JP2003322910A - 投影装置 - Google Patents

投影装置

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JP2003322910A
JP2003322910A JP2003112551A JP2003112551A JP2003322910A JP 2003322910 A JP2003322910 A JP 2003322910A JP 2003112551 A JP2003112551 A JP 2003112551A JP 2003112551 A JP2003112551 A JP 2003112551A JP 2003322910 A JP2003322910 A JP 2003322910A
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Joshua M Cobb
エム コッブ ジョシュア
David Kessler
ケスラー デビット
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Eastman Kodak Co
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    • H04N5/7441—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor involving the use of a spatial light modulator, e.g. a light valve, controlled by a video signal the modulator being an array of liquid crystal cells

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マルチカラー画像を投影するためのデジタル
投影装置を提供する。 【解決手段】 デジタル投影装置１０は、各色成分のた
めの光変調アセンブリ３８の一部として拡大リレーレン
ズアセンブリ２８を含む。リレーレンズアセンブリ２８
は、マルチカラー画像を形成すべく各光変調アセンブリ
３８からの各色の変調光を結合するのに使用するダイク
ロイックコンバイナとして機能するＶプレートアセンブ
リまたはＶプリズムアセンブリ２７への入射光の有効ｆ
／＃を増大する。拡大リレーレンズアセンブリ２８はま
た、投影レンズ３２の作動距離を削減し、より低コスト
の設計を実現するとともに、表示面４０に最も適した投
影レンズ３２の交換を容易にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に、空間光変調
器を用いて形成されたデジタル画像を投影するための投
影装置に関し、特に複数の空間光変調器で生成されたマ
ルチカラーデジタル画像をこのような投影装置の投影経
路におけるダイクロイック結合素子にリレーするための
改良された装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】デジタル投影系が、従来のフィルムプロ
ジェクタに代わる適切なものとして考えられるために
は、画像品質に対する厳しい要件を満たす必要がある。
このことは、マルチカラー映画投影系に特にあてはま
る。従来の映画品質のプロジェクタに代わる、競争力の
あるものを提供するには、デジタル投影装置は高い性能
基準を満たし、高い解像度、広い色域、高い輝度、およ
び１０００：１を越えるフレームシーケンスコントラス
ト比を提供する必要がある。
【０００３】マルチカラーデジタル映画投影の問題解決
策として最も有望なのは、画像形成装置として２つの基
本的なタイプの空間光変調器のうちの１つを用いるもの
である。空間光変調器の第１のタイプは、テキサス州、
ダラスのテキサスインスツルメンツ社が開発したデジタ
ルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）である。ＤＭＤ素子は
数々の特許、たとえば、米国特許第４,４４１,７９１
号、第５,５３５,０４７号、第５,６００,３８３号（す
べてHornbeck）、および第５,７１９,６９５号（Heimbu
ch）等に記載されている。ＤＭＤを用いた投影装置の光
学設計は、米国特許第５,９１４,８１８号（Tejada
ら）、第５,９３０,０５０号（Dewald）、第６,００８,
９５１号（Anderson）、および第６,０８９,７１７号
（Iwai）に記載されている。しかし、ＤＭＤベースのプ
ロジェクタは必要な光スループット、コントラスト比、
および色域をもたらす、ある程度の能力は示すものの、
本質的な解像度の制限（現在の装置では１０２４×７６
８画素にとどまっている）と部品およびシステムのコス
トが高いことにより、高品質デジタル画像映画投影に対
するＤＭＤの受容性は制限されていた。
【０００４】デジタル投影に用いられている第２のタイ
プの空間光変調器は液晶装置（ＬＣＤ）である。ＬＣＤ
は対応する各画素について入射光の偏光状態を選択的に
変調することによって画素のアレイとして画像を形成す
る。ＬＣＤは高品質デジタル映画投影系のための空間光
変調器として利点を有するように思える。これらの利点
とは、装置のサイズが比較的大きい点や装置の歩留まり
が良好である点などである。ＬＣＤ空間光変調器を利用
する電子投影装置の例は、米国特許第５,８０８,７９５
号（Shimomuraら）、第５,７９８,８１９号（Hattori
ら）、第５,９１８,９６１号（Ueda）、第６,０１０,１
２１号（Makiら）、および第６,０６２,６９４号（Oika
waら）等に開示されている。
【０００５】空間光変調器を用いた電子投影装置では、
従来は赤、緑、青（ＲＧＢ）である個々の色が、光路の
対応する赤色、緑色または青色部分において別々に変調
される。その後、変調された各色光を結合し、合成マル
チカラーＲＧＢカラー画像を形成する。変調された色光
を結合する投影光学系には２つの基本的な手法がある。
収束法と特徴づけられる第１の手法は、従来の投影系を
適合させたものである。収束法を用いると、赤色、緑
色、および青色成分の光は別々の軸を有し、これが必要
に応じて各光路を効果的に曲げる投影光学系によって収
束され、ある焦点面で合成マルチカラー画像を形成す
る。例えば、米国特許第５,３４５,２６２号（Yeeら）
は収束映像投影系を開示している。重要なことに、この
米国特許第５,３４５,２６２号では収束投影法での大き
な問題のうちの１つ、すなわち別々のカラー画像を投影
面で適切に重ね合わせなくてはならない点を示してい
る。色光投影経路のうちの任意の１つに沿った焦点のず
れ、または重ね合わせミスは即、不良画像となってしま
う。この手法を用いると画像経路は焦点面のみで収束さ
