JP2008546023A

JP2008546023A - 複数位置照明システム及びそれを使用する投影ディスプレイシステム

Info

Publication number: JP2008546023A
Application number: JP2008514790A
Authority: JP
Inventors: アール．コナー，アーリー
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2008-12-18
Also published as: EP1886185A1; TW200712741A; KR20080012962A; US20060274288A1; WO2006130640A1; CN101189547A; US7503659B2; EP1886185A4

Abstract

投影画像形成システムなどにおいて、画像形成ミラーの配列と共に使用するための照明システムが開示される。投影画像形成システムは、投影光学部品と、第１及び第２照明位置に配置された第１及び第２光源組立品を包含する。画像形成ミラーは、画像を形成するために第１及び第２の異なる反射状態の間で個別に制御可能であり、第１反射状態は、第１照明位置からの光を投影光学部品に反射させ、第２反射状態は、第２照明位置からの光を投影光学部品に反射させる。

Description

本発明は、照明システムに関し、より具体的には、投影画像形成システムなどにおいて画像形成ミラーの配列と共に使用するための、複数の位置から光を供給する照明システムに関する。

典型的な投影ディスプレイシステムは、光源、照明光学部品、画像形成装置、投影光学部品、及び投影スクリーンを包含することができる。照明光学部品は光源から光を集め、それを１つ以上の画像形成装置に向ける。画像形成装置(単数又は複数)は、電子的に調節され処理されたデジタルビデオ信号により制御され、そのビデオ信号に対応する画像を作り出す。次に、投影光学部品は画像を拡大し、それを投影スクリーンに投影する。アーク灯など、白色の光源は、カラーホイールと共に投影ディスプレイシステムのための光源として使用されてきた。しかし、最近、代わりの光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）が導入された。ＬＥＤの幾つかの長所としては、より長い寿命、より高い効率、及び優れた熱特性が挙げられる。

デジタル投影システムでしばしば使用される画像形成装置の一例は、デジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）である。ＤＭＤの主な特徴は、回転可能なマイクロミラーの配列である。各々のミラーの傾きは、各々のミラーと関連するメモリーセルに搭載されたデータにより個別に制御されて、反射した光を進め、そしてビデオデータのピクセルを投影スクリーン上のピクセルに空間的に写像する。オン状態のミラーにより反射された光は、投影光学部品を通過してスクリーン上に投影されて明領域を生成する。一方、オフ状態のミラーにより反射された光は投影光学部品を外れて暗領域になる。カラー画像も、色の順序付け（color sequencing）を利用すること、又は別の方法では３つのＤＭＤ、各々の原色（赤色、青色、及び緑色）について１つを使用することなどにより、ＤＭＤを使用して作り出されてよい。

現在あるＤＭＤは、投影光学部品に向かって光を反射する（オン状態で）か、又は吸収領域若しくは「ダンプ領域」に光を反射する（オフ状態で）のどちらかに制御されたＤＭＤの個々のミラーで、一方の側からだけ発する光を反射するように構成されている。

本発明は、投影画像形成システムなどで、画像形成ミラーの配列と共に使用するための照明システムである。

投影画像形成システムは、投影光学部品と、第１及び第２照明位置に配置された第１及び第２光源組立品を包含する。画像形成ミラーは、画像を形成するために第１及び第２の反射状態の間で個別に制御可能であり、第１反射状態は、第１照明位置からの光を投影光学部品に反射させ、第２反射状態は、第２照明位置からの光を投影光学部品に反射させる。

図１は、本発明の代表的な実施形態による投影画像形成システム１０を説明する図である。投影画像形成システム１０は、光源組立品１１ａ及び１１ｂと、ミラー位置１４ａ及び１４ｂを有するデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）１２と、投影光学部品１６を包含する。ＤＭＤ１２は単一ミラーとして図１に示されているが、ＤＭＤ１２は、明瞭性のためにそれの１つだけが図１に示され、実際には画像を形成するために画像データに基づいて制御される個別に制御可能なミラーの配列を包含することが当業者によって理解されるであろう。

