(57)【要約】【課題】  より広いスペクトル光をより狭いスペクトルの光によって強化する。【解決手段】  より狭いスペクトルを有する第１の光量を受け取る段階と、画像投影機のカラーホイール上の反射面からのより狭いスペクトル光を反射させる段階と、より狭いスペクトル光を備えた第２の光量を含んだより広いスペクトル光を透過させる段階と、より狭いスペクトル光の第１の光量及び第２の光量を含む光をカラーホイールから通過させる段階と、を含む。【選択図】  図１
2005242362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
より狭いスペクトルを有する第１の光量を受け取る段階と、
画像投影機のカラーホイール上の反射面からのより狭いスペクトル光を反射させる段階と、
より狭いスペクトル光を有する第２の光量を含むより広いスペクトル光を透過させる段階と、
より狭いスペクトル光の第１の光量及び第２の光量を含む光をカラーホイールから通過させる段階と、を含む方法。
【請求項２】
より広いスペクトル光は、より狭いスペクトルを欠いている請求項１に記載の方法。
【請求項３】
より狭いスペクトル光は赤色光を有する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
より狭いスペクトル光は６００ｎｍから７８０ｎｍの範囲にある請求項１に記載の方法。
【請求項５】
より狭いスペクトル光は６２０ｎｍから６４０ｎｍの範囲にある請求項１に記載の方法。
【請求項６】
より広いスペクトル光は、高エネルギー放電ランプから受け取られる請求項１に記載の方法。
【請求項７】
高エネルギー放電ランプは、超高圧ランプを有する請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記反射面は、より狭いスペクトル光の光軸に対して直角でない平面内に位置する請求項１に記載の方法。
【請求項９】
カラーホイールの回転に同期させて、より狭いスペクトル光をパルス出力させる段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
より狭いスペクトルを有する第１の光量を受け取る段階と、
より狭いスペクトル光とより広いスペクトルを有する光とをカラーホイールにて合成して出力光を生成し、前記より広いスペクトル光がより狭いスペクトル光を有する第２の光量を含むようにする段階と、
前記出力光がより狭いスペクトル光の第１の光量及び第２の光量を含むようにする段階と、
カラーホイールの回転に同期させて、より狭いスペクトルを有する光の第１の光量をパルス出力させる段階と、を含む方法。
【請求項１１】
より狭いスペクトル光とより広いスペクトル光は、異なる方向からカラーホイールに接近する請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
より狭いスペクトルを有する第１の光量を受け取る段階と、
より狭いスペクトル光とより広いスペクトルを有する光とをカラーホイールにて合成して出力光を生成し、前記より広いスペクトル光がより狭いスペクトル光を有する第２の光量を含むようにする段階と、
前記出力光がより狭いスペクトル光の第１の光量及び第２の光量を含むようにする段階と、
より狭いスペクトル光とより広いスペクトル光を、異なる方向からカラーホイールに接近させる段階と、を含む方法。
【請求項１３】
より狭いスペクトル光は発光ダイオードからのものである請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
より狭いスペクトル光はレーザからのものである請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
より狭いスペクトル光はフィラメントランプからのものである請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ランプのフィラメントは赤色光と赤外光とを放射し、前記フィラメントによって放射された赤外光は比較的優先的にフィラメントへ戻されるよう反射され、フィラメントによって放射された赤色光は比較的優先的にフィラメントから離れるよう反射される請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
光通過部と反射面とを備えたカラーホイールを含むと共に、
（ａ）カラーホイールの反射面からのより狭いスペクトルを有する第１の光量を反射させ、（ｂ）反射されたより狭いスペクトル光とより広いスペクトルを有する光とを合成して出力光を発生させ、かつ前記より広いスペクトル光がより狭いスペクトルを有する第２の光量を含むようにし、（ｃ）より狭いスペクトル光の第１の光量及び第２の光量を含む光を供給する、
光処理機
を含む装置。
【請求項１８】
より広いスペクトル光の光源をも含み、前記光源は高エネルギー放電ランプを有する請求項１７の装置。
【請求項１９】
前記高エネルギー放電ランプは超高圧ランプを有する請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
より狭いスペクトル光の光源をも含み、前記光源は発光ダイオードを有する請求項１７の装置。
【請求項２１】
より狭いスペクトル光の光源をも含み、前記光源はレーザを有する請求項１７の装置。
【請求項２２】
故障前の限られた数の時間の間、制御可能な画像投影ランプと、
故障前の限られた数の時間を超えて、制御可能な光源と、
光源のみ、または少なくとも画像投影ランプのどちらかを選択的に使用しながら視覚表面上にデジタル画像を投影するデバイスと、を含む装置。
【請求項２３】
光源のみが情報を表示するのに選択的に使用可能である請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記情報はオーディオ機能のみに関係する請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記情報はメニューを有する請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