れることを理解することが有益である。
【０００６】米国特許第５,９０７,４３７号（Sprotber
yら）は、上述の収束法を用いて、設計の複雑さを簡略
化し、マルチカラー投影系に固有の光路の整列および重
ねあわせの問題をある程度、軽減する試みを開示してい
る。米国特許第５,９０７,４３７号では、収束光学系が
赤色、緑色、および青色の変調された光路を収束させて
収束画像を形成し、投影レンズの軸に集中させるという
利点がある光バルブ投影系について説明している。米国
特許第５,９０７,４３７号で概説されている設計手法
は、このように収束法を用いるシステムの投影レンズ設
計作業を簡略化するものであるが、収束法に固有である
その他の問題はまだ残っている。
【０００７】米国特許第５,９０７,４３７号に開示され
たのと類似した手法における顕著な問題の一つは、エテ
ンデュ（etendue）が比較的高いことである。光学技術
の分野では周知であるように、エテンデュは光学系が扱
うことのできる光の量に関連する。潜在的には、エテン
デュが高いほど、画像は明るくなる。数値的には、エテ
ンデュは２つの要素、すなわち画像面積と開口数の積に
比例する。たとえば、開口数を上げるとエテンデュも高
くなり、光学系はより多く光を捕捉する。同様に、ソー
ス画像のサイズを大きくして、光がより広い領域で生じ
るようにすると、エテンデュも高くなり、従って輝度も
高くなる。一般に、エテンデュが高くなると光学設計は
より複雑になり、コストもかかる。たとえば、米国特許
第５,９０７,４３７号に概説されているような手法を用
いると、光学系のレンズ部材は高いエテンデュに合わせ
て設計しなくてはならない。システムの光学系を介して
収束されなくてはならない光に対するソース画像面積
は、赤色、緑色、青色光路における空間光変調器の結合
面積の和であり、特筆すべきことに、これは形成される
最終マルチカラー画像の面積の３倍である。すなわち、
米国特許第５,９０７,４３７号に開示された構成では、
赤色、緑色、および青色光路を別々で、かつ光学的に収
束させなくてはならないため、光学部材はかなりの画像
領域、したがって高いエテンデュを扱うものである。さ
らに、米国特許第５,９０７,４３７号に開示された構成
では形成される最終マルチカラー画像の面積の３倍から
の光を扱うため、各光路は全体の３分の１の光レベルし
か含まないので、輝度の上昇という利点が得られない。
特に、米国特許第５,９０７,４３７号に開示されたよう
な収束光学系の第２のリレーレンズおよび投影レンズ
は、本質的に高いエテンデュに制約されるため、このよ
うな解決策のコストおよび複雑さを増してしまう。さら
に、第２のリレーレンズは、可視スペクトル全体におい
て色補正を行わなくてはならない。同時に、リレーレン
ズおよび投影レンズの種々の部分が種々の波長を扱うた
め、局所的なレンズの欠陥、埃、または塵が投影画像に
影響を及ぼすだけでなく、色品質にも影響を及ぼし得
る。従って、エテンデュの制約、色補正の必要性、埃お
よび塵に対する敏感さ、デジタル投影のための輝度レベ
ルを最大にする必要性を考慮すると、米国特許第５,９
０７,４３７号に例示されている収束法の障害となる本
質的な制限が大きい。
【０００８】投影光学系に代わる手法は共軸法として特
徴づけることができる。赤色、緑色、青色成分の光ビー
ムを曲げて焦点面に収束させる収束法とは対照的に、共
軸法では赤色、緑色、および青色成分の変調光ビームを
共通の軸に沿って結合する。このために、共軸法ではＸ
キューブまたはフィリップス（Philips）プリズム等の
ダイクロイック結合素子を用いる。米国特許第５,０９
８,１８３号（Sonehara）および米国特許第６,０１９,
４７４号（Doanyら）に開示されているようなＸキュー
ブまたはＸプリズムおよび関連のダイクロイック光学素
子は光学結像の分野ではよく知られている。ダイクロイ
ック結合素子は、各色の光路からの変調光を結合し、共
通の軸に沿って共に光路を折って、投影レンズに結合カ
ラー画像を供給する。
【０００９】図１を参照すると、共軸法を用いた従来の
デジタル投影装置１０の概略ブロック図が示されてい
る。それぞれの色の光路（ｒは赤、ｇは緑、ｂは青）に
は、変調光ビームを形成するための類似した部材が用い
られる。各光路内の個々の部材には、添え字ｒ、ｇ、ま
たはｂが適切に付されている。しかし、以下の説明では
必要なときのみ各光路を区別することとする。３色の光
路のいずれかをたどって、光源２０が変調されていない
光を供給し、これを均一化光学系２２によって調整して
均一な照射とする。偏光ビームスプリッタ２４が、適切
な偏光状態の光を空間光変調器３０に配向し、変調器３
０で画素部位のアレイにおける入射光の偏光状態を選択
的に変調する。空間光変調器３０の作用により、画像を
形成する。この画像からの変調光は光軸Ｏr、Ｏg、Ｏｂ
に沿って偏光ビームスプリッタ２４を透過し、従来のシ
ステムでは一般的にＸキューブまたはフィリップスプリ
ズムであるダイクロイックコンバイナ２６へと配向され
る。ダイクロイックコンバイナ２６は別々の光軸Ｏr、
Ｏg、Ｏｂからの赤色、緑色、および青色変調画像を結
合して、共通の光軸Ｏに沿った投影レンズ３２に対して
結合マルチカラー画像を形成し、投影スクリーン等の表
示面４０へと投影する。
【００１０】米国特許第５,９０７,４３７号を参照して
概説した収束法とは対照的に、図１のブロック図に示さ
れ、米国特許第５,８０８,７９５号（Shimomuraら）に
例示されるような共軸法にはいくつかの利点がある。光
スループットに関しては、共軸法は共通軸に沿って光路
を結合するため、光学系のエテンデュを増大しない。そ
の代わりに、投影レンズ３２、ダイクロイックコンバイ
ナ２６は、適切な光軸ＯrおよびＯｂを折って光軸Ｏgと
合わせて共通の光軸Ｏを形成することにより、空間光変
調器３０ｒ、３０ｇ、３０ｂの領域を光学的に重ね合わ
せる。従って、このように１、２、３、またはそれ以上
の空間光変調器が組み合わされても、エテンデュが増大
することはない。さらに、光の色それぞれが別々に変調
されてから、結合され、共通の光軸Ｏに沿って投影レン
ズ３２へと供給されるため、ダイクロイックコンバイナ
２６と投影レンズ３２との間に光学系を必要としない。
【００１１】ダイクロイックコンバイナ２６として、代
わりに米国特許第３,２０２,０３９号（DeLangら）に開
示されるようなフィリップスプリズムを用いることも可
能である。デジタル画像投影技術の分野の当業者には周
知のように、フィリップスプリズムは、たとえば米国特
許第６,２８０,０３５号、第６,１７２,８１３号（いず
れもTadic-Galebら）、第６,２６２,８５１号（Marshal
l）、および第５,６２１,４８６号（Doanyら）に開示さ
れているようなプロジェクタの設計においてクロマチッ
