JP2012507051A

JP2012507051A - スペクトル干渉を低減するための画像投影システム

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Publication number: JP2012507051A
Application number: JP2011533430A
Authority: JP
Inventors: ロジャーイーヤッフェ
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2012-03-22
Also published as: WO2010062620A2; US20100103381A1; WO2010062620A3; CN102197644A

Abstract

第１の偏光状態にある第１のスペクトル範囲を有する第１のソース・ビームを生成するべく構成された第１の発光ダイオード・サブシステム、および第１のスペクトル範囲とオーバーラップする第２のスペクトル範囲を有する第２のソース・ビームを生成するべく構成された第２の発光ダイオード・サブシステムを有する画像投影システムが提供される。第２のソース・ビームは、第１のソース・ビームの第１の偏光状態と直交する第２の偏光状態で提供されるようにできる。画像投影システムは、さらに、第１のソース・ビームおよび第２のソース・ビームを受光し、第１のソース・ビームと第２のソース・ビームを合成して共通出力ビームを形成するべく構成されたクロス‐キューブ・プリズムを含むことができる。

Description

（関連出願に対するクロスリファレンス）
この出願は、『メソッド・フォア・ブルー‐グリーンＬＥＤクロストーク・リダクション（ＭＥＴＨＯＤＦＯＲＢＬＵＥ‐ＧＲＥＥＮＬＥＤＣＲＯＳＳ‐ＴＡＬＫＲＥＤＵＣＴＩＯＮ）』と題されて２００８年１０月２７日に出願されたロジャーＥ．ヤッフェ（ＲｏｇｅｒＥ．Ｙａｆｆｅ）の米国仮特許出願第６１／１０８，８１９号からの優先権を主張し、当該出願の開示は、そのすべての目的についてそれの全体が参照によってこれに援用される。

画像投影システムを利用する表示デバイスは、販売デモンストレーション、ビジネス会合、教室内の教育の実施、およびホーム・シアターにおける使用といった目的のために人気を博してきた。１つの例においては、その種の表示デバイスがアナログ・ビデオ信号をパーソナル・コンピュータから受信し、そのビデオ信号をデジタル・ビデオ信号へ変換する。この信号は、電子的に整えられ、処理されて液晶デバイスおよび／またはリキッド・クリスタル・オン・シリコン（ＬＣＯＳ）デバイス等の作像デバイスをコントロールする。

表示デバイス内に含められる画像投影システムは、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ等の広いスペクトルの高輝度光を提供する能力のある光源を採用することがある。しかしながらＨＩＤランプは、発光ダイオード（ＬＥＤ）等のほかの光源と比べたときに高い消費電力、短い寿命、および大きいサイズといったいくつかの欠点を有する。この理由のため、いくつかの画像投影システムのための光源としてＬＥＤが採用されている。より軽く、より効率的であり、よりポータブルなマルチメディア投影機のセットが、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を採用することによって達成された。またＬＥＤは、ＨＩＤランプより安価であり、はるかに長命でもある。

しかしながらレッド、グリーン、およびブルーのスペクトル成分の間の広い分離を有するＨＩＤランプ‐ベースのシステムとは異なり、ＬＥＤ‐ベースのシステムは、それらのブルーとグリーンのスペクトル成分の間に実質的なオーバーラップを有し、有意のブルー‐グリーン・クロストークを生じさせる。そのため、バンド‐パス・フィルタが採用されてブルー‐グリーンＬＥＤクロストークが除去される。しかしながら、その種のバンド‐パス・フィルタの使用は、システムの全体的なカラー・ガンマウト、ホワイト・ポイント・バランス、および輝度における実質的な変更にもつながる。

今述べている概要は、単純化された形式において概念を紹介するべく提供されており、それについては以下の「発明を実施するための形態」の中でさらに説明されている。この概要には、請求されている発明の要旨の主要な特徴または本質的な特徴を識別することは意図されてなく、請求されている発明の要旨の範囲の限定に使用されることも意図されていない。さらにまた、請求されている発明の要旨は、この開示の任意部分に示された欠点のいくつかまたはすべてを解決する実装に限定されない。

ＨＩＤランプ‐ベースの投影システムにおけるスペクトル成分間の分離を図解した説明図である。ＬＥＤ‐ベースの投影システムにおけるスペクトル成分間のブルー‐グリーン・クロストークを図解した説明図である。バンド‐パス・フィルタを使用するＬＥＤ‐ベースの投影システムにおけるブルー‐グリーン・クロストーク除去を図解した説明図である。この開示の画像投影システムの第１の実施態様を示した説明図である。この開示の画像投影システムの第２の実施態様を示した説明図である。図４および５に示されている画像投影システム内において、カラー画像合成のために採用できるクロス‐キューブ・プリズムを示した説明図である。ｐ‐偏光された光とｓ‐偏光された光の間のダイクロイック‐コーティング表面上における反射率の相違を図解したグラフである。画像投影システムを動作させるための一例の方法を図解したプロセス・フローチャートである。

