JP2005524883A - 視野レンズを有するカラー・マネジメント・システム - Google Patents

Abstract

投射ディスプレイと共に使用されるカラー・マネジメント・システムに、イメージ・アシミレータおよび検光子が含まれる。イメージ・アシミレータに、空間情報を含む光ビームを作るパネルが含まれる。イメージ・アシミレータに、光ビームを受け取るように位置決めされ、視野レンズからの距離に伴って減少する断面積を有する集束光ビームを発するように構成された視野レンズも含まれる。例示的実施形態では、複数のイメージ・アシミレータおよび関連する検光子が含まれ、これらのそれぞれが、集束光ビームを発するために視野レンズを有する。検光子は、集束光ビームに関して改善されたコントラストを有するフィルタ光出力を作るように構成される。さらに、視野レンズが発する光の集束する性質によって、検光子および他の下流の構成部品のサイズを最小にすることができる。したがって、この実施形態は、従来技術のシステムに関して縮小されたサイズで劇的に改善されたレベルのコントラストを有するイメージを作る。

Description

本発明は、全般的には投射型ディスプレイのカラー・マネジメント・システム（ｃｏｌｏｒ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ）に関し、具体的には、入力照明を別々のカラーチャネルに分離し、別々のチャネルのそれぞれに空間情報を重畳し、光ビームを集束させ、不要な雑音を除去するか減らし、別々のカラーチャネルを再組合せして高コントラスト・フルカラー・イメージの投射を容易にするシステムへ視野レンズ（ｆｉｅｌｄ ｌｅｎｓ）を組み込むシステムおよび方法に関する。

投射ディスプレイと共に、カラー・マネジメント・システムを使用することが望ましく、そのようなカラー・マネジメント・システムが、高コントラスト・イメージの作成を容易にすると同時に、比較的高いレベルの照明光束に対処し、効率的なパッケージングをもたらすことが、さらに望ましい。残念ながら、現在の既存のカラー・マネジメント・システムは、非常に特殊化された材料を使用することによらなければ、実用的なレベルの照明光束で高いコントラストを達成できず、コストの過度の上昇がもたらされる。

カラー管理システムは、通常は、まず入力光（たとえば白色光）を可視スペクトルをトラバースする複数のカラーチャネル（たとえば、赤、緑、および青）に分離し、別々のカラーチャネルを使用して、対応する複数のマイクロディスプレイ（たとえばＬＣｏＳマイクロディスプレイ）を照らし、カラーチャネルを再度組み合わせて出力光（たとえば白色光）を作ることによって機能する。出力光ビームと共にイメージを投射することが望まれる場合に、空間情報を、再組合せの前にマイクロディスプレイによってカラーチャネルのそれぞれに重畳することができる。その結果、フルカラー・イメージを、出力光ビームと共に投射することができる。本明細書で使用する用語「マイクロディスプレイ」、「パネル」、「ディスプレイ」、「ディスプレイ・パネル」、および「光弁」は、初期光ビームを受け取り、光ビーム内で空間情報を与え、初期光ビームおよび空間情報を含む修正光ビームを発するように構成された機構を指す。そのようなマイクロディスプレイの例が、日本のＪＶＣ社が製造するモデル番号ＤＩＬＡ ＳＸ−０７０である。

マイクロディスプレイを、実質的に反射型のディスプレイ・パネルまたは実質的に透過型のディスプレイ・パネルとして構成できることに留意されたい。実質的に反射型のディスプレイ・パネルは、実質的に初期光ビームが来た方向に向かう方向に向けて（すなわち逆反射）修正光ビームを放出するように構成される。実質的に透過型のディスプレイ・パネルは、初期光ビームが進む方向と実質的に類似する方向に向かって修正光ビームを放出する（すなわち、パネルを通って修正光ビームを透過させる）ように構成される。たとえば、反射型パネルは、第１方向に進む初期光ビームを受け取り、光ビームに空間情報を与え、初期光ビームが発した方向に向けて修正光ビームを放出する（すなわち、初期光ビームの向きから１８０°反射する）ように構成することができる。その代わりに、透過型パネルを、初期光ビームを受け取り、光ビームに空間情報を与え、修正光ビームを、初期光ビームが移動する向きと実質的に同一の向きに放出するように構成することができる。

従来技術のカラー・マネジメント・システムは、これまでは、適度な量の照明光束を維持する能力または効率的にパッケージ化される能力を傷付けずに、低いコストで高コントラスト・イメージを作る能力を十分に証明してはいない。これは、部分的に、すべての実際の光学素子に固有の光学的特性によって引き起こされる画像ノイズに起因する。これは、現在の既存カラー・マネジメント・システムが、ディスプレイに投射される前にそのようなノイズを光ビームから効果的に分離し、除去することができないことにも起因する。

たとえば、多数の従来技術のカラー・マネジメント・システムで、色分解および再組合せに中実「立方体型」偏光ビームスプリッタが使用される。これらの偏光ビームスプリッタは、マクニール・プリズム（ＭａｃＮｅｉｌｌｅ ｐｒｉｓｍ）または立方体偏光ビームスプリッタとも称する。「立方体型」偏光ビームスプリッタは、本来、通常は高い光束レベルで生じる温度勾配に敏感であり、しばしば、機械的複屈折（ｓｔｒｅｓｓ ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）を引き起こし、この機械的複屈折が、光の偏光解消（ｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）およびコントラストの消失をもたらす。その結果、高コントラスト・イメージが望まれる場合に、高コストの高屈折率低複屈折ガラスを使用することが必要であった。この解決策は、低いレベルの光束で複屈折を減らすのに効果的であることがわかっているが、高価であり、高光束レベル（たとえば約５００ルーメン超）での熱によって誘導される複屈折の除去または低下においては低い効果を示す。

たとえば、図１に、Ｃｏｌｏｒｌｉｎｋ社のＣｏｌｏｒＱｕａｄ（商標）と称する従来技術のカラー・マネジメント・システム１１０を示すが、このシステムでは、４つの立方体偏光ビームスプリッタおよび５つの色選択性遅延素子（ｃｏｌｏｒ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ ｅｌｅｍｅｎｔ）が、色分解および再組合せに使用される。このシステムによれば、入力立方体偏光ビームスプリッタが、入力光ビーム１２０を受け取り、３つの成分すなわち緑成分１２１、青成分１２２、および赤成分１２３に分離する。赤成分１２３は、反射型赤パネル１３３から空間情報を受け取り、青成分１２２は、反射型青パネル１３２から空間情報を受け取り、緑成分１２１は、反射型緑パネル１３１から空間情報を受け取る。最後に、出力立方体偏光ビームスプリッタが、赤成分１２３および青成分１２２を緑成分１２１と組み合わせて、フルカラー・イメージ１４０を形成し、このフルカラー・イメージ１４０を、システムの目的に応じて投射レンズまたは他の光学素子によって受け取ることができる。

高いレベルの光束で、立方体偏光ビームスプリッタ１１０が、通常は、熱的な負荷を受け、必ず物理的にひずみ、機械的複屈折を引き起こし、これが、しばしば、光の偏光解消およびコントラストの低下をもたらすことに留意されたい。さらに、立方体偏光ビームスプリッタ１１０内の赤、緑、および青のパネルから空間情報を受け取るほかに、赤、緑、および青の光成分は、通常、赤、緑、および青の光経路内の光学素子の材料の複屈折の結果として望ましくない空間情報も受け取る。この望ましくない空間情報によって、イメージのコントラストがさらに低下する傾向がある。

立方体偏光ビームスプリッタの使用の悪影響を減らす試みにおいて、カラー・マネジメント・システムでの立方体構成の代わりのプレート偏光ビームスプリッタを実施するさまざまな試みが行われた。しかし、これらの試みは、しばしば、非点収差などのプレート偏光ビームスプリッタに関連する他の光学収差を起こした。したがって、現在のカラー・マネジメント・システムに使用される、すべてでないとしてもほとんどの光学素子が、その光学素子を通過するかそれによって影響される光ビームの雑音に寄与し、かつ／または他の形で光ビームを汚すことが十分に理解される。本明細書で使用される用語「雑音」および／または「光ビームの汚染」は、たとえば、散乱、分極回転（たとえば、望ましくない形で回転された偏光配向を有する成分を含む可能性がある偏光ビームスプリッタから発する不均一に偏光した光）、材料複屈折、およびまたは光学素子の幾何形状およびまたはコーティングに関連する他の望ましくない特性に関連し、かつ／またはそれを含む光学効果を指すことに留意されたい。

