(57)【要約】      （修正有）【課題】コンパクトな構造を有する画像生成装置（１０）を提案する。  【解決手段】画像形成及び光再方向付ユニット（ＩＧＲ）は、表示する画像（Ｉ）用の第１、第２、第３の部分画像（Ｉｒ、Ｉｇ、Ｉｂ）を形成するとともに、第１、第２、第３の投射光成分（Ｌｐｒ、Ｌｐｇ、Ｌｐｂ）をそれぞれ生成し、第１、第２、第３の部分画像（Ｉｒ、Ｉｇ、Ｉｂ）の光としての第１、第２、第３の投射光成分（Ｌｐｒ、Ｌｐｇ、Ｌｐｂ）を、それぞれ、実質的に共通の出射方向（ＸＯ）に出射するように調整され、第１、第２、第３の光源ユニット（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）は、上記第１、第２、第３の一次照明光成分（Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂ）を実質的に共通の入射方向（ＸＩ）に出射するように配置される。【選択図】図９
2005316446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像生成装置（１０）において、
表示する画像（Ｉ）を形成する第１、第２、第３の部分画像（Ｉｒ、Ｉｇ、Ｉｂ）の光として、一次照明光（Ｌ１）の第１、第２、第３の一次照明光成分（Ｌｒ１、Ｌｇ１、Ｌｂ１）をそれぞれ発光して出射するように調整及び／又は配置された第１、第２、第３の光源ユニット（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）と、
上記第１、第２、第３の一次照明光成分（Ｌｒ１、Ｌｇ１、Ｌｂ１）又はそれらの派生成分が入射され、上記表示する画像（Ｉ）の第１、第２、第３の部分画像（Ｉｒ、Ｉｇ、Ｉｂ）を形成するとともに、該第１、第２、第３の部分画像（Ｉｒ、Ｉｇ、Ｉｂ）の光として第１、第２、第３の投射光成分（Ｌｐｒ、Ｌｐｇ、Ｌｐｂ）をそれぞれ生成し、該第１、第２、第３の部分画像（Ｉｒ、Ｉｇ、Ｉｂ）の光としての第１、第２、第３の投射光成分（Ｌｐｒ、Ｌｐｇ、Ｌｐｂ）を、それぞれ、実質的に共通の出射方向（ＸＯ）又は出射軸（ＸＯ）に向けて、あるいは、その方向に沿って、特に実質的に共通の光路に向けて、あるいは、その光路に沿って出射するように調整及び／又は配置された画像形成及び光再方向付構造体（ＩＧＲ）とを備え、
上記第１、第２、第３の光源ユニット（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）は、上記一次照明光（Ｌ１）の第１、第２、第３の一次照明光成分（Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂ）又はそれらの派生成分を、実質的に共通の入射方向（ＸＩ）に向けて、あるいは、その方向に沿って出射するように配置及び／又は調整されていることを特徴とする画像生成装置。
【請求項２】
上記第１、第２、第３の光源ユニット（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）は、上記一次照明光（Ｌ１）の第１、第２、第３の一次照明光成分（Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂ）又はそれらの派生成分を、実質的に互いに平行に出射するように配置及び／又は調整されていることを特徴とする請求項１に記載の画像生成装置。
【請求項３】
上記画像形成及び光再方向付構造体（ＩＧＲ）は、実質的に共通の方向、特に、上記実質的に共通の入射方向（ＸＩ）から、上記第１、第２、第３の一次照明光成分（Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂ）を入射するように配置及び／又は調整されることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像生成装置。
【請求項４】
上記画像形成及び光再方向付構造体（ＩＧＲ）は、共通の入射光部（ＬＩ）又はその入射光面（ＬＩ）を介して、上記第１、第２、第３の一次照明光成分（Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂ）を入射するように配置及び／又は調整されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項５】
上記第１、第２、第３の光源ユニット（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）及び画像形成及び光再方向付構造体（ＩＧＲ）の配置又は全体は、実質的に同じ又は同等の幾何学的嵩（Ｅ）を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項６】
上記画像形成及び光再方向付構造体（ＩＧＲ）は、上記第１、第２、第３の一次照明光成分（Ｌｒ１、Ｌｇ１、Ｌｂ１）又はそれらの派生成分を入射するとともに、上記第１、第２、第３の部分画像（Ｉｒ、Ｉｇ、Ｉｂ）の光として二次照明光（Ｌ２）の二次照明光成分（Ｌｒ２、Ｌｇ２、Ｌｂ２）をそれぞれ生成して出射するように調整及び／又は配置された第１、第２、第３の画像形成手段（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項７】
上記第１、第２、第３の画像形成手段（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）は、透過型又は反射型マイクロディスプレイであることを特徴とする請求項６に記載の画像生成装置。
【請求項８】
上記第１、第２及び／又は第３の光源ユニット（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）と上記画像形成及び光再方向付構造体（ＩＧＲ）との間にそれぞれ第１、第２及び／又は第３の集光及び結合ユニット（ＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３）を備え、
上記第１、第２及び／又は第３の集光及び結合ユニット（ＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３）は、特に、上記一次照明光（Ｌ１）の第１、第２及び／又は第３の一次照明光成分（Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂ）又はそれらの派生成分を入射、結合、均一化するように調整及び／又は配置され、特に、上記画像形成及び光再方向付構造体（ＩＧＲ）に対して、特に、その入射光部（ＬＩ）に対して、該一次照明光（Ｌ１）の第１、第２及び／又は第３の一次照明光成分（Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂ）又はそれらの派生成分を、上記形成する第１、第２、第３の部分画像（Ｉｒ、Ｉｇ、Ｉｂ）のそれぞれの光として出射して方向付けるように調整及び／又は配置されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項９】
上記第１、第２及び／又は第３の集光及び／又は結合ユニット（ＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３）は、上記集積された一次照明光成分（Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂ）について実質的に共通の方向付け、進行方向及び／又は出射方向を有するように配置及び／又は調整されることを特徴とする請求項８に記載の画像生成装置。
【請求項１０】
上記第１、第２、第３の集光及び結合ユニット（ＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３）は、特に、実質的に互いに平行となっている入射光面（ＬＰ１Ｉ、ＬＰ２Ｉ、ＬＰ３Ｉ）とそれに対向する出射光面（ＬＰ１Ｅ、ＬＰ２Ｅ、ＬＰ３Ｅ）とを有する単純なライトパイプ又は中空のライトパイプ及び／又は集光ロッドであることを特徴とする請求項８又は９に記載の画像生成装置。
