(57)【要約】  本願は、複数の光導体と、複数の発光源と、中間像面とを含む画像形成用光源モジュールを開示する。複数の光導体の各々は、入口面と、出口面と、少なくとも１つの側壁とを有し、光導体のすべてが、共通の基準点と交差する、対応する配光軸に沿って光を供給することが可能である。複数の発光源の各々は、複数の光導体のうちの単一の光導体にのみ光を供給する。中間像面は、複数のピクセルを備え、各ピクセルは、複数の光導体のうちの対応する単一の光導体の出口面から光を受容する。【選択図】図１ａ
2012500411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成用光源モジュールであって、
各々が入口面と、出口面と、少なくとも１つの側壁とを有する複数の光導体と、
各々が前記複数の光導体のうちの単一の光導体にのみ光を供給する複数の発光源と、を備える、画像形成用光源モジュールと、
前記複数の光導体から光を受容し、前記光を供給して投影画像を形成するように構成された投影レンズであって、光軸と入射瞳とを有し、前記入射瞳は中心を有する、投影レンズと、を備える投影システムであって、
各光導体は、少なくとも１つの発光源から光を受容し、中間像面の複数のピクセルのうちの対応する単一のピクセルを通じて前記投影レンズの前記入射瞳に光を供給するように配設されており、
更に、前記複数の光導体のうちの少なくとも２つが、対応する異なる配光軸に沿って光を供給する、投影システム。
【請求項２】
更に、前記対応する異なる配光軸は、前記投影レンズの前記入射瞳の前記中心に向けて光を供給するように構成されている、請求項１に記載の投影システム。
【請求項３】
更に、すべての光導体が、対応する異なる配光軸に沿って光を供給する、請求項１に記載の投影システム。
【請求項４】
更に、少なくとも１つの光導体が、前記投影レンズの前記光軸に対して平行でない内部配光軸を有する、請求項１に記載の投影システム。
【請求項５】
更に、前記複数の光導体の前記出口面のすべてが共面であり、かつ前記投影レンズの前記光軸に対して垂直である、請求項１に記載の投影システム。
【請求項６】
更に、前記複数の光導体の前記出口面のうちの少なくとも２つが共面でない、請求項１に記載の投影システム。
【請求項７】
更に、前記複数の光導体の前記出口面のうちの少なくとも１つが、前記投影レンズの前記光軸に対して垂直でない、請求項１に記載の投影システム。
【請求項８】
更に、前記複数の光導体のうちの少なくとも２つが、異なる遠視野分布で光を供給する、請求項１に記載の投影システム。
【請求項９】
更に、少なくとも１つの光導体の少なくとも１つの側壁が、反射コーティングを有する、請求項１に記載の投影システム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの光導体が中空である、請求項９に記載の投影システム。
【請求項１１】
更に、すべての光導体のすべての側壁が実質的に平面的である、請求項１に記載の投影システム。
【請求項１２】
更に、少なくとも１つの光導体の少なくとも１つの側壁が非平面的である、請求項１に記載の投影システム。
【請求項１３】
更に、前記投影レンズは非テレセントリックである、請求項１に記載の投影システム。
【請求項１４】
更に、前記投影画像は実像である、請求項１に記載の投影システム。
【請求項１５】
更に、前記投影画像は虚像である、請求項１に記載の投影システム。
【請求項１６】
更に、前記中間像面の前記複数のピクセルは、非デカルト系の配列で配列されている、請求項１に記載の投影システム。
【請求項１７】
更に、前記非デカルト系の配列は、前記投影システムにおける歪みを補正するように配列されている、請求項１６に記載の投影システム。
【請求項１８】
更に、前記投影画像は、観測者の視点から見ると規則的なデカルト系の配列に見える複数のピクセルを備える、請求項１７に記載の投影システム。
【請求項１９】
更に、前記中間像面の前記複数のピクセルは、前記投影画像の複数のピクセルに１対１で対応する、請求項１に記載の投影システム。
【請求項２０】
更に、多数の光導体の各々が、その出口面全体にわたって輝度と色とが実質的に一様である光を与える、請求項１に記載の投影システム。
【請求項２１】
前記中間像面の前記複数のピクセルを超える数の複数のピクセルを備える画像形成器を更に備え、前記画像形成器は、前記画像形成用光源モジュールから光を受容し、より高解像度の画像を前記光に与えることが可能である、請求項２０に記載の投影システム。
【請求項２２】
少なくとも１つの光導体の前記入口及び出口面は、平行でない平面的な表面である、請求項１に記載の投影システム。
【請求項２３】
