(57)【要約】光プロジェクションシステムは、変調した輝度を有する光ピクセルのマトリックスを含む画像を投射する。プロジェクションシステムは、第一出力マトリックスを提供する画像の各ピクセルにおいて提供されたグレースケール値に比例して、ピクセルごとに光バンドを変調するように形成された第一イメージャを含む。第二イメージャは、光の変調されたピクセルの第一出力マトリックスを受け、画像の各ピクセルにおいて提供された第二のグレースケール値に比例してピクセルごとに第一イメージャからの光の個々に変調されたピクセルを変調するように位置し、かつ、形成される。
2006509243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調した輝度を有する光ピクセルのマトリックスを含んで画像を投射するためのプロジェクションシステムであって、該プロジェクションシステムは、
第一出力マトリックスを提供する前記画像の各ピクセルにおいて提供されたグレースケール値に比例して、ピクセルごとに光バンドを変調するように形成された第一イメージャと、
光の変調されたピクセルの前記第一出力マトリックスを受け、前記画像の各ピクセルにおいて提供された第二のグレースケール値に比例して、ピクセルごとに前記第一イメージャからの光の個々に変調されたピクセルを変調するように位置し、かつ、形成される第二イメージャと、
を含むことを特徴とするプロジェクションシステム。
【請求項２】
前記第一イメージャと前記第二イメージャの少なくとも一つはＬＣＯＳイメージャであることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項３】
前記第一イメージャと前記第二イメージャの両者はＬＣＯＳイメージャであることを特徴とする請求項２に記載のプロジェクションシステム。
【請求項４】
前記第一イメージャと前記第二イメージャはサイズが異なることを特徴とする請求項３に記載のプロジェクションシステム。
【請求項５】
前記第一イメージャと前記第二イメージャは漏出の異なるレベルを可能にすることを特徴とする請求項３に記載のプロジェクションシステム。
【請求項６】
前記イメージャの少なくとも一つはＤＬＰイメージャであることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項７】
前記ＬＣＯＳイメージャに偏光された光を提供するための少なくとも一つの偏光ビームスプリッタをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のプロジェクションシステム。
【請求項８】
前記第一イメージャの各ピクセルからの変調された光出力を前記第二イメージャの対応するピクセルに導くためのリレーレンズシステムをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項９】
前記第二イメージャからの変調された光をディスプレイスクリーンに投射するためのプロジェクションレンズアセンブリをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１０】
前記リレーレンズシステムは対称であることを特徴とする請求項８に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１１】
第一イメージャ及び第二イメージャを含む画像プロジェクションシステムであって、前記第一及び第二イメージャの各々は、ピクセルに提供されるグレースケール値に比例する変調した光出力を提供するために形成された前記ピクセルの対応するマトリックスを含み、前記プロジェクションシステムは、前記第一イメージャの特定のピクセルからの変調した出力が前記第二イメージャの対応するピクセルに投射されるようにして形成され、前記第二イメージャの特定のピクセルの前記光出力が、前記特定のピクセルのために提供された前記グレースケール値及び前記第一イメージャの前記対応するピクセルのために提供された前記グレースケール値の両値に比例することを特徴とする画像プロジェクションシステム。
【請求項１２】
前記第一イメージャと前記第二イメージャの少なくとも一つは、反射型液晶の光エンジンであることを特徴とする請求項１１に記載の画像プロジェクションシステム。
【請求項１３】
前記第一イメージャの特定のピクセルからの光出力を前記第二イメージャの対応するピクセルに導くためのリレーレンズシステムをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の画像プロジェクションシステム。
