(57)【要約】光を光源から発生し、回転軸を有する回転対称な素子の少なくとも３つの表面セグメントに光源からの光を方向付けることによって、光源からの光を少なくとも第一色彩、第二色彩及び第三色彩を含む複数の相互に異なる色彩帯に変換する色彩投射方法が提供されている。回転対称な素子を前記回転軸の周りで回転することによって、複数の相互に異なる色彩帯が画像を生成する電気光学的な光変調器パネルに亘ってスクロールされることで、少なくとも第一、第二及び第三色彩を含む相互に異なる色彩帯の少なくとも３つが、電気光学的な光変調器パネルに亘って同時にスクロールされる。
2006510055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
回転軸を有し、且つ、前記光源からの光を少なくとも第一色彩、第二色彩及び第三色彩を含む複数の相互に異なる色彩帯として提供し得る複数の表面セグメントを有する回転対称な素子と、
前記光源からの光を前記表面セグメントに方向付けるよう配置された第一光学回路と、
ディスプレイ画像を生成する電気光学的な光変調器パネルと、
前記表面セグメントからの光を前記光変調器パネルに方向付けるために配置された第二光学回路とを有することで、
前記素子が前記回転軸の周りで回転するときに、少なくとも前記第一色彩、前記第二色彩及び前記第三色彩を含む相互に異なる色彩帯の少なくとも３つが、前記電気光学的な光変調器パネルに亘って同時にスクロールする、
ことを特徴とする色彩投射システム。
【請求項２】
前記表面セグメントは湾曲した表面セグメントであることを特徴とする請求項１に記載の色彩投射システム。
【請求項３】
前記表面セグメントの湾曲率は、前記素子の表面の湾曲率と適合することを特徴とする請求項２に記載の色彩投射システム。
【請求項４】
前記表面セグメントは、円筒状に湾曲した表面セグメントであることを特徴とする請求項１に記載の色彩投射システム。
【請求項５】
前記表面の前記表面セグメントは、二色性フィルタを有することを特徴とする請求項１に記載の色彩投射システム。
【請求項６】
前記二色性フィルタは、支持体上に形成され、該支持体は前記素子の表面に結合されていることを特徴とする請求項５に記載の色彩投射システム。
【請求項７】
前記二色性フィルタは、色彩反射帯を有することを特徴とする請求項５に記載の色彩投射システム。
【請求項８】
前記二色性フィルタは、色彩透過帯を有することを特徴とする請求項５に記載の色彩投射システム。
【請求項９】
前記第一光学回路は、円筒形レンズを有することを特徴とする請求項１に記載の色彩投射システム。
【請求項１０】
前記光源からの光をテレセントリックなビームに積分するための光積分器を有することを特徴とする請求項１に記載の色彩投射システム。
【請求項１１】
前記光源からの光をＰ型の偏光に変換する偏光素子を有することを特徴とする請求項１に記載の色彩投射システム。
【請求項１２】
前記光源からの光をＳ型の偏光に変換する偏光素子を有することを特徴とする請求項１に記載の色彩投射システム。
【請求項１３】
前記第一光学回路は一組の望遠レンズを有することを特徴とする請求項１に記載の色彩投射システム。
【請求項１４】
光源から光を発生するステップと、
前記光源からの光を、回転軸を有する回転対称な素子の少なくとも３つの表面セグメントに方向付けることによって、前記光源からの光を、少なくとも第一色彩、第二色彩及び第三色彩を含む複数の相互に異なる色彩帯に変換するステップと、
ディスプレイ画像を生成する電気光学的な光変調器パネルに亘って、前記複数の相互に異なる色彩帯をスクロールするステップとを有することで、
前記回転対称な素子を前記回転軸の周りで回転することによって、少なくとも前記第一色彩、前記第二色彩及び前記第三色彩を含む前記相互に異なる色彩帯の少なくとも３つが、前記電気光学的な光変調器パネルに亘って同時にスクロールすること、
を特徴とする色彩投射方法。
【請求項１５】
前記表面セグメントの湾曲率が、前記素子の表面の湾曲率と適合することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記表面セグメントは、円筒状に湾曲した表面セグメントを有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記表面の前記表面セグメントは、二色性フィルタを有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記光源からの光を前記表面セグメントに方向付けるために、円筒状レンズを用いるステップを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記光源からの光をテレセントリックなビームに積分するために、光積分器を用いるステップを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記光源からの光を偏光に変換するために、偏光素子を用いるステップを有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は色彩投射システムに関し、より詳細には、回転光反射素子を有する単一の電気光学的な光変調器を組み込んだ色彩投射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
