JP2006520932A - 投影システムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(i)1つまたは複数の所定波長範囲の光を発生可能な1つまたは複数の光源部を搭載した光源システムと、
(ii)直接投影または表示する画像に応じて入射光を空間変調するように動作可能な1つまたは複数のSLMユニットを搭載した空間光変調器(SLM)システムと、
(iii)2つの空間的に分離した光伝播路に対応し、所望の画像倍率でそれぞれ第1および第2投影面に光を導く2つの光学系と、を具備し、システムはSLMシステム側への入射光またはSLM システムによる変調光のいずれかをそれぞれ第1および第2投影面に対応した2つのチャネルの少なくともいずれかを通じて伝播するよう選択的に導くように構成されている。
− m1に対する種々の値の組み合わせを選択し式(3)からm2およびm3に対する値を取得する。得られる値は整数ではない。このように数値の端数を丸め、丸めによって得られる誤差を計算する。
− そのようなmjの値の各組ついて、最大誤差を見つけ得られたすべての組から最小誤差を選択する。この誤差を与える組が選択した組(ローカル最適値)である。
− m2の値を固定としたとき同じ手順を繰り返し、(式)3からm1およびm3を計算し、m3の値を固定としたとき(式)3からm1およびm2を抽出する。
Claims (87)
- 少なくとも第1および第2投影モードのいずれか1つで動作するように構成された投影システムであって、
(i)1つまたは複数の所定波長範囲の光を発生可能な1つまたは複数の光源部を搭載した光源システムと、
(ii)直接投影または表示する画像に応じて入射光を空間変調するように動作可能な1つまたは複数のSLMユニットを搭載した空間光変調器(SLM)システムと、
(iii)2つの空間的に分離した光伝播路に対応し、所望の画像倍率でそれぞれ第1および第2投影面に光を導く2つの光学系と、を具備し、
SLMシステム側への入射光またはSLMシステムによる変調光をそれぞれ第1および 第2投影面に対応した2つのチャネルの少なくともいずれか1つを通じて伝播するよう選択的に導くように構成されたシステム。 - SLMユニットは光反射モードで動作するように構成された、請求項1に記載のシステム。
- SLMユニットは光透過モードで動作するように構成された、請求項1に記載のシステム。
- SLMシステムは、前記2つのチャネルにそれぞれ配置された2つのSLMユニットを具備する、請求項1ないし3のいずれかに記載のシステム。
- SLMユニットは単一光源部に対応する、請求項4に記載のシステム
- SLMシステムは、単一SLMユニットを具備する、請求項1ないし3のいずれかに記載のシステム。
- 前記2つの光伝播チャネルを規定する偏光分離素子を具備する、請求項1ないし6のいずれかに記載のシステム。
- 前記偏光分離素子は直線偏光ビームスプリッタである、請求項7に記載のシステム。
- 前記偏光分離素子は、光磁気円偏光ビームスプリッタである、請求項7に記載のシステム。
- 制御可能な偏光回転子を具備し、偏光回転子の動作位置は、2つのチャネルの一方または双方を通じた選択的光伝播を決定する、請求項7に記載のシステム。
- 偏光回転子が光源部から投影面への光伝播の方向に対して偏光分離素子の上流側に配置された、請求項10に記載のシステム。
- 偏光分離素子および偏光回転子は反射型SLMユニットの上流側に配置された、請求項11に記載のシステム。
- それぞれ2つのチャネルに配置された第1および第2ミラー部を具備し、各ミラー部は偏光分離素子からの各偏光光成分出力を、偏光分離素子からの他の偏光光成分出力の入射角と異なる入射角でSLMユニットに導く、請求項12に記載のシステム。
- 前記偏光分離素子および偏光回転子は、反射型SLMユニットの下流側に配置された、請求項10に記載のシステム。
- 入射光をSLM ユニットに反射するようにSLMユニットに向かって伝播する入射光の光路上に配置されるとともに、変調光を偏光回転子に伝達するようにSLMユニットから出る変調光の光路上に配置される第2偏光分離素子を具備する、請求項14に記載のシステム。
- 前記偏光分離素子および偏光回転子は、透過型SLMユニットの下流側に配置されている、請求項10に記載のシステム。
- 前記偏光分離素子および偏光回転子は、透過型SLMシステムの上流側に配置されている、請求項10に記載のシステム。