【請求項１１】
上記第１、第２、第３の集光及び結合ユニット（ＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３）の、それぞれの光軸に沿った断面は、実質的に一定であり、特に、実質的に入射光面（ＬＰ１Ｉ、ＬＰ２Ｉ、ＬＰ３Ｉ）及び出射光面（ＬＰ１Ｅ、ＬＰ２Ｅ、ＬＰ３Ｅ）と同一であることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項１２】
上記第１、第２、第３の集光及び結合ユニット（ＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３）はテーパ状であり、特に、入射光面（ＬＰ１Ｉ、ＬＰ２Ｉ、ＬＰ３Ｉ）から出射光面（ＬＰ１Ｅ、ＬＰ２Ｅ、ＬＰ３Ｅ）に向かってそれぞれ光軸に沿って実質的に単調に大きくなる断面を有し、特に角錐形状となっていることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項１３】
上記第１、第２、第３の集光及び結合ユニット（ＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３）は、上記一次照明光（Ｌ１）の第１、第２、第３の一次照明光成分（Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂ）に対してビーム整形特性又はビーム整形機能を有するように配置及び／又は調整されることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項１４】
上記第１、第２、第３の集光及び結合ユニット（ＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３）のビーム整形特性又はビーム整形機能は、該第１、第２、第３の集光及び結合ユニット（ＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３）の幾何学的特性、及び／又は該第１、第２、第３の集光及び結合ユニット（ＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３）の各出射光面又は出射光部（ＬＰ１Ｅ、ＬＰ２Ｅ、ＬＰ３Ｅ）の形状又は側面によって実現されることを特徴とする請求項１３に記載の画像生成装置。
【請求項１５】
上記第１、第２、第３の集光及び結合ユニット（ＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３）の各出射光面又は出射光部（ＬＰ１Ｅ、ＬＰ２Ｅ、ＬＰ３Ｅ）、又はそれらの一部は、凹状、区分的凹状、凸状、区分的凸状、区分的平面状、球状、楕円状、多角形状、フレネル型形状又は断面、及びこれらの組み合わせからなる形状又は断面グループから選択される形状又は断面を有することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項１６】
上記第１、第２、第３の集光及び結合ユニット（ＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３）の各出射光面又は出射光部（ＬＰ１Ｅ、ＬＰ２Ｅ、ＬＰ３Ｅ）、又はそれらの一部は、回折光学素子（ＤＯＥ）であることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項１７】
上記画像形成及び光再方向付構造体（ＩＧＲ）は、
上記第１、第２、第３の部分画像（Ｉｒ、Ｉｇ、Ｉｂ）の光として、上記二次照明光（Ｌ２）の第１、第２、第３の二次照明光成分（Ｌ２ｒ、Ｌ２ｇ、Ｌ２ｂ）又はそれらの派生成分を入射するように、また上記第１、第２、第３の部分画像（Ｉｒ、Ｉｇ、Ｉｂ）の光としての二次照明光（Ｌ２）の第１、第２、第３の二次照明光成分（Ｌ２ｒ、Ｌ２ｇ、Ｌ２ｂ）又はそれらの派生成分を、上記実質的に共通の光出射路又は出射軸（ＸＯ）に向けて、あるいは、その光出射路又は光出射軸（ＸＯ）に沿って、特に、上記実質的に共通の光路において、あるいは、その光路に沿って、上記第１、第２、第３の部分画像（Ｉｒ、Ｉｇ、Ｉｂ）の第１、第２、第３の投射光成分（Ｌｐｒ、Ｌｐｇ、Ｌｐｂ）として再方向付けて出射するように調整及び／又は配置された光結合及び再方向付ユニット（ＣＣ）を備えることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項１８】
上記光結合及び再方向付ユニット（ＣＣ）は、上記第１の部分画像（Ｉｒ）の光として、二次照明光（Ｌ２）の第１の二次照明光成分（Ｌ２ｒ）又はその派生成分を、特に、上記画像形成及び光再方向付構造体（ＩＧＲ）の入射光部（ＬＩ）から直接的に又は間接的に入射するように配置及び／又は調整される第１の面（ＣＣ−１）を有することを特徴とする請求項１７に記載の画像生成装置。
【請求項１９】
上記光結合及び再方向付ユニット（ＣＣ）は、上記第２の部分画像（Ｉｇ）の光として、二次照明光（Ｌ２）の第２の二次照明光成分（Ｌ２ｇ）又はその派生成分を、特に、上記画像形成及び光再方向付構造体（ＩＧＲ）の入射光部（ＬＩ）から直接的に又は間接的に入射するように配置及び／又は調整される第２の面（ＣＣ−２）を有することを特徴とする請求項１７又は１８に記載の画像生成装置。
【請求項２０】
上記光結合及び再方向付ユニット（ＣＣ）は、上記第３の部分画像（Ｉｂ）の光として、二次照明光（Ｌ２）の第３の二次照明光成分（Ｌ２ｂ）又はその派生成分を、特に、上記画像形成及び光再方向付構造体（ＩＧＲ）の入射光部（ＬＩ）から直接的に又は間接的に入射するように配置及び／又は調整される第３の面（ＣＣ−３）を有することを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項２１】
上記光結合及び再方向付ユニット（ＣＣ）は、上記第１、第２、第３の部分画像（Ｉｒ、Ｉｇ、Ｉｂ）の光として、上記二次照明光（Ｌ２）の入射した第１、第２、第３の二次照明光成分（Ｌ２ｒ、Ｌ２ｇ、Ｌ２ｂ）又はそれらの派生成分を、それぞれ、上記画像形成及び光再方向付構造体（ＩＧＲ）の出射光部（ＬＥ）に対して、特に上記実質的に共通の出射方向（ＸＯ）又は出射軸（ＸＯ）に向けて、あるいは、それに沿って、さらには、特に上記実質的に共通の光路（ＸＯ）において、あるいは、それに沿って出射するように配置及び／又は調整される第４の面（ＣＣ−４）を有することを特徴とする請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項２２】
上記光結合及び／又は再方向付ユニット（ＣＣ）は、
上記第１の部分画像（Ｉｒ）の光として上記二次照明光（Ｌ２）の第１の二次照明光成分（Ｌ２ｒ）又はその派生成分を、上記光結合及び再方向付ユニット（ＣＣ）の第１の面（ＣＣ−１）から該光結合及び再方向付ユニット（ＣＣ）の第４の面（ＣＣ−４）に反射するように、
また、上記第２の部分画像（Ｉｇ）の光として上記二次照明光（Ｌ２）の第２の二次照明光成分（Ｌ２ｇ）又はその派生成分を、上記光結合及び再方向付ユニット（ＣＣ）の第２の面（ＣＣ−２）から該光結合及び再方向付ユニット（ＣＣ）の第４の面（ＣＣ−４）に透過するように、
また、上記第３の部分画像（Ｉｂ）の光として上記二次照明光（Ｌ２）の第３の二次照明光成分（Ｌ２ｂ）又はその派生成分を、上記光結合及び再方向付ユニット（ＣＣ）の第３の面（ＣＣ−３）から該光結合及び再方向付ユニット（ＣＣ）の第４の面（ＣＣ−４）に反射するように
調整及び／又は配置されるスペクトル及び／又は偏向選択性又は選択型境界面（ＣＣ−Ｃ）を備えることを特徴とする請求項１７乃至２１のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項２３】