少なくとも画像投影ランプからのデジタル画像を投影する時よりも短い長さの、点灯の際からの遅延の後で、前記デバイスは、光源だけからのデジタル画像を投影する請求項２２に記載の装置。
【請求項２７】
画像投影機を使用するカラーホイールを有する装置であって、前記ホイールは、
前記カラーホイールの片側からの光を受け取り、第１のスペクトル帯域の光だけを通過させるための透明部分と、
前記カラーホイールの逆側から受け取った光を反射させる反射面と、
を含む装置。
【請求項２８】
前記反射面は、前記透明部分から受け取った光の光軸に対して直角以外の角度で位置する請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記反射面は、前記カラーホイールの逆側から受け取った光の光軸に対して直角でない面内に位置する請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
入力ビームからあるパターンで光を受け取り、それを出力光路に通過させるよう配置された多重レンズ部と、
第２の入力ビームからの光を前記パターンで反射させ、前記光路に出力するミラー部と、を含む装置。
【請求項３１】
第２の入力ビームは、前記出力光路に対しある角度をなしている入力光路に沿って受け取られる請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
画像投影機を使用する偏光変換システム（ＰＣＳ）を有する装置であって、前記ＰＣＳは、
光波遅延層と、
前記遅延層の第１の側の上にある反射偏光子層と、
ミラー間のミラーと隙間とのパターンであって、そのパターンが前記遅延層の第２の側上に存在するようにしたパターンと、
前記遅延層の第２の側上に配置された光源からの光を通過させるための隙間と、
少なくとも光源からの通過光の部分を反射させる前記反射偏光子層と、
少なくとも偏光子から反射した光の部分を反射させるミラーと、を含む装置。
【請求項３３】
画像投影機において使用するランプを有する装置であって、前記ランプは、
（ａ）より広いスペクトルと（ｂ）反射体とを有すると共に、より広いスペクトル光を使用しながら、出力光軸に沿ったビームを生成する光源と、
より狭いスペクトル、及び前記より狭いスペクトルを含むより広いスペクトルを有する光の光源であって、より狭いスペクトル光の光源が前記反射体を介して出力光軸に沿って向けられている光源と、
を含む装置。
【請求項３４】
前記より広いスペクトル光源は高エネルギー放電ランプを有する請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記より狭いスペクトル光源は発光ダイオードを有する請求項３３に記載の装置。
【請求項３６】
前記より狭いスペクトル光源はレーザを有する請求項３３に記載の装置。
【請求項３７】
赤色光及び赤外光を放射するフィラメントと、
フィラメントによって放射された赤外光を比較的優先的にフィラメントへ戻し、赤色光を比較的優先的にフィラメントから離れるよう反射させる反射構造と、
を含むランプ。
【請求項３８】
前記反射構造は、２つの異なった３次元の幾何学的構成を定義する２つの反射体を有する請求項３７に記載のランプ。
【請求項３９】
前記反射体の内側にあるものの１つは楕円体面または放物面である請求項３８に記載のランプ。
【請求項４０】
前記反射体の外側にあるものの１つは球面である請求項３８に記載のランプ。
【請求項４１】
前記フィラメントはタングステンを有する請求項３７に記載のランプ。
【請求項４２】
前記反射構造は２つの反射体を有し、１つが内面で、他が内面以外にある請求項３７に記載のランプ。
【請求項４３】
前記反射構造は低温ミラーを有する請求項３７に記載のランプ。
【請求項４４】
前記低温ミラーは楕円体面または放物面である請求項４３に記載のランプ。
【請求項４５】
前記反射構造は赤外線反射体を有する請求項３７に記載のランプ。
【請求項４６】
前記赤外線反射体は球面である請求項４５に記載のランプ。
【請求項４７】
前記反射構造は高温ミラーを有する請求項３７に記載のランプ。
【請求項４８】
比較的優先的に反射される少なくともいくつかの赤色光を受け取る光導体をさらに有する請求項３７に記載のランプ。
【請求項４９】
光通過部と反射面とを備えたカラーホイールを含むと共に、
（ａ）カラーホイールの反射面からのより狭いスペクトルを有する第１の光量を反射させ、（ｂ）反射されたより狭いスペクトル光とより広いスペクトルを有する光とを合成して出力光を発生させ、かつ前記より広いスペクトル光がより狭いスペクトルを有する第２の光量を含むようにし、（ｃ）より狭いスペクトル光の第１の光量及び第２の光量を含む光を供給する、光処理機と
より広いスペクトルを有する光を生成し、故障前の限られた数の時間の間、制御可能な画像投影ランプと、
より狭いスペクトル光を生成し、故障前の限られた数の時間を超えて、制御可能な光源と、
より狭いスペクトル光の光源のみ、またはより狭いスペクトル光の第１の光量及び第２の光量を含む光のどちらかを選択的に使用しながら、視覚表面上にデジタル画像を投影するデバイスと、
を含む装置。
【請求項５０】
光を発生するために加熱されるフィラメントと、
光のある部分をフィラメントへ戻すよう反射させ、フィラメントのエネルギーレベルを増加させ、選択された帯域の光をランプから発することを可能にする構成と、を含むランプ。
【請求項５１】
選択された帯域は赤色光を有する請求項５０に記載のランプ。
【請求項５２】
