JP3971717B2

JP3971717B2 - 広帯域スペクトル光源を補うための狭帯域スペクトル光源を含むプロジェクタ

Info

Publication number: JP3971717B2
Application number: JP2003127877A
Authority: JP
Inventors: ウィンスロップ・ディー・チルダーズ; マーク・エイ・ヴァン・ヴィーン; モハマド・エム・サミ; ウィリアム・ジェイ・アレン; ジャック・エイチ・シュミット; スティーヴン・ダブリュー・スタインフィールド; ウェイン・エム・リチャード; ジェイムズ・アール・コール; ジェイムズ・ピー・ディッキー
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2002-05-03
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2023-05-06
Also published as: JP2004004821A; DE10315770A1; US6905217B2; GB2388992A; GB2388992B; US20040165157A1; US6733139B2; US20020145708A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクタに関し、特に、広帯域スペクトル光源と狭帯域スペクトル光源とを有するプロジェクタに関する。
【０００２】
本特許出願は、２０００年６月５日に出願され、米国特許出願番号０９／５８７,４４６号が割り当てられ、「Multi-Source LCD Backlight for White Balance Adjustment」という名称で以前に出願された同時係属の特許出願の一部継続出願である。
【０００３】
【従来の技術】
プロジェクタとは、一般に、光源、光学システム、電子部品およびディスプレイを一体化し、コンピュータまたはビデオデバイスからの映像を壁もしくはスクリーン上へと投影して大画像で鑑賞するための装置を指す。プロジェクタは、特に、仕事の業務の一環としてプレゼンテーションを行うビジネスユーザの間に普及している。比較的に新しいプロジェクタは、数ポンド（数ｋｇ）ほどの重量であり、ビジネス旅行者には最適である。投影技術の質が向上するにつれて、プロジェクタは、高精細テレビ（high-definition television：ＨＤＴＶ）および他の家庭内娯楽への応用として一般の家庭でも用いられている。当業界の事情通（industry pundit）は、デジタルプロジェクタが映画館において用いられる標準的な投影技術にもなるであろうと予測している。
【０００４】
プロジェクタにおいて用いられる光源は、得られる投影画像の品質を左右する主要な要因である。光源は、サイズが小さく、長時間持続し、生成する光が均一であることが望ましい。近年まで、大抵のプロジェクタは、ガスが充填されたギャップの間にスパークを生じさせて光を生成するメタルハライドランプに依存している。しかし、メタルハライドランプは、カラーおよび明るさの安定性に問題があり、動作中にその側壁に材料が堆積するため、輝度が低下する傾向がある。最近では、超高圧（ultra high pressure：以下、「ＵＨＰ」とよぶ）アークランプを用いるプロジェクタもある。これらのランプは、高圧下の純粋な水銀蒸気でアークを用いる。アークギャップは、メタルハライドランプのガス充填のギャップよりもはるかに小さく、その結果、照射効率がより大きい。少量の酸素およびハロゲンは、通常、水銀蒸気と混合されて、ランプの側壁から材料の堆積物を除去するのを助け、その持続時間にわたってランプの輝度を実質的に維持する。
【０００５】
