度はネイティブ画素解像度の少なくとも約４倍である。いくつかの実施態様では、入力ビデオ信号のフレームレートは約３０Ｈｚであり、出力ビデオのフレームレートは少なくとも約６０Ｈｚである。いくつかの実施態様では、ネイティブ画素解像度は少なくとも約１０８０本の垂直線であり、有効出力解像度は少なくとも約４３２０本の垂直線である。
【００５９】
いくつかの実施形態は、ビデオ処理エンジンからデジタルビデオデータを受信し、光源から光を受光するように構成された光路を含むビデオプロジェクタシステムを提供する。光路は、変調素子を使用して、受信したデジタルビデオデータに従って、受光した光を変調するように構成され、変調光は複数の画素を含む。光路は、変調画素それぞれに対して、変調画素のサイズを縮小することによって変調副画素を生成し、変調画素のサイズによって規定された領域内で幾何パターンに従って副画素を移動させるように構成される。
【００６０】
いくつかの実施態様では、幾何パターンは副画素周波数で繰り返される。別の態様では、副画素周波数はデジタルビデオデータのフレームレートより高い。
【００６１】
いくつかの実施態様では、光路は、変調画素のサイズを縮小するように構成された複数の光学素子を備える。別の態様では、複数の光学素子はマイクロレンズアレイを備える。
【００６２】
いくつかの実施態様では、光路は、幾何パターンに従って副画素を移動させるように構成された屈折素子を備える。
【００６３】
いくつかの実施態様では、光源はレーザ光を供給する。いくつかの実施態様では、光源は、複数の発光ダイオードによって生成された光を供給する。
【００６４】
いくつかの実施態様では、変調素子はＬＣｏＳパネルを備える。いくつかの実施態様では、光路は少なくとも２つの変調パネルを備える。別の態様では、２つの変調パネルのうちの第１の変調パネルからの投影光は、第２の変調パネルからの投影光とは異なる偏光を示す。
【００６５】
いくつかの実施態様では、受信したデジタルビデオデータの水平解像度は少なくとも約３８４０水平画素である。
【００６６】
いくつかの実施態様では、投影変調副画素は、ライトエンジンモジュールから受光した光を変調するように構成された変調素子のネイティブ解像度の少なくとも約２倍の有効解像度を有する投影出力ビデオを生成する。別の態様では、有効解像度は、変調素子のネイティブ解像度の少なくとも約４倍である。
【００６７】
いくつかの実施形態は、ビデオ処理エンジンからデジタルビデオデータを受信し、光源から光を受光するように構成された光路を含むビデオプロジェクタシステムを提供する。光路は、受信したデジタルビデオデータに従って入射した受光光を変調するように構成された変調素子を含み、変調素子は複数の変調画素を生成するように構成された複数の画素を含む。光路は、複数の変調画素それぞれを幾何パターンに従って移動させるように構成された光学素子を備える副画素生成器を含む。
【００６８】
いくつかの実施態様では、副画素生成器の光学素子は可動屈折素子を備える。いくつかの実施態様では、副画素生成器はさらに、複数の変調画素それぞれのサイズを縮小するように構成された複数のレンズを備える。別の態様では、幾何パターンのサイズは変調画素のサイズによって規定される。いくつかの実施態様では、副画素生成器は、光学素子を移動させるように構成された機械要素をさらに備える。
【００６９】
いくつかの実施態様では、ビデオプロジェクタシステムはさらに光源を含む。別の態様では、光源は複数のレーザからの光を供給する。別の態様では、光源は複数のＬＥＤからの光を供給する。
【００７０】
いくつかの実施態様では、ビデオプロジェクタシステムはさらに、光源からの光を変調素子上で走査するように構成された走査システムを含む。いくつかの実施態様では、ビデオプロジェクタシステムはさらに、変調画素を出力ビデオとして投影するように構成されたプロジェクタレンズを含む。
【００７１】
いくつかの実施形態は、ビデオプロジェクタシステムを使用してビデオストリームを表示する方法を提供する。該方法は、ビデオ処理エンジンからデジタルビデオデータを受信するステップを含む。該方法は、光源から光を受光するステップを含む。該方法は、変調素子を使用して、受信したデジタルビデオデータに従って、受光した光を変調するステップを含み、変調光は複数の画素を含む。該方法は、変調画素それぞれに対して、変調画素のサイズを縮小することによって変調副画素を生成するステップと、変調副画素を変調画素のサイズによって規定された領域内で幾何パターンに従って移動させるステップとを含む。
【００７２】
いくつかの実施態様では、変調画素のサイズを縮小するステップは、マイクロレンズアレイを使用して変調画素の画像を生成するステップを含み、変調画素のサイズの変調副画素のサイズに対する比の値は、少なくとも約２である。いくつかの実施態様では、該方法はさらに、出力ビデオとして変調副画素を投影するステップを含む。
【００７３】
いくつかの実施態様では、副画素を移動させるステップは、変調副画素が幾何パターンに従って移動するように屈折素子を移動させるステップを含む。別の態様では、屈折素子を移動させるステップは、機械要素を使用して屈折素子の配向を調節するステップを含む。別の態様では、機械要素を移動させるステップは、屈折素子に結合されている複数のスピーカに電気信号を送信することにより、スピーカ内の電気音響素子が自身に結合されている屈折素子の一部を移動させるように作用するステップを含む。
【００７４】
いくつかの実施態様では、幾何パターンはパターン周波数で繰り返される。別の態様では、パターン周波数はデジタルビデオデータのフレームレートより高い。
【００７５】
いくつかの実施形態は、デジタルビデオデータから導出された信号に応答して、光源によって生成される光であって、少なくとも第１の色の第１の光および第２の色の第２の光に対応する入射光を変調するように構成された変調素子を含むビデオプロジェクタを提供する。ビデオプロジェクタは、光路内で変調素子の前に位置決めされるスキャナを含む。スキャナは、通過する第１の帯域の第１の光を変調素子の少なくとも一部に向けるように構成された第１の光学素子を含む。スキャナは、通過する第２の帯域の第２の光を変調素子の一部に向けるように構成された第２の光学素子を含み、第１の帯域および第２の帯域は、変調素子の一部に移った時にも実質的に別個の帯域として維持される。
【００７６】
いくつかの実施態様では、第１の光学素子および第２の光学素子は、第１の帯域の光および第２の帯域の光を変調素子の一部に向けるように移動する。別の態様では、第１の光学素子は、実質的に第２の光学素子の形状と同様の幾何学的形状を有する。別の態様では、第１の光学素子および第２光学素子は、互いに対して回転方向にずらされ、第１の帯域の光および第２の帯域の光を変調素子の一部に向けるように同時に回転する。
【００７７】
図面は、本明細書に記載されている実施形態例を示すためのものであり、本開示の範囲を制限するものではない。全ての図面において、参照番号は参照要素同士がほぼ同じものであることを示すのに繰り返し使用されている場合もある。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１Ａ】いくつかの実施形態のモジュール式ビデオプロジェクタシステムのブロック図である。
【００７９】
【図１Ｂ】ビデオ処理モジュール、複数のライトエンジンモジュール、および光学エンジンモジュールを備えたモジュール式ビデオプロジェクタシステムの実施形態例を示した図である。
【００８０】
【図２】より大型の表示スクリーンに対応するために追加モジュールをモジュール式ビデオプロジェクタシステムに追加した一例を示した図である。
【００８１】
【図３】いくつかの実施形態のモジュール式ビデオプロジェクタシステム内の光学エンジンモジュールとして使用されるビデオプロジェクタ用光学エンジンの一例のブロック図である。
【００８２】
【図４】ビデオプロジェクタシステム内のスリット走査システムの一例を示した図である。
【００８３】
【図５】光源を垂直方向に走査するマイクロレンズアレイと併用されるスピナーを示した図である。
【００８４】
【図６】マイクロレンズと併用され、赤色、緑色、および青色の光源それぞれに対して１つのスピナーを有するスピナーシステムの一実施形態を示した図である。
【００８５】
【図７】変調パネル上で、赤色、緑色、および青色の光源を垂直方向に走査するスリット走査システムの一例を示した図である。
【００８６】
【図８Ａ】いくつかの実施形態の４方向偏光素子と二重変調パネルを示した図である。
【００８７】
【図８Ｂ】２つのＬＣｏＳパネルによって生成された画素の構成例を示した図であり、２つのＬＣｏＳパネルの対応画素が整列された図である。
【００８８】
【図８Ｃ】２つのＬＣｏＳパネルによって生成された画素の構成例を示した図であり、２つのＬＣｏＳパネルの対応画素がずらされた図である。
【００８９】
【図９】ビデオプロジェクタシステム内の形状可変ミラーの機能例を示した図である。
【００９０】
【図１０Ａ−Ｃ】副画素生成器の実施形態を示した図である。
【００９１】
【図１０Ｄ−Ｅ】ビデオプロジェクタシステム用の副画素生成器の可動屈折素子の例を示した図である。
【００９２】
【図１０Ｆ】ビデオプロジェクタシステム内の副画素照射パターンのいくつかの例を示した図である。
【００９３】
【図１０Ｇ−Ｉ】マイクロレンズアレイおよび可動光変調パネルを使用した副画素生成の例を示した図である。
【００９４】
【図１０Ｊ−Ｍ】ビデオプロジェクタシステム用の副画素生成器のウォブラの一例をさまざまな角度から見た図である。
【００９５】
【図１０Ｎ】図１０Ｊ〜Ｍに示されているウォブラの分解図である。
【００９６】
【図１１Ａ−Ｂ】レーザプロジェクタシステム内のいくつかの実施形態のライトエンジンモジュールの概略図である。
【００９７】
【図１２】ライトエンジンの出力を向上させるために同じ色の複数のＬＥＤからの光を合成するためのシステムの一例を示した図である。
【００９８】
【図１３】複数の色のＬＥＤに対して図１２のＬＥＤ合成システムを採用したライトエンジンの一例を示した図である。
【００９９】
【図１４】図１２の複数のＬＥＤ合成システムを採用した、立体出力を生成するライトエンジンの一例を示した図である。
【０１００】
【図１５】ダイクロイックミラー、偏光ビームスプリッタ、および偏光格子−偏光変換システムを使用してＬＣｏＳパネル上に合成される複数のＬＥＤを備えたライトエンジンの一例を示した図である。
【０１０１】
【図１６】ビデオプロジェクタシステムと共に使用されるライトエンジンモジュールの一例を示した図である。
【０１０２】
【図１７Ａ−Ｄ】複数のレーザダイオードを備える光源例を示した図である。
【０１０３】
【図１８Ａ−Ｃ】図１７Ａ〜Ｄに示されているレーザダイオード光源と共に使用されるＰＣＢボードおよびヒートシンクの例を示した図である。
【０１０４】
【図１９】ビデオプロセッサ用電子回路基板の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０１０５】
特定の実施例および実施形態に関して、本開示の種々の態様について後述する。実施例および実施形態は、本開示を説明するためのものであって、本開示を限定するものではない。本開示内のいずれの内容も、開示されている実施形態の任意の特定の機能もしくは特徴が必須であることを意味するものではない。保護範囲は、本明細書の後に記載されている請求項によって定義され、本明細書内で説明されている任意の特定の実施形態によって定義されるのではない。
【０１０６】
以下の説明は、プロジェクタシステムからのカラー映像およびカラー画像の表示に関する。カラー画像の作成を可能にする赤色、緑色、および青色の光について述べる。所望の映像および画像を作成するのに他の色および他の色の組み合わせを使用することも可能である。本開示はこれらの他の色の組み合わせにも適用可能であり、本開示は特定の一部の色に限定されるものではないが、説明を簡単にするために、開示全体を通して赤色、緑色、および青色の色が使用されている。また、特定の実施形態はＬＣｏＳパネルを含む、もしくは使用するものとして記載されているが、他のタイプの光変調器も本明細書に記載されている実施形態に適合する。
【０１０７】
従来のプロジェクタシステムは、全ての構成部品を１つのボックス内に組み込んだものである。このようなシステムでは、一般的には、プロジェクタに光を供給するのにランプが使用される。一般的に、キセノンランプもしくは水銀ランプが使用される。これらのランプは、比較的多量の熱を発生させるので、費用のかかる、もしくは騒音を出す冷却システムを利用する場合がある。熱は光学部品もしくは電気部品を損傷する可能性がある。キセノンランプは赤外線を生成することが周知であるが、赤外線によりランプから放出される熱の量はさらに増加する。またキセノンランプは紫外線を生成することも周知であり、紫外線によりレンズ部品内の物質の有機物分解、例えば、染料の分解が生じる可能性がある。一般的に、このようなシステムにおいては、生成される光を効率的に集光して使用するために、ランプ光源をプロジェクタシステムの変調部品の近くに配置するのが望ましい。
【０１０８】
本明細書内に記載されている特定のプロジェクタは、レーザ光源もしくはＬＥＤ光源を使用する。特定の実施形態によれば、光源は、例えば、光ファイバケーブルを使用して物理的および／または空間的にプロジェクタ内の光学部品から分離される。いくつかの実施形態では、狭い電磁波帯域の放射線を放つレーザもしくはＬＥＤが選択されるので、有害な赤外線もしくは紫外線を生成する可能性はない。いくつかの実施形態では、広帯域光源が使用される場合もある。
【０１０９】