この開示は、画像投影システム内におけるスペクトル成分の間のクロストークの低減に指向されている。図１〜２に、いくつかの先行技術システム内において利用されている高輝度放電（ＨＩＤ）ランプによって作られる光のスペクトル成分と、発光ダイオード（ＬＥＤ）‐ベースの光源によって作られる光のスペクトル成分を対比した２つのグラフを示す。

特に、図１のグラフ１００は、先行技術の画像投影システムにおける高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ‐ベースの光源等の広スペクトル光源からの光成分のスペクトル分離を図示している。ＨＩＤランプからの光は、ブルー・スペクトル成分１０２、グリーン・スペクトル成分１０４、およびレッド・スペクトル成分１０６に分離される。各スペクトル成分は、スペクトル範囲（１０８、１１０、および１１２）およびピーク波長（１１４、１１６、および１１８）を有する。スペクトル範囲は、各スペクトル成分内に含まれることが許され波長の範囲を示すことができる。図示されているとおり、スペクトル範囲は、広く分離されており、オーバーラップしていない。その結果、スペクトル成分の間においてクロストークに遭遇することがないと見てよい。

画像投影システムは、ＨＩＤランプを利用する画像投影システムと比較したときの長命性の増加、コストの減少、カラー・ガンマウトの増加をはじめ、パルシングによりカラー連続画像を作ることができるというＬＥＤの能力を含む多様な理由に起因してＬＥＤ‐ベースの光源を採用することがある。相応じてＬＥＤ‐ベースの光源の利用時には、より軽く、よりコンパクトであり、効率的な画像投影システムを作ることができる。

しかしながら、ＨＩＤランプによって作られる広く分離されたスペクトルとは異なり、ＬＥＤ‐ベースの光源によって作られるスペクトルはオーバーラップするスペクトル成分を有することがある。図２のグラフ２００は、ＬＥＤ‐ベースの光源のブルー、グリーン、およびレッドのスペクトル成分（２０２、２０４、および２０６）、対応するスペクトル範囲（２０８、２１０、および２１２）、およびピーク波長（２１４、２１６、および２１８）を示している。認識されるであろうが、いくつかの例においては各スペクトル成分を別々のＬＥＤによって生成することができる。図示されているとおり、領域２２０においてブルー・スペクトル成分およびグリーン・スペクトル成分がＬＥＤの特性に起因してオーバーラップしている。そのためブルーとグリーンのスペクトル成分の間においてクロストークが生じることがあり、それによってシステムの画像特性が劣化する。図解されているとおり、グリーン・スペクトル成分２０４とレッド・スペクトル成分２０６の間は有意の分離を有し、オーバーラップはない。したがってレッド・スペクトル範囲は、ブルーおよびグリーンのスペクトル範囲の外側になる。しかしながら、ほかの例においてグリーンとレッドのスペクトル成分の間にオーバーラップが存在することはあり得る。

ＬＥＤ‐ベースの光源を使用しているいくつかの先行技術システムにおいては、さらに詳しく図３のグラフ３００に図解されているとおり、図２に示されているスペクトルからのブルー‐グリーン・クロストークを排除または低減するためにバンド‐パス・フィルタが使用されることがある。詳細に述べれば、上側カットオフ波長３０２を有するバンド‐パス・フィルタが使用されてブルー・スペクトル成分２０２の部分３０４が除去され、それによってそれがグリーン・スペクトル成分２０４と混合されることを防止できる。レッド・スペクトル成分２０６は影響を受けずに残存することができる。しかしながらブルー・スペクトル成分の実質的な部分を除去することによって、達成可能な全体のカラー・ガンマウトが低減される。さらにまた、システムのホワイト・ポイント・バランスおよび輝度もまた負の影響を受ける。したがって、ブルー‐グリーン・クロストークの排除または低減にバンド‐パス・フィルタを利用することは、ほかの問題を生むことがあり、それがシステムの画像特性に有害な影響を与え得る。ＬＥＤ‐ベースの画像投影システムにおけるクロストークを低減する別の解決策が必要とされている。

したがって、スペクトル成分の間のクロストークを低減させるために、第１の偏光状態にある第１のスペクトル範囲を有する第１のソース・ビームを生成するべく構成された第１の発光ダイオード・サブシステム、および第１のスペクトル範囲とオーバーラップする第２のスペクトル範囲を有する第２のソース・ビームであって、第１の偏光状態と直交する第２の偏光状態にある第２のソース・ビームを生成するべく構成された第２の発光ダイオード・サブシステムを有する画像投影システムが提供される。画像投影システムは、さらに、第１のソース・ビームおよび第２のソース・ビームを受光し、第１のソース・ビームと第２のソース・ビームを合成して直交偏光されたスペクトル成分を有する共通出力ビームを形成するべく構成されたクロス‐キューブ・プリズムを含むことができる。この方法によれば、ブルーおよびグリーンのスペクトル成分等のスペクトル成分が直交偏光され、それによってそれらのスペクトル成分の間における干渉を排除し、システムの画像特性の劣化を回避することができる。

