(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画面上での画像の品質を高めるように構成された画像投影システムであって、光を生成し、該光を光路に沿って導くように構成された照明源と、前記光路内に配置され、入射光を定期的に変えるように構成された時変焦点デバイスとを備え、前記時変焦点デバイスは、前記入射光を定期的に発散させるように構成されており、それによって前記画面上での前記画像の品質を高める、画像投影システム。
【請求項２】
画面上での画像の品質を高めるように構成された画像投影システムであって、光を生成し、該光を光路に沿って導くように構成された照明源と、前記光路内に配置され、入射光を定期的に変えるように構成された時変焦点デバイスとを備え、前記時変焦点デバイスは、前記入射光を定期的に集束させるように構成されており、それによって前記画面上での前記画像の品質を高める、画像投影システム。
【請求項３】
画面上での画像の品質を高めるように構成された画像投影システムであって、光を生成し、該光を光路に沿って導くように構成された照明源と、前記光路内に配置され、入射光を定期的に変えるように構成された時変焦点デバイスとを備え、前記時変焦点デバイスは、可変曲率ミラーであり、それによって前記画面上での前記画像の品質を高める、画像投影システム。
【請求項４】
前記可変曲率ミラーは、圧電素子を使用して前記ミラーの曲率を変えている、請求項３に記載の画像投影システム。
【請求項５】
前記時変焦点デバイスは、光学特性の異なる領域を有するホイールである、請求項１〜３のいずれかに記載の画像投影システム。
【請求項６】
前記時変焦点デバイスは、前記入射光を選択的に変えて、前記画面上での前記画像の強度を変えるように構成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の画像投影システム。
【請求項７】
画面上での画像の品質を高めるように構成された表示システムであって、光を光路に沿って導くように構成された照明源と、前記光を複数の別個の光線に変調するようになっており、前記光線のそれぞれが前記画面上に第１のサイズの光点を投影するように構成されている空間光変調器と、前記光路に配置され、かつ前記画面上の光点のサイズを前記第１のサイズと第２のサイズとの間で変えるように構成されており、前記画面上の対応する画像部分が焦点の合った状態と焦点のずれた状態との間で急速に変わる可変焦点デバイスとを備え、前記可変焦点デバイスは、入射光線を定期的に発散させまたは集束させるように構成されており、それによって前記画像の外観を向上させる、表示システム。
【請求項８】
画面上での画像の品質を高める方法であって、光線を生成するように構成された照明源を設ける段階と、前記光線を前記照明源から光路に沿って導いて前記画面上にそれぞれが焦点距離を持つ画像フレームを生成する段階と、異なる焦点距離を有するインタリーブした画像フレームを前記画面上に生成すべく、前記画像フレームの焦点距離を選択的に変える段階と、時変焦点デバイスによって、入射光線を定期的に発散させまたは集束させる段階とを含む、方法。
【請求項９】
画像を画面上に表示するように構成された表示装置であって、光線を生成する照明手段と、前記光線を前記画面上へと導いて前記画像を形成する光変調手段と、前記光線のサイズを連続的に変えて、前記画面上の前記画像が焦点の合った状態と焦点の合っていない状態との間で変わるようにする可変焦点手段とを備え、前記可変焦点手段は、入射光線を定期的に発散させまたは集束させるように構成されている、表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像の品質を高める画像投影システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像を生成するために、様々な表示システムおよび表示方法が長年にわたって用いられている。たとえば現在、画像を表示するために前面投影（ｆｒｏｎｔ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）システムと背面投影（ｒｅａｒ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）システムの両方が用いられている。