JP2012507051A - スペクトル干渉を低減するための画像投影システム - Google Patents
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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(METHOD FOR BLUE‐GREEN LED CROSS‐TALK REDUCTION)』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(Roger E.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。
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(METHOD FOR BLUE‐GREEN LED CROSS‐TALK REDUCTION)』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(Roger E.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。
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。
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。
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
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 (20)
- 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。
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