図４は、クロス‐キューブ・プリズム４３０を採用してシステム内のスペクトル成分の間のクロストークを実質的に排除するか、または低減する本発明の画像投影システム４００の実施態様の例を示している。この画像投影システムは、表示デバイス内に含められるようにできる。適切な表示デバイスには、限定ではないが、前方および後方投影テレビジョン、モニタ、ハンドヘルド表示デバイス、および、テキスト、グラフィクス、ビデオ画像、静止画、プレゼンテーション等を含む画像を表示するべく適合されたデジタル投影機を含めることができる。その種の表示デバイスは、ホーム環境および応用、教育環境および応用、ビジネス設備、会議室およびそのほかの会合設備等の中に見ることができる。

図示された実施態様においては、画像投影システムが、レッドＬＥＤサブシステム４０４、グリーンＬＥＤサブシステム４０６、およびブルーＬＥＤサブシステム４０８を有する光源４０２を含んでいる。レッドＬＥＤサブシステムは、可視光スペクトルのレッド領域内にピーク波長を有する光（たとえば、６２０〜７５０ナノメートル（ｎｍ））を生成するべく構成されたＬＥＤを含むことができる。同様にグリーンＬＥＤサブシステムは、可視光スペクトルのレッド領域内にピーク波長を有する光（たとえば、４９５〜５７０ナノメートル（ｎｍ））を生成するべく構成されたＬＥＤを含むことができ、ブルーＬＥＤサブシステムは、可視光スペクトルのレッド領域内にピーク波長を有する光（たとえば、４５０〜４９５ナノメートル（ｎｍ））を生成するべく構成されたＬＥＤを含むことができる。図２に関して以前に論じたとおり、ブルーおよびグリーンのＬＥＤによって生成される光のスペクトル範囲は、オーバーラップすることがある。図示されている実施態様においては、レッド、グリーン、およびブルーのＬＥＤサブシステムが、それぞれ偏光器（それぞれ、４１０、４１２、および４１４）を含む。偏光器４１０は光をｓ‐状態で偏光するべく構成することができ、偏光器４１２は光をｐ‐状態で偏光するべく構成することができ、偏光器４１４は光をｓ‐状態で偏光するべく構成することができる。認識されるであろうが、ほかの実施態様においては偏光器がＬＥＤサブシステムから分離されることがある。言換えると、偏光器はＬＥＤサブシステムの光学的下流に位置決めできる。さらに、ほかの実施態様においては、ＬＥＤサブシステム内にＬＥＤのクラスタまたはアレイを配してカラー・チャンネルを形成できる。これらの構成によらず、光源４０２への給電は、電源４１６から行うことができる。いくつかの例においては、各ＬＥＤサブシステムが電源内に含まれる対応する給電モジュールを有することがある。しかしながら別の例においては、ＬＥＤサブシステムへの給電を単一のモジュールによって行うことができる。

レッドＬＥＤサブシステム４０４は、ｓ‐偏光されたソース・ビーム４１７を第１の光伝達ガイド４１８、１つまたは複数のレンズ（図示せず）、および第１の光積分器４２０へ指向するべく構成できる。相応じてグリーンＬＥＤサブシステム４０６は、ｐ‐偏光されたソース・ビーム４２１を第２の光伝達ガイド４２２、１つまたは複数のレンズ（図示せず）、および第２の光積分器４２４へ指向するべく構成でき、ブルーＬＥＤサブシステムは、ｓ‐偏光されたソース・ビーム４２５を第３の光伝達ガイド４２６、１つまたは複数のレンズ（図示せず）、および第３の光積分器４２８へ指向するべく構成できる。適切な光伝達ガイドには、光ファイバ導光路、フォトニック結晶ファイバ導光路等を含めることができる。１つの例において詳細述べれば、光伝達ガイドに含まれている光ファイバの端と、ＬＥＤサブシステム内に含まれているＬＥＤとを１対１の関係で組にできる。その後は光ファイバを束に整えることができる。光積分器（４２０、４２４、および４２８）は、それぞれの光伝達ガイド（４１８、４２２、および４２６）から受光して、その光を積分するべく多様な光学構成要素を採用することによって構成できる。認識されるであろうが、いくつかの例においては第１、第２、および第３の光伝達ガイドが、いくつかの実施態様において共通のハウジングを共有できる。ほかの実施態様においては、光積分器が画像投影システム内に含められないことがある。