しかしながら、プロジェクタに用いられる他のタイプのランプと同様に、ＵＨＰ水銀蒸気アークランプには、依然としていくつかの欠点がある。例えば、アークランプは、通常、赤色波長では、他の波長よりも出力する光が少ない。これは、光の赤色波長に依存し、投影されてレンダリングされる画像の部分が、明るく見えない、すなわち、本来見えるべきものと比較して不正確に見える場合があることを意味している。アークランプは、不均一なカラー強度を有する場合もある。例えば、青色波長または緑色波長において出力される光は、深い（deep）トーンまたは鈍い（dull）トーンでしか生成されない。これは、これらの光波長に依存し、投影されてレンダリングされる画像の部分が鈍く見える、すなわち、本来見えるべきものと比較して不正確に見える場合があることを意味する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、これらの理由および他の理由のために、改良されたプロジェクタが必要とされる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、広帯域スペクトル光源を補うための狭帯域スペクトル光源を有するプロジェクタに関する。広帯域スペクトル光源は、広帯域スペクトルを有する。狭帯域スペクトル光源は、広帯域スペクトル光源の広帯域スペクトルを補う狭帯域スペクトルを有する。
【０００８】
本明細書で参照される図面は、本明細書の一部を構成する。図面に示される特徴は、本発明のいくつかの実施形態を例示することのみを意図しており、特に指摘されていない限り、本発明の実施形態をすべて明示するものではなく、明示されない実施態様も包含する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下の本発明の例示的な実施形態の詳細な説明では、その説明の一部を形成し、本発明を実施することができる具体的な実施形態を例示として示す添付の図面を参照している。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施することができるように十分に詳細に記載されている。他の実施形態を用いてもよく、論理的で機械的なその他の変更を、本発明の趣旨または範囲を逸脱せずに行うことができる。従って、以下の詳細な説明は限定することを意味するものではなく、特許請求の範囲によってのみ本発明の範囲が定義される。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態による投影システム１００のブロック図を示す。システム１００をプロジェクタとして実現することができる。投影システム１００は、広帯域光源１０２と、狭帯域光源１０４と、空間光変調器（ＳＬＭ）１０６と、投影光学素子１０８と、スクリーン１１０とを含む。システム１００は、光源光学素子１０５と、画像ソース１０７と、画像コントローラ１０９とを含む。広帯域スペクトルにおいて光を出力し、そのような光を発する手段として広帯域スペクトル光源１０２をみなすことができる。広帯域スペクトル光源１０２は、超高圧（ＵＨＰ）水銀蒸気アークランプまたは別のタイプの広帯域スペクトル光源でありうる。これに対して、狭帯域スペクトルにおいて光を出力し、そのような光を発する手段として狭帯域スペクトル光源１０４をみなすことができる。狭帯域スペクトル光源１０４は、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）、または別のタイプの狭帯域光源でありうる。狭帯域スペクトルは、一般に、可視光線スペクトルの一部のみとして定義される。これに対して、広帯域スペクトルは、必ずしも完全ではないが、実質的に可視光線スペクトルである。
【００１１】
光源光学素子１０５は、光源１０２および１０４によって出力される光を処理し、ＳＬＭ１０６に出力する。画像コントローラ１０９は、画像ソース１０７から受け取った画像信号を処理し、ＳＬＭ１０６に出力する。画像ソース１０７は、コンピュータ、ビデオデバイス等でありうる。画像は、静止画像または動画でありうる。ＳＬＭ１０６自体は、画像コントローラ１０９を通して受け取った所望の画像に応じて、光源光学素子１０５を通して受け取った広帯域スペクトル光源１０２および狭帯域スペクトル光源１０４によって出力される光を変調する。ＳＬＭは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）ＳＬＭ、デジタル光処理（ＤＬＰ）ＳＬＭ、または別のタイプのＳＬＭでありうる。ＤＬＰＳＬＭの場合には、ＳＬＭは、より具体的には、デジタルマイクロミラーディスプレイ（ＤＭＤ）でありうる。
