JP3110203U - 瞬時オンのプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザが瞬時にオンにでき、動作中の光損失を低減しながら高い画像明るさおよび調整可能なカラー・バランスを得る。
【解決手段】補助光源１４０は、ソリッド・ステート発光デバイス１４４を備え、補正光が光ファイバ１４６を通ってプリズム１４８内に伝搬する。プリズム１４８は、補正光が一次光路１０６に沿って伝搬する多色光の光線１０５と一致するように補正光を光トンネル１１０に適切な角度で導く。第１の近軸反射の場所１５４の前のプリズム１４８と第１の光トンネル表面１５２との間にオプティカル・コンタクトを設けることで、光路１０６からプリズム１４８に入る多色光の損失を減らすことができる。
【選択図】図３

Description

本考案は、画像投影システムに関し、より詳細には、瞬時にユーザがスイッチ・オンでき、投影システムにより生成される画像の明るさおよびカラー・バランスを改善する方法に関する。

本考案は、「Ａｃｈｉｅｖｉｎｇ Ｃｏｌｏｒ Ｂａｌａｎｃｅ ｉｎ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｂｙ Ｉｎｊｅｃｔｉｎｇ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ」という名称の２００１年６月８日に出願された米国特許出願第０９／８７７９５５号の一部継続出願である。

画像投影システムは、動画や静止写真をスクリーンに投影して見るために長年使用されてきた。最近、販売デモ、営業会議、教室での授業に、マルチメディア投影システムを利用したプレゼンテーションが普及している。

カラー画像投影システムは、カラー画像が、赤色（「Ｒ」）、緑色（「Ｇ」）、青色（「Ｂ」）の光の三原色から生成されるという原理に基づいて動作することができる。図１を参照すると、従来技術の画像投影システム１００は、楕円体反射板１０４の焦点のところに配置された一次光源１０２を備え、これにより、回転するカラー・ホイール・アセンブリ１０８を通る一次光路１０６に沿って伝搬する多色光の光線１０５（図には示されていない）を発生する。カラー・ホイール・アセンブリ１０８は、少なくとも３つのフィルタ・セクションを備え、それぞれのセクションは原色Ｒ、Ｇ、Ｂのうちの異なる１つの色が付けられている。一次光源１０２によって放出される多色光の光線１０５は、中実タイプまたは中空タイプのいずれかの光トンネル１１０などの光統合デバイスを通る光路１０６に沿って伝搬し、その出口端で均一な照明パターンを生成する。（中実タイプの光トンネル１１０が図１に示されている。）光トンネル１１０は、多重反射で最終投影画像と同じ寸法割合となる矩形領域上で均一な光強度が得られるという原理に基づいて動作する。照明パターンは、レンズ要素システム１１２により結像させられ、光反射面１１４から反射され、投影レンズ１１６を透過する。上述のタイプの人気のある市販の画像投影システムとして、本出願の譲受人であるオレゴン州ウィルソンビルのＩｎＦｏｃｕｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが製造するＬＰ３００シリーズがある。

明るい高品質のカラー画像を生成する画像投影システムの開発に多大な労力が払われてきた。しかし、従来のプロジェクタの光学的性能は、多くの場合決して満足できるものではない。例えば、適切な投影画像の明るさは、特に、採光の良い部屋でコンパクトな可搬型カラー・プロジェクタを使用した場合に、達成するのが困難である。

投影する画像の明るさを高めるために、画像投影システムでは、通常、高輝度放電（「ＨＩＤ」）アーク灯を一次光源１０２として使用している。図２は、幅が好ましくは０．８から２．０ｍｍの範囲であるアーク・ギャップ１２６により隔てられた第１、第２の電極１２２、１２４を備えるＨＩＤアーク灯１２０の例を示している。第１、第２の電極１２２、１２４とアーク・ギャップ１２６は、イオン化ガスや固形物で満たされ密閉された与圧室１２８内に収められている。外部電圧源（図に示されていない）により第１の電極１２２に印加される高電圧パルスにより、与圧室１２８内に含まれるガスと固形物がイオン化して、定常状態の可逆反応が発生し、その結果プラズマが形成される。アーク・ギャップ１２６間に生じる電流は、外部ランプ駆動電子回路により保持され、その結果定常状態可逆反応により発生したプラズマが保持される。プラズマは明るい多色光を放出する。アーク灯１２０の構成要素は、ガラス・エンベロープ１３０内に封入され、熱を放散し、それによりガラス・エンベロープ１３０のひび割れを防止するために、導電箔１３２が電極１２２、１２４に取り付けられている。

したがって、ＨＩＤアーク灯は、強い多色光の点源を発生する。ＨＩＤアーク灯を楕円体反射板の近くに配置することで、高い精度で強い多色光の焦点をカラー・ホイール上に合わせることができる。ＨＩＤアーク灯は、高輝度、高効率、高信頼性などの多くの好ましい属性を持つが、残念なことに、ＨＩＤアーク灯は、通常、電源オン後、完全に明るくなるまでに、ウオーミングアップにある程度時間がとられる。この最初の期間（電源オン後）、投影された画像の明るさは徐々に増大する。そのため、このようなＨＩＤアーク灯を備える投影システムのユーザは、投影システムがウオーミングアップ期間中完全な動作をしていないと感じることが多い。