クセパレータまたはコンバイナ部材として用いられてい
る。
【００１２】図１の基本モデルを用いて設計されたデジ
タル投影装置１０は良好なレベルの画像品質を提供する
ことが可能だが、まだ改良の余地があるようである。ダ
イクロイックコーティングによる制約が考慮すべき主な
事項であろう。ダイクロイックコンバイナ２６に用いる
ダイクロイックコーティングは、広い角度範囲にわたる
入射光で適切な性能とするように設計、製造するには費
用が高く、難しい恐れがあり、高い輝度レベルおよび広
い色域が求められる投影の用途では特にそうである。ダ
イクロイックコーティングは入射角および波長の関数と
して光を反射、透過する。入射角が変わると、透過また
は反射される光の波長も変化する。ｆ／＃が低い光学系
でダイクロイックコーティングを用いると、入射角が広
範囲であるために、コーティングによって広いスペクト
ルが反射または透過される。
【００１３】図２および図３は、入射光の角度の範囲が
広くなるにつれてのダイクロイックコーティングの性能
の変化を示す。図２および図３を参照すると、点源Ｐか
ら、これらの図では斜めに配置されたダイクロイック表
面３６に入射する光円錐が図示されている。図２および
図３では、光が２つの異なるｆ／＃値でダイクロイック
表面３６に入射している。図２において、ｆ／＃がより
小さい光円錐はより広い角度範囲でダイクロイック表面
３６に入射している。入射角は、ダイクロイック表面３
６の垂線Ｎについて考えられる。１つの最端での入射光
ビームでの角度Ａと逆の最端での角度Bとの差により、
ダイクロイック表面３６は透過および反射された光円錐
において色ずれをおこす。
【００１４】これと比較すると、図３では、より大きな
ｆ／＃で光円錐が入射している。ここでは入射光円錐の
両端での角度Ａ’とＢ’の差は非常に小さい。このよう
な場合、図２のｆ／＃がより小さい場合と比較して、ダ
イクロイック表面３６の反応によって透過および反射光
円錐で生じる色ずれはより小さい。
【００１５】図２および図３より明らかなように、ダイ
クロイック表面３６は、一般的にはプリズム４２である
支持構造を有する。収差を最小限にするには、光円錐が
より小さい角度範囲をもたらす、ｆ／＃がより大きい図
３よりも、光円錐がより広い角度範囲をもたらす、ｆ／
＃がより小さい図２の方が、表面４４ａおよび４４ｂの
平坦さがより重要である。このように、ｆ／＃がより大
きい光円錐を用いることができれば、ダイクロイックコ
ンバイナにおけるプリズム４２の表面の許容値の要件が
緩和でき、コストおよび整列の複雑さを低減できる。し
かし、従来、システムの設計が輝度を最大限にすること
に向けられているため、投影系ではｆ／＃がより小さい
光円錐が使用されている。
【００１６】図２および図３に示される、より高いｆ／
＃の利点に関連するのは、図４および５を比較して示さ
れるテレセントリック性の利点である。ここでは、点源
Ｐ１，Ｐ２およびＰ３が平坦な画像面上の点を表してお
り、ダイクロイック表面３６に光線が入射している。図
４において、点源Ｐ１，Ｐ２およびＰ３からの光円錐は
テレセントリックであり、対応する角ＣおよびＤは同一
である。これに比べて、図５では、光円錐はテレセント
リックではなく、対応する角Ｃ’およびＤ’は異なって
いる。入射角におけるこの差によってＰ１がＰ３とはわ
ずかに異なる色を帯びることとなり、それによってフィ
ールドにおける色ずれが生じる可能性がある。
【００１７】図２−図５より、小さな入射角範囲（すな
わち高いｆ／＃）でテレセントリックな光を供給する利
点があることが分かる。しかし、実用においては、デジ
タル投影装置については、同時に高い輝度レベルを維持
する必要があることから、これらの利点を得るのは難し
いことが分かっている。
【００１８】結像技術の分野ではよく知られているよう
に、色域を最大にするため、各合成色のスペクトル域は
できるだけ狭くして、飽和色をできるだけ純粋にする必
要がある。たとえば、幾分、緑の光も含む赤の光チャネ
ルを用いて深い赤を生成するのは難しいであろう。従っ
て、色結合プリズムまたは他の光学素子で低いｆ／＃を
用いると、ダイクロイックコーティングの広いスペクト
ル反応によって色域が小さくなる。しかし同時に、より
広い角度範囲でより多く集光するため、高い輝度レベル
を得るにはｆ／＃が低いことが望ましい。従来、フィル
タリング等の色域を改善するための補正技術があるもの
の、これらの技術は輝度を下げる可能性がある。従っ
て、ダイクロイックコンバイナ２６におけるコーティン
グの制限により、輝度レベルと色域の両方を最適化する
という投影系１０の光学系の可能性は制約されてしま
う。
【００１９】図６は、光源Ｐから配向された光に対する
理想的なＸキューブ１２６の反応を示す。Ｘキューブ１
２６は、適切に表面処理されて接合された４つのプリズ
ム１２８ａ，１２８ｂ，１２８ｃ，および１２８ｄを含
む。表面１３０ａおよび１３０ｂは、適切な波長を有す
るＰからの光を反射するように処理されている。表面１
３０ａおよび１３０ｂは、収差のない反射を与え、点
Ｐ’で画像を形成するように、完全に平坦、かつ互いに
関して完全に整列されなくてはならない。図６と比較し
て、図７では表面１３０ａおよび１３０ｂが完全に整列
されていない場合のＸキューブ１２６’の反応が示され
ている。表面１３０ａおよび１３０ｂが整列されていな
いと、点源Ｐからの光は点Ｐ１’および点Ｐ２’で２つ
の別々の画像を形成してしまう。上述の継ぎ目が見える
といった収差の影響は、画像点Ｐ１’およびＰ２’間の
距離が１画素幅以上のオーダであると、最も顕著となろ
う。明らかに、Ｘキューブ１２６’を介して反射された
画像のかすみは、どの方向においても画像点Ｐ１’およ
びＰ２’間の距離が長くなるにつれてますます顕著とな
る。従って、画素の寸法が小さいほど、Ｘキューブ１２
６’の製造における欠陥による収差の影響が大きくな
る。
【００２０】一般的なＸキューブダイクロイックコンバ
イナ２６の制限は、その素子自体の製造に固有のもので
ある。Ｘキューブは４つのプリズムから組立てられ、各
プリズムの内側表面には適切なダイクロイックコーティ
ングが施されている。製造の際、プリズムは、その内側
表面同士ができるだけきっちりと整列されるように、互
いにのり付けされる。しかし、これらの素子が従来のデ
ジタル投影のための解決策として用いられたときに、Ｘ
キューブ製造におけるわずかな許容誤差が、結像の問題
につながり得る。たとえば、Ｘキューブ内における平坦
な被覆面のわずかな整列のずれにより、色ぶち等の収差
が起こり得る。色ぶちの収差はある程度までは補正でき
るが、この種の問題に屈しにくいのがダイクロイックコ
ンバイナ設計の利点であろう。ダイクロイック表面が組
み合わされる継ぎ目は表示画像では１以上の線として表
れがちである。高品質のＸキューブの製造は、それぞれ
