JP2021056520A - 画像プロジェクタ用の高コントラスト個別入力プリズム - Google Patents

Abstract

【課題】光効率が向上したプロジェクタ・ディスプレイ・システム用のプリズムアセンブリを提供する。【解決手段】プロジェクタ・ディスプレイ・システム用のプリズムアセンブリは、複数の個別カラーチャネルから入力を受ける。一実施形態では、赤色、緑色、青色のＤＬＰ変調からの「オフ状態」の光が、プリズム内でオン状態の光路から外れるように反射されることができ、制御されない散乱が回避される傾向がある。他の実施形態では、プリズム光路長の大部分で色分離を維持することによって、典型的な故障点での電力レベルを大幅に低減することができる。赤色、緑色、青色の分離および再合成による追加的な損失が排除されることで、ＬＥＤおよびレーザのような個別光源を用いるときの光効率を大幅に向上させることができる。【選択図】図９

Description

本発明は、プロジェクタ・システムに関し、特に、レーザ式画像投影システム用の改良されたプリズム・システムに関するものである。

プロジェクタ・システムは、現在、ダイナミックレンジの向上を伴って構成されつつある。この種の改善の多くは、レーザ投影システムの分野におけるものである。そのようなレーザ投影システムの中には、デュアル／マルチ変調器プロジェクタ・ディスプレイ・システムが含まれることもある。このように改善される画像投影システムは、その性能を向上させることが望ましい場合がある。

従来の高性能デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）プロジェクタでは、３チャネルプリズムアセンブリを用いており、これは、カラープリズムを双方向に通過する共通光路を有して、そこでは、白色光を赤色、緑色、青色に分離するとともに、後にフルカラー（白色光）画像に再合成する。入力白色光を３色に分離した後に、それらの色を専用のＤＬＰチップで個別に変調して、同じカラープリズムを通して送り返すことで、変調後の光をフルカラー画像に再合成する。

そのような従来のプリズムの例は、（１）Ｔａｎよる「ＣＯＬＯＲ ＳＥＰＡＲＡＴＩＮＧ ＰＲＩＳＭ ＳＹＳＴＥＭ（色分離プリズム・システム）」と題する、１９７２年５月２日に発行された特許文献１、（２）Ｐｅｎｎによる「ＰＲＩＳＭ ＦＯＲ ＨＩＧＨ ＣＯＮＴＲＡＳＴ ＰＲＯＪＥＣＴＩＯＮ（高コントラスト投影のためのプリズム）」と題する、２０１０年２月２３日に発行された特許文献２、（３）Ｐｅｎｎによる「ＰＲＩＳＭ ＦＯＲ ＨＩＧＨ ＣＯＮＴＲＡＳＴ ＰＲＯＪＥＣＴＩＯＮ（高コントラスト投影のためのプリズム）」と題する、２０１１年８月９日に発行された特許文献３、に記載されており、これらの文献はすべて、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

米国特許第３６５９９１８号明細書 米国特許第７６６５８５０号明細書 米国特許第７９９３０１４号明細書

本明細書におけるプロジェクタ・ディスプレイ・システム用のプリズムアセンブリの多くの実施形態では、上述のような従来のプリズムアセンブリの白色光入力とは異なり、プリズム入力は、個別のカラーチャネル、（例えば、赤チャネル、緑チャネル、青チャネル）であるが、変調後の光は、同様にしてやはり合成され得る。これは、いくつかの理由で、望ましい場合がある。第１に、赤色、緑色、青色のＤＬＰ変調からの「オフ状態（off state）」の光が、プリズム内でオン状態（on-state）の光路から外れるように反射して、制御されない散乱が回避される傾向がある。第２に、光の再合成は、（以下の関連特許にあるような）フィリップスタイプのプリズムで具体化することができるが、このプリズムと共に使用される狭帯域かつ一方向の個別の赤色／緑色／青色照射源によって、顕著に簡素化されたコーティングを用いることが許容される。第３に、プリズム光路長の大部分で色分離を維持することによって、典型的な故障点（failure point）でのパワーレベル（power level）を大幅に低減することができる。これにより、プリズムにおける光パワー処理能力を高めることが可能となる。そして最終的に、典型的な３チャネルプリズム構成で通常見られる赤色、緑色、青色の分離および再合成による追加的な損失が排除されることで、ＬＥＤおよびレーザのような個別光源を用いるときの光効率を大幅に向上させることができる。概して、本明細書における多くの実施形態では、３チップＤＬＰプロジェクタにおける効率、コントラスト、およびパワー処理の向上を得るために、散乱、損失、および熱負荷を最小限に抑えるように個々の光路を最適化している。