さらに、ＨＩＤアーク灯により放出される多色光は、放出エネルギー容量に関してバランスがとれていない。特に、ＨＩＤアーク灯の放出エネルギー量は、色のスペクトルの青色端のほうが、赤色端よりも高く、放出エネルギーが不均衡である原因となっている。このような問題を解決するためのいくつかのアプローチが試みられている。

照明放出エネルギーの不均衡を最小限に抑えようとする試みの１つでは、Ｂフィルタ・セグメントの角度範囲に関してカラー・ホイールＲフィルタ・セグメントの角度範囲（物理的サイズ）を広げ、かつ／またはＲフィルタ・セグメントの減衰に関してカラー・ホイールＢフィルタ・セグメントの減衰を高めることを必然的に伴った。第２の試みでは、カラー・ルックアップ電子回路を通じて明るさレベル全体を下げてカラー調整のための「ヘッド・ルーム」が得られるようにする必要があった。残念なことに、これらの試みは、一時的なアーチファクトや画像の明るさの低下を引き起こした。第３の試みでは、白色フィルタ・セグメントをカラー・ホイールに追加して「白色ピーク発生」機能を備えるようにする必要があった。白色フィルタ・セグメントを追加すると、画像の明るさが高まったが、その結果、飽和色の明るさが失われた。残念なことに、これらの光学構成要素により、原色からかなり多くの光が脱落することになった。第４の試みでは、投影システム内でより強力なアーク灯を単に使用しただけであった。コンパクトな可搬型プロジェクタで実装する場合、この方法では、熱、サイズ、重量、コスト、および信頼性の問題が生じた。
米国特許出願第０９／８７７９５５号

したがって、ユーザが瞬時にオンにできるようにし、かつ／または動作中の光損失を低減しながら高い画像明るさおよび調整可能なカラー・バランスを得る、改善された技法で実装される画像投影システムが求められている。

本考案の実施形態について、類似の参照が類似の要素を表している付属の図面で説明する。

本考案の実施形態は、ユーザが瞬時にオンにすることができ、後続の動作で光損失を抑えながら高い画像明るさおよび調整可能なカラー・バランスを達成する方法、およびそれらの方法を実装する論理回路とともに組み込まれる投影システムを含むが、これらに限られない。

以下の説明では、本考案の実施形態のさまざまな態様を説明する。ただし、当業者には、他の実施形態も、説明されている態様の一部のみ、または全部を使って実現できることは明白であろう。説明のため、これらの実施形態を完全に理解できるように具体的な番号、材料、構成を述べてある。ただし、当業者であれば、他の実施形態もこれらの特定の詳細がなくても実施できることは明白であろう。他の場合には、説明を分かりにくくしないために、良く知られている特徴は省くか、または簡略化している。

さまざまなオペレーションが、複数の別々のオペレーションとして次々に、実施形態の理解に最も役立つ形で説明されるが、説明の順序は、それらのオペレーションが必ず順序に依存することを意味すると解釈すべきではない。特に、それらのオペレーションは、取りあげられている順序で実行する必要はない。

「一実施形態では」という語句は、繰り返し使用される。この語句は、一般に、同じ実施形態を指し示さないが、指し示すこともあり得る。「備える」、「持つ（格納する、含む、備える）」、および「含む」は、文脈の中で別に指示されていない限り、同義である。

例を使って説明されている本考案の異なる実施形態では、瞬時にオンにできるように、かつ／または一次光源１０２の放出スペクトルの放出エネルギー不均衡を補正するように、補助光源を図１の画像投影システム１００の別の位置に配置する。当業者であれば、本考案は３経路投影システムなどの他のタイプの画像投影システムとして実現できることを容易に理解できるであろう。

図３ａは、補助光源１４０が光統合デバイス、好ましくは光トンネル１１０の入口端１４２付近に取り付けられている、本考案の第１の実施形態の概略図である。補助光源１４０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの１つまたは複数のソリッド・ステート発光デバイス１４４を備えるのが好ましく、このデバイスから補正光が光ファイバ１４６を通って光結合デバイス、好ましくはプリズム１４８内に伝搬する。プリズム１４８は、補正光が一次光路１０６に沿って伝搬する多色光の光線１０５と一致するように補正光を光トンネル１１０に適切な角度で導く。

図３ａに示されている実施形態では、光ファイバ１４６はプリズム１４８の入力プリズム面１５０上に取り付けられる。その面はプリズム１４８が取り付けられている第１の光トンネル表面１５２に実質的に平行な面である。プリズム１４８は、第１の近軸反射が生じる場所１５４の上流にある光トンネル１１０の入口端１４２付近に取り付けられる。第１の近軸反射の場所１５４の前のプリズム１４８と第１の光トンネル表面１５２との間にオプティカル・コンタクトを設けることで、光路１０６からプリズム１４８に入る多色光の損失を減らすことができる。

図３ａに示されている光トンネル１１０は、光統合デバイスの一例であり、他の光統合デバイスについては、この第１の実施形態のいくつかの実装を参照しながら詳細に説明される。光トンネルは、一般に、最終的な望む画像と同じ寸法比例の均一な照明パターンを生成するように画像投影システムに実装される。光トンネルは、多重反射の原理に基づいて動作し、透過光線は光トンネルのすべての側面から反射し、実質的に均一な強さの光が光トンネルの出力端から放出される。光トンネル１１０は、光の均一な照明パターンが矩形形状の光トンネル１１０の出口端１５６から伝搬するような矩形形状であるのが好ましい。光トンネル１１０は、さらに、中実ガラス棒であるが好ましい。光トンネル１１０は、プリズム１４８を支持している光トンネル１１０の表面積全体が減少するように、したがって一次光路１０６からの多色光の損失量が減るように、プリズム１４８よりも幅が広いのが好ましい。中実光トンネルの一例として、４．５ｍｍ×６．０ｍｍ×長さ４０ｍｍのものが挙げられる。

