(57)【要約】  投影システムは、投影装置と表示装置とを含む。前記投影装置は、画像を前記表示面に投影するように設計されている。前記表示面は、第１の側面と第２の側面とを有する。前記表示面は、前記第１の側面の方から見ると実質的に拡散反射型であり、前記第２の側面の方から見ると実質的に透明である。前記表示面は、前記表示面を通り抜ける光を減衰するように適合された複数のルーバーも含むことができる。前記表示面、及び前記複数のルーバーは、投影スクリーンの一部であることができる。前記投影システムは、原動機付きの乗り物内に含めることができる。
2010529493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学エンジンを含む投影装置と、
第１の側面と第２の側面とを有する表示面であって、前記表示面が、前記第１の側面の方から見ると実質的に拡散反射型であり、前記第２の側面の方から見ると実質的に透明である表示面と、
を含む投影システムであって、
前記投影装置が、画像を前記表示面上に投影するように設計されている投影システム。
【請求項２】
前記表示面が有孔投影スクリーンを含む、請求項１に記載の投影システム。
【請求項３】
前記表示面が、
透明基材と、
前記透明基材の一方の側面上に配置されると共に、複数の開口を有する光反射コーティングと、
前記光反射コーティング上、且つ前記光反射コーティングと位置合せされて配置された光吸収コーティングと、を含む請求項１に記載の投影システム。
【請求項４】
前記表示面が、前記表示面を通り抜ける光を減衰するように構成された複数のルーバーを含む、請求項１に記載の投影システム。
【請求項５】
前記光学エンジンが約２．０以下のスローレシオを有する、請求項１に記載の投影システム。
【請求項６】
前記光学エンジンが約１．５以下のスローレシオを有する、請求項１に記載の投影システム。
【請求項７】
前記光学エンジンが約１．０以下のスローレシオを有する、請求項１に記載の投影システム。
【請求項８】
前記光学エンジンがハウジングの中に配置された、請求項１に記載の投影システム。
【請求項９】
前記投影システムが０％〜３００％のオフセットを有する、請求項１に記載の投影システム。
【請求項１０】
前記投影システムが１００％〜２００％のオフセットを有する、請求項１に記載の投影システム。
【請求項１１】
前記画像が動画を含む、請求項１に記載の投影システム。
【請求項１２】
前記投影装置が、２つ以上の別個の画像を１つ以上の表示面上に投影するように設計された、請求項１に記載の投影システム。
【請求項１３】
第１の側面と第２の側面とを有する表示面であって、前記表示面が、前記第１の側面の方から見ると実質的に拡散反射型であり、前記第２の側面の方から見ると実質的に透明である表示面と、
前記表示面に接合されると共に、表示面を通り抜ける光を減衰するように構成された複数のルーバーと、
を含む投影スクリーン。
【請求項１４】
前記複数のルーバーが約５０％以上の開口領域を有する、請求項１３に記載の投影スクリーン。
【請求項１５】
前記複数のルーバーが約７０％以上の開口領域を有する、請求項１３に記載の投影スクリーン。
【請求項１６】
前記複数のルーバーが約９０％以上の開口領域を有する、請求項１３に記載の投影スクリーン。
【請求項１７】
前記複数のルーバーのルーバー幅のルーバー間隔に対する比が、約５０以下である、請求項１３に記載の投影スクリーン。
【請求項１８】
前記複数のルーバーのルーバー幅のルーバー間隔に対する比が、約２０以下である、請求項１３に記載の投影スクリーン。
【請求項１９】
光学エンジンを含む投影装置と
第１の側面と第２の側面とを有する表示面であって、前記表示面が、前記第１の側面の方から見ると実質的に拡散反射型であり、前記第２の側面の方から見ると実質的に透明である表示面と、
を含む投影システムであって、
前記投影装置が、画像を前記表示面に投影するように設計された投影システム
を含む原動機付きの乗り物。
【請求項２０】
前記表示面が有孔投影スクリーンを含む、請求項１９に記載の原動機付きの乗り物。
【請求項２１】
前記投影装置と前記表示面の少なくとも１つが、前記原動機付きの乗り物の後部座席部分内に配置された、請求項１９に記載の原動機付きの乗り物。
【請求項２２】
前記投影装置が、前記原動機付きの乗り物の天井に連結された、請求項１９に記載の原動機付きの乗り物。
【請求項２３】
前記投影装置が、前記原動機付きの乗り物の床板に連結された、請求項１９に記載の原動機付きの乗り物。
【請求項２４】
前記投影装置が、前記原動機付きの乗り物の天井の内部コンパートメント内に配置された、請求項１９に記載の原動機付きの乗り物。
【請求項２５】
前記投影装置が、原動機付きの乗り物のドーム型ライトと同じ場所に配置された、請求項１９に記載の原動機付きの乗り物。
【請求項２６】
前記画像が動画を含む、請求項１９に記載の原動機付きの乗り物。
【請求項２７】
前記投影装置が、２つ以上の別個の画像を１つ以上の表示面上に投影するように設計された、請求項１９に記載の原動機付きの乗り物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００７年６月１日に出願された米国特許仮出願第６０／９４１５０７号の利益を主張するものであり、前記開示の全体は本明細書の参照として組み入れる。
（発明の分野）
本発明は、投影システムに関し、具体的には、自動車及びその他の用途で用いるための、投影距離の短い投影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
投影システムは、映像又は電子的に生成された画像を表示できる装置である。家庭又は個人向けの娯楽、広告、テレビ会議、又はグループカンファレンスで用いるかどうかにかかわらず、適切な投影システムに対する需要は存在する。
【０００３】
画質は、消費者が適切な投影システムを決めるために利用する因子の１つである。一般に、画質は、像解像度及び像色彩などの因子によって定性的に決定することができる。一部の消費者の要望は、より大きい画像サイズを有する投影システムに対するものであるため、画質が損なわれる恐れがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、多くの投影システムが市場に出ているが、例えば、自動車、航空及び動的な標識の市場向けのその他のシステムを開発する継続的な必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの態様においては、本発明は、投影装置と、第１の側面と第２の側面とを有する表示面とを含む投影システムであって、前記表示面が、前記第１の側面の方から見ると実質的に拡散反射型であり、前記第２の側面の方から見ると実質的に透明である投影システムを提供する。この投影装置は、動画のような画像を前記表示面上に投影するように設計された光学エンジンを含む。この光学エンジンは、ハウジングの中に配置されてもよい。任意に、前記表示面は、有孔投影スクリーンを含み、表示面を通り抜ける光を減衰するように適合された複数のルーバーを有してもよい。この複数のルーバーを、入射光線の角度に適合させてもよい。
【０００６】
別の態様においては、本発明は、表示面と、前記表示面に接合されると共に、前記表示面を通り抜ける光を減衰するように適合された複数のルーバーとを含む投影スクリーンを提供する。この表示面は、第１の側面と第２の側面とを含み、第１の側面の方から見ると実質的に拡散反射型であり、第２の側面の方から見ると実質的に透明である。任意に、複数のルーバーは、入射光線の角度に適合されている。
【０００７】
更に別の態様においては、本発明は、投影装置と表示面とを含む投影システムを有する原動機付きの乗り物を提供する。この表示面は、第１の側面と第２の側面とを含み、第１の側面の方から見ると実質的に拡散反射型であり、第２の側面の方から見ると実質的に透明である。前記投影装置は、動画のような画像を前記表示面に投影するように設計された光学エンジンを含む。１つの態様においては、投影装置及び表示面の少なくとも１つが、原動機付きの乗り物の後部座席部分に配置されている。この投影装置は、原動機付きの乗り物の天井又は床板に連結されるか、原動機付きの乗り物の天井又は床の内部コンパートメント内に配置されるか、又は、原動機付きの乗り物のドーム型ライトと同じ場所に配置されてもよい。
【０００８】
本発明の上述の「課題を解決するための手段」は、本発明の開示される各実施形態又は全ての実施を記載することを目的としていない。添付図及び以下の詳細な説明により、例証的な実施形態を更に具体的に例示する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本発明による投影システムの代表的な実施形態の側面図。
【図１Ｂ】本発明による投影システムの代表的な実施形態の側面図。
【図２】本発明の投影装置内で用いることのできる代表的な光学エンジンの略図。