【請求項１４】
ピクセルのアレイを有する第一イメージャと、
前記第一イメージャの前記ピクセルのアレイに対応するピクセルのアレイを有する第二イメージャと、
前記第一イメージャの各ピクセルからの変調された光出力を前記第二イメージャの対応するピクセルに導くためのリレーレンズシステムを含む光プロジェクションシステムであって、
前記第一イメージャの各ピクセルは、該ピクセルにおいて選択されたグレースケール値に比例する強度の変調された光出力を提供し、
前記第二イメージャの各ピクセルは、前記第一イメージャで対応するピクセルの変調された光出力及び該ピクセルにおいて選択されたグレースケール値に比例する強度の光出力を提供することを特徴とする光プロジェクションシステム。
【請求項１５】
前記第一イメージャと前記第二イメージャの少なくとも一つは、反射型液晶の光エンジンであることを特徴とする請求項１４に記載の光プロジェクションシステム。
【請求項１６】
前記第一イメージャと前記第二イメージャの少なくとも一つは、デジタル光パルスイメージャであることを特徴とする請求項１４に記載の光プロジェクションシステム。
【請求項１７】
前記第二イメージャからの変調された光をディスプレイスクリーンに投射するプロジェクションレンズアセンブリをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の光プロジェクションシステム。
【請求項１８】
前記リレーレンズシステムは対称であることを特徴とする請求項１４に記載の光プロジェクションシステム。
【請求項１９】
前記第一イメージャと前記第二イメージャは同等であることを特徴とする請求項１４に記載の光プロジェクションシステム。
【請求項２０】
ピクセルごとに光を変調するための一つ以上の画像を有する第一段階と、
ピクセルごとに光を変調するための一つ以上の画像を有する第二段階と、
前記第一段階イメージャの前記ピクセルの出力を前記第二段階イメージャの対応するピクセルに投射するリレーレンズシステムを含むことを特徴とする二段階プロジェクションシステム。
【請求項２１】
前記第一段階は、赤色、青色及び緑色をそれぞれ変調するための３つのイメージャと、各イメージャに前記所望の色の光を導くために形成された構造を含むことを特徴とする請求項２０に記載の二段階イメージャ。
【請求項２２】
前記第二段階は、赤色、青色及び緑色をそれぞれ変調するための３つのイメージャと、各イメージャに前記所望の色の光を導くために形成された構造を含むことを特徴とする請求項２１に記載の二段階イメージャ。
【請求項２３】
前記第一段階と前記第二段階との間に配置された半波プレートをさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載の二段階イメージャ。
【請求項２４】
前記半波プレートは前記リレーレンズシステムのシステム絞りに配置されることを特徴とする請求項２３に記載の二段階イメージャ。
【請求項２５】
前記リレーレンズシステムは、前記第一段階イメージャの特定のピクセルからのエネルギーの少なくとも約５０パーセントを前記第二段階イメージャの対応するピクセルにエンスクエアすることを特徴とする請求項２０に記載の二段階イメージャ。
【請求項２６】
前記リレーレンズシステムは、約０．５パーセント未満の像面湾曲によるディストーションを提供することを特徴とする請求項２０に記載の二段階イメージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２段階プロジェクタの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤｓ）、特に、反射型光エンジン又はイメージャを使用する反射型液晶（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ）（ＬＣＯＳ）は、リアプロジェクションテレビ（ＲＰＴＶ）などのイメージング装置でますます普及してきている。ＬＣＯＳシステムにおいて、投射された光は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）によって偏光され、ピクセルのマトリックスからなるＬＣＯＳイメージャ又は光エンジンに導かれる。この明細書において、かつ、関連技術の実施と一致して、ピクセルという用語は、画像の小さな領域又はドット、光の移動に対応する部分及びその光の移動を生じるイメージャの部分を示すために使用される。
【０００３】