全ての構成部品が１つのユニットに組み込まれたプロジェクタシステムの中には、メンテナンスまたはアップグレードが難しいものがある。本明細書に示されているモジュール式システムでは、新技術が利用可能になった場合に、プロジェクタシステム内の他の構成部品の機能を損なわずに、モジュールを最新の状態にすることができる。例えば、プロジェクタシステムは、特定の時点では効率が悪い場合もあるが、経時的に見て、より効率的でコスト効率が良く強力であると言える緑色レーザダイオードのように、技術が向上した時にレーザモジュールを最新の状態にすることができる。さらに、モジュールは、新しい技術開発を利用するためにアップグレードもしくは再構築されてもよい。しかし、用途によっては、セットアップの容易さ、コンパクトさ、または他の要素から考えて、映像を投影するのに使用される全ての構成部品を組み込んだ１つのユニットにすることが有利であり、望ましい場合がある。
【０１１０】
典型的なプロジェクタシステムでは、光出力を増加させるためにプロジェクタシステムに複数のランプが追加されることにより、プロジェクタ内の熱を増加させる。このような解決策は、より多くの損傷をもたらす可能性があり、プロジェクタを冷却するのにより多くの電力が消費される可能性がある。本明細書に示されているモジュール式レーザプロジェクタシステムは、複数の光源を積み重ねて、例えば、プロジェクタシステムの他の要素内の熱を増加させずに、変調素子への光入力を増加させるように構成される。
【０１１１】
いくつかの実施形態では、レーザプロジェクタシステムは、ＬＣｏＳパネル、ＤＭＤ、もしくはＬＣＤパネルなどの変調器を照射するためにコヒーレント光源を使用することができる。コヒーレント光源を使用すると、光学的に粗い表面に光が投影された時にスペックルが生じる可能性がある。スペックルは、投影像内の目に見えるアーチファクトであり、さまざまな強度の光もしくは「サンドペーパーのような」光の輝点として現れる。スペックルは、強め合うようにまた弱め合うように干渉する可能性のある光のコヒーレント波面がスクリーン上にさまざまな明るい点や暗い点を発生させることで、引き起こされる可能性がある。スペックルは、画像の解像度や鮮明さを低下させる１つの原因と言える。したがって、レーザのような高コヒーレント光源を組み込んで、投影像内のスペックルの出現を低減したプロジェクタシステムを提供するのが有利である場合がある。
モジュール式プロジェクタシステムの概要
【０１１２】
図１Ａは、いくつかの実施形態のモジュール式ビデオプロジェクタシステム１００のブロック図である。モジュール式ビデオプロジェクタシステム１００は、スクリーン１２０に表示される映像を作成するために、光、ビデオ信号、および光変調を生成するのに使用されるさまざまなモジュールを含む。ビデオプロジェクタシステム１００をモジュラー形式にすることにより、さまざまな利点が得られる。例えば、これらに限定されないが、修理が容易になる、構成部品もしくはモジュールのアップグレードが容易になる、プロジェクタの光出力が増加する、次世代の技術との前方互換性が得られる、表示される映像もしくは画像の画質が向上する、解像度が向上する、立体映像が得られる、さまざまなビデオフォーマットとの互換性が得られる、プロジェクタの部品間の冗長性が得られる、保護データ入力からの情報を復号する、複数の画面に１つのビデオソースからの情報を表示する、１つの画面に複数のビデオソースからの情報を表示する、スペックルを低減するなどの利点が得られる。
【０１１３】
ビデオプロジェクタシステム１００は、ビデオ信号を供給するように構成された１つまたは複数のビデオ処理モジュール１０５を含む。ビデオ処理モジュール１０５は、ケーブル１０７を使用して光学エンジンモジュール１１５に信号を送信するが、無線で通信することも可能である。ビデオ処理モジュール１０５は、１つまたは複数のビデオソースからの情報を変換して光学エンジンモジュール１１５にビデオ信号を送信し、光学エンジンモジュール１１５内の光変調素子を少なくとも部分的に作動させる。いくつかの実施形態では、ビデオ処理モジュール１０５は、光学エンジンモジュール１１５内で光を変調するエルコス（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ「ＬＣｏＳ」）パネルへの入力を供給する。
【０１１４】
ビデオ処理モジュール１０５は、（例えば、大容量記憶装置から、ネットワークソースから、および／または別の外部ビデオ処理システムからの）ビデオデータを処理もしくは受信して、光学エンジンモジュール１１５に対して適切な信号を出力するユニットとすることができる。いくつかの実施形態では、ビデオ処理モジュール１０５は、ビデオ処理機器を有する外部ソースからビデオ信号を受信するための入力部を含む。例えば、外部ソースは、ＲＥＤＲＡＹ（商標）プレイヤ、コンピュータ、ＤＶＤプレイヤ、ブルーレイプレイヤ、ビデオゲーム機、スマートフォン、デジタルカメラ、ビデオカメラ、またはビデオ信号を供給することができる任意の他のソースとすることができる。ビデオデータは、例えば、ＨＤＭＩケーブル、コンポーネントケーブル、コンポジットビデオケーブル、同軸ケーブル、イーサネットケーブル、光信号ケーブル、他のビデオケーブル、またはこれらの任意の組み合わせのような従来のケーブルを使用して、ビデオ処理モジュール１０５に送信される。いくつかの実施形態では、ビデオ処理モジュール１０５は、コンピュータ可読媒体上に記憶されているデジタル情報を読み取るように構成される。モジュール１０５は、例えば、ハードディスク、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、光ディスク、フラッシュメモリ素子などのデータ記憶装置上の情報を読み取るように構成されてもよい。例えば、ビデオ処理モジュール１０５は、例えば、これらに限定されないが、非圧縮ビデオ、圧縮ビデオ（例えば、ＤＶＤで符号化されたビデオ、ＲＥＤＲＡＹ（商標）符号化ビデオ、および／またはブルーレイディスクで符号化されたビデオ）などのデジタルビデオデータを読み取るように構成されてもよい。
【０１１５】
外部ソース、光ディスク、もしくはデータ記憶装置は、ビデオ処理モジュール１０５にビデオデータを供給することができる。この場合、このビデオデータは、デジタルおよび／またはアナログ情報を含み、またビデオ規格に適合する情報を含み、および／または特定の解像度、例えば、ＨＤ（７２０ｐ、１０８０ｉ、１０８０ｐ）、ＲＥＤＲＡＹ（商標）、２Ｋ（例えば、１６：９（２０４８×１１５２画素）、２：１（２０４８×１０２４画素）など）、４Ｋ（例えば、４０９６×２５４０画素、１６：９（４０９６×２３０４画素）、２：１（４０９６×２０４８画素）など）、４Ｋ  ＲＧＢ、４Ｋ立体映像、４．５Ｋ水平解像度、３Ｋ（例えば、１６：９（３０７２×１７２８画素）、２：１（３０７２×１５３６画素）など）、「５Ｋ」（例えば、５１２０×２７００）、Ｑｕａｄ  ＨＤ（例えば、３８４０×２１６０画素）３Ｄ  ＨＤ、３Ｄ  ２Ｋ、ＳＤ（４８０ｉ、４８０ｐ、５４０ｐ）、ＮＴＳＣ、ＰＡＬ、または他の同様の規格もしくは解像度レベルのビデオデータを含む。本明細書内で使用される場合、ｘＫの形式（例えば、上記の２Ｋや４Ｋ）で表現されている用語では、「ｘ」の数は近似水平解像度を指す。したがって、「４Ｋ」解像度は、少なくとも約４０００水平画素に相当し、「２Ｋ」は少なくとも約２０００以上の水平画素に相当すると言える。モジュール式のビデオプロジェクタシステム１００にすることより、ビデオプロセッサモジュール１０５をアップデートおよび／またはアップグレードして新たな機能もしくは異なる機能を提供することができるようになる。例えば、ビデオ処理モジュール１０５は、ビデオプロジェクタシステム１００への許容入力フォーマットを変更するために変更または追加されてもよい。別の実施例では、保護データ入力からビデオ復号処理を行うためにビデオ処理モジュール１０５をアップデートすることができる。
【０１１６】
モジュール式ビデオプロジェクタシステム１００は、光学エンジンモジュール１１５に光を供給するように構成された１つまたは複数のライトエンジンモジュール１１０を含む。ライトエンジンモジュール１１０は、光ファイバケーブル１１２を使用して光学エンジンモジュール１１５を照射するように構成された１つまたは複数の光源を備えることができる。いくつかの実施形態では、ライトエンジンモジュール１１５は、主に電磁スペクトルの赤色領域、青色領域、および／または緑色領域内にある光を供給するように構成された光源（例えば、レーザ、ＬＥＤなど）を含む。いくつかの実施形態では、例えば、シアン、マゼンタ、黄色、白色、もしくは何か他の色の追加の色もしくは異なる色を供給することができる。
【０１１７】
ライトエンジンモジュール１１０は、ダイレクト端面発光レーザダイオードもしくは垂直キャビティ面発光レーザダイオードなどのレーザダイオードを含むことができる。いくつかの実施形態では、ライトエンジンモジュール１１０内の光源（例えば、レーザダイオード）は、動作時に、約８Ｗ以下の電力、約１０Ｗ以下の電力、約２０Ｗ以下の電力、約２５Ｗ以下の電力、約４０Ｗ以下の電力、約６０Ｗ以下の電力、約１００Ｗ以下の電力、約８Ｗ〜約２５Ｗの電力、約２０Ｗ〜約３０Ｗの電力、または約６Ｗ〜約４０Ｗの電力を消費する。１つのライトエンジンモジュール１１０は、レーザダイオードから、複数の波長の光、一般に、赤色、緑色、および青色の光を供給することができる。光源によって消費される電力は一色当たりの電力としてもよいし（例えば、上記の範囲および限界値は光源ごとの範囲および限界値とすることができる）、または光源の組み合わせに対する電力としてもよい（例えば、ライトエンジン内部の全ての光源が上記の限界値および範囲内の電力を消費する）。光源によって消費される電力は、所望のサイズのスクリーンに応じて設定されてもよい。例えば、約１２フィート以下の幅を有するスクリーンの場合、光源によって消費される電力は約６Ｗ〜約１０Ｗ、または約８Ｗ以下とすることができる。少なくとも約１２フィートおよび／または約１００フィート未満の幅、あるいは少なくとも約３０フィートおよび／または約９０フィート未満の幅を有するスクリーンの場合、光源によって消費される電力は、約１０Ｗ〜約１００Ｗまたは約２５Ｗ以下とすることができる。
【０１１８】
ライトエンジンモジュール１１０は、ビデオプロジェクタシステム１００の総照度および／または総光出力を増加させるために積み重ねられてもよい。図２は、より大型のスクリーン１２０に対応するために、ビデオプロジェクタシステム１００に追加モジュールを追加した一例を示した図である。図２は、高さ２Ｈおよび長さ２Ｗのスクリーン１２０を示している。この例では、１つのライトエンジンモジュール１１０を有するビデオプロジェクタシステム１００で、高さＨおよび幅Ｗのスクリーンを十分に照射することができる。ビデオプロジェクタシステム１００にさらに３つのライトエンジンモジュール１１０を追加して合計４つのライトエンジンモジュールにすることで、２Ｈ×２Ｗの寸法のスクリーン１２０を十分に照射する光を供給することができる。このモデルは、任意のスクリーンサイズまで拡張可能であるので、追加のライトエンジンモジュールを追加してスクリーン１２０を十分に照射できる光を生成することができる。このようにして、必要に応じて、出力される光のパワーを異なるスクリーンサイズに合わせて調整することができる。いくつかの実施形態では、ライトエンジンモジュール１１０内のそれぞれの光源は、少なくとも５フィート幅のスクリーンを十分に照射することができる。いくつかの実施形態では、それぞれの光源は、少なくとも１５フィート幅のスクリーンを十分に照射することができる。
【０１１９】
ライトエンジンモジュール１１０を追加することで、システム１００によって消費される電力量が増加する。この場合、システム１００によって消費される総電力消費量は、個々のモジュールそれぞれによって消費される消費電力量の合計である。例えば、１つのライトエンジンモジュール１１０は、約４０Ｗの電力を消費することができる。同様の光源および冷却システムを有するライトエンジンモジュール１１０をさらに３つ追加することで、消費電力量が約１２０Ｗまで増加することになる。このように、ビデオプロジェクタシステム１００の電力消費量は特定の用途に合わせて増減可能である。
【０１２０】
レーザ光源もしくはＬＥＤ光源を有するライトエンジンモジュール１１０は、キセノン（Ｘｅ）ランプもしくは水銀（Ｈｇ）ランプのような光源と比較して利点を有する。例えば、レーザもしくはＬＥＤは、モジュールの形で積み重ねられることで出力光の量を増加させ、その出力光は、例えば、１本または複数本の光ファイバケーブルを使用して、変調素子に少なくとも部分的に効率良く向けられる。別の利点は、レーザ光およびＬＥＤ光は、一般的には、生成する熱のレベルは少ないので、追加のレーザもしくはＬＥＤのライトエンジンモジュールを含むモジュール式プロジェクタ構造は、許容レベルの熱を維持することができ、熱によってプロジェクタの部品に加わる応力を低減する、または応力増加を防ぐことができる。さらに、モジュール式プロジェクタシステムは、費用のかかる、および／または騒音を出す冷却システムの必要性を低減する、または必要性をなくすことができる。
【０１２１】
レーザ光源もしくはＬＥＤ光源は、他の利点を有することができる。例えば、レーザ光源もしくはＬＥＤ光源は、出力光の色をより適切に制御することができる。レーザ光源は、偏光光を供給することができ、ＬＣｏＳパネルおよび他の光変調システムと併用されるのが有利である。
【０１２２】
いくつかの実施形態では、ライトエンジンモジュール１１０は、光源としてレーザを使用する。レーザは、本明細書に示されているように、多くの利点を有することができるが、投影像内のスペックル出現の一因にもなり得る。スペックル出現を低減するために、周波数ダイバーシティ、角度ダイバーシティ、位相角ダイバーシティ、および偏光ダイバーシティ効果を向上させる技術を使用することができる。これらの技術は全てレーザ光源のコヒーレンスを低減するのに寄与する。
【０１２３】