【図３】本発明の光学エンジン内で用いることのできる代表的な投影光学素子の略図。
【図４Ａ】本発明の光学エンジン内で用いることのできる代表的な投影光学素子の略図。
【図４Ｂ】本発明の光学エンジン内で用いることのできる代表的な投影光学素子の略図。
【図５】本発明の態様による表示面の代表的な実施形態の部分斜視図。
【図６Ａ】本発明の態様による表示面の別の代表的な実施形態の断面図。
【図６Ｂ】本発明の態様による表示面の別の代表的な実施形態の断面図。
【図７Ａ】本発明の態様による表示面の別の代表的な実施形態の断面図。
【図７Ｂ】本発明の態様による表示面の別の代表的な実施形態の断面図。
【図８】本発明の態様による表示面の別の代表的な実施形態の断面図。
【図９】本発明の態様による表示面の別の代表的な実施形態の断面図。
【図１０】本発明の態様による複数のルーバーを含む表示面を含む投影システムの代表的な実施形態の側面図。
【図１１】本発明の態様による複数のルーバーを含む表示面を含む投影システムの別の代表的な実施形態の側面図。
【図１２Ａ】本発明の態様による原動機付きの乗り物の代表的な実施形態の側面図。
【図１２Ｂ】本発明の態様による原動機付きの乗り物の代表的な実施形態の鳥瞰図。
【図１３】本発明の態様による原動機付きの乗り物の別の代表的な実施形態の側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、好ましい実施形態について詳しく説明する中で、その一部を成す添付の図面を参照する。添付の図面は、実例として、本発明を実施することができる具体的な実施形態を示す。他の実施形態を使用してもよく、また本発明の範囲から逸脱することなく構造上又は論理上の変更を成してもよいことが理解されるものである。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではなく、また、本発明の範囲は、添付特許請求の範囲によって定義される。
【００１１】
本発明は、投影装置と表示面を有する投影システムに関する。１つの代表的な実施形態においては、表示面は、一方の側面の方から見ると実質的に拡散反射型であり、もう一方の側面の方から見ると実質的に透明である。別の代表的な実施形態においては、表示面は、一方の側面の方から見ると実質的に拡散反射型であり、他方の側面の方から見ると実質的に透明であり、投影システムは、投影距離の短い投影システムであり、その投影装置は、短い投影距離で画像を生成する光学エンジンを有する。
【００１２】
図１Ａは、本発明による投影システムの代表的な実施形態を示している。投影システム１０１は、投影装置１０２と表示面１０４とを含む。投影装置１０２は、受信画像（例えば、４×３形式の画像、又は１６×９形式の画像）を表示面１０４に投影できる。
【００１３】
投影装置１０２は、光学エンジン１０８を含む。１つの態様においては、投影装置１０２は、熱可塑性樹脂（例えばポリカーボネート）のように軽量であるが、頑丈な材料から、好ましくは構築されたハウジング１０６を含む。
【００１４】
光学エンジン１０８は、照射源と、電子画像を表示面に投影できる撮像システムとを含む。好ましい態様においては、光学エンジン１０８は、比較的大きい画像サイズを高品質且つ短い投影距離でもたらすことができる。典型的には、自動車又はその他の原動機付きの乗り物用途においては、大きい画像サイズとは、スクリーンの対角線に沿って測定した場合で約３８．１ｃｍ（１５インチ）以上のスクリーンサイズのものである。好ましい態様においては、光学エンジン１０８は、米国特許第７，１２６，７６７号、同第７，１２３，４２６号、同第７，１７３，７７７号、同第７，２７１，９６４号、同第７，３４２，７２３号、及び係属中の米国特許出願公開第２００６／０２８５０９０−Ａ１号、同第２００５／０１２２４８４−Ａ１号に記載されているような光学エンジンであることができる。
【００１５】
１つの態様においては、光学エンジン１０８を、ハウジング１０６の中に配置することができる。別の態様においては、光学エンジン１０８を、外付けのハウジングなしに、原動機付きの乗り物内の屋根、床、又はドアコンパートメントのような収容領域内に配置できる。
【００１６】
光学エンジンと投影レンズの具体的な実施形態について、図２、３、４Ａ及び４Ｂを参照しながら、以下で更に詳細に説明する。投影システムを使用していないときに投影レンズの外面を覆うために、保護レンズキャップ（図示せず）を設けることができる。投影装置１０２は、映像再生機（例えば、ＤＶＤプレーヤー、ビデオカセットレコーダー、ＭＰＥＧプレーヤー、ゲームシステム、又はコンピュータ）から発せられるような音源／ビデオ画像源を投影装置に結合するために用いることができる複数の入力／出力ポート又はジャック（図示せず）を含んでもよい。入力／出力ポート又はジャックは、標準的な電子コネクター（例えば、ＲＣＡプラグ、Ｓビデオ、ＨＤＭＩ等）を受容するように設計することができる。投影装置１０２は、投影装置を、例えば、基部（例えば、電動機付きの乗り物の天井、壁、ドア、内部コンパートメント又は取付フレーム）に取り付けるための１つ以上の取付機構（図示せず）を含んでもよい。投影装置１０２は、例えば、多位置タレットに、回転自在に取り付けてもよい。これに加えて、投影装置１０２は、コントロールメニューへのアクセス手段をユーザーに提供して、画像サイズ、画像距離又は画像歪み（線状の歪み（キーストーン等）及び非線形状の歪み（樽形歪み）の双方）のような投影画像のパラメーターを調整するためのコントロールパネル（図示せず）を含んでもよい。代表的な態様においては、コントロールパネル１４０へのアクセスは、手動で行うこと、及びリモートコントロール装置（図示せず）を用いて行うことの両方を可能とすることができる。図１Ａに示されているように、光学エンジン１０８は、ハウジング１０６の中に配置されている。これに加えて、ハウジング１０６は、スピーカー（図示せず）と、スピーカーに加えて又はスピーカーの代わりに、外部スピーカー（図示せず）に音声を出力するための音声出力ジャックとを更に含むことができる。更に、冷却コンポーネント、電源、及び／又は更なるコントロール用電子素子をハウジング１０６の中に配置することができる。投影装置１０２は、例えば、ＤＶＤプレーヤー、ビデオカセットレコーダー、ＭＰＥＧプレーヤー、ゲーム機又はコンピュータのような周辺機器に投影装置をワイヤレス状態で接続するワイヤレス接続機構を備えることができる。
【００１７】
表示面１０４は、第１の側面（側面Ｉ）の方から見ると実質的に拡散反射型であり、第２の側面（側面ＩＩ）の方から見ると実質的に透明である。表示面の拡散反射機能と透明機能は、表示面による光透過量及び可視性の程度、すなわち、表示面内の開口領域の程度によって決めることができる。図１Ａに示されている代表的な実施形態においては、表示面１０４は、投影装置１０２が置かれた側面（側面Ｉ）の方から見ると、実質的に拡散反射型である。これによって、側面Ｉの方にいる人は、投影装置１０２によって表示面１０４上に投影される動的画像又は動画のような電子画像を見ることができる。この機能をもたらすために、表示面１０４は、約７５％以下、好ましくは５０％以下、より好ましくは２５％以下の開口領域を有することができる。１つの態様においては、非開口領域は、好ましくは、拡散反射率の高い材料又は色（白等）である。側面ＩＩの方から見ると、表示面１０４は実質的に透明である。したがって、側面ＩＩの方にいる人は、投影装置１０２から投影される画像を見ることはできず、後方視野１１２をかなりの程度（例えば、２５％以上）見ることができる。この機能をもたらすために、表示面１０４は、約２５％以上、好ましくは５０％以上、より好ましくは７５％以上の開口領域を有することができる。１つの態様においては、側面ＩＩの上の非開口領域は好ましくは、拡散反射率が非常に低い材料、及び、概ねダークな色又は更には黒色である。表示面１０４の実質的に拡散反射型の機能、及び実質的に透明な機能の両方をもたらすためには、表示面１０４は、２５％〜７５％、好ましくは３５％〜６５％、より好ましくは４５％〜５５％の開口領域を有することができる。５０％の開口領域の場合、表示面の全体的な透過率も、側面ＩＩから見た場合、約５０％である。
【００１８】