上記光結合及び再方向付ユニット（ＣＣ）の第２の面（ＣＣ−２）は、上記画像形成及び光再方向付構造体（ＩＧＲ）の入射光部（ＬＩ）と実質的に平行となっているか、あるいは、その一部として設けられ、及び／又は、
上記光結合及び再方向付ユニット（ＣＣ）の第４の面（ＣＣ−４）は、上記画像形成及び光再方向付構造体（ＩＧＲ）の出射光部（ＬＥ）と実質的に平行となっているか、あるいは、その一部として設けられることを特徴とする請求項１７乃至２２のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項２４】
上記光結合及び再方向付ユニット（ＣＣ）の第１の面（ＣＣ−１）及び／又は上記第３の面（ＣＣ−３）は、上記画像形成及び光再方向付構造体（ＩＧＲ）の入射光部（ＬＩ）及び／又は上記出射光部（ＬＥ）に対して実質的に垂直となっていることを特徴とする請求項１７乃至２３のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項２５】
上記光結合及び再方向付ユニット（ＣＣ）の第１の面（ＣＣ−１）と第３の面（ＣＣ−３）は、実質的に互いに平行に、かつ、該光結合及び再方向付ユニット（ＣＣ）の第２の面（ＣＣ−２）と第４の面（ＣＣ−４）に対して実質的に垂直となっていることを特徴とする請求項１７乃至２４のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項２６】
上記光結合及び再方向付ユニット（ＣＣ）の第２の面（ＣＣ−２）第４の面（ＣＣ−４）は、実質的に互いに平行に、及び／又は、該光結合及び再方向付ユニット（ＣＣ）の第１の面と第３の面（ＣＣ−３）に対して実施的に垂直となっていることを特徴とする請求項１７乃至２５のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項２７】
上記光結合及び再方向付ユニット（ＣＣ）はカラーキューブであることを特徴とする請求項１７乃至２６のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項２８】
上記少なくとも光結合及び再方向付ユニット（ＣＣ）の第１及び／又は第３の面（ＣＣ−１、ＣＣ−３）と第１及び／又は第３の光源ユニット（Ｓ１、Ｓ３）との間に、それぞれ第１及び／又は第３の偏向ユニット（Ｐ１、Ｐ３）が設けられ、
上記第１及び／又は第３の偏向ユニット（Ｐ１、Ｐ３）は、形成される上記各第１及び／又は第３の部分画像（Ｉｒ、Ｉｂ）の光として上記一次照明光（Ｌ１）の第１及び第３の一次照明光成分（Ｌ１ｒ、Ｌ１ｂ）又はそれらの派生成分、あるいは、該第１及び／又は上記第３の部分画像（Ｉｒ、Ｉｂ）の光として上記二次照明光（Ｌ２）の第１及び／又は第３の二次照明光成分（Ｌ２ｒ、Ｌ２ｂ）又はそれらの派生成分を、上記実質的に共通の入射方向（ＸＩ）又は入射軸（ＸＩ）から、上記光結合及び再方向付ユニット（ＣＣ）の第１及び／又は第３の面（ＣＣ−１、ＣＣ−３）に偏向するように配置及び／又は調整されることを特徴とする請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項２９】
上記第１及び／又は第３の偏向ユニット（Ｐ１、Ｐ３）は、それぞれ、第１及び／又は第３のプリズムであることを特徴とする請求項２８に記載の画像生成装置。
【請求項３０】
上記第１及び／又は第３のプリズム（Ｐ１、Ｐ３）は９０°プリズムであることを特徴とする請求項２９に記載の画像生成装置。
【請求項３１】
上記第１及び／又は第３のプリズム（Ｐ１、Ｐ３）は三角プリズムであることを特徴とする請求項２９又は３０に記載の画像生成装置。
【請求項３２】
上記第１及び／又は第３のプリズム（Ｐ１、Ｐ３）は、光学的に研磨された入射光部又は入射光面（Ｐ１Ｉ、Ｐ３Ｉ）及び／又は出射光部又は出射光面（Ｐ１Ｅ、Ｐ３Ｅ）を有することを特徴とする請求項２９乃至３１のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項３３】
上記第１及び／又は上記第３のプリズム（Ｐ１、Ｐ３）は、各上部及び下部カバー部又はカバー面（Ｐ１Ｃ、Ｐ３Ｃ）にて内部全反射特性を確実にするように光学的に研磨された該上部及び下部カバー部又はカバー面（Ｐ１Ｃ、Ｐ３Ｃ）を有することを特徴とする請求項２９乃至３２のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項３４】
上記第１及び／又は上記第３のプリズム（Ｐ１、Ｐ３）は、各対角部又は対角面（Ｐ１Ｄ、Ｐ３Ｄ）にて内部反射特性を確実にするため、第１及び／又は第３の各プリズム（Ｐ１、Ｐ３）の内側に対してミラー特性又は反射特性を有する対角部又は対角面（Ｐ１Ｄ、Ｐ３Ｄ）を有することを特徴とする請求項２９乃至３３のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項３５】
上記第１及び／又は第３の偏向ユニット（Ｐ１、Ｐ３）は、それぞれ、上記第１及び／又は第３の画像形成手段（Ｄ１、Ｄ３）あるいは、該第１及び／又は第３の画像形成手段（Ｄ１、Ｄ３）を含むことを特徴とする請求項２８乃至３４のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項３６】
上記第１及び／又は第３の偏向ユニット（Ｐ１、Ｐ３）は、第１及び／又は第３のビームスプリットユニット（ＢＳ）を有する上記第１及び／又は第３の画像形成手段（Ｄ１、Ｄ３）あるいは、第１及び／又は第３のビームスプリットユニット（ＢＳ）を有する上記第１及び／又は第３の画像形成手段（Ｄ１、Ｄ３）を含むことを特徴とする請求項２８乃至３５のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項３７】
上記第１及び／又は上記第３の集光及び結合ユニット（ＬＰ１、ＬＰ３）と、上記第１及び／又は上記第３の偏向ユニット（Ｐ１、Ｐ３）との間に、それぞれ、エアギャップ構造（Ｇ１、Ｇ３）が設けられることを特徴とする請求項１乃至３６のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【請求項３８】
上記第１及び／又は上記第３の偏向ユニット（Ｐ１、Ｐ３）と、上記光結合及び再方向付ユニット（ＣＣ）との間に、それぞれ、エアギャップ構造（Ｇ１’、Ｇ３’）が設けられることを特徴とする請求項１乃至３７のいずれか１項に記載の画像生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像生成装置に関する。特に、本発明は、特定のコンパクトな構造を有する画像生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像を形成及び表示する画像表示装置又は画像表示機器は、表示する画像を形成する画像生成装置を備えている。このような画像生成装置は、第１、第２、第３の光源ユニットを備えており、第１〜第３の光源ユニットは、一次照明光の第１、第２、第３の一次照明光成分を表示する画像のために生成される第１、第２、第３の部分画像の光としてそれぞれ放出及び出射するように調整及び／又は配置された。また、画像生成装置は、画像生成及び光再方向付構造体を備え、この画像生成及び光再方向付構体は、第１、第２、第３の一次照明光成分又はそれらの派生成分を受光し、表示する画像のための第１、第２、第３の部分画像を形成するとともに、第１、第２、第３の部分画像の光として第１、第２、第３の投射光成分をそれぞれ生成し、第１、第２、第３の部分画像の光としての第１、第２、第３の投射光成分を、それぞれ、実質的に共通の出射方向に向けて又はその方向に沿って、特に実質的に共通の特定出射経路内に又はその経路に沿って出射するように調整及び／又は配置されている。
【０００３】
一般的な画像生成装置に関する問題及び課題は、第１、第２、第３の一次照明光成分の結合が、現在のところ、ある程度の空間を必要とし、結合処理のためのメカニズムが、ある程度の空間に広がり又は配置していることによる。このため、一般的な画像生成装置については、その構造が相当に嵩張るという問題がある。