より狭いスペクトル光の光源はパルス出力させられる請求項３３に記載の光。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の強化に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、“選択的反射”の発明の名称で2003年12月21日に出願された米国出願第10/028,063号明細書の一部継続出願、及び2004年2月27日に出願された米国出願第10/789,695号明細書の一部継続出願であって、各々が、引用例として完全にこの中に組み込まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば、デジタル投影システムにおける超高圧ランプ（ＵＨＰ）または他の高輝度放電ランプは、そのランプで生成された緑色光及び青色光とのバランスを取れるほどに充分な赤色光を含まない。
【０００４】
ＵＨＰランプからの光と追加光源からの赤色光を合成して合成出力ビームを供給するのに、ダイクロイック・ビーム・スプリッターが使用される。ビーム・スプリッターは、追加光源からの赤色光と同じスペクトル帯域におけるＵＨＰランプからの光の部分を、出力ビームから除外する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの局面では、一般的に、本発明は以下を含んだ方法を特徴とする。即ち、より狭いスペクトルを有する第１の光量を受け取り、画像投影機のカラーホイール上の反射面からのより狭いスペクトル光を反射させ、より広いスペクトルを有する光を透過させ、より広いスペクトル光はより狭いスペクトル光を有する第２の光量を含むようにし、より狭いスペクトル光の第１の光量及び第２の光量を含む光をカラーホイールから通過させる。
【０００６】
実施の形態においては、以下の特徴の１つ以上を含むことができる。より広いスペクトル光は、より狭いスペクトルを欠いている。より狭いスペクトル光は赤色光を有する。より狭いスペクトル光は６００ｎｍから７８０ｎｍの範囲にあり、より詳しくは、６２０ｎｍから６４０ｎｍの範囲にある。より広いスペクトル光は、高エネルギー放電ランプから受け取られる。高エネルギー放電ランプは、超高圧ランプを備えている。反射面は、より狭いスペクトル光の光軸に対して直角でない平面内に位置する。カラーホイールの回転に同期させて、より狭いスペクトル光をパルス出力させる。
【０００７】
他の局面では、一般的に、本発明は、より狭いスペクトルを有する第１の光量を受け取り、より狭いスペクトル光とより広いスペクトルを有する光とをカラーホイールにて合成して出力光を生成し、より広いスペクトル光がより狭いスペクトル光を有する第２の光量を含むようにし、出力光がより狭いスペクトル光の第１の光量及び第２の光量を含むようにし、さらに、カラーホイールの回転に同期させて、より狭いスペクトルを有する光の第１の光量をパルス出力させることを含んだ方法を特徴とする。
【０００８】
実施の形態においては、以下の特徴の１つ以上を含むことができる。より狭いスペクトル光とより広いスペクトル光は、異なる方向からカラーホイールに接近する。
【０００９】
他の局面では、一般的に、本発明は、より狭いスペクトルを有する第１の光量を受け取り、より狭いスペクトル光とより広いスペクトルを有する光とをカラーホイールにて合成して出力光を生成し、より広いスペクトル光がより狭いスペクトル光を有する第２の光量を含むようにし、出力光はより狭いスペクトル光の第１の光量及び第２の光量を含むようにし、より狭いスペクトル光とより広いスペクトル光を、異なる方向からカラーホイールに接近させる方法を特徴とする。
【００１０】
実施の形態においては、以下の特徴の１つ以上を含むことができる。より狭いスペクトル光は発光ダイオードからのものである。より狭いスペクトル光がレーザからのものである。より狭いスペクトル光はフィラメントランプからのものである。ランプのフィラメントは赤色光と赤外光とを放射し、フィラメントによって放射された赤外光は比較的優先的にフィラメントへ戻されるよう反射され、フィラメントによって放射された赤色光は比較的優先的にフィラメントから離れるよう反射される。
【００１１】
他の局面では、一般的に、本発明は、光通過部と反射面とを備えたカラーホイールを含むと共に、（ａ）カラーホイールの反射面からのより狭いスペクトルを有する第１の光量を反射させ、（ｂ）反射されたより狭いスペクトル光とより広いスペクトルを有する光とを合成して出力光を発生させ、かつ前記より広いスペクトル光がより狭いスペクトルを有する第２の光量を含むようにし、（ｃ）より狭いスペクトル光の第１の光量及び第２の光量を含む光を供給する、光処理機を含む装置を特徴とする。
【００１２】
実施の形態においては、以下の特徴の１つ以上を含むことができる。より広いスペクトル光の光源は高エネルギー放電ランプを有する。その高エネルギー放電ランプは超高圧ランプを有する。より狭いスペクトル光の光源は発光ダイオード、またはレーザを有する。
【００１３】
他の局面では、一般的に、本発明は、故障前の限られた数の時間の間、制御可能な画像投影ランプと、故障前の限られた数の時間を超えて、制御可能な光源と、光源のみ、または少なくとも画像投影ランプのどちらかを選択的に使用しながら視覚表面上にデジタル画像を投影するデバイスと、を含む装置を特徴とする。
【００１４】
実施の形態においては、以下の特徴の１つ以上を含むことができる。光源のみが情報を表示するのに選択的に使用可能である。その情報はオーディオ機能のみに関係する。その情報はメニューを有する。少なくとも画像投影ランプからのデジタル画像を投影する時よりも短い長さの、点灯の際からの遅延の後で、上記デバイスは、光源だけからのデジタル画像を投影する。
【００１５】
他の局面では、一般的に、本発明は、画像投影機を使用するカラーホイールを有する装置であって、そのホイールは、カラーホイールの片側からの光を受け取り、第１のスペクトル帯域の光だけを通過させるための透明部分と、カラーホイールの逆側から受け取った光を反射させる反射面と、を含む装置を特徴とする。
【００１６】
