(57)【要約】  発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いる投影システム、特に、多重ＬＥＤ投影システムにおけるスペクトルの混合に関する技術を提供する。多重１次発光ダイオードシステム１００は、異なる色チャンネル１１０Ｂ、ＨＯＧからの光を混合する偏光ベースの二色要素１１６の使用を含む。色チャンネルＨＯＢの少なくとも１つは、異なる波長範囲を有する光を生成する２つの発光ダイオード１０２Ｂ、１０２ＢＣを含む。偏光ベースの二色要素１１６の使用は、異なる色チャンネルからの重複するスペクトルを損失なく混合することを可能にする。従って、システムの明度は、異なるチャンネルからの重複するスペクトルを混合する時に損失が生じる従来のシステムに対して改良される。【選択図】図１
2010513946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影システムであって、
第１の色を有する光を生成する第１の色チャンネル、
を含み、
前記第１の色チャンネルは、
第１の波長範囲を有する光を生成する第１の発光ダイオード、及び該第１の波長範囲とは異なった第２の波長範囲を有する光を生成する第２の発光ダイオードと、
前記第１の波長範囲を有する前記光と前記第２の波長範囲を有する前記光とを受け取るように位置決めされ、該第１の波長範囲を有する該光と該第２の波長範囲を有する該光とを混合して前記第１の色を有する前記光を生成するビーム混合要素と、
前記第１の波長範囲及び前記第２の波長範囲とは異なる第３の波長範囲を有する光を生成する少なくとも１つの発光ダイオードを有し、該第３の波長範囲を有する該光を含む前記第１の色とは異なった第２の色を有する光を生成する第２の色チャンネルと、
前記第１の波長範囲を有する少なくとも前記光を受け取ってそれに影響を与えるように位置決めされた第１のマイクロディスプレイと、
前記第３の波長範囲を有する少なくとも前記光を受け取ってそれに影響を与えるように位置決めされた第２のマイクロディスプレイと、
前記第１の色チャンネルからの前記第１の色を有する前記光と前記第２の色チャンネルからの前記第２の色を有する前記光とを受け取るように位置決めされ、前記第１の波長範囲を有する前記光が前記第１のマイクロディスプレイによって影響を受け、かつ前記第３の波長範囲を有する前記光が前記第２のマイクロディスプレイによって影響を受けた後に該第１の色を有する該光と該第２の光を有する該光とを混合するように構成された偏光ベースの二色要素と、
を含む、
ことを特徴とする投影システム。
【請求項２】
前記ビーム混合要素は、二色要素であることを特徴とする請求項１に記載の投影システム。
【請求項３】
前記ビーム混合要素は、反射型偏光要素であることを特徴とする請求項１に記載の投影システム。
【請求項４】
前記第２の色を有する前記光は、第３の波長範囲を含み、
前記第２の波長範囲の波長の少なくとも一部分と前記第３の波長範囲の波長の少なくとも一部分は、同じ波長であり、
前記偏光ベースの二色要素は、前記第２の波長範囲及び前記第３の波長範囲からの前記同じ波長を混合するように構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の投影システム。
【請求項５】
前記第１のマイクロディスプレイは、前記第１の波長範囲を有する前記光と前記第２の波長範囲を有する前記光の両方を受け取ってそれに影響を与えるように位置決めされることを特徴とする請求項１に記載の投影システム。
【請求項６】
前記第１のマイクロディスプレイは、前記ビーム混合要素と前記偏光ベースの二色要素の間に位置決めされ、前記第２のマイクロディスプレイは、前記第２の色チャンネルの前記少なくとも１つの発光ダイオードと該偏光ベースの二色要素の間に位置決めされることを特徴とする請求項５に記載の投影システム。
【請求項７】
前記第１の発光ダイオード及び前記第２の発光ダイオードに相補的に連結され、かつ前記第１のマイクロディスプレイに連結されて該第１のマイクロディスプレイで表示されたデータを該第１の発光ダイオード及び該第２の発光ダイオードに同期させるパルス幅変調回路を更に含むことを特徴とする請求項５に記載の投影システム。
【請求項８】
前記第１の波長範囲、前記第２の波長範囲、及び前記第３の波長範囲とは異なる第４の波長範囲を有する光を生成する少なくとも１つの発光ダイオードを有し、該第４の波長範囲を有する該光を含む前記第１の色及び前記第２の色とは異なった第３の色を有する光を生成する第３の色チャンネルと、