【特許文献１】米国特許第４，３８２，６５６号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００３／０２１５３０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、特に一次照明光成分の結合メカニズムに関して比較的空間を節約できる構造を有する画像生成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、独立請求項１の特徴を有する本発明に係る画像生成装置により達成される。本発明の画像生成装置の好ましい実施形態は、従属請求項の範囲内である。
【０００６】
上述の導入部分で記載した独立請求項１に係る本発明の画像生成装置は、さらに、第１、第２、第３の光源ユニットが、上記一次照明光の第１、第２、第３の一次照明光成分又はそれらの派生成分を、実質的に共通の入射方向に向けて又はその方向に沿って出射するように配置及び／又は調整されることを特徴とする。
【０００７】
この本発明の特定の構成によれば、設けられた画像形成及び光再方向付構造体に、第１、第２、第３の一次照明光成分を異なる空間方向から入射させる必要がなくなるため、第１、第２、第３の光源ユニットを縮小された空間的嵩の中に配置することが可能である。
【０００８】
したがって、本発明の重要な側面は、一次照明光の第１、第２、第３の一次照明光成分又はそれらの派生成分を、第１、第２、第３の一次照明光成分のすべてに対して特に共通である実質的に共通の入射方向に出射できるように、第１、第２、第３の光源ユニットを調整及び／又は配置することにより、画像生成装置の占有空間を縮小することである。したがって、一般的な画像生成装置と比しても狭い、限定された空間領域内に第１、第２、第３の光源ユニットを配置できる。本発明の好ましい一実施形態によれば、第１、第２、第３の光源ユニットは、一次照明光の第１、第２、第３の一次照明光成分又はそれらの派生成分を実質的に互いに平行に出射するように、配置及び／又は調整される。この構成によれば、第１、第２、第３の光源ユニットに必要な空間的嵩、及び、それらの光路の空間的嵩をさらに限定し、縮小することができる。
【０００９】
発明の画像生成装置は、さらに、実質的に共通の方向、特に、実質的に共通の入射方向から、第１、第２、第３の一次照明光成分を入射するように、画像形成及び光再方向付構造体を配置及び／又は調整することが好ましい。
【００１０】
本発明の画像生成装置のさらなる好ましい有利な実施形態によれば、画像形成及び光再方向付構造体は、共通の入射光部又はその入射光面を介して、第１、第２、第３の一次照明光成分を入射するように配置及び／又は調整される。
【００１１】
追加的又は代替的に、第１、第２、第３の光源ユニット、及び画像形成及び光再方向付構造体の配置又は全体構成は、実質的に同じ又は同等の光学的拡張を有する。
【００１２】
さらに、追加的又は代替的に、画像形成及び光再方向付構造体は、第１、第２、第３の一次照明光成分又はそれらの派生成分を入射するとともに第１、第２、第３の部分画像の光として二次照明光成分又は二次照明光をそれぞれ生成して出射するように調整及び／又は配置された第１、第２、第３の画像形成手段を備える。
【００１３】
本発明の画像生成装置のさらなる追加的又は代替的な実施形態によれば、第１、第２、第３の画像形成装置手段は、透過型又は反射型マイクロディスプレイである。
【００１４】
画像形成及び光再方向付構造体における第１、第２及び／又は第３の光源ユニットの間に、それぞれ、第１、第２及び／又は第３の集光及び結合ユニットを設けることが好ましい。これら第１、第２及び／又は第３の集光及び結合ユニットは、一次照明光の第１、第２及び／又は第３の一次照明光成分又はそれらの派生成分の入射、結合、均一化をそれぞれ行い、画像形成及び光再方向付構造体に対して、特に、その入射光部又は入射光面に対して、一次照明光の第１、第２及び又は第３の一次照明光成分又はそれらの派生成分を、形成する第１、第２、第３の部分画像のそれぞれの光として出射して方向付けるように調整及び／又は配置される。この特定の本発明の実現形態によれば、第１、第２、第３の一次照明光成分に対する特定の均一な配光を達成することができる。
【００１５】
さらに、追加的又は代替的に、この場合、第１、第２及び／又は第３の集光及び結合ユニットは、結合された一次照明光成分を実質的に共通の方向付け、進行方向及び／又は出射方向を有するように配置及び／又は調整される。
【００１６】
本発明のさらなる特徴によれば、第１、第２、第３の集光及び結合ユニットは、特に、実質的に互いに平行となっている入射光面とそれに対向する出射光面とを有する単純なライトパイプ又は中空のライトパイプ及び／又は集光ロッドである。
【００１７】
さらに、この場合、第１、第２、第３の集光及び結合ユニットのそれぞれの光軸に沿った断面は実質的に一定であり、実質的に入射光面及び出射光面と同一である。
【００１８】
さらなる好ましい実施形態によれば、第１、第２、第３の集光及び結合ユニットはテーパ状であり、特に、入射光面から出射光面に向かってそれぞれ光軸に沿って実質的に単調に大きくなる断面を有し、特に角錐形状となっている。
【００１９】
また、追加的又は代替的に、第１、第２、第３の集光及び結合ユニットは、一次照明光の第１、第２、第３の一次照明光成分に関してビーム整形特性及び／又は機能を有するように配置及び／又は調整されることが好ましい。
【００２０】
この場合、さらに、第１、第２、第３の集光及び結合ユニットの外形的特徴及び／又は第１、第２、第３の集光及び結合ユニットの各出射光面の形状又は側面によって、第１、第２、第３の集光及び結合ユニットのビーム整形特性及び／又は機能を実現することが好ましい。
【００２１】
好ましくは、第１、第２、第３の集光及び結合ユニットの各出射光面、あるいは、それらの一部は、凹状、区分的凹状、凸状、区分的凸状、区分的平面状、球状、楕円状、多角形状、フレネル型形状又は断面及びこれらの組み合わせからなる形状又は断面グループから選択される形状又は断面を有する。
【００２２】
追加的又は代替的に、第１、第２、第３の集光及び結合ユニットの各出射光面、あるいは、それらの一部は、回折光学素子であるあるいは、回折光学素子を含む。
【００２３】
本発明のさらなる有利な実施形態によれば、画像形成及び光再方向付構造体は、第１、第２、第３の部分画像の光として、それぞれ、二次照明光の第１、第２、第３の二次照明光成分又はそれらの派生成分を入射するように調整及び／又は配置される光結合及び再方向付ユニットからなる。また、光結合及び再方向付ユニットは、さらに、第１、第２、第３の部分画像の光としての二次照明光の第１、第２、第３の二次照明光成分又はそれらの派生成分を、実質的に共通の光出射軸に向けて、あるいは、その光出射軸に沿って、特に、実質的に共通の光出射路において、あるいは、その光出射路に沿って、第１、第２、第３の部分画像の第１、第２、第３の投射光成分として再方向付けて出射するように調整及び／又は配置される。
【００２４】
光結合及び再方向付ユニットは、第１の部分画像の光として、二次照明光の第１の二次照明光成分又はその派生成分を、特に、画像形成及び光再方向付構造体の入射光部又は入射光面から直接的に又は間接的に入射するように配置及び／又は調整される第１の面を有してもよい。
【００２５】
これに応じて、光結合及び再方向付ユニットは、第２の部分画像の光として、二次照明光の第２の二次照明光成分又はその派生成分を、特に、画像形成及び光再方向付構造体の入射光部から直接的に又は間接的に入射するように配置及び／又は調整される第２の面を有してもよい。
【００２６】
さらに、光結合及び再方向付ユニットは、第３の部分画像の光として、二次照明光の第３の二次照明光成分又はその派生成分を、特に、画像形成及び光再方向付構造体の入射光部から直接的に又は間接的に入射するように配置及び／又は調整される第３の面を有してもよい。
【００２７】