実施の形態においては、以下の特徴の１つ以上を含むことができる。上記反射面は、上記透明部分から受け取った光の光軸に対して直角以外の角度で位置する。上記反射面は、カラーホイールの逆側から受け取った光の光軸に対して直角でない面内に位置する。
【００１７】
他の局面では、一般的に、本発明は、入力ビームからあるパターンで光を受け取り、それを出力光路に通過させるよう配置された多重レンズ部と、第２の入力ビームからの光を上記パターンで反射させ、光路に出力するミラー部と、を含む装置を特徴とする。第２の入力ビームは、出力光路に対しある角度をなしている入力光路に沿って受け取られる。
【００１８】
他の局面では、一般的に、本発明は、画像投影機を使用する偏光変換システム（ＰＣＳ）を有する装置であって、そのＰＣＳは、光波遅延層と、その遅延層の第１の側の上にある反射偏光子層と、ミラーの間のミラーと隙間とのパターンであって、そのパターンが上記遅延層の第２の側の上に存在するようにしたパターンと、上記遅延層の第２の側上に配置された光源からの光を通過させるための隙間と、少なくとも光源からの通過光の部分を反射させる反射偏光子層と、少なくとも偏光子から反射した光の部分を反射させるミラーと、を含む装置を特徴とする。
【００１９】
他の局面では、一般的に、本発明は、画像投影機において使用するランプを有する装置であって、前記ランプは、（ａ）より広いスペクトルと（ｂ）反射体とを有すると共に、より広いスペクトル光を使用しながら、出力光軸に沿ったビームを生成する光源と、より狭いスペクトル、及び前記より狭いスペクトルを含むより広いスペクトルを有する光の光源であって、より狭いスペクトル光の光源が前記反射体を介して出力光軸に沿って向けられている光源と、を含む装置を特徴とする。
【００２０】
実施の形態においては、以下の特徴の１つ以上を含むことができる。より広いスペクトル光源は高エネルギー放電ランプを有する。より狭いスペクトル光源は発光ダイオードを有する。より狭いスペクトル光源はレーザを有する。より狭いスペクトル光の光源はパルス出力させられる。
【００２１】
他の局面では、一般的に、本発明は、赤色光及び赤外光を放射するフィラメントと、フィラメントによって放射された赤外光を比較的優先的にフィラメントへ戻し、赤色光を比較的優先的にフィラメントから離れるよう反射させる反射構造と、を含むランプを特徴とする。
【００２２】
実施の形態においては、以下の特徴の１つ以上を含むことができる。反射構造は、２つの異なった３次元の幾何学的構成を定義する２つの反射体を有する。反射体の内側にあるものの１つは楕円体面である。反射体の外側にあるものの１つは球面である。フィラメントはタングステンを有する。反射構造は２つの反射体を有し、１つが内側で、他が外側にある。反射構造は低温ミラーを有する。その低温ミラーは楕円体面である。反射構造は赤外線反射体を有する。その赤外線反射体は球面である。反射構造は高温ミラーを有する。請求されたランプは、比較的優先的に反射される少なくともいくつかの赤色光を受け取る光導体をも有する。
【００２３】
他の局面では、一般的に、本発明は、光通過部と反射面とを備えたカラーホイールを含むと共に、（ａ）カラーホイールの反射面からのより狭いスペクトルを有する第１の光量を反射させ、（ｂ）反射されたより狭いスペクトル光とより広いスペクトルを有する光とを合成して出力光を発生させ、かつ前記より広いスペクトル光がより狭いスペクトルを有する第２の光量を含むようにし、（ｃ）より狭いスペクトル光の第１の光量及び第２の光量を含む光を供給する、光処理機とより広いスペクトルを有する光を生成し、故障前の限られた数の時間の間、制御可能な画像投影ランプと、より狭いスペクトル光を生成し、故障前の限られた数の時間を超えて、制御可能な光源と、より狭いスペクトル光の光源のみ、またはより狭いスペクトル光の第１の光量及び第２の光量を含む光のどちらかを選択的に使用しながら、視覚表面上にデジタル画像を投影するデバイスと、を含む装置を特徴とする。
【００２４】
他の局面では、一般的に、本発明は、光を発生するために加熱されるフィラメントと、光のある部分をフィラメントへ戻すよう反射させ、フィラメントのエネルギーレベルを増加させ、選択された帯域の光をランプから発することを可能にする構成と、を有するランプを特徴とする。実施の形態においては、選択された帯域は赤色光を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の他の特徴は、以下の説明と特許請求の範囲により明らかとなるであろう。
【００２６】
図１に示すように、画像投影機１０において、より広いスペクトル光の光源１４からの光１２は、より狭いスペクトル光の光源１８からの光１６と合成され、選択されたスペクトル特性を有する出力光２０が生成される。出力光はモジュレータ２２によって処理されて、画像データのソース２６からの情報を有する変調光２４が生成される。変調光は、投影光学系２８を通過し、視覚スクリーン３０上に投影される。制御データ３６のソースはモジュレータに表示される画像データを制御する。
【００２７】
いくつかの例において、より広いスペクトル光の光源はＵＨＰランプである。ＵＨＰ電球のスペクトルを図１１に示す。より狭いスペクトル光は、ＵＨＰにおける緑色光と青色光に対する赤色光の不均衡を修正する傾向となるよう、より広いスペクトル光に合成される赤色光とすることが可能である。より広いスペクトル光とより狭いスペクトル光は、他の広範囲の様々なスペクトルを表すことができる。出力光は、あり得る選択されたスペクトル特性の広範囲にわたる様々なものを実現できる。即ち、出力光は、例えばバランスのとれたスペクトルを持つ必要はないが、その他の要求される品質を達成できる可能性がある。
【００２８】
我々は、より広いスペクトル光及びより狭いスペクトルという用語を、お互い相対的に使用する。より広いスペクトル光について、我々は、より狭いスペクトル光より広いスペクトルを有する光のことを意味することとする。より狭いスペクトル光について、我々は、より広いスペクトル光より狭いスペクトルを有する光のことを意味することとする。従って、より広いスペクトル光は白色光であるかも知れないが、そうである必要はない。より狭いスペクトル光は、より広いスペクトルに属するかも知れないし、あるいはより広いスペクトルに部分的に重なるかも知れないし、あるいはより広いスペクトルとは重ならないかも知れない。