のプリズムが同一の屈折率を有するという要件によって
さらに複雑となるが、実用においてはこの点は、すべて
のプリズム部材に対して同じ溶融ガラスを用いたときに
最も良く達成できる。さらに、複数のプリズム表面に対
してコーティングプロセスが均一でなくてはならない。
一般に、Ｘキューブ表面に施される光学コーティングは
サブミクロンの厚さで、多層となっており、５０ないし
６０層に及ぶ層が必要となることもある。従って、精密
に製造を行うことに加えて、部品のトラッキングも注意
深く行わなくてはならない。組立てられたＸキューブの
外側面を均一で平坦な表面にする上での難しさによっ
て、さらに問題がもたらされる。この複雑さによりＸキ
ューブのコストがかなり高くなることが理解されるであ
ろう。最後に、従来の手法を用いて輝度を得ると、熱レ
ベルが高くなり、Ｘキューブの接着剤およびコーティン
グ表面に損傷を与え得る。
【００２１】実用において、図６のような完璧なＸキュ
ーブ１２６を製造することは非常に難しく、ある程度の
誤差を許容する必要があることが容易に理解されるであ
ろう。このため、Ｘキューブ１２６を利用した光学系を
設計する際に、Ｘキューブ１２６の許容差を緻密に維持
することに対する依存度を最小限にするのが有利であ
る。
【００２２】これに関連した、結像品質のために重要な
ことは、光学系において可能な限りテレセントリック性
を保持することである。空間光変調器３０の表面上の２
つの異なる点源の位置からの光円錐がテレセントリック
でなければ、これらの異なる位置はダイクロイックコン
バイナ２６のダイクロイック表面に異なる入射角を呈す
ることとなる。これに応じ、ダイクロイックコンバイナ
２６は異なるフィールド位置で異なる波長帯を反射し、
画像に色ずれが生じる。光学設計の分野において、空間
光変調器３０でのテレセントリックな結像が画像のコン
トラストのむらをさらに低減するのに役立つことがよく
知られている。
【００２３】投影装置の設計においてよく知られている
もう一つの原則は、投影レンズ３２のレトロフォーカス
距離を最小にする、つまり投影レンズ３２の後側作動距
離の要件とコストを最小にするのが有益であることであ
る。たとえば、米国特許第６,００８,９５１号（Anders
on）に開示されている解決策のように、その有効焦点距
離に関して長い後側焦点距離を有する投影レンズのコス
トおよび複雑さの要件を回避するのが望ましい。
【００２４】米国特許第６,１１３,２３９号（Sampsell
ら）は、投影レンズの後側作動距離の要件をだんだんと
低減するハイブリッドＸキューブの設計を伴う投影ディ
スプレイ部材の構成を開示している。この開示では、偏
光ビームスプリッタとダイクロイック結合面の双方が一
つのＸキューブにおいて結合され、他の従来技術の設計
と比べて、投影レンズの作動距離が短くなっている。し
かし、顕著なのは、米国特許第６,１１３,２３９号の設
計では、ダイクロイック表面の角度の制約が緩和されて
いないため、輝度の改良が達成されていない。他の問題
としては、すべての色および偏光の組み合わせについて
偏光ビームスプリッタのコーティングが簡単に最適化さ
れないため、コーティングの解決策のコストがかかるも
のであること等がある。加えて、作動距離の要件につい
てさらに改良されるのが有益であろう。
【００２５】米国特許第５,９４４,４０１号（Murakami
ら）は、Ｘキューブダイクロイックスに代わるものとし
て、プラスチックのプリズム内にダイクロイック表面を
含む光学ブロックを開示している。この解決策は、プラ
スチックの屈折率が空気よりも高いため、後側作動距離
の要件を幾分緩和している。後側作動距離を最小限にす
るために、透過型空間光変調器を用いて、画像形成をで
きるだけ結合光学ブロックに近くできるようにする。し
かし、この構成は、後側作動距離の要件がまだかなり厳
しいため、反射型空間光変調器を用いたプロジェクタ装
置にはあまり向いていないであろう。後側作動距離に関
しては、米国特許第５,９４４,４０１号は従来のＸキュ
ーブの設計より利点があるわけではない。フルスケール
の映画投影にはかなりの大きさの投影レンズが必要であ
ろう。さらに、米国特許第５,９４４,４０１号に開示さ
れる解決策は上述のダイクロイック表面に固有の角度制
限について取り組んでいない。従って、この種の設計策
では輝度レベルが制約されている。
【００２６】米国特許第５,５９７,２２２号（Doany
ら）は、本質的な許容差の問題および投影レンズの作動
要件に関する上述の問題点のいくつかを緩和する、デジ
タルプロジェクタで使用するための光学リレーレンズシ
ステムを開示している。米国特許第５,５９７,２２２号
は、単一の１Ｘダブルテレセントリックリレーレンズを
用いて、ＲＧＢ色それぞれの光路からの結合画像をマッ
クニール（MacNeille）偏光ビームスプリッタにリレー
することを開示している。米国特許第５,５９７,２２２
号では、空間光変調器がダイクロイックコンバイナＸキ
ューブに非常に近く配置され、それによって外側表面の
平坦さにおける不完全さと内側表面の製造における許容
誤差の潜在的な悪影響のいくつかを最小限にしている。
しかし、この解決策は、画像の輝度と色域の両方が維持
できるようにＸキューブのコーティングおよび表面につ
いての固有の問題を補償するのに必要なレベルに全く達
していない。たとえば、Doanyらで挙げている設計はダ
イクロイックコーティングの反応における本質的な角度
依存性に対処しておらず、画像の輝度を維持しながら、
同時に広い色域をサポートするのが難しいままである。
さらに、この設計では、投影レンズが高い開口数を用い
る必要があり、このため、開口数が低い設計よりもコス
トが高くなることを意味している。空間光変調器部材の
スケールのため、米国特許第５,５９７,２２２号の設計
は高品質Ｘキューブの設計にまだかなり依存している。
さらに、米国特許第５,５９７,２２２号に開示されてい
る構成では、偏光ビームスプリッタとその変調ＬＣＤの
間で比較的多くの光学部材を使用する。偏光照射源の光
路に多数の光学部材があると、避けられないストレスに
よる複屈折のため、必然的に双方の方向への未変調光お
よび変調光の両方の偏光状態が変化してしまい、画像コ
ントラストの損失となる。
【００２７】米国特許第６,２４７,８１６号（Cipolla
ら）は各色の光路のうちの一つだけにおいてダイクロイ
ックコンバイナに向かって中間画像をリレーするための
１Ｘリレーレンズを開示している。米国特許第６,２４
７,８１６号の解決策では、部材のパッケージングの問
題には対処しているが、ダイクロイックコンバイナの反
応によって課せられる角度の制約を何ら緩和していな
い。米国特許第６,２４７,８１６号はまた、投影レンズ
の後側作動距離の要件についても緩和策を提供していな
い。
【００２８】米国特許第４,８３６,６４９号（Ledebuhr