操作時に、光は、光源組立品１１ａ及び光源組立品１１ｂの１つからＤＭＤ１２に供給される。ＤＭＤ１２は制御され、その結果、ディスプレイされる画像を現す画像データに基づいて、光は投影光学部品１６に向かって又は「ダンプ領域」へのどちらかに反射される。光が光源組立品１１ａから供給される時、画像データがピクセルがオン状態であることを示す時に、ＤＭＤ１２はミラー位置１４ａにあるように制御され（投影光学部品１６に向かって反射する）、画像データがピクセルがオフ状態であることを示す時に、ＤＭＤ１２はミラー位置１４ｂにあるように制御される（「ダンプ領域」に反射する）。同様に、光が光源組立品１１ｂから供給される時、画像データがピクセルがオン状態であることを示す時に、ＤＭＤ１２はミラー位置１４ｂにあるように制御され（投影光学部品１６に向かって反射する）、画像データがピクセルがオフ状態であることを示す時に、ＤＭＤ１２はミラー位置１４ａにあるように制御される（「ダンプ領域」に反射する）。

図２は、本発明の第１特定実施形態による投影画像形成システム１０−１を説明する図である。システム１０−１は、図１に示されるシステム１０に似ており、複数個のＬＥＤの光源を包含する光源組立品１１ａ及び１１ｂと共に構成される。具体的には、光源組立品１１ａは、赤色及び緑色ＬＥＤの光源（それぞれ光源Ｒ及びＧ１として認められる）を包含し、光源組立品１１ｂは、青色及び緑色ＬＥＤの光源（それぞれ光源Ｂ及びＧ２として認められる）を包含する。光源組立品１１ａは、二色性ミラー１７ａ及びレンズ１８ａも包含し、光源組立品１１ｂは、同様に二色性ミラー１７ｂ及びレンズ１８ｂを包含する。

ＬＥＤの光源は、増加した効率及び最大出力を伴って継続的に開発され、そのような市販のＬＥＤが、本開示の代表的な実施形態において有利に使用される。或いは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、面発光型半導体レーザー（ＶＣＳＥＬ）、又は他の好適な発光装置が使用されてもよい。

操作時に、光源組立品１１ａ及び光源組立品１１ｂの１つからＤＭＤ１２に光が供給される。より具体的には、選択された光の色がＬＥＤの光源（Ｒ、Ｇ１、Ｂ、又はＧ２）の１つから供給される。これは、既知の持続時間の間、適切なＬＥＤの光源をつけることにより達成され、それぞれの二色性ミラー（１７ａ又は１７ｂ）は、作動しているＬＥＤの光源からそれぞれのレンズ（１８ａ又は１８ｂ）を通してＤＭＤ１２に向かって光を向けるのを可能にする。二色性ミラー１７ａ及び１７ｂは、適切な絶縁コーティングを包含し、当該技術分野において周知であるフィルター原理により赤色、緑色、若しくは青色光を通過させるか又は反射する。図１の操作に関して上述されたように、ＤＭＤ１２は制御され、その結果、ディスプレイされる画像を現す画像データに基づいて、光は投影光学部品１６に向かって又は「ダンプ領域」へのどちらかに反射される。

一形体では、赤色、青色、及び２つの緑色ＬＥＤの光源からの光は、連続するパターンでＬＥＤの光源をつける、また消すなどにより、見る人にフルカラー画像を示す方法で、時分割多重化（色の順序付け（color sequencing）又はフィールドシーケンシャルカラーとしても既知）されている。例えば、これらの光源の各々からの光は、次のような連続的な様式で供給されてよい。

この色の順序付け（color sequencing）のスキームは、赤色光（ＬＥＤＲから）及び青色光（ＬＥＤＢから）より１サイクル当たり、より長い時間、緑色光（ＬＥＤＧ１及びＧ２から）を供給する。現行の技術状態では緑色ＬＥＤは、赤色及び青色ＬＥＤと同程度の明度を有する光を作り出すことができないという事実のために、代表的な実施形態ではこのようなスキームが望ましい。それ故に、各々の色の順序付け（color sequencing）のサイクルの間に、より長い時間緑色ＬＥＤから光を供給することは、緑色の明度のレベルを改善する。説明された順序付け（color sequencing）の順序は、このシステムの２つの対向する側の光源組立品１１ａ及び１１ｂの間で交互に行われる。