前記第３の色チャンネルの前記少なくとも１つの発光ダイオードと前記偏光ベースの二色要素との間に位置決めされ、前記第４の波長範囲を有する少なくとも前記光を受け取ってそれに影響を与えるように位置決めされた第３のマイクロディスプレイと、
を更に含み、
前記第１の色を有する前記光、第２の色を有する前記光、及び前記第３の色を有する前記光を混合するように構成された前記偏光ベースの二色要素は、前記第３の色チャンネルからの該第３の色を有する該光を受け取るように位置決めされる、
ことを特徴とする請求項１に記載の投影システム。
【請求項９】
前記第２の色チャンネル及び前記第３の色チャンネルは、両方とも、複数の発光ダイオードと、該複数の発光ダイオードからの光を受け取ってそれらを混合するように位置決めされた二色要素とを含むことを特徴とする請求項８に記載の投影システム。
【請求項１０】
前記偏光ベースの二色要素は、偏光依存Ｘ−キューブであることを特徴とする請求項８に記載の投影システム。
【請求項１１】
前記第２の色チャンネルは、
前記第３の波長範囲を有する光を生成する第３の発光ダイオード、及び該第３の波長範囲とは異なった第４の波長範囲を有する光を生成する第４の発光ダイオードと、
前記第３の波長範囲を有する前記光と前記第４の波長範囲を有する前記光とを受け取るように位置決めされ、該第３の波長範囲を有する該光と該第４の波長範囲を有する該光とを混合して前記第２の色を有する前記光を生成する第２のビーム混合要素と、
を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の投影システム。
【請求項１２】
前記第２の波長範囲を有する前記光を受け取ってそれに影響を与えるように位置決めされた第３のマイクロディスプレイを更に含み、
前記第１のマイクロディスプレイ、前記第２のマイクロディスプレイ、及び前記第３のマイクロディスプレイは、前記偏光ベースの二色要素に連結され、かつ光が該偏光ベースの二色要素に入った後であるが前記第１の色を有する前記光と前記第２の色を有する前記光が混合される前に、それぞれ前記第１の波長範囲、前記第３の波長範囲、及び前記第２の波長範囲を有する該光を受け取ってそれに影響を与えるように位置決めされる、
ことを特徴とする請求項１に記載の投影システム。
【請求項１３】
前記偏光ベースの二色要素は、前記第１の色を有する前記光を受け取るための第１の入射面と、第２の色を有する前記光を受け取るための第２の入射面とを含むことを特徴とする請求項１２に記載の投影システム。
【請求項１４】
前記偏光ベースの二色要素は、前記第１の入射面を有する第１の偏光ビームスプリッタと、前記第２の入射面を有する第２の偏光ビームスプリッタと、前記第１の色を有する前記光及び前記第２の色を有する前記光を混合する第３の偏光ビームスプリッタとを含むことを特徴とする請求項１３に記載の投影システム。
【請求項１５】
第１の色チャンネルにおいて第１の色を有する光を生成する段階、
を含み、
前記第１の色チャンネルにおいて前記第１の色を有する光を生成する段階は、
第１の波長範囲を有する光を発生させる段階と、
前記第１の波長範囲とは異なった第２の波長範囲を有する光を発生させる段階と、
前記第１の波長範囲を有する前記光を前記第２の波長範囲を有する前記光と混合する段階と、
第２の色チャンネルにおいて前記第１の色とは異なった第２の色を有する光を生成する段階と、
前記第１の色チャンネルにおいて前記第１の色に画像情報を提供する段階と、
前記第２の色チャンネルにおいて前記第２の色に画像情報を提供する段階と、
前記第１の色チャンネルからの前記第１の色を有する前記光を、前記第２の色チャンネルからの前記第２の色を有する前記光と、該第１の色チャンネルにおける該光及び該第２の色チャンネルにおける該光の偏光状態に基づいて混合する段階と、
を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
第２の色を有する前記光は、第３の波長範囲を含み、
前記第２の波長範囲の波長の少なくとも一部分及び前記第３の波長範囲の波長の少なくとも一部分は、同じ波長であり、