このような表示システムでは、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、あるいは電気アドレス型発光ディスプレイ（たとえばプラズマディスプレイ）などの画像装置を用いることが可能である。表示システムはさらに、パッシブディスプレイ画面またはアクティブディスプレイ画面を組み込むことが可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
各表示システムの市場性は、画質、解像度、画像の輝度、表示サイズ、コスト、重量、デザインなどを含むがこれらに限定されない様々な要因によって決まるものである。消費者が表示システムを選ぶ基準は、いずれか１つの要因、またはこれらの要因の任意の組み合わせであり得る。たとえば、表示システムを主にグラフィック画像や写真画像を表示するために用いる場合、消費者には濃淡または中間調レベルが重要な要因となり得る。エッジ解像力およびコントラストもまた重要な要因となり得る。ある消費者は、高品質の濃淡と高品質のエッジ解像力の両方を持つ表示システムを望むかもしれない。しかしながら今日まで、高品質の中間調と高品質のエッジ解像力の両方を提供しようとする表示システムのコストは非常に高いものだった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、画面上での画質を高めるシステムを提供する。本システムは通常、光を生成し、かかる光を光路に沿って導くように構成された照明源と、光路に配置され、入射光を順次変えるように構成された可変焦点デバイスとを備え、それによって画面上での画質を高めている。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は、画面上に画像を生成して表示するように構成された表示システム１０を示している。表示システム１０は、背面投影表示システム、前面投影表示システム、または他の何らかの好適な表示システムでもよい。通常、表示システム１０はプロジェクタ１１と画面１６を備え、プロジェクタ１１は画像情報を画面上に投影するようになっている。
【０００６】
たとえば、背面投影表示システムでは、画像はプロジェクタを介して画面上に投影され、プロジェクタからみて画面の反対側にいる視聴者に見えるように投影されている。通常、プロジェクタと画面とは単一ユニットに統合されている。あるいは、前面投影表示システムでは、視聴者は通常、プロジェクタと同じ画面側に位置している。さらに、そのようなシステムでは、プロジェクタは画面から離れた別個のものであってもよい。
【０００７】
プロジェクタ１１は通常、画像情報を光路１４に沿って画面１６へと導くように構成された光源すなわち照明源１２を備えている。画像情報は、画面１６上に画像１８を生成するために用いられる。本明細書中で用いる場合、画像という用語は、静止画像とビデオ画像の両方を含んでいる。
【０００８】
照明源１２は、画像情報を画面１６に伝えるようになっている任意の好適な光源であり得る。照明源１２はたとえば、水銀灯などのシングルビーム光源、マルチビーム光源、多色光などであってもよい。照明源１２は、白色光および／または有色光を生成することが可能である。図示の実施形態では、照明源１２からの光はレンズなどの光学系（ｏｐｔｉｃｓ）２０を通ってカラー光変調器（ｃｏｌｏｒ  ｌｉｇｈｔ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）２２へと導かれている。
【０００９】
こうしてカラー光変調器２２は、照明源１２が供給する光を複数の色に分離することができる。図１に示す実施形態において、カラー光変調器２２はカラーホイール２３を備えている。カラーホイール２３は、３つの色領域、すなわち赤領域２４、緑領域２８、および青領域２６を有している。カラーホイールは、色領域が照明源からの光を順次フィルタリングするように構成されている。異なるサイズの色領域、異なる数の領域、および／または異なる色の領域を有するホイールを含む他のタイプのカラー光変調器を用いてもよいことに留意すべきである。照明源１２とカラー光変調器２２との組み合わせは、有色光を生成するように機能しており、事実上、表示システム１０において実施され得るカラー光源の一種である。