ＡＲコーティング、および光を合成するダイクロイックコーティングに対して、コーティング最適化を実施することができる。入力枝におけるＡＲコーティングは、（例えば、各枝は１色を認識し得るので）色ごと、および（より高いｆ／＃のＰＳＦリレーを使用すると仮定して）角度ごとに、最適化することができる。この最適化の結果として、より良好な透過率（個別の各光路に７面を有して、１面あたり〜０．２％）が得られる可能性がある。ダイクロイックコーティングは、（ランプ以外の光源を想定して）狭帯域光について最適化することができ、これにより、より広帯域のコーティングと比較して改善された反射率および透過率を有することができ、さらに、（狭帯域波長の選択に応じて異なる）より狭角について最適化することもできる。また、ダイクロイックコーティングにおける光制御は重要であり、意図しない反射はコントラストを低下させる可能性があるので、ダイクロイックコーティングの改善は、コントラスト比にとっても不可欠であり得る。他の実施形態では、この構成を、単色またはカラーシーケンシャル方式のシングルチップＤＬＰプロジェクタに適用することもできる。

多くの実施形態では、プリズムは、個別のカラーレーザ光源からの（例えば、効率を助長する傾向があり得る）個別の照射入力を受けることが可能である。さらに、多くの実施形態は、高パワーで良好に機能する傾向があり得るとともに、熱負荷および熱応力を軽減する傾向があり得ることで、パワー処理および信頼性を向上させる。

一実施形態では、画像プロジェクタ・ディスプレイ・システム用のプリズムアセンブリについて開示し、これは、複数の個別色光入力（discrete color light input）と、個別色光入力のそれぞれについて、その個別色光入力を受けるプリズム要素と、を備え、さらに、各プリズム要素に対する熱負荷は、そのプリズム要素がフルスペクトル照射を受けた場合よりも小さい。

本システムの他の特徴ならびに効果は、本出願で提示する図面と関連させて読まれる以下の詳細な説明において提示している。
例示的な実施形態を図面の参照図に示している。本明細書で開示する実施形態および図面は、限定するものではなく、例示とみなされるべきものである。

本出願の改良されたプリズム入力の実施形態の使用に適し得る画像プロジェクタ・ディスプレイ・システムの概略的な一実施形態を示している。 本出願の目的を満たすプロジェクタ・システムの一実施形態を示している。 本出願の目的を満たし得るプロジェクタ・システムの他の実施形態を示している。 当該技術分野で知られている従来のプリズム入力システムを示している。 当該技術分野で知られている従来のプリズム入力システムを示している。 図４Ａ〜４Ｃの従来のプリズム入力システムが作用するときの様々な光路を示している。 図４Ａ〜４Ｃの従来のプリズム入力システムが作用するときの様々な光路を示している。 本出願の原理に従って構成された高コントラスト個別入力プリズムの一実施形態を示している。 本出願の原理に従って構成された高コントラスト個別入力プリズムの一実施形態を示している。 本出願の原理に従って構成された高コントラスト個別入力プリズムの一実施形態を示している。 本出願の原理に従って構成された高コントラスト個別入力プリズムの一実施形態を示している。 図６Ａ〜６Ｄのプリズム入力システムが作用するときの様々な光路を示している。 図６Ａ〜６Ｄのプリズム入力システムが作用するときの様々な光路を示している。 図６Ａ〜６Ｄのプリズム入力システムが作用するときの様々な光路を示している。 図６Ａ〜６Ｄのプリズム入力システムが作用するときの様々な光路を示している。 プロジェクタ・システムの全光パワー処理時の、図４Ａ〜４Ｃに示すような従来のプリズムの熱負荷のプロットの一例を示している。 プロジェクタ・システムの全光パワー処理時の、図６Ａ〜６Ｄに示すような高コントラスト個別入力プリズムの熱負荷のプロットの一例を示している。

本明細書で使用される場合の、「コンポーネント」、「システム」、「インタフェース」というような用語は、ハードウェア、（例えば、実行中の）ソフトウェア、および／またはファームウェアのいずれかであるコンピュータ関連エンティティを指すものである。例えば、あるコンポーネントは、プロセッサ上で実行中のプロセス、プロセッサ、オブジェクト、実行ファイル、プログラム、および／またはコンピュータであり得る。例として、サーバ上で実行中のアプリケーションと、サーバは、どちらもコンポーネントであり得る。１つ以上のコンポーネントを、１つのプロセスに含むことが可能であり、１つのコンポーネントを、１つのコンピュータ上に局在化させること、および／または２つ以上のコンピュータに分散させることが可能である。また、コンポーネントは、ハードウェア、（例えば、実行中の）ソフトウェア、および／またはファームウェアのいずれかである通信関連エンティティを指すものでもあり得るとともに、さらに、通信を実現するに足る有線または無線ハードウェアを含み得る。

以下の説明を通して、より完全な理解を当業者に与えるため、具体的詳細について記載する。ただし、開示を不必要に不明瞭にすることがないよう、周知の要素については、詳細に提示または記載していない場合がある。よって、説明および図面は、限定的意味ではなく例示的意味のものとみなされるべきである。