前記第１の色チャンネルからの前記第１の色を有する前記光を前記第２の色チャンネルからの前記第２の色を有する前記光と混合する段階は、前記第２の波長範囲及び前記第３の波長範囲からの前記同じ波長を混合する段階を含む、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の色チャンネルにおいて前記第１の色を有する前記光を第１の偏光方位に偏光する段階と、
前記第２の色チャンネルにおいて前記第２の色を有する前記光を前記第１の偏光方位に対して直交する第２の偏光方位に偏光する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
第３の色チャンネルにおいて前記第１の色及び前記第２の色とは異なった第３の色を有する光を生成する段階と、
前記第３の色チャンネルにおいて前記第３の色の画像情報を提供する段階と、
前記第１の色チャンネルにおける前記光、前記第２の色チャンネルにおける前記光、及び前記第３の色チャンネルにおける前記光の前記偏光状態に基づいて、該第３の色チャンネルからの前記第３の色を有する前記光を該第１の色チャンネルからの前記第１の色を有する前記光と該第２の色チャンネルからの前記第２の色を有する前記光とに混合する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第３の色チャンネルにおいて前記第３の色を有する前記光を前記第１の偏光方位に偏光する段階を更に含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の色チャンネルにおいて前記第２の色を有する光を生成する段階は、
前記第１の波長範囲及び前記第２の波長範囲とは異なった第３の波長範囲を有する光を発生させる段階と、
前記第１の波長範囲、前記第２の波長範囲、及び前記第３の波長範囲とは異なった第４の波長範囲を有する光を発生させる段階と、
前記第３の波長範囲を有する前記光を前記第４の波長範囲を有する前記光と混合する段階と、
を含む、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の色チャンネルにおける前記第１の色に画像情報を提供する段階、及び前記第２の色チャンネルにおける前記第２の色に画像情報を提供する段階は、該第１の色チャンネルからの該第１の色を有する該光を該第２の色チャンネルからの該第２の色を有する該光と混合する段階の前に実施されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の波長範囲を有する前記光をパルス幅変調する段階と、
前記第２の波長範囲を有する前記光をパルス幅変調する段階と、
を更に含み、
前記第１の波長範囲を有する前記光の前記パルス幅変調は、前記第２の波長範囲を有する前記光の前記パルス幅変調に対して相補的であり、
前記第１の色チャンネルにおける前記第１の色に画像情報を提供する段階は、
前記第１の波長範囲を有する前記光がオンである時に該第１の波長範囲を有する該光に画像情報を提供する段階と、
前記第２の波長範囲を有する前記光がオンである時に該第２の波長範囲を有する該光に画像情報を提供する段階と、
を含む、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の波長範囲を有する前記光を第１の偏光方位に偏光する段階と、
前記第２の波長範囲を有する前記光を前記第１の偏光方位に対して直交する第２の偏光方位に偏光する段階と、
を更に含み、
前記第１の波長範囲を有する前記光を前記第２の波長範囲を有する前記光と混合する段階は、該第１の波長範囲を有する該光及び該第２の波長範囲を有する該光の前記直交偏光方位を保持する、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の色チャンネルにおける前記第１の色に画像情報を提供する段階は、
前記第１の色を有する前記光を前記第１の波長範囲を有する前記光と前記第２の波長範囲を有する前記光とに分離する段階と、
前記第１の波長範囲を有する前記光に画像情報を提供する段階と、
前記第２の波長範囲を有する前記光に画像情報を提供する段階と、
前記第１の色チャンネルからの前記第１の色を有する前記光を前記第２の色チャンネルからの前記第２の色を有する前記光と混合する段階の前に、前記第１の波長範囲を有する前記光を前記第２の波長範囲を有する前記光と再混合する段階と、