【００１０】
カラー光変調器を含むか、あるいは含まない代替的な構成を同様に用いて、有色光を生成することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、照明源１２自体が有色光を生成してもよい。具体的に言えば、照明源１２は、複数の有色光を含み得るということである。より具体的に言えば、赤色、青色および緑色の有色光のアレイは、上述した水銀灯とカラーホイールの代わりに用いることができる。さらに、有色光を生成するために他のデバイスを用いることもでき、それらのデバイスは本発明の範囲内にあることが理解されるべきである。
【００１１】
照明源１２およびカラー光変調器２２により生成される光は、空間光変調器（ＳＬＭ）３０上に導かれるようになっている。いくつかの実施形態では、照明レンズ３２、または他の光学デバイスを用いて、空間光変調器３０上に光を集光することが可能となっている。空間光変調器３０は、マイクロミラーアレイ（たとえばデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）またはデジタル光プロセッサ）などの任意の好適な光変調デバイスであってもよい。空間光変調器３０は、画面１６上に導かれる変調光を生成するようになっている。
【００１２】
さらに、空間光変調器３０からの変調光は、画面１６上に入射する前に、集光および位置合わせされ得るようになっている。例示的なシステムにおいて、画面１６へと導かれる有色光は、投影光学系３４を通るようになっている。投影光学系３４は、１つまたは複数の投影レンズを含んでいる。投影光学系３４は通常、画面１６上に有色光を集光、サイズ測定および位置合わせし、それによって画像１８を生成するようになっている。さらに、そして以下でより詳細に説明するように、投影光学系３４は、可変焦点デバイスとして機能することが可能である。
【００１３】
図１の参照に戻ると、表示システム１０は、光路内に配置される時変焦点デバイス（ｔｉｍｅ−ｖａｒｙｉｎｇ  ｆｏｃｕｓ  ｄｅｖｉｃｅ）すなわち可変焦点デバイス３６をさらに備えている。この可変焦点デバイス３６は、投影光学系３４内に統合され、かつ／または図１に示すように投影光学系３４から分離され得るようになっている。一般に、可変焦点デバイス３６は、視聴者に対する画面上の画像の実質的なまたは見かけの解像度を変えることによって画質を高めている。具体的に言えば、可変焦点デバイス３６は、画面１６上に投影される際の光線の直径を変えるように構成されている。光線の１つまたは複数の寸法を変えることによって、対応する画像および／または画像部分が拡大または縮小され、画像および／または画像部分は事実上、焦点の合った状態と、焦点の合っていない／焦点のぼけた状態との間で変えられるようになっている。具体的に言えば、以下でより詳細に説明するように、可変焦点デバイスは、一時的に個々の画像部分を拡大し、画像部分同士を重ねて均質な画像を生成するように構成されている。別の言い方をすれば、可変焦点デバイス３６は、光線の焦点（ｆｏｃｕｓ ｏｒ ｆｏｃａｌ ｐｏｉｎｔ）を定期的に変えることによって投影される光を変えるものである。
【００１４】
可変焦点デバイス３６は、異なる光学特性を持つ任意の好適なデバイスであり得るものである。たとえば、可変焦点デバイス３６は、光線の焦点距離を断続的に変えるようになっている時変レンズでもよい。したがって、可変焦点デバイス３６は、発散レンズ、集束レンズ、あるいは定期的に光路を遮るように構成された他の好適な焦点を合わせるレンズまたは焦点をぼかすレンズであってもよい。
【００１５】