各々が入口面と、出口面と、少なくとも１つの側壁とを有する複数の光導体であって、前記光導体のすべてが、共通の基準点と交差する、対応する配光軸に沿って光を供給することが可能である、複数の光導体と、
各々が前記複数の光導体のうちの単一の光導体にのみ光を供給する複数の発光源と、を備える画像形成用光源モジュールであって、
各光導体は、少なくとも１つの発光源から光を受容し、中間像面の複数のピクセルのうちの対応する単一のピクセルを通じて光を供給するように配設されている、画像形成用光源モジュール。
【請求項２４】
各々が入口面と、出口面と、少なくとも１つの側壁とを有する複数の光導体であって、前記光導体のすべてが、共通の基準点と交差する、対応する配光軸に沿って光を供給することが可能である、複数の光導体と、
各々が前記複数の光導体のうちの単一の光導体にのみ光を供給する複数の発光源と、
複数のピクセルを備える中間像面であって、各ピクセルが、前記複数の光導体のうちの対応する単一の光導体の前記出口面から光を受容する、中間像面と、を備える、画像形成用光源モジュール。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００１】
一態様において、本開示は、画像形成用光源モジュールと投影レンズとを含む投影システムを提供する。画像形成用光源モジュールは、各々が入口面と、出口面と、少なくとも１つの側壁とを有する複数の光導体（light guide）と、各々が複数の光導体のうちの単一の光導体にのみ光を供給する複数の発光源とを有する。投影レンズは、複数の光導体から光を受容し、その光を供給して投影画像を形成するように構成される。投影レンズは、光軸と、中心を有する入射瞳とを有する。この投影システムにおいて、各光導体は、少なくとも１つの発光源から光を受容し、中間像面の複数のピクセルのうちの対応する単一のピクセルを通じて投影レンズの入射瞳に光を供給するように配設される。更に、複数の光導体のうちの少なくとも２つは、対応する異なる配光軸（light distribution axes）に沿って光を供給する。
【０００２】
別の態様において、本開示は、複数の光導体と、複数の発光源と、中間像面とを含む画像形成用光源モジュールを提供する。複数の光導体の各々は、入口面と、出口面と、少なくとも１つの側壁とを有し、光導体のすべてが、共通の基準点と交差する、対応する配光軸に沿って光を供給することが可能である。複数の発光源の各々は、複数の光導体のうちの単一の光導体にのみ光を供給する。中間像面は、複数のピクセルを備え、各ピクセルは、複数の光導体のうちの対応する単一の光導体の出口面から光を受容する。
【０００３】
本開示のこれらの態様及び他の態様は、以下の詳細な説明から明らかとなろう。しかしながら上記の概要は、決して、請求する対象を限定するものとしてみなされるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
本開示について、添付の図面に関連して説明する。
【図１ａ】投影システムの概略横断面図。
【図１ｂ】画像形成用光源モジュールの概略等角図。
【図２】画像形成用光源モジュールの概略横断面図。
【図３】画像形成用光源モジュールの概略横断面図。
【図４ａ】光導体の集合体の概略図。
【図４ｂ】光導体の集合体の概略図。
【図５ａ】光導体の概略図。
【図５ｂ】図５ａの光導体の遠視野輝度分布の概略図。
【図５ｃ】光導体の概略図。
【図５ｄ】図５ｃの光導体の遠視野輝度分布の概略図。
【図６】光導体の概略図。
【図７】非デカルト系の画像配列の概略図。
【図８】投影システムの概略図。
【図９】投影システムの構成要素の概略横断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
会議室、劇場、打ち合わせ会場、及び教室で用いられているものなど、投影システムは、比較的大規模な情報ディスプレイにおいて広く使用されている。また、以前にも増して、技術の進歩により、投影システムは、携帯型メディアプレーヤー又は携帯電話など、より小規模な用途での利用にも実用的となりつつある。本開示は、投影システムの構成要素に関するものであり、小型の投影システムにおいて特に有用となり得るものである。
【０００６】
いくつかの投影システムは、光源と、照明光学系と、画像形成器と、投影光学系と、投影スクリーンとを含んでいる。照明光学系は、光源から光を収集し、その光を１つ以上の画像形成器に向ける。画像形成器又は画像形成用空間光変調器は、電子的に調整され処理されたデジタル信号によって制御され、その信号に対応する画像を生成する。投影システムで広く使用されている画像形成器のタイプには、反射型液晶（ＬＣＯＳ）、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）、及び液晶マイクロディスプレイが挙げられる。投影光学系は、画像形成器によって光に与えられた画像を拡大し、その画像を投影スクリーンの上に投影する。