代わりの実施形態では、異なる色の順序付け（color sequencing）の順序が使用され、その結果、２つの光源組立品の間で交互に行われるのではなく、光が光源組立品１１ａの２個のＬＥＤの光源から連続的に供給され、次に、光源組立品１１ｂの２個のＬＥＤの光源から連続的に供給される。この代わりの実施形態における光の順序の一例は、次のとおりである：

図３は、本発明の第２特定実施形態による投影画像形成システム１０−２を説明する図である。システム１０−２は、図１に示されるシステム１０及び図２に示されるシステム１０−１に似ており、色特定光源を有する光源組立品１１ａ及び１１ｂと共に構成される。具体的には、光源組立品１１ａは緑色光を供給する一方、光源組立品１１ｂは赤色及び青色光を供給する。代表的な実施形態では、緑色、赤色、及び青色光は、緑色、赤色、及び青色ＬＥＤにより供給されてよく、又は別の方法では、他の色特定光供給装置により供給されてもよい。

図３の図は、緑色光源組立品１１ａ及び赤色／青色光源組立品１１ｂからの光の色の順序付け（color sequencing）を説明し、「Ｇ］が付けられた矢印は緑色光を示し、「Ｒ」が付けられた矢印は赤色光を示し、「Ｂ］が付けられた矢印は青色光を示している。この例での光の順序は、次のとおりである：

図４は、本発明の代表的な実施形態での光源組立品１１ａ及び１１ｂと、投影光学部品１６と、「ダンプ領域」２０ａ及び２０ｂの相対的な位置を説明する瞳空間図（pupil space diagram）である。「ダンプ領域」での吸収のために反射された光が、光源組立品１１ａ及び１１ｂの１つにより供給された光と影響し合わないことを確実にするために、光源組立品１１ａ及び１１ｂの１つは、他の光源組立品、ＤＭＤ１２、及び投影光学部品１６により画定される平面の外側に配置される（図１参照）。例えば、図１では、光源組立品１１ｂは、紙の平面（光源組立品１１ａ、ＤＭＤ１２、及び投影光学部品１６を包含する平面である）より上の平面に配置することができ、それにより、光源組立品１１ｂと関連する「ダンプ領域」は紙の平面より下に配置される。光源組立品１１ａ及び１１ｂの１つを他の光源組立品、ＤＭＤ１２、及び投影光学部品１６により画定される平面の外側に位置決めすると、「ダンプ領域」２０ａは、光源組立品１１ｂと干渉しない領域に配置され、「ダンプ領域」２０ｂは、光源組立品１１ａと干渉しない領域に配置される。

図５は、本発明の実施形態による投影ディスプレイシステムの制御電子回路及びディスプレイスクリーンを説明する図である。イメージャ用電子回路３０は、ＤＭＤ１２に操作可能に接続されて、画像データに従ってＤＭＤ１２の個々のミラーを制御し、その結果、適切な画像が形成される。イメージャ用電子回路３０は、同期化電子回路にも操作可能に接続され、同期化電子回路は、光源組立品１１ａ及び１１ｂに接続される。同期化電子回路はイメージャ用電子回路３０と協働して、光源組立品１１ａ及び１１ｂにより供給された光の色が、ＤＭＤ１２のミラーの状態の制御と正確に同期化されるのを確実にし、その結果、各々の別個の色と関連する単色の画像（及び、光源組立品１１ａ及び１１ｂの２つの照明位置から生じたもの）が、連続して合流し、フルカラー画像を形成することができる。ＤＭＤ１２により形成された画像は、当該技術分野において一般的に既知である方法で投影光学部品１６を通ってディスプレイスクリーン３４に投影される。