色彩投射システムが知られている。色彩投射システムでは、入射ディスプレイ信号の対応する色彩成分による別々の変調のために、白色光が赤色、青色及び緑色のサブビームに分離され、次に、視聴スクリーン上への投射のために、変調されたサブビームが完全な色彩表示に再結合される。サブビームの変調は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルのような３つの別々の電気光学的な光変調器を用いて遂行されるのが普通であり、３つのサブビームの各々のために１つが用いられる。
【０００３】
例えばＪａｎｓｓｅｎ  ｅｔ  ａｌ．に発効した米国特許第５，５３２，７６３号に記載された１つの種類の色彩投射システムにおいて、３つのサブビームは全て単一のＬＣＤパネルによって変調される。これは、サブビームを帯形状断面に成形し、帯をＬＣＤパネルに亘って連続的にスクロールするのに加え、帯によって照明されるパネルの部分を対応するディスプレイ信号情報に同期してアドレス付けすることによって達成される。ここでは、そのような投射システムを単一パネルスクロールラスター（ＳＰＳＲ）投射器と呼ぶ。
【０００４】
単一光弁パネルを通じた利用可能な赤色、青色及び緑色の光の実質的部分の同時使用は、同一種類の光弁パネルを用いた３パネルシステムに匹敵する光学的効率をもたらす。単一パネルのみの使用は、異なるパネル上に形成される異なる色彩画像を機械的に集束する必要を排除し、システムのコストを低減する。
【０００５】
そのようなＳＰＳＲシステムのための様々なスクロール手段が、例えばＭｅｌｎｉｋ  ｅｔ  ａｌ．に発効した特許第５，５４８，３４７号に記載されている。単一プリズムスクロール手段を用いるシステムは単純且つコンパクトであるのに対し、多プリズム（分離されているか或いは物理的に結合されている）スクロール手段は、単一プリズムシステムに比べ、より優れたスクロール速度の均一性（異なる色彩光帯のため）及びスクロール速度の直線性（各光帯のため）を提供する。別々の光路に位置する３つの物理的に別々のプリズムを用いるシステムは、その特許の図１６に示されるように、３つの物理的に結合されたプリズムを用いるシステムよりも優れた光学的効率を提供するが、余りコンパクトではない。
【０００６】
スクロールを達成するために１つの移動部分だけを用いるＳＰＳＲ色彩投射システムの改良が、Ｇｌｅｃｋｍａｎに発効した米国特許第６，２６６，１０５号に開示されている。このシステムでは、スクロール前に、照明ビームは別々の色彩ビームに分離されず、光学的構造は単純且つコンパクトである。光源からの白色光が反射面に入射する間、異なる色彩反射帯を有する反射面部を備える単一の回転対称素子がその軸の周りで回転し、回転対称素子は所望の色彩帯を中継レンズに反射する表面部分によって色彩成分に分離され、中継レンズは回転対称素子表面の指定部分を光変調器パネル上に撮像する。素子から反射された色彩帯は、その回転によって、単一の電気光学的な光変調器パネルに亘ってスクロールされる。スクロール中、駆動電子機器はパネルを対応するディスプレイ情報の色彩成分に同期してアドレス付けする。
【０００７】
Ｇｌｅｃｋｍａｎの回転対称素子は円筒面を有し、反射部は素子表面の曲率に適合する円筒形曲率を有する二色性フィルタを含む。入射光ビームが素子の表面に対して垂直に方向付けられるときに、そのような曲率は逆反射が起こることを可能にし、二色性フィルタの遮断波長の角感度に起因する回転中における最小限の色彩ずれを保障し、且つ、パネル上への表面撮像における最小限の光学収差を保障する。さらに、上記の逆反射モードにおいて用いられる、例えば、ドラムのような反射素子は小さな断面であることが可能であり（例えば、４０ｍｍ以下の直径）、サイズ及びコストをさらに低減する。
【０００８】
ＳＰＳＲシステム内のスクロール手段のような反射素子の使用は、スクロールに先立って、白色光をサブビームに分離する必要を排除し、よって、より小さい（１．３インチ以下）光変調器パネルを、さらに、それに相応して、より小さな光学構成部材を可能とする。よって、単純且つコンパクトな光学的構造が可能であり、少ない構成部材数のコンパクトな投射器が得られる。