【０００７】
アークランプなどの白色光源が、投影ディスプレイシステム用の光源として使用されてきたが、今もなお一般的に使用されている。長寿命、高効率、及び優れた熱特性を含めて、多数の望ましい特質により、現在、発光ダイオード（ＬＥＤ）が光源として導入されている。ＬＥＤ及び他の発光固体技術が投影システムにおける光源として有用であることは、画像形成器の照明の他にも展開され得る。投影システムの構成の大いなる転換において、発光要素の配列は、光源と画像形成装置の双方として機能することができ、それによって、空間光変調器の必要性及び空間光変調器への光供給に必要な照明システムの必要性は、排除又は低減されている。そのようなピクセル化された光源が、米国特許仮出願第６０／８９３８０４号の「発光要素の配列（Array of Luminescent Elements）」（ハーゼ（Haase））の恩恵を主張する、同時係属中の同一所有者のＰＣＴ特許出願第ＵＳ２００８／０５５００４号の「発光要素の配列（Array of Luminescent Elements）」（ハーゼ（Haase））に記載されている。本開示において、本発明者らは、配列化された発光源とそれに関連する光学系とを組み込んだ投影システムについて説明する。
【０００８】
図１ａは、投影システム１００の一実施形態の概略横断面図である。投影システム１００は、１つ以上のレンズ要素１１２を有する投影レンズ１１０を含んでもよい。投影レンズ１１０は、光軸１１４と、中心１１８を有する入射瞳１１６とを有している。
【０００９】
投影システム１００は、１次元又は２次元配列で配列された複数の発光源１２２（ＬＥＤなど）と、複数の光導体１２４とを含む画像形成用光源モジュール１２０を含んでいる。複数の光源が配列されるこの１次元又は２次元配列は、平面的な表面上に配設されても、非平面的な表面上に配設されてもよい。図１ｂは、発光源１２２と光導体１２４とを含む画像形成用光源モジュール１２０の概略等角図である。
【００１０】
各光導体、例えば光導体１２６は、入口面１２８と、出口面１３０と、少なくとも１つの側壁１３２とを有している。光導体の出口面は、光を導く形状又は構造を有してもよい。入口面、出口面、及び入口面と出口面との間の光導体の横断面は、丸形であっても多角形であってもよく、特定の光導体に関し、これらの面及び横断面は、光導体に沿った種々の部分にて同じ形状であっても異なる形状であってもよい。光導体の横断面積は、光導体に沿って依然として一定であってもよく、あるいは、より小さな面積を有する入口面からより大きな面積を有する出口面へと拡大していてもよい。いくつかの実施形態において、光導体は、錐台の幾何学的形状をなしてもよい。
【００１１】
光導体は中空であってもよく、あるいは、アクリル、ポリカーボネート、ガラス、又は任意の他の好適な有機材料、無機材料、若しくは複合材料など、実質的に透明な中実の光学材料から形成されていてもよい。中実の光導体材料の屈折率は一般に、その性能に影響を与える。中空の光導体の場合、入口面又は出口面（又は両方の面）のいずれかが、媒体の境界面であってもよく、あるいは、面の位置に材料の境界面を伴わずに周辺部によって画定される幾何学的な面であってもよい。
【００１２】
画像形成用光源モジュール１２０は、各発光源が単一の光導体にのみ光を供給するように配列されていてもよい。例えば、図１ａにおいて、発光源１３４は光導体１２６にのみ光を供給する。各光導体は、一般に、入口面を通じて少なくとも１つの発光源から光を受容する。いくつかの実施形態において、本明細書の他の箇所で議論し説明するように、光導体は複数の光源から光を受容してもよい。
【００１３】
発光源１２２は、光学接着材料（図示せず）など、実質的に透明な光結合材料で光導体１２４に結合されていてもよく、結合材料を用いずに互いに接触していてもよく、あるいは、図示のように空隙で分離されていてもよい。発光源１２２の発光表面と光導体１２４との空隙を最小化又は除去すると、通常、発光源から光導体への光結合の効率が向上するが、これは少なくとも、屈折率の異なる媒体同士の境界面におけるフレネル損失が減じられることによるものである。他方で、入口面１２８など、光導体の入口面に隣接して空隙が存在することにより、結果として、発光源から発せられた光の光導体内における伝播角度の範囲を狭め、したがって、結合材料が発光源と光導体とを光学的に結合する場合と比較して、明るさを高めることができる。本開示のいくつかの実施形態において、発光源は光結合材料によって光導体に結合される。他の実施形態において、発光源と光導体は空隙によって分離される。