各発光デバイス１４４は、ＬＥＤ、レーザ、アーク灯などどのような光源であってもよい。さまざまな実施形態でＬＥＤが使用されているのは、事実上単色光を放出し、コンパクトかつ安価であることが理由である。一実施形態では、少なくとも１つの白色ＬＥＤと赤色ＬＥＤが備えられる。白色ＬＥＤは、ウオーミングアップ中にアーク灯１２０により出力される光の明るさが足りないのを補うため白色光を出し、ユーザが瞬時にオンできるようにするため、初期段階で使用される。すでに説明したように、アーク灯１２０により出力される光は、電源オン後の初期ウオーミングアップ期間中、明るさ不足となる。白色ＬＥＤは、ソリッド・ステート構成であるため、一般に、アーク灯１２０がウオーミングアップのため必要とする期間よりもかなり短い期間で実質的に１００％の明るさの光を出力することができる。赤色ＬＥＤは、アーク灯１２０により出力される光の赤色スペクトルを補正する赤色光を出すために、後続の動作期間中に使用される。放出スペクトルが赤色光に対応する光を放出するＬＥＤは、通常、約３０ルーメンの赤色光を放出する。この追加赤色光は、一般に、一次光路１０６内の赤色光放出エネルギー量の１０％増大をもたらす。赤色光を導入することで、より小さな赤色セグメントおよびより大きな緑色および白色セグメントを持つカラー・ホイールを使用して光透過全体を高めることができる。

本考案の他の実施形態では、初期期間に白色光補正、または後続の動作期間中に赤色光補正のみを使用できるが、両方同時には使用しない。

光ファイバ１４６は、適切などのような材質のものでもよいが、プラスチックまたはガラスが好ましい。光ファイバ１４６は、画像投影システムに適したサイズであればどのようなサイズでもよいが、直径約１ｍｍのものが好ましい。というのは、そのような光ファイバは安価であり、小径の光ファイバよりも堅牢であるからである。光ファイバ１４６は、画像投影システムに適している任意の適切な形状でよい。図３ａに示されている光ファイバ１４６はまっすぐなファイバである。別法として、図４ａに示されているように、湾曲した光ファイバ１４６でもよい。

光ファイバ１４６を、光トンネル１１０に直接結合することができる。このような結合は、適切な従来の方式で実現することができ、特に以下の２つの配置の１つを使用することができる。中空の光トンネルの場合、光ファイバ１４６の出口端３０２は、図４ａに示されているように、光トンネル１１０の入口端１４２に接する。

この他の実施形態では、光ファイバ１４６は、一次光源１０２により放出される、また光ファイバ１４６から反射または屈折された多色光の損失が低減されるように、光トンネル１１０の入口端１４２の隅に取り付けられるのが好ましい。第２の他の配置では、光ファイバ１４６の出口端３０２は、図４ｂに示されているように、第１の光トンネル表面１５２に接する。これらの方法は両方とも、ソリッド・ステート発光デバイス１４４から伝搬し光ファイバ１４６から出てきて、一次光源１０２により放出される多色光と一致する光の補正が可能である。

本考案の照明サブシステムの利点は、さらに、光ファイバ１４６を補助光源１４０に組み込まなくても得られる。光ファイバ１４６なしで構成された照明サブシステムでは、ソリッド・ステート発光デバイス１４４からの補正光は直接プリズム１４８に入る。

別法として、本考案の照明サブシステムの利点は、ファイバ束内の複数の光ファイバ１４６を用意し、ソリッド・ステート発光デバイス１４４により放出された補正光を光統合デバイス内に導くことにより得られる。図５は、それぞれ複数のファイバで形成された、複数の独立のファイバ束を示している。複数の光ファイバ１４６の端は、屈折率が、光トンネル１１０を形成するために使用される材料の屈折率に対応する光学的材料でできている光統合デバイス３０６内に埋め込んでいる。光ファイバ１４６は、放出される補正光が光トンネル１１０内の一次光源１０２から出る多色光と一致するように光路１０６に対してある角度で埋め込まれる。光学的アセンブリ３０８は、光ファイバ１４６と光統合デバイス３０６を備え、光トンネル１１０の任意の側面に取り付けることができる（他の取付法は、細線で示されている）。この他の実装を使用する利点の１つは、光学的アセンブリ３０８、光ファイバ１４６、光統合デバイス３０６を、別々に構築し、光学接着剤により取り付けることができるため、製造コストが低減されることである。別法として、複数の光学的アセンブリ３０８を光トンネル１１０に取り付けることもできる。