したがって、多くのカラー・マネジメント・システムに、光ビームからそのような雑音のほとんどまたはすべてを除去し、その結果、イメージのコントラストのかなりの部分を復元できるようにすることを試みるように構成された検光子または偏光子などの光学フィルタも含まれる。これらのフィルタは、たとえば偏光に従って光を分離することによって、そのような雑音の除去を試みることができる。これは、光ビームの望ましい光成分が、第１偏光に配向され、雑音が、異なって配向されるか、実質的に偏光していない可能性があるという事実によって可能になる。

しかし、残念ながら、光ビームが光学素子を通過するかこれによって影響される時に、光の偏光が、乱される傾向がある。したがって、しばしば、雑音の一部が、偏光に基づいて、少なくとも望ましいイメージを含む光から区別することができなくなる。したがって、偏光に基づいて光ビームから雑音を完全に有効に除去する可能性は、汚れた光ビームが各連続する光学素子を通過するかこれによって影響される時に、減る。それでも、従来技術のシステムでは、汚染された光ビームが、光リコンバイナ（ｌｉｇｈｔ ｒｅｃｏｍｂｉｎｅｒ）、プリズム、および／または類似物などの追加光学素子を通過したかこれによって影響された後まで、追加の光構成要素が除去されない。

これらおよび他の問題のほかに、従来技術のシステムは、しばしば、望ましくなく光学素子に達し、修正光ビームにパネルによって与えられる所望のイメージと偶然に組み合わされるかこれを汚染する可能性がある迷光の影響を受けやすい。たとえば、出力光ビームが投射レンズまたは別の光学部品に送られる多くの従来技術のシステムで、そのような光の一部が、残念ながら構成部品によって反射され、他のシステム構成部品に向かって送り返され（すなわち逆反射され）、受け取られる場合がある。反射された光は、所望の光と不適当に再組み合わせされて、所望のイメージと、たとえば所望のイメージのゴーストの両方を含む合成光ビームを作る場合がある。したがって、組み合わされたゴーストを担持するイメージが、不適当にディスプレイに送られる可能性がある。

さらに、透過型パネルを使用する従来技術のカラー・マネジメント・システムは、頻繁に、透過型パネルの下流に位置決めされる光学部品で極端な熱条件に出会う。この一般的な問題は、余りの光を修正光ビームから退ける必要によって引き起こされ、パネルがそのような余りの光の除去を実行できない場合に発生する可能性がある。そのような状況は、残念ながら、反射型パネルよりも透過型パネルではるかに一般的である。具体的に言うと、通常のカラー・マネジメント・システムで、パネルによって受け取られる初期光ビームは、固定された強度または輝度を担う。パネルは、初期光ビームを受け取った後に、多数の離散的位置（たとえば画素）のそれぞれで光の強度を変調することによって光ビームに空間情報を与える（すなわち光ビームを修正する）。通常、反射型パネル・システムは、余りの光を吸収し、生成される熱を発することによって、所望のイメージを含む光だけを反射する（すなわち発する）ことによってこれを達成する。その一方で、透過型パネルは、通常、受け取る初期光ビームの実質的にすべてを通すが、光ビームの選択された部分を空間的に修正する（たとえば偏光）ことによって空間情報を与える。したがって、透過型パネルを使用するシステムは、頻繁に、空間的に修正された特性（たとえば偏光）に基づいて余りの光（および熱）を拒絶する、下流の光学部品に頼らなければならない。したがって、余りの光が拒絶される時に、熱が生成される。大量の光の拒絶に対処するように特定の構成要素を構成するという要件は、しばしば、これらの光学部品に困難な設計制約を課す。

カラー・マネジメント・システムの全体的なサイズを減らし、大きい光学部品に関連する問題およびコストを最小にするために、カラー・マネジメント・システムを含む光学部品のサイズを減らすことが通常は望ましいこともしばしば注目される。したがって、光学部品および完全なカラー・マネジメント・システムに関する減らされたサイズを有するカラー・マネジメント・システムを提供するシステムおよび方法を有することができることが有利である。

したがって、高光束投射システムで使用できると同時に、広い範囲の熱環境で機能し、複屈折の感度を下げられ、耐久性を高められ、高コントラスト・イメージを作るカラー・マネジメント・システムを有することが有利である。高価な高屈折率低複屈折ガラスを必要としないか、プレート構成での偏光ビームスプリッタによって作られる光学収差に対する特定の感受性のない、これらの目的を達成できるカラー・マネジメント・システムを有することがさらに有利である。これらの目的を達成すると同時に、迷光によって引き起こされるゴーストまたは他の望ましくないイメージを除去するか減らすカラー・マネジメント・システムを有することがさらに有利である。透過型パネル・システムでこれらの目標を達成すると同時に、そのような透過型パネルに関連する極端な熱環境問題を軽減するカラー・マネジメント・システムを有することがさらに有利である。

本発明の方法および装置は、従来技術の短所の多くに対処する。本発明のさまざまな態様によれば、改良された方法および装置によって、投射ディスプレイ・システムのカラー・マネジメントが容易になる。本発明の効果的なカラー・マネジメントは、かなりコストを減らしながら改善されたコントラスト、複屈折感度、および耐久性を有する高光束射影システムでの使用に適する。さらに、本発明は、高コストの高屈折率低複屈折ガラスなしで悪い温度環境での使用に適するカラー・マネジメントを提供する。

本発明の例示的実施形態によれば、カラー・マネジメント・システムに、空間情報を有する光ビームを作るように構成された２つまたはそれより多くのパネルと、光ビームがパネルから発する時にその光ビームを受け取るように位置決めされた２つまたはそれより多くの対応する検光子が含まれる。イメージ・アシミレータ（ｉｍａｇｅ ａｓｓｉｍｉｌａｔｏｒ）のそれぞれに、反射型パネルに光ビームを送り、パネルから反射された修正光ビームを受け取るように位置決めされた視野レンズが含まれる。各視野レンズは、修正光ビームを集束させて、集束円錐光を作り、この円錐光を、小さい半径を有する下流の構成部品によって受け取ることができる。検光子が、光がたとえば光コンバイナ（ｌｉｇｈｔ ｃｏｍｂｉｎｅｒ）などの別の光学素子を通過する前に、イメージ・アシミレータから直接光ビームを受け取るように位置決めされる。検光子は、入ってくる光ビームに関して改善されたコントラストを有するフィルタ光出力を作るように構成される。イメージ・アシミレータから直接すなわち、他の光学素子を通過する前に光ビームを受け取るように検光子を位置決めすることによって、検光子が、雑音が区別不能になる前に、偏光に基づいて、所望のイメージを含む光から実質的にすべての雑音を除去することができる。したがって、この実施形態では、従来技術システムに対する、劇的に改善されたレベルのコントラストおよび暗状態均一性（ｄａｒｋ ｓｔａｔｅ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を有するイメージが作られる。

本発明のもう１つの例示的実施形態によれば、各検光子に、半波リターダ（ｒｅｔａｒｄｅｒ）または１／４波リターダなどの光学リターダ素子も含めることができる。フィルタに、光学リターダ素子が含まれる場合に、イメージ・アシミレータから発する光の偏光を選択的に修正し、その結果、発する光が実質的に直線偏光になり、さらに、各カラー・バンド（ｃｏｌｏｒ ｂａｎｄ）の偏光軸が、実質的に各他のカラー・バンドの偏光軸と同一になるようにリターダ素子を構成することができる。たとえばパネルの光学遅延特性を実質的に補償するために、イメージ・アシミレータ内の残留遅延と一致するために望まれる回転の範囲に応じて、特定の光学遅延（ｒｅｔａｒｄｅｎｃｅ）、たとえば１５ナノメートルと３５０ナノメートルの間の光学遅延を示すように、そのような光学リターダ素子を選択することができることに留意されたい。任意選択として、光学リターダ素子の特性に応じて、所定の波長または波長の帯域の光を光出力から除去するように、検光子を構成することができる。

例示的実施形態で、カラー・マネジメント・システムに、単一のパネルが含まれ、あるいは、２つまたはそれより多くのパネルを含めることができ、この場合に、各パネルは、別々の光成分を受け取り、発する。この実施形態によれば、別々の光成分が、１つの光源から発することができ、光ビームは、その光源から、１つまたはそれより多くの光セパレータ（ｌｉｇｈｔ ｓｅｐａｒａｔｏｒ）によって受け取られた。各そのような光セパレータは、２つまたはそれより多くの成分を含む光入力を受け取るように位置決めされ、各そのような光セパレータは、成分を互いから分離し、それぞれが１つまたはそれより多くの成分を含む２つまたはそれより多くの光ビームを発するように構成される。