後述するように、可変焦点デバイス３６は、反射レンズおよび／または屈折レンズであってもよい。説明する目的のため、図１では例示的な可変焦点デバイス３６が上述したカラーホイール２３と似た焦点ホイール３７として示されている。しかしながら、色領域を有する代わりに、焦点ホイール３７は、光学特性の異なる複数のレンズ領域を含み得るものである。たとえば、焦点ホイール３７は、２つの領域、すなわち、第１の光学特性を持つ第１のレンズ領域３８と、第２の光学特性を持つ第２のレンズ領域４０とを含んでいる。図示したレンズ領域のそれぞれは、焦点ホイール３７の周囲に放射状に配置されており、焦点ホイール３７が経時的に回転すると、入射光が各レンズ領域に順次入射するように構成されている。レンズ領域の位置および数は異なってもよいため、焦点ホイール３７は、１つ、２つ、３つ、４つまたはそれ以上のレンズ領域を有し得ることに留意すべきである。
【００１６】
焦点ホイール３７が回転すると、投射光が画面に入射する際に各レンズ領域の異なる光学特性が投射光のサイズに影響を及ぼすことになる。たとえば、各レンズ領域は特定の曲率を有している。以下でより詳細に説明するように、レンズの曲率により、入射光線は集束あるいは発散されることになる。集束および発散の量ならびに集束および発散の方向を調節することによって、結果として得られる画像または画像部分の焦点を順次合わせたりぼかしたりすることができる。いくぶん驚くべきことに、画像または画像部分の焦点を順次合わせたりぼかしたりすると、実際に画質を高めることができる。
【００１７】
たとえば、表示システムの中には、空間光変調器が複数のミラーを含むものもある。各ミラーは通常、光の一部を表示画面に向かって個別に導くか、あるいは反射し、それによって、表示すべき画像の一部を画面上に生成している。しかしながら、各ミラーは、隣接するミラーから僅かに間隔が空いている場合がある。したがって、ミラーは、複数の離散した画像部分から形勢された僅かに非連続的な画像を生成することになる。表示システムの中には、画像部分が視聴者に見えてしまうものもある。換言すれば、画像部分が異なるミラーから反射される画像中の分割部すなわち切れ目が視聴者に見えてしまう場合がある。このため、画面上では、画像は一連の別個の画像部分を画定する線があるように見えるかもしれない。
【００１８】
図２は、本明細書中に記載する可変焦点デバイスの実施前ならびに実施後に表示された画像１８の表現と共に、画像１６の断片を示している。たとえば、画像１８は、複数のミラーを有する空間光変調器により生成されている。上記のように、各ミラーは、画像の一部を生成することができる。説明する目的のため、画像部分を全体として５０で示している。各画像部分５０は、他の画像部分に隣接し、共同で画像１８を生成するようになっている。線５２は、複数のミラーから別個の画像部分を反射した効果を表している。図２の左側に示すように、本明細書に記載する可変焦点デバイスの実施前では、線５２が視聴者に見える。線５２は、実線として図示されているが、通常は、各画像部分５０の輪郭を描く暗黒部であり、それによって「スクリーンドア（網戸）効果」を生じることになる。換言すれば、画像１８は傾いたように見えることになる。
【００１９】
可変焦点デバイス３６を使用すると、線５２が見える状態を低減または排除することができる。各ミラーから反射される光線のサイズを変えることによって、隣接する画像部分５０間の間隔が小さくなり得る。個々のミラー同士を重ねることも可能である。そのような間隔の縮小は、事実上画像の焦点を短時間ぼかし、次に画像の焦点を再び合わせて所望の合焦画像特性を保つことによって生じ得るものである。したがって、各ミラーからの光が可変焦点デバイス３６を通過する際、各画像部分５０の焦点を連続して合わせたりぼかしたりし、それによって画像部分を混合させて、より均質な画像を作成するようにしている。換言すれば、反射光が可変焦点デバイス３６の異なるレンズ領域を通過する際、画像部分は急速に拡大および縮小されることになる。画像部分のサイズおよび強度を変えることによって、線５２は視聴者にあまり目立たなくなる。
【００２０】