- SLMシステムは、偏光分離素子のそれぞれ2つの出力に配置された2つのSLMユニットを具備する、請求項17に記載のシステム。
- 偏光分離素子の2つの出力の1つに配置された第2偏光回転子と、第2偏光回転子の下流側に配置されたミラーとを具備し、前記ミラーは、偏光分離素子の前記出力からの光成分を前記第2偏光回転子によって前記偏光分離素子に反射して戻す、請求項10に記載のシステム。
- 透過型SLMユニットは第1偏光回転子の上流側に配置された、請求項19に記載のシステム。
- 前記偏光分離素子の2つの出力の1つに部分的透明ミラーを具備し、前記偏光分離素子は、入射光をSLMユニットに反射するように反射型SLMに向かって伝播する入射光の光路上に配置されるとともに、変調光を前記部分的透明ミラーに伝達するようにSLMユニットからの変調光出力の光路上に配置される、請求項7に記載のシステム。
- 前記偏光分離素子の2つの出力の1つに位置する動作位置と、前記偏光分離素子の出力の外部に位置する非動作位置との間で移動可能なミラーを具備し、前記偏光分離素子は、入射光をSLMユニットに反射するように反射型SLM ユニットに向かって伝播する入射光の光路上に配置されるとともに、変調光を前記2つの出力のいずれか1つに伝達するようにSLMユニットからの変調光出力の光路上に配置される、請求項7に記載のシステム。
- 反射型表面が変調光を第1および第2投影面の該当する1つの面に反射するようにSLMユニットの出力に向けられた場合の動作位置と、前記変調光が他の投影面に向かって伝播するように変調光の光路の外部に位置する非動作位置との間で移動可能なミラーを具備し、第1および第2投影モードのいずれか1つで選択的に動作する、請求項6に記載のシステム。
- SLMユニットは、それぞれ第1および第2伝播方向から入射する入射光を受光するそれぞれ第1および第2動作位置の間で移動可能であり、それぞれ第1および第2投影面に変調光を出力する、請求項6に記載のシステム。
- 光源システムは、第1および第2発生光をそれぞれ前記第1および第2伝播方向に導くように配置された第1および第2光源部を具備する、請求項24に記載のシステム。
- 光源システムは、発生光をそれぞれ前記第1および第2伝播方向に導く、第1および第2動作位置の間における移動のために搭載された単一光源部を具備する、請求項24に記載のシステム。
- SLMユニットの出力に位置する光学素子の第1列を具備し、前記第1列は、レンズとプリズムを交互に配置することによって形成され、レンズは、それに入射する光成分の方向に実質的に影響を及ぼすことなく前記光成分をそれぞれ第1および第2投影面の1つに向かって伝播させ、前記第1列のプリズムが、入射する光成分を他の投影面に偏向する、請求項6に記載のシステム。
- 第1プリズムの拡散効果を補正するよう第1列のプリズムによって偏向された光成分の光路上に配置された第2列のプリズムを具備する、請求項27に記載のシステム。
- 第1列から出射する前記第1および第2光成分は、2つの投影チャネルの1つに設定されたSLMユニットの画素配列のそれぞれ半分を表すものである、請求項27または28に記載のシステム。
- 前記偏光分離素子の2つの出力の1つに配置され、前記偏光分離素子の前記出力からの光の伝播軸に対してある角度に向けられたミラーを具備し、
前記偏光分離素子は、入射光をSLMユニットに反射するように反射型SLMユニットに向かって伝播する入射光の光路上に配置されるとともに、変調光を伝達するようSLMユニットからの変調光出力の光路上に配置され、
前記偏光分離素子およびミラーによって形成されるアセンブリは、
SLMユニットに対する前記アセンブリの2つの動作位置の間で前記軸の周りに回転可能であり、これらの動作位置の1つにおいて前記偏光分離素子からの光出力が前記ミラーによって第1および第2投影面の1つに向けて反射され、他の動作位置において出力光は前記ミラーによって他の投影面に反射される、請求項7に記載のシステム。 - 光源部は、異なる波長範囲の少なくとも2本の光束を生成するように構成される、請求項1ないし30のいずれかに記載のシステム。
- 光源部は、赤、緑、青色波長範囲の光を生成するように構成される、請求項31に記載のシステム。
- 発生した光束は特定の偏光を持つ、請求項30または31に記載のシステム。
- 光源部は、発生光の断面内部で略一様な輝度分布を提供するように構成される、請求項1ないし33のいずれかに記載のシステム。