例示的実施形態で、カラー・マネジメント・システムに、さらに、第３光成分を受け取り、発する第３パネルを含めることができる。この実施形態では、追加の光セパレータが、第１光セパレータからの１つまたはそれより多くの光ビームを受け取るように位置決めされ、追加の光セパレータは、第１光セパレータの発する光をさらに２つの追加成分に分離するように構成される。各光セパレータに、二色性（ｄｉｃｈｒｏｉｃ）ビームスプリッタ、光リターダに結合された二色性プリズム、プレート二色性ビームスプリッタ、および／または偏光ビームスプリッタを含めることができ、偏光ビームスプリッタに、さらにワイヤ・グリッド偏光子を含めることができる。各光セパレータは、赤色光出力、緑色光出力、青色光出力、または緑色光および青色光を含むシアン光出力を作るように構成することができる。

例示的実施形態では、カラー・マネジメント・システムに、それぞれが光成分に関連する１つまたはそれより多くのイメージ・アシミレータを含めることができる。各そのようなイメージ・アシミレータに、入る光ビームの偏光を所定の形で修正し、空間情報を含む光ビームを作るために光ビームに空間情報を重畳するように構成された反射型光空間変調器を含めることができる。そのような反射型イメージ・アシミレータのそれぞれを、反射型表示パネルによって受け取られる、入ってくる光ビームを実質的に通すように構成して、反射型表示パネルから修正光ビームを受け取り、検光子によって直接受け取られる修正光ビームを発する。そのような構成では、反射型パネルが、空間情報を含む修正光ビームを作る際に、パネルが、フィルタリングも行い、余りの光を拒絶する。

代替案では、各イメージ・アシミレータに、入ってくる光ビームの偏光を所定の形で修正し、空間情報を含む光ビームを作るために光ビームに空間情報を重畳するように同様に構成することができる透過型光空間変調器を含めることができる。各そのような透過型イメージ・アシミレータは、入ってくる光ビームを受け取り、光ビームに空間情報を重畳し、修正光ビームを作るために任意選択として余りの光を拒絶するかフィルタリングし、検光子によって直接受け取られる修正光ビームを発するように構成される。

光空間変調器のほかに、各イメージ・アシミレータに、プレート二色性ビームスプリッタ、光学リターダに結合された二色性プリズム、および／または偏光ビームスプリッタを含めることができ、偏光ビームスプリッタに、さらにワイヤ・グリッド偏光子を含めることができる。上で短く述べたように、反射型パネルでは、余りの光を拒絶するようにパネルを構成することができる。しかし、透過型パネル構成では、余りの光をフィルタリングし、拒絶するようにパネルを構成することができないが、その偏光だけを修正するように構成することができる。したがって、そのような非フィルタリング透過型パネルを含むイメージ・アシミレータに、余り光セパレータも含めることができる。たとえば、例示的実施形態で、余り光セパレータに、透過型ディスプレイ・パネルから発した変調された光ビームを受け取り、偏光に基づいて望ましくない余り光を選択的に拒絶するように位置決めされたワイヤ・グリッド偏光子を含めることができる。

例示的実施形態で、カラー・マネジメント・システムに、検光子から発するフィルタ光ビームを受け取るように位置決めされた光コンバイナも含まれ、この検光子は、イメージ・アシミレータから直接光を受け取る。光コンバイナは、フィルタ光出力を組み合わせて、単一のフィルタ光出力を作るように構成される。光コンバイナに、二色性ビームスプリッタまたはｘプリズムを含めることができる。光コンバイナがｘプリズムである場合に、光コンバイナに、１つまたはそれより多くの二色性フィルタを含めることができ、偏光ビームスプリッタを含めることもできる。上で短く述べたように、イメージ・アシミレータに透過型パネルが含まれるが、検光子または光コンバイナなどの下流の構成部品への透過の前に余り光を完全にまたは効果的に分離し、拒絶することができないカラー・マネジメント・システムで、そのような構成部品は、追加の透過される余り光に関連する増やされた熱的負荷に対処するように構成されなければならない。イメージ・アシミレータが、偏光ビームスプリッタなど、余り光の分離および拒絶に有効なものを含む透過型パネル・システムでは、検光子または光コンバイナなどの下流の構成部品を、下げられた熱的負荷に対処するように構成することができる。

カラー・マネジメント・システムに、イメージを投射する、空間情報を含む出力光ビームを投射する投射レンズも含めることができる。例示的実施形態では、カラー・マネジメント・システムに、投射レンズまたは別の光学部品によって反射できる光を分離し、迷光がシステムの光コンバイナまたは別の光学部品によって受け取られず、修正光ビームと再組合せされないようにするように位置決めされた光アイソレータを含めることができる。したがって、光アイソレータは、望まれないゴースト・イメージおよび迷光の他の望ましくない効果を除去するか減らすのに有効とすることができる。

本発明の例示的実施形態によれば、空間情報および雑音を有する２つまたはそれより多くの入力光ビームを関連するアシミレータから直接受け取るステップと、光ビームのそれぞれの空間情報から雑音を分離するステップと、空間情報を含むフィルタリングされた光出力を発するステップであって、これによって、出力される光ビームが、入力光ビームに関する改善されたコントラストを有する、ステップとを含む、投射システムのカラー・マネジメントを容易にする方法が提供される。本発明の例示的実施形態によれば、投射システムのカラー・マネジメントを容易にする方法に、修正光ビームに関して改善されたコントラストを有する光ビームを作るために、前記光ビームをフィルタリングする前に修正光ビームからの余り光を拒絶することを含めることができる。

本明細書で使用する単語「成分」は、光伝達の一部を指す。たとえば、光伝達に、可視スペクトルのさまざまな波長（たとえば、青、赤、および緑）が含まれる場合に、光伝達を、青、赤、または緑などの可視スペクトルの波長の範囲（すなわちカラー・バンド）にそれぞれが対応する複数の成分に分離することができる。もう１つの例として、光伝達に、１つまたはそれより多くの平面に配向された偏光を含めることができる。

したがって、関連するイメージ・アシミレータから直接光ビームを受け取るように位置決めされた密結合された検光子の使用によって、カラー・マネジメント・システムが、イメージ・アシミレータのそれぞれによって光ビームに与えられた雑音のかなりの部分を効果的に除去でき、従来技術に関して優れたコントラストを有する出力ビームを作ることができる。さらに、本発明は、偏光依存素子および二色性素子の両方を使用して、入力光を複数のカラー・バンドに分離し、これらのカラー・バンドに、対応する複数のマイクロディスプレイによって空間情報が重畳され、修正されたカラー・バンドを再組合せして高コントラスト・フルカラー投射イメージを作ることができる。

本発明の上述の目的および特徴は、添付図面と共に検討される下記の詳細な説明からより明瞭に理解することができる。図面では、同一の符号が、同一の素子を表す。

本発明を、さまざまな機能素子および／またはさまざまな処理ステップに関して本明細書で説明する。そのような機能素子を、指定された機能を実行するように構成された任意の個数のソフトウェア、ハードウェア、電気的、光学的、および／または構造的素子によって実現できることを諒解されたい。たとえば、本発明は、その値をさまざまな所期の目的に合わせて適当に構成できるさまざまな光学素子および／またはディジタル電気素子を使用することができる。さらに、本発明を、任意の光学応用例で実践することができる。しかし、例示のみのために、本発明の例示的実施形態を、投射ディスプレイに関して本明細書で説明する。さらに、さまざまな素子を、例示的光学システム内の他の素子に適当に結合または接続することができるが、そのような接続および結合を、素子間の直接接続によって、またはその間に配置された他の素子および装置を介する接続によって実現することができることに留意されたい。

上で述べたように、従来技術のカラー・マネジメント・システムは、光強度、高コスト、低いイメージ・コントラスト、過度の複屈折感度、および耐久性のなさなどの短所で悩んでいる。これらの短所を克服する従来技術の試みで、高コストの高屈折率低複屈折ガラスが用いられた。それでも、これらの高価な材料を使用して、約５００ルーメンを超える光強度レベルで、低いイメージ・コントラストおよび熱的に誘導される複屈折の問題が残る。

本発明のさまざまな態様によれば、高コストの高屈折率低複屈折ガラスなしで、イメージ・コントラストを改善し、悪い熱環境での使用に適するカラー・マネジメントを容易にする、改善されたカラー・マネジメント・システムが提供される。本発明には、イメージ・アシミレータに密結合された検光子に適するすべてのシステムまたは方法が含まれる。本発明には、イメージ・アシミレータから直接光ビームを受け取る検光子のシステムおよび方法が含まれ、ある実施形態で、イメージ・アシミレータから直接２つまたはそれより多くの光ビームを受け取る検光子のシステムおよび方法が含まれる。本発明の例示的実施形態によれば、入力照明光が、複数の異なるカラー・バンドに分離され、その後、対応する複数のマイクロディスプレイによる空間情報の重畳および対応するフィルタによって提供される雑音の低減の後に再組合せされ、これによって、実質的にフルカラーの高コントラスト・イメージが作られる。その結果、本発明の効果的なカラー・マネジメントは、低いコスト、改善されたコントラスト、低い複屈折感度、改善された暗状態均一性、および改善された耐久性を有する高ルーメン投射システムでの使用に適する。さらに、本発明は、高コスト高屈折率低複屈折ガラスを必要とせずに、悪い熱環境での使用に適する。