ソリッド・ステート発光デバイス１４４と光ファイバ１４６内を透過する補正光は、光結合デバイスにより光トンネル１１０内で結合させることができる。光結合デバイスの例として、プリズム、ガラス棒、鏡がある。さまざまな実施形態において、プリズム１４８が使用されている。プリズム１４８は、光透過接着剤、例えばＵＶ硬化接着剤を使用して、光ファイバ１４６に取り付けることが好ましい。プリズム１４８を光ファイバ１４６に取り付ける際、光ファイバ１４６を通る補正光は、補正光が一次光路１０６に沿って伝搬する光線１０５と一致するようにできる、ある入射角度でプリズム反射表面１５８から反射する。例えば、図３ｂは、光ファイバ１４６から出た補正光がプリズム１４８ａのプリズム反射面１５８に関して約４５°の角度をなし、補正光は第１の近軸反射１５４の位置の前に光路１０６と一致することができることを示している。図３ｂに示されているように、プリズム１４８ａは、光トンネル表面１５２に関してある角度で傾斜している入力プリズム面１５０ａを持ち、ソリッド・ステート発光デバイス１４４により放出される光の他の伝搬経路を例示している。プリズム１４８は、傾斜したプリズム面を持つ必要はなく、この実装は単に説明にすぎない。

プリズム１４８は、画像投影システムに適しているものであればどのようなサイズまたは形状であってもよい。例えば、図３ａに示されていると入力プリズム面１５０は、プリズム１４８が取り付けられている第１の光トンネル表面１５２に実質的に平行であるが、図３ｂに示されている入力プリズム面１５０ａは第１の光トンネル表面１５２と平行ではない。

本考案の照明サブシステムの利点は、光結合デバイスを補助光源１４０に組み込まなくても得られる。光結合デバイスなしで構成された照明サブシステムでは、補正光は光ファイバ１４６またはソリッド・ステート発光デバイス１４４を介して光トンネル１１０内に直接に入射させられる。

第１の反射の位置１５４の前でプリズム１４８と第１の光トンネル表面１５２との間にオプティカル・コンタクトを設けることにより、多色光は入口端１４２に近い光トンネル１１０の側面にほとんど入射しないため、入口端１４２を通って光トンネル１１０に入る多色光の損失を減らすことができる。このように下げられた光損失量は、図６および７に示されている光の強さ分布の比較関係により明らかにされる。図６は、図１の従来技術の画像投影システムの光トンネル１１０から抜け出る光の円錐を示す概略図である。光円錐は、すべての軸上方位角度について、つまり、光トンネル１１０を通じて透過し、光トンネル１１０の出口端１５６から出た後の、一次光源により放出された多色光の角度光強度分布について近似的なもである。比較すると、図７は、図３ａまたは図３ｂのいずれかの画像投影システムの光トンネル１１０から出る光の円錐を示しており、補助光源１４０は補正光を画像投影システム内に導くようになっている。図７に示されている光円錐は、光トンネル１１０を透過し、光トンネル１１０の出口端１５６から出た後の、一次光源１０２により放出される多色光の角度光強度分布を近似している。図７に示されている光円錐の最上部のノッチ１６０は、光結合プリズム１４８を取り付けることによる多色光の約３％損失を表している。このような光損失量の低減は、本考案の画像投影システムに補助光源１４０を組み込むことで生じる赤色光に対応する放出エネルギー量の総利得を鑑みたものである。

本考案の第１の実施形態の補助光源１４０は、入口端１４２付近の任意の場所で光統合デバイスに取り付けることができる。補助光源１４０を光統合デバイスの入口端１４２付近の場所に取り付けると、低減された光量がその入口端付近で統合デバイスに入射するので光損失量が低減する。補助光源１４０の取付は、入口端１４２付近の任意の場所で行うのが好ましいが、取り付ける場所毎に利点はさまざまであり、以下ではこれについて説明する。

図８は、補助光源１４０が第１の光トンネル表面１５２に取り付けられ、光トンネル１１０の隅へオフセットされている本考案の第１の実施形態の第１の他の実装を示している。この第１の他の実装は、補助光源１４０の取付箇所を通じて伝搬する多色光の損失が低減されるため特に有利である。

図９は、補助光源１４０が中空の光トンネル１１０ａの入口端１７０の表面に取り付けられている本考案の第１の実施形態の第２の他の実装を示している。この他の実装は光トンネル１１０ａの入口端１７０にさらに厚さを付け加え、それにより、カラー・ホイール・アセンブリ１０８の間隔に影響を及ぼすが、この実装では、図３ａ、３ｂ、８に示されているタイプの中実光トンネルの代わりに中空の光トンネルを使用することができる。中空の光トンネルは、トンネル出力で同等の照明均一性が得られる中実光トンネルと比べて比較的安価、かつ長さが短い。

図１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、図９に示されている画像投影システムで使用することができる３つの他の光統合デバイスを示している。図１０ａは、光トンネル１１０の入口端１４２に関して４５度の角度の反射面を持つ入射プリズム３１２を使用しているのを示している。入射プリズム３１２は、図９に示されているタイプの中空の光トンネルとともに、または図８に示されているタイプの中実光トンネルとともに使用することができる。図１０ｂは、図９の画像投影システム内のビーム・スプリッタ・プリズム３２０の使用を示している。ビーム・スプリッタ・プリズム３２０は、光トンネル１１０の入口端１４２に対し４５度の角度で置かれている補正プリズム３２２を備えるダイクロイック・ミラー３１６ａを含み、一次光源１０２から出た光が喪失することなくビーム・スプリッタ・キューブを通るようにできるビーム・スプリッタ・キューブを形成する。図１０ｃは、図９の画像投影システムの光トンネル１１０の入口端１４２に対し鋭角で傾斜しているダイクロイック・ミラー３１６ｂの使用を示している。