［序論］
プロジェクタおよびその他のディスプレイ・システムの分野では、画像レンダリング性能およびシステム効率をともに向上することが望まれている。本出願のいくつかの実施形態では、デュアル変調またはマルチ変調ディスプレイ・システムのためにライトフィールドモデリング（light field modeling）を採用することにより、これらの改良を実施するためのシステム、方法、および技術について記載する。一実施形態では、効果的実施のために、光源モデルを構築して使用する。光源モデルを改良するために、既知の入力画像の表示画像のカメラ画像を評価することができる。一部の実施形態では、反復プロセスにより、改良を積み重ねることができる。一部の実施形態では、これらの技術を動画に用いて、画像レンダリング性能を向上させるためにリアルタイム補正を実施してよい。

デュアル変調プロジェクタおよびディスプレイ・システムは、（１）Ｗａｒｄらによる「ＳＥＲＩＡＬ ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ ＤＩＳＰＬＡＹ ＨＡＶＩＮＧ ＢＩＮＡＲＹ ＬＩＧＨＴ ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ ＳＴＡＧＥ（２値光変調ステージを有するシリアル変調ディスプレイ）」と題する、２０１２年２月２８日に発行された米国特許第８１２５７０２号、（２）Ｗｈｉｔｅｈｅａｄらによる「ＰＲＯＪＥＣＴＩＯＮ ＤＩＳＰＬＡＹＳ（プロジェクションディスプレイ）」と題する、２０１３年６月１３日に公開された米国特許出願公開第２０１３／０１４８０３７号、（３）Ｗａｌｌｅｎｅｒによる「ＣＵＳＴＯＭ ＰＳＦｓ ＵＳＩＮＧ ＣＬＵＳＴＥＲＥＤ ＬＩＧＨＴ ＳＯＵＲＣＥＳ（クラスタ光源を用いたカスタムＰＳＦ）」と題する、２０１１年９月２２日に公開された米国特許出願公開第２０１１／０２２７９００号、（４）Ｓｈｉｅｌｄｓらによる「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＡＣＣＵＲＡＴＥＬＹ ＲＥＰＲＥＳＥＮＴＩＮＧ ＨＩＧＨ ＣＯＮＴＲＡＳＴ ＩＭＡＧＥＲＹ ＯＮ ＨＩＧＨ ＤＹＮＡＭＩＣ ＲＡＮＧＥ ＤＩＳＰＬＡＹ ＳＹＳＴＥＭＳ（高ダイナミックレンジ・ディスプレイ・システムにおいて高コントラスト画像を正確に表現するためのシステムおよび方法）」と題する、２０１３年５月２日に公開された米国特許出願公開第２０１３／０１０６９２３号、（５）Ｅｒｉｎｊｉｐｐｕｒａｔｈらによる「ＨＩＧＨ ＤＹＮＡＭＩＣ ＲＡＮＧＥ ＤＩＳＰＬＡＹＳ ＵＳＩＮＧ ＦＩＬＴＥＲＬＥＳＳ ＬＣＤ（Ｓ） ＦＯＲ ＩＮＣＲＥＡＳＩＮＧ ＣＯＮＴＲＡＳＴ ＡＮＤ ＲＥＳＯＬＵＴＩＯＮ（フィルタレスＬＣＤ（群）を用いてコントラストおよび解像度を向上させた高ダイナミックレンジディスプレイ）」と題する、２０１１年１１月１７日に公開された米国特許出願公開第２０１１／０２７９７４９号、（６）Ｋｗｏｎｇによる「ＲＥＦＬＥＣＴＯＲＳ ＷＩＴＨ ＳＰＡＴＩＡＬＬＹ ＶＡＲＹＩＮＧ ＲＥＦＬＥＣＴＡＮＣＥ／ＡＢＳＯＲＰＴＩＯＮ ＧＲＡＤＩＥＮＴＳ ＦＯＲ ＣＯＬＯＲ ＡＮＤ ＬＵＭＩＮＡＮＣＥ ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮ（色および輝度の補正用の空間的に変化する反射／吸収勾配を有する反射器）」と題する、２０１２年５月３１日に公開された米国特許出願公開第２０１２／０１３３６８９号、を含む、本出願と同一の所有者による特許および特許出願に記載されており、これらの文献はすべて、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