を含む、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いる投影システムに関し、特に、多重ＬＥＤ投影システムにおけるスペクトルの混合に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードベースの投影システムは、複数のＬＥＤによって生成された光の異なる色を混合する。光の異なる色を混合して白色光源を生成することができ、又は代替的にマイクロディスプレイ、例えば、シリコン上の液晶（ＬＣＯＳ）又はデジタル光処理（ＤＬＰ）とも呼ばれることがある光ディスプレイを用いて、混合された光に又は光を混合する前の光の各色に画像情報を付与することができる。
【０００３】
図１は、６つの１次ＬＥＤ投影システム、すなわち、６つの異なる色のＬＥＤからの光を混合する投影システムのスペクトル曲線を示すグラフである。図１は、「青」、「青−シアン」、「シアン−緑」、「緑」、「黄−オレンジ」、及び「赤」色の光に対するスペクトル曲線を示している。図に示すように、区域１２及び１４では、例えば、かなりのスペクトルの重複がある。重複は、それが従来のシステムにおいて明度の損失をもたらす時に問題になる。
【０００４】
図２は、それぞれ緑及び黄−オレンジ光を生成する２つのＬＥＤ２２ｇ及び２２ｙｏを関連レンズ２４ｇ及び２４ｙｏと共に概略的に示している。従来的に、ＬＥＤ２２ｇ及び２２ｙｏからの光は、一部の波長を反射して他の波長を透過する二色フィルタ２６を用いて混合される。例えば、二色フィルタ２６は、５７０ｎｍを超える波長を反射して、５７０ｎｍ未満の波長を透過することができる。しかし、図１の区域１４で分るように、５７０ｎｍ未満の「黄−オレンジ」光からのスペクトル寄与は、それが、望ましいビーム経路３０に沿って二色フィルタ２６によって反射されるのとは対照的に、図２の点線２８によって示したように二色フィルタ２６を通って透過されるので失われることになる。すなわち、多重１次ＬＥＤ投影システムにおける重複スペクトルの寄与は、異なるチャンネルを混合する時の損失光、及び従って明度の低下をもたらす。
【０００５】
図３は、６つのＬＥＤ１次システムを示す「ＣＩＥ  １９３１」色空間色度図である。「ＢＣＣＧＹＲ」と表記された線３０によって定められた空間は、「青」、「青−シアン」、「シアン−緑」、「緑」、「黄−オレンジ」、及び「赤」色の光の様々な組合せによって適合させることができる色域である。従来的に、多重１次投影システムは、色を混合して「青」、「緑」、及び「赤」チャンネルにする。すなわち、「青」及び「青−シアン」を混合して「青」チャンネルにし、「シアン−緑」及び「緑」を混合して「緑」チャンネルにし、かつ「黄−オレンジ」及び「赤」を混合して「赤」チャンネルにする。これらのチャンネルの混合によって生じたスペクトル損失は、図１の区域１２及び１４で見ることができる。「混合」と表記された線３２によって定められた空間は、「青」、「緑」、及び「赤」チャンネルの様々な混合によって適合させることができる色域である。図に示すように、従来のシステムは、生成することができる色スペクトル域を大幅に制限する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願番号第１０／８０４、３１４号
【特許文献２】米国特許出願番号第１０／８０５、４２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
すなわち、従来の多重１次ＬＥＤ光源は、明度の損失及び色域の低下のような問題を抱えている。投影システムのような多重１次ＬＥＤ光源の改良が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
多重１次発光ダイオードシステムは、異なる色チャンネルからの光を混合する偏光ベースの二色要素の使用を含む。色チャンネルの少なくとも１つは、異なる波長範囲を有する光を生成する２つの発光ダイオードを含む。偏光ベースの二色要素の使用は、異なる色チャンネルからの重複するスペクトルを損失なく混合することを可能にする。従って、システムの明度は、異なるチャンネルからの重複するスペクトルを混合する時に損失が生じる従来のシステムに対して改良される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】６つの１次ＬＥＤ投影システムのスペクトル曲線を示すグラフである。
【図２】２つのＬＥＤからの光の混合を概略的に示す図である。