【００１４】
光源から受容された光は、光導体内で入口面から出口面へと伝播する。この伝播の間、光は光導体の１つ以上の側壁から反射してもよい。そのような反射は、全反射であってもよく、全反射に満たないフレネル反射であってもよく、及び／又は、光導体の１つ以上の側壁に光学的に含められた反射コーティングからの反射であってもよい。中空の光導体は一般に、側壁上に反射コーティングを用いる。
【００１５】
複数の光導体１２４のうちの各光導体は、中間像面１４０を通じて出口面を介して光を供給する。中間像面１４０は、複数の光導体１２４の複数の出口面全体を集合した形状をなしてもよい。図１ａに示す実施形態において、中間像面１４０は平面的であってもよく、この場合、複数の光導体１２４の出口面のすべてが共面をなしている。他の実施形態において、本明細書に記載し説明するように、中間像面は平面的でなくてもよい。
【００１６】
各光導体１２４は、中間像面１４０の複数のピクセルのうちの対応する単一のピクセルを通じて光を供給してもよい。いくつかの実施形態において、各光導体は、実質的に、対応する単一のピクセルのみを通じて光を供給する。ピクセルは一般に、画像の絵素である。中間像面のピクセルに関連して用いるとき、ピクセルと光導体の出口面との間には１対１の対応が存在する。各ピクセルは、対応する単一の光導体の出口面から光を受容する。
【００１７】
画像形成用光源モジュール１２０の複数の光導体１２４のうちの各光導体は、中間像面１４０を通じて投影レンズ１１０の入射瞳１１６に光を供給するように配設されている。投影レンズ１１０は、複数の光導体１２４から光を受容し、その光を供給して投影画像を形成するように構成されているが、その投影画像は、実像であっても虚像であってもよい。光導体の出力によって中間像面１４０上に形成される画像は、投影レンズ１１０によって供給されるこの実像又は虚像に対して共役となる。
【００１８】
一般に、投影レンズ１１０の入射瞳１１６を通じて透過されない光は、画像を形成するように投影レンズによって供給されることができない。投影レンズ１１０の入射瞳への光の供給を改善するために、複数の光導体１２４のうちの種々の光導体が、対応する異なる配光軸１４２に沿って光を供給するように構成されてもよい。例えば、図１ａにおいて、光導体１２６は配光軸１４４に沿って光を供給するが、この配光軸１４４は一般に、複数の配光軸１４２のうちの他の配光軸とは異なっている。配光軸は一般に、数学的なベクトルである。対応する光導体１２４の画像形成用光源モジュール１２０における物理的位置と組み合わされると、配光軸１４２は、投影レンズ１１０の入射瞳１１６の中心１１８に向けて光を供給するように構成されていることを特徴としてもよい。
【００１９】
投影レンズ１１０の入射瞳１１６の中心１１８は、画像形成用光源モジュール１２０の配光軸１４２が交差する共通の基準点をなしている。投影レンズ１１０の非存在下で、投影レンズと共に使用するように設計され得る画像形成用光源モジュール１２０は、依然として、共通の基準点と交差する配光軸１４２を特徴としてもよい。いくつかの実施形態において、光源モジュールは、共通の基準点に収束する配光軸に沿って光を供給する。他の実施形態において、光源モジュールは、共通の基準点から発散する配光軸に沿って光を供給する。
【００２０】
投影レンズ１１０の入射瞳１１６の中心１１８に向けた光の供給は、投影レンズが非テレセントリック設計であってもよいことを意味する。本開示の投影システムのいくつかの実施形態において、非テレセントリックの投影レンズが用いられる。いくつかの実施形態において、投影システムは、軸外の投影のために非テレセントリックの投影レンズを用いてもよく、この場合は、中間画像又は投影画像のいずれも、投影レンズの光軸に沿って中央に位置せず、むしろ軸外にシフトする。他の実施形態において、シャインプルーフの原理を利用するために、投影レンズの傾きが用いられてもよい。画像形成用光源モジュール１２０のいくつかの実施形態において、すべての光導体１２４が、対応する異なる配光軸１４２に沿って光を供給する。一般に、光導体からの光の分布は、光導体の特定の幾何学的配列に依存することになる。
【００２１】
図２及び３は、本開示による投影システムと共に使用され得る画像形成用光源モジュールの実施形態の概略横断面図である。図２及び３は、画像形成用光源モジュールを用いて可能となる多数の変形例を示している。一般に、本開示の図のいずれかに表された、及び／又は詳細な説明に記載された、いかなる変形例、機構、又は特徴も、その変形例がその投影システムに適合する限り、本明細書に開示する任意の他の投影システムに組み込まれてよい。
【００２２】