また、画像１８の鋭いエッジは通常、視聴者にはっきりとしたまま残る。具体的に言えば、画像の焦点を急速に合わせたりぼかしたりできるため、視聴者は画像の焦点の変化を感じない。さらに、いくつかの実施形態では、画像部分の焦点を選択的に合わせたりぼかしたりし、画像のある部分では混合を最大にし、画像の他の部分（たとえば主にテキストを含む部分）では混合を最小に抑えることができる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、画像の個々の部分を実際に向上させることができる。たとえば、空間光変調器は、光を複数の別個の光線に変調するようになっている。各変調光線は、画面上に第１のサイズの光点を生成するように構成されている。可変焦点デバイスは、画面上の光点のサイズを第１のサイズと第２のサイズとの間で選択的に変えるように構成されている。これらの光点は、異なる光学特性または視覚特性を有している。このような構成は、視聴者に対して画像の見かけの解像度を高めるために用いることができる。
【００２２】
可変焦点デバイス３６はさらに、強度を調整するために用いられている。通常の表示システムにおいて、強度は、マイクロミラーをオンおよびオフに切り換えることによって調整することができる。しかしながら、マイクロミラーをオンおよびオフに切り換えると、視聴者が観察できるおそれのあるちらつき（ｓｈｉｍｍｅｒｉｎｇ）効果が結果として生じてしまうことになる。可変焦点デバイスを使用することにより、画像強度を調整する代替的な方法が提供されている。具体的に言えば、可変焦点デバイスは、画像の一部のフレームを選択的に拡大するように構成され得る。これらの拡大画像は、全部でないマイクロミラーを使用した解像度のより低い画像であり得る。それにもかかわらず、画像フレームの適切な拡大により、かかる画像フレームは低強度かつ低解像度の画像フレームのように見えることになる。したがって、（たとえば、可変焦点デバイスを用いて）低強度かつ低解像度の画像フレームを高強度かつ高解像度の画像フレームとインタリーブ（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅ）することによって、ちらつき効果を排除することができる。
【００２３】
図３および図４は、表示システム１０の代替的な実施形態を示している。図１に示す表示システムと同様に、図３および図４中の光６０は、照明源すなわち光源６２により生成されるようになっている。光源６２は、カラー光変調器６４を介して光６０を導き、有色光６８を生成することができる。光源６２は、カラー光変調器６４の使用に関係なく有色光を生成するように構成されてもよいことが理解されるべきである。したがって、任意の好適なカラー光源６６を用いて、有色光６８を生成することができる。有色光６８はさらに、変調された有色光７２を生成する空間光変調器７０上へと導かれることになる。次いで、変調された有色光７２は、投影光学系７４を通り、可変焦点デバイス７６を通って画面７８上へ向かうことが可能となっている。
【００２４】
図３に示すように、可変焦点デバイス７６は、投影光学系７４内に統合されることになる。あるいは、図４に示すように、可変焦点デバイス７６は、投影光学系と独立して、光路において投影光学系７４の前および／または後に配置されてもよい。可変焦点デバイス７６の位置に関係なく、デバイス７６を通過する光は、二者択一的に焦点を合わせたりぼかしたりした画像または画像部分を画面７８上に生成するように修正されることも可能である。
【００２５】
表示システム１０は、画像の生成を管理するように構成されたコントローラ８６を備えている。具体的に言えば、コントローラ８６は、カラー光源６６、空間光変調器７０、および／または可変焦点デバイス７６を管理することができる。たとえば、いくつかの実施形態において、コントローラ８６は、カラー光変調器６４からカラー画像情報を受け取り、このカラー情報を基づいて空間光変調器７０の動作を制御して画像を生成するようになっている。いくつかの実施形態では、コントローラ８６はカラーホイールの速度および位置を調整することが可能である。あるいは、カラー光源６６が複数の光を使用する他の実施形態では、コントローラ８６はカラー光源６６を直接制御することが可能である。
【００２６】
さらに、コントローラ８６は、空間光変調器７０と一緒に可変焦点デバイス７６を制御して、画像および／または画像部分を変調することが可能である。たとえば、図３において、コントローラ８６は、可変焦点デバイスの効果が画面上で実現されるように可変焦点デバイス７６を制御することが可能である。コントローラ８６は、可変焦点デバイス７６を異なる焦点特性の間で急速に変え、それによって、画像または画像部分を焦点の合った状態と焦点のぼけた状態との間でシフトさせることができる。同様に、図４において、コントローラ８６は、表示される画像または画像部分が焦点の合った状態と焦点のぼけた状態との間で急速にシフトするように可変焦点デバイス７６を制御することが可能である。あるいは、可変焦点デバイス７６は、別個のコントローラ（図示せず）によって独立して管理するようにしてもよい。