光積分器は、ＬＥＤサブシステムからのソース・ビームを、ダイクロイック‐コーティング表面を有するクロス‐キューブ・プリズム４３０の別々の面に向けて指向できる。クロス‐キューブ・プリズムの構造を、ここで図６に関連して詳細に考察する。クロス‐キューブ・プリズム４３０は、ソース・ビームの受光および共通出力ビーム４３１への合成を行うべく構成することができる。１つの例として、ｓ‐偏光されたブルーおよびレッドの光線がクロス‐キューブ・プリズムにわたって反射され、ｐ‐偏光されたグリーン光がクロス‐キューブ・プリズムを透過するようにできる。図示された実施態様においては、共通出力ビーム４３１が、ｓ‐偏光状態のレッドのスペクトル成分、ｐ‐偏光状態のグリーンの偏光された成分、およびｓ‐偏光状態のブルーのスペクトル成分を有する白色光である。したがって、ブルーとグリーンのスペクトル成分が直交する偏光状態に置かれる。直交偏光の性質における本質的な相違に起因して、ブルーとグリーンのスペクトル成分の間に実質的な干渉が観察されなくなり、それによってブルーとグリーンの成分の間のクロストークが排除される。この方法によれば、スペクトル干渉によってもたらされるシステムの画像特性に対する有害な影響を回避できる。認識されることになろうが、この種のシステムは、グリーンとレッドのスペクトル成分の間といったほかのスペクトル成分の間におけるクロストークも実質的に排除または低減することができる。

共通出力ビーム４３１は、１つまたは複数の光路レンズ（図示せず）および／または光伝達ガイド（たとえば、光ファイバ伝達ガイド）の補助を借りて作像デバイス４３２へ中継できる。１つの例として述べれば、作像デバイス４３２は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）デバイスおよび／またはリキッド・クリスタル・オン・シリコン（ＬＣＯＳ）デバイス等の液晶作像デバイスとすることができる。ＬＣＤおよびＬＣＯＳは例として与えられたものであり、作像デバイス４３２は、投影のための画像を生成するべく適合された任意の適切なデバイスとすることができる。

表示コントローラ４３４は、マイクロプロセッサを含み、パーソナル・コンピュータまたはビデオ・デバイス等のマルチメディア・デバイス４３６からカラー画像データを受信し、その画像データを、フレーム順次のレッド、グリーン、およびブルーの画像データに処理できる。連続するフレーム・データは、その後作像デバイス４３２へ、電源４１６へ送信されてＬＥＤサブシステムをオンおよびオフし、対応するカラーを発する信号と正しく同期されて伝達される。また表示コントローラ４３４には、電源４１６によって給電することもできる。

１つの実施態様においては、作像デバイスを、表示コントローラ４３４を介して個別にコントロールされるピクセルのアレイを含むＬＣＤ作像デバイスとすることができる。前述した実施態様においては表示コントロールを、マルチメディア・デバイスからのビデオ信号を解釈し、ピクセル画像パターンを伝達するべく構成でき、それが各ピクセルをコントロールして、ピクセルが暗または明状態の条件のいずれに切換えられるかに応じて光を２つの直交偏光方向のうちの１つの方向へ反射する。暗状態にあるピクセルは、偏光方向を変更することなく光線を反射し、明状態にあるピクセルは、９０度の偏光方向の回転を伴って入射光線を反射する。認識されるであろうが、ＬＣＤ作像デバイスは本質的に一例であり、ほかの実施態様において代替の適切な作像デバイスが使用されることはあり得る。

作像デバイスがＬＣＤ／ＬＣＯＳの類のものである場合には光が作像デバイスを通って伝播し、実質的な曲がりを伴うことなく投影レンズ群４３８へと続く。したがっていずれかの光が投影レンズから反射されることがあれば、それが光吸収表面（図示せず）によって吸収される。投影レンズ群は、連続生成された画像を視聴用の表示表面上へ指向させるべく構成できる。投影機ハウジング４４０（破線によってそれの一部分だけが示されている）内において、複数の光学構成要素をまとめてダイケース光学フレーム（図示せず）によって保持することができる。フレームおよびハウジングは、光学構成要素の冷却のための冷却ファン（図示せず）を含むべく適合できる。電源４１６は、その種の冷却ファンへの給電に使用できる。当業者に周知の多様なこのほかの光学構成要素もまた、この画像投影システム内に含められることがある。

図５は、画像投影システム４００の別の実施態様を示している。図示された実施態様においては、クロス‐キューブ・プリズムが、作像デバイス４３２の下流に位置決めされる。作像デバイスは、ＬＥＤサブシステムによって生成された各ソース・ビームを別々に処理し、処理済みのソース・ビーム５１０、５１２、および５１４を出力するべく構成できる。処理済みのソース・ビームは、入力ソース・ビーム４１７、４２１、および４２５の偏光およびスペクトル範囲と対応できる。言換えると、下流のクロス‐キューブ・プリズム内において合成して画像を形成するために、作像デバイスが個別のスペクトル成分（たとえば、レッド、グリーン、およびブルー）を処理できる。詳細に述べれば、１つの例においては、作像デバイスがブルー、グリーン、およびレッドの作像器を含むことができる。各作像器は、対応するソース・ビームを処理してそれぞれのカラーの一連の画像を作り出すべく構成できる。処理済みソース・ビームは、その後、合成およびその後に続く投影のためにクロス‐キューブ・プリズムへ送られる。この方法によれば、画像を生成する間、作像デバイスがスペクトル成分の分離を維持し、スペクトル成分のクロストークを防止する。しかしながらここで認識されることになろうが、ほかの例において、作像デバイスがソース・ビームを合成し、単一ビームを処理して画像を生成することはできる。