【００２９】
いくつかの例において、より狭いスペクトル光は赤色光である。赤色光について、我々は、６００ｎｍ（オレンジ色っぽい赤）と７８０ｎｍ（可視光のまさしく端部）の間の範囲の光を意味する。ここで議論されるシステムの目的に対して有用な赤色光は、６２０ｎｍと６４０ｎｍの間である。赤の発光ダイオードは、この有用な赤色光範囲をカバーすることができる。赤色レーザは、１ｎｍのオーダで狭い帯域幅を有し、一層短い波長を達成するのは益々難しくなるが、いかなる赤の波長も生成することができる。例えば、赤色レーザに対して６００ｎｍは非常に難しく、６３０ｎｍは中程度に難しく、そして６４０ｎｍは非常に簡単である。
【００３０】
より広いスペクトル光は、白色光であるかも知れないが、それを必要としない。我々は、そのことに関しては、全ての可視光波長においてほぼ等しいエネルギーを有すること、あるいは、あたかも全ての可視光波長にほぼ等しいエネルギーを有するかのように、肉眼の色覚を刺激する狭い帯域の組み合わせを有することを意味するものとする。
【００３１】
より狭いスペクトル光の光源は、結果としてより狭いスペクトル光源を形成するために、より広いスペクトルのより狭い部分だけを通過させるフィルタを付加したような、より広いスペクトル光源を含むことが可能である。
【００３２】
スクリーン３０は、投影機のようなスクリーンの同じ側３２にいる観察者に光を反射する前面投影スクリーン、あるいは観察者がスクリーンの反対側３４にいる背面スクリーンとすることが可能である。
【００３３】
ソース２６からの画像データとしては、デジタル・ソースまたはアナログ・ソースが可能である。
【００３４】
制御データ３６のソースにより、より狭いスペクトル光の光源を変調できる。制御データのソースは、入力データ・ストリームに演算を施すデジタル信号処理装置、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路、またはその他の機器とすることが可能である。または、ある場合には、制御データは入力データ・ストリームに基づかないこともあるかも知れない。もし、同期情報が利用可能であるなら、制御データはデータ・ストリームから直接抽出できる。制御データは、画像投影機システムの他の部分に同期するように、より狭いスペクトル光をオン・オフできる。ユーザに示されるメニューオプション、他のテキスト、または画像情報などのようなある一定のデータは、広いスペクトル光の光源１４が通電されていなくても、狭いスペクトル光の光源１８が通電されている時にモジュレータ２２によって示すことができる。例えば、画像またはビデオが表示されていない時でさえも、メニューは表示できるであろう。
【００３５】
画像データは、例えば、マルチメディア・コンテンツに関連した静止画像またはビデオ画像であることが考えられるし、コンピュータかその他のデジタルデバイスに関連したユーザ・インターフェース・スクリーンであることも考えられる。
【００３６】
より狭いスペクトル光とより広いスペクトル光を合成するための配置は広範囲に様々な方法がある。例えば、幾何学的、時間的、偏光、波長、またはシステムの他の特徴に基づいて合成することができる。
【００３７】
図２は、より狭いスペクトル光とより広いスペクトル光を合成するのに、どのように偏光を使用できるかを表す偏光変換システム（ＰＣＳ）を示したものである。図２に示されたシステムは、概念的に、必要とされる偏光を有する赤色光を通過させ（そして、必要とされない偏光を有する赤色光を回転させ）、その赤色光が出力光に含まれることを可能にする、サンドイッチ構造を含んでいる。図２に示した例では、より狭いスペクトル光１８の光源は、赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）の列５０、５２、５４を含む（一次元の列のみ図示している）。発光ダイオードからの光束は、お互い平行にされ、そしてガラス基板５８、４分の１波長リターダー（遅延）板６０、および反射偏光子シート６２を含む３層のサンドイッチ構造５６の表面に、ある角度をなして向けられる。反射偏光子シートとしては、オレーム(Orem)（ユタ州）のＭＯＸＴＥＫ有限会社から入手できるタイプのものが可能である。一例として、リターダーはエドモンド・オプティクス(Edmund Optics)などの光学カタログで商業ベースで入手可能である。
【００３８】
リターダーの基板としてはガラスかプラスチックが可能である。基板は正確で適切な位置にミラー素子を保持する目的に役立つ。４分の１波長リターダーでは、適切な波長と角度でのほぼ４分の１波長の遅延を達成する必要がある。ＬＥＤ列から発したビームの非偏光の光は、部分６４において、一方向に直線偏光した光としてサンドイッチ構造を通過する。偏光子から反射した光は、偏光子を透過した光とは反対の偏光である。偏光子から反射した光は、４分の１波長板６０を通って、ガラス基板の前面に形成されたミラーセグメント６６に戻る。そして、光６８は、４分の１波長板を通って（従って、光の偏光において合計で半波長の位相のずれを達成ｓｉ）、次いで反射偏光子シートを通って戻るように反射される。
【００３９】
そして、光源１８からの選択的に偏光した光は、それが図１の合成器１５として与えられた偏光ビーム・スプリッター（ＰＢＳ）（図示せず）に通され、そこでは、より狭いスペクトルの偏光された光がより広いスペクトル光の偏光された光源と合成される。狭いスペクトル光の偏光と広いスペクトル光の偏光は、対向するように配置できるので、より狭いスペクトル光のスペクトル帯域内にある出力光からより広いスペクトル光の部分を除外することなく、偏光ビーム・スプリッターは両方の光源を合成できる。一般に、偏光ビーム・スプリッターは、入射ビームとして反対の偏光を必要とする。通常、これらはＳとＰであり、そして偏光ビーム・スプリッターの出力はＳとＰの合成、言い換えると非偏光の光である。この意味で、図２の手法は、両方の光源からの利用可能な全ての赤色光が出力ビームに含められる、という利点を有する。また、以下で述べる他の方法も、両方の光源からの赤色光の全てまたは大部分を出力ビーム中に含むという利点を有する。