１つの代表的な実施形態においては、表示面１０４は有孔投影スクリーンである。この有孔投影スクリーンは、多数の積層を含むことができ、この層は、電子画像の投影を容易にするように設計された光反射コーティングを有する第１の層と、光吸収性のダーク又はブラックコーティングを有する第２の層とを含む。これらの層は、併せて積み重ねられていると共に、光が層アセンブリを透過できるようにする複数の貫通孔によって穿孔されている。この孔は、層を組み立てる前、又は組み立てた後のいずれかに、層を貫通するように配置することができる。典型的には、層を組み立てて層アセンブリにした後で、孔を形成する。これらの孔は、一方の方向においては、投影された電子画像が見えない状態で、層アセンブリの向こう側を見えるようにするが、反対側の方向から層アセンブリを見ることによって、投影された電子画像を見ることができる。孔のサイズ及び数密度は、最高の視認状態を得られるように、且つ、例えば、自動車又はその他の原動機付きの乗り物用途における表示面の最低透明度に関して適用される場合のあるいずれの法律又は規制も遵守するように、最適化することができる。孔のサイズは好ましくは、約０．０２５ｍｍ〜５ｍｍ以上である。表示面１０４の代表的な実施形態は、米国特許第５，６０９，９３８号で提供されている情報に基づき構築することができ、前記特許は、その全体が参考として本明細書に組み込まれる。以下で更に詳細に説明されている図５〜９は、表示面及びその構成のいくつかの代表的な実施形態を提供する。
【００１９】
投影システム１０１の投影装置１０２と表示面１０４は、相互に対して、いずれかの好適な又は所望の場所に配置されることができる。例えば、側面Ｉの方にいる人が見るときの投影画像の質を最適化するために、及び／又は、側面ＩＩの方にいる人の後方視野１１２がふさがれるか又は妨げられるのを最小限に抑えるために、投影システム１０１の調整を行ってもよい。調整は、個々に又は組み合わせて適用できる様々な方法で、投影装置１０２及び／又は表示面１０４に対して行うことができる。例えば、投影装置１０２の光学エンジン１０８はオフセットを含むことができ、この場合、画像の中心線は、光軸上にない（例えば、オフセットは、垂直であるか、水平であるか又はこれらの組み合わせであってもよい）。１つの代表的な実施形態においては、好適なオフセットは、１００％（すなわち、画像の中央頂部が光軸上にある）〜２００％（垂直下向きのオフセットによって、オフセットが０％の場合の画像の底部と同じ垂直位置に、画像の頂部がくる）であることができる投影システム１０１に対して行うことのできる調整の別の例は、投影装置１０２及び／又はその光学エンジン１０８を回転させることである。このケースにおいては、生じたキーストーン又はその他の画像歪みの補正を、電子的に、及び／又は表示面１０４を回転させることによって行うことができる。投影システム１０１に対して行うことのできる調整の別の例は、投影装置１０２の光学エンジン１０８の一部として、成形撮像素子を用いることである。また、表示面１０４は、投影システム１０１を調整する機能を果たすことのできる複数のルーバー（下に詳細に説明されているようなもの）を含んでもよい。図１Ｂは、光学エンジン１０８にオフセットを加えることによって、投影装置１０２に対する表示面１０４の位置を調整する代表的なもののグラフィック図である。位置Ｘは、オフセットが０％であるときの表示面１０４の位置を、Ｙは、オフセットが１００％であるときの表示面１０４の位置を、Ｚは、オフセットが２００％であるときの表示面１０４の位置を示している。
【００２０】
特定の用途向けに投影システムを設計する際の要因の１つは、用いる光学エンジンのスローレシオである。スローレシオは、本明細書においては、表示面と光学エンジンの第１のレンズ群との間の距離の、投影画像の幅に対する比として定義される。本発明の代表的な実施形態においては、光学エンジンは、約２．０以下、好ましくは約１．５以下、最も好ましくは約１．０以下のスローレシオを有する。本発明の１つの代表的な実施形態においては、表示面と光学エンジンの第１のレンズ群との間の距離は４５．７ｃｍ（１８インチ）であり、投影画像の幅は７６．２ｃｍ（３０インチ）である。これにより、１８／３０＝０．６というスローレシオが得られる。別の例においては、表示面と光学エンジンの第１のレンズ群との間の距離は７６．２ｃｍ（３０インチ）であり、投影画像の幅は５０．８ｃｍ（２０インチ）である。これにより、３０／２０＝１．５というスローレシオが得られる。１つの代表的な実施形態においては、スローレシオは、光学エンジンに組み込まれたズームレンズを用いることによって、可変にすることができる。
【００２１】
上記のように、本発明の代表的な実施形態の投影システムは、小さいスローレシオで、比較的大きいサイズ（対角線が例えば、３８．１ｃｍ（１５インチ）超）の高品質画像を投影できる光学エンジンを含むことができる。図２は、照射システム６２又は６２’、撮像システム６４、フォーカスメカニズム６５、及び投影光学素子６６というコンポーネントのうちの１つ以上を有する代表的な光学エンジン６０の略図を示している。２つの異なる照射システム６２及び６２’が示されているが、通常は１つのみを用いる。照明システムが、参照番号６２によって示される所定の位置に配置される場合、使用する像形成装置は反射性の像形成装置である。対照的に、照明システムが、参照番号６２’によって示される所定の位置に配置される場合、使用する像形成装置は透過型の像形成装置である。この光学エンジンは、照射スクリーン又は表示面６８上に画像を生成することができる。光学エンジン内の各素子については、後に詳細に論じられている。
【００２２】
照明システム６２、６２’には、次のものを含めることができる。すなわち、ランプユニット、フィルタ、例えば、赤外光及び又は紫外線阻止フィルタ、色分解手段、及び統合器である。１つの代表的な実施形態においては、ランプユニットには、リフレクタ及びランプが含まれる。好適な市販のランプには次のものが含まれる。すなわち、（ｉ）フィリップス（Philips）ＵＨＰタイプランプユニット（これは、楕円リフレクタ（フィリップスセミコンダクターズ（Philips Semiconductors）、アイントホーフェン（Eindhoven）、オランダ）を用いる）、及び（ｉｉ）オスラム（OSRAM）Ｐ−ＶＩＰ  ２５０ランプユニット（オスラム社（OSRAM GmBH）、ミュンヘン、ドイツ）である。他の好適なランプ及びランプユニット配置も、本発明において用いることができる。例えば、メタルハライドランプ、タングステンハロゲンランプ、レーザー、又は発光ダイオード（ＬＥＤ）のような固体光源を用いることができる。一例においては、より低コストのユニットに対しては、より低パワー（例えば、５０ワット〜１００ワット）、高圧力Ｈｇランプ（オスラム及びフィリップスなどの会社から市販される）を用いることができる。代替的な実施態様においては、オスラム（Osram）、クリー（Cree）及びルミナス（Luminus）のような企業から入手可能なＬＥＤ固体光源を用いることができる。１つの態様においては、ＬＥＤ照射システム、例えば、係属中の米国特許仮出願第６０／９３８８３４号、同第６１／０１７１９０号、及び同第６１／０１７１９４号に記載されているようなカラーコンバイナー技術を用いてもよい。
【００２３】
本発明の実施形態において用いることができるフィルタ、カラーホイール、及び統合器のタイプは、重要ではない。１つの代表的な実施形態においては、色分解手段は、像形成装置の光源における回転する赤／緑／青（ＲＧＢＲＧＢ）又は赤／緑／青／白（ＲＧＢＷ）の色順次ディスクである。例示的な市販のカラーホイールは、ユナクシス（UNAXIS）ＲＧＢＷカラーホイール（ユナクシスバルザーズ社（UNAXIS Balzers LTD）、バルザーズ（Balzers）、リヒテンシュタイン（Liechtenstein））である。あるいは、４４ｍｍのＲＧＢＷカラーホイール（４０度のホワイトセグメントを有する）を用いることができる。液晶ＲＧＢ色順次シャッタも、本発明の実施形態において用いることができる。ＬＥＤ光源においては、着色ＬＥＤ固体光源を用いているとき、色分解手段は不要である場合がある。例示的な市販の統合器は、中空のトンネルタイプ統合器（ユナクシスバルザーズ社）である。
【００２４】
像形成システム６４は、像形成装置を備えることができ、通常は、従来のエレクトロニクスも備えることができる。本発明で用いることができる有用な反射型撮像素子は、約２２ｍｍの対角寸法を有する、テキサス州ダラス（Dallas）のテキサスインスツルメンツ（Texas Instruments）製のＸＧＡデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）である。より低コストのプロジェクタに対しては、４８０ｐ又はＳＶＧＡタイプのＤＬＰ装置（テキサスインスツルメンツ、ダラス、テキサス州から入手可能）を用いることができる。あるいは、透過型又は反射型液晶ディスプレイ（ＬＤＣ若しくはＦｅＬＣＤ）、又は液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ若しくはＦＬＯＳ）を撮像素子として用いることができる。レンズデザインの変更に加えて、異なる撮像素子サイズもスローレシオに影響を及ぼすことは当該技術分野において既知である。
【００２５】
いくつかの実施に対して、フォーカシングメカニズム６５の実現を、後述するレンズのうちの１又は複数を、摺動自在な又はネジ山の付いたマウント（図示せず）上に搭載することによって行うことができる。これを、手を用いて手動で、又は電子作動メカニズムを用いて調整することができる。例えば、フォーカシングは、可変焦点又はズームレンズを用いて行うことができる。