【０００９】
しかしながら、Ｇｌｅｃｋｍａｎによって開示された装置では、素子から反射された色彩帯は光変調器パネルと同一サイズである。この種類又は類似種類の回転素子を用いて、素子を回転するためのドラムは、赤色／緑色／青色の順序のある組み合わせに配置された反射型又は透過型の色彩フィルタを支持する。色彩移行がディスプレイ装置上に集束されるよう、ドラムに入射する光は適当な光学素子を介して反射的又は透過的である。ドラムの回転に応じて色彩は装置下方にスクロールし、よって、色彩境界線がパネル下方に移動して底部に達すると、他の色彩境界線が頂部に現れる。青色／赤色境界線の後に赤色／緑色境界線が続く等。この結果、如何なる所定時間にも、パネル上に最大でも２つの色彩パッチ、即ち、１つの色彩移行がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
全ての３つの色彩が同時にパネル上に、好ましくは、同等領域内にあるようにこの装置を変更するならば、より良い見栄えの画像を生成するはずである。何故ならば、全ての３つの色彩成分が的確に同時に見られるからである。従って、本明細書において開示されている装置の好適実施態様では、全ての３つの色彩は別々の帯として同時に現われ、パネルに亘って共にスクロールする。ここでは、スクロール色彩が例えばドラムのような回転素子によって提供されることを除き、スクロール色彩が回転プリズムを通じて反射される光によって生成されるＰｈｉｌｉｐｓスクロール色彩構造と同様に、例えば、赤色領域がスクロールしてパネルの底部から見えなくなると、新しい赤色領域が頂部に現れる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
従って、本発明の１つの特徴によれば、色彩投射のための装置が提供され、この装置は、光源と、回転軸を有し、且つ、光源からの光を少なくとも第一色彩、第二色彩及び第三色彩を含む複数の相互に異なる色彩帯として提供し得る複数の表面セグメントを有する回転対称な素子と、光源からの光を表面セグメントに方向付けるよう配置された第一光学回路と、ディスプレイ画像を生成する電気光学的な光変調器パネルと、表面セグメントからの光を光変調器パネルに方向付けるために配置された第二光学回路とを有することで、素子が前記回転軸の周りで回転するときに、少なくとも第一色彩、第二色彩及び第三色彩を含む相互に異なる色彩帯の少なくとも３つが、電気光学的な光変調器パネルに亘って同時にスクロールすることを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の特徴によれば、色彩投射のための方法が提供され、この方法では、光を光源から発生し、回転軸を有する回転対称な素子の少なくとも３つの表面セグメントに光源からの光を方向付けることによって、光源からの光を少なくとも第一色彩、第二色彩及び第三色彩を含む複数の相互に異なる色彩帯に変換する。回転対称な素子を前記回転軸の周りで回転することによって、複数の相互に異なる色彩帯が画像を生成する電気光学的な光変調器パネルに亘ってスクロールされることで、少なくとも第一、第二及び第三色彩を含む相互に異なる色彩帯の少なくとも３つが、電気光学的な光変調器パネルに亘って同時にスクロールされることを特徴とする。
【００１３】
図面を参照して、本発明は限定的な数の好適実施態様に関して以下に記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明の反射型色彩ドラム１０の例示的な実施態様を示す斜視図である。反射型色彩ドラム１０は、回転軸Ｘと、１８個の二色性色彩セグメント１１とを有する。各セグメントは約２０°の円周を占め、赤色／緑色／青色（Ｒ／Ｇ／Ｂ）の順序で、赤色、緑色及び青色の光を反射し、この順序はドラムの円筒面１２上で６回繰り返される。他の実施態様は、赤色／青色／緑色の順序を用い得る。理論的には、僅か６個又は９個の色彩セグメントであってよく、逆に、１８個以上のセグメントでもあり得る。正確な数は、ドラムの所望の回転速度及び電気光学的な光変調器の所望のアドレス速度に依存する。
【００１５】
反射セグメント１１は、各色彩の光を、ディスプレイ画像生成用の電気光学的な光変調器パネル上に反射するために用いられる。この実施態様において、光変調器パネルは反射型ＬＣＤパネル（ＲＬＣＤ）３（図３に図示）である。
【００１６】
画素が「オフ」状態に戻る時間間隔中において、色彩セグメント１１間に位置する暗帯がＲＬＣＤの照明を阻止する。他の色彩セグメントが散在された１つ又はそれ以上の白色セグメントを追加することで、最大５０％のシステムの光出力の増大を得ることが可能である。１つの白色セグメントをセグメント１１の各ＲＧＢ群に加え得るのが典型的であり、その結果、例えば、反復的な色彩セグメント順序を伴えた、例えば、図１のドラムの２４のセグメント変形が得られる。