【図３】６つのＬＥＤ１次システムを示す「ＣＩＥ  １９３１」色空間色度図である。
【図４】本発明の実施形態により偏光ベースの二色要素を用いて少なくとも１つが２つの異なる色のＬＥＤを含む複数のチャンネルからの光を混合する多重１次ＬＥＤ投影システムを示す図である。
【図５】偏光依存二色Ｘ−キューブを用いる３つの色チャンネルの混合を概略的に示す図である。
【図６】直交偏光軸のための偏光依存二色Ｘ−キューブに対する収量のグラフである。
【図７Ａ】異なる色チャンネルにおけるスペクトルに対して偏光依存二色Ｘ−キューブの透過をグラフで示す図である。
【図７Ｂ】異なる色チャンネルにおけるスペクトルに対して偏光依存二色Ｘ−キューブの透過をグラフで示す図である。
【図８】偏光ベースの二色要素を用いて少なくとも１つが２つの異なる色のＬＥＤを含む複数のチャンネルからの光を混合する多重１次ＬＥＤ投影システムの別の実施形態を示す図である。
【図９】偏光ベースの二色要素を用いて少なくとも１つが２つの異なる色のＬＥＤを含む複数のチャンネルからの光を混合する多重１次ＬＥＤ投影システムの更に別の実施形態を示す図である。
【図１０】多重１次ＬＥＤ投影システムにおいて１つ又はそれよりも多くの色チャンネルを制御するパルス幅変調回路を有するコントローラを示す図である。
【図１１】５０％ＰＷＭ負荷サイクルでの色チャンネルにおけるＬＥＤの制御を示す図である。
【図１２】図３に示すものに類似するが、多重１次ＬＥＤ投影システムを制御する効果を示す別の「ＣＩＥ  １９３１」色空間色度図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図４は、本発明の実施形態による偏光依存Ｘ−キューブのような偏光ベースの二色要素を用いることによって明度の損失なしに少なくとも１つが２つの異なる色のＬＥＤを含む複数のチャンネルからの光を混合する多重１次ＬＥＤ投影システム１００である。
投影システム１００は、本明細書では総称して又は個々にＬＥＤ１０２と呼ぶこともある６つのＬＥＤ１０２Ｂ、１０２ＢＣ、１０２ＣＧ、１０２Ｇ、１０２ＹＯ、及び１０２Ｒを含むように示され、各々は、それぞれ、「青」、「青−シアン」、「シアン−緑」、「緑」、「黄−オレンジ」、及び「赤」の異なる色を有する。各ＬＥＤ１０２に関連するのは、１つ又はそれよりも多くのレンズ１０４及び１０６である（接尾辞、すなわち、これらが関連しているＬＥＤ１０２と一致するＢ、ＢＣ、ＣＧ、Ｇ、ＹＯ、及びＲで表記されている）。二色要素１０８Ｂは、「青」ＬＥＤ１０２Ｂ及び「青−シアン」ＬＥＤ１０２ＢＣからの光を混合して「青」チャンネル１１０Ｂを形成する。同様に、二色要素１０８Ｇは、「緑」ＬＥＤ１０２Ｇ及び「シアン−緑」ＬＥＤ１０２ＣＧからの光を混合して「緑」チャンネル１１０Ｇを形成し、二色要素１０８Ｒは、「黄−オレンジ」ＬＥＤ１０２ＹＯ及び「赤」ＬＥＤ１０２Ｒからの光を混合して「赤」チャンネル１１０Ｒを形成する。
【００１１】
偏光要素１１１Ｂ、１１１Ｇ、及び１１１Ｒは、これらの関連二色要素１０８Ｂ、１０８Ｇ、及び１０８Ｒから光を受け取って、混合光において偏光状態を生成する。偏光要素１１１Ｂ及び１１１Ｒは、それぞれ「青」及び「赤」チャンネル１１０Ｂ、１１０Ｒにおいて光の１つの偏光方位を生成するように構成され、一方、偏光要素１１１Ｇは、「緑」チャンネル１１０Ｇにおいて光の直交偏光方位を生成するように構成される。一実施形態では、偏光要素１１１Ｂ、１１１Ｇ、及び１１１Ｒは、ワイヤグリッド偏光子であるが、他の偏光要素を必要に応じて用いることができる。別の実施形態では、偏光要素１１１Ｂ、１１１Ｇ、及び１１１Ｒは、各ＬＥＤ１０２に連結された偏光要素と交換され、すなわち、光は、二色要素１０８の前に偏光される。更に別の実施形態では、ＬＥＤ１０２は、２００４年３月１９日出願の「発光ダイオードに対する光学システム」という名称の米国特許出願番号第１０／８０４、３１４号、及び２００４年３月１９日出願の「面内発光層を含む半導体発光装置」という名称の米国特許出願番号第１０／８０５、４２４号のように偏光を生成することができ、これらの両方は、本発明の開示の譲受人に譲渡され、これらの両方は、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている。
【００１２】