本考案の画像投影システムは、さらに、複数の補助光源を含むことができる。複数の補助光源を使用することで、ユーザは低出力、したがって安価な、ソリッド・ステート発光デバイスを実装できる一方で、瞬時オン操作および／または単一の光出力を使用することでもたらされるのと似た放出エネルギー不均衡の低減も実現できる。別法として、複数の補助光源を使用すると、ユーザは、補正光の量を増やし放出エネルギー量で放出エネルギー不均衡を低減することにより、放出エネルギー不均衡の低減を一段と進めることができる。複数の補助光源を光トンネル１１０または１１０ａの側面に取り付けることができるが、第１の近軸反射１５４の配置の前に、入口端１４２または１７０の付近に取り付けるのが好ましい。

図１１ａおよび１１ｂは、複数の補助光源のうち１つが第１の光トンネル表面１５２に取り付けられ、複数の補助光源のうち１つが第１の光トンネル表面１５２の向かいの第２の光トンネル表面１７４に取り付けられる、本考案の第１の実施形態の第３の他の実装のうち２つの実装を示している。図１１ａは、第１の補助光源１７６が第１の光トンネル表面１５２に取り付けられ、第２の補助光源１７８が第２の光トンネル表面１７４に取り付けられ、第１、第２の補助光源１７６、１７８は、それぞれ、光トンネル１１０の向かい合う隅に配置される構成を示す。図１１ｂは、第１、第２の光源１７６、１７８がそれぞれ光トンネル１１０の対応する隅に配置される他の構成を示している。この実施形態では、補助光源２７６／１７８のうちの一方は白色光を発することができるが、他方は赤色光を発する。別法として、両方とも最初に白色光を発し、その後、赤色光を発するものとすることもできる。

図１２は、複数の補助光源１７６、１７８が第１の光トンネル表面１５２（実線）または第２の光トンネル表面１７４（仮想線）に取り付けられた、本考案の第１の実施形態の第４の他の実装を示している。

当業者であれば、プリズムは入口表面、任意の側面、または中実もしくは中空の光トンネルの上面または底面に配置できることは理解するであろう。

図１３ａおよび１３ｂは、第２の光統合デバイス例が実装される本考案の第５の他の実装を示す。この光統合デバイスは、１つの小型レンズの不均一性が表示デバイス３８０で消去されるように複数の重なり合う画像を生成する設計の小型レンズの配列をそれぞれ含む一対のハエの目インテグレータ・プレートである。

図１３ａは、ＨＩＤアーク灯１２０により放出される光が第１のハエの目レンズ群３５０に導く（または入射する）本考案の一実施形態を示す。それぞれの第１のレンズ３５０は、表示デバイス３８０と同じ縦横比を持つ。光は、第１のハエの目レンズ３５０から出て、それぞれ対応する第１のハエの目レンズ３５０と空間的位置が揃えられている第２のハエの目レンズ群３５２に入る。第２のハエの目レンズ３５２は第１のハエの目レンズ３５０のアパーチャの画像を表示デバイス３８０上に投影する。コンデンサ・レンズ１１６は、対応するレンズ３５２により生成されるレンズ３５０での複数の画像を表示デバイス３８０上に重ね合わせる。第１、第２のハエの目レンズ３５０、３５２は、それぞれ、画像投影システムに適した任意のサイズ、任意の形状でよいが、４×６ｍｍの矩形であるのが好ましい。

図１３ａに示されているように、補助光源１４０は第１のハエの目レンズ３５０付近の場所に取り付けられている。ソリッド・ステート発光デバイス１４４により放出される補正光は、集光レンズ３５４、インテグレータ・トンネル３５６、インテグレータ結像レンズ３５８を通ってから鏡３６０に導く。鏡３６０は、金属または多層誘電体型とすることができる。鏡３６０が多層誘電体型の場合、これは、一次光源からの多色光の大半を透過しながら補正光を反射するように設計することができる。インテグレータ結像レンズ３５８から出た補正光は、鏡３６０から反射して、第１のハエの目レンズ３５０のうちの１つを通り、さらに第２のハエの目レンズ３５２を通り、反射により、補正光の光線が多色光の光線１０５と一致する。この他の実装により、第１のハエの目レンズ３５０は補正光で均一に埋められ、その結果投影デバイスにより投影された画像は優れた色均一性を含む。

ハエの目インテグレータ・プレートの実装は、さらに、インテグレータ・トンネル３５６なしで補助光源を伴っていてもよい。したがって、ソリッド・ステート発光デバイス１４４により放出される補正光は、集光レンズ３５４およびインテグレータ結像レンズ３５８を通ってから、鏡３６０により反射させられ、ハエの目光統合デバイスを通過する。第１のハエの目レンズ３５０の１つは、補助光源から出た補正光で満たされ、したがって、一次光源１０２から出た多色光はいっさい、第１のハエの目レンズ３５０に入らない。この他の実装の利点の１つは、補助光デバイスを画像投影システムの残りの部分に容易に結合できるという点である。

図１３ｂに示されているように、補助光源はインテグレータ結像レンズ３５８を欠いている場合がある。このような画像投影システムでは、ソリッド・ステート発光デバイス１４４により放出された補正光は、集光レンズ３５４とインテグレータ・トンネル３５６を通ってから、インテグレータ・トンネル３５６の出口端３６２付近に配置されている鏡３６０から反射される。補正光は、全内部反射またはミラー・コーティングによりインテグレータ・トンネル３５６の４５度の角度の出口端３６２から反射し、第１のハエの目レンズ３５０を通過する。