図２に示す画像形成用光源モジュール２２０は、複数の発光源２３４ａ、２３４ｂ、及び２３４ｃから光を受容する少なくとも１つの光導体２２６を含んでいる。例えば、発光源２３４ａ〜２３４ｃは、様々な比率で光導体２２６に光を同時に供給して、出口面１３０に多色ピクセルを生じることができる、独立にアドレス指定可能な赤色、緑色、及び青色の発光体であってもよい。別の実施形態において、例えば、発光源２３４ａ〜２３４ｃは、色の順次システム（color sequential system）と呼ばれるシステムにおいて様々な比率で光導体２２６に光を順次に供給して、出口面１３０に時間平均式の多色ピクセルを生じることができる、独立にアドレス指定可能な赤色、緑色、及び青色の発光体であってもよい。他の実施形態において、例えば、明るさ、温度、又は他の性能の目標を達成するために、同じ色の複数の発光源が単一の光導体に光を供給してもよい。更に他の実施形態において、少なくとも１つの光導体が、対応する単一の発光源から光を受容し、その発光源が、単色、白色、又は他の任意の好適な単一色を発してもよい。
【００２３】
図２に示す画像形成用光源モジュール２２０は、中間像面２４０を越えて延びる材料部分２５０を含んでいる。この実施形態において、光導体２２６の出口面２３０など、光導体の出口面は、種々の材料の間の境界面にあってもなくてもよい。それでもなお、本明細書で説明するように、材料同士の間の境界面が光導体の出口面に存在しない場合でも、この面は、光導体の幾何学的形状によって形成される周囲に対して画定される。
【００２４】
画像形成用光源モジュール２２０の材料部分２５０と光導体２２４は、同じ材料から一体となって形成されてもよく、又は別々に形成され接合されてもよく、異なる材料又は類似の材料から形成されてもよい。材料の選択は、例えば、製造上の理由で、あるいは光学的、機械的、又は他の性能上の理由で決められてもよい。異なる屈折率を持つ材料が使用される場合、種々の媒体が接合する中間像面で屈折が生じ得る。図３に関連して本明細書で議論するように、中間像面が平面的でない場合、そのようないかなる屈折も、スネルの法則によって更に修正され得る。
【００２５】
中間像面２４０の反対側で、画像形成用光源モジュールの材料部分２５０が表面２６０で境界を画されてもよく、表面２６０は平面的であっても、図示のように非平面的であってもよい。非平面的な表面２６０は、凹、凸、非球面、アナモルフィック、フレネル、回折、又はファセットの形状を有してもよく、あるいは、任意の他の好適な形状を有してもよい。表面２６０は、多数の理由により非平面的にされてもよい。いくつかの光学的効果は、配光軸２４２で表される、表面２６０に対する光導体２２４からの出力の入射角に影響される。例えば、光導体２２４からの光が、種々の光導体から種々の箇所に種々の入射角で表面２６０に入射する場合、表面２６０は、表面上での位置に応じて変化する屈折又はレンズ効果をその光に与えることができる。表面２６０を付形する別の理由は、フレネル反射を原因とする損失を低減又は修正するために、表面に対する光の入射角を制御することであってもよい。そのような効果について、図４に関して本明細書で更に議論する。
【００２６】
別の実施形態において、表面２６０は、マイクロレンズ配列の形態をなしてもよく、１つのマイクロレンズが中間像面２４０の各ピクセルに関連づけられる。そのような実施形態において、材料部分２５０は、表面２６０のマイクロレンズがそれらに対応するピクセルにごく近接して配設され得るように、薄く作られてもよい。材料部分２５０の厚さが最小厚さに減じられる限界において、そのような構成は、材料部分２５０が光導体２２４と機械的に連結することなく、各々が個別のレンズレットを出口面に持つ光導体２２４の集合体としてみなされてもよい。
【００２７】
表面２６０は、例えば、フレネル反射の大きさを減じるために、光学コーティングを含んでもよく、そのようなコーティングの利点を享受し得る、本明細書における投影システムのいずれかの任意の表面も同様である。当該技術分野で周知のように、そのようなコーティングには、例えば、単層の四分の一波長コーティング、又はより高度な有機若しくは無機材料の多層コーティングが挙げられる。
【００２８】
図３は、画像形成用光源モジュール３２０の別の実施形態を示している。この実施形態において、中間像面３４０は、非平面的な曲線に従い、中間像面に接する光導体３２４の出口面は共面ではない。更に、出口面が共面ではないので、画像形成用光源モジュール３２０が投影システム内で投影レンズに結合されると、出口面の少なくともいくつかは、投影レンズの光軸に対して垂直とならない。対照的に、図１ａに示す実施形態において、光導体１２４の出口面は共面であり、それらの出口面は投影レンズ１１０の光軸１１４に対して垂直である。別の実施形態において、出口面は共面であるが、投影レンズの光軸に対して垂直でなくてもよい。