図２を参照すると、一実施形態で、例示的なカラー・マネジメント・システム２００に、光セパレータ２２０、第１イメージ・アシミレータ２３０、第２イメージ・アシミレータ２４０、第１検光子２３５、第２検光子２４５、および光コンバイナ２５０が含まれる。この実施形態によれば、光セパレータ２２０が、光源から光ビーム２１０を受け取り、光ビーム２１０を２つまたはそれより多くの成分２１２、２１４、および２１６に分離し、それぞれに１つまたはそれより多くの成分が含まれる２つまたはそれより多くの光ビーム２２２および２２４を発する。たとえば、図２からわかるように、光セパレータ２２０は、第１成分および第２成分を含む光入力２１０を受け取るように位置決めされる。光セパレータ２２０は、前記第１成分を前記第２成分から分離し、前記第１成分２１２を含む第１光ビーム２２２ならびに前記第２成分２１４および第３成分２１６を含む第２光ビーム２２４を発するように構成される。光セパレータ２２０に、第１平面に配向された光を第２平面に配向された光から分離し、第１平面２１２に配向された光を含む第１光ビーム２２２および第２平面２１４に配向された光を含む第２光ビーム２２４を発するように構成された偏光ビームスプリッタを含めることができることに留意されたい。光セパレータ２２０に、二色性ミラー、二色性ビームスプリッタ、光学リターダに結合された二色性プリズム、プレート二色性ビームスプリッタ、または偏光ビームスプリッタを含めることができ、偏光ビームスプリッタに、さらに、ワイヤ・グリッド偏光子を含めることができることに留意されたい。光セパレータ２２０を、赤色光出力、緑色光出力、青色光出力、および／または緑色光と青色光を含むシアン光出力を作るように構成することができる。図２からわかるように、光セパレータ２２０は、変調された入力光ビーム２１０を受け取り、２つの出力光ビーム２２２および２２４を発するように構成された二色性プレート・ビームスプリッタである。一実施形態で、第１出力光ビーム２２２に、赤成分２１２が含まれ、第２出力光ビーム２２４に、青成分２１４および緑成分２１６が含まれる。

光セパレータ２２０を、赤、緑、青からなるか、白色光出力などの所望の出力を作るために再組合せすることができる他の組合せからなるものとすることができる別々のスペクトル・バンドに光の色を一時的に変調することによってカラー・イメージが生成される光を作るように構成することもできることに留意されたい。図２からわかるように、光セパレータ２２０は、変調された入力光ビーム２１０を受け取り、２つの出力光ビーム２２２および２２４を発するように構成された偏光プレート・ビームスプリッタである。第１出力光ビーム２２２に、偏光成分２１２が含まれる。第２出力光ビーム２２４に、第１光ビーム２２２の偏光成分２１２と実質的に直交する偏光成分２１４が含まれる。

一般に、偏光ビームスプリッタ２２０が、初期光ビーム２１０を、光の２つの発する直線偏光のビーム２２２および２２４に分離するように構成された装置であることに留意されたい。したがって、偏光ビームスプリッタ２２０に、光２１０を異なる色の成分２１２および２１４に分離するように構成されたコーティングを有する二色性ミラーを含めることができる。たとえば、通常のコーティングは、薄膜誘電体コーティングとすることができる。もう１つの実施形態で、偏光ビームスプリッタ２２０を、たとえば色または偏光に基づいて光を２つの異なる成分２１２および２１４に分離するように構成されたコーティングを有する誘電体ビームスプリッタとすることができる。

本発明によれば、偏光ビームスプリッタ２２０は、第１平面に配向された偏光を第２平面に配向された偏光から分離するように構成される。例示的実施形態で、偏光ビームスプリッタ２２０を、第１平面２１２に配向された偏光を第１方向に発し、第２平面２１４に配向された偏光を第２方向に発するように構成することができ、第２方向は、第１方向と実質的に直交する。もう１つの例示的実施形態では、偏光ビームスプリッタ２２０を、図２に示されているように、第２平面２１４に配向された偏光を実質的に伝達させ、第１平面２１２に配向された偏光を実質的に反射するように構成することができる。

もう１つの実施形態で、偏光ビームスプリッタ２２０を、第２平面に配向された偏光を実質的に反射し、第１平面に配向された偏光を実質的に伝達するように構成することができる。この実施形態によれば、複数のフォールド・ミラー（ｆｏｌｄ ｍｉｒｒｏｒ）を使用して、カラー・マネジメント・システムの素子の間でさまざまな光ビームを向けることができる。本明細書で使用されるフォールド・ミラーは、光を反射できるすべての反射面を指す。たとえば、フォールド・ミラーは、リヒテンシュタインのＵｎａｘｉｓ社によって製造されるＳｉｆｌｅｘミラーなど、アルミ・ミラー（ａｌｕｍｉｎｉｚｅｄ ｍｉｒｒｏｒ）または機能強化されたシルバー・ミラーとすることができる。偏光ビームスプリッタ２２０に、アクティブ表面が互いに反対に面する偏光ビームスプリッタの対または両面にアクティブ表面を有する単一の偏光ビームスプリッタを含めることができる。

図２をさらに参照すると、第１偏光ビームスプリッタ２３２および第１マイクロディスプレイ２３４を含む第１イメージ・アシミレータ２３０が、第１出力光ビーム２２２を受け取るように位置決めされる。第２偏光ビームスプリッタ２４２および第２マイクロディスプレイ２４４を含む第２イメージ・アシミレータ２４０が、第２出力光ビーム２２４を受け取るように位置決めされる。そのようなイメージ・アシミレータ２３０および２４０のそれぞれに、空間情報を含む光ビームを作るために、入ってくる光ビームの偏光を所定の形で修正し、光ビームに空間情報を重畳するように構成された反射型光空間変調器２３４および２４４を含めることができる。イメージ・アシミレータ２３０および２４０のそれぞれが、ディスプレイ・パネル２３４および２４４によって受け取られる入ってくる光ビームを実質的に伝達させ、ディスプレイ・パネルから修正光ビームを受け取り、検光子２３５および２４５によって直接受け取られる修正光ビーム２３６および２４６を発するように構成される。各イメージ・アシミレータ２３０および２４０に、プレート二色性ビームスプリッタ、光学リターダに結合されるかこれに結合されない二色性プリズム、さらにワイヤ・グリッド偏光子を含めることができる偏光ビームスプリッタを含めることができる。

この例示的実施形態によれば、第１イメージ・アシミレータ２３０は、第１出力光ビーム２２２を受け取り、その偏光配向を回転し、第１空間情報を与え、第１空間情報および雑音を含む第１修正光ビーム２３６を発する。第２イメージ・アシミレータ２４０は、第２出力光ビーム２２４を受け取り、その偏光配向を回転し、第２空間情報を与え、第２空間情報および雑音を含む第２修正光ビーム２４６を発する。この実施形態によれば、第１および第２の空間情報に、偏光が含まれる。

例示的実施形態で、イメージ・アシミレータ２３０および２４０に、二色性プリズムを含めることができる。代替実施形態で、イメージ・アシミレータ２３０および２４０を、実質的に同一の経路長のプリズムとすることができる。もう１つの例示的実施形態で、イメージ・アシミレータ２３０および２４０に、第２成分２１４および第３成分２１６を含む区別された光出力を作るために偏光フィルタを含めることができ、ここで、第２成分２１４の配向が、第３成分２１６の配向と直角になるように回転される。この代替実施形態によれば、イメージ・アシミレータ２３０および２４０に、さらに、偏光フィルタから区別された光出力を受け取るように位置決めされた第２偏光ビームスプリッタが含まれる。この第２偏光ビームスプリッタは、第２マイクロディスプレイによって受け取られる第２成分を実質的に伝達する前、および第３マイクロディスプレイによって受け取られる第３成分を実質的に伝達する前に、第３成分２１６から第２成分２１４を分離するように構成される。

したがって、例示的実施形態では、イメージ・アシミレータ２３０および２４０から修正光出力を受け取り、１つまたはそれより多くの光ビームの偏光軸を回転することによって達成できる、単一平面に配向された偏光（すなわち、実質的に直線偏光の光）を作るために光をさらに修正するように位置決めされた検光子２３５および２４５によって、イメージのコントラストを高めることができる。もう１つの例示的実施形態では、検光子２３５および２４５を、フィルタ（すなわち色選択性遅延素子）の特性に応じて、光ビームから所定の波長の光を除去するように構成することができる。