- 光源部は回折素子を具備する、請求項34に記載のシステム。
- 単一SLMユニットに向かって伝播する少なくとも2本の入射光束のいずれかの光路上、あるいはそれぞれ少なくとも2つのSLMユニットから到来する少なくとも2本の変調光束の光路上に配置された光合成部を具備し、光合成部は、合成多波長出力光束を生成する、請求項31ないし35のいずれかに記載のシステム。
- それぞれ光合成部に向かって伝播する少なくとも2本の前記発生光束の光路上に少なくとも2つの偏光修正素子を具備し、偏光修正素子は、それぞれの光束の偏光品質を修正するように構成される、請求項31ないし36のいずれかに記載のシステム。
- 偏光修正素子は、1/4波長板である、請求項37に記載のシステム。
- 偏光修正素子は、光束の円偏光を直線偏光に変換するように構成される、請求項37または38に記載のシステム。
- 波長の異なる少なくとも2本の光束の光路上に配置され、前記少なくとも2本の光束を1本の合成光束に合成し合成光束をSLMユニットに導くように動作する波長合成部を具備する、請求項31または32に記載のシステム。
- 波長合成部は、スペクトル位相調整素子を具備する、請求項40に記載のシステム。
- 前記波長合成部は、
内部全反射条件に該当する角度で入射する入射光の導波路として動作し、導波路内部の入射光の略すべてのエネルギーを維持する平面光学素子と、
少なくとも2本の入射光束の光路上に配置され前記所定の入射角で入射光束を前記平面光学素子に導く第1導光部と、を具備し、
前記スペクトル位相調整素子は、平面光学素子を伝播する光の光路上に配置されている、請求項41に記載のシステム。 - 波長合成部は、それぞれ少なくとも2本の光束の光路上に少なくとも2つの位相変調素子を含む位相変調部を具備する、請求項41または42に記載のシステム。
- 波長合成部は、それぞれ変調された位相を持つ少なくとも2本の光束の光路上に配置された少なくとも2つの位相補正素子を含む位相補正部を具備する、請求項43に記載のシステム。
- 波長合成部は、
スペクトル位相調整素子に向かって伝播するそれぞれ前記少なくとも光束の光路上に少なくとも2つの位相変調素子を含む位相変調部と、
変調された位相がスペクトル位相調整素子に向かって伝播するそれぞれ少なくとも2本の光束の光路上に配置された少なくとも2つの位相補正素子を含む位相補正部と、を具備し、
前記位相変調部、前記位相補正部および前記スペクトル位相調整素子が平面光学素子の表面に位置する、請求項42に記載のシステム。 - 第1および第2投影面の少なくとも1つに画像を投影する方法であって、
1つまたは複数の所定波長範囲の光を生成するように構成された1つまたは2つの光源部からの入射光の光路上にある単一空間光変調(SLM)ユニットを動作させ投影画像に応じて光を変調し、
投影画面に応じて入射光を変調するようにSLMユニットを動作させ、
SLMユニットに向かって伝播する入射光またはSLMユニットによって変調された光をそれぞれ前記第1および第2投影面に対応した少なくとも第1および第2光伝播路の1つに沿って伝播するように選択的に導く方法。 - 入射光の選択的導光は、入射光を制御可能な偏光回転子および偏光分離素子を通過させ、偏光回転子の動作位置は第1および第2チャネルのいずれか1つまたはその両方に沿って選択的光伝播を決定する、請求項46に記載の方法。
- それぞれ偏光分離素子の第1および第2出力における第1および第2ミラー部を提供し、第1および第2ミラー部は、SLMユニットに対して異なる光入射角で反射型SLMユニットに偏光分離素子の第1および第2出力光成分を導くように構成され、
それぞれ第1および第2投影面に向かって伝播するSLMユニットの第1および第2出力光成分を提供する、請求項47に記載の方法。 - 第1偏光分離素子に対する入射光をSLMユニットに向かって伝播する入射光を反射しSLMユニットからの変調光出力を偏光回転子に伝達するように導き、
偏光回転子からの変調光を2つの出力面が第1および第2投影面と対応するように向けられた第2偏光分離素子に導く、請求項47に記載の方法。 - 入射光の選択的導光は、反射型SLMユニットに向かって伝播する入射光を、SLMユニットに対する入射光を反射しSLMユニットからの変調光出力を通過させるように向けられた偏光分離素子を通過させ、通過した変調光を第1および第2投影面の1つを直接通過できるようにするか、通過した変調光を少なくとも部分的に光を反射するように構成されたミラーに導き偏光分離素子に反射して戻すことによって他の投影面に反射するよう導くか、のいずれか一方を選択的に実行する、請求項46に記載の方法。