【００２９】
図４ａ及び４ｂは、画像形成用光源モジュールにおいて使用され得る光導体４２４ａ及び４２４ｂの集合体の概略図である。図４ａの光導体４２４ａは、内部配光軸４７２ａが互いに対して傾き又は傾斜を所有するという点においても、光導体の出口面４３８ａが、対応する内部配光軸に対して様々な配置を有するという点においても、互いに異なっている。
【００３０】
光導体の内部配光軸は、光導体の対応する発光源から生じた最大強度の光が、出口面を通じて光導体を出る直前に、光導体内で伝播する方向である。一般に、本開示の光導体は、内部配光軸が光導体の慣性主軸と緊密に整列するように、そのような光の分布を形作る傾向にある。
【００３１】
固体の光導体の場合、光導体材料の屈折率は、一般に光導体が光の分布を形作る程度の影響を与える要因となる。例えば空気と光導体材料との間で屈折率に大きな差があると、場合によっては、結果として材料の境界面で屈折力がより大きくなり、それにより、所与の光導体の幾何学的形状に対し、光を導く光導体の能力が向上され得る。より屈折率の高い材料を使用することで、結果として、更に全反射（Ｔ．Ｉ．Ｒ．）によっても光を封じ込める上でより効果的な光導体が得られ、一方でまた、場合によっては、そのような光導体は、全反射効果、並びに、全反射の臨界角未満で入射する光に対するフレネル反射が原因で、出口面における閉じ込め光（trapping light）の影響をより受けやすくなる。フレネル反射は、適切な反射防止コーティングで緩和されてもよい。
【００３２】
内部配光軸に沿って光導体内を進行する光が、出口面を通じて光導体を出るとき、その光は、出口面によって方向変換されて、結果として、画像形成用光源モジュールに対して外側への光の伝播を特徴付ける、図１ａの配光軸１４２のうちの１つなどの配光軸が得られる。このことは、図４の実施形態、並びに本開示の他の実施形態に当てはまるものであり、所望の光の分布を達成するために、画像形成用光源モジュールの設計者に利用され得るものである。
【００３３】
図２及び３の画像形成用光源モジュール２２０及び３２０の場合、そのような方向変換は、光導体の出口面の表面２４０と３４０、及び／又は光が画像形成用光源モジュールから抜け出る表面２６０と３６０で、生じ得る。
【００３４】
光導体４２４ａの屈折率が、通常は空気である周囲の媒体の屈折率よりも高いと仮定すると、図４ａに示すように、内部配光軸４７２ａと出口面４３８ａとの関係は、結果として、光軸４１４ａから離れる屈折をもたらす傾向がある。いくつかの実施形態において、回折などの屈折以外の光学的効果が、光導体から伝播する光の分布に影響を与え得る。
【００３５】
図４ｂと図４ａとを比較すると、光導体４２４ｂの内部配光軸４７２ｂは、傾いておらずむしろ平行であるが、出口面４３８ｂは、対応する内部配光軸４７２ｂに対して、図４ａとは反対方向に角度をなしており、したがって光軸４１４ｂに向かう屈折が生じ、このことは、本開示の画像形成用光源モジュールに望ましいものとなり得る。
【００３６】
設計上の別の問題は、フレネル反射による損失が、様々な光導体において内部配光軸に対する出口面の相対角度に応じて低減又は増大され得ることである。適切な反射防止コーティングにより、そのような損失を緩和してもよい。
【００３７】
いくつかの実施形態において、光導体の出口面は、レンズ、回折構造、又は任意の他の好適な光方向変換構造を含んでもよい。
【００３８】
引き続き、図４ａ及び４ｂを参照すると、光導体４２４ａ、４２４ｂは、中間像面４４０ａ、４４０ｂを通じて光を供給している。これらの実施形態において、光導体４２４ａ、４２４ｂの出口面４３８ａ、４３８ｂは、中間像面４４０ａ、４４０ｂと必ずしも厳密に整列していないが、これは、図１、２、及び３に示す実施形態とは対照的であり、後者の実施形態では、出口面は中間像面と非常に緊密に、あるいは完全に整列している。出口面が対応する中間像面と整列する程度により、中間像面のピクセル間の「クロストーク」の量は、大きくも小さくもなり得る。
【００３９】
各光導体が、中間像面の対応する単一のピクセルを通じて排他的に光を供給する程度で、ピクセル間の「クロストーク」、すなわち隣接するピクセルへの光情報の配信は、排除、最小化、または許容可能な性能レベルに制限することができる。いくつかの実施形態において、中間像面のピクセル間に、基本的にクロストークが存在しない。他の実施形態において、許容可能な量のクロストークが存在してもよい。更に他の実施形態において、例えば、性能、製造容易性、コスト、又は他の理由により、ある量のクロストークがピクセル間に存在することが望ましい場合もある。