【００２７】
例示的な実施形態において、光は画面の画像部分に対応する複数のマイクロミラーを含んだ空間光変調器へ伝えられるようになっている。コントローラ８６は、各マイクロミラーを独立して作動して、画面上で対応する画像部分の色および強度を調整するように構成されている。さらに、コントローラ８６は、上述のように可変焦点デバイスを管理して、画像の選択された部分の焦点を合わせたりぼかしたりことができる。このような制御では、画像中で鋭いエッジおよび明暗コントラストを維持しながら色を混合することにより画質を高めることができる。
【００２８】
図５は、可変焦点デバイス７６が空間光変調器７０の後、かつ投影光学系７４の前に位置付けられた表示システム１０における可変焦点デバイス７６の使用を示している。簡単に上記したように、多くの異なる機構を用いて可変焦点デバイス７６の効果を提供することができる。たとえば、可変焦点デバイスは、１つまたは複数の反射レンズ（ミラーなど）および／または１つまたは複数の屈折レンズを備えることも可能である。屈折レンズは、それを通過する入射光を曲げるか、または発散するように構成されている。
【００２９】
図５において、光６８はカラー光源６６を介して生成されている。光６８は、空間光変調器７０に向かって導かれ、結果として生じる変調光７２はさらに可変焦点デバイス７６上へ導かれ、投影光学系７４を通って画面７８上へと導かれている。図５は、可変形すなわち可変曲率ミラーアレイ９０の形態の可変焦点デバイス７６を示している。本明細書中で使用する場合、可変曲率ミラーとは、経時的に変化させて光の反射を変えることができるあらゆるミラーまたは表面を含んでいる。反射光は、焦点の合った状態と焦点のぼけた状態との間で変わる画像または画像部分を生成するようになっている。
【００３０】
別の実施形態において、空間光変調器自体が可変形ミラーのアレイから形成され、それによって、可変焦点デバイスを空間光変調器のマイクロミラーアレイと統合することが可能となっている。
【００３１】
可変形ミラー、適応光学素子、バイモルフミラー（ｂｉｍｏｒｐｈ ｍｉｒｒｏｒ）などを含むが、これらに限定されない任意の好適な可変曲率ミラーを用いることができる。いくつかの実施形態において、可変曲率ミラーは、ミラー表面を制御可能に変形させる複数の電気アドレス型アクチュエータを含むことも可能である。アクチュエータは、画像部分の焦点を選択的に合わせたりぼかしたりすべく、個別に作動できるようになっている。
【００３２】
図６は、平面状態９２と湾曲状態９４との間で変えることができる可変曲率ミラー９１の例示的な一部を示している。可変曲率ミラー部分９１は、平面構成と少なくとも１つの湾曲構成との間で変わることができる反射面９６を含んでいる。反射面９６は通常、反射性コーティングで被覆されており、圧電材料または圧電素子９８の層に結合されている。圧電素子９８に電圧が印加されると、圧電素子は横方向に拡大／縮小する。かかる拡大／縮小により構造全体が曲がり、それによって、可変曲率ミラー部分９１の表面曲率が変わることになる。可変曲率ミラーアレイ９０が、複数の個別に制御される圧電素子と、複数のミラー部分９１とを有しているということは理解されるべきである。異なる圧電素子に異なる電圧を印加することによって、ミラーの形状を調整することができる。
【００３３】
動作中、入射光は、可変曲率ミラーアレイ９０の反射面９６に入射している。上述のように、反射面９６の曲率は、可変曲率ミラーアレイ９０内の圧電素子９８によって調整することができる。ある時には、反射面９６は略平面であってもよい。また別の時には、反射面９６は、様々な角度に湾曲していてもよい。曲率は、光が反射面上に入射する際にその光に影響を与え、それによって、画面上での画像の焦点を変えるものである。したがって、可変曲率ミラーアレイ９０の構成に応じて、画像または画像部分が焦点の合った状態または焦点の合っていない状態のいずれかで画面７８上に生成されることになる。