以前に述べたとおり、作像デバイス４３２はＬＣＯＳデバイスとすることができる。さらに、いくつかの例においては、ＬＣＯＳデバイスが、偏光された光の入射ビームの部分をピクセル毎のベースで選択的に回転するべく構成されたＬＣＯＳパネルを含むことができる。光のビームは、続いて下流の偏光器に通され、それが、回転された光をフィルタ・アウトすることができる。しかしながら、ほかの例においては、回転されていない光の部分を下流の偏光器がフィルタ・アウトすることができる。さらにほかの例においては、代替の適切なＬＣＯＳデバイスを利用できる。

図６に、図４および５に示したクロス‐キューブ・プリズム４３０の詳細図を示す。クロス‐キューブ・プリズム４３０は、互いに接着されて立方体を形成する４つのプリズム６００、６０２、６０４、および６０６を含む。いくつかの例においては、プリズムのそれぞれが９０度の角度をなす２つの側面を含むことができる。しかしながら、ほかの例においては代替の角度を形成できる。各プリズムの第３面は、立方体の外側面（６０８、６１０、６１２、および６１４）とすることができる。各プリズムは、ダイクロイック‐コーティングされた反射表面を含み、それが第１の反射表面６１６および第２の反射表面６１８を形成する。図７を参照してさらに詳細を後述するとおり、反射表面６１６および６１８のダイクロイック特性は、ｐ‐偏光された光線よりｓ‐偏光された光線の反射に寄与する。その結果、ｐ‐偏光された光線の主要部分がクロス‐キューブ・プリズムを透過できる（反射されない）。クロス‐キューブ・プリズムは、クロス‐キューブ・プリズムの異なる面に沿って異なる波長の光を指向し、それに続いて入射光線のすべての波長範囲を、それらの偏光の方向に従って再合成することによってカラー画像の合成を可能にする。

図に示されているとおり、第１のスペクトル範囲および第１の偏光状態を有する第１のソース・ビーム６２０が、ここではグリーンのスペクトル範囲に対応するｐ‐偏光された光線とするが、クロス‐キューブ・プリズム４３０に通され、具体的にはプリズム６０２に通され、実質的に反射を伴うことなく透過される。認識されることになろうが、第１のソース・ビーム６２０は、図４および５に図示されたソース・ビーム４２１または処理済みのソース・ビーム５１２に対応するものであるとしてよい。第１のソース・ビームは、第２の反射表面６１８上において入射角度６２１を有する。入射角度は、ダイクロイック‐コーティング表面の特性に基づいて選択でき、より詳細については図７に関連してこの中で論じる。

第２のスペクトル範囲および第２の偏光状態を有する第２のソース・ビーム６２２が、ここではブルーの波長に対応するｓ‐偏光された光線とするが、クロス‐キューブ・プリズム４３０に通され、具体的にはプリズム６００に通され、実質的に透過を伴うことなく反射される。同様に第３のスペクトル範囲（ここではレッド）および第３の偏光状態（ここではｓ‐偏光）を有する第３のソース・ビーム６２４もクロス‐キューブ・プリズム４３０に通され、具体的にはプリズム６０４に通され、実質的に透過を伴うことなく反射される。認識されることになろうが、第２のソース・ビーム６２２はソース・ビーム４２５または処理済みのソース・ビーム５１４に、第３のソース・ビーム６２４は図４および５に図示されたソース・ビーム４１７または５１０に対応するものであるとしてよい。第２のソース・ビームは第１の反射表面６１６上において入射角度６２６を有し、第３のソース・ビームは第２の反射表面６１８上において入射角度６２８を有する。これらの入射角度は、ダイクロイック‐コーティング表面の特性に基づいて選択でき、より詳細については図７に関連してこの中で論じる。

これらの波長の異なるソース・ビームは、続いてクロス‐キューブ・プリズムの他方の側で合成されてあらかじめ定義済みのカラーおよび輝度の光を生成し、白色光の共通出力ビーム６３０を形成できる。共通出力ビーム６３０は、図４および５に示された共通出力ビーム４３１に対応するものであるとしてよい。この方法によれば、共通出力ビームのブルーとグリーンのスペクトル成分が直交偏光される。いくつかの例においては、第１の反射表面６１６および第２の反射表面６１８のコーティングに使用されるダイクロイック材料を類似のものとすることができる。しかしながらほかの例においては、第１の反射表面のコーティングに使用されるダイクロイック材料を可視スペクトルのブルー領域内の光の反射率に寄与するものとし、第２の反射表面のコーティングに使用されるダイクロイック材料を可視スペクトルのレッド領域内の光の反射率に寄与するものとすることができる。