上述の本発明の実施形態は、ＤＭＤの対称性性質（symmetric nature）を利用して、投影のために（オン状態で）、そして「ダンプ領域」での吸収のために（オフ状態で）２つの照明位置から供給される光を反射する。この形体は、多くの潜在的に有利な結果を達成することができる。図２に関して上述されたように、複数の緑色の光源（ＬＥＤなど）が供給されて、単に各々の色のサイクルの間に緑色の光源をより強く駆動することにより寿命又は効率を低減することなく、緑色光の明度を改善してもよい。複数の分離した緑色の光源から緑色の光を供給することは、改善された熱消失も可能にするが、これは、必要な明度を供給するために緑色の光源が高レベルの電流で駆動される状況において重要である。加えて、同じ光線の経路に沿って供給される光側から全ての３原色（赤色、青色、及び緑色）をもはや供給する必要がないので、本発明の両側照明システムの幾つかの形体は、より小さな照明用エンジンサイズで構築することができる。使用される二色性ミラー要素の数も、（３から２に）減らされる。当業者であれば、本発明の原理に従って複数の位置から照明を供給する能力の他の長所を認めるであろう。

好ましい実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、本発明の精神及び範囲から逸脱しない形態及び詳細の変更を行えることが、当業者であれば理解できるであろう。例えば、本発明は、一度に単一の原色を供給する実施形態に関して説明したが、複数の光源が縦一列に並んで働いて、各々の照明位置から光を供給することが可能であり、その結果、供給される光は、原色か、又は両方の原色の光源を同時に操作することにより生じる等和色のどちらであることもできる。光源の他の修正及び複数位置の照明システムの他の構成要素も、本発明の範囲内で考察される。

本発明の代表的な実施形態による投影画像形成システムを説明する図。本発明の第１特定実施形態による投影画像形成システムを説明する図。本発明の第２特定実施形態による投影画像形成システムを説明する図。本発明の代表的な実施形態における光源組立品、投影光学部品、及び「ダンプ領域」の相対的な位置を説明する瞳空間図（pupil space diagram）。本発明の実施形態による投影ディスプレイシステムの制御電子回路及びディスプレイスクリーンを説明する図。