【００３４】
図示のように、可変焦点デバイス７６は、バイモルフミラー素子を使用することができる。理解されるように、各バイモルフミラー素子は、圧電材料の層と受動的材料（ｐａｓｓｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）の層とを含む多層構造により形成されていてもよい。この材料の露出面には、反射性材料が被覆されている。圧電材料の（電圧による）活性化時、ミラー素子の曲率は、たとえば平面状態から湾曲状態へ変化している。
【００３５】
図７ないし図１０は、可変焦点デバイス７６の代替的な実施形態を示している。具体的に言えば、図７ないし図１０は、表示システム内で実施され得る複数の焦点ホイールすなわち回転（ｓｐｉｎｎｉｎｇ）レンズを示している。図示の各焦点ホイールは、発散レンズとして機能することができる。したがって、各焦点ホイールは、入射光が画面に入射する際にその焦点を経時的に変えるように構成されている。図示の焦点ホイールは、曲率が異なり、かつホイールが回転する（ｒｏｔａｔｅ ｏｒ ｓｐｉｎ）際に光路内に連続して位置付けされるレンズ領域を含んでいる。
【００３６】
図７は、光路内に配置されるようになっている焦点ホイール１００を示している。焦点ホイール１００は、レンズの一部に沿って円弧状に延びるレンズ領域１０２を含んでいる。レンズ領域１０２は、レンズの周囲を途中まで延びるものとして図示するが、任意の距離にわたって延び得ることに留意すべきである。図８の焦点ホイール１００の断面図に最もよく示されるように、レンズ領域１０２は、入射光を発散させるように構成された凹領域である。具体的に言えば、入射光１０４は、矢印１０５で示すように、レンズ領域１０２を通り抜けると発散するようになっている。レンズ領域の構成に応じて、レンズ領域は、光線を横方向に発散させるか、縦方向に発散させるか、あるいはその両方に発散させることが可能である。
【００３７】
動作中、焦点ホイール１００は、矢印１０６で示すように、軸１０７を中心に回転することができるようになっている。光線１０４がレンズ領域１０２を通り抜けると、光は縦方向に発散するので、画面上の光の焦点に影響を及ぼすことになる。図９に示すように、焦点ホイール１００と略同一の第２の焦点ホイール１１０は、単独で用いても、焦点ホイール１００と組み合わせて用いても、あるいは焦点ホイール１００と連続して用いてもよく、第２のレンズ領域１１２は、入射光線１０４を水平方向に発散させるように構成されている。これら２つのホイールは、組み合わせた状態で光線が縦方向および水平方向に発散するように位置付けされている。
【００３８】
図１０は、可変焦点デバイス７６の別の実施形態を示している。図示の実施形態では、複数のレンズ領域１１８および１２０を有する別の焦点ホイール１１６が示されている。２つのレンズ領域１１８および１２０は、異なる曲率を有している。かかる曲率は、光が異なるレンズ領域を通過する際の光の発散度または収束度に影響を及ぼし得るものである。任意数のレンズ領域を使用できることに留意すべきである。
【００３９】
いくつかの実施形態では、レンズ領域１２０が鋭く湾曲しているのに対し、レンズ領域１１８は、曲率がかなりわずかであるか、あるいは全くない場合がある。焦点ホイール１１６が回転する間、光は異なるレンズ領域１１８および１２０を順次通過している。焦点ホイール１１６の回転を制御することによって、画像または画像部分の焦点を選択的に合わせたりぼかしたりすることが可能である。したがって、高い発散度をもたらすレンズ領域が光路内にあると、画面上の光点のサイズが拡大することになる。このような拡大は、穏やかな濃淡および／または混合を必要とする画像または画像部分を向上させるものである。同様に、最小の発散度をもたらすレンズ領域が光路内にあると、光点のサイズは小さいままとなる。小さい光点は、テキストなどのエッジに鋭く焦点を合わせることを可能にし、かかるエッジを明確にかつはっきりとさせることになる。
【００４０】