［物理アーキテクチャの一例］
図１は、適切な画像プロジェクタ・ディスプレイ・システムの１つの可能な実施形態を示している。本実施形態では、プロジェクタ・ディスプレイ・システムは、本出願の目的を満たし得るデュアル／マルチ変調器プロジェクタ・ディスプレイ・システム１００として構成されている。プロジェクタ・システム１００では、最終的に投影された画像が、その投影画像の想定される鑑賞者にとって十分な輝度となるように、プロジェクタ・システムに所望の照射を与える光源１０２を採用している。光源１０２として、任意の適切な光源を含むことができ、可能性として、キセノンランプ、レーザ（群）、コヒーレント光源、部分的コヒーレント光源が含まれるが、ただしこれらに限定されない。光源は、プロジェクタ・システム全体の電力および／またはエネルギーの主要なドロー（major draw）であるため、その作用の過程で電力および／またはエネルギーを節約するように、光の効果的利用および／または再利用が望ましい場合がある。

光１０４は、第１の変調器１０６を照射することができ、そして次に、オプションの一組の光学部品１０８を通して第２の変調器１１０を照射することができる。第２の変調器１１０からの光は、投影レンズ１１２（または他の適切な光学部品）で投影されることで、スクリーン１１４上に最終的な投影画像を形成することができる。入力画像および／またはビデオデータを受け取ることができるコントローラ１１６によって、第１と第２の変調器を制御することができる。コントローラ１１６は、その入力画像／ビデオデータに対して、いくつかの画像処理アルゴリズム、色域マッピングアルゴリズム、または他のそのような適切な処理を実行し、そして所望の最終投影画像１１４を得るために、第１と第２の変調器に制御／データ信号を出力することができる。さらに、一部のプロジェクタ・システムでは、その光源によっては、最終投影画像の画質のさらなる制御を実現するために、光源１０２（図示していない制御線）を変調することが可能な場合がある。

後述するように、光源１０２から第１の変調器１０６への光路に導入され得る光リサイクルモジュール１０３を、図１に点線ボックスとして示している。本説明は、この位置付けの説明で提示するが、プロジェクタ・システム内の様々な点で、光リサイクリングをプロジェクタ・システムに導入してもよいことは理解されるであろう。例えば、第１と第２の変調器の間に光リサイクリングを導入することができる。さらに、ディスプレイ・システムの光路における複数の点に、光リサイクリングを導入してもよい。そのような実施形態は、部品数の増加によって、より高コストとなり得るが、その増加は、複数の点の光リサイクリングの結果としてのエネルギーコスト削減とバランスさせることができる。

図１の実施形態は、デュアル／マルチ変調投影システムの説明で提示しているが、本出願の技術および方法は、シングル変調、または他のデュアル／マルチ変調ディスプレイ・システムでの応用を見出せるであろうことは理解されるべきである。例えば、バックライトと第１の変調器（例えば、ＬＣＤなど）と第２の変調器（例えば、ＬＣＤなど）とを備えるデュアル変調ディスプレイ・システムでは、本明細書において投影システムの説明で説明される性能および効率を実現するために、適切なぼかし光学部品ならびに画像処理方法および技術を採用することができる。

また、図１では、２段またはデュアル変調器ディスプレイ・システムを示しているものの、本出願の方法および技術は、１つのみの変調器を備えるディスプレイ・システム、または３つ以上の変調器を備えるディスプレイ・システム（マルチ変調器ディスプレイ・システム）での応用も見出し得るということも理解されるべきである。本出願の範囲は、これらの様々な代替実施形態を包含する。

［光リサイクリングの一実施形態］
図２は、本出願の目的に適し得るプロジェクタ・システムの一実施形態を示している。このプロジェクタ・システムにおいて、主に光源１０２と第１の変調器２２１との間に、（例えば、１つ以上の構成部品２０１〜２１６を含む）導光管サブシステム／モジュールを導入することができる。光源１０２からの光は、インテグレータロッド／チューブ／ボックス（integrating rod/tube/box）２０２を介して光路に入力することができる。一実施形態では、インテグレータロッド／チューブ／ボックス２０２は、その内部に概ね反射面を有し得ることで、その面への入射光は、その右端２０３で光が抜け出るまで、（例えば、場合によっては複数回）反射されることがある。光がインテグレータロッド／チューブ／ボックスを抜け出ると、その光は、例えばレンズ２０４、２１４、２１６ならびにフィルタおよび／または偏光子２０６、２０８、２１０、２１２のセットからなる光学素子セットで規定される光路内に導入され得る。また、本実施形態は、このプロジェクタ・システムの構成で要求される場合に、光リサイクリングを実施するように構成することもできる。

第１の変調器２２１は、いくつかのプリズム２１８ａ、２１８ｂと、反射器２２０とを有し得る。反射器２２０は、反射体のデジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device : ＤＭＤ）アレイ、またはマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）アレイ、または少なくとも２つ以上の光路に光を反射し得る可能性のある他の任意の適切な反射体セット、を含み得る。そのような光路の１つを、図２に示している。図示のように、反射器２２０は、光をプリズム２１８ａと２１８ｂの界面へと誘導し、これにより、光はレンズアセンブリ２２２へと反射された後に、（例えば、レンズアセンブリ２２４、プリズム２２６および２３０、反射器２２８を有する）第２の変調器２２９に達し得る。この光を用いて、観客によって鑑賞されるべき最終投影画像を形成することができる。