イメージャの各ピクセルは、別々に変調した光信号若しくはピクセルのマトリックスを形成するためにイメージャ又は光エンジンへのグレースケールファクターの入力に従って、光の入射を変調する。変調された光信号のマトリックスはイメージャから反射されるか又は出力され、可視できる画像を形成するために光のピクセルを組み合わせて、ディスプレイスクリーンに変調した光を投影するプロジェクションレンズのシステムに導かれる。このシステムにおいて、ピクセルからピクセルへのグレースケールの変化は、画像信号を処理するために使用されるビット数によって制限される。明るい状態（つまり、最大の光）から暗い状態（最低の光）までのコントラスト比は、イメージャでの光の漏出によって制限される。
【０００４】
既存のＬＯＣＳシステムの主な問題の一つは、暗い状態での光量を減ずることが難しく、際立ったコントラスト比の提供が困難である。これは、部分的に、ＬＣＯＳシステムに固有な光の漏出による。
【０００５】
加えて、入力はビットの固定した数（例えば、８、１０など）であり、光のフルスケールを記述しなければならないため、ピクチャーのより暗い領域での微妙な違いを記述するために利用可能なビットが非常に少ない傾向にある。これは、アーティファクトの輪郭化（ｃｏｎｔｏｕｒｉｎｇ  ａｒｔｉｆａｃｔ）を導く。
【０００６】
暗い状態でのＬＣＯＳのコントラストを増強する一つのアプローチは、ＣＯＬＯＲＳＷＩＴＣＨ（登録商標）又は、その特定のフレームで最大値に基づいた全体のピクチャーをスケール化する同様の装置を使用することである。これは幾らかのピクチャーを改善するが、高レベルと低レベルを含むピクチャーではほとんど改善しない。上記問題を解決する他の方法は、より良好なイメージャを成すことなどであるが、これらはせいぜい改善が高まる程度である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特に暗い状態においてビデオ画像のコントラスト比を増大し、アーティファクトの輪郭化を減ずるプロジェクションシステムを必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、改善したコントラストを提供し、二段階プロジェクション構造を使用してピクセルごとに光信号の輪郭化を提供するプロジェクションシステムを提供し、これによってすべてのビデオピクチャーを改善する。本発明の典型的な実施態様において、このプロジェクションシステムは、第一出力マトリックスを提供する画像の各ピクセルにおいて提供されたグレースケール値に比例するピクセルごとを基本とした光バンドを変調するように形成された第一イメージャを含む。第二イメージャは、光の変調されたピクセルの第一出力マトリックスを受け、画像の各ピクセルにおいて提供された第二のグレースケール値に比例してピクセルごとに第一イメージャからの光の個々に変調されたピクセルを変調するように位置し、かつ、形成される。第二イメージャの各ピクセルは、第一イメージャで対応するピクセルの変調された光出力に比例する強度の光出力と、第二イメージャでのそのピクセルにおいて選択されたグレースケール値を提供する。
【０００９】
本発明は、添付図を参照して記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、増強されたコントラスト比と減じられた輪郭化を有する、テレビディスプレイなどのプロジェクションシステムを提供する。図１に例示された典型的なＬＣＯＳシステムにおいて、白色光１がランプ１０によって生成される。ランプ１０は、ＬＣＯＳシステムでの使用に適した任意のランプであってよい。例えば、短いアーチ型の水銀ランプが使用されてよい。白色光１はインテグレータ２０に入射し、プロジェクションシステム３０に向かって白色光１のテレセントリックビーム（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ  ｂｅａｍ）を導く。次いで、白色光１は、その構成要素の光２の赤、緑及び青（ＲＧＢ）バンドに分離される。ＲＧＢ光２は、ダイクロイックミラー（示されていない）によって分離され、変調のための赤、緑及び青のプロジェクションシステム３０に導かれる。次いで、変調されたＲＧＢ光２は、プリズムアセンブリ（示されていない）によって再度組み合わされて、プロジェクションレンズアセンブリ４０によってディスプレイスクリーン（示されていない）に投射される。
【００１１】
代替として、白色光１は、例えば、カラーホイール（ｃｏｌｏｒ  ｗｈｅｅｌ）（示されていない）によって時間領域で光２のＲＧＢバンドに分離され、単一のＬＣＯＳプロジェクションシステム３０に一度に導かれる。