【００２６】
図３は、光学エンジン６０の投影光学素子（本明細書においては「投影レンズ」又は「広角投影レンズ」ともいう）の代表的な実施形態を示している。図３の投影光学素子は、スクリーン側から、第１のレンズ群（Ｇ１）、第２のレンズ群（Ｇ２）、第３のレンズ群（Ｇ３）という順番で３つのレンズ群を含む。「スクリーン側」という用語は、投影スクリーンに最も近い投影レンズの側部を意味する。以下、３つのレンズ群について詳細に説明する。本明細書内の以下の記載が与えられれば、当業者には明らかであろうが、投影レンズ１６の代替的な構造を用いることができ、その構造としては、前記形態よりも少ないか、同じか、又は多い数のレンズ素子を含む代替的な構造が挙げられる（例えば、図４Ａ及び４Ｂの実施形態を参照）。
【００２７】
図３の代表的な投影レンズは、３つのレンズ群内に、合わせて１１個の素子を含み、それらのレンズは、スクリーン側から順に番号が付されている。第１のレンズ群（Ｇ１）は、スクリーン側から順番に、負の屈折力の第１のレンズ素子（Ｌ１）と、第２のレンズ素子（Ｌ２）（その第２の表面上に非球面を有する）とを、備えることができる。好ましくは、Ｇ１は負の屈折力である。Ｇ１のＦ１／Ｆの比は、−３．５＜Ｆ１／Ｆ＜−２．３であるようにできる。第２のレンズ群（Ｇ２）は、従来の接着剤を用いて併せて貼付又は接合された３つのレンズ素子（Ｌ３）〜（Ｌ５）を包括的に含むことができる。好ましくは、Ｇ２は、実質的に屈折力がゼロである。別の実施形態においては、Ｇ２は、屈折力がゼロをわずかに上回ることができる。別の実施形態においては、屈折力がゼロをわずかに下回ることができる。Ｇ２のＦ２／Ｆの比は、−９５＜Ｆ２／Ｆ＜−８６であるようにできる。この代表的な実施形態においては、第２のレンズ群Ｇ２の中又は近くに開口絞りが置かれている。第３のレンズ群（Ｇ３）は、６個のレンズ素子（Ｌ６）〜（Ｌ１１）包括的に含むことができる。好ましくは、Ｇ３は正の屈折力である。Ｇ３のＦ３／Ｆの比は、２．５＜Ｆ３／Ｆ＜３．２であるようにできる。図３に示されているように、Ｌ１１の右側、すなわち、投影スクリーンから最も離れた位置にプリズムが置かれている。上記の説明において、Ｆは広角投影レンズの焦点距離であり、Ｆ１は第１のレンズ群の焦点距離であり、Ｆ２は第２のレンズ群の焦点距離であり、Ｆ３は第３のレンズ群の焦点距離である。
【００２８】
更に詳細には、第１のレンズ群Ｇ１は好ましくは、負の屈折力のものである。第１の実施形態においては、第１のレンズ群Ｇ１は、複数のレンズ素子を含む。例えば、スクリーンの最も近くに置かれている第１のレンズ素子（Ｌ１）は、３つのレンズ群の全てのレンズの中で最大の直径有することができる。１つの代表的な実施形態においては、第１のレンズ群の第１のレンズ素子Ｌ１は、広い視野で、すなわち、４５°超、好ましくは５０°超、最も好ましくは約５５°の視野半角で、スクリーンの方向に、実質的に歪みがない状態で画像を投影するほど十分に大きい直径を有する。
【００２９】
別の代表的な実施形態においては、第１のレンズ群の第１のレンズ素子は、６０ｍｍ超、且つ７５ｍｍ未満の直径を有する。更に別の代表的な実施形態においては、第１のレンズ群の第１のレンズ素子は、約７０ｍｍ未満の直径を有する。こうして、投影装置において実施したときに、第１のレンズ素子によって、視野として約１１０°〜約１２０°を実現することができる。
【００３０】
図３の実施形態においては、第１のレンズ群Ｇ１は、少なくとも１つの非球面を有する第２のレンズ素子（Ｌ２）を更に含む。この代表的な実施形態の非球面によって、歪みの影響を小さくすることができると同時に、やはり大きな視野を実現することができる。１つの態様においては、第２のレンズ素子の作製は、光学ポリマーとして屈折率が約１．４９でアッベ数が約５７．２のもの（例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ））から、行うことができる。非球面の形状は、下記の等式によって規定することができる。
【００３１】
【数１】
2010529493.tif 000003
【００３２】
式中、Ｚは、システムの光軸からの距離ｒにおける表面サグである。
ｃは、光軸におけるレンズの曲率
【００３３】
【数２】
2010529493.tif 000004
である。
【００３４】
ｒは半径座標ｍｍである。
ｋは円錐定数である。
α２は２次項の係数であり、α４は４次項の係数であり、α６は６次項の係数であり、α８は８次項の係数であり、α１０は１０次項の係数である。
【００３５】
別の実施形態においては、第１のレンズ群の第１の素子の第２の表面は、第１のレンズ群の第２のレンズ素子の第１の表面の曲率半径と実質的に等しい曲率半径を有する。
【００３６】
１つの実施形態においては、第１のレンズ群Ｇ１は、２つのメニスカス形状の入れ子レンズ素子を含み、第１のニスカス形状の素子はガラスでできており、第２のニスカス形状の素子はプラスチックでできており、このプラスチック素子上で厚さが制御されている。ＰＭＭＡのようなプラスチックを用いることができる。２つの素子は離間に配置されていて、第１の素子の第２の表面と第２の素子の第１の表面との間の距離と、投影レンズの全体的な有効焦点距離との比が１／１７５となるように、配置されている。
【００３７】
代表的な実施形態においては、第２の成形された素子は、非球面レンズ（例えば、少なくとも１つの非球面を有するレンズ）であって、全体にわたって実質的に厚さが均一のものを備える。このドーム形状のデザインによって、熱の問題が緩和されると共に、製造を簡単にすることができる。
【００３８】
代替的な実施形態においては、第１のレンズ群Ｇ１は、２つの成形された素子を一緒にモールドして１つの一体素子を形成したものを備えることができる。例えば、第１の成形素子はガラス素子を含むことができ、第２の成形素子は、第１の成形素子の第２の表面上にモールドされたプラスチック（例えば、ＰＭＭＡ）素子を含むことができる。
【００３９】
別の代替形態においては、第１のレンズ群Ｇ１は、単一の素子（例えば、単一のガラス素子）を含むことができ、この場合、この単一の素子の第１の表面、第２の表面、又は両方の表面上に非球面が形成されている。
【００４０】
別の代表的な実施形態においては、第２のレンズ群Ｇ２は、実質的に屈折力がゼロのものにすることができる。第２のレンズ群は、複数のレンズ素子で形成することができる。投影レンズ１６の開口絞りは、第２のレンズ群の中又は近くに置くことができる。例えば、１つの実施形態においては、図３を参照すると、開口絞りがＬ５の辺りに設けられている。
【００４１】
代表的な実施形態においては、第２のレンズ群の全てのレンズ素子が非球面を有することができる。１つの代表的な実施形態においては、球面収差とコマ収差を制御するのを補助するために、第２のレンズ群Ｇ２は３枚接合レンズを含む。Ｇ１のレンズ素子とＧ２のレンズ素子との間の軸上間隙は、所望に応じて変えることができる。
【００４２】
代表的な実施形態においては、第２のレンズ群Ｇ２は、より長い有効焦点距離を提供する。更に、代表的な実施形態においては、第２のレンズ群を構成する素子は、ガラスから形成されている。
【００４３】
代替的な実施形態においては、第２のレンズ群Ｇ２用に、２枚レンズを用いることができる。この代替的な実施形態においては、この２枚レンズ素子の１つ又は両方が非球面を含むことができる。
【００４４】
別の代表的な実施形態においては、第３のレンズ群Ｇ３は正の屈折力とすることができ、このレンズ群におけるすべてのレンズ素子は球面を有することができる。代表的な実施形態においては、第３のレンズ群Ｇ３は、色収差補正（すなわち主分散及び副分散補償）を提供する。例えば、レンズＬ７、Ｌ８、Ｌ１０、及びＬ１１は、同じガラス材料、例えば、ＭＰ  ５２を含むことができる。あるいは、その他のガラスを用いてもよい。
【００４５】
第３のレンズ群Ｇ３と撮像素子１４との間に、例えば、スクリーン側から最も離れた位置に、プリズム（例えば、ＴＩＲプリズム、図示せず）を配置することができる。あるいは、視野レンズ又は非テレセントリックレンズを用いることができる。
【００４６】
一例として、下記の表１は、図３に示されている実施形態に関して、スクリーン側から数えた場合の表面番号（表面１が、第１のレンズ素子Ｌ１のスクリーン側に最も近い表面である）、各表面の光軸近くの曲率（ｃ）（１／ミリメートル）、表面間の軸上間隙（Ｄ）（ミリメートル）の一覧を示しており、ガラスの種類も示してある。当業者であれば分かるように、ガラスの種類から、材料の屈折率及びアッベ数を決定することができる。表面０は、物体表面又は投影スクリーンの表面である。この実施形態においては、広角投影レンズは、スクリーン側の方向において、８．８ｍｍの全系の有効焦点距離、５５°の視野半角を有し、Ｆ／２．８で作用する。第１のレンズ群Ｇ１は、−２５．４ｍｍの有効焦点距離を有し、第２のレンズ群Ｇ２は、−８００ｍｍの有効焦点距離を有し、第３のレンズ群Ｇ３は、２３．５ｍｍの有効焦点距離を有する。投影レンズは、この代表的な実施形態においては、１３０ｍｍのトータルトラックを有する。