本明細書で使用する用語「フィルタ」および「検光子」は、弁別する（すなわち、波長、配向、偏光、閃光、および／またはフィールド・レートなどの光の物理的特性に基づいて光束を阻止し、通過を許可し、かつ／または偏光特性を修正する）ように構成され、そうでなければ透明の基板の中または上のスペクトルに敏感な光学遅延薄膜などの光学的にアクティブな材料を組み込むか、偏光を作るために光を通すことができる細いギャップを残して互いに並列の配向の複数の非常に細いワイヤを配置するなどの当技術分野で既知の技法を使用して構成することができる、光フィルタおよび光学素子の組合せを指す。物理的特性に基づいて光を弁別するように構成されたフィルタの例に、米国カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＲｏｓａのＯＣＬＩ社およびリヒテンシュタインのＵｎａｘｉｓ社が製造する二色性プレート、米国コロラド州ＢｏｕｌｄｅｒのＣｏｌｏｒＬｉｎｋ社が製造するＣｏｌｏｒＳｅｌｅｃｔフィルタ、Ｐｏｌａｒｏｉｄ社が製造する吸収性シート偏光子、および米国ユタ州ＭｏｘｔｅｋのＭｏｘｔｅｋ社が製造するＰｒｏＦｌｕｘ偏光子および偏光ビームスプリッタが含まれる。

さらに図２を参照すると、例示的実施形態で、第１検光子２３５が、第１修正光出力２３６を第１イメージ・アシミレータ２３０から直接受け取るように位置決めされ、偏光に基づいて第１空間情報を雑音から分離するように構成される。この実施形態によれば、第１検光子２３５は、第１空間情報を実質的に伝達させ、雑音の伝達を防ぐか最小にするように構成され、雑音には、実質的に偏向されない光または所望の空間情報と同一の形で配向されていない偏光が含まれる。第１検光子２３５に、偏光子を含めることができ、所定の偏光の光を吸収するように構成することができ（たとえば、ストレッチド・ポリマ偏光子（ｓｔｒｅｔｃｈｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）などの吸収型偏光子）、所定の偏光の光を反射するように構成することができ（たとえば、二色性偏光子またはワイヤ・グリッド偏光子などの反射型偏光子）、あるいは、第１偏光の光を吸収し、別個の第２偏光の光を反射するように構成することができる（たとえばハイブリッド偏光子）ことに留意されたい。また、第１検光子２３５に、二色性フィルタまたはバルク吸収フィルタ（ｂｕｌｋ ａｂｓｏｒｐｔｉｖｅ ｆｉｌｔｅｒ）などのカラー・フィルタを含めることもできることに留意されたい。

同様に、第２検光子２４５は、第２イメージ・アシミレータ２４０から直接第２修正光出力２４６を受け取るように位置決めされ、偏光に基づいて第２空間情報を雑音から実質的に分離するように構成される。第１検光子２３５と同様に、第２検光子２４５に、偏光子を含めることができ、所定の偏光の光を吸収するように構成することができ（たとえば、ストレッチド・ポリマ偏光子などの吸収型偏光子）、所定の偏光の光を反射するように構成することができ（たとえば、二色性偏光子またはワイヤ・グリッド偏光子などの反射型偏光子）、あるいは、第１偏光の光を吸収し、別個の第２偏光の光を反射するように構成することができる（たとえばハイブリッド偏光子）ことに留意されたい。また、第２検光子２４５に、二色性フィルタまたはバルク吸収フィルタなどのカラー・フィルタを含めることもできることに留意されたい。

また、この実施形態によれば、第２検光子２４５は、第２空間情報を実質的に伝達し、雑音の伝達を防ぐか最小にするように構成され、雑音には、やはり、実質的に偏向されない光または所望の空間情報と同一の形で配向されていない偏光が含まれる。第１検光子２３５および第２検光子２４５は、他の光学素子による修正の前に、第１および第２のイメージ・アシミレータ２３０および２４０から直接第１修正光出力２３６および第２修正光出力２４６を受け取るように位置決めされるので、第１および第２の検光子２３５および２４５は、イメージ・アシミレータ２３０および２４０によって与えられる雑音の実質的にすべてを、除去するか、減らすか、最小にすることができる。

検光子２３５および２４５が、光が光コンバイナ２５０などの別の光学素子を通過する前に、イメージ・アシミレータ２３０および２４０から直接光ビームを受け取るように位置決めされることに留意されたい。検光子２３５および２４５が、一般に、入ってくる光ビームに関して改善されたコントラストを有するフィルタ光出力を作るように構成されることにも留意されたい。イメージ・アシミレータ２３０および２４０から直接すなわちイメージ・アシミレータに含まれるもの以外の光学素子を通過するかこれによって修正される前に光ビームを受け取るように検光子２３５および２４５を位置決めすることによって、検光子２３５および２４５が、所望のイメージを含む光から偏光に基づいて雑音を区別できなくなる前に、実質的にすべての雑音を除去することができる。したがって、この実施形態は、従来技術のシステムに関して劇的に改善されたレベルのコントラストを有する。

本発明のもう１つの例示的実施形態によれば、各検光子２３５および２４５に、半波リターダまたは１／４波リターダなどの光学的リターダ素子も含めることができる。フィルタに、光学リターダ素子が含まれる場合に、そのリターダ素子を、イメージ・アシミレータから発する光の偏光を選択的に修正し、その結果、発する光が実質的に直線偏光になり、さらに、各カラー・バンドの偏光軸が、実質的に各他のカラー・バンドの偏光軸と同一になるように構成することができる。上で述べたように、たとえばパネルの光学遅延を実質的に補償するために、イメージ・アシミレータ内の残留遅延と一致するために望まれる回転の範囲に応じて、特定の光学遅延、たとえば１５ナノメートルと３５０ナノメートルの間の光学遅延を示すように、そのようなフィルタを選択できることに留意されたい。任意選択として、光学リターダ素子の特性に応じて、検光子２３５および２４５によって、所定の波長または波長の帯域の光を光ビーム２３６および２４６から除去することができる。

例示的実施形態で、カラー・マネジメント・システムに、検光子２３５および２４５から発するフィルタ光ビーム２３７および２４７を受け取るように位置決めされた光コンバイナ２５０も含まれる。光コンバイナ２５０は、実質的に光ビーム２３７および２４７を組み合わせて、単一のフィルタ光出力２５５を作るように構成される。たとえば、図２からわかるように、例示的実施形態で、本発明に、個々の光出力２３７および２４７から包括的な光出力２５５を形成する光コンバイナ２５０も含まれる。例示的実施形態で、光コンバイナ２５０に、光セパレータ２２０と同一の素子とすることができ、実質的にこれと同一の機能を提供する偏光ビームスプリッタが含まれる。光コンバイナ２５０に、二色性ビームスプリッタまたはｘプリズムを含めることができる。光コンバイナ２５０がｘプリズムである場合に、光コンバイナ２５０に、１つまたはそれより多くの二色性フィルタを含めることができ、偏光ビームスプリッタを含めることもできる。光コンバイナ２５０にｘプリズムが含まれる場合に、ｘプリズムを、さまざまな偏光配向の１つの下で動作するように最適化できることに留意されたい。たとえば、ｘプリズムは、ｓ−ｓ−ｓ偏光、ｐ−ｐ−ｐ偏光、ｓ−ｐ−ｓ偏光、またはｐ−ｓ−ｐ偏光の下で動作するように最適化することができる。さらに、ｘプリズムが、ｐ−ｓ−ｐ偏光の下で最適化される場合に、実質的に赤成分、緑成分、および青成分を含む光伝達を分離し、かつ／または再組合せするようにｘプリズムを構成することができる。

ｘプリズムが、互いに実質的に直交する２つの平面を有する光学素子であることに留意されたい。例示的なｘプリズムでは、第１平面が、第１波長を有する光を実質的に伝達させ、第２波長を有する光を実質的に反射するように構成された二色性フィルタである。そのような例示的ｘプリズムで、第１平面と実質的に直交する第２平面は、第１波長を有する光を実質的に反射し、第２波長を有する光を実質的に伝達させるように構成された二色性フィルタを有する。もう１つの例示的なｘプリズムでは、第１平面が、第１波長を有する光を実質的に伝達させ、第２波長を有する光を実質的に反射するように構成された二色性フィルタである。この例示的なｘプリズムでは、第１平面に実質的に直交する第２平面が、第１偏光に配向された光を実質的に反射し、第２偏光に配向された光を実質的に伝達させるように構成された偏光ビームスプリッタを有する。