【００１２】
本発明と一致する二段階プロジェクション構造を用いる、典型的なＬＣＯＳプロジェクションシステム３０が図１に例示される。光２の単色のＲＧＢバンドは、ピクセルごとに２つの異なるイメージャ５０、６０によって連続して変調される。光２のＲＧＢバンドは、ｐ偏光要素３及びｓ偏光要素４（図３に示される）を含む。光２のそれらのＲＧＢバンドは第一ＰＢＳ７１の第一表面７１ａに入射し、第一ＰＢＳ７１内で表面７１ｐを偏光することによって偏光される。偏光表面７１ｐは、光２のＲＧＢバンドのｐ偏光要素３を第二表面７１ｂまで第一ＰＢＳ７１を通過させ、一方で、第一ＰＢＳ７１から第四表面７１ｄを通過するプロジェクション経路から離れる角度でｓ偏光要素４を反射する。第一イメージャ５０は、光のＲＧＢバンドが第一ＰＢＳ７１に入射する第一面７１ａと反対の第一ＰＢＳ７１の第二表面７１ｂを越えて配置される。ＰＢＳ７１を通過するｐ偏光要素３は、したがって、第一イメージャ５０に入射する。
【００１３】
図２に例示された典型的な実施態様において、第一イメージャ５０は、ディスプレイ画像（示されていない）のピクセルに対応する偏光された液晶のマトリックスを含むＬＣＯＳイメージャである。これらの結晶は、これらの方向に従って光を移動し、代わって、第一イメージャ５０に提供される信号によって生成される電場の強度に応じて変化する。イメージャのピクセルは、各個々のピクセルにおける第一イメージャ５０に提供されるグレースケール値に比例してピクセルごとにｐ偏光要素３を変調する。個々のピクセルの変調の結果として、第一イメージャ５０は、光のピクセルのマトリックス又は目立たないドットを含む、第一の光マトリックス５を提供する。第一の光マトリックス５は、第一ＰＢＳ７１の第二表面７１ｂを通過して第一イメージャ５０から戻って反射された変調されたｓ偏光の光の出力であり、そこでは第三表面７１ｃによる第一ＰＢＳ７１からの角度で偏光表面７１ｐによって反射される。第一光マトリックス５の各ピクセルは、第一イメージャ５０のピクセルに提供される個々のグレースケール値と比例する強度又は輝度を有する。
【００１４】
ｓ偏光の光の第一光マトリックス５は、リレーレンズシステム８０を通ってＰＢＳ７１により反射され、第一光マトリックス５の１対１の転送を提供する。図２に例示される典型的な実施態様において、リレーレンズシステム８０は、１倍率で転送された画像のわずかなディストーションを提供するために形成された一連の非球面及び色消しレンズを含み、第一イメージャ５０の各ピクセルの出力は第二イメージャ６０の対応するピクセルに投射される。
【００１５】
図２に示されるように、典型的なリレーレンズシステム８０は、第一のＰＢＳ７１とレンズシステム又はシステム絞り８３の焦点との間に第一の非球面レンズ８１と第一の色消しレンズ８２を含む。システム絞り８３と第二イメージャ７２との間で、レンズシステム８０は第二の色消しレンズ８４と第二の非球面レンズ８５を含む。第一の非球面レンズ８１は、第一表面８１ａ及び第二表面８１ｂを有し、それら表面は、レンズシステム８０の光軸に向かって収束する光のパターンに向かう第一ＰＢＳ７１からの分岐する光パターンを曲げる。第一の色消しレンズ８２は第一表面８２ａ、第二表面８２ｂ及び第三表面８２ｃを有し、第一の非球面レンズ８１からの収束する光パターンをシステム絞り８３に集光する。システム絞り８３において、光パターンは反転し分岐する。第一表面８４ａ、第二表面８４ｂ及び第三表面８４ｃを有する第二の色消しレンズ８４は、第一の色消しレンズ８２の鏡像である（つまり、第二の色消しレンズ８４の第一表面８４ａは第一の色消しレンズ８２の第三表面８２ｃと同等であり、第二の色消しレンズ８４の第三表面８４ｃは第一の色消しレンズ８２の第一表面８２ａと同等であるように同じレンズは後方で転向している。）。第二の色消しレンズ８４の第一表面８４ａ、第二表面８４ｂ及び第三表面８４ｃは、分岐する光パターンを第二の非球面レンズ８５に分配する。第一表面８５ａ及び第二表面８５ｂを有する第二の非球面レンズ８５は、第一の非球面レンズ８１の鏡像である。表面８５ａ及び８５ｂは、第一イメージャ５０からの対象物又はピクセルのマトリックスに対する１対１の一致を有する第二イメージャ７２に反転した画像を形成するように光パターンを収束へと曲げる。リレーレンズシステム８０の表面は、第一イメージャ５０及び第二イメージャ６０のピクセルの１対１の一致を達成するように、イメージャ５０、６０及びＰＢＳ７１、７２と共に作用するように形成される。典型的な二段階プロジェクションシステム３０の表面の概要が表１に提供され、表面８１ａ、８１ｂ、８５ａ及び８５ｂの非球面係数が表２に提供される。コスト、サイズ、輝度レベル及び他の設計的な要素などの要素に基づいて様々な修正がこの典型的なプロジェクションシステムで成されることができる。リレーレンズシステム８０において、色消しレンズ８２及び８４は同等であり、非球面レンズ８１及び８５は同等である。したがって、少数の独特の部分が製造効率及びコストの削減を提供することを必要とされる。