追加的又は代替的に、光結合及び再方向付ユニットは、第１、第２、第３の部分画像の光として、二次照明光の受光された第１、第２、第３の二次照明光成分又はそれらの派生成分を、それぞれ、画像形成及び光再方向付構造体の出射光部に対して、特に実質的に共通の出射方向又は出射軸に向けて、あるいは、それに沿って、さらには、特に実質的に共通の光出射路において、あるいは、それに沿って出力するように配置及び／又は調整される第４の面を有してもよい。
【００２８】
また、光結合及び／又は再方向付けユニットは、スペクトル及び／又は偏向選択性又は選択型境界面を備えてもよい。偏向選択性又は選択型境界面は、第１の部分画像の光として二次照明光の第１の二次照明光成分又はその派生成分を、光結合及び再方向付ユニットの第１の面から光結合及び再方向付ユニットの第４の面に反射するように調整及び／又は配置される。また、スペクトル及び／又は偏向選択性又は選択型境界面は、第２の部分画像の光としての二次照明光の第２の二次照明光成分又はその派生成分を、光結合及び再方向付ユニットの第２の面から光結合及び再方向付ユニットの第４の面に透過するように調整及び／又は配置されてもよい。さらに、スペクトル及び／又は偏向選択性又は選択型境界面は、第３の部分画像の光としての二次照明光の第３の二次照明光成分又はその派生成分を、光結合及び再方向付ユニットの第３の面から光結合及び再方向付ユニットの第４の面に反射するように調整及び／又は配置されてもよい。
【００２９】
本発明のさらなる実施形態によれば、光結合及び再方向付ユニットの第２の面は、画像形成及び光再方向付構造体の入射光部と実質的に平行となっているか、あるいは、その一部として設けられる。
【００３０】
追加的又は代替的に、光結合及び再方向付ユニットの第４の面は、画像形成及び光再方向付構造体の出射光部と実質的に平行となっているか、あるいは、その一部として設けられる。
【００３１】
本発明の画像生成装置のさらなる好ましい実施形態によれば、光結合及び再方向付ユニットの第１の面及び／又は第３の面は、画像形成及び光再方向付構造体の入射光部及び／又は出射光部に対して実質的に垂直となっている。
【００３２】
さらに、光結合及び再方向付ユニットの第１及び第３の面を実質的に互いに平行に、かつ、光結合及び再方向付ユニットの第２及び／又は第４の面に対して実質的に垂直となっていることが好ましい。
【００３３】
本発明の画像生成装置のさらなる好ましい実施形態によれば、光結合及び再方向付ユニットの第２及び第４の面は、実質的に互いに平行に、及び／又は、光結合及び再方向付ユニットの第１及び／又は第３の面に対して実施的に垂直となっている。
【００３４】
これは、光結合及び再方向付ユニットがカラーキューブとして調整される場合、あるいは、カラーキューブからなる場合に特に有利である。
【００３５】
本発明の画像生成装置のさらなる好ましい実施形態によれば、光結合及び再方向付ユニットの第１、第２及び／又は第３の面、及び、第１、第２及び／又は第３の光源ユニットは、それぞれの間に、生成される各第１、第２及び／又は第３の部分画像の光としての一次照明光の第１、第２及び第３の一次照明光成分又はそれらの派生成分、あるいは、第１、第２及び／又は第３の部分画像の光としての二次照明光の第１、第２及び／又は第３の二次照明光成分又はそれらの派生成分を、実質的に共通の入射方向又は入射軸から、光結合及び再方向付ユニットの第１、第２及び／又は第３の面に偏向するように配置及び／又は調整される第１、第２及び／又は第３の偏向ユニットを備える。
【００３６】
この場合、本発明の画像生成装置のさらなる好ましい実施形態によれば、第１、第２及び／又は第３の偏向ユニットが、それぞれ、第１、第２及び／又は第３のプリズムである、あるいは、第１、第２及び／又は第３のプリズムからなる場合に、特定の単純な構造が得られる。また、ミラーを使用することもできる。
【００３７】
本発明の有利な実施形態によれば、第１及び／又は第３のプリズムは９０°プリズムである。
【００３８】
追加的又は代替的に、第１及び／又は第３のプリズムは三角プリズムである。
【００３９】
本発明のさらなる代替的又は追加的実施形態によれば、第１及び／又は第３のプリズムは、光学的に研磨された入射光面又は入射光部及び／又は出射光面又は出射光部を有する。
【００４０】
追加的又は代替的に、本発明のさらなる好ましい実施形態によれば、第１及び／又は第３のプリズムは、各上部及び下部カバー面又はカバー部にて内部全反射特性を確実又は実現するように光学的に研磨された上部及び下部カバー面又はカバー部を有する。
【００４１】
さらに、第１及び／又は第３のプリズムにおいて、各対角面又は対角部にて内部反射を確実にするため、各プリズムの内側に対してミラー特性又は反射特性を有する対角面又は対角部を有することが好ましい。
【００４２】
さらなる形態として、第１、第２及び／又は第３の偏向ユニットは、それぞれ、第１、第２及び／又は第３の画像形成手段であるか、あるいは、第１、第２及び／又は第３の画像形成手段を備えてもよい。
【００４３】
追加的又は代替的に、この場合、第１、第２及び／又は第３の偏向ユニットは、第１、第２及び／又は第３の画像形成手段とともに第１、第２及び／又は第３のビームスプリットを備えてもよい。
【００４４】
第１及び／又は第３の各集光及び結合ユニットの光集合特性を向上させるために、第１及び／又は第３の集光及び結合ユニットと、第１及び／又は第３の偏向ユニットとの間にエアギャップ構造又はエアギャップを設けてもよい。
【００４５】
追加的又は代替的に、光結合及び再方向付ユニットに対する光集合特性を向上させるために、第１及び／又は第３の偏向ユニットと、光結合及び再方向付ユニットとの間にエアギャップ構造又はエアギャップを設けることが可能である。
【００４６】
本発明のこれらの側面及びさらなる側面について、以下の記載の参照して、より詳細に説明する。
【００４７】
本発明は、特に、画像投影又は生成装置に関する。
【００４８】
提案された発明は、発光ダイオード等の電子光源を用いた小型のカラー画像投影表示装置である。出射光面がビーム整形素子となっているテーパ状のライトパイプにより、光を均質化する。このビーム整形ライトパイプの目的は、３チャンネルによるスクリーン上の配光が確実に同一、均一で最大となるようにすることである。３つのカラーチャンネルのうち、２つは屈曲されているが、これら３つを再結合して、カラー画像を形成する。
【００４９】
従来技術（１）では、光学素子をライトパイプの出射端に用いているが、これはフィールドレンズであり、その機能は、ライトパイプの出る方向の空間的分散を制御するように設計されているのではなく、光の全体的な方向のみを制御するものである。また、この装置は、２つの異なる要素（分離されていないが）、すなわち、中空ライトパイプとレンズにより構成されている。
【００５０】
他の従来技術のシステム（２）では、ワンピースライトパイプにより方向分散を補正している。本発明で提案する解決方法との違いは、全体構成（特許請求の範囲にあるような楕円反射器はない）であり、本発明では、非曲面（フレネル、切子面付き、回折構造等）の使用を提案している。特許請求の範囲も、ＵＨＰランプや他の広帯域光源等、ガス排出光源について記載し、発光ダイオード、レーザ、狭帯域光源については記載していない。
【００５１】
なお、本発明は、ビーム整形ライトパイプを使用して、屈曲型プロジェクタにより生成される不均一な配光を補正することに要点がある。
【００５２】
テーパ状のライトパイプは、ライトパイプの端部にて均一な配光をする。しかしながら、パイプの端部における光線の方向は均一ではない。その結果、光がライトパイプの先に伝播すると、不均一な分散となる。投影構成においては、これは、スクリーン上の不均一な分散となる。
【００５３】
本発明は以下の課題を解決しようとするものである。
１）スクリーン上の均一な分散の改善（カラー及びグレースケール）
２）ライトパイプとマイクロディスプレイとの間の縦公差の緩和
３）不均等な光路長を有する３パスプロジェクタを得る可能性（例えば、フォルダプリズムＰｉを用いる場合のＲ，Ｉｒ及びＢ，Ｉｂパス、及び、プリズムを用いない場合のＧ，Ｉｇパス）