図２に示された実施形態など、第１出力光ビーム２２２が、第２出力光ビーム２２４と実質的に垂直の向きである例示的実施形態で、第１偏光ビームスプリッタ２３２および第２偏光ビームスプリッタ２４２に、偏光ビームスプリッタ２３２および２４２の表面から実質的に４５°の角度で第１出力光ビーム２２２および第２出力光ビーム２２４の両方を受け取るように配向された同一の偏光ビームスプリッタを含めることができる。この実施形態によれば、偏光ビームスプリッタ２３２および２４２は、第１マイクロディスプレイ２３４によって受け取られる第１出力光ビーム２２２を実質的に伝達させ、第２マイクロディスプレイ２４４によって受け取られる第２出力光ビーム２２４を実質的に伝達させるように構成される。偏光ビームスプリッタ２３２および２４２は、実質的に４５°の角度で第１および第２修正光ビーム２３６および２４６を受け取るようにも位置決めされる。しかし、修正光ビーム２３６および２４６の偏光は、光ビーム２２２および２２４の配向から回転されているので、偏光ビームスプリッタ２３２および２４２は、修正光ビーム２３６および２４６を実質的に反射するように構成される。したがって、この実施形態によれば、修正光ビーム２３６および２４６の両方を、直接光コンバイナ２５０に向けることができる。光ビームを向け直す他の素子を使用せずに、単一の偏光ビームスプリッタ２３２および２４２を使用し、修正光ビーム２３６および２４６を光コンバイナ２５０に直接向ける能力によって、他のカラー・マネジメント・システムに関してコスト、複雑さ、およびサイズが大幅に減る。最後に、このカラー・マネジメント・システムに、イメージを投射するために空間情報を含む出力光ビームを投射する投射レンズ２７０を含めることができる。

図４に示されるような例示的実施形態で、カラー・マネジメント・システム４００に、第１イメージ・アシミレータ４３０および第２イメージ・アシミレータ４４０に加えて、第３イメージ・アシミレータ４８０を含めることができる。この実施形態によれば、緑の光空間変調器４３４を含む第１イメージ・アシミレータ４３０が、第１光ビーム４２２を受け取るように位置決めされる。赤のマイクロディスプレイ４４４を含む第２イメージ・アシミレータ４４０は、第２光ビーム４２４を受け取るように位置決めされる。青のパネル４８４を含む第３イメージ・アシミレータ４８０は、第３光ビーム４２６を受け取るように位置決めされる。各イメージ・アシミレータ４３０、４４０、および４８０は、入ってくる光ビームの偏光を所定の形で修正し、空間情報を含む光ビームを作るために光ビームに空間情報を重畳するように構成される。そのようなイメージ・アシミレータ４３０、４４０、および４８０のそれぞれは、ディスプレイ・パネル４３４、４４４、および４８４によって受け取られる入ってくる光ビームを実質的に伝達させ、ディスプレイ・パネルから修正光ビームを受け取り、検光子４３５、４４５、および４８５によって直接受け取られる修正光ビーム４３６、４４６、および４８６を発するように構成される。

この例示的実施形態によれば、第１イメージ・アシミレータ４３０は、第１光ビーム４２２を受け取り、その偏光配向を回転し、第１空間情報を与え、第１空間情報および雑音を含む第１修正光ビーム４３６を発する。さらに、第１イメージ・アシミレータに、第１修正光ビーム４３６を作成するために光が第１光ビーム４２２から除去される時の余り光および関連する熱を除去するか減らす手段を含めることができる。第２イメージ・アシミレータ４４０は、第２光ビーム４２４を受け取り、その偏光配向を回転し、第２空間情報を与え、第２空間情報および雑音を含む第２修正光ビーム４４６を発する。さらに、第２イメージ・アシミレータに、第２修正光ビーム４４６を作成するために光が第２光ビーム４２４から除去される時の余り光および関連する熱を除去するか減らす手段を含めることができる。第３イメージ・アシミレータ４８０は、第３光ビーム４８４を受け取り、その偏光配向を回転し、第３空間情報を与え、第３空間情報および雑音を含む第３修正光ビーム４８６を発する。さらに、第３イメージ・アシミレータに、第３修正光ビーム４８６を作成するために光が第３光ビーム４８４から除去される時の余り光および関連する熱を除去するか減らす手段を含めることができる。この実施形態によれば、第１、第２、および第３の空間情報に、偏光が含まれる。上で説明した、余り光りおよび関連する熱を除去するか減らす手段を、パネル（たとえば反射型／吸収型パネル）に固有とすることができ、あるいは、余り光を分離し、除去するか減らすように構成された偏光ビームスプリッタなどの別々の光学素子を含められることに留意されたい。

したがって、この例示的実施形態で、イメージ・アシミレータ４３０、４４０、および４８０から修正光出力を受け取り、単一平面内の偏光配向を作る（すなわち実質的に直線偏光の光）ために光をさらに修正する（１つまたはそれより多くの光ビームの偏光軸を回転することによって達成できる）ように位置決めされた検光子４３５、４４５、および４８５によって、イメージのコントラストを高めることができる。また、もう１つの例示的実施形態の説明に関して述べたように、検光子４３５、４４５、および４８５を、フィルタ（すなわち色選択性遅延素子）の特性に応じて、光ビームから所定の波長の光を除去するように構成することができる。

図６に示された例示的実施形態では、イメージ・アシミレータ６３０に、さらに、反射型パネル６３４に隣接して位置決めされた視野レンズ６３３も含めることができる。この実施形態によれば、視野レンズ６３３は、光ビーム６１２を受け取るように位置決めされ、反射型パネル６３４によって受け取られる光ビームを伝達させるように構成される。視野レンズ６３３は、パネル６３４が発する修正光ビーム６２２を受け取り、修正光ビーム６２２を集束させ、少なくとも部分的に修正光ビーム６２２に基づく光のビーム６２３を発するようにも位置決めされる。修正光ビーム６２２が、パネル６３４からの距離に関して、一定の断面積、減少する断面積、または増加する断面積を示すことができることに留意されたい。修正光ビーム６２２の断面積が、パネル６３４からの距離に関して一定である場合に、視野レンズ６３３は、修正光ビーム６２２を集束させて、視野レンズ６３３からの距離に伴って減少する断面積を有する光ビームを作るように構成される。同様に、修正光ビーム６２２の断面積が、パネル６３４からの距離に関して減少する場合に、視野レンズ６３３は、修正光ビーム６２２を集束させて、視野レンズ６３３からの距離に関する減少の割合がパネル６３４からの距離に関する修正光ビーム６２２の断面積の減少の割合より大きい光ビームを作るように構成される。さらに、修正光ビーム６２２の断面積が、パネル６３４からの距離に伴って減少する場合に、視野レンズ６３３は、修正光ビーム６２２を集束させて、視野レンズ６３３からの距離に伴う増加の割合がパネル６３４からの距離に伴う修正光ビーム６２２の断面積の増加の割合より小さい断面積を有する光ビームを作るように構成される。

一実施形態で、視野レンズ６３３が、パネル６３４が発する修正光ビーム６２２を集束させるように構成され、この光ビーム６２２には、円筒形の光ビーム、集束光ビーム、または発散光ビームを含めることができ、視野レンズ６３３から発する光に、楕円形（たとえば円形）の断面積が視野レンズ６３３からの距離に伴って減る集束円錐光６２３が含まれる。この実施形態によれば、集束円錐光を、検光子６３５によって受け取ることができ、この検光子は、そうでなければパネル６３４から発する実質的に円筒形の光を受けるように構成される必要がある、検光子または下流の光を受け取る構成部品に関して減らされた断面積（すなわち、減らされた対角線寸法）を有することができる。もう１つの実施形態では、視野レンズ６３３が、パネル６３４が発する修正光ビーム６２２を集束させ、この光ビーム６２２は、発散（すなわち断面積が増加）し、視野レンズ６３３から発する光が、その楕円（たとえば円形）断面積が視野レンズ６３３からの距離に関して一定の円筒形の光を含むか、視野レンズ６３３から発する光が、その楕円（たとえば円形）断面積が視野レンズ６３３からの距離に関して減少する集束円錐光を含むか、視野レンズ６３３から発する光が、その楕円（たとえば円形）断面積が視野レンズ６３３からの距離に関して、修正光ビーム６２２の断面積がパネル６３４からの距離と共に増加する割合より小さい割合で増える発散円錐光を含むようになる。

その結果、視野レンズ６３３は、光ビーム６２３を集束させて、検光子６３５およびイメージ・リコンバイナ６５０などの下流の構成部品を、光ビーム６２３の実質的にすべてを受け取りながら実質的により小さくすることを可能にする。さらに、他のすべての下流の構成部品を、同一の効果的な照明光束の量を渡しながら、より小さいサイズにすることができるようになる。図６には、密結合された視野レンズを有する単一パネル構成が示されているが、１つより多いイメージ・アシミレータを有するカラー・マネジメント・システム（たとえば、２パネル・システム、３パネル・システム、４パネル・システムなど）の１つまたはそれより多くのイメージ・アシミレータに、１つまたはそれより多くの密結合された視野レンズを同様に組み込むことができることに留意されたい。