【００１２】
広帯域スペクトル光源１０２は、、広帯域スペクトル光を出力するが、部分的な（すなわち、狭い）スペクトルパワー不足（spectrum power deficiency）を有することがある。広帯域スペクトル光は、限定はされないが、一般に、実質的に可視光線スペクトル全体にわたる波長を有する光として定義される。従って、広帯域スペクトル光源１０２は、実質的に可視光線スペクトル全体にわたる波長を有する光を生成することが可能な光源である。部分的なスペクトルパワー不足は、光が光出力のスペクトルの少なくとも一部にパワー不足（power deficiency）を有する場合に生じる。部分的なスペクトルパワー不足は、他にもあろうが、より具体的には、少なくとも２種類の異なる不足の１つでありうる。第１に、スペクトルのある部分で、光出力が他のスペクトル部分ほど明るくない場合がある。第２に、スペクトルのある部分では、光出力が他の部分ほどカラー強度が高くない場合がある。
【００１３】
図２Ａは、光出力が、１つのスペクトル部分においては、他のスペクトル部分ほど明るくない部分的なスペクトル不足を例示するグラフ２００を示す。本願の他のすべてのグラフと同様に、図２Ａのグラフ２００は、理想化された表現であり、現実を表現するものとして意図されるものではない。すなわち、本願のグラフは例示のみを目的としている。軸２０１は輝度を示す。スペクトルは、３つの主要部分、すなわち、赤色部分２０２と緑色部分２０４と青色部分２０６とを有する。ライン２０８は、これらのスペクトル部分にわたって出力された光の輝度を示している。点線２１０は、スペクトル全体にわたって望まれる閾値輝度レベルを示す。図２Ａに示されるように、光出力は、赤色スペクトル部分２０２内の赤色波長では閾値輝度レベルを下回っている。すなわち、赤色光波長では、部分的なスペクトル不足がある。
【００１４】
図２Ｂは、光出力が、１つのスペクトル部分において、他のスペクトル部分ほど高くないカラー強度を有する部分的なスペクトル不足を例示するカラー強度チャート（color intensity chart）２５０を示す。チャート２５０は、低カラー強度に対応する中心２５８を有し、中心２５８は、そこから外円２６０によって示される高いカラー強度まで放射状に増加する。スペクトルは、３つの主要部分、すなわち、赤色部分２５２と緑色部分２５４と青色部分２５６とを有する。三角形２６４は、これらのスペクトル部分にわたって出力される光のカラー強度を示す。点線円２６２は、スペクトル全体にわたって望まれる閾値カラー強度レベルを示す。図２Ｂに示されるように、緑色スペクトル部分２５４内の緑色波長では、光出力は閾値カラー強度を下回っている。すなわち、緑色光波長では、部分的なスペクトル不足がある。また、青色光波長等の他の光波長でも部分的なスペクトル不足がありうる。
【００１５】
図１の狭帯域スペクトル光源１０４は、図１の広帯域スペクトル光源１０２の広帯域スペクトルを補う狭帯域スペクトルを有する狭帯域スペクトル光を出力する。狭帯域スペクトル光は、一般に限定はされないが、可視スペクトルの一部のみにおいて波長あるいは強度を有する光として定義される。例えば、狭帯域スペクトル光は、可視スペクトルの赤色波長、可視スペクトルの緑色波長、または可視スペクトルの青色波長等のみを有することがある。このように、狭帯域スペクトル光源１０４は、可視光線スペクトルの一部においてのみ波長あるいは強度を有する光を生成することが可能な光源である。この狭帯域スペクトルは、好ましくは、広帯域スペクトル光源１０２の広帯域スペクトルの部分的なスペクトル不足に対応するものである。つまり、この広帯域スペクトルの一部におけるより低い輝度を補償する狭帯域スペクトルでの輝度またはこの広帯域スペクトルの一部におけるより低いカラー強度を補償するために、狭帯域スペクトル光源１０４によって出力される光は、狭帯域スペクトルにおいて高いカラー強度を有することがある。