【００４０】
特定のサンドイッチ構造５６が図２に示されているが、光学素子の他の個数や他の配列によっても、合成器で使用するために選択的に偏光された形式の下に、より狭いスペクトル光を提供することが可能となるだろう。
【００４１】
合成のための第２の手法は、光のタイムセパレーションを利用する。一例を図３に示す。この例は、例えばデジタル光学処理（ＤＬＰ）または回転するカラーホイール７０を使用した他の単一パネル投影機で使用可能である。カラーホイール７０は、青色及び緑色のフィルタを含むセグメント７１と、（公知のホイールが赤色フィルタセグメントを有する位置において）ミラーセグメント７２を含む。赤色光の変調されない光源は、ミラーセグメントが赤色光を反射するべき位置にある時に、適切に調節された瞬間にミラーセグメントに対してビーム７４を供給する。赤色光源としては発光ダイオード（ＬＥＤ）が可能である。赤色光はＵＨＰランプからのビーム７８に平行な経路７６に反射される。赤色光が反射されつつある時に、ホイールが適切な角度に回転し、ミラーセグメントによって遮断された際に、ビーム７８は緑色及び青色のフィルタを通過する。
【００４２】
例えば、図１２に示すカラーホイールは、円の直径のおよそ半分の中央部分に穴を備えた円形をしている。それぞれの色のセグメントのサイズは、個々のシステムの設計に基づいている。典型的な公知のシステム（フィルタのみ使用する）では、青色と緑色は、それぞれ円の１０５度を使用し、また赤色は１５０度を使用するようになっている。ここで説明された図１２に示すシステムの例では、青色と緑色は、それぞれ１６５度を使用し、赤色は３０度を使用するようにできる。
【００４３】
平行な経路７６に赤色光を反射するために、ミラーは、経路７６の方向に垂直な方向に対してある角度をもって傾斜される。図３では、これは、経路７６の方向に対し、ホイールの回転軸８０をある角度だけ傾けることによって達成される。図４の例では、回転軸は光軸に平行であるが、ミラーセグメント８２がホイールのフィルタセグメントの面８４に対してある角度で構成されている。
【００４４】
赤色光源からの出力は、カラーホイールが赤色光源から出力ビームまで赤色光を通過させるような配置となっている間だけ利用可能である。赤色光源が発光しているときには、いつも、電力は熱として装置で消散する。光源の出力が出力ビームまで渡されない期間には、光源を消灯することが可能であるなら、同一の利用可能な光出力を維持しつつも、電力が消散する量はより少なくて済む。装置の温度上昇は光源で消散する平均電力に比例する。しばらく光源を消灯することができるなら、時定数の関数として加える平均電力を維持しながらも、光源が発光している間のその光源に加えられる電力を増やすことができる。このことにより、赤色光源の利用可能な光出力を増加できる。発光ダイオードやレーザなどの赤色光源は、急速な点灯時間及び消灯時間を有し、その通りに使用される。反対に、ＵＨＰ電球は、長い（カラーホイールの回転周期よりはるかに長い）オン／オフサイクル時間を有する。
【００４５】
カラーホイールは、通常、ＵＨＰ電球が赤色の波長帯域で低出力を有するので、大きな赤色光部分を有するように設計されている。図２おいて、赤色光部分のサイズをとても小さく縮小できるので、一層多くのカラーホイールが緑色及び青色のフィルタセグメントに利用可能である。広帯域の光源からの赤色光が出力ビーム中に必要ならば、ホイールに赤色部分をなおも含めることができるが、広帯域の光源からの赤色光のために正規に専用とされるいくつかのホイールスペースをミラーセグメントのために使用できる。
【００４６】
図３及び図４において、ＵＨＰランプはホイールの後側（即ち左側）にあり、赤色光はホイールの前側（即ち右側）にある。１つの例においては、赤色光源は、適切なビームを発生させるように平行レンズに合成された単一で大電力の赤色ＬＥＤとすることができる。
【００４７】
ホイールの直径はおよそ２から３インチにできる。通常、回転数はフレーム・レートの１から６倍、またはおよそ６０Ｈｚから３６０Ｈｚである。同期化信号は、色に対応して既に存在し、どんな追加的な同期信号も赤色光には必要ない。ＬＥＤの駆動電力と速度は、典型的な電子回路によって扱うことができる。
【００４８】
カラーホイールの例では、出力ビームの別々のタイミングにおいて、例えば緑色、次いで青色、次いで赤色と、色が連続して生じる。従って、出力ビームは、広帯域の光が全体として狭い帯域の赤色の光源と合成されるような実施の形態とは異なっている。狭い帯域の赤色の光源を連続的に動作させることよりは、むしろ赤色光のパルス振動特性の方も、狭い帯域の光を広い帯域の光に直接合成させるような場合に適用できる。
【００４９】
光を合成することは、幾何学的構成にも基づくであろう。図５及び図６に示すように、ハエの眼レンズ９０は、ＵＨＰランプから受けた光９４を平行にし、その光をビーム９６に指向させるレンズ９２の列を有する。レンズの１つ（或いはいくつかの例では１つ以上）を、列による平面９８に対してある角度傾斜させたミラー９７に置き換えている。赤色光１００は、ミラーの反射可能な表面に対する複数の角度１０２より指向され、概ねビーム９６の方向内における様々な角度１０４に亘って反射される。従って、より狭いスペクトル光とより広いスペクトル光は、レンズ列によって合成される。図５及び図６の手法において、赤色光をより一様にするように追加的な一体化レンズ（または複数のミラーセグメント）を含めることが必要ともなりうる。複数の赤色の光源が使用されるならば、ミラーセグメントから反射する前に１本のビームにそれらの光を合成可能である。複数の反射可能なセルを使用することもできるが、多くのセルを使用するほど、主要ビームの遮蔽が起きやすくなるだろう。赤色の光源と関連する平行光学系は、できるだけ主要ビームの近くに配置すべきではあるが、主要ビームを遮断すべきでない。