- 入射光の選択的導光は、反射型SLMユニットに向かって伝播する入射光を、SLM ユニットに対する入射光を反射しSLM ユニットからの変調光出力を伝達するように向けられた偏光分離素子を通過させ、前記光を第1および第2投影面のいずれか1つに反射するように選択的に向けられたミラーに通過した変調光を導く、請求項46に記載の方法。
- 変調光の選択的導光は、SLM ユニットから出力された変調光を制御可能な偏光回転子を通過させ、偏光回転子から出た光を偏光分離素子に連続的に導き、偏光回転子の動作位置は、第1および第2チャネルのいずれか1つまたはその双方に沿う選択的光伝播を決定する、請求項46に記載の方法。
- 偏光分離素子を通過した偏光光成分を、前記偏光分離素子によって第1および第2投影面のいずれか1つに反射される前記偏光分離素子に反射して戻す、請求項52に記載の方法。
- 変調光の選択的導光は、SLMユニットから出力される変調光を第1および第2投影面のいずれか1つに選択的に反射するか、他の投影面に対する変調光の直接伝播を可能にする、請求項46に記載の方法。
- 変調光の選択的導光は、SLMユニットから出力される変調光をレンズおよびプリズムを交互に配置した列を通過させることによって前記光をレンズに入射し第1チャネルを通じて第1投影面に向けて伝播する第1光成分と、プリズムに入射し第2チャネルを通じて第2投影面に向かって伝播する第2光成分とに空間的に分離する、請求項46に記載の方法。
- 前記第1および第2チャネルにおける光伝播に影響を及ぼして第1および第2光成分の分離によって生じた欠落画素に対する補正を行う、請求項55に記載の方法。
- 変調光の選択的導光は、第1および第2動作位置の間でSLMユニットを移動し、第1動作位置でSLMユニットは第1光源部から第1光を受光するように向けられ第1投影面に向かって伝播する第1出力光を提供し、SLMユニットの第2動作位置でSLMユニットは第2光源部から第2光を受光するように向けられ第2投影面に向かって伝播する第2出力光を提供する、請求項46に記載の方法。
- 異なる波長範囲の少なくとも2本の光束の形で入射光を提供する、請求項46ないし57のいずれかに記載の方法。
- 光束はそれぞれ赤、緑、青色波長範囲の3つの光束を含む、請求項58に記載の方法。
- 光束の特定偏光を提供する、請求項58または59に記載の方法。
- 入射光に影響を及ぼして光束の断面内において略一様な輝度分布を提供する、請求項46ないし60のいずれかに記載の方法。
- 入射光を、それぞれ少なくとも2つの光源によって生成され単一SLMユニットに向かって伝播する少なくとも2本の入射光の光路上に配置された波長合成部を通過させることによって合成された多波長入射光束を生成する、請求項58ないし61のいずれかに記載の方法。
- 入射光を、少なくとも2つのSLMユニットから到来する少なくとも2本の変調光束の光路上に配置された波長合成部をそれぞれ通過させることによって合成された多波長変調光束を生成する、請求項58ないし61のいずれかに記載の方法。
- それぞれ少なくとも2つの光源によって生成された少なくとも2本の光束のそれぞれを通過させ、それぞれの光束の偏光品質を修正するように構成されたそれぞれの偏光修正素子を介して波長合成部に向かって伝播させる、請求項63に記載の方法。
- 偏光修正素子は1/4波長板である、請求項64に記載の方法。
- 偏光修正素子は、光束の円偏光を直線偏光に変換するように構成された、請求項64または65に記載の方法。
- 前記波長合成部は、スペクトル位相調整素子を具備する、請求項62に記載の方法。
- 前記波長合成部は、内部全反射条件に該当する角度で入射光の導波路として動作する平面光学素子を具備することによって導波路内の入射光の略すべてのエネルギーを維持し、さらに平面光学素子に向かう入射光束の伝播に影響を及ぼして光束を前記所定入射角で前記平面光学素子に導く、請求項62または67に記載の方法。
- 各光束の位相を変調する、請求項62、67および68のいずれかに記載の方法。
- 変調された位相で光束の位相を補正する、請求項69に記載の方法。
- カラー画像を投影する投影システムであって、
それぞれ異なる波長範囲の少なくとも2本の光束を生成する少なくとも2つの光源部を含む光源システムと、