【００１６】
【表１】
2006509243.tif 000003
【００１７】
【表２】
2006509243.tif 000004
第一光マトリックス５がリレーレンズシステム８０を通過した後、第一光マトリックス５は第一表面７２ａにより第二ＰＢＳ７２に入射する。第二ＰＢＳ７２は、第二表面７２ｂにより第二イメージャ６０にｓ偏光の第一光マトリックス５を反射する偏光表面７２ｐを有する。図２に例示される典型的な実施態様において、第二イメージャ６０はＬＣＯＳイメージャであり、そのＬＣＯＳイメージャは、各個々のピクセルにおいて第二イメージャ６０に提供されるグレースケール値と比例してピクセルごとにすでに変調した第一光マトリックス５を変調する。第二イメージャ６０のピクセルは、１対１で第一イメージャ５０のピクセル及びディスプレイ画像のピクセルと一致する。したがって、第二イメージャ６０への特定のピクセル（ｉ、ｊ）の入力は、第一イメージャ５０の対応するピクセル（ｉ、ｊ）からの出力である。
【００１８】
次いで、第二イメージャ６０はｐ偏光の光の出力マトリックス６を生成する。出力マトリックス６での光の各ピクセルは、第二イメージャ６０のピクセルのためにイメージャに提供されるグレースケール値によって強度で変調される。したがって、出力マトリックス６の特定のピクセル（ｉ、ｊ）は、第一イメージャでのその対応するピクセル（ｉ、ｊ）１と第二イメージャ６０でのその対応するピクセル（ｉ、ｊ）２における両者のグレースケール値に比例する強度を有する。
【００１９】
特定のピクセル（ｉ、ｊ）の光出力Ｌは、第一イメージャ５０の与えられたピクセルでの光入射のプロダクトによって与えられ、グレースケール値は第一イメージャ５０で与えられたピクセルにおいて選択され、グレースケール値は第二イメージャ６０で選択される。
【００２０】
Ｌ＝Ｌ０ｘＧ１ｘＧ２
Ｌ０は与えられたピクセルにおける定数である（ランプの機能及び照明システムである）。したがって、実際に、光出力Ｌは、各イメージャ５０、６０でのこのピクセルにおいて選択されたグレースケール値によって主に決定される。例えば、最高１までグレースケールを標準化し、各イメージャが２００：１の非常に適度のコントラスト比を有すると仮定すると、ピクセル（ｉ、ｊ）の明るい状態は１であり、ピクセル（ｉ、ｊ）の暗い状態は１／２００（漏出により０ではない）である。次いで、二段階プロジェクタ構造は４０，０００：１の輝度範囲を有する。
【００２１】
Ｌｍａｘ＝１ｘ１＝１；
Ｌｍｉｎ＝０．００５ｘ０．００５＝０．００００２５
それらの制限によって画成された輝度範囲は１／０．００００２５：１又は４０，０００：１のコントラスト比を与える。重要なことに、典型的な二段階プロジェクタ構造における暗い状態の輝度は、仮説のイメージャが既存の単一のイメージャ構造で使用された場合の明るい状態の１００分の１２よりもむしろ、明るい状態の輝度の４万分の１だけである。当業者によって理解されるように、低いコントラスト比を有するイメージャは、高いコントラスト比を有するイメージャよりも相当に低コストで提供できる。したがって、２００：１のコントラスト比を有する２つのイメージャを使用する二段階プロジェクションシステムは４０，０００：１のコントラスト比を提供し、一方で、５００：１の比を有するさらにより高価なイメージャを使用する単段階プロジェクションシステムは単に５００：１のコントラストを提供する。さらに、５００：１のコントラスト比を有する一つのイメージャと２００：１の比を有する高価なイメージャを備える二段階プロジェクションシステムは、１００，０００：１のコントラスト比のシステムを有する。したがって、コストとパフォーマンスの釣り合いは、最適なプロジェクションシステムを成すように実行できる。
【００２２】
出力マトリックス６は第二表面７２ｂにより第二ＰＢＳ７２に入射し、出力マトリックス６はｐ偏光の光を含むので、出力マトリックス６は偏光する表面７２ｐを通過し、第三表面７２ｃにより第二ＰＢＳ７２から出る。出力マトリックス６が第二ＰＢＳ７２を出た後、出力マトリックス６はプロジェクションレンズアセンブリ４０に入射し、可視のためのスクリーン（示されていない）にディスプレイ画像７を投射する。