４）光学構成部品の開口内での光集合効率の改善
５）３パスｔ−液晶表示（liquid crystal display（以下、ＬＣＤと略す））プロジェクタの小型化
【００５４】
例えば、図１Ａに示す構成の本発明に係る画像生成装置としてＬＣＤプロジェクタを小型化するため、本発明の特徴により、ラテラルチャンネルにプリズムを使用することにより、図１Ｂに示すような構成となる。
【００５５】
元のプロジェクタは、ライトパイプＬＰｉ（ｉ＝１，２，３）内に接続された３つの光源Ｓｉ（ｉ＝１，２，３）からなる。パイプＬＰｉ（ｉ＝１，２，３）の出射は、各マイクロディスプレイＤｉを照明する。３つのカラーチャンネルはカラーキューブＣＣにより結合され、対物レンズＯを通してスクリーン上に投射される。ラテラルチャンネルの光路を屈曲するため、本発明では、ライトパイプＬＰｉとディスプレイＤｉとの間にプリズムＰｉを用いる。
【００５６】
図１Ｂの各ライトパイプは、等しい入射光面ＬＰｉＩ及び出射光面ＬＰｉＥ（ｉ＝１，２，３）及び等しい寸法を有することにより、光パワーの分散の均質化が行われる。さらに、各光源Ｓｉ（ｉ＝１，２，３）による発光の大部分を利用するために、コリメート機能が望ましい場合もある。確かに、光源Ｓｉ（ｉ＝１，２，３）から出射した光は、例えば、図２Ａに示すようにランベルト分散を示す。対物レンズＯは、ｆ数又は点線の円錐で示す開口数により定められる立体角に含まれる方向を有する光量をスクリーンに投射するのみである。この角の外側の光はすべて失われる。したがって、図２Ｂの分散に示すように、光源から発する光をコリメートする必要がある。
【００５７】
これは、図１Ｂに示す平行なライトパイプではなく、図３Ａに示すようなテーパ状のライトパイプＬＰｉ（ｉ＝１，２，３）を用いて行うことができる。可能な変形例を図３Ｂに示す。
【００５８】
パワー分散の均質化に加えて、平行なライトパイプは、光の方向分散を均質化する。つまり、図４Ａに示すように、パイプＬＰｉ（ｉ＝１，２，３）の出射端にて、矢印で示す光線の平均的な方向は、他のすべての出射光面ＬＰｉＥ（ｉ＝１，２，３）について同じである。しかし、光線は十分にコリメートされてなく、個々の光線の方向は矢印の周辺の円錐により示される立体角内に含まれる。一方、テーパ状のライトパイプは、図４Ｂに示すように、パワー分散を均質化するとともに光のコリメートを行う。しかし、残念なことに、光線の平均的な方向は、出射光面ＬＰｉＥ（ｉ＝１，２，３）において他のすべての光線について均一ではなくなっている。これらの方向は、光軸に沿った直線となり、出射光面の端部で斜めになる傾向がある。
【００５９】
このような不均質性の結果、以下のことが生じる。
１）ライトパイプと対物レンズとの接続が最大ではない場合、システム効率が低下する。
２）マイクロディスプレイＤｉがライトパイプの出射端に配置されている場合、不均一な方向分散により、対物レンズＯによる投射後、スクリーン上に不均一に配光する。図５（ａ）に示すように、スクリーン上の画像の明るさは、側部にて暗くなる傾向がある。
３）ディスプレイがプリズムＰｉの後に配置されている場合、マイクロディスプレイ上及びスクリーン上のエネルギー分散は均一ではなくなる。断面は、プリズムを用いないチャンネル（チャンネル２）で得られたものとは異なる。これにより、さらに不均一な色分布が生じる。
【００６０】
最後の問題については、図６Ａに示すように、ライトパイプＬＰ２の後にキューブＣ２を導入することにより補正することができる。このキューブＣ２の寸法は、キューブを通る光路がプリズムＰ１及びＰ３を通る光路と同じになるように選択される。このようにして、キューブを非屈曲プリズムとしてみなすことができる。色の均一性は回復されるが、明るさ（グレーレベル）は不均一のままである。
【００６１】
出射光面における不均質な方向分散を補正するため、本発明では、さらに、図６Ｂ中ＬＰｉ’（ｉ＝１，２，３）として示す、出射光面がビーム整形機能を実現するライトパイプを導入する。この新たなライトパイプは、コリメートされてパワー及び方向が均一なビームを生成するので、上記の問題２）は図５Ｂに示すように補正される。さらに、上記の問題３）は理論上抑制されるので、補正キューブＣ２は必須ではなくなるが、これが存在すれば、ライトパイプＬＰ’の設計及び構成に不正確な点がある場合にそれを改善することができる。
【００６２】
また、光学部品の開口内の集合した光が元のライトパイプで集合した光よりも大きいので、ライトパイプＬＰ’はシステム全体の効率を向上させる。このように、ライトパイプＬＰ’が存在することにより、図７のシリコン上の液晶（liquid crystal on silicon（以下、ＬＣＯＳと略す））やマイクロ電子機械システム（micro electro mechanical system（以下、ＭＥＭＳと略す））等、ディスプレイが出射面に配置されない構成に役立つ。ライトパイプにより導入される位相変調は、方向分散が均一ではなく、ディスプレイ上の強度を最大にするように計算することができる。これにより、出射面において均質ではなくディスプレイ上で集束する方向分散を得ることができる。
【００６３】
ビーム整形機能を実現するため、本発明では、図８に示すように、切子面付き出射光面、平滑面、フレネルがた素子（区分的に平滑）、あるいは、回折機能を使用する。再方向付けは出射光面における光線の実測方向に関係し、ライトパイプは対称的（光軸を中心に対称的、あるいは、横断方向に等しい）ではないので、ビーム整形素子の構造は対称的であってもよく、対称的でなくてもよい。
【００６４】
本システムにより、屈曲構造を用いて非常に小型の３パスプロジェクタを設計することができる。標準的なライトパイプを使用して、屈曲型プロジェクタのグレー及び色均一性の必要条件を達成することができる。本発明でビーム整形ライトパイプを用いる目的は、小型化と高画質の両方を達成することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
以下、図面を参照して、本発明についてより詳細に説明する。
【００６６】
以下、同様、類似、同等の機能又は構造を有する要素には、同じ指示符号を付している。これらの要素の詳細な説明については、それらの要素の記載毎に繰り返し行うことはしない。
【００６７】
まず、本発明に係る画像生成装置の基本原理について、図９、図１０、図１１を参照して説明する。
【００６８】
図９は、本発明を適用した画像生成ユニット１０の基本原理及び主要な特徴を示す概略的なブロック図である。
【００６９】
図９に示す実施形態では、画像生成ユニットは、第１、第２、第３の光源ユニットＳ１、Ｓ２、Ｓ３を備えている。第１、第２、第３の光源ユニットＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、第１、第２、第３の一次照明光成分Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂをそれぞれ発光及び出射するように調整されており、第１〜第３の一次照明光成分Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂは、それぞれ、共通の入射方向ＸＩに出射される。したがって、一次照明光成分Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂを結合することによって、所望の一次照明光Ｌ１が得られる。第１、第２、第３の各一次照明光成分Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂは、それぞれ発光され、第１、第２、第３の画像Ｉｒ、Ｉｇ、Ｉｂの光成分とみなされ、画像Ｉを形成、投写、表示するために位置を合わせて重ねられる。第１、第２、第３の一次照明光成分Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂは、相補的であり、例えば白色光の本質的には互いに重なり合わないスペクトル成分である。