当業者が諒解するように、さまざまな構成を構築して、白色光を含む入力光ビームを複数の成分光ビームに効果的に分離することができ、これらの成分光ビームに空間情報を与えることができ、これらの成分光ビームから、複数の対応する検光子によって直接受け取られるイメージ・アシミレータからのそのような修正された成分光ビームを渡すことによって、雑音を効果的に分離し、除去することができる。そのような構成に、入力光を成分光ビームに分離し、関連するイメージ・アシミレータによって受け取ることができるようにこれらの成分光ビームを向ける偏光ビームスプリッタ、ミラー、および／または視野レンズの組合せを含めることができる。たとえば、図４に示されているように、ある例示的実施形態で、入力光ビーム４１０を、第１レンズ４９１によって受け取ることができ、この第１レンズ４９１は、二色性ビームスプリッタ４９２によって受け取られる光ビームを伝達させる。二色性ビームスプリッタは、第１成分４２２および第２成分４２４を伝達させるが、第３成分４２６を反射する。レンズ４９３は、反射された成分４２６を受け取り、ミラー４９４によって受け取られる成分４２６を伝達させる。ミラー４９４は、レンズ４９３から成分４２６を受け取り、レンズ４９５によって受け取られる成分４２６を反射するように位置決めされる。レンズ４９５は、ミラー４９４から成分４２６を受け取り、イメージ・アシミレータ４８０によって受け取られる成分４２６を伝達させる。図４をさらに参照すると、二色性ビームスプリッタ４９６は、二色性ビームスプリッタ４９２から成分４２２および４２４を受け取るように位置決めされ、イメージ・アシミレータ４３０によって受け取られる成分４２２を反射すると同時に、イメージ・アシミレータ４４０によって受け取られる成分４２４を伝達させるように構成される。最後に、イメージ・アシミレータ４３０および４４０から発する光は、当技術分野で既知のさまざまな機構、たとえば、１つまたはそれより多くのＰｈｉｌｉｐｓプリズム、修正Ｐｈｉｌｉｐｓプリズム、プランビコン・プリズム、ｘプリズム、３チャネル・プリズム、リコンバイニング・プリズム、および類似物を使用して再組合せすることができる。たとえば、図４からわかるように、イメージ・アシミレータ４３０および４４０から発する光を、ｘプリズムを使用して再組合せすることができる。

本発明に、そうでなければシステムの光学部品によって受け取られ、システムによって伝達される所望の光ビームと組み合わされる可能性がある迷光を分離する適当なシステムまたは方法も含めることができる。さらに、システムに、透過型パネルを含むマイクロ・ディスプレイが含まれる場合に、本発明に、イメージ・アシミレータからの修正光ビームの放出の前に余りの光を拒絶する適当なシステムまたは方法が含まれる。たとえば、図５に示された例示的実施形態では、カラー・マネジメント・システム５００に、光セパレータ５９６、第１イメージ・アシミレータ５３０、第２イメージ・アシミレータ５４０、および第３イメージ・アシミレータ５８０が含まれる。さらに、カラー・マネジメント・システム５００に、さらに、第１イメージ・アシミレータ５３０から直接修正光ビームを受け取るように位置決めされた第１検光子５３５、第２イメージ・アシミレータ５４０から直接修正光ビームを受け取るように位置決めされた第２検光子５４５、第３イメージ・アシミレータ５８０から直接修正光ビームを受け取るように位置決めされた第３検光子５８５、および検光子５３５、５４５、および５８５からフィルタ光ビームを受け取るように位置決めされた光コンバイナ５５０が含まれる。この実施形態によれば、光セパレータ５９６は、光源から光ビーム５１０を受け取り、光ビーム５１０を２つまたはそれより多くの成分に分離し、それぞれが１つまたはそれより多くの成分を含む２つまたはそれより多くの光ビーム５２２および５２４を発する。第３光ビーム５２６を、別々に第２光源から作ることができ、その代わりに、光ビーム５１０、５２２、または５２４のいずれかからさらに分離することができる。

さらに図５を参照すると、第１イメージ・アシミレータ５３０は、第１透過型パネル５３４を含むが、第１出力光ビーム５２２を受け取るように位置決めされる。第２イメージ・アシミレータ５４０は、第２透過型パネル５４４を含むが、第２光ビーム５２４を受け取るように位置決めされる。さらに、第３イメージ・アシミレータ５８０は、第３透過型パネル５８４を含むが、第３出力光ビーム５２６を受け取るように位置決めされる。透過型パネルは、それが受け取る初期光の実質的にすべてを透過させるが、光ビームの選択された特性（たとえば偏光）を空間的に修正することによって空間情報を与えるように適当に構成されたハードウェアおよび／またはソフトウェアである。各そのようなイメージ・アシミレータ５３０、５４０、および５８０に、入ってくる光ビームの偏光を所定の形で修正し、空間情報を含む光ビームを作るために光ビームに空間情報を重畳するように構成された、透過型光空間変調器５３４、５４４、および５８４を含めることができる。そのような空間情報に、ディスプレイでの空間配向について選択された個々の領域（すなわち画素）の選択的に変調された偏光を含めることができることに留意されたい。各そのようなイメージ・アシミレータ５３０、５４０、および５８０は、それぞれ透過型ディスプレイ・パネル５３４、５４４、および５８４によって受け取られる入ってくる光ビームを受け取り、修正光ビーム５３６、５４６、および５８６を発するように構成される。この例示的実施形態によれば、イメージ・アシミレータ５３０、５４０、および５８０に、さらに、それぞれ余り光セパレータ５３９、５４９、および５８９を含めることができる。セパレータ５３９、５４９、および５８９は、それぞれ修正光ビーム５３６、５４６、および５８６を受け取り、有用な光ビーム５３７、５４７、および５８７を反射するように位置決めされ、この有用な光ビーム５３７、５４７、および５８７は、検光子５３５、５４５、および５８５によって受け取られる。さらに、セパレータ５３９、５４９、および５８９は、それぞれ修正光ビーム５３６、５４６、および５８６から余り光成分５３８、５４８、および５８８を分離し、そのような余り光を拒絶するように構成される。例示的実施形態では、余り光セパレータ５３９、５４９、および５８９に、透過型パネル５３４、５４４、および５８４の個々の空間的に別個の素子（すなわち画素）によって変調された光学特性に基づいて余り光から有用な光を分離するように構成された、ワイヤ・グリッド偏光子または他のそのような光セパレータを含めることができる。その結果、余りの光が効果的に分離され、除去されるので、検光子５３５、５４５、および５８５ならびに／またはイメージ・リコンバイナまたは光リコンバイナ５５０に課せられる熱的負荷を、大幅に減らすことができる。

例示的実施形態で、カラー・マネジメント・システム５００を、投射レンズまたは別の光学素子５９９によって受け取られる出力光ビーム５５５を発するように構成することもできる。例示的実施形態では、光アイソレータ５９８を、投射レンズまたは別の光学素子５９９による光５５５の受け取りの前に出力光ビーム５５５を受け取るように位置決めすることができる。光アイソレータは、光の偏光軸を回転するように構成されたハードウェアおよび／またはソフトウェアとすることができる。この実施形態によれば、迷光５９７は、システム５００および／またはコンバイナ５５０に向かって光学素子５９９によって反射（すなわち逆反射）される可能性があり、そうでなければイメージ・リコンバイナ５５０によって受け取られ、したがって出力光５５５と再組合せされ、これによってゴースト・イメージを作る可能性がある。この実施形態では、光アイソレータ５９８が、透過させる光の偏光軸を約４５°回転するように構成される。その結果、出力光ビーム５５５の偏光軸が、光アイソレータ５９８を追加する際に４５°回転され、回転された出力光ビーム５５６が作られる。回転された出力光ビーム５５６が、投射レンズ５９９によって受け取られ、迷光ビーム５９１が、光アイソレータ５９８に向かって反射され、回転された出力光ビーム５５６と同一の偏光配向を有する。しかし、迷光ビーム５９１が、光アイソレータ５９８によって受け取られ、その偏光がさらに４５度回転された後に、迷光ビーム５９２が、出力光ビーム５５５の偏光配向から実質的に９０°回転された偏光配向を有する。その結果、逆反射される光の偏光配向は、９０°回転されており、したがって、検光子５３５、５４５、および５８５または別の適当に構成され位置決めされた光学部品によって分離することができる。したがって、下流の構成部品によって反射されたゴースト・イメージは、除去されるか他の形で実質的に戻されるか、所望のイメージの作成に影響することが全くできなくなっている。光アイソレータ５９８に、約４５°だけ初期光ビームの偏光軸を回転するように構成された１／４波リターダを含めることができることに留意されたい。