波長ダイバーシティは、ライトエンジンモジュール１１０で使用するレーザを選択することによって得られる。この場合、レーザは、比較的広いスペクトル帯域幅を有する。この点は、波長ダイバーシティが表示スクリーンに到達する光のコヒーレンス全体を低減するので、スペックルを低減するのに有利であると言える。いくつかの実施形態では、ダイレクト端面発光レーザダイオードは、約３〜５ｎｍのスペクトル帯域幅を有する。この帯域域幅は、ダイオード励起固体（ＤＰＳＳ）レーザもしくはダイレクトダブルレーザ技術（０．５ｎｍ〜１ｎｍと狭くなる可能性がある）と比較として比較的広い。利用可能な波長の製作範囲は、赤色、緑色、および青色のレーザそれぞれに対して約１５ｎｍの範囲で変化する可能性がある。いくつかの実施態様において、中心波長が約５００ｎｍの光を生成する光源では、中心波長の約１０ｎｍの広がりにより約９０％のスペックルの低減が認められる。
【０１２４】
また、波長ダイバーシティは、異なる出力波長を有するが、知覚しにくい出力波長を有するレーザを使用して、プロジェクタシステム１００内で達成することもできる。このことにより、プロジェクタ１００内の１つの色に対して存在する異なる波長の数の平方根分の１だけスペックルを減らすことができる。これは、中心波長に数ナノメートルの広がりを有するレーザダイオードを使用してそれぞれのレーザエンジンモジュール１１０を構築することによって達成される。例えば、いくつかの青色レーザダイオードは、約４５８ｎｍ〜約４６８ｎｍの範囲とすることで、青色領域の望ましい波長ダイバーシティを提供することができる。別の例では、緑色ダイオードは、約５１３ｎｍ〜約５２５ｎｍの範囲とすることができる。
【０１２５】
さらに、波長ダイバーシティは、１つまたは複数のレーザ光源に変調周波数を注入して、出力スペクトル帯域幅を広げることで達成することもできる。いくつかの実施形態では、レーザダイオードに数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの変調周波数を注入することで、元の帯域幅の約２倍〜３倍スペクトル帯域幅が増加する。例えば、Ｇｒｅｅｎ  Ｎｉｃｈｉａテストダイオードは、約２ｎｍ〜約６ｎｍのベーススペクトル帯域幅から増加された範囲の変調周波数が注入される。複数のレーザ光源は、異なる変調周波数を受信することができる、または同じ変調周波数であるが、他の光源に注入される変調周波数と位相がずれた変調周波数を受信することができる。このことにより、全体的により高い波長ダイバーシティ効果が得られる。
【０１２６】
位相角ダイバーシティは、ライトエンジンモジュール１１０内の複数のエミッタソースを使用することにより導入することができる。複数の未校正光源および／または非コヒーレント光源を使用して複合高出力ライトエンジンを形成することによって、位相角ダイバーシティを導入してスペックルコントラストを低減することができる。スペックルは、無相関のレーザダイオードの数の平方根分の１だけ低減される。一例として、１０Ｗ  ＲＧＢモジュールは、およそ４個の青色レーザダイオード、６個の赤色ダイオード、そして５０個の緑色ダイオードを使用することができ（この場合、緑色の光は、一般に、スペックルアーチファクトを発生させる最も大きな要因である可能性がある）、複数の光源のコヒーレンスを低減することでスペックルの出現を低減することができる。
【０１２７】
角度ダイバーシティは、パターン配置された１つの光源に対して複数のエミッタを使用することで、プロジェクタシステム１００内で達成することができる。例えば、エミッタ間が約４ｍｍ〜約５０ｍｍ離間された放射パターンでレーザを配置することができる。それぞれのエミッタがコリメートされ、その後、光ファイバケーブルに集束された時にそれぞれのエミッタによって範囲が定まる立体角は、光ファイバケーブルに入ると無相関の多様な波面を形成する。角度ダイバーシティにより、最終投映画像のスペックルを低減することができる。
【０１２８】
偏光ダイバーシティの形成は、レーザプロジェクタシステム１００内のスペックルを低減する別の方法である。レーザ光源は偏光光を放出することができ、その偏光光は、光ファイバケーブルを通過した後でも大部分が均一に偏光された状態を維持することができる。それぞれのライトエンジンモジュール１１０に対して複数のエミッタを使用し、複数のエミッタを偏光角ダイバーシティ形成パターンで配置することで、スペックルを低減することができる。このことにより、以下に詳述するように、ビデオプロジェクタシステム１００の光路全体にわたって偏光をランダム化することができ、水平偏光光および垂直偏光光の両方を使用するシステム１００に有用である。
【０１２９】
ライトエンジンモジュール１１０のいくつかの実施形態は、多数の小型レーザを使用することで形成される仮想レーザ光源を備えることにより、複数のスペックルを低減する方法を使用することができる。例えば、互いにインコヒーレントな光を生成する約１００個の個々のエミッタを使用することができる。約２ｎｍの広いスペクトル帯域幅を有するエミッタが選択される。エミッタのスペクトル帯域幅は、エミッタにＲＦ変調信号を注入することによって増加させることができ、約３ｎｍおよび／または約５ｎｍより広いスペクトル帯にまで増加させることができる。エミッタは、最大で約５０ｍｍの間隔で離間され、その間隔がマルチモードファイバに向かって次第に小さくなるように、角度ダイバーシティを形成するパターンで配置される。偏光ダイバーシティは、生成される光が他のエミッタと比較してさまざまな偏光角を有するようにエミッタを互いに対して機械的に回転させることによって形成される。さまざまな波長を有するが、知覚しにくい波長を有するエミッタを使用することができる。したがって、いくつかの実施形態は、波長ダイバーシティ、偏光ダイバーシティ、角度ダイバーシティ、および／または位相角ダイバーシティを利用して、スペックルを低減する仮想レーザ光源を提供する。
【０１３０】
１つまたは複数のライトエンジンモジュール１１０は、光学エンジンモジュール（単数または複数）１１５に接続されるように構成されたモジュール式スレッドに組み込まれてもよい。モジュール式スレッドは、積分器、ミラー、レンズ、および光学エンジンモジュール１１５に注入される前の光出力を成形もしくは調整するための他の光学素子を含むことができる。モジュール式スレッドは、光源からの光を光学エンジンモジュール１１５に搬送するように構成された光ファイバケーブルを含むことができる。光ファイバケーブルは、１本または複数本のマルチモード光ファイバを備え、光を搬送するのに２本以上の光ファイバケーブルが使用される。いくつかの実施形態では、光源内の異なる色ごとに１つのマルチモード光ファイバを備える。いくつかの実施形態では、入力光の異なる色ごとに複数の光ファイバを備える。例えば、いくつかのプロジェクタシステム１００では、ライトエンジンモジュール１１０内の光の各色が、光をプロジェクタに輸送するために１本の４００ｕｍマルチモードファイバを有することができ、４００ｕｍマルチモードファイバはＲＧＢモジュールでは合計３本になる。別の実施例として、高出力プロジェクタシステム１００では、ライトエンジンモジュール１１０内の各色が最大で５本のマルチモードファイバを有することができ、マルチモードファイバは高出力ＲＧＢモジュールでは最大で合計１５本になる。接続部の出力端部におけるマルチモードファイバの間隔が、角度ダイバーシティによるスペックル低減に寄与することができる。
【０１３１】
上述したように、ライトエンジンモジュール１１０からの光は、光ファイバケーブル１１２もしくは他の適切なケーブル１１２を使用して光学エンジンモジュール１１５内の変調素子に向けられる。この機能により、光源が光学エンジンから物理的および空間的に離間されることになる。このことにより、プロジェクタヘッド（例えば、光学エンジンモジュール１１５）は１つの空間に存在し、光源（例えば、ライトエンジンモジュール１１０）は別の空間に存在することができるので、光源に接続された冷却システムから生じたノイズが映像表示に干渉する可能性がある場合に有利であると言える。いくつかの実施形態では、光ファイバケーブルもしくは他のケーブルの長さは、約１０フィート以上および／または約１００フィート以下、約１ｍ以上および／または約１００ｍ以下、もしくは約３ｍ以上および／または約５０ｍ以下とすることができる。種々の実施形態では、ケーブルは、約１ｍ〜約１００ｍ、または約１ｍ〜約１０ｍの長さである。
【０１３２】
マルチモード光ファイバを使用することで、プロジェクタシステム１００内に存在するスペックル全体を低減するように構成することができる。マルチモードファイバは、光がケーブルの端から端まで進む時にさまざまな光路をランダム化する働きをする。ケーブル内の光の複数の内部反射により出力光が生成される。この場合、光同士の位相角差はランダム化されている。位相角をランダム化することで光のコヒーレンスが低減されるので、スペックルが低減される。さらに、マルチモードファイバは、偏光をランダム化して、スペックルの出現を低減する偏光ダイバーシティを導入することができる。
【０１３３】
ビデオプロジェクタシステム１００は、ビデオ処理モジュール１０５から受信した信号に従ってライトエンジンモジュール１１０からの光を変調するように構成された１つまたは複数の光学エンジンモジュール１１５を含む。レーザプロジェクタシステム１００のいくつかの実施形態は、複数のビデオ出力もしくは画像出力を生成するために複数の光学エンジンモジュール１１５を備える。例えば、２つの光学エンジンモジュール１１５を使用して、立体映像を作成するために直交偏光した２つの対応するビデオストリームを作成することができる。別の実施例として、ビデオ処理モジュール１０５を使用して、２つ以上の光学エンジンモジュール１１５（それぞれの光学モジュール１１５は少なくとも１つのライトエンジンモジュール１１０を有する）を作動させて、スクリーン１２０上に同一のデータを表示することによって、スクリーン上の表示画像の輝度を上げることができる。例えば、屋外ディスプレイの場合、４つのプロジェクタヘッド（および関連するレーザモジュール）がスクリーン上に同一のデータを表示する。別の実施例として、複数の光学エンジンモジュール１１５を使用して、任意の個々の光学エンジンモジュール１１５よりも高解像度のビデオストリームを表示することができる。これは、ビデオ処理モジュール１０５が高解像度のビデオストリームを個々の光学エンジンモジュール１１５に適した複数のピースに分割することで達成される。その後、それぞれの光学エンジンモジュール１１５は、ビデオ処理モジュール１０５からビデオ信号の一部を受信して、その部分を規定の構成でスクリーン１２０上に表示することができる。さらに本明細書内に示されているように、ビデオプロジェクタシステム１００のいくつかの実施形態は、個々の光変調素子によって得られる有効解像度よりも高い有効解像度を有するビデオストリームを作成することができる個々の光学エンジンモジュール１１５を備える。
【０１３４】
本明細書内で図３に関してより詳細に説明するように、光学エンジンモジュール１１５は、１つまたは複数の光変調パネルを照射して、変調光をスクリーン１２０に向けるように構成された複数の要素を備えることができる。光学エンジンモジュール１１５は、積分器、レンズ、ミラー、プリズム、リレーレンズ、テレセントリックレンズ、プロジェクタレンズ、回転プリズム要素、偏光素子、色合成器、光変調パネル、マイクロレンズアレイ、可動屈折素子、または任意のこれらの組み合わせもしくは他の適切な光学部品を含むことができる。
【０１３５】
ケーブル１０７および１１２は、モジュール式システムへの第三者の接続を制限する専用コネクタを含む特殊ケーブルとすることができる。ケーブルおよびコネクタによる第三者のアクセスを制限することにより、プロジェクタシステム１００がプロジェクタシステム１００内の部品を損傷させる恐れのある互換性のない機器と接続されないようにすることができる。いくつかの実施形態では、プロジェクタシステム１００へのコンポーネントアクセスは、ＰＩＮもしくは他の識別または認証手段による認証が必要な暗号化接続を使用することで制限される。ケーブルおよびコネクタ１０７、１１２を使用して、統合ビデオプロジェクタシステム１００を形成するように複数のモジュールを相互接続することによって、モジュール式ビデオプロジェクタシステム１００を形成することができる。
【０１３６】
図１Ｂは、ビデオ処理モジュール１０５と、複数のライトエンジンモジュール１１０と、光学エンジンモジュールもしくはプロジェクタヘッド１１５とを備えるモジュール式ビデオプロジェクタシステム１００の実施形態例を示した図である。ビデオ処理モジュール１０５およびライトエンジンモジュール１１０は、モジュールを収容する構造であるラック１２５内に取り付けられた状態で示されている。光学エンジンモジュール１１５は、ラック１２５の上に設置された状態で示されているが、ケーブル１０７、１１２が届く範囲内であればどこに配置されてもよく、モジュール１０５、１１０を収容したラック１２５から別の空間に配置されてもよい。ビデオ処理モジュール１０５およびライトエンジンモジュール１１０は、このようなラック１２５に取り付けることができるように構成されるので、有利には、セットアップおよび設定が容易なシステムを提供することができる。またこのシステムは、分解、輸送、および再組立が容易であると言える。
【０１３７】
ビデオ処理モジュール１０５は、１つまたは複数のケーブル１０７を使用して光学エンジンモジュール１１５にビデオ信号を供給するように構成されてよい。ビデオ信号は、光学モジュール１１５のみが信号を復号することができるように暗号化されてもよい。
【０１３８】