【００４７】
図３の実施形態においては、第１のレンズ群の第２のレンズ素子の第２の表面（表１においては表面４と示されている）は、上記の式Ｉによって定めた場合、非球面であり、ｃ＝０．０９０１、ｋ＝−０．８９３８、α２＝０、α４＝１．９９×１０−５、α６＝−７．４６８×１０−８、α８＝３．５２３×１０−１０、及びα１０＝−５．９７０×１０−１３という係数値を有する。図３の実施形態の広角投影レンズは、１３０ｍｍのトータルトラック距離を有する。当業者であれば理解するように、ある特定の応用例（例えば、前面投影ディスプレイ応用例）においては、トータルトラック距離は短い方が優位であり得る。なぜならば、その結果として、コンパクトな投影レンズが得られるために、光学エンジン全体のスペース要求が最小になるからである。
【００４８】
【表１】
2010529493.tif 000005
【００４９】
下記の表２及び３は、図３の実施形態に関する一般的なレンズデータと表面データの概要を列挙している。
【００５０】
【表２】
2010529493.tif 000006
【００５１】
【表３】
2010529493.tif 000007
【００５２】
上記の表に示したデータは一例を示しており、本明細書に記載されている本発明の範囲を限定することは意図されていない。
【００５３】
図４Ａ及び４Ｂは、光学エンジン６０の投影光学素子（本明細書においては、「投影レンズ」又は「広角投影レンズ」ともいう）の２つの更なる代表的な実施形態を示している。図４Ａ及び４Ｂの投影光学素子は、第１のレンズ群（Ｇ１）、第２のレンズ群（Ｇ２）、第３のレンズ群（Ｇ３）という３つのレンズ群（出力側又はスクリーン側から番号が付されている）を含む。用語「出力側」は、観察表面に最も近い投影レンズの側を意味する。以下、３つのレンズ群について詳細に説明する。
【００５４】
第１の実施形態において、図４Ａの代表的な投影レンズには、全体として８つ（８）の素子が、３つのレンズ群（出力側から番号付けされる）に含まれている。この説明において、Ｆは、投影レンズの全体的な焦点距離であり、Ｆ１は、第１のレンズ群の焦点距離であり、Ｆ２は、第２のレンズ群の焦点距離であり、Ｆ３は、第３のレンズ群の焦点距離である。
【００５５】
第１のレンズ群（Ｇ１）は、スクリーン側から順番に、負の屈折力の第１のレンズ素子（Ｌ１）と、第２のレンズ素子（Ｌ２）（その第２の表面上に非球面を有する）とを、備えることができる。好ましくは、Ｇ１は負の屈折力である。Ｇ１のＦ１／Ｆの比は、｜Ｆ１／Ｆ｜≧４．５であるようにできる。１つの代表的な実施形態においては、｜Ｆ１／Ｆ｜は約５．１である。好ましい態様においては、Ｇ１を構成するレンズは、実質的に円形を有することができる。あるいは、Ｇ１を含むレンズは、より楕円形又は長円形のレンズ形状であって、矩形状の開口を有することもできるし、矩形のレンズ形状であって矩形状の開口を有することもできるし、又は円形のレンズ形状であって矩形状の開口を有することもできる。
【００５６】
第２のレンズ群（Ｇ２）は、１つのレンズ素子（Ｌ３）を備えることができる。この実施形態においては、Ｇ２は負の屈折力である。Ｇ２のＦ２／Ｆの比は、２．５≦｜Ｆ２／Ｆ｜≦６であるようにできる。１つの代表的な実施形態においては、｜Ｆ２／Ｆ｜は約４．２である。
【００５７】
この代表的な実施形態においては、開口絞りは、第３のレンズ群（Ｇ３）内に配置されている。第３のレンズ群（Ｇ３）は、複数のレンズ素子を備えることができる。例えば、（Ｌ４）〜（Ｌ８）（両端を含む）である。好ましくは、Ｇ３は正の屈折力である。Ｇ３のＦ３／Ｆの比は、３．８≦Ｆ３／Ｆ≦５．０であるようにできる。１つの代表的な実施形態においては、｜Ｆ３／Ｆ｜は約４．６である。この代表的な実施形態においては、照光出力部に最も近いレンズであるＬ８は、「視野レンズ」とみなすことができる。
【００５８】
好ましい態様においては、Ｌ８は、単一構造のレンズ（例えば、両凸又は平凸レンズ）で、有効焦点距離が約３０ｍｍ〜約４０ｍｍのものとすることができる。代替的な態様においては、Ｌ８の焦点距離を３０ｍｍよりも小さくすることが、高屈折率材料（例えば、ＬａＫ３４ガラス）を用いてＬ８を形成するならば、可能である。
【００５９】
好ましい態様においては、レンズ素子Ｌ８の第１の表面は、曲率半径が約２５ｍｍとすることができる。加えて、Ｌ８は、投影レンズの開口絞りから実質的に取り除くことができる。別の態様においては、開口絞りに面したＬ８の表面（例えば、表面１３）の曲率は、開口絞りとは反対方向を向く表面（例えば、表面１４）の曲率よりも大きい。別の態様においては、Ｌ８とＬ７との間の距離は約１２ｍｍ〜約１７ｍｍである。このような間隔を設けることによって、折り畳みミラーが光学エンジン内に、照明システムの一部として配置される。
【００６０】
第２の実施形態において、図４Ｂの代表的な投影レンズには、全体として８つ（８）の素子が、３つのレンズ群（出力側から番号付けされる）に含まれている。第１のレンズ群（Ｇ１）は、負の屈折力の第１のレンズ素子（Ｌ１）と、第２のレンズ素子（Ｌ２）（その第２の表面上に非球面を有する）と、第３のレンズ素子（Ｌ３）とを備えることができる。好ましくは、Ｇ１は負の屈折力である。Ｇ１のＦ１／Ｆの比は、１．３≦｜Ｆ１／Ｆ｜≦２．０であるようにできる。１つの代表的な実施形態においては、Ｆ１は約−９．８ｍｍ〜約−１１．５ｍｍである。
【００６１】
第２のレンズ群（Ｇ２）は、１つのレンズ素子（Ｌ４）を備えることができる。この実施形態においては、Ｇ２は正の屈折力である。Ｇ２のＦ２／Ｆの比は、｜Ｆ２／Ｆ｜≧４．０であるようにできる。１つの代表的な実施形態においては、Ｆ２は約２７．５ｍｍ〜約３１ｍｍである。
【００６２】
この代表的な実施形態においては、開口絞りは、第２のレンズ群（Ｇ２）と第３のレンズ群（Ｇ３）と間に配置されている。第３のレンズ群（Ｇ３）は、複数のレンズ素子を備えることができる。例えば、（Ｌ５）〜（Ｌ８）（両端を含む）である。好ましくは、Ｇ３は正の屈折力である。Ｇ３のＦ３／Ｆの比は、３．８≦｜Ｆ３／Ｆ｜≦５．０であるようにできる。１つの代表的な実施形態においては、Ｆ３は約２６．８ｍｍ〜約３０．３ｍｍである。
【００６３】
この代表的な実施形態においては、レンズ全体の有効焦点距離は約６．４ｍｍ〜約６．７ｍｍである。
【００６４】
図４Ａ及び４Ｂの実施形態について、より詳細に述べると、第１のレンズ群Ｇ１は複数のレンズ素子を備えている。例えば、第１のレンズ素子（Ｌ１）（観察表面又はスクリーンの最も近くに配置される）は、３つのレンズ群におけるすべてのレンズの中で最大の直径を有することができる。１つの代表的な実施形態においては、第１のレンズ群における第１のレンズ素子Ｌ１の直径は十分に大きくて、像を大きな視野において投影することができる。すなわち、半視野角として４５°よりも大きく、好ましくは５０°よりも大きく、最も好ましくは約５５°かそれ以上の値において、観察表面又はスクリーンの方向に、実質的に歪みがない状態で投影される。
【００６５】
図４Ａ及び４Ｂの実施形態においては、有効焦点距離の像高に対する比は、約０．５〜１．０であることができる。有効焦点距離の像高に対する比は、レンズ全体の有効焦点距離を測って、その値をシステムの像高で除することによって割り出す。例えば、レンズのＥＦＬが６．７１ｍｍで、光学エンジン内で用いる像形成装置の対角線が１３．４ｍｍである場合、ＥＦＬと像高との比は、６．７１／１３．４＝０．５１となる。
【００６６】
別の代表的な実施形態においては、第１のレンズ群における第１のレンズ素子Ｌ１の直径は、約６０ｍｍよりも大きくて約１００ｍｍよりも小さい。更に別の代表的な実施形態においては、第１のレンズ群の第１のレンズ素子の直径は約９０ｍｍである。こうして、投影装置において実施したときに、第１のレンズ素子によって、視野として約１１０°〜約１２０°を実現することができる。
【００６７】
図４Ａ及び４Ｂの実施形態において、第１のレンズ群Ｇ１は更に、少なくとも１つの非球面を有する第２のレンズ素子（Ｌ２）を備える。この代表的な実施形態の非球面によって、歪みの影響を小さくすることができると同時に、やはり大きな視野を実現することができる。１つの態様においては、第２のレンズ素子の作製は、光学ポリマーとして屈折率が約１．４９でアッベ数が約５７．２のもの（例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ））から、行うことができる。非球面の形状は、下記の等式によって規定することができる。
【００６８】
【数３】
2010529493.tif 000008