ら）は、デジタル投影系に関する後側作動距離の制約を
緩和するのに役立つように変調光路で用いるとともに、
偏光部材のサイズを最小にするように照射経路で用いる
１Ｘリレーレンズの構成を開示している。この構成には
いくつかの利点があるものの、依然として色結合ダイク
ロイック表面が低いｆ／＃値で光を扱わなくてはなら
ず、色域が低減される。さらに、この解決策を利用する
場合、投影レンズも低いｆ／＃で動作しなくてはならな
い。
【００２９】米国特許第５,３７４,９６８号（Haven
ら）の開示でも強調されているように、投影系における
輝度を最大にする従来の手法では、低ｆ／＃光学系が重
視されているが、図２−図５を参照して説明したよう
に、色画像経路を結合するために使用するダイクロイッ
ク表面の性能は、低ｆ／＃光学系の広い入射角に阻害さ
れる。
【００３０】そのコストが高く、かつ問題が分かってい
るにも関わらず、Ｘキューブはかなりの数の結像素子の
設計においてダイクロイックコンバイナとして使用され
てきた。Ｘキューブおよび類似の素子が広く使用されて
いる理由の一つは、ダイクロイック表面を利用する他の
解決策と比較して、そのサイズが小型であることに関す
る。投影レンズの後側作動距離を最小にするため、従来
の設計手法では、たとえば米国特許第６,１１３,２３９
号に示されているように、空間光変調器をＸキューブの
近傍に配置している。
【００３１】Ｘキューブを使用しない手法は、米国特許
第６,２３１,１９２号（Konnoら）等に開示されてい
る。ここでは、各光路において等しい光学距離を保っ
て、各色の変調経路からの光を結合するためにダイクロ
イックミラーが使用されている。開示されているシステ
ムは、Ｘキューブ光学系を用いる従来の解決策よりもコ
ストがかからない解決策を提供しているが、同時に、米
国特許第６,２３１,１９２号は投影レンズシステムの後
側作動に関する要件を緩和していない。この解決策は、
プロジェクタ光学系のｆ／＃をより低い速度に制限して
おり、可能な輝度を制約するとともに、径の大きな投影
レンズを必要とする。投影経路のシリンダー型光学系に
よって非点収差の補正を行わなくてはならない。
【００３２】
【特許文献１】米国特許第４，４４１，７９１号
【特許文献２】米国特許第５，５３５，０４７号
【特許文献３】米国特許第５，６００，３８３号
【特許文献４】米国特許第５，７１９，６９５号
【特許文献５】米国特許第５，９１４，８１８号
【特許文献６】米国特許第５，９３０，０５０号
【特許文献７】米国特許第６，００８，９５１号
【特許文献８】米国特許第６，０８９，７１７号
【特許文献９】米国特許第５，８０８，７９５号
【特許文献１０】米国特許第３，２０２，０３９号
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、デジタルプ
ロジェクタ設計の従来の手法は、最大輝度で高品質の画
像とするために、性能、コスト、および複雑さに関して
何らかの妥協をしている。Ｘキューブの解決策は、比較
的小型であるために、投影レンズの後側作動距離の要件
を最小にするのに役立つが、本質的な性能の問題がある
とともに、コストが高い。より安価なダイクロイックプ
リズムを使用するのが有利であろうが、これらはより大
きな空間をとるため、この解決策は投影レンズの設計を
複雑にしてしまう。従って、最大輝度および色域を提供
しながら、ダイクロイックコーティングの本質的な角度
制限を緩和し、投影光学系の作動距離の要件を最小限に
するとともに、投影光学系の高いｆ／＃を許容して、変
調光を結合するのに高価なＸキューブを必要としないよ
うな、改良されたデジタル投影光学系の設計が必要なこ
とが分かる。
【００３４】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、マルチ
カラー画像を投影するための投影装置を提供することで
あって、前記投影装置は、（ａ）第１の波長を有する拡
大実像を形成するための第１の光変調アセンブリと、第
２の波長を有する拡大実像を形成するための第２の光変
調アセンブリと、第３の波長を有する拡大実像を形成す
るための第３の光変調アセンブリと、を備え、各変調ア
センブリは同じように構成されるとともに、（ｉ）光源
からの入射光を変調して第１の画像を形成するための光
変調器と、（ｉｉ）リレーレンズ光軸を有する拡大リレ
ーレンズと、を備え、前記拡大リレーレンズは前記第１
の画像をダイクロイックコンバイナに向けて焦点を合わ
せることで、前記第１の画像の前記拡大実像を前記リレ
ーレンズ光軸に沿って形成し、（ｂ）前記ダイクロイッ
クコンバイナは前記リレーレンズ光軸の各々を共通投影
軸に結合し、前記第１の波長を有する前記拡大実像、前
記第２の波長を有する前記拡大実像、および前記第３の
波長を有する前記拡大実像から前記マルチカラー画像を
形成し、前記ダイクロイックコンバイナは、前記共通投
影軸に沿って第１の傾斜角で配置される第１のダイクロ
イック表面と、それに隣接して、前記共通投影軸に沿っ
て前記第１の傾斜角に垂直に配置される第２のダイクロ
イック表面とを備え、前記第１および第２のダイクロイ
ック表面は交差しておらず、（ｃ）前記投影装置は前記
マルチカラー画像を投影するための投影レンズを備える
ことを特徴とする。
【００３５】本発明の特徴は、空間光変調器によって形
成された画像を拡大し、その画像をダイクロイックコン
バイナにリレーするためのダブルテレセントリック拡大
リレーレンズを提供することである。画像を拡大するこ
とにより、拡大リレーレンズは効果的にダイクロイック
コンバイナがより高いｆ／＃で動作することを可能に
し、より狭い入射角の範囲を許容するため、投影画像に
おける色域を向上する。
【００３６】本発明の利点は、より低いｆ／＃でダイク
ロイックコンバイナに変調光をリレーするため、コンバ
イナ部材上においてより安価なダイクロイックコーティ
ングを使用することが可能となる。
【００３７】本発明の別の利点は、従来のＸキューブ光
学系を利用する、より複雑な解決策に代わる、より低コ
ストの部材を使用することである。本発明の設計では、
投影のための拡大中間画像をリレーすることで、色結合
ダイクロイック部材が使用できる空間を増大する。
【００３８】本発明のさらに別の利点は、ダイクロイッ
クコーティングに害を及ぼす熱の影響を最小限にする低
コストの解決策を提供することである。Ｘキューブを不
要にすることで、本発明はさらに、結合部材に使用され
る接着剤による熱の問題を最小限にする。
【００３９】本発明のさらに別の利点は、より開口数が
小さく、良好な作動距離を有する投影レンズの使用を可
能にすることであり、後側焦点距離に対する有効焦点距
離の比が１．０を越え、レンズ設計を簡略化する。本発
明はまた、輝度を高くするようにｆ／＃がより高い投影