第２の実施形態では、補助光源が一次光源に隣接する反射板に結合され、それにより、補正光は、一次光源により発生する光と同じ効率で画像投影システムを通じて伝搬する。

図１４は、補助光源１４０が反射板１０４の外側表面１８６に隣接するところに配置され、一次光源１０２により結合され、好ましくはＨＩＤアーク灯１２０であるのが好ましい、本考案の第２の実施形態の概略図を示している。補助光源１４０は、光集束要素１８０により集束される補正光を放出し、反射板１０４上の補正光入口１８４を通じて伝搬し、アーク灯１２０の空隙１２６および反射板１０４の内面１８８に入射する。

補正光ビームが反射板１０４を通じて伝搬できるようにするために、補正光入口ゾーン１８４の反射板１０４の内面１８８は、コーティングなし、低反射コーティング、または好ましくは波長選択的透過コーティングを施し、そのうち最後のコーティングは、補正光波長に等しくない波長の可視光線を反射し、補正光波長に等しい波長の光を透過する。この補正光入口ゾーン・コーティングは、一般に、反射板１０４の内面１８８の残り部分に塗布されるものと異なるコーティング材料である。内面１８８は、通常、画像投影システム１００の波長の動作範囲にわたって反射率を高める金属性または誘電体コーティングを施している。反射板１０４は、ＨＩＤアーク灯１２０により発生する多色光と同じ効率で補正光を画像投影システムに通し、他の光源により送られる光を反射するスペクトル選択的透過コーティングでコーティングされるのが好ましい。ＨＩＤアーク灯１２０により放出される多色光は、反射板１０４の補正光入口ゾーン１８４を通じて失われる場合がある。波長選択的透過コーティングを使用すると、光は他手段では未コーティング補正光入口ゾーン１８４を通過することになるＨＩＤアーク灯１２０により放出される多色光の損失が低減される。

反射板１０４は、補正光ビームがアーク・ギャップ１２６に向かう途中に反射板壁を通過できるように光を透過するガラスなどの材質とするのが好ましい。設計目標および画像投影システムの下流にどのような光学部品を使っているかにより、反射板１０４は長円体、放物体、一般的な球体、または切子面のある形態である。これは照明ビーム集束および集光を行うので、反射板１０４はコールド・ミラーを備えるのが好ましい。反射板１０４の外面１８６は実際には入って来る補正光を屈折させる追加レンズ面であるため、外面１８６は滑らかで、調整が行き届いている。サイズ、長さ、焦点距離、および熱特性などの他の仕様は、画像投影システムの設計目標により決定される。

本考案の第１の実施形態に関して上で述べたように、補助光源１４０に含まれるソリッド・ステート発光デバイスは、ＬＥＤ、レーザ、またはアーク灯を含む、任意のソリッド・ステート光源とすることができる。ＬＥＤは、実質的に単色の光を放出し、コンパクトであり安価であるため、特に都合が良い。さまざまな実施形態では、ＬＥＤは少なくとも１つの白色ＬＥＤおよび１つの赤色ＬＥＤを含む（ただし、他の実施形態では、本考案の一態様のみ、代わりに含まれる２色のうちの１つのみのＬＥＤで実施できる）。放出スペクトルが赤色光に対応する光を放出するＬＥＤは、通常、約３０ルーメンの赤色光を放出する。この追加赤色光の量は、一般に、一次光路内の赤色光放出エネルギー量の１０％増大をもたらす。

その代わりに、光ファイバを使用して補正光を送出し、補助光源１４０から、反射板１０４の補正光入口ゾーン１８４を通りアーク・ギャップ１２６の中へ伝搬する補正光を集束し集光する集光要素１８０に送ることができる。

図１５は、複数の補助光源１４０（図には２つが示されている）が反射板１０４の周囲に配置され、瞬時にオンにする操作を簡単に行えるようにし、かつ／または補正光をカラー・ホイール・アセンブリ１０８（図には示されていない）に当たる照明ビーム内により均一に分配し、それにより最終的な投影画像内に補正光が分配される際の均一性を高める本考案の照明サブシステムの第２の実施形態の他の実装を示している。それぞれの補助光源１４０は、アーク・ギャップ１２６を通じて集束され、アーク・ギャップ１２６を通じて伝搬しているそれぞれの補正光ビームが補正光入口ゾーン１８４を通じて入る他の補正光ビームに影響を与えないように位置を調整される。補助光源１４０の量、ビーム・サイズ、位置、および向きは、画像投影システムの特定の性能目標により決まる。

したがって、上の説明から、瞬時にオンにする操作を行えるようにし、かつ／または動作時に赤色スペクトルを補正するための方法、およびそのような装備がなされている投影システムについて説明されたことがわかるであろう。本考案は、前記の実施形態に関して説明されているが、当業者であれば、本考案が説明されている実施形態に限られないことを理解するであろう。例えば、さらに他の実施形態では、補正光源をアーク灯の「影」または「穴」領域に置くこともできる。他の実施形態は、添付の特許請求の範囲の精神および範囲内で修正および変更を加えて実施することができる。したがって、説明は、制約的なものではなく、例示的なものであるとみなされる。