【００６９】
式中、
Ｚは、システムの光軸から距離ｒにおける表面サグである。
ｃは、光軸におけるレンズの曲率
【００７０】
【数４】
2010529493.tif 000009
である。
【００７１】
ｒは半径座標ｍｍである。
ｋは円錐定数である。
α２は、２次の項に対する係数であり、α４は、４次の項に対する係数であり、α６は、６次の項に対する係数であり、α８は、８次の項に対する係数であり、α１０は、１０次の項に対する係数であり、α１２は、１２次の項に対する係数であり、更にα１４は、１４次の項に対する係数である。
【００７２】
１つの実施形態において、第１のレンズ群の第１の素子の第２の表面の曲率半径は、第１のレンズ群における第２のレンズ素子の第１の表面の曲率半径に実質的に等しい。
【００７３】
別の実施形態において、第１のレンズ群Ｇ１は、２つのメニスカス形状の入れ子レンズ素子を備えている。第１のメニスカス形状の素子はガラスから形成され、第２のメニスカス形状の素子は、プラスチック又はアクリルから形成され、プラスチック／アクリル素子に対して厚さが制御されている。ＰＭＭＡなどの材料を用いることもできる。２つの素子は離間に配置されていて、第１の素子の第２の表面と第２の素子の第１の表面との間の距離と、投影レンズの全体的な有効焦点距離との比が１／１７５となるように、配置されている。
【００７４】
代表的な実施形態においては、第２の成形された素子は、非球面レンズ（例えば、少なくとも１つの非球面を有するレンズ）であって、全体にわたって実質的に厚さが均一のものを備える。このドーム形状のデザインによって、熱の問題が緩和されると共に、製造を簡単にすることができる。
【００７５】
代替的な実施形態においては、第１のレンズ群Ｇ１は、２つの成形された素子を一緒にモールドして１つの一体素子を形成したものを備えることができる。例えば、第１の成形された素子にはガラス素子を含めることができ、第２の成形された素子にはアクリル又はプラスチック（例えば、ＰＭＭＡ）素子を含めることができる。アクリル又はプラスチック素子を、第１の成形された素子の第２の表面上にモールドするか、接合する。
【００７６】
別の代替案においては、レンズ素子１（Ｌ１）及びレンズ素子２（Ｌ２）は、単一の素子（例えば、単一のガラス素子）を備えることができる。この場合、非球面が、単一の素子の第１の表面、第２の表面、又は両方の表面上に形成される。
【００７７】
代表的な実施形態においては、レンズ素子３（Ｌ３）は、球面を有することができると共に、ガラスから形成することができる。その結果、長い負の有効焦点距離が得られ、その値は、−２．５Ｆ〜−６Ｆで変化する。ここでＦは、投影レンズ全体に対する焦点距離である。
【００７８】
別の代表的な実施形態においては、レンズ素子４（Ｌ４）は正レンズである。好ましくは、Ｌ４は平凸又はメニスカスレンズとすることができる。別の代表的な実施形態においては、Ｌ３に面したＬ４の表面（例えば、下表における表面６を参照）の曲率半径を小さくして、Ｌ４の有効焦点距離が４．０Ｆよりも大きくなるようにすることができる。更にＬ４を、投影レンズにおけるフォーカシング素子として用いることができる。投影距離が異なっても、Ｌ４を光軸に沿って動かすことによって、鮮明な像を得ることができる。
【００７９】
１つの代表的な実施形態においては、レンズ素子５、６、及び７（Ｌ５、Ｌ６、及びＬ７）を、接合されたトリプレットとして形成して、球面収差及びコマ収差の制御を助ける。代替的な実施形態においては、ダブレットを用いて、トリプレットの代わりとすることができる。この代替的な実施形態においては、ダブレット素子の一方又は両方が非球面を備えることができる。
【００８０】
別の代表的な実施形態においては、第３のレンズ群Ｇ３は正の屈折力とすることができ、このレンズ群におけるすべてのレンズ素子は球面を有することができる。
【００８１】
別の代表的な実施形態においては、投影レンズ６６の開口絞りが、Ｌ５に隣接して配置される（例えば、Ｌ４とＬ５との間（表４に示す）又はＬ５とＬ６との間（表７に示す））。
【００８２】
レンズＬ５〜Ｌ７は、同じガラス材料を含むこともできるし、異なるガラス材料を含むこともできる。これらのレンズにとって好適な材料例には、下表に列挙される材料だけでなく、次のもの（しかし、これらに限定されない）を含む他の材料も含まれる。Ｎ−ＳＦ１、Ｎ−ＳＦ４、Ｎ−ＳＫ５、Ｎ−ＳＦ６、Ｎ−ＬＡＫ８、Ｎ−ＳＦ１６、Ｎ−ＰＳＫ５３、Ｎ−ＳＦ５７、及びＮ−ＢＫ７（少しだけ例を挙げた）。
【００８３】
一例として、図４Ａ及び４Ｂに示す実施形態に対して、レンズ例をモデリングした。下表４、７及び１０には、次のものが列挙されている。すなわち、３つのレンズ例に対する表面番号（出力側から順番に）（表面１は、第１のレンズ素子Ｌ１の出力側に最も近い表面である）、各表面の光軸付近の曲率（Ｃ）（１／ミリメートル）、表面間の軸上の間隔（Ｄ）（ミリメートル）である。またガラス又は他の材料の種類も示されている。当業者であれば分かるように、ガラスの種類から、材料の屈折率及びアッベ数を決定することができる。表面ＯＢＪは、物体面又は観察表面／スクリーンの表面である。識別された表面番号を、図４Ａ及び４Ｂに示す。ここで、表面１５及び１６は代表的なＤＬＰイメージング装置のウィンドウガラスに対応し、「ＩＭＡ」は像平面に対応する。
【００８４】
表４に列挙されているような実施形態においては、広角投影レンズは、約６．４７ｍｍの全系の有効焦点距離、出力側方向における約５６．５８°の視野半角を有し、Ｆ／２．６で作用する。背面焦点距離（ＢＦＬ）は約５．５ｍｍである（空気中）。好ましい態様においては、ＢＦＬは、ＥＦＬの約１．４倍よりも小さい。更に、投影レンズは、約Ｆ／３．１以下の速度を有することができ、投影レンズは、少なくとも約５０°の視野半角で、画像を生成する。例えば、図４Ａに示されているような第１のレンズ群Ｇ１は、−３１．３ｍｍの有効焦点距離を有することができ、図４Ａに示されているような第２のレンズ群Ｇ２は、−３７．５ｍｍの有効焦点距離を有することができ、図４Ａに示されているような第３のレンズ群Ｇ３は、３０．６ｍｍの有効焦点距離を有することができる。この投影レンズ例のトータルトラックは、この代表的な実施形態においては、１２３．３ｍｍ（Ｌ１からＬ８まで）である。別の実施形態（例えば、図４Ｂに示すもの）においては、第１のレンズ群Ｇ１の有効焦点距離は−１１．４ｍｍとすることができ、第２のレンズ群Ｇ２の有効焦点距離は３１．０ｍｍとすることができ、第３のレンズ群Ｇ３の有効焦点距離は３０．３ｍｍとすることができる。この投影レンズ例のトータルトラックは、この代表的な実施形態においては、１２３．３ｍｍである。
【００８５】
図４Ａ及び４Ｂの実施形態においては、レンズ素子２（Ｌ２）の第２の表面（例えば、表４で表面３と示されているもの）は、上記の等式Ｉによって定めた場合、非球面である。図４Ａ及び４Ｂの実施形態の広角投影レンズは、約１２３．３ｍｍのトータルトラック距離を有する。当業者であれば理解するように、ある特定の応用例（例えば、前面投影ディスプレイ応用例）では、トータルトラック距離は短い方が優位であり得る。なぜならば、その結果として、コンパクトな投影レンズが得られるために、光学エンジン全体のスペース要求が最小になるからである。
【００８６】
以下の実施例において、表４〜６は第１の投影レンズ例に対応し、表７〜９は第２の投影レンズ例に対応し、表１０〜１２は第３の投影レンズ例に対応する。
【００８７】
【表４】
2010529493.tif 000010
【００８８】
下表５及び６には、第１のレンズ例に対する一般的なレンズデータと表面データ概要とを列挙する。
【００８９】
【表５】
2010529493.tif 000011
【００９０】
【表６】
2010529493.tif 000012
【００９１】
表７〜９は第２の投影レンズ例に対応する。
【００９２】
【表７】
2010529493.tif 000013
【００９３】
なお、表２における表面番号８はダミー表面であり、開口絞りは表面１０と同じ場所に配置される。
【００９４】
下表８及び９に、第２のレンズ例に対する一般的なレンズデータと表面データ概要とを列挙する。
【００９５】
【表８】
2010529493.tif 000014
【００９６】
【表９】
2010529493.tif 000015
【００９７】
表１０〜１２は第３の投影レンズ例に対応する。
【００９８】
【表１０】
2010529493.tif 000016
【００９９】
下表１１及び１２に、第３のレンズ例に対する一般的なレンズデータと表面データ概要とを列挙する。
【０１００】
【表１１】
2010529493.tif 000017
【０１０１】
【表１２】
2010529493.tif 000018
【０１０２】
上表に示したデータは、少数の例のみを表わしており、本明細書に記載した本発明の範囲を限定することは意図されていない。
【０１０３】