レンズの使用を可能にする。このように投影レンズに対
する要件を緩和することで、本発明はより要求の厳しい
設計と比較してコストを節減する。さらに、本発明で
は、交換可能な投影レンズを使用するようにプロジェク
タを設計することが可能なため、特定の表示環境におい
て簡単かつ経済的に適切な投影レンズに交換できる。さ
らに、投影レンズの開口数の要件を低減することで、本
発明はアナモルフィック投影レンズ素子の設計に固有な
複雑さを本質的に減じる。
【００４０】本発明のさらに別の利点は、光が偏光子に
よってフィルタリングされる前に投影光に複屈折をもた
らさない解決策を提供することで、コントラスト比を保
持することである。
【００４１】本発明のさらに別の利点は、共軸光学設計
に固有の輝度および色品質の長所を享受するとともに、
従来の収束投影装置の複雑な焦点の問題やレンズ設計の
問題を回避することである。
【００４２】本発明のこれらのおよび他の目的、特徴、
および利点は、本発明の例示的な実施形態が示される図
面と合わせて以下の詳細な説明を読むことにより、当業
者には明らかになるであろう。
【００４３】本明細書は請求の範囲において本発明の主
題を具体的に示し、個別に請求するが、本発明は添付の
図面と合わせた以下の説明により、よりよく理解される
と思われる。
【００４４】
【発明の実施の形態】この説明は特に本発明による装置
の一部となる、またはより直接的にそれと協働する要素
に関する。具体的に図示または説明されていない要素は
当業者には周知である種々の形態を取り得ることを理解
されたい。
【００４５】図１および図２−図５を参照して従来技術
のセクションで行った説明に関連し、本発明の目的は、
必要な輝度を与えながら、ダイクロイックコンバイナ２
６の製造についての要件が結果として緩和されることを
生かし、高いｆ／＃、かつテレセントリックな形態でダ
イクロイックコンバイナ２６に光を供給することであ
る。図６および図７についての説明は、ダイクロイック
コンバイナの機械的に精密な製造に対する要求が最小限
である状況でダイクロイックコンバイナに光を供給する
のが有利であることを示している。
【００４６】図８を参照すると、本発明の投影装置１０
の緑色光路で使用する部材の実現例が概略で示されてい
る。各色チャネルにおいて、光変調アセンブリ３８は、
その色チャネルについて適切なように拡大実像Ｉを形成
するべく協働する、拡大リレーレンズ２８と空間光変調
器３０を含む。拡大実像Ｉを形成するため、拡大リレー
レンズ２８は、その光学対象として、空間光変調器３０
上に位置して偏光ビームスプリッタ２４から反射される
画像を拡大する。全体の画像コントラストを改善するた
めに偏光子６２が設けられる。拡大リレーレンズ２８は
ダブルテレセントリックであって、ダイクロイックコン
バイナとして機能するＶプリズムアセンブリ２７に光軸
Ｏに沿って配向される変調光ビームがテレセントリック
な形態となるようにしている。Ｖプリズムアセンブリ２
７はテレセントリックな光を扱うため、角度変化による
拡大実像Ｉにおける色むらの傾向は最小である。重要な
ことに、１Ｘを上回る拡大率で空間光変調器３０上に形
成される画像を拡大することによって、拡大リレーレン
ズ２８はまた、１Ｘリレー動作でもたらされるよりも高
いｆ／＃でＶプリズムアセンブリ２７に向かって効果的
に拡大実像Ｉの焦点を合わせる。その結果、Ｖプリズム
アセンブリ２７内の第１および第２のダイクロイック表
面５８’および６０’はより狭いスペクトル帯域を扱
い、それによって、より低いｆ／＃で達成できるよりも
広い色域および高い輝度をもたらすことが可能である。
さらに、拡大リレーレンズ２８を使用すると、空間光変
調器３０ではまだｆ／＃は低いため、Ｖプリズムアセン
ブリ２７においてより高いｆ／＃が得られるにもかかわ
らず、光の損失がない。この結果、共通の光軸Ｏに沿っ
てＶプリズムアセンブリ２７の出力として、改良された
拡大実像Ｉが提供される。
【００４７】図８の構成はまた、投影レンズ３２のコス
ト削減および複雑さの要件を低減するのにも利点を与え
る。図８の構成によって、投影レンズ３２は、各拡大実
像Ｉから結合されたマルチカラー画像を表示面４０（図
８には図示せず）に投影するように、より高いｆ／＃で
有利に動作できる。さらに、各拡大実像Ｉから結合され
たマルチカラー画像を表示面４０に投影するのに投影レ
ンズ３２が必要とする作動距離が小さい。たとえば米国
特許第５,８０８,７９５号および第５,７９８,８１９号
に例示される従来技術の設計と比較して、投影レンズ３
２の後側と拡大リレーレンズ２８の前側の間の距離Ｄに
よって色結合ダイクロイックスが利用できる空間が制約
されないことが分かるだろう。むしろ、拡大実像Ｉが拡
大リレーレンズ２８の長い共役側にあるため、設計にお
いて距離Ｄを柔軟に決定でき、より大きく安価な色結合
プリズムまたは表面を使用できるようにする。
【００４８】Ｖプリズムアセンブリ２７内において、第
１のダイクロイック表面５８’は緑色光を透過して青色
光を反射し、第２のダイクロイック表面６０’は緑色光
と青色光を透過して、赤色光を反射する。
【００４９】光学系の経路で１Ｘリレーレンズが使用さ
れている上述の米国特許５,５９７,２２２号および６,
２４７,８１６号で開示されている従来技術の実現例と
は異なり、本発明の装置および方法は、拡大リレーレン
ズ２８によって１倍を越える倍率を使用している。たと
えば、２Ｘ倍率であれば、拡大リレーレンズ２８はＶプ
リズムアセンブリ２７に２Ｘ画像として拡大実像Ｉを供
給する。これにより、ダイクロイックコンバイナのｆ／
＃の要件を効果的に２倍とし、たとえば性能の要件を一
般的な値であるｆ／２．５からｆ／５に緩和する。ｆ／
２．５は、Ｖプリズムアセンブリ２７のコーティング性
能の推奨領域を軽く逸脱しうるが、ｆ／５は一般的に十
分、推奨領域内に入る。ｆ／５での入射変調光を用い
て、Ｖプリズムアセンブリ２７内の第１および第２のダ
イクロイック表面５８’および６０’は投影のための変
調マルチカラー画像を形成でき、色むらの劣化なく、広
い色域をもたらす。さらに、拡大によってより大きな画
素で画像を形成し、これにより、図６および図７を参照
して説明した、Ｖプリズムアセンブリ２７の不完全な製
造による収差の影響を低減する。
【００５０】拡大実像Ｉは、光軸Ｏに沿ってプリズムア
センブリ２７内で形成されてもまたはその近傍で形成さ
れてもよいことに注目するのが有益である。拡大実像Ｉ
は、図８に示すように、プリズムアセンブリ２７の中央
付近に形成するのがもっとも有利である。プリズムアセ
ンブリ２７内に効果的に「包み込まれた」拡大実像Ｉ
は、埃、よごれ、ゴミなどの影響を受けない。さらに、
プリズム部材は拡大実像Ｉに入射および出射するフルの
光円錐をとらえるような大きさとする必要があるため、
拡大実像Ｉがプリズムアセンブリ２７内の中央にある