ライトエンジンモジュール１１０はそれぞれ、赤色、緑色、および青色の光を光学エンジン１１５に供給することができる。それぞれのライトエンジンモジュール１１０からの赤色の光は、ライトエンジンモジュール１１０内のそれぞれの赤色光源用の光ファイバを有する光ファイバ束を含むケーブルを使用して伝送される。例えば、ビデオプロジェクタシステム１００は、赤色光源を１つずつ含む５個のライトエンジンモジュール１１０を備える。ケーブル１１２は、５個のライトエンジンモジュール１１０それぞれからの赤色の光を伝送する５本の光ファイバを備えた赤色の光用の光ファイバ束を含み、光ファイバは、ライトエンジンモジュール１１５内の赤色光源１つに対して１本である。ライトエンジンモジュール１１５からの青色の光および緑色の光は、同様の手段によって光学エンジンモジュール１１５に伝送することができる。本明細書内でより詳細に示されるように、光ファイバからの光を光学エンジンモジュール１１５内でまとめて合成することができる。図示されているように、ビデオプロジェクタシステム１００は、５個のライトエンジンモジュール１１０を含む。例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、もしくは６つ以上の他の数のライトエンジンモジュールを使用してもよい。
【０１３９】
図１Ｂに示されているように、ビデオプロジェクタシステム１００は、光を生成するモジュール、ビデオ信号を生成するモジュール、および供給された光を変調するモジュールの別個のモジュールを含む。いくつかの実施形態では、これらの１つまたは複数のモジュールを１つのユニットもしくは１つのモジュールにまとめることができる。例えば、ライトエンジンは、ビデオプロジェクタシステム１００内で光学エンジンと組み合わされてもよい。この実施形態では、光源は光を生成することができ、生成された光は、その後、同じ筐体もしくは構造体の内部で変調パネルによって変調される。光は、上述したように、光ファイバケーブルを使用して、またはレンズ、プリズム、および／またはミラーのような光学部品を使用して光源から伝送される。別の実施例として、ビデオプロセッサ、ライトエンジン、および光学エンジンを組み合わせて単一統合ビデオプロジェクタシステム１００を形成してもよい。モジュールを１つまたは複数のユニットにまとめることで、特定のケーブルもしくは通信要素を省くことができるが、機能性および全体構造はほとんど変わらない。例えば、ビデオプロセッサと光学エンジンとの間のケーブルおよび／またはライトエンジンと光学エンジンとの間のケーブルは、これらのモジュールがビデオプロジェクタシステム１００内にまとめて含まれる場合には省かれてもよい、もしくは変更されてもよい。
光学エンジンモジュール例
【０１４０】
図３は、いくつかの実施形態のビデオプロジェクタシステム１００用の光学エンジン１１５のブロック図である。例えば、図３に示されている光学エンジン１１５は、モジュール式プロジェクタシステムに適合し、および／または図１および図２に関して本明細書に示されているような光学エンジンモジュール１１５とすることができる。上述したように、光学エンジンモジュール１１５は、ライトエンジン１１０から光を受光し、ビデオプロセッサ１０５からビデオ信号を受信し、受信したビデオ信号を使用して受光した光を変調し、得られた映像または画像をスクリーン１２０上に投影する。光学エンジン１１５は、入射光を変調して画像もしくは映像を投影するという目的を達成するのに適したさまざまな要素を使用することができる。光学エンジン１１５の一実施形態例は、本明細書では、上述の形で構成された上述の要素を有する形で説明されているが、これは単に一実施形態例に過ぎず、異なる形で構成された異なる要素を有する他の実施形態も以下の開示内容の範囲内とする。
【０１４１】
光学エンジン１１５は、ライトエンジン１１０から光３０５を受光する。図示されているように、光は、可視電磁スペクトルの赤色、緑色、および青色の部分の範囲に含まれる３つの一般的な波長帯域内にあるように構成される。作成される画像および映像の所望の輝度、細部、および色を実現するために、他の色および組み合わせを使用することも可能である。光３０５は、シングルモードもしくはマルチモードファイバのような光ファイバを使用して、または他の手段を使用して、光学エンジン１１５に伝送することができる。本明細書で示されているように、マルチモードファイバを使用することにより、位相角ダイバーシティおよび角度ダイバーシティ効果によりスペックルを低減することができる。
積分器の例
【０１４２】
受光した光３０５は、まず、積分器３１０に通される。積分器３１０は、光３０５を均一化するように構成される。また、積分器３１０は、光３０５の角度ダイバーシティを向上させてスペックルを低減することができる。いくつかの実施形態では、積分器３１０は、中空もしくは中実の内部反射型ライトパイプであり、複数の反射を利用して入射光を均一な矩形パターンの出射光に変換する。積分器３１０を使用して、変調パネルなどの表面上の光の均一性を向上させて、照明源のアスペクト比を変調パネルに効率的に適合させることができる。
【０１４３】
いくつかの実施形態では、積分器３１０は、水平分散均一化ロッドとレンチキュラーレンズアレイとを含む。レンチキュラーレンズアレイは、入射光を多数の角度に分散させることにより光源の角度ダイバーシティを向上させることができる。例えば、ホモジナイザの前後で２つのレンチキュラー拡散器を水平方向および垂直方向に使用して、広がった「扇型」状の出力光線を角度分割して、光を各変調素子上の平坦な領域に空間的に積分することができる。そうすることで、光学エンジンは、スペックルの出現を低減することができる。いくつかの実施形態では、積分器３１０は、均一化ロッドと回転もしくは振動位相シフトディスクとを含む。積分器３１０を通る光線に時変位相シフトを導入することで、光源の連続走査間で空間的かつ時間的コヒーレンスを効率的に平均化することによりスペックルが低減される。さらに、積分器３１０は、光源からの光を所定の領域にわたって均一に分散するように構成された他の光学素子を含んでもよい。例えば、積分器は、水平方向および垂直方向に光を分散するように設計されたミラー、レンズ、および／または屈折素子を含んでもよい。いくつかの実施形態は、入射光３０５の色ごとに別個の均一化光学系を備える。
スリット走査システムの例
【０１４４】
積分器３１０を出た光は、その後、スピナー３１５に送られる。いくつかの実施形態では、積分器３１０からの光は、部分的もしくは完全にスピナー３１５内の回転素子に、もしくは回転素子内に集束される。図４は、ビデオプロジェクタシステム１００内のスリット走査システム３１５の一例を示した図である。スピナーもしくはスリット走査システム３１５は、所定の速さで回転するように構成された多角形状屈折素子４０５を含む。光が回転素子４０５を通過すると、光は屈折されて、回転素子の回転により光がスピナー３１５を出る時の光の垂直方向もしくは水平方向の位置を変化させる。図４に示されているように、積分器３１０からの光線は、スピナー４０５の回転に従って初期位置から最終位置まで走査される。いくつかの実施形態は、本明細書内で図６に関してより詳細に説明されるように、積分器からの入射光の色ごとに回転素子４０５を備える。
【０１４５】
いくつかのプロジェクタシステムでは、異なる色の光が変調パネル全体（もしくはほぼ全体）に連続して送られる。いくつかのスリット走査の実施形態では、六角形状スピナー４０５を使用して、空白もしくは黒色の周期または黒色と混合された赤色、緑色、および青色の光のスリットを変調パネル上で走査することができる。各スリットは、１つまたは複数の隣接列（例えば、１、２、３、５、１０、１００、１８０、２００またはそれ以上の列）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、スリットに含まれる列の数は画像の高さの何分の１であり、画像の高さの約１／３、画像の高さの約１／４、画像の高さの約１／６、画像の高さの約１／８、画像の高さの約１／１２、またはその他の何分の１である。一例として、画像の高さは１０８０列であり、スリットは１８０列を含む。マーク対スペース比は、少なくとも１つには変調パネルのセトリングタイムに基づいて定義される。セトリングタイムは、連続フレームを走査することができる速度に関連している。スリット走査形態の利点として、有効フレームレートが３倍もしくは約３倍増加するということが挙げられる。それは、連続走査プロジェクタシステムが各色を一度表示するのに要する時間内に、赤色、緑色、および青色が３回ずつ表示されるためである。別の利点は、動きの速い画像の赤色、緑色、および青色の部分を知覚できるほどずれて表示する可能性がある連続走査プロジェクタシステムと比較した場合に、色収差を低減もしくは除去することができるという点である。
【０１４６】
いくつかの実施形態では、スピナー４０５は、スペックルを低減するためにコーティングされる。スピナー４０５をコーティングすることで、光を拡散させることにより角度ダイバーシティを向上させることができる。また、ミラーのコーティングが、積分器３１０から受光した光の両端を広げることにより画像にアーチファクトが形成される場合がある。いくつかの実施形態では、図５に示されるように、マイクロレンズアレイ４１０がスピナー４０５の前に配置される。マイクロレンズアレイ４１０は、光を分散させて広範囲の角度にわたって光を広げることにより、角度ダイバーシティを向上させることができるので、スペックルを低減することができる。いくつかの実施形態では、マイクロレンズアレイ４１０は、スピナー４０５の回転軸に平行になるように配向されたレンチキュラーレンズである。いくつかの実施形態では、マイクロレンズアレイは、プロジェクタの光路内で、スピナー４０５の前ではなく後に配置される、またはスピナー４０５の前だけでなく後にも配置される場合がある。
【０１４７】
図５は、マイクロレンズアレイ４１０と組み合わせて光源を垂直方向に走査する六角形状スピナー４０５を示した図である。光はまずマイクロレンズアレイ４１０に入り、角度ダイバーシティが導入されてスペックルが低減される。その後、光は、六角形状スピナー４０５によって屈折されて、変調パネル（図示せず）上でスリットとして走査される。
【０１４８】
図６は、マイクロレンズアレイ４１０と組み合わされ、赤色、緑色、および青色の光源それぞれに対して１つのスピナー４０５ａ〜ｃを有するスピナーシステム３１５のいくつかの実施形態を示した図である。スピナー４０５ａ〜ｃは、対応する色が異なる角度で屈折されるように互いにずらされる。図７は、ＬＣｏＳパネル４２０上で赤色、緑色、および青色の光源４０２を垂直に走査するスリット走査システム３１５を示した図である。回転素子４０５ａ〜ｃは、赤色、緑色、および青色の各色が任意の所定の時点でＬＣｏＳパネルの異なる部分に入射する形で赤色、緑色、および青色の各色の帯域がＬＣｏＳ変調パネルに向けて走査されるように、互いに位相がずらされる。種々の色を走査する速度によって、視聴者の脳が色を混ぜ合わせて色のスペクトルを知覚することができる。さらに、回転素子から出射される光４０７の帯域は空間的に分離される。つまり、光の帯域間に、実質的に光源からの光が存在しないギャップが存在する。この光の帯域間のギャップは、赤色、緑色、および青色の光が入射していない間にＬＣｏＳパネルの素子が回復する（例えば、リセットする、もしくは効率的に光を変調する能力を取り戻す）のに十分な時間が得られるほど十分に大きいと言える。この構成の利点は、赤色、緑色、および青色の光それぞれに対して別個の変調パネルを必要とせずに、１つの変調パネルを使用して、赤色、緑色、および青色の光を変調することができるという点である。
色合成器の例
【０１４９】
図３を参照すると、スピナー３１５を出た光は、色合成器３２０に送られる。色合成器３２０は、３色の別個の光路を１つの光路３２２に合成するように構成される。いくつかの実施形態では、色合成器３２０は、光遅延補正器と、異なる光路からの光を色合成キューブに向けるように構成された１つまたは複数の直角プリズムとを含み、色合成キューブは光を共通の光路に向けるように構成される。いくつかの実施形態では、色合成器３２０は、テレセントリックフォーカス機構を有するように構成された要素などの追加の光学部品を含む。いくつかの実施形態では、合成された光は、共通の光路に沿って進むが、それでも垂直方向、水平方向、または対角線方向に互いにずれた状態が維持される。本明細書に示されているように、色間のずれを使用して変調パネル上で光を順次走査することができる。
偏光器および変調器の例
【０１５０】
図３を参照すると、色合成器３２０を出た合成光３２２は、４方向偏光・光変調パネル３２５に送られる。図８Ａは、いくつかの実施形態の４方向偏光素子８０２および二重ＬＣｏＳパネル８２０ａ、８２０ｂを示した図である。光学エンジン１１５は、垂直方向に偏光された光と水平方向に偏光された光とを利用するように構成される。一部のプロジェクタシステムは、垂直方向と水平方向の両方の偏光を使用しないために、効率および明度が低下する可能性がある。したがって、偏光器３２５は、垂直方向および水平方向の偏光を示すように色合成器からの光３２２を操作することができる。いくつかの実施形態では、立体表示の用途で、または表示画像もしくは映像の輝度を上げるために、異なる偏光を使用することができる。いくつかの実施形態では、二重ＬＣｏＳパネル８２０ａ、８２０ｂを互いにずらすことにより、または互いにずれた画素データを生成することにより、解像度を向上させる、または解像度を２倍にすることができる。
【０１５１】
偏光変調器３２５は、光３２２の偏光を回転させるように構成された４分の１波長板８０５を含むことができる。偏光変調器３２５は、広帯域ビーム分割偏光器８１０ａ、８１０ｂを含むことができる。ビーム分割偏光器８１０ａ、８１０ｂは、入射ビームを異なる直線偏光の２つのビームに分割するように構成される。偏光ビームスプリッタは、直交偏光を示す完全に偏光された光、または部分的に偏光された光を生成することができる。ビーム分割偏光器は使用されない偏光状態のエネルギーを実質的に吸収および／または消散させないので、ビーム分割偏光器を使用するのが有利であり、そのため、ビーム分割偏光器はレーザ光のように高い強度のビームと共に使用するのにより適している。また、偏光ビームスプリッタは、２つの偏光成分を同時に使用する場合に有用であると言える。偏光変調器３２５はさらに直線偏光される光の偏光方向を変更するように構成された半波長偏光回転子８１５を含むことができる。