【００２３】
図３は本発明の二段階プロジェクタ構造の減じた漏出を例示する。上述したように、第一ＰＢＳ７１の偏光表面７１ｐはｐ偏光の光３を転送し、第二表面７１ｂにより第一ＰＢＳを出る。第一ＰＢＳ７１の偏光表面７１ｐは第四表面７１ｄによりｓ偏光の光４を反射する。しかしながら、最良のＰＢＳでさえ幾らかの漏出を有し、ｓ偏光の光の非常にわずかな部分、つまり第一の漏出４’は第一ＰＢＳ７１の偏光表面７１ｐにより転送又は漏出し、第一イメージャ５０へと第二表面７１ｂを出る。第一の漏出４’のほとんどは第一イメージャ５０によってｐ偏光の光へと反転され、偏光表面７１ｐを通過して光１０に向かって第一ＰＢＳ７１の第一表面７１ａから出る。同様に、ｐ偏光の光３のわずかな部分は、ｐ偏光の第二の漏出３’として、第一イメージャ５０によって反射される。第二の漏出３’がｐ偏光の光であるので、それのほとんどは第一ＰＢＳ７１の偏光表面７１ｐにより通過して戻り、光１０にむかって第一表面７１ａから出る。
【００２４】
ｐ偏光の第一の漏出３’及びｐ偏光の第二の漏出４’’のわずかな部分は、第三の漏出３’’及び４’’’として第二ＰＢＳ７２に向かってＰＢＳ１の偏光表面７１ｐによって反射される。この第三の漏出３’’及び４’’’のほとんどは、ｐ偏光の光であるために、第二ＰＢＳ７２の偏光表面７２ｐを通過し、第四表面７２ｄを通過して画像経路から離れる。第三の漏出３’’及び４’’’のわずかな部分は、第四の漏出３’’’及び４’’’’として第二イメージャ６０に反射される。第四の漏出３’’’及び４’’’’のほとんどはｓ偏光の光へと反転され、第一ＰＢＳ７１に向かって反射して戻る。当業者が認識するように、ＰＢＳ又は反射による光の漏出がＰＢＳ７１、７２を通過して転送された後で毎回、ほとんどの光の漏出は、前の部分の単に一部が画像経路に沿って続くようにして、画像経路からそれる。したがって、毎回、光信号はＰＢＳを通過し、反転した偏光の漏出が減じられる。
【００２５】
ＰＢＳでのように、完全なイメージャはなく、光のわずかな部分は、暗い状態にセットされたグレースケール値での第一イメージャ５０のピクセルによって、ｓ偏光の第五の漏出８として反射される。ｐ偏光の第四の漏出に対するシャープなコントラストにおいて、第一光マトリックス５と同じ偏光を有するので、ｓ偏光の第五の漏出８のほとんどが、偏光表面７１ｐ及び７２ｐによって第二イメージャ６０に反射される。第二イメージャ６０の対応するピクセルが暗い状態にセットされた場合、第五の漏出８は、第六の漏出’への暗い状態の光を減じ、コントラスト比を高め、上述したように第二イメージャ６０のコントラスト比によってさらに削減される。
【００２６】
追加的な光の漏出９は第二イメージャ６０で発生する。しかしながら、第一光マトリックス５からのこの追加的な光の漏出９は、第一イメージャ７１によって既に変調され、したがって、第一イメージャ７１に投射するＲＧＢバンド３よりも、さらにわずかな光信号の部分である。したがって、本発明の二段階プロジェクション構造は、追加的な偏光フィルタリングと連続するイメージャ５０、６０の累積的なコントラスト比の両者によって漏出を減じる。
【００２７】
本発明による二段階プロジェクタシステムの別の利点は、多数のビットが、輪郭化を減じて、画像の暗い領域でのシェーディングの微妙な違いを記述するように利用可能なことである。例えば、８ビットが画像の各ピクセルにおけるグレースケール値を生成するように使用されるのであれば、グレーの２８又は２５６シェードが定義できる。しかしながら、２つのイメージャ５０、６０が本発明で連続的に画像の同じピクセルを変調するので、グレーの２１６又は６５，５３６シェードが定義できる。したがって、輪郭化は、相当に減じることができる。
【００２８】