代替的な態様においては、光学エンジンは、従来の投影光学素子、及び／又は、米国特許第５，６０４，６２４号、同第６，４３９，７２６号更に同第７，０８０，９０８号に記載されているようなその他のコンポーネントを含むことができ、この各特許は、その全体が参考として本明細書に組み込まれる。いくつかの用途においては、コンパクトなデザインの投影光学素子が望まれる場合がある。
【０１０４】
図５〜９は、本発明による表示面の様々な代表的な実施形態を示している。一般に、表示面の透明機能は、表示面による光透過量及び可視性の程度、すなわち、表示面内の開口領域の程度によって決めることができる。図５〜９の代表的な実施形態は、約５０％〜７０％の範囲の開口領域を有する。
【０１０５】
図５は、本発明による表示面の代表的な実施形態を示している。１つの態様においては、表示面２０４は、米国特許第５，６０９，９３８号に教示されているものと同じ又は類似の形で、構築することができ、前記特許は、その全体が参考として本明細書に組み込まれる。表示面２０４は、不透明な黒色であるパネル又は層２２０を含む。パネル又は層２２０は、投影電子画像の視認を容易にするように設計された光反射コーティング又は層２２２を有する。パネル又は層２２０、及び、任意に光反射コーティング又は層２２２は、複数の貫通孔２２４によって穿孔されている。貫通孔２２４は、パネル又は層２２０、及び光反射コーティング又は層２２２を貫通するように延びている。貫通孔２２４は、好ましくは円筒形であり（ただし、その他の形も適用してもよい）、光反射コーティング又は層２２２をパネル又は層２２０に塗布する前、又は塗布した後のいずれかに、形成することができる。貫通孔２２４によって、光が表示面２０４を透過可能になる。貫通孔２２４は、表示面２０４全体を貫通すように延びているため、光が表示面２０４を透過するときの望ましくない屈折、回折又は拡散の一因となる膠又はプラスチック層は存在しておらず、その結果、光学性能の向上をもたらす。パネル又は層２２０は、様々な好適な材料から作製することができ、この材料としては、プラスチック、織物、ビニール、ポリエステル、紙、金属又はこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
【０１０６】
図６Ａ〜６Ｂは、本発明による表示面の別の代表的な実施形態を示している。表示面３０４は、パネル又は層３２６を含む。パネル又は層３２６は、その１つの側面に塗布又は印刷された光反射コーティング又は層３２２を有し、続いて不透明な光吸収コーティング又は層３２０（例えば、黒色ペイント）を有する。パネル又は層３２６は、静的な付着材層を含むことができる。図示されているように、パネル又は層３２６に、剥離ライナー又は裏材３２８をラミネートするか、又は他の方法で塗布することができる。上述のとおり、アセンブリ全体は、貫通孔３２４によって穿孔されている。図６Ｂは、図６Ａの実施形態の剥離ライナー又は裏材３２８を取り外して、アセンブリを透明ガラス又はプラスチック（例えば、ポリメチルメタクリレート）ウィンドウ又はパネルのような透明なベース基材３３０に装着し、それによって表示面３０４のアセンブリを完成させたものを示している。
【０１０７】
図７Ａ〜７Ｂは、本発明による表示面の別の代表的な実施形態を示している。図６Ａ〜６Ｂの実施形態と同様に、表示面４０４は、パネル又は層４２６を含む。パネル又は層４２６は、その１つの側面に塗布又は印刷された光反射コーティング又は層４２２を有し、続いて不透明な光吸収コーティング又は層４２０（例えば、黒色ペイント）を有する。図示されているように、転写接着剤４３２と剥離ライナー又は裏材４２８（例えば、紙の裏材）がパネル又は層４２６に塗布されている。上述のとおり、アセンブリ全体は、貫通孔４２４によって穿孔されている。図７Ｂは、図７Ａの実施形態の剥離ライナー又は裏材４２８を取り外して、アセンブリを透明ガラス又はプラスチック（例えば、ポリメチルメタクリレート）ウィンドウ又はパネルのような透明なベース基材４３０に装着し、それによって表示面４０４のアセンブリを完成させたものを示している。
【０１０８】
図８は、本発明による表示面の別の代表的な実施形態を示している。表示面５０４は、透明ガラス又はプラスチック（例えば、ポリメチルメタクリレート）ウィンドウ又はパネルのような透明なベース基材５３０を含む。透明なベース基材５３０は、その１つの側面に塗布又は印刷された光反射コーティング又は層５２２を有し、続いて、不透明な光吸収コーティング又は層５２０を有する。光反射コーティング又は層５２２、及び光吸収コーティング又は層５２０は、複数の貫通孔５２４を含む。貫通孔５２４は、例えば、光反射コーティング又は層５２２、及び光吸収コーティング又は層５２０を穿孔することによって、又は、光反射コーティング又は層５２２、及び光吸収コーティング又は層５２０を透明なベース基材５３０上に印刷するときに貫通孔を含めることによって、形成することができる。
【０１０９】
更に詳細には、図９に示されている別の代表的な実施形態においては、表示面１００４は、印刷によって作られた有孔スクリーンパターンを含む。表示面１００４は、透明な基材１０３０から作ることができる。側面ＩＩには、複数の開口１０２４（上記の実施液体の貫通孔を模したもの）をその中に有する光反射（例えば、白色）コーティング１０２２を印刷してから、光反射コーティング１０２２上、及び光反射コーティング１０２２と見当合わせて、光吸収（例えば、黒色）コーティング１０２０を印刷することができる。このアプローチによって、コーティング、層又は基材を物理的に穿孔しなくても、有効な有孔投影スクリーンが得られる。
【０１１０】
別の実施形態においては、表示面は、電子画像の投影を容易にするように設計される共に、不透明な光吸収コーティングがコーティングされた光反射パネル又は層（例えば、白色プラスチック）を含んでもよい。あるいは、表示面は、その１つの側面上に光反射コーティングがコーティングされ、もう一方の側面上に不透明な光吸収コーティングがコーティングされたパネル又は層を含んでもよい。このパネル若しくは層、光反射コーティング若しくは層、及び／又は光吸収コーティング若しくは層には、パターンをマイクロ複製又はエンボス加工して、表示面の光指向性及び効率性を向上させてもよい。この表示面は、その構造体を支えるためのフレームを含んでもよい。
【０１１１】
いくつかの代表的な実施形態においては、表示面は、投影（使用）位置と保管位置を有してもよい。表示面が投影（使用）位置であるとき、投影電子画像を表示面上で見ることができる。使用していないときには、表示面を保管位置に持っていき、それによって、投影（使用）位置にあるときの表示面のスペース内で移動する場合のある物体の物理的障害になることを防ぎ、視覚的障害（例えば、原動機付きの乗り物内の後部座席の乗客の前方視野に対する障害）となることを防ぎ、表示面を保護してもよい。投影（使用）位置と保管位置との間の移動は、手で補助しても、電動であってもよく、多種多様な方法で、例えば、ローリングメカニズム（例えば、表示面を上下に巻き取る）、折り畳みメカニズム（例えば、表示面を、内側及び外側又は上下に折り畳む）、傾斜メカニズム、旋回メカニズム、又はこれらの組み合わせを用いることによって実現させてもよい。表示面の動作は、コントロールパネル、リモートコントロール若しくはその他のコントロールメカニズム単独で、又は対応する投影装置と組み合わせて、制御してもよい。
【０１１２】
図１０は、本発明による投影システムの別の代表的な実施形態を示している。投影システム６０１は、投影装置６０２と表示面６０４とを含む。表示面６０４は、上記のような有孔スクリーンであることができ、表示面を通り抜ける投影光を減衰するように適合された複数のルーバー６３２を含む。図１０においては、ルーバー６３２は、表示面６０４の長軸と垂直に示されており、すなわち、ルーバーの長軸と表示面の長軸との間の角度αが約９０°であり、等間隔で並んでいる。一方の側面の方から見ると所望の拡散反射性を、他方の側面の方から見ると所望の透明性を有する表示面を提供するために、角度αは、０°〜１８０°まで変化できる。（例えば、運転手の後方視野をもたらすための）最適なルーバーデザイン、特に角度αとルーバー間隔を定めることのできる要因の１つは、投影装置からの入射光の角度である。投影装置からの入射光の角度の変動を考慮するために、表示面の長軸にわたって、各ルーバーにおいて、角度α、ルーバー間隔及びルーバー幅を調整してもよい。
【０１１３】
図１１は、本発明による投影システムの別の代表的な実施形態を示しており、投影装置からの入射光の角度の変動を考慮するために、ルーバー間隔が調整される。投影システム７０１は、投影装置７０２と表示面７０４とを含む。表示面７０４は、上記のような有孔スクリーンであることができ、図１０に示されている実施形態のものと似ているが、投影装置７０２からの入射光の角度の変動に対応するように隔置された複数のルーバー７３２を含む。