【０１５２】
いくつかの実施形態では、偏光変調器３２５は、２つのＬＣｏＳ光変調パネル８２０ａ、８２０ｂを含む。このことにより、光学エンジンモジュール１１５は２つのパネルを同様に作動させて出力部で変調光を合成することができるので、入射光の両方の直交偏光を維持しながら使用することができる。そうすることで、ビデオプロジェクタシステム１００は、ライトエンジン１１０によって供給された光を効率的に使用することができる。いくつかの実施形態では、ＬＣｏＳパネル８２０ａ、８２０ｂは、立体表示で使用するために、または解像度を向上させるために、互いに異なる形で作動される。いくつかの実施形態では、ＬＣｏＳパネル８２０ａ、８２０ｂは、解像度を向上させるために互いにずれた画素を生成する。
【０１５３】
いくつかの実施形態では、２つのＬＣｏＳ光変調パネル８２０ａ、８２０ｂは、同じ数もしくはほぼ同じ数の画素および同じもしくはほぼ同じ画素構成を有する。特定の実施形態では、偏光変調器３２５は、２つのＬＣｏＳ光変調パネル８２０ａ、８２０ｂからの対応画素からの光を合成して１つの出力画素を形成するように構成される。例えば、図８Ｂに示されているように、第１のＬＣｏＳパネル８２０ａ（パネル「Ａ」）および第２のＬＣｏＳパネル８２０ｂ（パネル「Ｂ」）は、２つのパネルの画素数および画素構成がほぼ同じである画素行列を有することができる（例えば、明確かつ簡単にするために、図８Ｂおよび図８Ｃでは、各パネルは４×６の画素行列を有する）。偏光変調器３２５は、ＬＣｏＳ光変調パネル８２０ａの第１の画素（例えば、画素Ａ０，０）からの変調光と、ＬＣｏＳ光変調パネル８２０ｂの対応する第１の画素（例えば、画素Ｂ０，０）からの変調光とを合成して、１つの画素（例えば、画素Ａ＋Ｂ０，０）を形成することができる。偏光変調器３２５は、パネル内の全ての画素に対してこの動作を行うことができ、例えば、画素Ａ０，０〜Ａ５，３を対応する画素Ｂ０，０〜Ｂ５，３と合成して、Ａ＋Ｂ０，０〜Ａ＋Ｂ５，３を形成することができる。本明細書に示されているように、例えば、出力光の強度を上げるために、または立体表示で使用するために、これを使用することができる。
【０１５４】
特定の実施形態では、偏光変調器３２５は、２つのＬＣｏＳ光変調パネル８２０ａ、８２０ｂの対応する画素からの光を２つの出力画素として表示するように構成される。図８Ｃに示されているように、偏光変調器３２５は、ＬＣｏＳ光変調パネル８２０ａの第１の画素（例えば、画素Ａ０，０）からの変調光とＬＣｏＳ光変調パネル８２０ｂの対応する第１の画素（例えば、画素Ｂ０，０）からの変調光とを水平方向かつ垂直方向にずらすことにより、互いに水平方向かつ垂直方向にずれた２つの出力画素（例えば、画素Ａ０，０およびＢ０，０）を形成することができる。偏光変調器３２５は、全ての画素に対してこの動作を行うことによって、２倍の解像度を有する出力画像もしくは映像を生成することができる。例えば、ＬＣｏＳ光変調パネル８２０ｂに対してＬＣｏＳ光変調パネル８２０ａを半画素だけずらすことによって解像度を２倍にすることができる。図８Ｃには、この一例が示されており、この場合の出力画像は２４画素をそれぞれ有する２つのＬＣｏＳパネルを使用して生成された４８画素を含む。
【０１５５】
２つのＬＣｏＳ光変調パネル８２０ａ、８２０ｂの対応する画素からの変調光は、偏光変調器３２５を出る時に、水平方向、垂直方向、または対角線方向にずらされてもよい。いくつかの実施形態では、変調光をずらすために、２つのＬＣｏＳ光変調パネル８２０ａ、８２０ｂが物理的に互いにずらされて、２つのパネルの対応する画素に対して偏光変調器３２５を通る光路が水平方向、垂直方向、または対角線方向に互いにずれた状態になるようにしてもよい。特定の実施形態では、ＬＣｏＳ光変調パネル８２０ａ、８２０ｂは、ＬＣｏＳ光変調パネル８２０ａ、８２０ｂの一方または両方を交互に並ぶように、またはずれた状態になるように移動させることができる可動要素（例えば、アクチュエータ）に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、変調光をずらすために、偏光変調器３２５内の光学素子の組み合わせをＬＣｏＳ光変調パネル８２０ａ、８２０ｂ用の光路を形成するように構成することができ、その結果、対応する画素が水平方向、垂直方向、または対角線方向に互いにずれた状態になる。偏光変調器３２５内の光学素子は、ＬＣｏＳ光変調パネル８２０ａ、８２０ｂ内の対応する画素からの変調光が交互に並ぶように、またはずれた状態になるように、移動する、もしくは光学的特性を変化させるように構成することができる。
【０１５６】
図３に戻ると、偏光変調器３２５からの変調光は、テレセントリックリレーレンズ３３０に送られる。テレセントリックリレーレンズ３３０は、画像を反転させて光学的筒長を伸ばすように構成される。テレセントリックリレーレンズ３３０は、物体が変位しても偏光変調器３２５からの画像サイズを変化させないように構成される。テレセントリックリレーレンズ３３０は、有利には、偏光変調器３２５から出た変調画像の発光特性を維持するのに使用することができる。
形状可変ミラーの例
【０１５７】
リレーレンズ３３０からの光は、形状可変ミラー３３５に送られる。形状可変ミラー３３５は、光学エンジン１１５内のレンズの歪みを補正するように構成される。いくつかの実施形態では、形状可変ミラー３３５は、リレーレンズ３３０からの光をマイクロレンズアレイ３４０に向けて反射させる。マイクロレンズアレイ３４０が形状可変ミラー３３５を出た光の焦点位置にある場合、レンズ歪みを補正するのが望ましい。レンズ歪みが補正されなかった場合、光がマイクロレンズアレイ３４０の要素間に入射して、モアレパターンを発生させる恐れがある。
【０１５８】
図９は、ビデオプロジェクタシステム内の形状可変ミラー３３５の機能例を示した図である。いくつかの実施形態では、図９の右側の図に示されているように、ノイズ源が形状可変ミラー３３５に加わって、入射波面をランダム化する、または入射波面を変動させる。例えば、ノイズ源は、変調ＲＦ信号により、低周波信号により、またはランダムもしくは疑似ランダム電磁信号もしくは音響信号の他の信号源により、形状可変ミラー３３５を摂動させる可能性がある。有利には、波面をランダム化することで、位相角ダイバーシティを向上させてスペックルを低減することができる。
マイクロレンズアレイおよび副画素生成器の例
【０１５９】
図３に戻ると、形状可変ミラー３３５から反射された光は、その後、マイクロレンズアレイ３４０とウォブラ３４５とを備える副画素生成器３３８に入射することができる。いくつかの実施形態では、マイクロレンズアレイ３４０は、各画素のサイズを元の画素サイズの何分の１かに縮小するように構成することができる。例えば、マイクロレンズアレイ３４０は、画素サイズを元のサイズの４分の１、元のサイズの２分の１、元のサイズの３分の１、元のサイズの８分の１、元のサイズの１６分の１、またはその他の何分の１かに縮小するように構成される。ウォブラ３４５は、マイクロレンズアレイ３４０からの画素に対応する光線がウォブラ３４５の動きに対応して空間内で並行移動されるように動くように構成することができる。
【０１６０】
図１０Ａ〜Ｃは、マイクロレンズアレイ３４０とウォブラ３４５とを備える副画素生成器３３８のいくつかの実施形態を示した図である。ウォブラ３４５は、望ましい光透過性を有し、所望の形で光を屈折させる物質（例えば、透明なガラス片）である。入射光はマイクロレンズアレイ３４０を通過し、画素サイズは元のサイズの何分の１かに縮小される。その後、ウォブラ３４５が縮小された画素を所望の位置に移動させる。ウォブラ生成器３４５は、２次元または３次元で動くように構成される。これらの要素の組み合わせを使用して、角度ダイバーシティを向上させることにより、また時間平均および空間的コヒーレンス破壊により、スペックルを低減することができる。角度ダイバーシティは、縮小画素をスクリーン上の異なる位置に移動させる時に形成される。コントラストの時間平均および空間的コヒーレンスの破壊は、縮小画素を分解スポット内で繰り返し移動させることにより生じる。
【０１６１】
図１０ＤおよびＥは、ウォブラ３４５を動かす異なる機構を有する副画素生成器３３８の実施形態を示した図である。図１０Ｄでは、ウォブラ３４５は、回転軸３７０に垂直でない、もしくは平行でない面内で回転軸３７０に取り付けられる。ウォブラ３４５は、回転軸に垂直に配向されるのではなく、回転軸に対して直角でない角度で配向されるので、ウォブラ３４５は（破線で示されるように）揺動し、光がウォブラ３４５に入射すると、光は周知のパターンで屈折される。図１０Ｅでは、ウォブラ３４５は、四隅に取り付けられたアクチュエータ３７５を有する。アクチュエータ３７５は、ウォブラ３４５をさまざまなパターンで動かすことによって縮小画素も平行移動されるように構成される。図１０Ｆは、サイズが元のサイズの４分の１に縮小された画素のパターン例を示した図である。縮小画素は、正方形、円形、８の字形、∞（無限大）の形、または何らかの他の形状で移動される。いくつかの実施形態では、副画素生成器３３８のウォブラ３４５は、縮小画素を、２カ所、３カ所、４カ所、８カ所、１６カ所、または任意の適切な移動パターンに従った他の数の位置に移動させることができる。本明細書に示されているように、移動パターンを繰り返して、高解像度を有する映像もしくは画像を表示することができる。いくつかの実施形態では、位置の数は、縮小画素のサイズに反比例する。例えば、画素が元の画素のサイズの２分の１に縮小された場合、縮小画素を２カ所に移動させることができる。画素が元のサイズの８分の１に縮小された場合、縮小画素を８カ所に移動させることができる。したがって、元の画素に対応する領域は、縮小画素が設定位置に移動されると、実質的に縮小画素に対応することになる。このようにして、有効解像度は、２ｘ、４ｘ、８ｘ、１６ｘ、３２ｘ、６４ｘまたはそれ以上、高くすることができる。
【０１６２】
いくつかの実施形態では、光学エンジン１１５は、ビデオプロセッサ１０５から信号を受信して、画素情報の補間によって解像度をより高い解像度に変換することができる。いくつかの実施形態では、光学エンジン１１５は、光学エンジン１１５内の変調パネルの解像度より高い解像度を有するビデオプロセッサ１０５から受信したビデオ情報を表示することができる。例えば、光学エンジン１１５は、空間的に変調された光を受光して合成し、副画素生成器３４５を使用して解像度を向上させることができる。例えば、１９２０×１０８０画素を有するＬＣｏＳ画像機器は、２Ｄ／３Ｄ  Ｑｕａｄ−ＨＤ（３８４０×２１６０）解像度を生成するように構成することができる。光学エンジン１１５は、ビデオプロセッサ１０５からビデオ信号を受信して、変調パネル用の変調信号を生成する回路および処理機器を含むことができる。例えば、ビデオプロセッサ１０５は、４ｋビデオデータを光学エンジン１１５に送信することができる。光学エンジン機器は、変調光を連続して受光する時に、信号を時分割多重化して、１つまたは２つのｌｋ変調パネルにビデオプロセッサ１０５から受信した４ｋビデオデータを再現させるように構成された一連の信号を生成する。
【０１６３】
副画素生成器３３８は、ＬＣｏＳパネルのような変調パネルの解像度を向上させるように構成される。一例として、ＬＣｏＳパネルは、１９２０水平画素数×１０８０垂直画素数を有することができる。マイクロレンズアレイ３４０は、色合成器３２０または他の要素からの光を集光して、実質的に、その光をＬＣｏＳパネル上の各画素の中心部分に集束させることができる。その結果、それぞれがＬＣｏＳ画素の４分の１の画素サイズを有する１９２０×１０８０の反射画素アレイの画像が得られる。次に、縮小画素が左右に４分の１画素ずつ、かつ上下に４分の１画素ずつ移動されるようにウォブラ３４５を動かすことができる。その結果、マイクロレンズアレイ３４０が無ければフルサイズの画素が占めていたスペースを４つの４分の１のサイズの画素の集合が埋めることになる。４つの副画素を高速で連続的に表示することで、効果的に高解像度の表示映像を作成することができる。例えば、プロジェクタシステムは、少なくともほぼ入力データのネイティブ解像度（例えば、３８４０×２１６０）でビデオデータを表示することができる。また、少なくとも１つには本明細書内で概説したスリット走査方法を採用することによりＬＣｏＳパネルを相対速度でリフレッシュすることができるので、ＬＣｏＳパネルは比較的速い速さで（例えば、約２４０Ｈｚ）でリフレッシュすることができる。したがって、いくつかの実施形態によれば、光学エンジン１１５は、３８４０×２１６０画素の有効解像度および約６０Ｈｚの有効フレームレートを有する映像を表示することができる。
【０１６４】
いくつかの実施形態では、ＬＣｏＳパネルを互いにずらして、図８Ｃに関して説明されているように、システムの解像度を効率的に２倍にすることができる。さらに、図１０Ａ〜Ｉに関して説明されているように、副画素生成器３３８を使用して、画素サイズを縮小し（例えば、元のサイズの４分の１に縮小）、副画素を高速で連続して複数の位置（例えば、４カ所）に移動させることによって、ずらされたＬＣｏＳパネルの解像度を向上させることができる。これらの技術は、場合によっては組み合わせられてもよい。一例として、パネルをずらし、画素サイズを２分の１に縮小し、副画素を２カ所に移動させることにより、１つのＬＣｏＳパネルのネイティブ解像度の４倍の解像度が得られる。この例では、有効フレームレートは、上述したように、ＬＣｏＳパネルが位置合わせされ、副画素生成器３４５が１つの出力フレームに対して４分の１のサイズの副画素を４カ所に移動させた場合の有効フレームレートの２倍となる。例えば、約２４０Ｈｚでリフレッシュすることができる垂直方向にずらされた（例えば、画素間の間隔の２分の１ずらされた）１９２０×１０８０のＬＣｏＳパネルを使用すると、２つのＬＣｏＳパネルのそれぞれの画素が出力フレームごとに１回表示されるので、光学エンジン１１５は、副画素生成器３４５およびマイクロレンズアレイ３４０を使用しなくても、１９２０×２１６０の解像度および２４０Ｈｚの有効フレームレートでビデオデータを表示することができる。光学エンジン１１５は、副画素生成器３４５およびマイクロレンズアレイ３４０を使用して、ＬＣｏＳパネルからの出力画素のサイズを縮小し、縮小画素を水平方向に移動させて、光学エンジン１１５が出力フレームごとに２つのＬＣｏＳパネルのそれぞれの各画素を２回表示できるようにして解像度を向上させることにより、１２０Ｈｚの有効フレームレートで３８４０×２１６０の解像度を有する映像を表示することができる。