と、プリズムアセンブリ２７の大きさを最小にできる。
【００５１】図８は緑色の光路のみを図示していること
を思い起こされたい。図９および図１０を参照すると、
投影装置１０の好適な実施形態における部材および赤
色、緑色、および青色光変調アセンブリ３８ｒ，３８
ｇ，３８ｂの構成が概略の上面図で示される。赤色、緑
色、または青色光変調アセンブリ３８ｒ，３８ｇ，３８
ｂの各々の内部において、赤色、緑色、または青色用空
間光変調器３０ｒ，３０ｇ，３０ｂから出力された初期
変調光円錐が、拡大リレーレンズ２８ｒ，２８ｇ，２８
ｂによって赤色、緑色、または青色光軸Ｏｒ，Ｏｇ，Ｏ
ｂに沿ってリレーされ、ダイクロイックコンバイナであ
るＶプリズムアセンブリ２７近傍または内部で、または
図１１に示されるようにＶプレートアセンブリ２５近傍
または内部で、その赤色、緑色または青色拡大実像
Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂをもたらす。図９に示される特定の構
成では、光変調センブリ３８ｂおよび３８ｒの青色およ
び赤色光軸ＯｂおよびＯｒはミラー１６で折り曲げられ
る。Ｖプリズムアセンブリ２７またはオプションでＶプ
レートアセンブリ２５は、赤色光および青色光の選択的
な反射と緑色光の透過によって３つの異なる拡大実像Ｉ
ｒ，Ｉｇ，Ｉｂを結合し、その出力において共通光軸Ｏ
に沿って結合マルチカラー拡大像Ｉｒｇｂを形成する。
投影レンズ３２は、図１０に示されるように、投影面４
０に結合マルチカラー拡大像Ｉｒｇｂを投影する。図９
と図１０を比べ、マルチカラー拡大像Ｉｒｇｂを、Ｖプ
リズムアセンブリ２７またはオプションでＶプレートア
センブリ２５の内部またはその近傍の任意の適切な位置
に形成してよいことに注目されたい。図８を参照して説
明したように、結合マルチカラー拡大像Ｉｒｇｂの理想
位置はプリズムアセンブリ２７内の中央である。
【００５２】投影レンズ３２から見ると、結合マルチカ
ラー拡大像Ｉｒｇｂは、個々の拡大実像Ｉｒ，Ｉｇ，お
よびＩｂがダイクロイックコンバイナＶプレートアセン
ブリ２５またはＶプリズムアセンブリ２７の空間位置に
関してどこに形成されるかによって、実像でも虚像でも
あり得ることに注目することが有益である。結合マルチ
カラー拡大像Ｉｒｇｂは、Ｖプレートアセンブリ２５ま
たはＶプリズムアセンブリ２７の前面と投影レンズ３２
の後部の間で個々の拡大実像Ｉｒ，Ｉｇ，およびＩｂが
形成される場合には常に、形成される色結合された像は
実像である。この構成は、図１０の結合マルチカラー拡
大像Ｉｒｇｂの位置によって示される。対照的に、個々
の拡大実像Ｉｒ，Ｉｇ，およびＩｂがリレーレンズ２８
の前面とＶプレートアセンブリ２５またはＶプリズムア
センブリ２７の前面の間に形成されると、結合マルチカ
ラー拡大像Ｉｒｇｂは投影レンズ３２に関して色結合さ
れた虚像となる。すなわち、このような場合、結合マル
チカラー拡大像Ｉｒｇｂの実際の空間「位置」は存在せ
ず、Ｖプレートアセンブリ２５またはＶプリズムアセン
ブリ２７は、個々の拡大実像Ｉｒ，Ｉｇ，およびＩｂを
結合マルチカラー拡大虚像Ｉｒｇｂとして結合するよう
動作する。
【００５３】結合マルチカラー拡大像Ｉｒｇｂが実像で
あれ、虚像であれ、投影レンズ３２は、結合マルチカラ
ー拡大像Ｉｒｇｂが形成される任意の場所から結合マル
チカラー拡大像Ｉｒｇｂを表示面４０に投影するのに必
要な後側焦点距離を伴って設計される。または、画像投
影の分野ではよく知られているように、投影レンズ３２
が投影像のアスペクト比を調整するためのアナモルフィ
ック付属品を含むようにしてもよい。
【００５４】本発明によって可能となった高いｆ／＃の
要件、より小さい相対寸法、より少ない部材数、緩和さ
れた寸法の許容差によって、デジタル投影のための投影
レンズ３２の設計のコストおよび複雑さが低減される。
従って、投影レンズ３２は、たとえば種々のスクリーン
寸法等などに合わせて容易に交換できるように設計可能
である。
【００５５】好適な実施形態では、偏光ビームスプリッ
タ２４は空間光変調器３０として反射型ＬＣＤを伴うワ
イヤーグリッドビームスプリッタである。偏光ビームス
プリッタ２４の代わりに、従来のマックニール偏光ビー
ムスプリッタまたはそれと等価な部材を用いてもよい。
【００５６】図１０と図１１を比較すると、Ｖプリズム
アセンブリ２７の代わりに、同様の動作を行うＶプレー
トアセンブリ２５を用いてもよいことが分かる。Ｖプリ
ズムアセンブリ２７もＶプレートアセンブリ２５も、近
傍に配置されるが交差されることなく、かつ互いに直角
に配向された一対の平坦なダイクロイック表面を含む。
特に、空気よりも高い反射率を有するガラスを用いるこ
とで、Ｖプリズムアセンブリ２７は投影レンズ３２に必
要な後側焦点距離をさらに短くするのに有利である。プ
レートではなくガラスのプリズムを用いると、収差、特
に軸コマ収差および非点収差が減じられる傾向がある。
Ｖプリズムアセンブリ２７は第１のキューブ５２内に第
１のダイクロイック表面５８’を、第２のキューブ５４
内に第２のダイクロイック表面６０’を包み込む。赤色
光変調アセンブリ３８ｒの光路長を等しくするためにガ
ラスキューブ５６も設けられる。
【００５７】Ｖプリズムアセンブリ２７とＶプレートア
センブリ２５のいずれが用いられても、赤色光、緑色
光、および青色光の光変調アセンブリ３８ｒ、３８ｇお
よび３８ｂの光路長を等しくするのが好適な配置であ
る。そうしなければ、単一の位置で結合マルチカラー拡
大像Ｉｒｇｂを形成するのは難しいであろう。
【００５８】図１２の概略ブロック図に示されるよう
に、空間光変調器３０の代わりに、結像光学系経路に適
切に適合させた透過型ＬＣＤとしてもよい。透過型ＬＣ
Ｄの場合、光源２０から光が均一化光学系２２で均一化
され、偏光子６２によって偏光されて、空間光変調器３
０による変調のための適切な光を与えるであろう。図１
２に示されるように、各Ｒ，Ｇ，Ｂ成分の光路は図９，
図１０，図１１の構成の平行構造となり、各光変調アセ
ンブリ３８内で部材がわずかに配置を変えられる。
【００５９】さらに別の代替例として、ＤＭＤを空間光
変調器３０として用い、デジタル投影の分野ではよく知
られているように、偏光ビームスプリッタ２４の代わり
に全反射（ＴＩＲ）ビームスプリッタとするなど、結像
光学系経路に適切に適合させてもよい。
【００６０】本発明は、光空間変調器３０による変調の
ために光源で色づけられた光を与えるための任意の適切
なタイプの照射系を用いることを可能にする。光源２０
は、ランプ、フィルタ、ＬＥＤ、レーザまたは他の照射
部材を含んでもよい。好適な実施形態では、白色光源と
してキセノンアーク灯を用い、変調のために実質的に純
粋な赤色、緑色、および青色光源２０ｒ、２０ｇ、およ
び２０ｂを供給するようにダイクロイックセパレータを