しかしながら、最終投影画像のレンダリングの最中には、光源１０２の全パワー／全エネルギーは必要ではない可能性のある何らかの時期がある。光源１０２のパワーを変調することが不可能である場合には、光源１０２からの光をリサイクルすることが望まれる場合がある。さらに、画像における「ハイライト」の輝度を高めることが望まれる場合があり、プロジェクタ・システム内でリサイクルされる光によって、追加のパワーを得ることができる。このような場合には、図２で分かるように、反射器２２０を、図示のようなその現在の位置（すなわち、第２の変調器に至る光路を進むように光を誘導する位置）から、上述の光路と概ね同じ光路に沿って右から左方向に進んでインテグレータロッド／チューブ／ボックス２０２へと戻るように光を概ね反射させるような代わりの位置に、調整することが可能であり得る。

他の実施形態では、オプションの第３の光路（図示せず）によって、反射器は、光源からの光を、光「ダンプ（dump）」に、すなわち光が吸収されるプロジェクタ・システムの部分に、誘導することが可能となる。この場合、その光は、プロジェクタ・システムから散逸される熱として浪費される。このように、プロジェクタ・システムは、要求に応じて光を誘導することに関して、多様な自由度を有し得る。

図３は、少なくとも１つのレーザおよび／または部分的にコヒーレントな有色光源ならびにポートからの（例えば、ファイバランチ３０２、コリメータ３０４、拡散器３０６を介した）光を伝送するように機能し得るプロジェクタ・システム３００の部分のさらに別の実施形態である。そのような光源からの光を、反射する近位端３１０（例えば、リサイクルミラー）を有し得るインテグレータロッド３１２への入力用に光を調整するための第１の光学サブシステム／拡散器リレー３０８を通して、伝送することができる。第２の光学サブシステム／リサイクルリレー３１４は、第１の変調器３１６への入力に先立って、光を要求通りにさらに調整することができる。上記の図２の場合と同様に、システム３００のこの第１の工程（first leg）で、上述のような光リサイクルモードを実施することができる。

第１の変調の後に、鑑賞用の最終画像を投影するためのプロジェクタ光学サブシステム３２２を通した伝送用に光を変調する第２の変調器３２０への入力に先立って、第３の光学サブシステム／点広がり関数（ＰＳＦ：Ｐｏｉｎｔ Ｓｐｒｅａｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）リレー３１８を通して光を伝送することができる。引き続き図３を参照すると、リレー光学システム３１８は、第１の変調器３１６（例えば、予備変調器）と第２の変調器３２０（例えば、主変調器／９ピースプリズム）との間に導入されることを示している。このようなリレー光学システムは、画像処理におけるアーチファクト量を低減するためであるとともに、投影画像のコントラストを向上させるためにも、望ましい場合がある。

本明細書で記載する一実施形態の説明では、第１の変調器／予備変調器は、画像データ値に基づいて、例えばハーフトーン画像のような、ぼかしを付与および／またはデフォーカスした画像を生成することが望ましい場合がある。多くの実施形態では、予備変調器から主変調器までの間に、均一にぼかしを付与／デフォーカスした画像を生成する傾向があるリレー光学システムを備えることが望ましい場合がある。さらに、本実施形態では、所望のデフォーカスされたスポット形状を有することが望ましい場合がある。

多くの実施形態では、リレー光学システムは、焦点面を効果的に移動させ、コマ収差を補正し、（例えば、いくらかの望ましい量まで、デフォーカス／ぼかしを付与するとともに、球面収差を付与することによって）広がりを調整するような、レンズまたは他の光学素子を有し得る。

［改良されたプリズムの実施形態］
上述のように、エネルギー効率および／またはコスト効率の両方の面で、これらのプロジェクタ・システムの効率を向上させることが望ましい場合がある。そのような改善を実施することができる領域の１つは、例えば、本明細書に記載のＤＭＤおよび／またはＭＥＭＳアレイのような空間光変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）と共に使用されるような入力プリズムアセンブリの領域である。

図４Ａ〜４Ｃは、従来のプリズムアセンブリを、正面図、上面図、側面図でそれぞれ示している。図５Ａ〜５Ｄは、動作時に、プリズムアセンブリがいかにして入力光ビームと相互作用し得るのか、ＤＭＤ反射器のオン状態、オフ状態、フラット状態の向きで光ビームがいかにしてＤＭＤで反射され得るのかをそれぞれ示している。