【００１６】
本発明の実施形態による、光の狭帯域スペクトルが、輝度の点で、光の広帯域スペクトルの部分的なスペクトル不足をどのように補償し、それに対応するかを例示するグラフ３００を図３Ａに示す。前述のように、軸２０１は輝度を示しており、３つの主要なスペクトル部分である、赤色部分２０２と緑色部分２０４と青色部分２０６とがある。ライン２０８は、これらのスペクトル部分にわたる広帯域スペクトル光の輝度を示す。点線２１０は、スペクトル全体にわたって望まれる閾値輝度レベルを示す。ライン２０８は、赤色スペクトル部分２０２において主として点線２１０を下回っている。
【００１７】
図３Ａのライン３０２は、スペクトル部分２０２、２０４および２０６にわたる狭帯域スペクトル光の輝度を示す。狭帯域スペクトルであるので、光は、１つのスペクトル部分である赤色スペクトル部分２０２において出力され、緑色部分２０４または青色部分２０６では出力されない。しかし、赤色スペクトル部分２０２の狭帯域スペクトル光の輝度は、点線２１０によって示される閾値レベルよりも大きい。従って、ライン３０２によって示される狭帯域スペクトル光をライン２０８によって示される広帯域スペクトル光と合成することによって、水平ライン３０４が生成される。水平ライン３０４は、スペクトル全体にわたって閾値レベルよりも大きな輝度レベルを有する光を示す。このように、本発明の１つの実施形態では、光の狭帯域スペクトルは、光の広帯域スペクトルの部分的なスペクトル不足を補償してそれに対応する。
【００１８】
図３Ｂは、本発明の別の実施形態により、光の狭帯域スペクトルが、カラー強度の点で、光の広帯域スペクトルの部分的なスペクトル不足をどのように補償してそれに対応するかを例示するカラー強度チャート３５０を示す。前述のように、外円２６０によって示される高いカラー強度へと半径方向に沿って増加する低いカラー強度に対応するチャート中心２５８がある。スペクトルは、３つの主要な部分、すなわち、赤色部分２５２と緑色部分２５４と青色部分２５６とを有する。点線円２６２は、スペクトル全体にわたって望まれる閾値カラー強度レベルを示す。三角形２６４は、スペクトルにわたって出力される広帯域スペクトル光のカラー強度を示す。ここでは、カラー強度が望ましくないほど低くなる緑色スペクトル部分２５４において部分的なスペクトル不足がある。
【００１９】
図３Ｂの三角形３５４は、スペクトル部分２５２、２５４および２５６にわたって狭帯域スペクトル光のカラー強度を示す。この狭帯域スペクトルによると、光は、実質的に１つのスペクトル部分、すなわち、緑色スペクトル部分２５４においてのみ出力され、赤色スペクトル部分２５２または青色スペクトル部分２５６においては出力されない。しかし、緑色スペクトル部分２５４における狭帯域スペクトル光のカラー強度は、点線円２６２によって示される閾値レベルよりも高い。従って、三角形３５４によって示される狭帯域スペクトル光を三角形２６４によって示される広帯域スペクトル光と合成することによって、三角形３５２が生成される。三角形３５２は、スペクトル全体にわたって閾値レベルよりも高いカラー強度を有する光を示す。このように、本発明の１つの実施形態では、光の狭帯域スペクトルは、光の広帯域スペクトルの部分的なスペクトル不足を補償してそれに対応する。
【００２０】
図１の広帯域スペクトル光源１０２を主要光手段と考えることに対して、狭帯域スペクトル光源１０４を補償用光手段（補助的な光手段）と考えることができる。主要光手段は、広帯域スペクトルを有する光を提供するためのものであるが、この光は広帯域スペクトルの狭帯域部分等の部分では弱い。補償用光手段は、この光が弱い広帯域スペクトルの狭帯域部分を補償するためのものである。光が弱い広帯域スペクトルの部分は、例えば、スペクトルの他の部分の中で、赤色スペクトル部分、緑色スペクトル部分または青色スペクトル部分でありうる。光は、光の輝度やカラー強度等の点で弱くなることがある。
【００２１】
（投影システムの第１の具体例）