【００４０】
投影システムが意図されたとおりに動作するとき、中間像面は、投影レンズの目標として働く画像を生む。クロストークを排除するような方式で出口面を配置する妨げとなり得る、図４ａ及び４ｂのような出口面の傾きなど、他の設計上の特徴が原因でクロストークが回避できない限りにおいて、高画質を得るために、光導体は、クロストークを最小化するように中間像面に対して配置される。中間像面は、中間像面を通じて光を供給する光導体の出口面の中心を、数学的に最良に適合することで定められた表面として画定される。一般に、この表面は、中間像面のピクセル間のクロストークの総量を最小にする表面と、基本的に同じか、あるいは非常に近いものである。
【００４１】
図４ａ及び４ｂに示すように、光導体４２４ａ、４２４ｂの出口面４３８ａ、４３８ｂの各々の中心は、中間像面４４０ａ、４４０ｂに接している。
【００４２】
一般に、光導体の幾何学的形状は、出力分布に影響を与える。図５ａ及び５ｃは、光導体（光源付）の概略図であり、図５ｂ及び５ｄは、対応する遠視野輝度分布（輝度対角度）を概略的に表したものである。図５ａの光導体５２４ａと図５ｃの光導体５２４ｃとを比較すると、その違いとして、（ｉ）光導体５２４ａの対向壁がなす角度５７０ａが、光導体５２４ｃの角度５７０ｃと比較して大きいこと、（ｉｉ）内部配光軸５７２ｃ及び５７２ａによって特徴付けられるように、光導体５２４ａと比較して光導体５２４ｃが傾き又は傾斜をなすこと、が挙げられる。これらの違いは、図５ｂ及び５ｄの輝度分布５８０ｂ及び５８０ｄに寄与しており、光導体５２４ａに対応する分布５８０ｂは、光導体５２４ｃに対応する半値全幅（ＦＷＨＭ）５８２ｄを持つ分布５８０ｄと比較して、より狭いＦＷＨＭ  ５８２ｂを示している。光導体５２４ｃの傾斜の効果は、分布５８０ｄのオフノーマルピーク（off-normal peak）５８４ｄに見られる。光導体の遠視野輝度分布のピークの方向は、出口面の効果を除いて、内部配光軸の方向に延びている。本開示の投影システムのいくつかの実施形態において、少なくとも１つの光導体が、投影レンズの光軸に対して平行でない内部配光軸を有する。いくつかの実施形態において、少なくとも２つの光導体が、異なる遠視野輝度分布幅で光を供給する。
【００４３】
図１〜５において、光導体は、実質的に平坦又は平面的な側壁を有して見えるように描かれている。一般に、光導体は、平面的な側壁を有しても、非平面的な側壁を有してもよい。図６は、光導体６２４を持つ発光源６２２の概略図であり、光導体６２４は、非平面的な曲線状の側壁６３２を有している。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの光導体が、非平面的な壁を有する。他の実施形態において、すべての光導体のすべての側壁が平面的である。
【００４４】
一般的に言えば、投影システムは、その投影システムが提供する投影画像の質に影響を与える様々な現象又は条件に左右され得る。例えば、投影レンズは、収差又は歪みを伴って画像を投影することがある。歪みのない投影レンズが利用可能であったとしても、軸を外して装着されたスクリーンに投影機が照明するときに生じる台形の「くさび石（keystone）」の像形状など、投影機とスクリーンとの相対的位置を原因とする遠近歪みが現れることがある。別の例において、観測者が本質的に直線的な又はデカルト系の画像、つまり、一定の間隔をなす方形の配列で配列されたピクセルを含む画像を見ることを意図して、投影機は、プラネタリウムのドーム又はウィンドシールドの内側などのような、曲線状の表面に画像を投影してもよい。
【００４５】
本開示の投影システムは、画像形成用光源モジュールの計画的な配列により、そのような効果を少なくとも部分的に含むように設計されてもよい。中間像面のピクセルは、投影システムにおける後の歪みを予め補正するために、非デカルト系の配列で配列されてもよい。例えば、図７は、非デカルト系の画像配列７００の概略図である。ピクセルは、格子の交差点７１０に位置する。画面上に投影されると、投影画像は、視聴者には、例えばピクセルの正方格子に見え得る。
【００４６】
この構想を更に説明するために、図８は、投影システム８００を概略的に表したものである。投影機８１０は、画像８２０（図示の例は、恐らく自動車）を曲線状のスクリーン８３０上に投影している。画像８２０が、観測者８４０の視点とは異なる任意の視点から見られる場合、画像８２０は歪んで見え得るが、観測者８４０は直線的なデカルト系の画像と認識し、ピクセルは、規則的なデカルト系の配列に見える。更に、投影機８１０が、設計で対象とした位置以外の任意の場所に配置された場合、又は、投影機が設計で対象としたスクリーン以外の任意のスクリーン上に投影する場合、観測者がデカルト系と認識する画像を投影できることもあれば、できないこともある。投影機８１０は、投影機８００で生じる歪みを補正するために、中間像面上に非デカルト系のパターンでピクセルを設置して設計されている。投影システム８００は、他の歪み補正機構を同様に含んでもよい。