図４Ａ〜４Ｃおよび図５Ａ〜５Ｄに示すように、入力光ビーム５０２は、第１のプリズム４０８を透過して、第２のプリズム４０６との界面で内部全反射（ＴＩＲ：Ｔｏｔａｌｌｙ Ｉｎｔｅｒｎａｌｌｙ Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ）され、ＤＭＤアレイ５００の近位に配置された光学ガラス４０４および４００を（光ビーム５０４で示すように）透過し得る。

図５Ｂに示すように、ＤＭＤ反射器がオン状態に設定されているときには、反射光ビーム５０６は、戻るように光学素子４００、４０４、４０８、４０６を透過し得ることで、さらなる変調および／または投影のために光が供給される。図５Ｃは、ＤＭＤ反射器がオフ状態に設定されているときに反射され得る光ビーム５０８を示しており、これにより、例えば、光ビーム５０８は、ディスプレイのダイナミックレンジに影響を及ぼさないように、吸収および／または廃棄されるために、光ダンプ（図示せず）に誘導され得る。図５Ｄは、ＤＭＤ反射器がフラット状態の向きにあるときの光ビーム５１０を示している。オフ状態のＤＭＤで反射される光の場合と同様に、フラット状態のときに反射される光は、さらなる変調および／または投影を含み得る有効な下流光路から外れるようにして、同様に誘導されなければならない。

高パワーの白色光（例えば、キセノンランプなど）または高パワーのカラーレーザ光のように、光源が高パワーであるときには、熱が望ましくない熱的作用を示すことがあり、これが、望ましくない結像作用および／または機械部品の劣化のいずれかで現れることがある。望ましくない作用として、時間の経過および熱サイクルの繰り返しによる、予備変調器から主変調器までの間でのＰＳＦ形状および／またはサイズの変化ならびに像位置のずれ、が挙げられる。

図６Ａ〜６Ｄは、本発明の原理に従って構成されたプリズムアセンブリの一実施形態を、正面図、上面図、側面図、底面図でそれぞれ示している。図示のように、本発明のプリズムアセンブリは、光学素子６００、６０２、６０４、６０６、６０８、６１０、６１２、６１４、６１６を有する。本実施形態では、光学素子を、プリズムアセンブリが受ける個別の色光のそれぞれのための個別のカラーチャネルプリズム光路を構成する１つ以上のカラーチャネルで作用するように用いることができる。

例えば、個別のカラーチャネルプリズム光路の１つとしての緑チャネルでは、光学素子６０２は緑用ダンプ楔（green dump wedge）であり、光学素子６１２は緑用楔（green wedge）であり、光学素子６００は緑入力楔（green input wedge）である。青チャネルでは、光学素子６０８は青入力楔であり、光学素子６１０は青用ダンプ楔であり、光学素子６１６は青用楔である。赤チャネルでは、光学素子６０６は赤用ダンプ楔であり、光学素子６１４は赤用楔であり、光学素子６０４は赤入力楔である。なお、各カラーチャネルは、その色光入力の処理のために配備された複数の光学素子を有するということに留意すべきである。

一実施形態では、（例えば、レーザ、ＬＥＤ、部分的コヒーレント光源などからの）個別の色光入力を取り込み得るが、他の実施形態では、（例えば、キセノンランプなどからの）白色光入力を取り込み得るということは、理解されるべきである。そのような実施形態では、プリズムアセンブリの手前で、（例えば、別の初段プリズムアセンブリなどを用いて）白色光からの各種色成分を分離した後に、それらの個別の色成分を、本出願の原理に従って構成されたプリズムアセンブリを用いて処理することが可能であり得る。

図７Ａ〜７Ｄは、動作時に、本出願のプリズムアセンブリによって入力光ビームが処理される様子を示している。図７Ａは、（例えば、白色光、緑色レーザ光、および／または部分的にコヒーレントな緑色光からの）緑色光ビームが（ビーム７０２として）システムに入力される状況を示している。ビーム７０２は、図示のように、楔６００の面に反射して、（ビーム７０４として）ＤＭＤ反射器７００に伝送される。

図７Ｂは、ＤＭＤ反射器がオン状態に設定されているときの反射ビーム７０８を示している。ビーム７０８は、さらなる変調および／または投影に向かって、緑用楔６１２を透過する。図７Ｃは、ＤＭＤ反射器がオフ状態に設定されているときの反射ビーム７０８を示している。ビーム７０８は、さらなる変調および／または投影を回避するように、緑用ダンプ楔６０２を透過する。図７Ｄは、ＤＭＤ反射器がフラット状態に設定されているときの反射ビーム７０８を示している。ビーム７０８は、さらなる変調および／または投影をやはり回避するように、同じく緑用ダンプ楔６０２を透過する。