レンズ１１２Ｂ、１１２Ｇ、及び１１２Ｒは、それぞれ各チャンネル１１０Ｂ、１１０Ｇ、及び１１０Ｒから光を受け取って、高温ポリシリコン（ＨＴＰＳ）液晶マイクロディスプレイのような透過型マイクロディスプレイ１１４Ｂ、１１４Ｇ、及び１１４Ｒを通して光を集束させる。マイクロディスプレイ１１４を通って透過した光は、偏光依存Ｘ−キューブ１１６のような偏光ベースの二色要素で混合される。マイクロディスプレイは、レンズ１１８によってスクリーン１１９上に結像される。Ｘ−キューブ１１６の偏光依存性は、通常、重複スペクトルに関連する明度の損失を回避する大きな重複再混合領域の作成を可能にし、同時に、より大きな色域を可能にする。大きな重複再混合領域を有するチャンネルの混合、例えば、両チャンネルからの同じ波長の混合は、１つのチャンネルの別のチャンネルからの不注意な漏れ光束との不注意な混合とは異なっている。漏れ光束は、約２％又はそれ未満程度であり、すなわち、ほとんど明度又は色域の恩典をもたらさない。すなわち、混合されたチャンネルにおける波長は、本発明の実施形態では１次光束であり、例えば、光束の２％よりも大きく、より具体的には、光束の約５０％よりも大きいものである。
【００１３】
図５は、偏光依存Ｘ−キューブ１１６を有する「青」チャンネル１１０Ｂ、「緑」チャンネル１１０Ｇ、及び「赤」チャンネル１１０Ｒの混合を概略的に示している。図５は、点又は線により、例えば、偏光軸がそれぞれページ中に又はページの面に沿うようにして、偏光要素１１１Ｂ、１１１Ｇ、及び１１１Ｒ（図４に示す）によって生じた異なるチャンネルの偏光状態を示している。図５で分るように、「青」チャンネル１１０Ｂ及び「赤」チャンネル１１０Ｒは、「緑」チャンネル１１０Ｇの偏光状態に対して直交的に配向された偏光状態を有する。
図６は、直交偏光軸のための偏光依存二色Ｘ−キューブに対する収量のグラフである。図６の収量（％）は、図５に示すように、「緑」光の透過、並びに「青」及び「赤」光の反射を示している。図に示すように、「緑」光に対する透過波長は、「緑」光に対して直交している偏光状態を有する「青」及び「赤」光に対する透過（反射）波長と重複する（区域１２２及び１２４において）。
【００１４】
図７Ａ及び７Ｂは、それぞれ「青」、「赤」チャンネル、及び「緑」チャンネルにおけるスペクトルに対して偏光依存二色Ｘ−キューブ１１６の透過をグラフで示している。「緑」チャンネルは、曲線で明確に分るように「青」及び「赤」チャンネルとは異なるグラフで示される。図７Ａに示すように、「青」チャンネルは、「青」及び「青−シアン」を含む２つの波長の範囲を含み、一方、「赤」チャンネルも、「黄−オレンジ」及び「赤」の２つの波長の範囲を含む。「青」チャンネル及び「赤」チャンネルのスペクトル発光は、Ｘ−キューブ１１６からの「青」透過及び「赤」透過によって覆われている。図７Ｂは、同様にＸ−キューブ１１６からの「緑」透過によって覆われた「シアン−緑」及び「緑」の２つの波長の範囲を含む「緑」チャンネルのスペクトル発光を示している。すなわち、図７Ａ及び７Ｂで分るように、各色チャンネルにおける全種類の波長は、Ｘ−キューブ１１６によって透過することができる。
【００１５】
Ｘ−キューブ１１６は、これらが異なる偏光状態を有するので重複波長を混合することができる。従って、Ｘ−キューブ１１６の使用により、例えば、図１に示す重複波長によって生じた損失が排除される。各チャンネルは、２つの異なる波長の範囲を生成する２つのＬＥＤ１０２を有するように説明され、一方、必要に応じて、１つのチャンネルのみが２つの異なる波長の範囲を生成する２つのＬＥＤを有することができることを理解すべきである。例えば、「赤」チャンネルにおける２つ又はそれよりも多くの波長の範囲を含むことが特に有利である場合がある。更に、異なる波長の範囲は、図７Ａ及び７Ｂに示す一部の重複波長を含むことができることを理解すべきである。
【００１６】
図８は、偏光ベースのＸ−キューブを用いて異なる色チャンネルを混合し、同じ参照番号の要素は同じものであるとして図４に示す投影システム１００に類似する多重１次ＬＥＤ投影システム２００である。しかし、投影システム２００は、関連の偏光依存ビームスプリッタ２１６Ｂ、２１６Ｇ、及び２１６Ｒと共にＤＬＰ又は他の「シリコン上の液晶」（ＬＣｏＳ）型マイクロディスプレイのような反射型マイクロディスプレイ２１４Ｂ、２１４Ｇ、及び２１４Ｒを用いる。
【００１７】