図４は、本発明の実施形態によるシステム４００の側断面プロファイルを示す。システム４００は、システム１００と一致しており、本発明の具体的な実施形態に従ってシステム１００をさらに詳細に示す。広帯域スペクトル光源１０２は、好ましくは、反射器４０２内で光学的に中央に配置されている。反射器４０２は、少なくとも実質的に楕円形状である。本発明の反射器４０２および他の反射器は、他の形状を有することがある。この広帯域スペクトル光源１０２を一次光源と考えることもできる。狭帯域スペクトル光源１０４は、好ましくは、広帯域スペクトル光源１０２を中心に取り巻くＬＥＤのリングを含む。このような場合の狭帯域スペクトル光源１０４の前面図を図５に示す。この狭帯域スペクトル光源１０４を二次光源と考えることもできる。図４に示されるような後者に対する前者の位置決めはこのような隣接した態様を示す一例であるが、一般的に狭帯域光源１０４は広帯域スペクトル光源１０２に隣接していよう。
【００２２】
再び図４を参照する。狭帯域スペクトル光源１０４からの光は、光源光学素子１０５を通過する前に、広帯域スペクトル光源１０２からの光と合成される。上記のように、広帯域スペクトル光源１０２は、狭帯域スペクトル光源１０４によって補償される部分的なスペクトル不足を有する。従って、この補償または補正は、狭帯域スペクトル光源１０４または広帯域スペクトル光源１０２からの何らかの光が光源光学素子１０５に到達する前に行われる。システム４００における光源光学素子１０５は、集光レンズ４０４と、回転カラーホイール４０６と、インテグレーションロッド４０８と、コリメーティングレンズ４１０とを含む。集光レンズ１０４および／またはコリメーティングレンズ４１０は、単一または複数のガラス素子から構成することができる。
【００２３】
広帯域スペクトル光源１０２および狭帯域スペクトル光源１０４からの合成光が楕円形状の反射器（elliptical reflector）４０２によって反射されるように、集光レンズ４０４を焦点合わせ（focus：または合焦）する。集光レンズ４０４は、回転カラーホイール４０６を通してこの光を合焦する。回転カラーホイール４０６は、矢印４０７で示されるように、図４の面に対し垂直の方向に回転する。カラーホイール４０６は、所定の時間に特定の色の光を通過させるように用いられ、その時点で、その色を有する投影すべき画像の部分のみが表示される。つまり、システム４００は、赤色画像と緑色画像と青色画像を同時に生成して光学的に合成する代わりに、観察者の視覚システムに応じて、赤色画像と緑色画像と青色画像とを異なる時間に生成してそれらを再び合成する。
【００２４】
図６Ａおよび図６Ｂは、異なるカラーホイール４０６の前面図を示す。図６Ａのカラーホイール４０６は、３つの等しい部分、すなわち、赤色部分６０２と緑色部分６０４と青色部分６０６とに分割される。赤色部分６０２が広帯域スペクトル光源１０２および狭帯域スペクトル光源１０４からの合成光に入ると、赤色波長のみが透過される。同様に、緑色部分６０４または青色部分６０６が光源１０２および１０４からの合成光に入ると、緑色波長または青色波長のみがそれぞれ透過される。ホイール４０６の半分が透明部分６０８用に確保され、ホイール４０６の他の半分が赤色部分６０２と緑色部分６０４と青色部分６０６とに分割されている点を除き、図６Ｂのカラーホイール４０６は図６Ａのカラーホイールと同様である。
【００２５】
図４を再び参照すると、カラーホイール４０６を通過した合成光は、インテグレーションロッド４０８を次に通過する。インテグレーションロッド（integration rod）４０８によって合成光がより均一になる。インテグレーションロッド４０８は光パイプとも呼ばれる。図７Ａおよび図７Ｂはそれぞれ、インテグレーションロッド４０８に入る光がどう見えるか、およびインテグレーションロッド４０８から出る光がどう見えるかを近似したものである。図７Ａにおいて、グラフ７００は、インテグレーションロッド４０８に光が到達する前の、中心からの距離に関して光の輝度をあらわすライン７０２を示す。光は端部より中央部で明るくなっている。一方、図７Ｂでは、グラフ７５０は、光がインテグレーションロッド４０８を通過した後、中心からの距離に関して光の輝度を示すライン７５２を示す。光は、断面全体にわたって均一に明るい。