【００５０】
幾何学構成を使用する他の合成手法を図７に示す。より広いスペクトルの光源は（ＵＨＰランプなどの）アークランプ１１０である。焦点を合わせた赤色光源１１２、１１４の輪（例えばＬＥＤかレーザによって提供される赤色光）は、ランプの放物面反射鏡１１８の周囲１１６の周りに配置される。それぞれの赤色光源はランプのアーク１２０に向けられる。同時に、赤色光源は赤色光でアークを充満させる。アークは少量の赤色光だけを発生させる。物質と相互作用する光の物理学に基づけば、アークが赤色光を弱く吸収するだけであることは、予測できる。言い換えれば、プラズマアークは、多くの赤色光を発生させないので、あまり多くの赤色光を吸収しないであろう。追加された赤色光がアークと同じ範囲から発せられるので、合成されたより広いスペクトル光と赤色光は反射鏡の同一の内面１２２から反射され、アークのみによって発生されるのに比べて濃縮されたレベルの赤色光を有する出力光１２４を形成する。
【００５１】
ＵＨＰランプで赤色光を合成する他の手法を図８に示す。この場合、赤色光は、反射鏡の後ろ側で円周状に配置されたレーザ光源１３０、１３２の輪を使用して、ランプの反射した出力ビームに対して平行に注入される。レーザからの光１３４のビームは反射体の隙間１３６、１３８を通り抜ける。レーザが小さいビーム径によってよく平行にできるので、追加の反射手段や平行手段を必要とせずに、反射鏡の小さな穴を通して直接それらの光を導入できる。ランプ下流側のハエの眼一体化部材（図示せず）は、赤色光がビームを一様に横切るように使用することが可能である。
【００５２】
いくつかの実施の形態では、図９及び図１０の例で示されるような合成のための基準として波長を利用できる。ダイクロイック・ビーム・スプリッター１３９は、短波長の赤色帯域内で光のみ透過させる干渉被膜１４０を有する。そのビーム・スプリッターは、長波長の赤色光を含むより大きな波長の光を反射する。長波長の赤色光源（スペクトル１４１を有する）を配置して４５度の角度でビーム・スプリッターの表面に当たるビーム１４２を発生させ、また９０度の角度でビーム１４３を赤色ビームに供給するＵＨＰランプを配置することによって、２つのビームが出力ビーム１４４に合成される。これは両方の光源から最も効果的なスペクトル領域を使用する。図９はＵＨＰランプのスペクトル１４５、ビーム・スプリッター１３９を通過するスペクトル１４７、およびビーム・スプリッターによって反射されたスペクトル１４９を示す。この機能を実行する他の方法は、長波の赤色光源が非常に狭い帯域幅を有しているならば、狭い干渉ノッチフィルタを使用することである。
【００５３】
前面及び後面の両方の投影システムに対して、これらの技法（そして他の実施の形態）はスクリーン上の画像の、より卓越した明るさを提供する。約２倍の明るさが達成可能であるだろう。後面の投影に関しては、その技法は、以前にブラウン管（ＣＲＴ）を使用していたシステムにおいて、ＬＣＯＳまたはＤＭＤ投影機などのＵＨＰベースのシステムが使用できることの助力となる。ＵＨＰシステムはＣＲＴシステムよりも潜在的に低い費用、明るく、小さくなる。
【００５４】
先に述べたように、赤色光を追加したシステムは、データまたはメニュー表示のために「瞬時オン」ディスプレイ（赤専用）を提供できるであろう。エンターテインメント・システムのオーディオのみの機能が、赤色ディスプレイを使用できるであろう。赤色ディスプレイ方式は、ＵＨＰランプなどの短寿命光源を使用しないので、多くのオン−オフ・サイクルさえも有する長い寿命を提供することができるであろう。
【００５５】
前述の実現可能な光源に加えて、より狭いスペクトル光の光源としては、適切に変更されたタングステンランプ１５０（図１３に概略断面図を示す）が可能だろう。電球中央にある巻かれたフィラメント１５２は球状の透明なガラス囲い１５４によって囲まれる。低温ミラーコーティングを有する楕円体面反射鏡１５６が、フィラメントの周りに配置されている。低温ミラーコーティングは、フィラメントからより低温の赤色光を反射し、より高温の赤外（IR）光を透過させるものである。様々な低温ミラーコーティングが可能である。また、低い屈折率と高い屈折率の材料の交互層により低温ミラーを組み立てることができる。
【００５６】
透過したＩＲ光の仮想の光線１５８を破線で示す。フィラメントの中心に配置された外側球面１６０は、ＩＲ光をフィラメントの方に戻すように反射するための金属被覆（例えば金）を有し、そのフィラメントは、電球によってフィラメントに発生したいくらかの熱（エネルギー）を、消散させる代わりに事実上返す（再生する）。外側球面１６０は、楕円体面反射鏡が赤色光を指向する方向に穴を有す。球面を有するカバー１６２が穴にふたをする。カバー１６２は高温ミラーコーティングを有する、それは、高温赤外光を反射して、より低温の赤色光を透過させる。高温ミラーコーティングは高屈折率層及び低屈折率の交互の誘電性スタックの形態とすることができる。
【００５７】
動作中、赤色光は軸１７０に沿ったカバーを介して楕円体面反射鏡によって反射される。赤外光は熱として消散するよりは、むしろカバー１６２からフィラメントの方に戻るように反射される。熱エネルギーはそうでないと消散してしまうのだが、ここではエネルギー変換効率を改善しながらフィラメントの動作温度を増加させるのに使われる。
【００５８】
図１３に示すランプの光追跡のモデル化によると、この構造が従来のタングステン電球よりエネルギー利用の点でおよそ４倍の効率があることが示される。
【００５９】