【０１１４】
好ましくは、本発明のルーバーは、色、表面構造、形状及び材料のようなルーバーデザインパラメーターに起因する光減衰特性を有する。用途、及び特定の位置の光の所望の減衰度に応じて、ルーバーは、水平（図１０及び１１に示されているもの等）、垂直又は対角線的に配置することができ、等間隔（図１０に示されているもの等）又は不均等な間隔（図１１に示されているもの等）に置くことができる。同様に、用途及び光の所望の減衰度に応じて、個々のルーバーの長さ、幅、厚み及び角度を選択することができる。あるいは、ルーバーは、ハニカムタイプの構造を有することができる。ルーバーは、不透明な光吸収材（例えば、黒色プラスチック、若しくはコンピュータディスプレイのプライバシーフィルター用に用いられる材料）又は光減衰特性を有するその他のいずれかの好適な材料から作製することができる。ルーバーは、射出成形、マイクロ複製又はその他のいずれかの好適な製造法によって作製することができ、表示面と一体化した形又は表示面から独立した形で形成することができる。側面ＩＩ（図１０及び１１を参照）の方から見ると、ルーバーを有する表示面は実質的に透明である。これは、表示面（ルーバーを含む）を介した光透過量及び可視性の程度、すなわち、表示面（ルーバーを含む）内の開口領域の程度によって決めることができる。この機能を提供するために、ルーバーは、側面ＩＩからの典型的な視角（例えば、運転手の後方視野）において、約５０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは９０％以上の開口領域を有することができる。
【０１１５】
本発明による投影システムは、自動車、航空、動的な標識の市場での用途を含め、非常に多くの用途で利用することができる。図１２Ａ及び１２Ｂは、本発明による原動機付きの乗り物の代表的な実施形態を示している。原動機付きの乗り物としては、自動車（典型的には、乗用車、バン又はＳＵＶ）、トラック、バス、飛行機、ヘリコプター又はその他の原動機駆動の輸送手段を挙げることができる。原動機付きの乗り物８００は、天井８３４と、床板８３６と、複数の前部座席８３８ａ及び後部座席８３８ｂと、バックミラー８４０と、投影装置８０２及び表示面８０４を有する投影システム８０１とを含む。投影装置８０２は光学エンジン８０８を含む。投影システム８０１は、上記の投影システムのいずれにすることもできる。
【０１１６】
図１２Ａに示されているように、投影装置８０２は、例えば、天井８３４に直接又は間接的に（例えば、投影装置マウント（図示せず）を用いて）連結させることによって、原動機付きの乗り物８００の天井８３４の近く又は上に配置することができる。あるいは、投影装置８０２は、原動機付きの乗り物８００の床板８３６の近く若しくは上に、又は、図１２Ｂに示されているように、原動機付きの乗り物８００の後部座席８３８ｂの間に配置することができる。一般に、投影装置８０２は、原動機付きの乗り物のいずれかの好適又は所望な場所に、表示面８０４に対して好適な位置に配置することができる。投影装置８０２は任意に、原動機付きの乗り物８００の内部を照らすように設計されたドーム型ライト（図示せず）を含むか、前記ドーム型ライトと同じ場所に配置されていてもよい。原動機付きの乗り物８００の表示面８０４は、後部座席側から見ると実質的に拡散反射型であり、運転席／助手席側から見ると実質的に透明である。これによって、後部座席の乗客は、投影装置８０２によって表示面８０４上に投影された電子画像を見ることができる一方で、例えば、直接的に（肩越しに振り返っている運転者による）、又は、バックミラー８４０越しに運転者の後方視野をふさいだり又は妨害したりしない。この点では、表示面８０４は、多種多様な場所に配置されてもよく、肩越しに振り返っている運転者の視界、又はバックミラー越しの運転者の視界内に配置されてもよい。１つの態様においては、投影装置８０２から発せられる投影光線の方向は、運転者の後方視野の角度と異なるものにすることができる。図１２Ａに示されているように、表示面８０４は、天井８３４に直接又は間接的（例えば、投影スクリーンマウント（図示せず）を用いることによって）に連結させることによって原動機付きの乗り物８００の天井８３４の近く又は上に配置された投影スクリーンであることができる。あるいは、表示面８０４は、前部座席８３８ａの間に配置することができる。一般に、表示面８０４は、原動機付きの乗り物のいずれかの好適又は所望な場所に、投影装置８０２に対して好適な位置に配置することができる。
【０１１７】
図１２Ｂは、図１２Ａに示されている原動機付きの乗り物の鳥瞰図を示しており、投影装置８０２及び／又は表示面８０４は、後部座席部分内の１つ以上の異なる場所に配置することができる。例えば、投影装置は、場所８０２ａ、ｂ及びｃの１つ以上に配置することができ、表示面は、場所８０４ｄ、ｅ及びｆの１つ以上に配置することができる。図１２Ｂに示されているように、投影装置の好ましい場所は、場所８０２ｂであることができ、それによって、投影装置は、場所８０４ｄ、ｅ及びｆの１つ以上に配置された表示面上に電子画像を投影できる。１つの代表的な態様においては、単一の投影装置８０２は、例えば、１２０ヘルツの撮像装置を用いて６０ヘルツのプログラムコンテンツを２つ投影し、その２つのプログラムを個々の視聴者に抽出することによって、２つ以上の別個の電子画像又はプログラムを、１つ以上の対応する表示面８０４上に投影することができる。
【０１１８】
１つの代表的な態様においては、原動機付きの乗り物８００はタクシーであることができ、表示面８０４は、タクシーの前部座席（タクシー運転手の座席）と後部（乗客）座席部分との間に配置された分割面（例えば、有孔金属スクリーン、又は透明プラスチック若しくはガラスウィンドウ、図示せず）であるか、前記分割面上に配置されている。この態様においては、表示面上に投影される電子画像としては、タクシーに乗車中に、１人若しくは複数の乗客に提供される広告、又は説明的な情報若しくはその他の情報を挙げることができる。
【０１１９】
図１３は、本発明による原動機付きの乗り物（飛行機）の別の代表的な実施形態を示している。飛行機９００は、天井９３４と、複数の座席９３８と、複数の投影システム９０１とを含み、各投影システムは、投影装置９０２と表示面９０４とを有する。投影システム９０１は、上記の投影システムのいずれかと同じ又は類似の形で、構築することができる。図１３に示されているように、各投影装置９０２は、天井９３４に直接又は間接的に（例えば、投影装置マウント（図示せず）を用いて）連結させることによって、飛行機９００の天井９３４の近く又は上に配置することができる。一般に、各投影装置９０２は、飛行機内のいずれかの好適又は所望な場所に、対応する表示面９０４に対して好適な位置に配置することができる。各表示面９０４は、飛行機９００の後ろ側から見ると実質的に拡散反射型であり、飛行機９００の前側から見ると実質的に透明である。この構造によって、各乗客は、投影装置９０２によって、対応する表示面９０４上に投影された電子画像を見ることができる一方で、キャビンの前側から飛行機９００の後ろの方への視野をふさいだり妨げたりしない。図１３に示されているように、各表示面９０４は、天井９３４に直接又は間接的に（例えば、投影スクリーンマウント（図示せず）を用いて）連結させることによって、飛行機９００の天井９３４の近く又は上に配置された投影スクリーンであることができる。一般に、各表示面９０４は、飛行機内のいずれかの好適又は所望な場所に、対応する投影装置９０２に対して好適な位置に配置することができる。１つの代表的な態様においては、単一の投影装置９０２は、スプリット画像技術を用いて、多数の対応する表示面９０４上に別個の電子画像を投影することができる。このアプローチは、比較的多い数の個別の電子画像を提供するのに必要な投影装置の総数を減らし、例えば、航空機用途で用いることができる。
【０１２０】
好ましい実施形態の説明の目的のために、特定の実施形態を本明細書において例示し記述したが、同じ目的を達成すると予測される種々多様な代替及び／又は同等の実施が、本発明の範囲を逸脱することなく、図示及び説明された特定の実施形態に置き換わり得ることを、当業者は理解するであろう。機械、電気機械、及び電気の分野における当業者には、本発明が非常に多種多様な実施形態で実現されうることは容易に理解されよう。本出願は、本明細書で説明された好ましい実施形態のいかなる翻案又は変形をも包含すべく意図されている。したがって、本発明が請求項及びその等価物によってのみ限定されることを、明示的に意図するものである。
【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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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