【０１６５】
以下に、光学エンジン１１５内に対角線方向にずらされた２つのパネルを有するビデオプロジェクタシステム１００を使用して解像度を向上させる方法の一例について説明する。プロジェクタシステム１００は、ビデオプロセッサ１０５内で、第１の解像度（例えば、７６８０×４３２０、３８４０×２１６０、１９２０×１０８０など）を有するソース信号を受信または生成することができる。ビデオプロセッサ１０５は、ソース信号を、第１の解像度の２分の１の第２の解像度を有する２つの水平方向および垂直方向にインターリーブされた信号としてサブサンプリングすることができる。サブサンプリングの結果として、ビデオプロセッサ１０５は、図８Ｃに示されている構成と同様のインターリーブされた画素を有する２つのビデオストリームもしくは画像ストリームを生成することができる。ビデオプロセッサ１０５は、その後、サブサンプリングされた２つの信号を２つの同期画像ストリームとしてエンコードすることができる。ビデオプロセッサ１０５は、２つの同期画像ストリームを、対角線方向にずらされた２つのＬＣｏＳパネル（それぞれソース信号の画素数の４分の１かつサブサンプリングされた信号の画素数の２分の１の画素数を有する）を有する光学エンジン１１５に送信することができる。副画素生成器３４５を使用してＬＣｏＳパネルの出力画素を寸法決めして移動させることで、光学エンジン１１５は、それぞれがサブサンプリングされた信号と同じ解像度を有する２つのインターリーブ画像を再作成することができる。光学エンジン１１５は、その後、元のソース信号を実質的にエミュレートするために同期化されたインターリーブ画像を表示することができる。
【０１６６】
いくつかの実施形態では、縮小画素の移動は、変調パネルもしくはマイクロレンズアレイまたはその両方を移動させることで行われる。図１０Ｇ〜Ｉは、マイクロレンズアレイが光変調パネルの前に配置された実施形態例を示した図である。マイクロレンズは、マイクロレンズアレイを使用してそれぞれの画素の前に配置することができる。レンズは、入射光を集光して、その光をそれぞれの画素の中心部に集束させるように構成される。光は、その後、画素ミラーに反射してレンズ表面に戻り、レンズ表面で画素画像は投影レンズのような別の光学部品によって分解される。得られる結像画素は、パネルの画素サイズの何分の１かのサイズになる。その後、画素が左、右、上、および／または下に移動してフルサイズの画素が占めるはずであったスペースを埋める縮小画素の集合を形成するように、パネルが移動される。
【０１６７】
図１０Ｇは、マイクロレンズアレイが片側に配置されたＬＣｏＳパネルの一部の断面図である。まず、パネルの画素は左から右に移動する形で示されている。ＬＣｏＳ画素に隣接して液晶が配置され、その次に、カバーガラスが配置される。カバーガラスは、右側にマイクロレンズ表面を有する。このマイクロレンズアレイは、照明光学系からの光が画素から反射されて、レンズ表面で２分の１のサイズで結像されるような焦点距離を有する。図１０Ｈは、カバーガラスを強固にするために厚みを増したカバーガラスを有するＬＣｏＳパネルの別の実施形態例の図である。図１０Ｉは、ビームがテレセントリックなビームである場合に、１画素に対応する光の入口を始点とする光路の一例であり、光を破線で示した図である。比較的高いＦ／＃、例えば、ｆ／２０を有するビームの場合、照明は、カバーカラスへの入口の１画素サイズから画素ミラー表面の対応する９画素領域まで広がる。８つの周辺画素のマイクロレンズは、各画素上でテレセントリックな光線になるように光線を配光する。その後、光線は画素ミラー表面から反射されて、マイクロレンズ表面に戻り、マイクロレンズ表面で４分の１サイズの画素画像が形成される。ＬＣｏＳパネルは、得られた画素画像を所定の形で移動させることができるように移動されるように構成される。投影レンズは、マイクロレンズ表面に焦点が合わせられ、得られた画像がスクリーン上に投影される。プロジェクタシステムは、適切な速さで４カ所の異なる位置で４分の１のサイズの画素を走査することによって、高解像度の画像を表示することができる。いくつかの実施形態では、マイクロレンズアレイは、Ｆ値変換を行うように構成される。例えば、マイクロレンズアレイは、約１７のＦ値から投影レンズに適合するＦ値（例えば、約４のＦ値）に変換する。このことにより、さらに別の角度ダイバーシティを導入することでシステム内のスペックルを低減することができる。
【０１６８】
図１０Ｊ〜Ｍは、ビデオプロジェクタシステム１００用の副画素生成器３３８の一例をさまざまな角度から見た図である。図１０Ｎは、図１０Ｊ〜Ｍに示されている画素生成器３３８の分解図である。図面内では、変調光は図の右上から入射して、副画素生成器３４５の左下から出る。
【０１６９】
副画素生成器３３８は、筐体１００５を含む。副画素生成器３３８は、筐体内に、マイクロレンズアレイ３４０を保持するように構成されたプレート１００４を含む。マイクロレンズアレイは、リレーレンズの後ろでＬＣｏＳパネルから変調光を受光して画素のサイズを縮小するように位置決めされる。副画素生成器３３８は、４つのスピーカ１００２ａ、１００２ｂ、１００２ｃ、および１００２ｄが設置されたスピーカプレート１００２を含む。スピーカプレート１００２の反対側には、角がスピーカ１００２ａ、１００２ｂ、１００２ｃ、および１００２ｄの反対側に取り付けられる形で屈折素子３４５が設置される。屈折素子３４５は、任意の適切な物質とすることができ、約２ｍｍ〜約４ｍｍ、約１ｍｍ〜約５ｍｍ、または約０．５ｍｍ〜約７ｍｍの厚さを有することができる。スピーカ１００２ａ、１００２ｂ、１００２ｃ、および１００２ｄは、スピーカを揺動させる、もしくは振動させる電気信号を受信する。この揺動もしくは振動により屈折素子３４５は一定のパターンで動くことができ、マイクロレンズアレイ３４０によって生成された副画素をさまざまな位置に移動させることができる。
【０１７０】
屈折素子３４５の動きはほぼ連続的な動きにすることができ、図１０Ｆに関して説明したように、屈折素子３４５は繰り返しパターンで動くことができる。パターンの周波数は、回転素子の周波数に関連付けることができる。いくつかの実施形態では、屈折素子３４５の動きの周波数は、入力ビデオデータの周波数（もしくはフレームレート）に左右されない周波数にすることができる。このことで、副画素は画素要素間のはっきりした境界を効果的になくすように、または画素が効果的に見えなくなるように、画素内で副画素の位置を連続的に変化させることによって、効率的に信号の光学的かつデジタル的なフィルタリング処理を行うことができる。したがって、表示映像内の光側波帯を取り除くことによって、ナイキスト（Ｎｙｑｕｉｓｔ）サンプリングに関する画像内の歪みまたはアーチファクトを低減する、もしくは最小限に抑える効果が得られ、例えば、エイリアシングを低減もしくは除去することができる。その結果、パターンの周波数は画素サイズおよび／またはフレームレートと無関係であるので、実質的にこれらの値に左右される可能性はない。いくつかの実施形態では、パターンの周波数および回転スキャナの周波数は、表示映像内のフリッカーの出現を低減する、もしくは最小限に抑えるように設定することができる。その結果、フィルムに似た画質を有するが、フィルム粒子が現れない出力ビデオを生成することができるデジタルプロジェクタが得られる。いくつかの実施形態では、屈折素子３４５によるパターンの繰り返しの周波数は、約７５Ｈｚ〜約８５Ｈｚ、約４０Ｈｚ〜約１２０Ｈｚ、または約３０Ｈｚ〜約２５０Ｈｚである。
【０１７１】
副画素生成器３３８は、補正モータ１００１と補正ホイール１００３とを含む。補正ホイールは、通過する光の偏光を調節するために４分の１波長板を含むことができる。補正モータ１００１および補正ホイール１００３を４分の１波長板と一緒に使用して、出力ビデオの立体性を調節することができる。この方法は、プロジェクタ１００が使用される映画館、３Ｄ眼鏡、および／またはスクリーンに応じてプロジェクタ１００を調整するのに使用することができる。副画素生成器３３８は、補正ホイール１００３の位置のフィードバックを提供するために、筐体に取り付けられるホールセンサ１００９を含む。これは、ユーザに、補正ホイール１００３に取り付けられた４分の１波長板の速軸および遅軸の相対配向に関する情報を提供することができる。
【０１７２】
副画素生成器３３８は、２つの補正モータ１００１と２つの補正ホイール１００３とを含む。いくつかの実施形態では、それ以上の数、例えば、３つ、４つ、または５つ以上を使用する場合がある。いくつかの実施形態では、１つの補正モータ１００１と１つの補正ホイール１００３とを有することができる。いくつかの実施形態では、ウォブラは補正モータ１００１または補正ホイール１００３を含まない。副画素生成器３３８は、スピーカプレート１００６、センサボード１００９、および補正モータ１００１それぞれを筐体１００５に取り付けるための種々のねじ取付機構１０１０、１０１１、および１０１２を含む。
投影レンズの例
【０１７３】
図３に戻ると、光は、マイクロレンズアレイ３４０および副画素生成器３４５を出た後、投影レンズ３５０に入る。投影レンズ３５０は、光学エンジンモジュール１１５によって作成された映像もしくは画像を実質的にスクリーン１２０上に焦点を合わせるように構成することができる。いくつかの実施形態では、投影レンズ３５０は広域スペクトル光用にコーティングされる。いくつかの実施形態では、光源が広域スペクトル光ではなく挟帯域光を供給するので、レンズ３５０はコーティングされない。
光学エンジンモジュール例の概略図
【０１７４】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、ビデオプロジェクタシステム内のいくつかの実施形態の光学エンジンの概略図である。図１１Ａは、光源から光学エンジンモジュール１１５に光を伝送するように構成された５本の光ファイバを示している。いくつかの実施形態では、５本の光ファイバを使用して１色の光を伝送することができる。３色の光を使用するいくつかの実施形態では、１５本の光ファイバを使用することができる。他の本数の光ファイバを使用して、光源と光学エンジンモジュール１１５との間で光を伝送することも可能である。いくつかの実施形態では、各色の光用の別個のカラーケーブルを使用することができ、それぞれのカラーケーブルは、少なくとも１本の光ファイバ、少なくとも２本の光ファイバ、少なくとも３本の光ファイバ、少なくとも４本の光ファイバ、少なくとも５本の光ファイバ、または６本以上の光ファイバを含む。いくつかの実施形態では、カラーケーブル内の第１の光ファイバを使用して第１のライトエンジンモジュールからの第１の色の光を結合することができる、カラーケーブル内の第２の光ファイバを使用して第２のライトエンジンモジュールからの第１の色の光を結合することができる、カラーケーブル内の第３の光ファイバを使用して第３のライトエンジンモジュールからの第１の色の光を結合することができるなど、その他同様の形が可能である。いくつかの実施形態では、１つのライトエンジンモジュールが使用される場合、それぞれのカラーケーブルの中央光ファイバを使用して、ホモジナイザＢを効率的に照射することができる。いくつかの実施形態では、２つのライトエンジンモジュールが使用される場合、中央光ファイバの両側の光ファイバを使用することができる。いくつかの実施形態では、３つのライトエンジンモジュールが使用される場合、外側光ファイバおよび中央光ファイバを使用して１色の光を光学エンジンに送ることができる。光ファイバからの光は、第１のホモジナイザＢに送られる。光は、第１のホモジナイザＢの後に、レンチキュラーレンズアレイＣおよび平凸レンズＤを通過して第２のホモジナイザＥに入る。第２のホモジナイザＥを出た光は、その後、平凸レンズＧによって実質的に焦点が合わされた平凸円柱レンズＦを使用してコリメートされる。集束光は、ミラーＨおよびミラーＪに反射して別のレンチキュラーレンズアレイＫに入射する。図１１Ｂに示されるように、光は、その後、六角形状スピナーＬに当たり、レンズＭおよびレンズＮによって色合成器に伝送される。
【０１７５】
図１１Ｂでは、一列に並んだ遅延補正器ＢとプリズムＡとを使用して、赤色、緑色、および青色の光が（図１１ＡのスピナーＬによって垂直方向に分離されながら）色合成器Ｃから出て同じ光路に沿って進むように合成される。光は、プリズムＤおよび平凸レンズＦを備えたテレセントリックフォーカスを通過する。光は、４分の１波長板Ｇから偏光変調素子に入射し、偏光に応じて２つの光路に分割される。両方の光路は、左右のＬＣｏＳパネルＨに作用する前に広帯域偏光子Ｍおよび半波長偏光板Ｊを通過する。光はＬＣｏＳパネルを出て、プリズムＫで合成されて、テレセントリックリレーレンズＮを通過する。変調偏光された光は、その後、マイクロレンズアレイＰおよび窓Ｒを通過する前に４分の１波長板Ｇを通過する。偏光され、変調され、そして集束された光は、その後、投影レンズを通過して表示される。いくつかの実施形態では、左右のＬＣｏＳパネルを互いにずらして、ライトエンジンモジュールの出力画素数を効率的に２倍にすることができる。