図９は、偏光ベースの二色要素を用いて異なる色チャンネルを混合する別の多重１次ＬＥＤ投影システム３００である。投影システム３００は、本明細書では総称して又は個々にＬＥＤ３０２と呼ぶこともある４つのＬＥＤ３０２Ｂ、３０２Ｒ、３０２ＣＧ、及び３０２Ｇを含むように示され、各々は、それぞれ「青」、「赤」、「シアン」、及び「緑」の異なる色を有する。各ＬＥＤ３０２に関連するのは、１つ又はそれよりも多くのレンズ３０４及び３０６である（接尾辞、すなわち、これらが関連しているＬＥＤ３０２と一致するＢ、Ｒ、ＣＧ、及びＧで表記されている）。
【００１８】
ワイヤグリッド偏光子のような反射型偏光要素３０８は、「青」ＬＥＤ３０２Ｂ及び「赤」ＬＥＤ３０２Ｒからの光を混合する。ミラー３１０は、偏光を再利用するために用いることができる。しかし、図示のように、偏光要素３０８は、「青」光及び「赤」光において直交偏光状態を生成する。同様に、反射型偏光要素３１２、例えば、ワイヤグリッド偏光子は、「緑」ＬＥＤ１０２Ｇ及び「シアン−緑」ＬＥＤ１０２ＣＧからの光を混合する。ミラー３１０及び３１４は、偏光を再利用するために用いることができる。更に、得られた混合光は、２つの異なる偏光状態を有し、すなわち、「緑」光は、「シアン−緑」光の偏光状態に対して直交している偏光状態を有する。必要に応じて、反射型偏光要素３０８は、各ＬＥＤ３０２又は偏光ＬＥＤに対して二色要素及び別々の偏光要素と交換して、直交偏光状態を有する同じ混合色を発生させることができる。
【００１９】
レンズ３１６は、混合された「赤」及び「青」光を偏光ベースの二色要素３２０の入射表面に集束させ、一方、レンズ３１８は、混合された「緑」及び「シアン−緑」光を偏光ベースの二色要素３２０の個別の入射表面に集束させる。
偏光ベースの二色要素３２０は、３つの偏光ビームスプリッタ３２２、３２４、及び３２６と４つのマイクロディスプレイ３２８、３３０、３３２、３３４とを含む。図示のように、「赤」ＬＥＤ３０２Ｒからの偏光「赤」光は、偏光要素３０８を通って透過され、それは、二色要素３２０の第１の入射面３２３に入り、かつ偏光ビームスプリッタ３２２によって透過されてマイクロディスプレイ３２８によって受け取られる。マイクロディスプレイ３２８は、「赤」光の一部分を反射してその偏光状態を変化させ、この光は、偏光ビームスプリッタ３２２によって反射され、「赤／青」フィルタ３３６を通過し、偏光ベースの二色要素３２０の出口表面３２７に向けて偏光ビームスプリッタ３２６によって反射される。
【００２０】
「赤」光が偏光要素３０８によって反射される時に反対の偏光状態を有する「青」ＬＥＤ３０２Ｂからの「青」光は、二色要素３２０の第１の入射面３２３に入り、かつ偏光ビームスプリッタ３２２によって反射されてマイクロディスプレイ３３０によって受け取られる。マイクロディスプレイ３３０は、「青」光の一部分を反射してその偏光状態を変化させ、この光は、偏光ビームスプリッタ３２２によって反射され、「青」光の偏光状態を変化させる「赤／青」フィルタ３３６を通過し、偏光ベースの二色要素３２０の出口表面３２７に向けて偏光ビームスプリッタ３２６によって反射される。
【００２１】
「シアン−緑」ＬＥＤ３０２ＣＧからの「シアン−緑」光は、偏光要素３１２を通って透過され、二色要素３２０の第２の入射面３２５に入り、偏光ビームスプリッタ３２４によって透過されてマイクロディスプレイ３３２によって受け取られる。マイクロディスプレイ３３２は、「シアン−緑」光の一部分を反射してその偏光状態を変化させ、この光は、「シアン−緑」光の偏光状態を変化させる「シアン−緑／緑」フィルタ３３８を通過した偏光ビームスプリッタ３２４によって反射され、偏光ベースの二色要素３２０の出口表面３２７に向けて偏光ビームスプリッタ３２６によって透過される。
【００２２】
「シアン−緑」光が偏光要素３１２によって反射される時に反対の偏光状態を有する「緑」ＬＥＤ３０２Ｇからの「緑」光は、二色要素３２０の第２の入射面３２５に入り、偏光ビームスプリッタ３２４によって反射されてマイクロディスプレイ３３４によって受け取られる。マイクロディスプレイ３３４は、「緑」光の一部分を反射してその偏光状態を変化させ、この光は、「シアン−緑／緑」フィルタ３３８を通過した偏光ビームスプリッタ３２４によって透過され、偏光ベースの二色要素３２０の出口表面３２７に向けて偏光ビームスプリッタ３２６によって透過される。出口表面における「緑／マゼンタ」フィルタ３４０は、混合光が同じ偏光状態を有するように偏光ベースの二色要素３２０の出口表面３２７において「緑」及び「シアン−緑」光の偏光状態を変化させる。得られた光は、次に、図４に示すものに類似するレンズ（図示せず）でスクリーン３５０上に集束させることができる。