【００７０】
図９に示すように、さらに、画像生成ユニット１０は、入射光部ＬＩ又は入射光面ＬＩを有する画像形成及び光再方向付構造体ＩＧＲを備えており、入射光部ＬＩ又は入射光面ＬＩは、共通の入射方向ＸＩから第１、第２、第３の一次照明光成分Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂを入射するように配置及び調整されている。画像形成及び光再方向付構造体ＩＧＲは、さらに、出射光部ＬＥ又は出射光面ＬＥを有する。画像形成及び光再方向付構造体ＩＧＲは、画像Ｉを表示するための第１、第２、第３の部分画像Ｉｒ、Ｉｇ、Ｉｂを生成するために、第１、第２、第３の一次照明光成分Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂ又はそれらの派生成分を入射するように調整及び／又は配置されている。これにより、画像形成及び光再方向付構造体ＩＧＲは、それぞれ第１、第２、第３の投射光成分Ｌｐｒ、Ｌｒｇ、Ｌｐｂを形成される第１、第２、第３の部分画像Ｉｒ、Ｉｇ、Ｉｂの光として生成する。また、図９から分かるように、画像形成及び光再方向付構造体ＩＧＲは、実質的に共通の出射方向ＸＯに向けて、あるいは、その方向に沿って、特に出射光部ＬＥを介して、第１、第２、第３の部分画像Ｉｒ、Ｉｇ、Ｉｂの光として第１、第２、第３の投射光Ｌｐｒ、Ｌｐｇ、Ｌｐｂを出射又は放射又は再方向付けるように調整及び／又は配置されている。
【００７１】
第１、第２、第３の光源ユニットＳ１、Ｓ２、Ｓ３が、実質的に共通の入射方向ＸＩに向けて、あるいは、その方向に沿って、一次照明光Ｌ１の第１、第２、第３の一次照明光成分Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂ又はそれらの派生成分を出射するように配置及び／又は調整されていることに基づいて、特に第１、第２、第３の部分画像Ｉｒ、Ｉｇ、Ｉｂについて共通の光出射路又は共通の出射方向ＸＯに垂直な方向における嵩又は体積が、小さいことは重要である。
【００７２】
また、図９に示すように、画像形成及び光再方向付構造体ＩＧＲは、第１、第２、第３の画像形成手段Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を備えている。これら第１、第２、第３の画像形成手段Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は、例えば、透過型ＬＣＤマイクロディスプレイパネルからなり、上述の第１、第２、第３の各部分画像Ｉｒ、Ｉｇ、Ｉｂをそれぞれ形成するためのものである。
【００７３】
入射した第１及び第３の一次照明光成分Ｌ１ｒ、Ｌ１ｂを、共通の入射方向ＸＩから、それぞれ第１及び第３の画像形成手段Ｄ１、Ｄ３に向けて方向を変えるために、第１及び第３の一次照明光成分Ｌ１ｒ、Ｌ１ｂの、光路には第１の偏向手段Ｐ１と、第３の偏向手段Ｐ３がそれぞれ設けられている。
【００７４】
図９から分かるように、画像形成及び光再方向付ユニットＩＧＲの入射光部ＬＩ及び出射光部ＬＥは、互いに平行となっている。第２の部分画像Ｉｇ用の第２の画像形成手段Ｄ２も、画像形成及び光再方向付構造体ＩＧＲの入射光部ＬＩに対して平行になっている。したがって、第２の一次照明光成分Ｌ１ｇの方向は、第２の画像形成手段Ｄ２に向いており、第２の一次照明光成分Ｌ１ｇ用の第２の偏向素子又は手段Ｐ２を設ける必要はない。一方、第１及び第３の部分画像Ｉｒ、Ｉｂの第１及び第３の画像形成手段Ｄ１、Ｄ３は、互いに平行となっており、画像形成及び光再方向付構造体ＩＧＲの入射光部ＬＩに対して垂直になっている。したがって、第１及び第３の画像形成手段Ｄ１、Ｄ３は、第１及び第３の偏向素子Ｐ１、Ｐ３が必要であり、すなわち、図９の実施形態に示す画像生成ユニット１０は、図１１に示すように従来技術又は周知の画像生成ユニット１００と比して、体積又は嵩が小さい。
【００７５】
さらに、画像形成及び光再方向付構造体ＩＧＲは、図９に示すように、光結合及び再方向付ユニットＣＣを備え、光結合及び再方向付ユニットＣＣは、第１、第２、第３の画像形成手段Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３からの二次照明光の第１、第２、第３の二次照明光成分Ｌ２ｒ、Ｌ２ｇ、Ｌ２ｂ又はそれらの派生成分がそれぞれ入射され、これら第１、第２、第３の二次照明光成分Ｌ２ｒ、Ｌ２ｇ、Ｌ２ｂを集めて再結合し、それらを、投射光ＬＰを構成する第１、第２、第３の投射光成分Ｌｐｒ、Ｌｐｇ、Ｌｐｂとして共通の出射方向ＸＯに向けて再方向付けるように配置及び調整されている。
【００７６】
図１０に示す実施形態は、図９に示す実施形態に非常に類似している。しかしながら、図１０に示す実施形態では、第１、第２、第３の画像形成手段Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の入射光部ＬＩに対する方向付が図９とは異なっている。ここでは、第１、第２、第３の画像形成手段Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３はすべて、画像形成及び光再方向付構造体ＩＧＲの入射光部に対して、それぞれ平行となっている。したがって、第１、第２、第３の画像形成手段Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は、それぞれ、第１及び第３の偏向素子Ｐ１、Ｐ３の直前に配置されている。第２の二次照明光成分の光路長は、第１及び第３の二次照明光成分の光路長と異なり、第２の二次照明光成分の光路の違いを補正するため、補正素子Ｃ２を設けている。
【００７７】
本発明とは異なり、図１１に示す従来技術の考え方では、画像生成ユニット１００は、第１、第２、第３の一次照明光成分Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂをそれぞれ配光する単一で共通の入射方向ＸＩを用いず、図９に示すような配置の第１、第２、第３の画像形成手段Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の法線に対してそれぞれ平行になっている３つの異なる入射方向ＸＩ１、ＸＩ２、ＸＩ３を用いている。
【００７８】
この結果、図１１に示す従来技術の画像生成ユニット１００は、幾何学的嵩Ｅ’又は体積が大きくなっている。
【００７９】
図１Ａは、従来技術の画像生成ユニット１００のさらなる詳細を示す。図１Ａに示すように、画像生成ユニット１００は、実質的には図１１に示すような構造を備えており、光源ユニットＳ１、Ｓ２、Ｓ３のそれぞれと画像形成手段Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３のそれぞれとの間に、集光及び結合ユニットとしてライトパイプＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３を設けている。光結合及び再方向付ユニットＣＣは、カラーキューブにより構成からなり、光結合及び再方向付ユニットＣＣは、投射光ユニットＯに向けて投射光成分ＬＰｒ、Ｌｐｇ、Ｌｐｂを出射する。
【００８０】
図１Ａに示す構成でも、３つの異なる入射方向ＸＩ１、ＸＩ２、ＸＩ３を用いるので、体積又は嵩Ｅ’は大きくなっている。
【００８１】
図１Ｂは、図９に示す実施形態と同様の実施形態である。
【００８２】