図７は、ダイクロイック‐コーティング表面上におけるｐ‐偏光された光とｓ‐偏光された光の間の反射率の相違をグラフによって図解している。具体的に述べるとグラフ７００は、ｓ‐偏光された光（実線の曲線７０２）およびｐ‐偏光された光（破線の曲線７０４）について、それらの偏光依存フレネル係数（Ｒｓ対Ｒｐ）によって決定されるところの多様な入射角度（ｘ軸）に対する反射率（ｙ軸）の変化を図示している。曲線７０２と７０４を比較すると、任意の所定入射角度でダイクロイック‐コーティング表面に衝突する任意波長の光について、ｐ‐偏光に対してｓ‐偏光の方が実質的により高いフレネル係数が得られることが示される。したがって、このことは、ダイクロイック‐コーティング表面においてｓ‐偏光された光の効率的な反射が得られるが、ダイクロイック‐コーティング表面においてｐ‐偏光された光の反射は困難であると解釈される。その結果として、ｐ‐偏光された光の大部分が、ダイクロイック‐コーティング表面にわたって透過を強いられる。グラフは、フレネルの式から補外されている。したがって、ここで認識されることになろうが、フレネルの式を、第１のソース・ビーム６２０の入射角度６２１の選択に使用し、ダイクロイック‐コーティングを通るｐ‐偏光された光の透過率を増加させることができる。それに加えて、フレネルの式を、第２のソース・ビーム６２２の入射角度６２６の選択および第３のソース・ビーム６２４の入射角度６２８の選択にも使用し、ｓ‐偏光された光の反射率を増加させることができる。この方法によれば、共通出力ビームの強度を増加できる。

図８は、画像投影システムの動作のための方法８００を示している。方法８００は、ここで述べたシステム、デバイス、および構成要素を使用して、および／または任意のそのほかの適切なシステム、デバイス、および構成要素を介して実装できる。

方法８００は８０２に、第１の発光ダイオード・サブシステム内における第１のスペクトル範囲を有する第１のソース・ビームの生成を含み、それにおいて第１のソース・ビームは第１の偏光状態にある。方法８００は８０４に、第２の発光ダイオード・サブシステム内における第１のスペクトル範囲とオーバーラップする第２のスペクトル範囲を有する第２のソース・ビームの生成を含み、それにおいて第２のソース・ビームは第１の偏光状態と直交する第２の偏光状態にある。この方法は８０６に、クロス‐キューブ・プリズムにおける第１および第２のソース・ビームの受光を含み、８０８においては方法が、クロス‐キューブ・プリズム内で第１のソース・ビームと第２のソース・ビームを合成し、共通出力ビームを形成することを含む。

いくつかの例においては、この第１と第２のソース・ビームの合成が、８１０におけるクロス‐キューブ・プリズムのダイクロイック‐コーティング表面を通した第１のソース・ビームの透過、および８１２におけるクロス‐キューブ・プリズムのダイクロイック‐コーティング表面での第２のソース・ビームの反射を含む。この方法によれば、スペクトル成分の間の干渉が実質的に排除され、それによって画像投影システムの画像特性の劣化を回避できる。

さらに、理解されるであろうが、この中で述べられている構成および／またはアプローチは、本質的に例示であり、夥しい数の変形が可能であることから、これらの特定の実施態様または例は限定の意味に解釈されない。この中で述べられている特定のルーチンまたは方法は、任意数の処理ストラテジのうちの１つまたは複数を表すことができる。したがって、図解された多様な動作は、図解された順序で、ほかの順序で、または並列に実行されることがあり、場合によっては省略されることがある。同様に、上に述べられているプロセスのいずれかの順序は、この中で述べられている実施態様の特徴および／または結果の達成に必ずしも求められるものではなく、図解および説明を容易にするために提供されているに過ぎない。この開示の発明の要旨は、この中に開示されている多様なプロセス、システム、および構成、およびそのほかの特徴、機能、作用、および／または性質のあらゆる新規かつ非自明の組合せおよび部分的組合せをはじめとするあらゆるそれの相当物を含む。

１００グラフ
１０２ブルー・スペクトル成分
１０４グリーン・スペクトル成分
１０６レッド・スペクトル成分
１１４、１１６、および１１８ピーク波長
２０２ブルー・スペクトル成分
２０４グリーン・スペクトル成分
２０６レッド・スペクトル成分
２０８、２１０、および２１２スペクトル範囲
２１４、２１６、および２１８ピーク波長
２２０領域
３００グラフ
３０２上側カットオフ波長
３０４部分
４００画像投影システム
４０２光源
４０４レッドＬＥＤサブシステム
４０６グリーンＬＥＤサブシステム
４０８ブルーＬＥＤサブシステム
４１０偏光器
４１２偏光器
４１４偏光器
４１６電源
４１７ソース・ビーム
４１８第１の光伝達ガイド
４２０第１の光積分器
４２１ソース・ビーム
４２２第２の光伝達ガイド
４２４第２の光積分器
４２５ソース・ビーム
４２６第３の光伝達ガイド
４２８第３の光積分器
４３０クロス‐キューブ・プリズム
４３１共通出力ビーム
４３２作像デバイス
４３４表示コントローラ
４３６マルチメディア・デバイス
４３８投影レンズ群
５１０処理済みのソース・ビーム
５１２処理済みのソース・ビーム
５１４処理済みのソース・ビーム
６００プリズム
６０２プリズム
６０４プリズム
６０６プリズム
６０８外側面
６１０外側面
６１２外側面
６１４外側面
６１６第１の反射表面
６１８第２の反射表面
６２０第１のソース・ビーム
６２１入射角度
６２２第２のソース・ビーム
６２４第３のソース・ビーム
６２６入射角度
６２８入射角度
６３０共通出力ビーム
７００グラフ
７０２曲線
７０４曲線
８００方法