［改善された熱プロファイル］
上述のように、最近のプロジェクタ・システムは、より高パワーの光源を用いて照射される。そのような光源として、キセノン白色ランプ、高パワーのカラーレーザ、および／または高パワーの部分的コヒーレント光源が挙げられる。そのような先行技術のプリズム構成の性能は、様々な理由で、高パワーの画像プロジェクタ・ディスプレイ・システムでは望ましくない場合がある。単なる一例として、図８は、従来のプリズム（例えば、図４Ａ〜４Ｃに示すものと同一または類似のプリズム）の熱負荷を示している。

図示のように、凡例の熱負荷は、１×（８０２）、２×（８０４）、３×（８０６）、４×（８０８）、６×（８１０）というように、最も低いものから最も高いものまで展開されている。図示のように、先行技術のプリズムは、全照射の下では、記載のように、高熱負荷の領域を多く有するものとされている。

これに対して、図９は、図６Ａ〜６Ｄの９ピースプリズム構成、および本出願の原理に従って構成された他の実施形態の、熱負荷を示している。この実施形態では、プリズムアセンブリは、個別のカラーチャネルに別々の照射入力を受けるので、このプリズムアセンブリの熱負荷は、より良好に分散されることが分かる。

［代替実施形態］
本明細書に記載のように、いくつかの代替実施形態は、以下のものを含むことができる。（１）顕著に簡素化されたダイクロイックコーティング（Dichroic Coatings）（２）現在の３チッププリズムとは異なる（例えば、入射するときに、楔／コーティングを通して異なる角度でカラープリズムを通過しなくてよい）、単一の公称角度のシングルパス（３）ｆ／４．５で、角拡散は顕著に小さくなる（４）それぞれの素子で、２〜３倍の熱的吸収マージン（thermal absorption margin）（５）散乱を抑えることで、自然に、より高コントラストとなる（６）（例えば、ダイクロイックコーティングと、一部のＡＲコーティングの通過がより少ないことによる）照射路からの後方散乱の低減／排除（７）（例えば、ダイクロイックコーティングと、一部のＡＲコーティングの通過がより少ないことによる）カラープリズムにおけるオフ状態の光路からの前方散乱の低減／排除（８）コストを削減するための、より短尺のカラープリズム（９）現在のデュアル６ピースプリズム構成でのレーザ光源の色合成／分離による損失を排除する（１０）より高パワーおよび／または熱管理の改善のための、各色用の個別の光ダンプ（Discrete light dump）
多くの実施形態では、以下の範囲のｆ／＃であれば十分であり得る：非レーザ照射の場合はｆ／２〜ｆ／３、レーザ照射の場合はｆ／４〜ｆ／８。いくつかの好ましい実施形態では、その範囲は、非レーザ照射の場合にｆ／２．４〜ｆ／３、レーザ照射の場合にｆ／４〜ｆ／５とすることができる。具体例として、典型的なキセノンの場合のｆ／２．４、典型的なレーザの場合のｆ／４．５が挙げられる。

反射防止（ＡＲ：Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）コーティング、および光を合成するダイクロイックコーティングに対して、コーティング最適化を実施することができる。入力枝におけるＡＲコーティングは、（例えば、各枝は１色を認識し得るので）色ごと、および（より高いｆ／＃のＰＳＦリレーを使用すると仮定して）角度ごとに、最適化することができる。この最適化の結果として、より良好な透過率（個別の各光路に７面を有して、１面あたり〜０．２％）が得られる可能性がある。場合によっては、その角度は「入射角」に関連し、角度がより小さい場合の一部のケースでは、より良好なコーティング透過率を得ることが、より容易であり得る。ダイクロイックコーティングは、（ランプ以外の光源を想定して）狭帯域光について最適化することができ、これにより、より広帯域のコーティングと比較して改善された反射率および透過率を有することができ、さらに、（狭帯域波長の選択に応じて異なる）より狭角について最適化することもできる。いくつかの実施形態において、プリズムアセンブリにおける様々な界面にコーティングを施すことができる。例えば、図６Ｄにおいて、６１２と６１４との界面に赤色反射／緑色透過ダイクロイックコーティングを施すことができる。６１４と６１６との界面に青色反射／緑色・赤色透過ダイクロイックコーティングを施すことができる。これらのコーティングを、入力光の全体が透過するわけではないので、散乱または部分的反射の機会は回避される傾向がある。

また、ダイクロイックコーティングにおける光制御が望ましい場合があり、意図しない反射はコントラストを低下させる可能性があるので、ダイクロイックコーティングの改善は、コントラスト比にとっても有益であり得る。他の実施形態では、この構成を、単色またはカラーシーケンシャル方式のシングルチップＤＬＰプロジェクタに適用することもできる。