ＬＥＤを備えたライトエンジン
【０１７６】
本明細書に記載されているビデオプロジェクタシステムは、レーザ光を使用して変調パネルを照射することができる。いくつかの実施形態では、レーザ光に加えて、またはレーザ光の代わりにＬＥＤを使用することができる。十分な光度を供給するために、本明細書で後述するようなＬＥＤの出力を増加させる技術を使用して、ＬＥＤを合成することができる。ＬＥＤを合成することによって、十分なビデオ出力を生成するように出力を増加させる、および／または調整することができる。ＬＥＤは、いくつかの実施態様では、少なくとも一部は、効率性、コンパクトさ、色域の広さ、耐用年数の長さ、供給電圧の低さ、迅速にオンオフの切り替えが可能であることなどの観点から、レーザの適切な代替形態であると言える。しかし、レーザまたは他の光源に比べて、光源の単位面積当たりの光強度が低く、発光の立体角（例えば、輝度）が小さいＬＥＤもある。複数のＬＥＤ出力を合成して、光源にＬＥＤの有利な特性を付与すると同時に十分に高い輝度を生成するのが望ましい場合がある。したがって、プロジェクタシステムは、プロジェクタシステムで使用するためのＬＥＤ出力を合成するのに使用できるシステム、例えば、本明細書に示されているライトエンジンモジュールを備える。
【０１７７】
図１２は、ライトエンジンの出力を増加させるために同じ色の２つ以上のＬＥＤからの光を合成するシステムの一例を示した図である。ＬＥＤ合成システムを使用することによって、インコヒーレント光の単色源が形成される。このことにより、少なくとも１つにはインコヒーレント光源を使用することで、レーザ光源に比べて、得られたビデオ出力内のスペックルを低減することができる。さらに、ＬＥＤ合成システムを使用して、使用されるＬＥＤの数を動的に変更することにより、特定の色の光を生成して、光源の輝度を変更する特定の色の光を生成することができる。
【０１７８】
図１２に示されているように、先細ライトパイプ（ＧＴＬＰ）、レンズ、偏光格子−偏光変換システム（ＰＧ−ＰＣＳ）、および偏光ビームスプリッタの組み合わせを使用して、５個の青色ＬＥＤが合成される。例えば、以下の数に限定されないが、２個、３個、４個、６個、７個、８個、９個、１０個、２０個、５０個、１００個などの異なる数のＬＥＤを使用することも可能である。光の単色源を形成するのに使用されるＬＥＤは、色の許容帯域以内の色範囲を生成することができる。例えば、青色ＬＥＤは、平均的もしくは所望の青色波長の約１００ｎｍ以内、約５０ｎｍ以内、約３０ｎｍ以内、約２０ｎｍ以内、もしくは約１０ｎｍ以内の波長を有する青色の光を生成することができる。さらに、図１２のＬＥＤ合成システムは、赤色、緑色、シアン、黄色、マゼンタ、白色、ＵＶなどの任意の色のＬＥＤと併用されてもよい。
【０１７９】
図１２のＬＥＤ合成システムは、ＧＴＬＰを使用して、ＬＥＤからの光束を集光、成形、および／または均一化して、ほぼ均一にシステムの光学部品を照射することができる。さらに、ＬＥＤ合成システムは、レンズを使用してＧＴＬＰを出た光を集束またはコリメートすることができる。ＬＥＤ合成システムは、ＰＧ−ＰＣＳ部品を使用して、効率的にＬＥＤ光を偏光することができる。ＰＧ−ＰＣＳ光学部品は、入射光の約５０％しか偏光できず、残りの光は失われてしまうような従来の偏光フィルタと比較して、入射光の約９０％を偏光することができるので、ＰＧ−ＰＣＳ光学部品を使用するのが望ましいと言える。いくつかの実施態様では、ＰＧ−ＰＣＳ光学部品の代わりに、入射光の少なくとも約７０％、入射光の少なくとも約７５％、入射光の少なくとも約８０％、入射光の少なくとも約８５％、もしくは入射光の少なくとも約９０％を偏光することによって効率的に光を偏光する任意の偏光光学部品が使用される場合がある。効率的な偏光光学部品を使用することによって、ＬＥＤ光源システムの効率は、従来の偏光技術を使用した他のシステムと比較して、満足できる結果が得られるレベルまで高められる。いくつかの実施形態では、ＰＧ−ＰＣＳ光学部品は、マイクロレンズアレイ、偏光格子、ルーバー式マルチツイストリターダなどの組み合わせを使用して効率的に入射光を偏光することができる。ＰＧ−ＰＣＳ光学部品の一例として、ＩｍａｇｉｎｅＯｐｔｉｘ  Ｃｏｒｐ（ノースカロライナ州、ＵＳＡ）から市販されている部品番号Ｅ３  ＰＧＰＣＳのＰＧ−ＰＣＳ光学部品がある。
【０１８０】
図１２のＬＥＤ合成システムは、偏光ビームスプリッタを使用して、複数のＬＥＤからの出力がそれぞれ少なくとも１つのＰＧ−ＰＣＳを通過した後にこれらの出力を合成することができる。偏光ビームスプリッタは、偏光された光を効率的に所望の光路に沿って案内することで、ＰＧ−ＰＣＳ光学部品からの偏光された光を合成することができる。このようにして、複数のＬＥＤからの光を効率的に合成して実質的に単色の出力を生成することができる。
【０１８１】
図１３は、複数の色のＬＥＤに対して図１２のＬＥＤ合成システムを使用したライトエンジンの一例を示した図である。例えば、青色、赤色、および緑色のＬＥＤはそれぞれ、図１２に関して説明したような形で、個々のＬＥＤ合成システムと関連付けられる。その後、ＬＥＤ合成システムそれぞれの出力を合成して、変調プロジェクタシステムで使用することができる多色光出力を生成することができる。図示されているように、ライトエンジンモジュールは、赤色、緑色、および青色３色それぞれに対して３個のＬＥＤを使用する。しかし、異なる数のＬＥＤを使用することも可能であり、各色が異なる数のＬＥＤを有することも可能である。例えば、プロジェクタの緑色出力を増加させるのが望ましい場合、または緑色ＬＥＤが他のＬＥＤに比べて輝度が低い場合には、より多くの数の緑色ＬＥＤを使用することができる。いくつかの実施形態では、ライトエンジンモジュールは、例えば、黄色ＬＥＤ、白色ＬＥＤなどを加えたより多くの色を使用することができる。
【０１８２】
ＬＥＤ合成システムそれぞれの出力は、ダイクロイックミラーを使用して合成される。ミラーを使用して、合成されたＬＥＤ出力を別のＰＧ−ＰＣＳ光学部品に向けて、変調パネル（例えば、図１３に示されているＬＣｏＳパネル）に入射する光を効率的に偏光することができる。変調光は、その後、表示するためにプロジェクタレンズシステムに向けられる。
【０１８３】
図１４は、立体出力を生成するライトエンジンで、複数の図１２のＬＥＤ合成システムを採用したライトエンジンの一例を示した図である。いくつかの実施形態では、ライトエンジンモジュールは立体出力を生成するように組み合わせられる、および／またはＬＥＤ合成システムは異なる偏光を示す合成ＬＥＤ光を生成して立体感を生みだすように構成される。図１４のライトエンジンモジュールは、色合成キューブを使用して複数のＬＥＤ合成システムからの出力を合成するが、それぞれのＬＥＤ合成システムは、図１２に示されているＬＥＤ合成システムと同様のシステムである。「右」の組のＬＥＤからの出力は「右目」ＬＣｏＳパネルに向けられ、「左」の組のＬＥＤからの出力は「左目」ＬＣｏＳパネルに向けられる。ＰＧ−ＰＣＳ光学部品を使用して、立体表示および立体視用の偏光を構成することができる。この構成は、色合成キューブおよび偏光ビームスプリッタを使用することでフレネル損失を低減することができるので、比較的効率的な立体プロジェクタシステムを形成することができる。
【０１８４】
図１５は、ダイクロイックミラー、偏光ビームスプリッタ、および偏光格子−偏光変換システムを使用してＬＣｏＳパネル上に合成される複数のＬＥＤを備えたライトエンジンの一例を示した図である。この例のライトエンジンモジュールでは、異なる色のＬＥＤからの光は、ＰＧ−ＰＣＳ光学部品と偏光ビームスプリッタとの組み合わせを使用して合成される前に、ダイクロイックミラーを使用して合成される。この形は、所定の色の組み合わせもしくは選択された色の組み合わせ（例えば、赤色−緑色−青色、シアン−黄色−マゼンタなど）を有するモジュール式ＬＥＤ光モジュールを備える場合、またシステム内で使用されるＬＥＤモジュールの数を増やすことによって輝度を上げるのが望ましい場合に有利であると言える。
【０１８５】
図１６は、ビデオプロジェクタシステム１００と共に使用されるライトエンジン１１０の一例を示した図である。ライトエンジン１１０は、赤色光源１６０５ａ、緑色光源１６０５ｂ、青色光源１６０５ｃに対応する３個の光源を含むことができる。光源は、レーザ、ＬＥＤ、レーザダイオードなどとすることができる。光源の出力は、光源ごとに１本または複数本の光ファイバケーブルに結合される。
【０１８６】
ライトエンジン１１０は、光源に熱的に結合される冷却プレート１６１０を含む。光源は熱を発生させるので、ライトエンジン１１０は、熱を放散するおよび／または熱の少なくとも一部を光源１６０５ａ、１６０５ｂ、１６０５ｃから除去するように構成される。いくつかの実施形態では、ライトエンジン１１０は、能動的冷却要素および受動的冷却要素を含むことができる冷却システム１６２０を含む。例えば、冷却システム１６２０は、ライトエンジン１１０を冷却するのに使用される圧縮機を含むことができる。冷却システムは、ラジエータ式の構造を含むことができ、冷却要素を通過する液体を含むことができる。いくつかの実施形態では、冷却装置を使用してライトエンジン１１０に冷却能力を付与することができる。
【０１８７】
図１７Ａ〜Ｄは、複数のレーザダイオードを備える光源１６０５の例を示した図である。光源１６０５は、レーザダイオードを筐体内で固定して出力光を光ファイバケーブルに向けて集束させるように構成された複数の構造的光学素子を有する筐体１７０５を有することができる。光源１６０５は、レーザダイオード１７２５を支持し、ヒートシンクを形成するように構成された取付板１７３０を有することができる。レンズプレート１７２０は、取付板１７３０上に位置決めされて、レーザダイオード１７２５に対応するレンズ１７１５を支持することができる。レンズ１７１５は、レーザダイオード１７２５それぞれから出力された光を筐体１７０５内に位置決めされた反射キャップ１７１０に向けるように構成される。反射キャップ１７１０は、レーザダイオード１７２５からの出力光を反射して、および／または出力光を反射素子１７１７に向けて、その後、光ファイバケーブル（図示せず）に向けるように構成される。このようにして、複数のレーザダイオード１７２５から出力された光は集光されて、１つの光源として供給される。いくつかの実施形態では、種々のレーザダイオード１７２５の物理的配置は、少なくとも１つには、偏光ダイバーシティ（例えば、レーザダイオードからの出力偏光は不均一になるように、および／またはランダムになるように構成される）および角度ダイバーシティ（例えば、レーザダイオードから入射する光は、光ファイバケーブルまで異なる光路を進み、効果的に異なる角度から入射する）によりスペックルを低減するように配置される。図１７Ｂ〜Ｄは、取付板１７３０、レーザダイオード１７２５、レンズプレート１７２０、および光源１６０５のレンズ１７１５の拡大図である。レーザダイオード１７２５の数は光源１６０５ごとに異なってもよい。いくつかの実施形態では、緑色ダイオードの数は赤色レーザダイオードおよび／または青色レーザダイオードの数より多くすることができる。例えば、図１７Ｄは、複数の緑色レーザダイオード１７２５を有する緑色光源の一例とすることができる。
【０１８８】
図１８Ａ〜Ｃは、図１７Ａ〜Ｄに示されているレーザダイオード光源１６０５と共に使用されるＰＣＢボード１８１０およびヒートシンク１８１５の図である。ＰＣＢボード１８１０は、複数のレーザダイオードと電気的に接続するように構成される。ＰＣＢボード１８１０は、ヒートシンクと熱伝導的に接続すると同時に、ヒートシンクがＰＣＢボード１８１０と電気的に接続するように構成される。レーザダイオードは、コネクタ１８２５を介して送られた信号によって制御可能であり、コネクタ１８２５は、ＰＣＢボード１８１０を介して信号をレーザダイオードに分散することができる。ヒートシンク１８１５は、ＰＣＢボード１８１０がヒートシンク１８１５内に収まるようにＰＣＢ１８１０の機械的支持部となる構成にすることができる。したがって、レーザダイオードは、ＰＣＢボード１８１０に機械的に結合され、ヒートシンク１８１５に熱的に結合される。ヒートシンク１８１５は、レーザダイオードによって発生した熱を放散できる大きさになるように構成される。
【０１８９】
図１９は、ビデオプロセッサ１０５用の電子回路基板１９００の一例を示した図である。電子回路基板１９００は、外部システムからの入力を受信するための複数の入力部１９３５を含む。入力部は、例えば、ＨＤＭＩ、ＨＤ−ＳＤＩ、ＤＶＩなどの任意の適切なコネクタとすることができる。電子回路基板１９００は、ビデオデータを光学エンジンもしくはプロジェクタヘッドに伝送するための複数の出力部１９４０を含む。電子回路基板１９００は、入力信号をエンコード、デコード、暗号化、および／または復号するためのビデオコントローラ１９０５を含む。電子回路基板１９００は、光学エンジンもしくはプロジェクタヘッドに伝送するのに適したビデオ信号を生成するための１つ、２つ、またはそれ以上のビデオモジュール１９１０、１９２０を含む。電子回路基板１９００は、ビデオモジュール１９１０、１９２０からビデオ信号を受信して出力部１９４０から光学エンジンに伝送するための適切な信号を生成するパッケージ化モジュール１９２５を含む。電子回路基板１９００は、データ記憶装置１９３０を含むことができる。データ記憶装置１９３０は、ビデオモジュール１９１０、１９２０によって処理され、パッケージ化モジュール１９２５および出力部１９４０によってプロジェクタヘッドに伝送されるビデオファイルを記憶することができる。
スペックル低減
【０１９０】