【００２６】
図４を再び参照する。合成光がインテグレーションロッド４０８を通過すると、その光はコリメーティングレンズ４１０を通過する。コリメーティングレンズ４１０は、その光がＳＬＭ１０６に到達する前に光を平行にする。画像ソース１０７から受け取られた所望の画像に基づいて、画像コントローラ１０９によってＳＬＭ１０６が調整される。具体的には、ＳＬＭ１０６は、カラーホイール４０６が透過させた光の現在の色に基づいて調整される。例えば、カラーホイール４０６が赤色光のみを透過させる場合には、ＳＬＭ１０６は、所望の画像の赤色部分に応じて調整される。別の例では、カラーホイール４０６が透明部分を通してすべての光を透過させる場合には、ＳＬＭ１０６は、所望の画像のすべてのカラー部分に応じて調整される。このように、ＳＬＭ１０６から反射して、観察者が所望の画像を見るスクリーン１１０上へと光を焦点合わせする（または合焦する）ための投影光学素子１０８を光が透過する。
【００２７】
従って、システム４００は、カラーホイール４０６を通過する次の合成光の前に、狭帯域スペクトル光源１０４の補償光を広帯域スペクトル光源１０２の広帯域スペクトル光と合成する。光の広帯域スペクトルにおいて部分的なスペクトル不足を補償するために光の狭帯域スペクトルを用いるこのアプローチは、好ましくは、部分的なスペクトル不足が光の輝度に関連するときに用いられる。光の広帯域スペクトルが望ましい程度の明るさを持たないスペクトル部分を有する場合には、この輝度に加え、可視光線スペクトル全体にわたってより均一な輝度を生成するために、対応する光の狭帯域スペクトルを図４に示されるように用いることができる。
【００２８】
図８は、本発明の実施形態による方法８００を示す。方法８００は、特に、上述した図４のシステム４００のようなシステムに対して用いる方法である。まず、ステップ８０２において広帯域スペクトル光が広帯域スペクトル光源によって提供され、ステップ８０４において狭帯域スペクトル光が狭帯域スペクトル光源によって提供される。狭帯域スペクトル光は、上述したように、広帯域スペクトル光を補う。ステップ８０６において、狭帯域スペクトル光が広帯域スペクトル光と合成される。
【００２９】
ステップ８０８において、特に、広帯域スペクトル光の部分的なスペクトル不足を適切に補償するように狭帯域スペクトル光を調整することができる。プロジェクタもしくは投影システム自体によって、またはプロジェクタもしくは投影システム上に設けられた制御部のユーザ調整によってこれを行うことができる。例えば、前者の場合には、輝度センサは、狭帯域スペクトルの輝度を求め、全体として狭帯域スペクトルの輝度を広帯域スペクトルの輝度と比較することができる。広帯域スペクトルの輝度に対して狭帯域スペクトルの輝度が所望の輝度よりも高い場合には、狭帯域スペクトル光の出力は減少される。狭帯域スペクトル光源が多数のＬＥＤである場合には、狭帯域スペクトル光の輝度の増減をより多くのＬＥＤをそれぞれオン／オフすることによって行うことができる。
【００３０】
次に、ステップ８１０において、合成光は、上記のように、集光レンズや回転カラーホイールやインテグレーションロッドやコリメーティングレンズ等の光源光学素子を通して出力される。その後、ステップ８１２において、合成光は、所望の画像に従って、ＳＬＭを通して出力され、投影光学素子を通してスクリーン上へと投影されて観察される。このようにして、方法８００は、狭帯域スペクトル光が広帯域スペクトル光の弱さを補償するように、狭帯域スペクトル光を広帯域スペクトル光と合成することによって投影を達成する。本明細書では、一般に、ある波長範囲に対する所望の強度よりも減少した、すなわち低い強度を有するものとして弱さを定義する。
【００３１】