以上、本発明の原理を示す添付の図面を併用して読まれる本発明の１つ以上の実施形態についての詳細な説明を提示した。理解されるべきことは、本発明は、かかる実施形態に関連させて記載されているが、本発明は、いずれの実施形態にも限定されないということである。本発明の範囲は請求項によってのみ限定され、本発明は、多くの代替案、変更、および均等物を包括する。本発明についての完全な理解を与えるため、様々な具体的詳細を本明細書で記載している。それらの詳細は、例示目的で提示されるものであり、本発明は、それら特定の詳細の一部またはすべてを伴うことなく、請求項に従って実施することができる。明確にする目的で、発明が不必要に不明瞭になることがないよう、本発明に関連する技術分野で知られている技術的事項については詳細に記載していない。

Claims (14)

1. プリズムアセンブリであって、
   複数の個別プリズム光路を形成するように構成された複数のプリズムであって、前記複数の個別プリズム光路の各々は、複数の個別光入力からの個別光入力を受け取る、前記複数のプリズムと、
   複数の反射防止コーティングであって、前記複数の反射防止コーティングの各々は、前記複数の個別プリズム光路のうちの対応する１つを伝搬する前記複数の個別光入力のうちの対応する１つに対して最適化されている、前記複数の反射防止コーティングと、を備えるプリズムアセンブリ。
2. 前記複数の個別プリズム光路の各々は、
   入力楔素子と、
   第２の楔素子と、
   ダンプ楔素子と、により形成される、請求項１に記載のプリズムアセンブリ。
3. 前記複数の個別プリズム光路のそれぞれ１つに対応する複数のカラーチャネル変調器をさらに備え、
   前記複数のカラーチャネル変調器の各々は、前記複数の個別光入力のうちの１つを受け取り、１つ以上の動作モードで作用するように構成される、請求項１に記載のプリズムアセンブリ。
4. 前記複数のカラーチャネル変調器の各々は、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）反射器を含む、請求項３に記載のプリズムアセンブリ。
5. 前記複数のカラーチャネル変調器の各々は、少なくともオン状態およびオフ状態で作用する、請求項３に記載のプリズムアセンブリ。
6. 前記複数の個別光入力は、レーザー、発光ダイオード（ＬＥＤ）、または部分的にコヒーレントな光源によって供給される、請求項１に記載のプリズムアセンブリ。
7. 白色光入力を受け取り、該白色光入力を前記複数の個別光入力に変換するように構成された初段プリズムアセンブリをさらに備える請求項１に記載のプリズムアセンブリ。
8. 前記複数の反射防止コーティングの各々は、対応する個別プリズム光路を伝搬する対応する光入力の角度の範囲に対して最適化される、請求項１に記載のプリズムアセンブリ。
9. 前記複数の個別プリズム光路の各々は、公称角度で個別光入力を受け取る、請求項１に記載のプリズムアセンブリ。
10. 各個別プリズム光路は、少なくとも実質的にｆ／４．５であるｆ／＃を有する、請求項１に記載のプリズムアセンブリ。
11. 各個別プリズム光路は、各個別光入力用の個別光ダンプを含む、請求項１に記載のプリズムアセンブリ。
12. デバイスであって、
    複数の色光入力を供給するように構成された１つ以上の光源と、
    複数の個別カラーチャネルプリズム経路を含むプリズムアセンブリであって、各個別カラープリズム経路は、前記複数の色光入力の対応する１つを受け取るように構成されている、前記プリズムアセンブリと、
    複数のカラーチャネル変調器であって、各カラーチャネル変調器は、対応する個別カラーチャネルプリズム経路内に配置され、対応する色光入力を変調するように構成されている、前記複数のカラーチャネル変調器と、を備え、
    前記複数の色光入力は、第１の色光入力および第２の色光入力を含み、前記複数の個別カラーチャネルプリズム経路は、前記第１の色光入力のための第１のカラーチャネルプリズム経路と、前記第２の色光入力のための第２のカラーチャネルプリズム経路と、を含み、
    前記デバイスは、
    前記第１のカラーチャネルプリズム経路と第２のカラーチャネルプリズム経路との界面に塗布され、前記第１の色光入力を透過し、前記第２の色光入力を反射するように構成された第１のダイクロイックコーティングをさらに備え、
    前記複数の色光入力は、第３の色光入力をさらに含み、前記複数の個別カラーチャネルプリズム経路は、前記第３の色光入力のための第３のカラーチャネルプリズム経路をさらに含み、
    前記デバイスは、
    第２のカラーチャネルプリズム経路と第３のカラーチャネルプリズム経路との界面に塗布され、前記第１および第２の色光入力を透過し、前記第３の色光入力を反射するように構成された第２のダイクロイックコーティングをさらに備える、デバイス。
13. 前記１つ以上の光源は、前記複数の色光入力をそれぞれ供給するように構成された複数の色光源を含む、請求項１２に記載のデバイス。
14. 前記１つ以上の光源は、
    白色光入力を供給するように構成された光源と、
    白色光入力を前記複数の色光入力に変換するように構成された光学部品と、を含む、請求項１２に記載のデバイス。

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