図４及び５に示される、本発明の代替となる実施態様において、二段階プロジェクションシステムは、ピクセルごとに赤、緑及び青色をそれぞれ変調するための３つの第一段階イメージャ１５０Ｒ、１５０Ｂ及び１５０Ｇを有する第一段階１００を含む。各第一段階イメージャ１５０Ｒ、１５０Ｂ及び１５０Ｇは、変調された単色光ピクセルのマトリックス１５１Ｐを提供する。出力マトリックス１５１ｐがｐ偏光の光であるように、第一段階イメージャは光の偏光を回転する。例示された実施態様において、第一段階１００はＣＯＬＯＲＱＵＡＤ（登録商標）構造に形成され、四色の選択的なビームスプリッタ１２０は正方形のパターンを形成するように接し、第一段階１００に入射する光の各色が異なる第一段階イメージャ１５０Ｒ、１５０Ｂ及び１５０Ｇに導かれるように、スプリッタが光の様々な色を選択的に通すか反射するように配置される。ＣＯＬＯＲＱＵＡＤ構造は赤色光だけを赤色イメージャ１５０Ｒに導き、青色光だけを青色イメージャ１５０Ｂに導き、緑色光だけを緑色イメージャ１５０Ｇに導く。次いで、ＣＯＬＯＲＱＵＡＤ構造は、第一段階１００から出た変調された単色光ピクセルの３つのマトリックス１５１Ｐを第二段階２００に向かって導く。光の様々な色は夫々第一段階１００で同じ距離を移動することに注意すべきである。したがって、三色が変調でき、同時に投射できる。
【００２９】
図４に例示された実施態様はまた、ＣＯＬＯＲＱＵＡＤ構造に配置された３つの第二段階イメージャ１６０Ｒ、１６０Ｂ、１６０Ｇを有する第二段階１６０を含み、再度、光を赤、青、緑の異なる３色に分割し、３つの第二段階イメージャ１６０Ｒ、１６０Ｂ、１６０Ｇにそれらを導く。第二段階イメージャ１６０Ｒ、１６０Ｂ、１６０Ｇは、単色光ピクセル２０１の二度変調されたマトリックスを形成するため、ピクセルごとに第一段階イメージャ１５０Ｒ、１５０Ｂ、１５０Ｇからの光出力を変調する。単色光ピクセル２０１の二度変調されたマトリックスは、ＣＯＬＯＲＱＵＡＤ構造によって、可視できるカラー画像を形成するようにスクリーン（示されていない）に投射する、プロジェクションレンズシステム（示されていない）に導かれる。
【００３０】
代替となる典型的なリレーレンズシステム３８０は、第二段階の出力の特定のピクセルが赤色ピクセル、青色ピクセル及び緑色ピクセルを含み、それぞれ二度変調される（第一段階イメージャ１５０Ｒ、１５０Ｂ、１５０Ｇによって一度、対応する第二段階イメージャ１６０Ｒ、１６０Ｂ、１６０Ｇによって一度）ようにして、第一段階イメージャ１５０Ｒ、１５０Ｂ、１５０Ｇのピクセルの出力を第二段階イメージャ１６０Ｒ、１６０Ｂ、１６０Ｇの対応するピクセルに投射するために第一段階１５０と第二段階１６０との間に配置される。
【００３１】
ＣＯＬＯＲＱＵＡＤ構造は、単にｓ偏光の光だけを受けるだけである。したがって、ｓ偏光の光１０１は第一段階１００に導入され、ここでｓ偏光の光１０１は、３つのイメージャ１５０Ｒ、１５０Ｂ、１５０Ｇによって、個々に、かつ同時に変調される３色に分割される。第二段階２００のＣＯＬＯＲＱＵＡＤ構造がｓ偏光の入力を受けるべきなので、第一段階１００からの光１５１の変調された単色ピクセルのマトリックスがｐ偏光の光であり、偏光は第一段階１００と第二段階２００との間で回転すべきである。したがって、半波プレート３８３は、図４及び５に例示の実施態様の第一段階１００と第二段階２００との間に配置される。半波プレート３８３における最も効果的な位置は、リレーレンズシステムのアパーチャ又はレンズ絞りである。
【００３２】
図５に示されるように、代替の典型的なリレーレンズシステム３８０は、第一段階１００とレンズ絞り又はシステム絞りとの間に第一の非球面レンズ３８１と第一の色消しレンズ３８２を含む。システム絞りと第二段階２００との間に、代替となる典型的なレンズシステム３８０は、第二の色消しレンズ３８４と第二の非球面レンズ３８５を含む。第一の非球面レンズ３８１は、第一表面３８１ａ及び第二表面３８１ｂを有し、それら表面は、レンズシステム３８０の光軸に向かって収束する光パターンに向かう第一段階１００からの分岐する光パターンを曲げる。第一の色消しレンズ３８２は第一表面３８２ａ、第二表面３８２ｂ及び第三表面３８２ｃを有し、第一の非球面レンズ３８１からの収束する光パターンをシステム絞りに集光する。システム絞りにおいて、光パターンは反転し分岐する。第一表面３８４ａ、第二表面３８４ｂ及び第三表面３８４ｃを有する第二の色消しレンズ３８４は、第一の色消しレンズ８２と同じ形態を有するが、第一の色消しレンズ８２とは反対の方向である（つまり、第二の色消しレンズ３８４の第一表面３８４ａは第一の色消しレンズ３８２の第三表面３８２ｃと同等であり、第二の色消しレンズ３８４の第三表面３８４ｃは第一の色消しレンズ３８２の第一表面３８２ａと同等であるように同じレンズは後方で転向している。）。第二の色消しレンズ３８４の表面３８４ａ、３８４ｂ及び３８４ｃは、分岐する光パターンを第二の非球面レンズ３８５に分配する。第一表面３８５ａ及び第二表面３８５ｂを有する第二の非球面レンズ３８５は、第一の非球面レンズ３８１と同じ形態を有するが、第一の非球面レンズ３８１とは反対の方向を有する。