従来技術のカラー画像投影システムの等角図である。 従来技術のＨＩＤアーク灯の拡大側面線図である。 補助光源が近軸反射の配置の前の中実光トンネルの入口端付近の位置に取り付けられている第１の図１の従来技術の画像投影システムに追加された照明サブシステムの第１の実施形態の部分斜視図（ａ）と他のプリズムで実装された図３ａの照明サブシステムの第１の実施形態の拡大部分側面図（ｂ）である。 他の光ファイバで実装された照明サブシステムの第１の実施形態の異なる実装の部分側面図である。 光統合デバイスに取り付けられた光ファイバ束とともに実装されている図３ａの照明サブシステムの第１の実施形態の部分等角図である。 軸上のすべての方位角について、それぞれ図１の従来技術の画像投影システム、および図３ａまたは図３ｂの画像投影システムの光トンネルから出る光の強さの分布を表す円錐を示している。 軸上のすべての方位角について、それぞれ図１の従来技術の画像投影システム、および図３ａまたは図３ｂの画像投影システムの光トンネルから出る光の強さの分布を表す円錐を示している。 補助光源が中実光トンネルの隅に対しオフセットされている第１の照明サブシステム実施形態の第１の他の実装の斜景部分図である。 補助光源が中空の光トンネルの入口端に取り付けられている第１の照明サブシステム実施形態の第２の他の実装の斜景部分図である。 他の光統合デバイスとともに実装される図９の照明サブシステムの部分側面図である。 複数の補助光源が、それぞれ、中実光トンネルの向かい合う隅の対応するまたは反対の隅に取り付けられている、第１の照明サブシステム機器への第３の代替え実装の２つの構成を表す部分斜行図である。 複数の光源が中実光トンネルの同じ面に取り付けられている第１の照明サブシステム実施形態の第４の他の実装の斜景部分図である。 一対のハエの目レンズが光統合デバイスとして実装されている第１の照明サブシステム実施形態の第５の他の実装の拡大側面線図（ａ）と図１３ａの照明サブシステムの拡大図（ｂ）である。 補助光源が反射板に隣接し、一次光源に結合された補正光を放出する照明サブシステムの第２の実施形態の図である。 複数の補助光源が使用される図１４の照明サブシステムの第２の実施形態の他の実装の図である。

符号の説明

１００ 従来技術の画像投影システム、１０２ 一次光源、１０４ 楕円体反射板、１０５ 光線、１０６ 一次光路、１０８ 回転するカラー・ホイール・アセンブリ、１１０ 光トンネル、１１２ レンズ要素システム、１１４ 光反射面、１１６ 投影レンズ、１２０ ＨＩＤアーク灯、１２２ 第１の電極、１２４ 第２の電極、１２６ アーク・ギャップ、１２８ 与圧室、１３０ ガラス・エンベロープ、１４０ 補助光源、１４２ 入口端、１４４ ソリッド・ステート発光デバイス、１４６ 光ファイバ、１４８ プリズム、１５０ 入力プリズム面、１５２ 光トンネル表面、１５４ 第１の近軸反射が生じる場所、１５８ プリズム反射表面、１７０ 入口端、１７４ 第２の光トンネル表面、１７６ 第１の補助光源、１７８ 第２の補助光源、１８０ 光集束要素

Claims (22)