【００１７】
セグメント１１は、例えば、各二色性フィルタをプラスチック板（例えば、８０ミクロンの厚さ）又はガラス板（例えば、５０ミクロンの厚さ）のような別個の薄膜の可撓な基板上に形成し、次に、板を適当なサイズのセグメント１１に分割することによって製造され得る。次に、セグメント１１は、ドラムの表面に適合するよう撓まされ、例えば、結合剤を用いて取り付けられる。
【００１８】
可撓な板は、ポリカーボネイト又はポリエステルのような低温プラスチック、或いは、ポリイミド（例えば、ＫＡＰＴＯＮ（ＴＭ））のような高温プラスチックから選択されたプラスチックであるのが好ましい。適切な二色性被覆蒸着方法は、スパッタ法（低温プラスチックの場合）及び熱蒸発（高温プラスチックの場合）を含む。
【００１９】
セグメント１１の配置及び隣接層の選択は、好ましくは、反射帯の外側の波長の光が実質的に吸収されるか、或いは、中継システムの集束角の外側の角度で散乱されるようになされるべきである。
【００２０】
図２Ａは、図１のドラムの反射セグメント１１の１つの可能な実施態様の一部を概略的に示す断面図である。薄板１２２が二色性フィルタ層１２３を支持し、接着層１２１によってドラム表面１２０に結合されている。層１２１及び１２２は光透過性であるのが普通である。よって、ドラム表面１２０は光吸収性（例えば、黒色物質）又は光散乱性のいずれかであるべきである。代替的に、或いは、追加的に、例えば、顔料または散乱粒子を層に加えることによって、層１２１及び／又は層１２２を光吸収性又は光散乱性となし得る。よって、フィルタ層１２３によって反射されない光は、下層構造によって吸収され或いは散乱される。
【００２１】
図２Ｂは、図２Ａの断面図に類似する断面図である。図２Ｂでは、４分の１波長フォイル１２４及び反射防止層１２５が二色性フィルタ層１２３の上に形成されている。この配置は、フィルタ幅に適合する帯域幅を有する簡単な一軸フォイルの使用を可能にし、よって、図３に示されるような広帯域４分の１波長板を省略し得る。
【００２２】
図２Ｃは、ドラムの反射セグメント１１の代替的な実施態様を示している。図２Ｃでは、透過型二色性フィルタ層１２８が図２Ａの実施態様における反射型二色性フィルタ層１２３と置換している。反射は、例えば、アルミニウム１２６の蒸着被覆によってもたらされる。一度目は入射光として、さらに、二度目は反射光として（二色性フィルタによって反射される光は不変の極性を有し、よって、後続のＰＢＳによって拒絶される）、光を層に二度通過させることによって、反射層１２６とフィルタ層１２８との間に介挿された４分の１波長フォイル１２７は、入射光の極性をＰからＳに変化させる。
【００２３】
図３は、図１に示された色彩ドラムに類似する色彩ドラム５８を組み込んだ本発明の色彩投射システムの１つの実施態様を示す概略図である。色彩ドラムは、反射的二色性フィルタセグメントをその表面に有し、それらの２つ、６０及び６２が図３に示されている。好ましくは、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ、例えば、ＵＨＰランプ、のような高輝度光源の光源３８からの照明は、積分板４０ａ，４０ｂによって、均一且つ長方形状にされ、次に、平坦な極性変換システム（ＰＣＳ）４２によって、Ｐ型の偏光に変換される。
【００２４】
第一光学回路１００が、光を光源３８から回転ドラム５８の表面に方向付ける。一組の望遠レンズ４４，４６，４８が、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５０及び４分の１波長フォイル５４で、テレセントリックなＰ照明ビームを形成する。この実施態様では、４分の１波長フォイル５４はＰＢＳ５０面上に形成されている。一組の望遠レンズは、ＰＣＳ４２とＰＢＳ５０との間の光路を低減する。代替的に、より簡単なレンズシステムを用いることが可能であり、少なくとも１つのレンズ素子を有する。
【００２５】
このＰビームはＰＢＳ５０及び広帯域４分の１波長フォイル５４を通過し、円筒形レンズ５６に至る。円筒形レンズ５６は入射角で光を回転ドラム５８の表面上に集束することで、逆反射が起こる（即ち、光はドラムの表面に対する法線に沿って方向付けられる）。これによって、さもなければ二色性フィルタの色彩反射帯の角度依存に起因して発生し得る、色彩ずれが排除される。入射ビームのテレセントリック性はドラム表面に亘る同一の入射角度を保障する。
【００２６】