図１１は、上述した表示システムにおいて、画面上での画質を高める方法を全体として２００で示している。方法２００は通常、光線を生成するように構成された照明源を設けること（２０２）を含んでいる。本方法はさらに、光線を照明源から光路に沿って画面上へ導くこと（２０４）を含んでいる。２０６では、光線の焦点距離を選択的に変えて、画面上の画像の少なくとも一部を断続的に変えている。焦点距離を変えることによって、画面上の対応する画像部分の焦点が変わることになる。換言すれば、焦点を合わせた画像と焦点をぼかした画像とを画面上でインタリーブすることができる。各画像部分は、異なる焦点距離間で急速に順次変わることによって、焦点を合わせたりはずしたりすることができる。一時的に焦点をぼかした画像部分は、隣接する画像部分と重なるように構成され、画像全体が混合されたように見せている。かかる混合は、視聴者に対する画質を高めるものである。
【００４１】
画質を高めるシステムの様々な代替的な実施形態および配置を上記で図示および説明してきたが、当業者には、多数の他の実施形態、配置、および変更が可能であり、かつ本発明の範囲内にあることが理解されよう。換言すれば、当業者は、本発明において、併記の特許請求の範囲に定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなく多数の変形がなされ得ることを理解するであろう。本発明の説明は、本明細書中に記載した要素の新規で非自明的な組み合わせを全て含むものとして理解されるべきであり、これらの要素の任意の新規で非自明的な組み合わせに対しては、本件または後の出願において特許請求がなされ得るものである。上記の実施形態は例示的であり、本件または後の出願において特許請求され得る全ての可能な組み合わせにはどの単一の機能または要素も不可欠ではない。請求項が「１つの」または「第１の」要素あるいはその均等物を挙げる場合、かかる請求項は、１つまたは複数のかかる要素の組み込みを含むものとして理解されるべきであり、２つまたはそれ以上のかかる要素を要求するものでも、除外するものでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による可変焦点デバイスを有する表示システムのいくぶん概略的な図である。
【図２】図１の可変焦点デバイスの実施前後に生成された画像を比較する図である。
【図３】可変焦点デバイスが本発明の別の実施形態による表示システムの投影光学系と一体である表示システムのブロック図である。
【図４】可変焦点デバイスの代替的な位置を示す、表示システムの別のブロック図である。
【図５】本発明の別の実施形態による可変焦点デバイスとしての可変曲率ミラーの使用を示す、表示システムの概略図である。
【図６】図５に示す可変曲率ミラーの動作を示す側面図である。
【図７】本発明のさらに別の実施形態による可変焦点デバイスとして用いることが可能である例示的な焦点ホイールの正面図である。
【図８】図７の線８−８に沿った焦点ホイールの、断面図であって、湾曲したレンズ領域を通過すると発散する入射光を示すものである。
【図９】組み合わせた状態で可変焦点デバイスとして用いられる２つの焦点ホイールの正面図であり、第１の焦点ホイールは入射光線を横方向に発散させる湾曲レンズ領域を含み、第２の焦点ホイールは入射光線を縦方向に発散させる湾曲レンズ領域を含んだものである。
【図１０】本発明のさらに別の実施形態による複数のレンズ領域を有する別の例示的な焦点ホイールの正面図である。
【図１１】本発明の一実施形態による画面上での画質を高める方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
１０  画像投影システム
１１  表示装置
１２  照明源
１４  光路
１６，７８  画面
１８  画像
３０  空間光変調器
３６，７６  時変焦点デバイス
３７，１００，１１６  ホイール
５０  画像フレーム
６０，６８  光
６２  光源
６６  カラー光源
７２  入射光
９０  可変曲率ミラー
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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