表面３８５ａ及び３８５ｂは、第一段階１００からの対象物又はピクセルのマトリックスに対する１対１の一致を有する第二段階２００に反転した画像を形成するように光パターンを収束へと曲げる。リレーレンズシステム３８０の表面は、第一段階イメージャ１５０Ｒ、１５０Ｂ、１５０Ｇ及び第二イメージャ１６０Ｒ、１６０Ｂ、１６０Ｇのピクセルの１対１の一致を達成するように、イメージャ１５０Ｒ、１５０Ｂ、１５０Ｇ、１６０Ｒ、１６０Ｂ、１６０Ｇ及びＣＯＬＯＲＱＵＡＤ構造と共に作用するように形成される。代替となる典型的なリレーレンズシステム３８０の表面の概要が表３に提供され、表面３８１ａ、３８１ｂ、３８５ａ及び３８５ｂの非球面係数が表４に提供される。赤色イメージャ１５０Ｒ及び１６０Ｒが示される一方、リレーレンズシステムは青色及び緑色イメージャにおいて同じである。コスト、サイズ、輝度レベル及び他の設計的な要素などの要素に基づいて様々な修正がこの代替となる典型的なリレーレンズシステム３８０で成されることができる。代替となる典型的なリレーレンズシステム３８０において、色消しレンズ３８２及び３８４は同等であり、非球面レンズ３８１及び３８５は同等である。したがって、少数の独特の部分が製造効率及びコストの削減を提供することを必要とされる。
【００３３】
【表３】
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【００３４】
【表４】
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エンスクエアされたエネルギー（ｅｎｓｑｕａｒｅｄ  ｅｎｅｒｇｙ）及び像面湾曲のディストーションは、ＺＥＭＡＸ（登録商標）ソフトウェアを使用して代替となる典型的なリレーレンズシステム３８０において計算される。図６に示されるように、第一段階イメージャ１５０Ｒ、１５０Ｂ、１５０Ｇでの特定のピクセルから光エネルギーの少なくとも約５０パーセント（５０％）は、１２ミクロンの正方形（例えば、第二段階イメージャ１６０Ｒ、１６０Ｂ、１６０Ｇの対応するピクセル）に集光される。図７に示されるように、代替となる典型的なリレーシステム３８０の像面湾曲によるディストーションは、約０．５パーセント未満である。
【００３５】
前述の記載は本発明を実行するための幾つかの可能性を例示する。多数の他の実施態様が本発明の趣旨及び範囲内で可能である。例えば、前述の記載及び図面がＬＣＯＳイメージャを導く一方で、デジタル光処理（ＤＬＰ）イメージャを使用する同様のシステムはまた、本発明の範囲内であることが考えられる。したがって、制限ではなく実例となるものと先の記述が見なされ、本発明の範囲が等価物の十分な範囲と共に請求項によって与えられることが意図される。
【００３６】
関連出願の相互参照
この出願は、ここに参照として全体が組み込まれている、出願日２００２年１２月４日で発明の名称が“ＴＷＯ―ＳＴＡＧＥ  ＰＲＯＪＥＣＴＯＲ  ＡＲＣＨＩＴＥＣＨＴＵＲＥ”である米国仮特許出願番号第６０／４３０，９９７（事件番号ＰＵ０２０４７１）の利益を主張する。
【００３７】
この出願はまた、ここに参照として全体が組み込まれている、発明の名称が“ＱＵＡＤ−ＴＯ―ＱＵＡＤ  ＲＥＬＡＹ  ＳＹＳＴＥＭ”である米国仮特許出願番号第６０／４３０，８１９（事件番号ＰＵ０２０４７５）の利益を主張する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の典型的な実施態様と一致する二段階プロジェクション構造を設けたＬＣＯＳプロジェクションシステムのブロック図を示す。
【図２】図１のプロジェクションシステムにおける典型的なレンズリレーシステムを示す。
【図３】図１のプロジェクションシステムでの光の漏出を示す。
【図４】本発明の代替となる典型的な実施態様と一致する二段階プロジェクション構造を設けたＬＣＯＳプロジェクションシステムのブロック図を示す。
【図５】図４のプロジェクションシステムにおける典型的なレンズリレーシステムを示す。
【図６】図５のリレーレンズシステムにおいて計算されたエンスクエアされたエネルギーを示す。
【図７】図５のリレーレンズシステムにおける像面湾曲によるディストーションを示す。
【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７】
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【国際調査報告】
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