図示された実施態様においては、画像投影システムが、レッドＬＥＤサブシステム４０４、グリーンＬＥＤサブシステム４０６、およびブルーＬＥＤサブシステム４０８を有する光源４０２を含んでいる。レッドＬＥＤサブシステムは、可視光スペクトルのレッド領域内にピーク波長を有する光（たとえば、６２０〜７５０ナノメートル（ｎｍ））を生成するべく構成されたＬＥＤを含むことができる。同様にグリーンＬＥＤサブシステムは、可視光スペクトルのグリーン領域内にピーク波長を有する光（たとえば、４９５〜５７０ナノメートル（ｎｍ））を生成するべく構成されたＬＥＤを含むことができ、ブルーＬＥＤサブシステムは、可視光スペクトルのブルー領域内にピーク波長を有する光（たとえば、４５０〜４９５ナノメートル（ｎｍ））を生成するべく構成されたＬＥＤを含むことができる。図２に関して以前に論じたとおり、ブルーおよびグリーンのＬＥＤによって生成される光のスペクトル範囲は、オーバーラップすることがある。図示されている実施態様においては、レッド、グリーン、およびブルーのＬＥＤサブシステムが、それぞれ偏光器（それぞれ、４１０、４１２、および４１４）を含む。偏光器４１０は光をｓ‐状態で偏光するべく構成することができ、偏光器４１２は光をｐ‐状態で偏光するべく構成することができ、偏光器４１４は光をｓ‐状態で偏光するべく構成することができる。認識されるであろうが、ほかの実施態様においては偏光器がＬＥＤサブシステムから分離されることがある。言換えると、偏光器はＬＥＤサブシステムの光学的下流に位置決めできる。さらに、ほかの実施態様においては、ＬＥＤサブシステム内にＬＥＤのクラスタまたはアレイを配してカラー・チャンネルを形成できる。これらの構成によらず、光源４０２への給電は、電源４１６から行うことができる。いくつかの例においては、各ＬＥＤサブシステムが電源内に含まれる対応する給電モジュールを有することがある。しかしながら別の例においては、ＬＥＤサブシステムへの給電を単一のモジュールによって行うことができる。

作像デバイスがＬＣＤ／ＬＣＯＳの類のものである場合には光が作像デバイスを通って伝播し、実質的な曲がりを伴うことなく投影レンズ群４３８へと続く。したがっていずれかの光が投影レンズから反射されることがあれば、それが光吸収表面（図示せず）によって吸収される。投影レンズ群は、連続生成された画像を視聴用の表示表面上へ指向させるべく構成できる。投影機ハウジング４４０（破線によってそれの一部分だけが示されている）内において、複数の光学構成要素をまとめてダイキャスト光学フレーム（図示せず）によって保持することができる。フレームおよびハウジングは、光学構成要素の冷却のための冷却ファン（図示せず）を含むべく適合できる。電源４１６は、その種の冷却ファンへの給電に使用できる。当業者に周知の多様なこのほかの光学構成要素もまた、この画像投影システム内に含められることがある。