配置して光源の照射をフィルタリングし、投影結像の分
野ではよく知られている光分離技術を実施する。本発明
の開示における図面を簡潔にするため、かつ色光を得る
ための従来技術の方法は広く知られているため、光源２
０ｒ、２０ｇ、および２０ｂを供給するための照射系は
図示されていない。
【００６１】本発明のデジタル投影装置１０の利用、ま
たは本発明の方法を応用することによって、投影のため
の結合マルチカラー拡大像Ｉｒｇｂを形成するのに使用
するダイクロイックコンバイナに関する性能、寸法およ
び機械的許容差の要件が緩和される。光学系のｆ／＃を
増大させることにより、本発明の装置および方法は、ダ
イクロイック表面に入射する角度の範囲を縮小する。こ
れにより、輝度について妥協することなく、色域を改善
できる。この構成はまた、投影レンズ３２の開口数を低
減し、後側作動距離の要件を緩和するため、投影レンズ
３２の設計のコストおよび複雑さが減少される。本発明
の設計を利用すると、拡大リレーレンズ２８部材がＬＣ
Ｄ空間光変調器３０に必要な偏光照射源の光路に配置さ
れておらず、照射光の複屈折を助長しないため、高コン
トラストが維持できる。
【００６２】各色の光路がそれぞれ別個の拡大リレーレ
ンズ２８を有するため、空間光変調器３０と投影レンズ
３２の間のレンズ部材に広帯域色補正を行う必要がな
い。拡大リレーレンズ２８ｒ，２８ｇ，または２８ｂの
いずれも、それが投影装置１０にとって有利なのであれ
ば、独立して色補正することが可能である。または、拡
大リレーレンズ２８ｒ，２８ｇ，または２８ｂのうちの
任意の２つまたは３つすべてを同じように製造すること
で製造および設計コストを削減してもよい。ダイクロイ
ック表面５８または５８’および６０または６０’の精
密な製造に対する要求もまた、Ｖプレートアセンブリ２
５またはＶプリズムアセンブリ２７への入力において呈
される画像の拡大によって、および拡大リレーレンズ２
８のテレセントリック性によって、緩和される。これら
の改良をもって、本発明は投影装置１０の結像性能を向
上するとともに、最小のコストでより簡単かつ小型の光
学設計を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のデジタル投影装置の主要部材を示す概
略ブロック図である。
【図２】 ２つの異なるｆ／＃値でダイクロイックコー
ティングに光が入射するのを示す光線図である。
【図３】 ２つの異なるｆ／＃値でダイクロイックコー
ティングに光が入射するのを示す光線図である。
【図４】 ダイクロイックコーティングにテレセントリ
ックでない光とテレセントリックな光が入射するのを示
す光線図である。
【図５】 ダイクロイックコーティングにテレセントリ
ックでない光とテレセントリックな光が入射するのを示
す光線図である。
【図６】 理想的なＸキューブの結像反応を示す図であ
る。
【図７】 わずかに整列誤差のあるＸキューブの結像反
応を示す図である。
【図８】 単一色について本発明の光変調アセンブリを
示すブロック図である。
【図９】 好適な実施形態における赤色、緑色および青
色光の変調経路を示す上面図である。
【図１０】 ダイクロイックコンバイナとして内部ダイ
クロイック表面を有するプリズムを用いた本発明の投影
装置の主要部材を示す概略ブロック図である。
【図１１】 互いに垂直かつ光軸に対して傾斜角をつけ
て配置されたダイクロイック表面を用いた本発明の投影
装置の別の実施形態の主要部材を示す概略ブロック図で
ある。
【図１２】 空間光変調器として透過型ＬＣＤを用いた
本発明のさらに別の実施形態の主要部材を示す概略ブロ
ック図である。
【符号の説明】
１０ デジタル投影装置、２０ 光源、２４ 偏光ビー
ムスプリッタ、２５Ｖプレートアセンブリ、２７ Ｖプ
リズムアセンブリ、２８ 拡大リレーレンズ、３０ 空
間光変調器、３２ 投影レンズ、３８ 光変調アセンブ
リ、４０ 投影面、５８，６０ ダイクロイック表面。
フロントページの続き (72)発明者 デビット ケスラー アメリカ合衆国 ニューヨーク ロチェス ター ノース カントリー クラブ ドラ イブ 20 Ｆターム(参考） 2K103 AA01 AA05 AA07 AA14 AB01 AB04 AB07 BA11 BC07 BC22 CA12

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マルチカラー画像を投影するための投影
    装置であって、 （ａ）第１の波長を有する拡大実像を形成するための第
    １の光変調アセンブリと、第２の波長を有する拡大実像
    を形成するための第２の光変調アセンブリと、第３の波
    長を有する拡大実像を形成するための第３の光変調アセ
    ンブリと、を備え、 （ｉ）光源からの入射光を変調して第１の画像を形成す
    るための光変調器と、 （ｉｉ）リレーレンズ光軸を有する拡大リレーレンズ
    と、を備え、前記拡大リレーレンズは前記第１の画像を
    ダイクロイックコンバイナに向けて焦点を合わせること
    で、前記第１の画像の前記拡大実像を前記リレーレンズ
    光軸に沿って形成し、 （ｂ）前記ダイクロイックコンバイナは前記リレーレン
    ズ光軸の各々を共通投影軸に結合し、前記第１の波長を
    有する前記拡大実像、前記第２の波長を有する前記拡大
    実像、および前記第３の波長を有する前記拡大実像から
    前記マルチカラー画像を形成し、前記ダイクロイックコ
    ンバイナは、前記共通投影軸に沿って第１の傾斜角で配
    置される第１のダイクロイック表面と、それに隣接し
    て、前記共通投影軸に沿って前記第１の傾斜角に垂直に
    配置される第２のダイクロイック表面とを備え、前記第
    １および第２のダイクロイック表面は交差しておらず、 （ｃ）前記投影装置は前記マルチカラー画像を投影する
    ための投影レンズを備えることを特徴とする投影装置。
  2. 【請求項２】 前記第１の波長が赤、前記第２の波長が
    緑、前記第３の波長が青であることを特徴とする請求項
    １に記載の投影装置。
  3. 【請求項３】 前記空間光変調器の各々が反射型ＬＣＤ
    であることを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
  4. 【請求項４】 前記空間光変調器の各々が透過型ＬＣＤ
    であることを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
  5. 【請求項５】 前記空間光変調器の各々がデジタルマイ
    クロミラー素子であることを特徴とする請求項１に記載
    の投影装置。
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