ドラム５８による反射の後、第二光学回路２００が表面セグメントからの光を光変調器パネルに方向付ける。Ｐ型の偏光は４分の１波長フォイル５４によってＳ型に変換され、それ故に、ＰＢＳ５０の反射表面５２によって反射されて中継レンズ６４，６６に至る。中継レンズ６４，６６の機能はフィルタをＲＬＣＤ７２上に撮像することである。
【００２７】
レンズ５６，６４，６６の中継システムは、セグメントの重複なしに、フィルタセグメントをＲＬＣＤ上に撮像するための十分な品質でなければならず、それによって、色彩混合を回避し、或いは、少なくとも色彩混合を許容レベルに維持する。レンズ５６は円筒形レンズであるが、レンズ６４，６６は成型された非球面のように軸方向で対称であり、それは光路の長さを低減するという利点を有する。
【００２８】
ＰＢＳ６８の反射面７０は中継レンズ５６，６４，６６からの光をＲＬＣＤに反射し、ＲＬＣＤは、例えば、駆動電子機器３６によって適用されたビデオ入力３７からのディスプレイ信号に従って光を変調し、ディスプレイ画像を生成する。視聴者への投射のために、ＲＬＣＤ７２はＰＢＳ６８を介して画像を投射レンズ７４に反射する。投射レンズ７４による投射のために、明るい状態のＲＬＣＤ７２はＳ光を変換してＰ光に戻す。
【００２９】
反射されたビームのテレセントリック性はＰＢＳ５０の反射面５２によって、さらに、中継レンズ６４，６６及びＰＢＳ６８の反射面７０によって維持されることで、ＬＣＤの各画素がＰＢＳ６８に亘る同一の入射角を見る。この結果、ＲＬＣＤ７２によって発生する映像に亘って色彩、輝度及びコントラスの変化が僅か或いは全くない。
【００３０】
ＰＢＳは従来の（ＭａｃＮｅｉｌｌｅ）ガラス型であってよく、或いは、軽量ポリマ型であってもよいが（Ｄ．Ｗｏｒｔｍａｎ，“Ａ  Ｒｅｃｅｎｔ  Ａｄｖａｎｃｅ  ｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，１９９７  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅを参照。この文献の全体が参照のために引用される）、最高品質の画像が望まれる場合には、ＰＢＳ６８のためにガラス型が好ましい。何故ならば、ポリマ型の場合に比べ、反射面７０をより光学的に平坦にし得るからである。
【００３１】
広域帯４分の１波長フォイルは、例えば、無色の束の一軸フォイル、単一の非一軸フォイル又はＢｒｏｅｒ  ｅｔ  ａｌ．に発効した米国特許第５，５０６，７０４号に記載されている型の単一層のポリマ液晶であり得る。
【００３２】
本発明は限定的な数の実施態様に関して記載された。他の実施態様、実施態様の変形及び技術認知される均等物は当業者に明らかであり、添付の請求項に示されるように、本発明の範囲に含まれるべきことが意図されている。
【００３３】
例えば、ドラムの代わりに、回転対称素子は、多角形断面を有する多側面の多角体のような切子面素子であり得る。反射された光を入射光の経路から離れる方向に方向付けるために、円錐形状素子の場合のように、素子はその反射面セグメント又は回転軸に対して傾斜した切子面を有し得る。
【００３４】
反射セグメントを基板上に形成し且つ基板を素子に取り付ける代わりに、例えば、マスクを通じて反射セグメントを蒸着することによって、反射セグメントを素子の表面に直接的に形成し得る。
【００３５】
Ｐ型の分極で開始し、Ｓ型に変換し、次に、投射のためにＰ型に戻す代わりに、分極の型を置換し得る、即ち、Ｓ型で開始し、Ｐ型に変換し、次に、Ｓ型に戻し得る。
【００３６】
最後に、表面セグメントが反射的である代わりに透過的である本発明の追加的な実施態様も形成し得る。透過性セグメントを用いる変形は、例えば、平面状又は円錐状の色彩ホイールを用いることによって、或いは、例えば、内部反射素子を備えた中空ドラムを用いることによって、容易に実現され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の１つの実施態様に従った反射型色彩ドラムを示す斜視図である。
【図２】Ａは、図１のドラムの反射セグメントの１つの実施態様の一部を概略的に示す断面図であり、Ｂは、図１のドラムの反射セグメントの他の実施態様の一部を概略的に示す断面図であり、Ｃは、図１のドラムの反射セグメントのさらに他の実施態様の一部を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明の色彩投射システムの１つの実施態様を示す概略図であり、図１の色彩ドラムを組み込み、且つ、一組の望遠レンズ、３つの中継レンズ及び２つの偏光ビームスプリッタを含む。
【図１】
2006510055.tif 000003
2006510055.tif 000004
【図３】
2006510055.tif 000005
【国際調査報告】
2006510055.tif 000006
2006510055.tif 000007