すなわち、偏光ベースの二色要素３２０の使用により、４マイクロディスプレイシステムは、３つの偏光ビームスプリッタだけとごく僅かのカラーフィルムだけとを使用しながら多重１次ＬＥＤによって使用可能にされる。しかし、必要に応じて、ＬＥＤ３０２の１つを排除して３つのマイクロディスプレイだけを用いることができるが、これは、より小さな色域をもたらすことになる。
【００２３】
図１０は、多重１次ＬＥＤ投影システムにおいて１つ又はそれよりも多くの色チャンネルを制御するために用いることができるコントローラ４００を示している。例示目的のために、図４からの緑チャンネル１１０Ｇのみを図１０に示すが、同じコントローラ４００又は独立コントローラを用いて投影システムにおけるあらゆる他のチャンネルを制御することができることを理解すべきである。コントローラ４００は、一方のＬＥＤ１０２Ｇがオンである時に他方のＬＥＤ１０２ＣＧがオフであり、その逆も同様であるように、相補的にチャンネル中のＬＥＤ、例えば、１０２Ｇ及び１０２ＣＧに連結されたパルス幅変調（ＰＷＭ）回路４０２を含む電力制御回路とすることができる。ＰＷＭ回路４０２はまた、マイクロディスプレイによって提供された情報がオンの状態のＬＥＤと同期化されるように、マイクロディスプレイ１１４Ｇに連結される。
【００２４】
図１１は、５０％ＰＷＭ負荷サイクルでコントローラ４００によって制御されているＬＥＤ１０２Ｇ及び１０２ＣＧを示し、この場合、上部方形波４１０は、ＬＥＤ１０２Ｇに提供された電力（及び従ってそのオン／オフ状態）を示し、下部方形波４１２は、ＬＥＤ１０２ＣＧに提供された電力（及び従ってそのオン／オフ状態）を示している。ＬＥＤ１０２ＧがオンになってＬＥＤ１０２ＣＧがオフになっている間、マイクロディスプレイ１１４Ｇは、「緑」色データを提供し、かつＬＥＤ１０２ＣＧがオンになってＬＥＤＧがオフになっている間、マイクロディスプレイ１１４Ｇは、「シアン−緑」色データを提供する。すなわち、負荷サイクルを変更することにより、チャンネル１１０Ｇを変更してより「緑」色情報又はより「シアン−緑」色情報を提供することができる。
【００２５】
図１２は、図３に示すものに類似する別の「ＣＩＥ  １９３１」色空間色度図であるが、多重１次ＬＥＤ投影システムに対するコントローラ４００の効果を示すものである。矢印４５２によって示すように、「緑」チャンネルは、ＬＥＤ１０２ＣＧ及びＬＥＤＧの適切なＰＷＭ制御によって「シアン−緑」と「緑」色の間のどこにでも変えることができる。例えば、５０％負荷サイクルを用いて、「緑」チャンネルは、ほぼ「シアン−緑」と「緑」色との中間の色を生成する。しかし、負荷サイクルを変えることにより、「緑」チャンネルに提供された色は、矢印４５２によって示すように「シアン−緑」と「緑」の間のどこにでもずらすことができる。同様に、「青」チャンネルは、矢印４５４によって示すように、「青」と「青−シアン」色の間のどこにでも変えることができ、「赤」チャンネルは、矢印４５６によって示すように、ＬＥＤの適切なＰＷＭ制御によって「黄−オレンジ」と「赤」色の間のどこにでも変えることができる。
【００２６】
従って、図１２で分るように、色域は、多重１次ＬＥＤ投影システムのものであり、それは、増大し、かつ制御可能である。更に、ＬＥＤは、ＰＷＭを用いて駆動されるので、各ＬＥＤに対してそのオン状態中に供給された電流を増大させ、それによって各ＬＥＤの輝度を増大させることができる。
本発明を例示目的のために特定的な実施形態に関連して示したが、本発明は、それらに限定されない。本発明の範囲から逸脱することなく、様々な適応及び修正を行うことができる。従って、特許請求の範囲及び精神は、以上の説明に限定されるべきではない。
【符号の説明】
【００２７】
１２、１４  かなりのスペクトルの重複がある区域
【図１】
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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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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