図１４に示すように、ランプ１５０からの赤色光の出力ビームは、迷光光線を取り除く２つのバッフルの隙間を通り、光導体１８０に沿って赤色光を利用すべき位置へ通すことができる。高電圧ランプに対する光導体カップリング効率は比較的低い。その結果、図１４のように、ランプと投影機ヘッドが光導体によって接続されている状態よりは、むしろデジタル投影機の場合における投影機本体の中にランプを配置することによって、赤色ランプは直接使用すべきであろう。ランプ１５０が赤色光を発生させるのに使用されるとき、赤色光と、高能率の青色及び緑色のアークランプからの光とを合成するのに、平面ダイクロイック・ビーム・スプリッターが使用可能である。光ファイバーなどの他の方法を使用可能である。また、タングステンランプから狭い帯域の青色光及び緑色光を獲得するのも可能であろう。
【００６０】
あるポイントに赤色光の焦点を合わせる必要があるとき、例えば出力光を光導体に渡したり、デジタル光処理（ＤＬＰ）投影機におけるカラーホイールに焦点を合わせたりするときは、楕円体面反射鏡が使用される。他の実施の形態では、
赤色光を平行光に成形する必要があるとき、例えば光が従来のＬＣＤ投影機やＬＣＯＳ投影機に使用されるときは、放物面反射鏡を使用できる。
【００６１】
典型的なＵＨＰランプは故障の前の限られた数の時間のみ作動するであろう。ＬＥＤやレーザなどの他の光源は、ずっと多くの時間故障することなく動作するであろう。上述の方法の２つの光源から光を時々合成することに加えて、例えば視覚表面上にデジタル画像を投影するために、ある場合には、より長い寿命の光源からの光を別々に利用できるだろう。より長い寿命の光源が情報を表示するのに単独で選択的に使用されることを可能にするためにシステムを構成できる。その情報はマルチメディアシステムのオーディオ機能のみに関連する可能性もあるだろう。その情報は、ユーザがシステムの機能と動作を制御することを可能にするためのメニューである可能性もあるだろう。このように、メニューまたは他の制御情報のみをユーザに示す必要がある時間帯にはランプは使用されないので、より短い寿命のランプの有効寿命を伸ばすことができる。
【００６２】
いくつかの場合では、ＬＥＤやレーザなどのより長い寿命のランプには、例えばＵＨＰなどのより短い寿命のランプよりも少し遅れて点灯する特性がある。このことは、投影機がより速くユーザ操作に応じることを可能にする、という点で有利である。
【００６３】
本願の特許請求の範囲の中にはその他の実施の形態が存在する。
【００６４】
例えば、回折格子は、光をその格子から単一の使用可能なビームに収束させることが難しいかも知れないということはあるものの、赤色光を追加するのに使用されてもよい。ホログラフィック回折格子により、その技法を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】ブロック図である。
【図２】偏光積層構造の概略側面図である。
【図３】カラーホイールの概略側面図である。
【図４】カラーホイールの概略側面図である。
【図５】レンズ配列の概略上面図である。
【図６】レンズ配列の概略側面図である。
【図７】ＵＨＰランプの概略断面図である。
【図８】ＵＨＰランプの概略断面図である。
【図９】波長曲線を示す。
【図１０】ダイクロイック・ビーム・スプリッター概略断面図である。
【図１１】ＵＨＰランプのスペクトルの一例を示す。
【図１２】カラーホイールの概略正面図である。
【図１３】ランプの概略側面図である。
【図１４】ランプの概略側面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  画像投影機
１２、１６  光
１４  光源
１５  合成器
１８  より狭いスペクトル光の光源
２０  出力光
２２  モジュレータ
２４  変調光
２６  画像データ
２８  投影光学系
３０  スクリーン
３６  制御データ
５０  赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）の列
５６  サンドイッチ構造
５８  ガラス基板
６０  ４分の１波長板（４分の１波長リターダー）
６２  反射偏光子シート
６８  光
７０  カラーホイール
７１  青色及び緑色のフィルタを含むセグメント
７２  ミラーセグメント
７４  ビーム
７６  経路
７８  ビーム
８０  回転軸
８２  ミラーセグメント
８４  フィルタセグメントの面
９０  ハエの眼レンズ
９２  レンズ
９４  光
９６  ビーム
９７  ミラー
９８  レンズの列による平面
１００  赤色光
１０２  角度
１０４  角度
１１０  アークランプ
１１２、１１４  赤色光源
１１６  反射鏡の周囲
１１８  放物面反射鏡
１２０  アーク
１２２  反射鏡の内面
１２４  出力光
１３０、１３２  レーザ光源
１３４  光
１３６、１３８  隙間
１３９  ダイクロイック・ビーム・スプリッター
１４０  干渉被膜
１４１  スペクトル
１４２、１４３  ビーム
１４４  出力ビーム
１４５、１４７、１４９  スペクトル
１５０  タングステンランプ
１５２  フィラメント
１５６  楕円体面反射鏡
１５８  光線
１６０  外側球面
１６２  カバー
１７０  軸
１８０  光導体
【図１】
2005242362.tif 000003
【図２】
2005242362.tif 000004
【図３】
2005242362.tif 000005
【図４】
2005242362.tif 000006
【図５】
2005242362.tif 000007
【図６】
2005242362.tif 000008
【図７】
2005242362.tif 000009
【図８】
2005242362.tif 000010
【図９】
2005242362.tif 000011
【図１０】
2005242362.tif 000012
【図１１】
2005242362.tif 000013
【図１２】
2005242362.tif 000014
【図１３】
2005242362.tif 000015
【図１４】
2005242362.tif 000016