図１Ｂでは、また、第１、第２、第３の一次照明光成分Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂ用のそれぞれの集光及び結合ユニットＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３を示している。ライトパイプＬＰｉ（ｉ＝１，２，３）は、それぞれ、入射光面又は入射光部ＬＰｉＩと出射光部又は出射光面ＬＰｉＥ（ｉ＝１，２，３）を有している。第１、第２、第３の一次照明光成分Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂそれぞれに均一配光するような集光及び光結合処理の後、第１、第２、第３の一次照明光成分Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂは、入射光部又は入射光面ＬＩを介して画像形成及び光再方向付構造体ＩＧＲに入射する。
【００８３】
第１及び第３の一次照明光成分Ｌ１ｒ、Ｌ１ｂの第１及び第３の偏向素子Ｐ１、Ｐ３は、第１及び第３のプリズムＰ１、Ｐ３によって構成されている。
【００８４】
光結合及び再方向付ユニットＣＣは、カラーキューブから構成されている。光結合及び再方向付ユニットＣＣは、第１、第２、第３、第４の面ＣＣ−１、ＣＣ−２、ＣＣ−３、ＣＣ−４を有している。第１〜第３の面ＣＣ−１、ＣＣ−２、ＣＣ−３は、第１、第２、第３の部分画像Ｉｒ、Ｉｇ、Ｉｂの光として、それぞれ、第１、第２、第３の二次照明光成分Ｌ２ｒ、Ｌ２ｇ、Ｌ２ｂ又はそれらの派生成分を入射するように調整されている。光結合及び再方向付ユニットＣＣは、１つ又は複数の境界面ＣＣ−Ｃを有し、境界面ＣＣ−Ｃは、第１、第２、第３の面ＣＣ−１、ＣＣ−２、ＣＣ−３から第４の面ＣＣ−４に向けて、とりわけ画像形成及び再方向付構造ＩＧＲの出射光部又は出射光面ＬＥに向けて、さらには特に共通の出射方向ＸＯに向かう第１〜第３の投射光成分Ｌｐｒ、Ｌｐｇ、Ｌｐｂとして、第１、第２、第３の二次照明光成分Ｌ２ｒ、Ｌ２ｇ、Ｌ２ｂを透過又は反射するように配置及び／又は調整されている。
【００８５】
投射光Ｏを用いることにより、第１〜第３の投射光成分Ｌｐｒ、Ｌｐｇ、Ｌｐｂは、部分画像Ｉｒ、Ｉｇ、Ｉｂを重ね合わせて表示される画像Ｉを形成する。図２Ａ〜図８Ｆの特徴及び実施形態については、既に説明した。
【００８６】
図１２は、本発明の一実施形態を実現するために偏向ユニットＰ１、Ｐ３として使用することができるプリズムＰ１、Ｐ３を、概略断面図で示している。
【００８７】
図１２に示すように、プリズムＰ１、Ｐ３は、いずれも光学的に研磨された入射光面又は入射光部Ｐ１Ｉ、Ｐ３Ｉ及び出射光面又は出射光部Ｐ１Ｅ、Ｐ３Ｅを備える三角形状の９０°プリズムである。また、プリズムＰ１、Ｐ３は、対角面又は対角部Ｐ１Ｄ、Ｐ３Ｄを有しており、対角面又は対角部Ｐ１ｄ、Ｐ３Ｄは、プリズムＰ１、Ｐ３の内部反射機能の確実にするするために、反射又はミラーカバーを有する。また、プリズムＰ１、Ｐ３の上下のカバー面Ｐ１Ｃ、Ｐ３Ｃも、各境界面の内部全反射特性を確実にするために光学的に研磨されている。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１Ａ】従来技術の画像生成装置の概略断面図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態の概略断面図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態で用いられる種々の放射特性を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態で用いられる種々の放射特性を示す図である。
【図３Ａ】本発明において集光及び結合ユニットとして使用するライトパイプの一実施形態の概略透視図である。
【図３Ｂ】図３Ａのライトパイプを用いる、本発明の一実施形態の概略断面図である。
【図４Ａ】本発明により使用される種々の集光及び結合ユニットの出射光部の異なる放射特性を示す図である。
【図４Ｂ】本発明により使用される種々の集光及び結合ユニットの出射光部の異なる放射特性を示す図である。
【図５Ａ】図４Ａ及び図４Ｂに示す放射特性により得られる放射分散を示す図である。
【図５Ｂ】図４Ａ及び図４Ｂに示す放射特性により得られる放射分散を示す図である。
【図６Ａ】本発明の画像生成装置のさらなる２つの実施形態の概略断面図である。
【図６Ｂ】本発明の画像生成装置のさらなる２つの実施形態の概略断面図である。
【図７Ａ】本発明の画像生成装置のさらなる２つの実施形態の概略断面図である。
【図７Ｂ】本発明の画像生成装置のさらなる２つの実施形態の概略断面図である。
【図８Ａ】本発明により用いられる集光及び結合ユニットとしての種々のライトパイプの出射光部を示す概略断面図である。
【図８Ｂ】本発明により用いられる集光及び結合ユニットとしての種々のライトパイプの出射光部を示す概略断面図である。
【図８Ｃ】本発明により用いられる集光及び結合ユニットとしての種々のライトパイプの出射光部を示す概略断面図である。
【図８Ｄ】本発明により用いられる集光及び結合ユニットとしての種々のライトパイプの出射光部を示す概略断面図である。
【図８Ｅ】本発明により用いられる集光及び結合ユニットとしての種々のライトパイプの出射光部を示す概略断面図である。
【図８Ｆ】本発明により用いられる集光及び結合ユニットとしての種々のライトパイプの出射光部を示す概略断面図である。
【図９】本発明の基本原理を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の基本原理を示す概略断面図である。
【図１１】従来技術の画像生成装置の概略断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態において偏向ユニットとして用いられるプリズムの概略断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０  画像生成装置、１００  従来の画像生成装置
ＢＳ  ビームスプリット素子
Ｃ２  光路の補正素子
ＣＣ  画像形成及び光再方向付ユニット
Ｅ  幾何学的嵩、体積
Ｅ’  従来技術に係る幾何学的嵩、体積
ＩＧＲ  画像形成及び光再方向付構造
ＬＰ１  第１のライトパイプ
ＬＰ２  第２のライトパイプ
ＬＰ３  第３のライトパイプ
Ｏ  対物レンズ
Ｐ１  第１のプリズム
Ｐ３  第３のプリズム
Ｓ１  第１の光源ユニット
Ｓ２  第２の光源ユニット
Ｓ３  第３の光源ユニット
ＸＯ  共通の出射方向
【図１Ａ】
2005316446.tif 000003
【図１Ｂ】
2005316446.tif 000004
【図２Ａ】
2005316446.tif 000005
【図２Ｂ】
2005316446.tif 000006
【図３Ａ】
2005316446.tif 000007
【図３Ｂ】
2005316446.tif 000008
【図４Ａ】
2005316446.tif 000009
【図４Ｂ】
2005316446.tif 000010
【図５Ａ】
2005316446.tif 000011
【図５Ｂ】
2005316446.tif 000012
【図６Ａ】
2005316446.tif 000013
【図６Ｂ】
2005316446.tif 000014
【図７Ａ】
2005316446.tif 000015
【図７Ｂ】
2005316446.tif 000016
【図８Ａ】
2005316446.tif 000017
【図８Ｂ】
2005316446.tif 000018
【図８Ｃ】
2005316446.tif 000019
【図８Ｄ】
2005316446.tif 000020
【図８Ｅ】
2005316446.tif 000021
【図８Ｆ】
2005316446.tif 000022
【図９】
2005316446.tif 000023
【図１０】
2005316446.tif 000024
【図１１】
2005316446.tif 000025
【図１２】
2005316446.tif 000026
【外国語明細書】
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2005316446000002.pdf
2005316446000003.pdf
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