図３を参照すると、本発明の例示的実施形態によれば、投射システムのカラー・マネジメントを提供する方法に、空間情報および雑音を含む１つ、２つ、または３つ以上の入力光ビームを関連するイメージ・アシミレータから直接受け取るステップ（ステップ３２０）と、イメージ・アシミレータから発する光ビームの断面積を減らすか、断面積の増える割合を減らすために光ビームを集束させるステップ（ステップ３２５）と、光ビームのそれぞれの空間情報から雑音を分離するステップ（ステップ３３０）と、空間情報を含むフィルタ光出力を発するステップ（ステップ３４０）とが含まれ、これによって、出力光ビームが、入力光ビームに関して改善されたコントラストを有する。

したがって、関連するイメージ・アシミレータから直接光ビームを受け取るように位置決めされた密結合された検光子を使用することによって、カラー・マネジメント・システムが、イメージ・アシミレータのそれぞれによって入力ビームに与えられる雑音の実質的な部分を効果的に除去でき、従来技術に関して優れたコントラストを有する出力ビームを作ることができるようになる。さらに、本発明が、偏光依存素子および二色性素子の両方を使用して、入力光を複数のカラー・バンドに分割し、これらのカラー・バンドに、対応する複数のマイクロディスプレイによって空間情報を重畳することができ、修正されたカラー・バンドを再組合せして、高コントラストのフルカラー投射イメージを作ることができる。当業者は、本発明のカラー・マネジメント・システムを、本明細書で主に説明した２パネル・システムならびに３パネル・システムなどの複数パネル・システムで使用されるように適合できることを諒解するであろう。

したがって、本発明は、偏光依存素子および二色性素子の両方を使用して、入力光を複数のカラー・バンドに分割し（ステップ３１０）、対応する複数のマイクロディスプレイによってそれらのカラー・バンドに空間情報を重畳することができ（ステップ３１５）、修正されたカラー・バンドをフィルタリングして、空間情報から雑音を除去し（ステップ３３０）、これによってコントラストを改善し、その後、高コントラスト・イメージを再組合せして（ステップ３５０）、フルカラー投射イメージを作る。

例示的実施形態で、空間情報を重畳するステップ（ステップ３１５）の後、空間情報から雑音を除去するステップ（ステップ３３０）の前に、集束円錐形光ビーム（たとえば、より一般的なテレセントリック光ビームではなく）を作るために反射型パネルから発するビームの幾何形状を修正するステップ（ステップ３２８）を実行することが望ましい場合がある。このステップを使用するか他の形でこのステップを容易にする実施形態によれば、この光ビームを、減らされた断面積を有する下流の構成部品（たとえば検光子）によって受け取ることができる。

本発明を、さまざまな例示的実施形態に関して上で説明した。しかし、本発明の範囲から逸脱せずに、例示的実施形態に対してさまざまな変更および修正を行えることを、当業者は理解するであろう。たとえば、さまざまな素子を、たとえば他の光学構成または配置を設けることによって、代替の形で実施することができる。これらの代替物は、特定の応用例に応じてまたはシステムの動作に関連する複数の要因を考慮して適当に選択することができる。さらに、上記および他の変更または修正は、請求項に示された本発明の範囲に含まれることが意図されている。

従来技術のカラー・マネジメント・システムを示す図である。 本発明の例示的実施形態によるカラー・マネジメント・システムを示す図である。 本発明による例示的方法を示す流れ図である。 本発明の例示的実施形態によるカラー・マネジメント・システムを示す図である。 本発明の例示的実施形態によるカラー・マネジメント・システムを示す図である。 本発明の例示的実施形態による、密結合された視野レンズを有するイメージ・アシミレータを有するカラー・マネジメント・システムを示す図である。

Claims (15)

1. 第１イメージ・アシミレータおよび第１検光子を含むカラー・マネジメント・システムであって、
   前記第１イメージ・アシミレータが、第１入力光ビームを受け取るように位置決めされ、第１空間情報を含む第１修正光ビームを作るように構成された第１パネルを含み、
   前記第１イメージ・アシミレータが、さらに、前記第１修正光ビームを受け取るように位置決めされ、前記第１修正光ビームに少なくとも部分的に基づく第１集束光ビームを発するように構成された視野レンズを含み、
   前記第１検光子が、前記第１イメージ・アシミレータから第１空間情報を含む前記第１集束光ビームを受け取るように位置決めされ、前記第１検光子が、前記第１集束光ビームに関して改善されたコントラストを有する第１フィルタ光出力を作るように構成される
   カラー・マネジメント・システム。
2. 前記第１集束光ビームが、前記第１視野レンズからの距離に伴って減少する断面積を有する、請求項１に記載のカラー・マネジメント・システム。
3. 前記第１集束光ビームが、前記第１視野レンズからの距離に関して一定である断面積を有する、請求項１に記載のカラー・マネジメント・システム。
4. 前記第１集束光ビームが、前記第１視野レンズからの距離に伴って増加する断面積を有する、請求項１に記載のカラー・マネジメント・システム。
5. 第２イメージ・アシミレータおよび第２検光子をさらに含み、
   前記第２イメージ・アシミレータが、第２入力光ビームを受け取るように位置決めされ、第２空間情報を含む第２修正光ビームを作るように構成された第２パネルを含み、
   前記第２イメージ・アシミレータが、さらに、前記第２修正光ビームを受け取るように位置決めされ、前記第２修正光ビームに少なくとも部分的に基づき、第２視野レンズからの距離に伴って減少する断面積を有する第２集束光ビームを発するように構成された前記第２視野レンズを含み、
   前記第２検光子が、前記第２イメージ・アシミレータから空間情報を含む前記第２集束光ビームを受け取るように位置決めされ、前記第２検光子が、前記第２集束光ビームに関して改善されたコントラストを有する第２フィルタ光出力を作るように構成される
   請求項１に記載のカラー・マネジメント・システム。
6. 第３イメージ・アシミレータおよび第３検光子をさらに含み、
   前記第３イメージ・アシミレータが、第３入力光ビームを受け取るように位置決めされ、第３空間情報を含む第３修正光ビームを作るように構成された第３パネルを含み、
   前記第３イメージ・アシミレータが、さらに、前記第３修正光ビームを受け取るように位置決めされ、前記第３修正光ビームに少なくとも部分的に基づき、第３視野レンズからの距離に伴って減少する断面積を有する第３集束光ビームを発するように構成された前記第３視野レンズを含み、
   前記第３検光子が、前記第３イメージ・アシミレータから空間情報を含む前記第３集束光ビームを受け取るように位置決めされ、前記第３検光子が、前記第３集束光ビームに関して改善されたコントラストを有する第３フィルタ光出力を作るように構成される
   請求項５に記載のカラー・マネジメント・システム。
7. 前記第１視野レンズが、前記第１反射型パネルに隣接して位置決めされる、請求項１に記載のカラー・マネジメント・システム。
8. 前記第１パネルが、反射型パネルである、請求項１に記載のカラー・マネジメント・システム。
9. 前記第１パネルが、透過型パネルである、請求項１に記載のカラー・マネジメント・システム。
10. 前記第１集束光ビームが、楕円形の断面を有する、請求項１に記載のカラー・マネジメント・システム。
11. 前記第１集束光ビームが、円形の断面を有する、請求項１に記載のカラー・マネジメント・システム。
12. 前記断面の面積が、前記第１視野レンズからの距離に伴って減少する、請求項１に記載のカラー・マネジメント・システム。
13. 第１位置で第１パネルから第１空間情報を含む第１光ビームを受け取るステップと、
    前記第１位置から前記第１空間情報を含む第１集束光出力を発するステップであって、前記第１集束光出力が、前記第１位置からの距離に伴って減少する断面積を有する、ステップと
    を含む、投射システムのカラー・マネジメントを容易にする方法。
14. 第２位置で第２空間情報を含む第２光ビームを第２パネルから受け取るステップと、
    前記第２位置から、前記第２空間情報を含む第２集束光ビームを発するステップであって、前記第２集束光ビームが、前記第２位置からの距離に伴って減少する断面積を有する、ステップと、
    ２成分光出力を作るために前記第１集束光出力および前記第２集束光出力を組み合わせるステップと
    をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 第３位置で第３空間情報を含む第３光ビームを第３パネルから受け取るステップと、
    前記第３位置から、前記第３空間情報を含む第３集束光ビームを発するステップであって、前記第３集束光ビームが、前記第３位置からの距離に伴って減少する断面積を有する、ステップと、
    ３成分光出力を作るために前記第３集束光出力および前記２成分集束光出力を組み合わせるステップと
    をさらに含む、請求項１４に記載の方法。

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