Claims

画像投影システムであって、
第１の偏光状態にある第１のスペクトル範囲を有する第１のソース・ビームを生成するべく構成された第１の発光ダイオード・サブシステムと、
前記第１のスペクトル範囲とオーバーラップする第２のスペクトル範囲を有する第２のソース・ビームであって、前記第１の偏光状態と直交する第２の偏光状態にある第２のソース・ビームを生成するべく構成された第２の発光ダイオード・サブシステムと、
前記第１のソース・ビームおよび前記第２のソース・ビームを受光し、前記第１のソース・ビームと前記第２のソース・ビームを合成して共通出力ビームを形成するべく構成されたクロス‐キューブ・プリズムと、
を包含する画像投影システム。
前記第２のソース・ビームが前記クロス‐キューブ・プリズム内のダイクロイック‐コーティング表面において反射される、請求項１に記載の画像投影システム。
前記ダイクロイック‐コーティング表面上における前記第２のソース・ビームの入射角度が、前記ダイクロイック‐コーティング表面上におけるｐ‐偏光された光の透過率およびｓ‐偏光された光の反射率を増加するべく選択される、請求項２に記載の画像投影システム。
前記第１のソース・ビームが前記クロス‐キューブ・プリズム内のダイクロイック‐コーティング表面を通って透過される、請求項１に記載の画像投影システム。
前記ダイクロイック‐コーティング表面上における前記第１のソース・ビームの入射角度が、前記ダイクロイック‐コーティング表面上におけるｐ‐偏光された光の透過率を増加するべく選択される、請求項４に記載の画像投影システム。
さらに、前記第１または前記第２のスペクトル範囲の外側にある第３のスペクトル範囲を有する第３のソース・ビームを生成するべく構成された第３の発光ダイオード・サブシステムを包含し、それにおいて前記クロス‐キューブ・プリズムが、前記第３のソース・ビームの受光および前記共通出力ビームへの前記第３のソース・ビームの合成を行うべく構成される、請求項１に記載の画像投影システム。
前記クロス‐キューブ・プリズムが、ダイクロイック‐コーティング表面を有する４つの接着されたプリズムを含む、請求項１に記載の画像投影システム。
さらに、前記共通出力ビームを受光し、投影のための画像を生成するべく構成された作像デバイスを包含する、請求項１に記載の画像投影システム。
前記作像デバイスが液晶デバイスである、請求項８に記載の画像投影システム。
前記第１のソース・ビームがピーク波長強度を可視光スペクトルのグリーン領域内に有し、前記第２のソース・ビームが可視光スペクトルのブルー領域のピーク波長強度を有する、請求項１に記載の画像投影システム。
画像投影システムであって、
可視光スペクトルのグリーン領域を伴うピークの波長、および第１のスペクトル範囲を有し、ｐ‐偏光状態にある第１のソース・ビームを生成するべく構成された第１の発光ダイオード・サブシステムと、
前記第１のスペクトル範囲とオーバーラップする第２のスペクトル範囲を有し、ｓ‐偏光状態にある第２のソース・ビームを生成するべく構成された第２の発光ダイオード・サブシステムと、
前記第１および第２のソース・ビームを受光し、前記第１のソース・ビームと前記第２のソース・ビームを合成して共通出力ビームを形成するべく構成されたクロス‐キューブ・プリズムと、
を包含する画像投影システム。
前記クロス‐キューブ・プリズムは、ダイクロイック・クロス‐キューブである、請求項１１に記載の画像投影システム。
前記クロス‐キューブ・プリズムが、ダイクロイック‐コーティング表面を有する４つの接着されたプリズムを含む、請求項１１に記載の画像投影システム。
前記第２の成分が前記クロス‐キューブ・プリズム内のダイクロイック‐コーティング表面において反射される、請求項１１に記載の画像投影システム。
前記ダイクロイック‐コーティング表面上における前記第２のソース・ビームの入射角度が、前記ダイクロイック‐コーティング表面上におけるｐ‐偏光された光の透過率およびｓ‐偏光された光の反射率を増加するべく選択される、請求項１４に記載の画像投影システム。
さらに、下流で合成して画像を形成するために前記第１および第２のソース・ビームを受光し処理し、ｐ‐偏光状態にある処理済みの第１のソース・ビームおよびｓ‐偏光状態にある処理済みの第２のソース・ビームを前記クロス‐キューブ・プリズムへ渡すべく構成された作像デバイスを包含する、請求項１１に記載の画像投影システム。
画像投影システムの動作のための方法であって、
第１の発光ダイオード・サブシステム内において第１のスペクトル範囲を有する第１のソース・ビームであって、第１の偏光状態にある第１のソース・ビームを生成するステップと、
第２の発光ダイオード・サブシステム内において、第２の発光ダイオード・サブシステム内の前記第１のスペクトル範囲とオーバーラップする第２のスペクトル範囲を有する第２のソース・ビームであって、前記第１の偏光状態と直交する第２の偏光状態にある第２のソース・ビームを生成するステップと、
クロス‐キューブ・プリズムにおいて前記第１および第２のソース・ビームを受光するステップと、
前記クロス‐キューブ・プリズムにおいて、前記第１のソース・ビームと前記第２のソース・ビームを合成して共通出力ビームを形成するステップと、
を包含する方法。
前記合成するステップが、前記第１のソース・ビームに前記クロス‐キューブ・プリズムのダイクロイック‐コーティング表面を透過させ、前記第２のソース・ビームを前記クロス‐キューブ・プリズムの前記ダイクロイック‐コーティング表面で反射させるステップを含む、請求項１７に記載の方法。
前記ダイクロイック‐コーティング表面上における前記第２のソース・ビームの入射角度が、ｐ‐偏光された光の透過率およびｓ‐偏光された光の反射率を増加するべく選択される、請求項１７に記載の方法。
前記第１のソース・ビームがピーク波長強度を可視光スペクトルのグリーン領域内に有し、前記第２のソース・ビームが可視光スペクトルのブルー領域のピーク波長強度を有する、請求項１７に記載の方法。