本明細書に示されているビデオプロジェクタシステムは、コヒーレント光源を使用した場合にスペックルを低減するように構成された多数の要素および／または方法を含むことができる。これらの要素および／または方法は、開示されているビデオプロジェクタシステムの実施形態において任意に組み合わせて使用することができる。これらのスペックル低減要素および／または方法の任意の一部を、開示されているビデオプロジェクタシステムの実施形態において実装することができる。本明細書でより詳細に説明されているように、ビデオプロジェクタシステムは、例えば、波長ダイバーシティ、角度ダイバーシティ、位相角ダイバーシティ、および／または偏光ダイバーシティを向上させることによってスペックルを低減することができる。ビデオプロジェクタシステムは、波長ダイバーシティ、角度ダイバーシティ、位相角ダイバーシティ、および／または偏光ダイバーシティの１つまたは複数を向上させるように構成された方法または部品の任意の組み合わせもしくは部分的組み合わせを使用して、スペックルを低減することができる。ビデオプロジェクタシステムは、時間平均および／または空間的コヒーレンス破壊によってコヒーレンスを低下させるように構成された方法または部品の任意の組み合わせを使用して、スペックルを低減することができる。
【０１９１】
いくつかの実施形態では、スペックルを低減する方法または部品は、互いに独立している、またはビデオプロジェクタシステム内で別々に実装される。光源が他のスペックル低減特性、例えば、ＲＦ変調信号のコヒーレント光源への注入のような特性を含むか否かに関係なく、例えば、マイクロレンズアレイを光学エンジンの光路内に配置して角度ダイバーシティを向上させることができる。
【０１９２】
いくつかの実施形態では、スペックル低減方法または部品は、さまざまな形でスペックルを低減するように作用する。例えば、本明細書に詳細に示されているように、複数のマルチモードファイバを使用して光を光源から光学エンジン内の光路に伝送することで、位相角ダイバーシティ、角度ダイバーシティ、および偏光ダイバーシティを向上させることになりスペックルを低減することができる。
【０１９３】
ビデオプロジェクタシステムは、コヒーレント光源のスペクトル帯域幅を広げることにより波長ダイバーシティを向上させることができる。ビデオプロジェクタシステムは、同様の波長であるが異なる波長を有するコヒーレント光源を備えることにより波長ダイバーシティを向上させることができる。ビデオプロジェクタシステムは、コヒーレント光源にＲＦ変調信号を注入して放射スペクトルを拡大することにより波長ダイバーシティを向上させることができる。これらの波長ダイバーシティを向上させる部品または方法のいずれかを本明細書で開示されているビデオプロジェクタシステム内で任意に組み合わせて使用することができる。
【０１９４】
ビデオプロジェクタシステムは、物理的に分離された光ファイバケーブルを出た光がさまざまな角度で光路に入射する時に、光源と光学エンジンの光路との間で光ファイバを結合することにより、角度ダイバーシティを向上させることができる。ビデオプロジェクタシステムは、コヒーレント光源の配向を変えることにより、角度ダイバーシティを向上させることができる。ビデオプロジェクタシステムは、光学エンジンの光路にある光変調器によって、角度ダイバーシティを向上させることができる。ビデオプロジェクタシステムは、マルチレンズアレイ（例えば、マイクロレンズアレイおよび／またはレンチキュラーレンズアレイ）、拡散器、形状可変ミラー、可動屈折素子、および／または積分器のような光学素子を使用することにより、角度ダイバーシティを向上させることができる。ビデオプロジェクタシステムは、光学素子のコーティングを使用することにより、角度ダイバーシティを向上させることができる。これらの角度ダイバーシティを向上させる部品または方法のいずれかを本明細書で開示されているビデオプロジェクタシステム内で任意に組み合わせて使用することができる。
【０１９５】
ビデオプロジェクタシステムは、光ファイバケーブルを使用してライトエンジンから光学エンジンの光路に光を伝送することによって、位相角ダイバーシティを向上させることができ、位相角ダイバーシティは光ファイバを通る光の複数の内部反射によって向上する。ビデオプロジェクタシステムは、適切な光学部品を介したコヒーレント光源の時変位相シフトによって、位相角ダイバーシティを向上させることができる。ビデオプロジェクタシステムは、複数の未校正および／または非コヒーレント性のライトエンジン内の複数のエミッタソースを使用することによって、位相角ダイバーシティを向上させることができる。これらの位相角ダイバーシティを向上させる部品または方法のいずれかを本明細書で開示されているビデオプロジェクタシステム内で任意に組み合わせて使用することができる。
【０１９６】
ビデオプロジェクタシステムは、ライトエンジン内のエミッタソースの配向および／または機械的回転によって、偏光ダイバーシティを向上させることができる。ビデオプロジェクタシステムは、伝搬する光の偏光を維持するように構成されていない１本または複数本の光ファイバケーブル（例えば、マルチモードファイバ）を使用することで、偏光ダイバーシティを向上させることができる。これらの偏光ダイバーシティを向上させる部品または方法のいずれかを本明細書で開示されているビデオプロジェクタシステム内で任意で組み合わせて使用することができる。
【０１９７】
いくつかの実施形態では、ビデオプロジェクタシステムは、互いにインコヒーレントな光の成分供給源を備えた光源を利用することにより、スペックルを低減することができる。
結論
【０１９８】
添付図面を参照しながら実施形態を説明してきた。しかし、図面は正確な縮尺で描かれていないことは理解すべきである。間隔、角度などは、単なる例であって、必ずしも図示されている装置の実際の寸法および配置を正確に示すものとは限らない。また、上述の実施形態は、当業者が本明細書に示されている装置、システムなどを作成して使用できるように詳細に説明されている。さまざまな変形形態が可能である。部品、要素、および／またはステップは、変更、追加、排除、または再調整されてもよい。特定の実施形態が明確に説明されているが、本開示に基づいて、他の実施形態も当業者に明らかになるであろう。
【０１９９】
本明細書内で使用される条件語句、特に、「〜することができる」「〜してもよい」「例えば」などは、特に明記しない限り、または使用されている文脈以外の意味がある場合を除いて、通常、特定の実施形態は、他の実施形態は含まないが、特定の機能、要素、および／または状態を含むことを意味するものである。したがって、この条件語句は、通常、特徴、要素、および／または状態が何らかの形で１つまたは複数の実施形態にとって必要である、もしくは１つまたは複数の実施形態が必然的に、著者の入力または指示の有無に関係なく、これらの特徴、要素、および／または状態が任意の特定の実施形態に含まれるか否か、または任意の特定の実施形態内で実行されるか否かを決定する論理を含むことを意味するものではない。用語「備える」「含む」「有する」などは、同義語であり、包括的に、制約なしに使用され、追加の要素、特徴、動作、操作などを除外するものではない。また、用語「または」は、含むという意味で使用され（含まないという意味ではない）、例えば、要素のリストをつなぐのに使用される場合、「または」はリスト内の要素の１つ、いくつか、または全てを指すものである。例えば、語句「少なくとも１つのＸ、Ｙ、およびＺ」のような接続語は、特に明記しない限り、通常、アイテム、用語などがＸ、Ｙ、またはＺのいずれかである可能性があるという意味で使用される文脈で解釈される。したがって、このような接続語は、通常、特定の実施形態において、少なくとも１つのＸ、少なくとも１つのＹ、および少なくとも１つのＺそれぞれが存在しなければならないことを意味するものではない。
【０２００】
実施形態に応じて、本明細書に記載されている方法のうちのいずれかの特定の動作、イベント、または機能は、異なる順序で実行されてもよいし、追加されてもよいし、統合されてもよいし、または全てが省略されてもよい（例えば、記載されている動作またはイベントの全てが方法を実施するのに必要とは限らない）。さらに、特定の実施形態では、動作またはイベントは、順次ではなく、同時に、例えば、マルチスレッド処理、割り込み処理、またはマルチプロセッサもしくはプロセッサコアによって行われてもよい。いくつかの実施形態では、本明細書で開示されているアルゴリズムを記憶装置内に記憶されるルーチンとして実装することができる。さらに、プロセッサは、そのルーチンを実行するように構成される。いくつかの実施形態では、カスタム回路が使用される場合もある。
【０２０１】
本明細書に開示されている実施形態に関して上述したさまざまな論理ブロック、モジュール、およびアルゴリズムステップの例は、電子機器、コンピュータソフトウェア、またはこれら両方の組み合わせとして実装されてもよい。このハードウェアとソフトウェアの互換性をわかりやすく説明するために、上記において、さまざまな部品、ブロック、モジュール、回路、およびステップの例をそれらの機能に関して概略的に説明した。この機能がハードウェアとして実装されるかまたはソフトウェアとして実装されるかは、特定の用途およびシステム全体に課せられた設計制約によって決まる。記載されている機能は、さまざまな方法で特定の用途ごとに実装可能であるが、このような実装の決定は、本開示の範囲を逸脱すると解釈されるべきではない。
【０２０２】
本明細書に開示されている実施形態に関して上述したさまざまな論理ブロック、モジュール、および回路の例は、本明細書で記載されている機能を実行するように設計された、汎用プロセッサ、デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）もしくは他のプログラム可能論理デバイス、個別ゲートもしくはトランジスタ論理、個別ハードウェアコンポーネント、またはこれらの組み合わせを使用して実装もしくは実行されてもよい。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサとすることができるが、代替形態では、汎用プロセッサは、任意の従来型のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械とすることができる。プロセッサは、コンピュータデバイスの組み合わせ、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサの組み合わせ、ＤＳＰコアと併用される１つまたは複数のマイクロプロセッサの組み合わせ、または任意の他のこのような構成として実装されてもよい。
【０２０３】
本明細書に開示されている実施形態に関して上述した方法およびアルゴルリズムのブロックは、ハードウェア内で、プロセッサによって実行されるソフトウェア内で、または両方組み合わせて、直接具現化されてもよい。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または当分野で周知の任意の他の形態のコンピュータ可読記憶媒体内に常駐することができる。例示の記憶媒体はプロセッサに接続されるので、プロセッサは記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができる。代替形態では、記憶媒体はプロセッサに内蔵されてもよい。プロセッサと記憶媒体は、ＡＳＩＣ内に常駐することができる。ＡＳＩＣは、ユーザ端末内に常駐することができる。代替形態では、プロセッサと記憶媒体は、ユーザ端末内の個別コンポーネントとして常駐することができる。
【０２０４】
上述の詳細な説明は、さまざまな実施形態にも適用される新規な特徴を示し、説明して、指摘しているが、本開示の精神から逸脱せずに、図示されている装置またはアルゴリズムの形態および細部のさまざまな省略、置換、および変更を行ってもよいことは理解できるであろう。当然、本明細書に記載されている本発明の特定の実施形態は、いくつかの特徴を他の特徴と別々に使用する、または実行することができるので、本明細書に示されている特徴および利点の全てを有するとは限らない形式で具現化することができる。本明細書に開示されている本発明の範囲は、上述の説明によって規定されるのではなく、付属の請求項によって規定される。請求項の意義の範囲内の変更および請求項の均等物の範囲内の変更は、本発明の範囲に含められるものとする。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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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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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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【図１０Ｈ】
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【図１０Ｉ】
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【図１０Ｊ】
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【図１０Ｋ】
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【図１０Ｌ】
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【図１０Ｍ】
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【図１０Ｎ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９】
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