Claims

投影画像形成システムであって、
第１及び第２照明位置に配置された第１及び第２光源組立品と、
投影光学部品と、
画像を形成するために第１及び第２の異なる反射状態の間で個別に制御可能な画像形成ミラーの配列であって、該第１反射状態が、前記第１照明位置からの光を前記投影光学部品に反射させ、該第２反射状態が、前記第２照明位置からの光を前記投影光学部品に反射させる画像形成ミラーの配列と、を含む投影画像形成システム。
前記第１及び第２光源組立品が、各々少なくとも１個の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む請求項１の投影画像形成システム。
前記第１及び第２光源組立品は、少なくとも１個の緑色ＬＥＤを包含する複数個のＬＥＤを各々が含む請求項２の投影画像形成システム。
前記第１光源組立品が、第１の発光ダイオードの一対及び第１二色性ミラー要素を含み、前記第２光源組立品が、第２の発光ダイオードの一対及び第２二色性ミラー要素を含む請求項１の投影画像形成システム。
前記第１の発光ダイオードの一対が、赤色ＬＥＤ及び第１緑色ＬＥＤを含み、前記第２の発光ダイオードの一対が、青色ＬＥＤ及び第２緑色ＬＥＤを含む請求項４の投影画像形成システム。
前記第１及び第２光組立品が、（１）赤色ＬＥＤ、（２）第２緑色ＬＥＤ、（３）第１緑色ＬＥＤ、（４）青色ＬＥＤの順に、色の順序（color sequencing）を供給するように制御される請求項５の投影画像形成システム。
前記第２照明位置が、前記第１照明位置、前記投影光学部品、及び前記画像形成ミラーにより画定される第１平面の外側に配置され、この結果、前記第１反射状態が、前記第２照明位置からの光を第１領域に反射させ、前記第２反射状態が、前記第１照明位置からの光を第２領域に反射させ、前記第１領域が前記第１平面の外側に配置され、前記第２領域が、前記第２照明位置、前記投影レンズ、及び前記画像形成ミラーにより画定される第２平面の外側に配置される請求項１の投影画像形成システム。
各々が第１及び第２の異なる反射状態を有し、画像データに従って個別に制御可能な画像形成ミラーの配列に、光を供給するための照明システムであって、
第１照明位置に配置され、前記画像データに基づいて操作可能な第１光源組立品であって、前記画像形成ミラーにより前記第１反射状態で第１位置に、前記第２反射状態で第２位置に反射するように向いた第１光線経路に沿って光を供給するための第１光源組立品、及び
第２照明位置に配置され、前記画像データに基づいて操作可能な第２光源組立品であって、前記画像形成ミラーにより前記第１反射状態で第２位置に、前記第２反射状態で第３位置に反射するように向いた第２光線経路に沿って光を供給するための第２光源組立品を含む照明システム。
前記第１及び第２光源組立品が、各々少なくとも１個の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む請求項８の照明システム。
前記第１及び第２光源組立品は、少なくとも１個の緑色ＬＥＤを包含する複数個のＬＥＤを各々が含む請求項９の照明システム。
前記第１光源組立品が、第１の発光ダイオードの一対及び第１二色性ミラー要素を含み、前記第２光源組立品が、第２の発光ダイオードの一対及び第２二色性ミラー要素を含む請求項８の照明システム。
前記第１の発光ダイオードの一対が、赤色ＬＥＤ及び第１緑色ＬＥＤを含み、前記第２の発光ダイオードの一対が、青色ＬＥＤ及び第２緑色ＬＥＤを含む請求項１１の照明システム。
前記第１及び第２光組立品が、（１）赤色ＬＥＤ、（２）第２緑色ＬＥＤ、（３）第１緑色ＬＥＤ、（４）青色ＬＥＤの順に、色の順序（color sequencing）を供給するように制御される請求項１２の照明システム。
投影ディスプレイシステムであって、
第１及び第２照明位置に配置された第１及び第２光源組立品と、
投影光学部品と、
第１反射状態が、前記第１照明位置からの光を前記投影光学部品に反射させ、第２反射状態が、前記第２照明位置からの光を前記投影光学部品に反射させる前記第１及び第２の異なる反射状態を有する画像形成ミラーの配列と、
画像を形成するために、前記画像形成ミラーの配列を制御するように操作可能に接続されたイメージャ用電子回路と、
前記画像形成ミラーにより形成された前記画像を前記第１及び第２光源組立品により供給された光の色及び位置と同期化するために、前記イメージャ用電子回路と前記第１及び第２光源組立品とに操作可能に接続された同期化回路と、を含む投影ディスプレイシステム。
前記第１及び第２光源組立品が、各々少なくとも１個の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む請求項１４の投影ディスプレイシステム。
前記第１及び第２光源組立品は、少なくとも１個の緑色ＬＥＤを包含する複数個のＬＥＤを各々が含む請求項１５の投影ディスプレイシステム。
前記第１光源組立品が、第１の発光ダイオードの一対及び第１二色性ミラー要素を含み、前記第２光源組立品が、第２の発光ダイオードの一対及び第２二色性ミラー要素を含む請求項１４の投影ディスプレイシステム。
前記第１の発光ダイオードの一対が、赤色ＬＥＤ及び第１緑色ＬＥＤを含み、前記第２の発光ダイオードの一対が、青色ＬＥＤ及び第２緑色ＬＥＤを含む請求項１７の投影ディスプレイシステム。
前記第１及び第２の光組立品が、（１）赤色ＬＥＤ、（２）第２緑色ＬＥＤ、（３）第１緑色ＬＥＤ、（４）青色ＬＥＤの順に、色の順序（color sequencing）を供給するように制御される請求項１８の投影ディスプレイシステム。
前記第２照明位置が、前記第１照明位置、前記投影光学部品、及び前記画像形成ミラーにより画定される第１平面の外側に配置され、この結果、前記第１反射状態が、前記第２照明位置からの光を第１領域に反射し、前記第２反射状態が、前記第１照明位置からの光を第２領域に反射し、前記第１領域が、前記第１平面の外側に配置され、前記第２領域が、前記第２照明位置、前記投影レンズ、及び前記画像形成ミラーにより画定される第２平面の外側に配置される請求項１４の投影ディスプレイシステム。