単一空間光変調器(SLM)ユニットに向かって伝播中に前記少なくとも2本の発生光束の光路上、あるいはそれぞれ少なくとも2つの空間光変調器(SLM)ユニットを前記少なくとも2本の発生光束を通過させることによって生じた少なくとも2本の変調光束の光路上に配置され、それによって合成多波長出力光束を生成する波長合成部と、
合成出力光束を所望の画像拡大率で投影面に導く合成出力光束の光路上に配置された光学配列と、を具備するシステム。 - 波長合成部は、前記少なくとも2本の生成光束の光路上に配置された細い反射器付の潜望鏡を具備する、請求項71に記載のシステム。
- 波長合成部は、前記少なくとも2本の生成光束の光路上に配置された合成キューブを具備する、請求項71に記載のシステム。
- 波長合成部は、波長の異なる前記少なくとも2本の生成光束を1本の光束に合成可能にするスペクトル位相調整素子を具備する請求項71に記載のシステム。
- 波長合成部は、内部全反射条件に該当する角度で入射光の導波路として動作する平面光学素子を具備し、それによって導波路内の入射光の略すべてのエネルギーを維持する、請求項74に記載のシステム。
- 少なくとも2本の生成光束の光路上に配置され、光束を前記所定入射角で前記平面光学素子に導く第1導光部を具備する、請求項75に記載のシステム。
- 前記少なくとも2本の光束の光路において少なくとも2つの位相変調素子を含む位相変調部を具備する、請求項74ないし76のいずれかに記載のシステム。
- 小型投影システムであって、
波長範囲の異なるそれぞれ少なくとも2本の光束を生成する少なくとも2つの光源部を含む光源システムと、
内部全反射条件に該当する角度で入射光の導波路として動作することによって導波路内の入射光の略すべてのエネルギーを維持する平面光学素子と、
少なくとも2本の生成光束の光路上に配置され、生成光束を前記所定入射角で前記平面光学素子に導く第1導光部と、を具備し、
前記平面光学素子は、
それぞれ導波路に向かって伝播する前記少なくとも2本の光束の光路上に少なくとも2つの位相変調素子を含む位相変調部と、
導波路に向かって伝播する位相変調光の光路上に配置されたスペクトル位相調整素子と、をその表面に具備し、
位相変調部およびスペクトル位相調整素子は、協働して光束の整形および波長合成を行い、波長の異なる前記少なくとも2本の光束を1本の光束に合成して合成光束を空間光変調器(SLM)ユニットに導くシステム。 - 前記第1導光部は、ミラーまたはプリズムである、請求項78に記載のシステム。
- 位相変調素子は、トップハット回折光学素子であり、所定の伝播距離の後、光束プロファイルを入射ガウス形プロファイルから矩形プロファイルに変換することを可能にする、請求項78または79に記載のシステム。
- スペクトル位相素子は、波長の異なる入射光束が各波長に応じた異なる回折素子を検出するようなパターンの深さを増加させることによって設計された回折光学素子であり、異なる角度でスペクトル位相素子に入射する波長の異なる入射光束を同じ空間方向に出力する、請求項78ないし80のいずれかに記載のシステム。
- SLMユニットから出力された変調光の光路上に配置され変調光を投影表面に導く第2導光部を具備する、請求項78ないし81のいずれかに記載のシステム。
- 第2導光部から出力された光の光路上に配置された撮像レンズ列をさらに具備する、請求項78ないし82のいずれかに記載のシステム。
- 撮像レンズ列は、投影表面の方位角に該当する角度で向けられ、撮像レンズ列の角度を調整することによって変調光によって形成された投影画像に対する投影表面の傾きによって生じた収差の補正を可能にする、請求項83に記載のシステム。
- 第2導光部の向きが、少なくとも2つの異なる投影モードでのシステム動作に対して調整可能である、請求項82ないし84のいずれかに記載のシステム。
- 波長の異なる少なくとも2本の光束を1本の光束に合成する際に使用する方法であって、前記少なくとも2本の光束を増加した深さパターンを持つ回折格子の形で波長合成素子を介して通過させる方法。
- 前記波長合成素子は、記録面から所定の距離に位置するマスクを用い、マスク面および記録面に関する特殊な変形を考慮して記録面上に所望のプロファイルを生成するような記録処理によって生成される、請求項86に記載の方法。
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