1. 一次光路に沿って多色光を伝搬する一次光源と、
   初期期間に少なくとも明るさについて多色光を補正するため補正光を伝搬する補助光源と、
   一次光路に沿って配置され、光トンネルから出る光の強さが実質的に均一になるように光トンネルを通じて伝搬する光に対し複数回の反射を発生させる光トンネルを備え、多色光と補正光とを別々に受け取って、第１の光の反射が発生する場所の上流または実質的にその場所で一致させるように、一次光源と補助光源を光結合させる光統合デバイスと、
   出力された光を使用して画像を投影するため光統合デバイスに光結合された結像構成とを備える画像投影システム。
2. 補助光源が、発光ダイオード、レーザ、およびアーク灯を含むグループから選択された発光デバイスを含む請求項１に記載のシステム。
3. 補助光源が、補正光が伝搬する光ファイバを含み、光ファイバが、光の第１の反射の場所の上流または実質的にその場所で光トンネルの第１の側面、第２の側面、入口端のいずれか１つに光結合される請求項１に記載のシステム。
4. 光ファイバが出口端を備え、さらに光ファイバの出口端と光トンネルとの間に配置された反射面を備え、反射面が、光の第１の反射の上流の光トンネルの場所または実質的に光の第１の反射の場所で一次光路と一致する方向と角度で光ファイバを通して伝搬する補正光を光トンネルに光結合する請求項３に記載のシステム。
5. 光ファイバが出口端を備え、さらに光ファイバの出口端と光トンネルとの間に配置された成型光学材料または要素を備え、成型光学材料または要素の１つが、光の第１の反射の上流の光トンネルの場所または実質的に光の第１の反射の場所で一次光路と一致する方向と角度で光ファイバを通して伝搬する補正光を光トンネルに光結合させる請求項３に記載のシステム。
6. 一次光源がアーク灯を備え、多色光の放出スペクトルは放出エネルギー量が不均衡である原色の混合からなり、補正光がさらに、一次光源の放出エネルギー不均衡を相殺するスペクトル範囲の補正放出エネルギー量を持つ請求項１に記載のシステム。
7. 不均衡な放出エネルギー量が、アーク灯により放射される赤色光に対応し、
   スペクトル範囲が、放出エネルギー不均衡を低減する強さの赤色光を包含する請求項６に記載のシステム。
8. 内側表面を持つ反射板を備え、一次光路に沿って多色光を伝搬する一次光源と、
   初期期間に少なくとも明るさに関して多色光を補正するため補正光を伝搬する一次光源に隣接して近くに配置されている補助光源であって、補正光は一次光源の反射板から反射し、一次光路上の特定の位置で多色光と一致する、補助光源と、
   一次光路に沿って配置され、補正光と組み合わされた多色光を受け取り、光統合デバイスを出る前に組み合わされた光の強さの均一性を改善するための光統合デバイスと、
   より均衡のとれた放出エネルギー量を持つ出力光を使用して画像を投影するため光統合デバイスに光結合された結像構成とを備える画像投影システム。
9. 一次光源がアーク灯を備え、多色光の放出スペクトルが、放出エネルギー量が不均衡である原色の混合からなり、補正光がさらに、一次光源の放出エネルギー不均衡を相殺するスペクトル範囲の補正放出エネルギー量を持つ請求項８に記載のシステム。
10. 不均衡な放出エネルギー量が、アーク灯により放射される赤色光に対応し、
    スペクトル範囲が、放出エネルギー不均衡を低減する強さの赤色光を包含する請求項９に記載のシステム。
11. 反射板の内側表面の少なくとも一部が、補正光の放出エネルギー量を透過させ、補正光の放出エネルギー量と異なる光の放出エネルギー量を反射させる色選択的透過コーティングで覆われている請求項９に記載のシステム。
12. 一次光路に沿って多色光を伝搬する一次光源と、
    初期期間に少なくとも明るさについて多色光を補正するため補正光を伝搬する補助光源と、
    多色光と補正光を別々に受け取って組み合わせるような方法で一次光源と補助光源に光結合される、一次光路に沿って配置され、それぞれ小型レンズの配列を含む少なくとも第１、第２のハエの目インテグレータ・プレートを備える、光統合デバイスと、
    より均衡のとれた放出エネルギー量を持つ出力光を使用して画像を投影するため光統合デバイスに光結合された結像構成とを備える画像投影システム。
13. 補助光源が、補正光が伝搬する光ファイバを含み、光ファイバが、光の第１の反射の場所の上流または実質的にその場所で光トンネルの第１の側面、第２の側面、入口端のいずれか１つに光結合される請求項１２に記載のシステム。
14. 光ファイバが出口端を備え、さらに光ファイバの出口端と光トンネルとの間に配置された反射面を備え、反射面が、光の第１の反射の上流の光トンネルの場所または実質的に光の第１の反射の場所で一次光路と一致する方向と角度で光ファイバを通して伝搬する補正光を光トンネルに光結合する請求項１３に記載のシステム。
15. 光ファイバが出口端を備え、さらに光ファイバの出口端と光トンネルとの間に配置された成型光学材料または要素を備え、成型光学材料または要素の１つが、光の第１の反射の上流の光トンネルの場所または実質的に光の第１の反射の場所で一次光路と一致する方向と角度で光ファイバを通して伝搬する補正光を光トンネルに光結合させる請求項１４に記載のシステム。
16. 一次光源がアーク灯を備え、多色光の放出スペクトルが、放出エネルギー量が不均衡である原色の混合からなり、補正光がさらに、一次光源の放出エネルギー不均衡を相殺するスペクトル範囲の補正放出エネルギー量を持つ請求項１２に記載のシステム。
17. 不均衡な放出エネルギー量が、アーク灯により放射される赤色光に対応し、
    スペクトル範囲が、放出エネルギー不均衡を低減する強さの赤色光を包含する請求項１６に記載のシステム。
18. 一次光源から、一次光路に沿って、多色光を伝搬するステップと、
    初期期間に少なくとも白色光について多色光を補正するため補助光源から補正光を伝搬するステップと、
    補正光を多色光と一致するように導き、
    光トンネルから出る光が実質的に均一な強さを持つように光トンネルを通して伝搬する光が何回も反射する光トンネルを備え、双方の光が別々に光統合デバイスによって受け取られるように向き付けられるが、それらの光が第１の光の反射の上流にある場所または実質的に第１の光の反射の場所で一致させられる光統合デバイスか、
    補助光源が一次光源に隣接して近くに配置され、多色光に一致させるように補正光を反射させる反射鏡を備えた一次光源か、
    それぞれ小型レンズの配列を含む第１、第２のハエの目インテグレータ・プレートを備える光統合デバイスか
    のうちの選択された１つを使用して光を組み合わせるステップと、
    統合された複合光を使用して画像を投影するステップと
    を含む画像投影システムにおける動作方法。
19. 前記統合が、光トンネルを備える光統合デバイスを使用して実行され、方法が、さらに、補正光を一致場所に導くのを支援するため光ファイバを使用するステップを含む請求項１８に記載の方法。
20. 前記統合が、第１、第２のハエの目インテグレータ・プレートを備える光統合デバイスを使用して実行され、方法がさらに、補正光をハエの目インテグレータ・プレートに導くのを支援するため光ファイバを使用することを含む請求項１８に記載の方法。
21. 一次光源がアーク灯を備え、多色光の放出スペクトルが、放出エネルギー量が不均衡である原色の混合からなり、補正光がさらに、一次光源の放出エネルギー不均衡を相殺するスペクトル範囲の補正放出エネルギー量を持つ請求項１８に記載のシステム。
22. 不均衡な放出エネルギー量が、アーク灯により放射される赤色光に対応し、
    スペクトル範囲が、放出エネルギー不均衡を低減する強さの赤色光を包含する請求項２１に記載のシステム。
    

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