【００４７】
本開示で説明したような画像形成用光源モジュールを組み込んだ投影システムは、中間像面の複数のピクセルが投影画像の複数のピクセルと１対１で対応するように構成されてもよい。そのようなシステムにおいて、中間像面における画像は、基本的に、投影レンズによって投影されるものと同じ解像度の画像となり得る。画像形成用光源モジュールを組み込んだ他の投影システムにおいて、画像形成用光源モジュールは、より高解像度の画像形成器又は空間光変調器の照明器として働くことができる。
【００４８】
図９は、投影システム９００の構成要素の概略横断面図である。投影システム９００は、液晶マイクロディスプレイ又は任意の他の好適な空間光変調器などの画像形成器９７０を含んでおり、この画像形成器９７０は、中間像面９４０に近接して配設されており、画像形成用光源モジュール９２０から光を受容することが可能である。画像形成器９７０は、中間像面９４０の複数のピクセルを超える数の複数のピクセル９７２を含んでおり、中間像面の複数のピクセルは、中間像面の複数の出口面９３１と同じである。画像形成器９７０は、画像形成用光源モジュール９２０の出口面９３１によって出力された光の画像よりも高解像度の画像を光に与えることができる。
【００４９】
図９に示すように、画像形成用光源モジュール９２０を画像形成器９７０の照明器として使用することにより、画像形成用光源モジュールを、適応型のゾーン式照明器（zoned illuminator）として使用することもできる。例えば、光導体９２６は、画像形成器９７０のピクセル９７４にのみ光を与える。発光源９３４は、ピクセル９７４の明るさに求められるレベルの照度を達成するのに必要な量の光を出口面９３０にて与えるだけでよく、その照度は、画像形成器９７０の他の箇所で必要となる照度の量よりも小さなものとなり得る。コントラスト比がより高く、エネルギー消費量がより低くなることが、そのような配置から生じ得る利点に含まれる。そのような実施形態が実際に機能するためには、照度と色が出口面全体にわたって実質的に一様である光を光導体が与えることが望ましくなり得る。本開示のいくつかの実施形態において、多数の光導体の各々が、そのような一様性の基準を満たす光を与える。そのような投影システムにおいて画像形成用光源モジュールから与えられる光は、白色であってもよい。この場合、色画像は、画像形成器が色フィルタの配列と共に用いられると達成され得る。別の実施形態において、色フィルタの配列は用いられないが、多色の投影システムが、画像形成用光源モジュールからの色の順次式の照明と共に達成され得る。
【００５０】
投影システムの別の実施形態において、画像形成用光源モジュールは、反射型液晶（ＬＣＯＳ）、デジタル・マルチミラー・デバイス（ＤＭＤ）（デジタル・ライト・プロセッサ（ＤＬＰ）としても知られる）、又は他の好適な画像形成器など、より高解像度の反射式画像形成器の照明器として働いてもよい。そのようなシステムにおいて、光学システムは、中間像面を反射式画像形成器に映してもよく、例えば同一所有者の同時係属中の米国仮特許出願第６１／０１７，９８７号の「投影システム（Projection System）」（マガリル（Magarill））において開示されているような全反射プリズムなど、他の光処理構成要素が同様に用いられてもよい。図９に関連して説明した実施形態の適合する任意の特徴が、そのような反射式画像形成器に基づくシステムにおいても同様に用いられてよい。
【００５１】
本開示の例示的な実施形態が議論されており、多くの場合、本開示の範囲に含まれる可能な変形形態が論及されてきた。本開示における他の変形形態及び変更形態が、当業者には、本開示の範囲から逸脱することなく明らかになろう。また、本開示は、本明細書に記載した例示的な実施形態に限定されないことを理解されたい。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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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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【国際調査報告】
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