最後に、ステップ８１４において、いくつかの点で、狭帯域スペクトル光源は不足する場合がある。もしそうでない場合には、ステップ８１６で方法８００が終了する。しかし、狭帯域スペクトル光源が不足すると、ステップ８１８において、ＳＬＭによる合成光の処理を調整してこの不足を補償しようと試みることができる。すなわち、狭帯域スペクトル光源の不足を補償することを試みるために、画像コントローラによってＳＬＭを調整することができる。均一な輝度が所望の輝度レベルほどではないがスペクトル全体にわたって依然として達成されるようにするために、例えば、広帯域スペクトル光源が不十分でないスペクトルの他の部分を輝度レベル内に意図的に減少することができる。
【００３２】
（投影システムの第２の具体的な実施形態）
本発明の別の実施形態によるシステム９００の側断面プロファイルを図９に示す。システム９００は、システム１００と一致するものであり、本発明の具体的な実施形態に従うシステム１００をさらに詳細に示すものである。繰り返しになるが、広帯域スペクトル光源１０２は、好ましくは、反射器４０２内で光学的に中央に配置されている。反射器４０２は、少なくとも実質的に楕円形状である。広帯域スペクトル光源１０２を一次光源と考えることができる。狭帯域スペクトル光源１０４は、広帯域スペクトル光源１０２から離れて反射器４０２の外側に配置されている。狭帯域スペクトル光源１０４を二次光源と考えることもできる。
【００３３】
このように、広帯域スペクトル光源１０２からの光のみが、光源光学素子１０５の構成要素である集光レンズ４０４およびカラーホイール４０６を通過する。上記のように、集光レンズ４０４は、カラーホイール４０６の一部を通して光を合焦させる。カラーホイール４０６は、矢印４０７に示されるように、図９の面に対して垂直に回転する。カラーホイール４０６は、図６Ａおよび図６Ｂを参照しながら示されて記載されてきたようなカラーホイール、または別のタイプのカラーホイールでありうる。集光レンズ４０４およびカラーホイール４０６を通過した後に、広帯域スペクトル光源１０２からの光がインテグレーションロッド４０８に到達する。
【００３４】
狭帯域スペクトル光源１０４からの光は、好ましくは、光ファイバ９０２を介してインテグレーションロッド４０８に光学的にルーティング（route：または、ルート決め）される。従って、インテグレーションロッド４０８では、広帯域スペクトル光が狭帯域スペクトル光と合成される。限定はされないが、好ましくは、狭帯域スペクトル光源１０４からの光は、カラーホイール４０６と同期づけられ、光源１０４は、広帯域スペクトル光源１０２が部分的に不十分な色にカラーホイール４０６が変わると光を発する。インテグレーションロッド４０８は、図７Ａおよび図７Ｂを参照しながら示し記載したように、合成光の断面を均一にする働きをする。そして、合成光は、コリメーティングレンズ４１０を通過する。コリメーティングレンズ４１０は、この光がＳＬＭ１０６に到達する前にこの光を平行にする。画像ソース１０７から受け取った所望の画像に基づいて、画像コントローラ１０９によってＳＬＭ１０６を構成する。上記のように、特に、カラーホイール４０６が透過させた光の現在の色に基づいて、ＳＬＭ１０６を構成する。このように、ＳＬＭ１０６から反射し、観察者が所望の画像を見るスクリーン１１０上へとこの光を焦点合わせする投影光学素子１０８を光が通過する。
【００３５】
従って、システム９００は、広帯域スペクトル光が集光レンズ４０４およびカラーホイール４０６を通過した後に、狭帯域スペクトル光源１０４の補償光を広帯域スペクトル光源１０２の広帯域スペクトル光と合成する。部分的なスペクトルパワー不足を補償するために光の狭帯域スペクトルを用いるこのアプローチは、好ましくは、部分的なスペクトル不足が光の強度に関連するときに用いられる。光の広帯域スペクトルが望ましい程度のカラー強度を持たないスペクトル部分を有する場合には、可視光線スペクトル全体にわたってより均一なカラー強度を生成するために、このカラー強度に加え、図９に示されるように、対応する光の狭帯域スペクトルを用いることができる。
【００３６】
図１０は、本発明の実施形態による方法１０００を示す。方法１０００は、特に、上述した図９のシステム９００のようなシステムに対して用いる方法である。まず、ステップ１００２において広帯域スペクトル光が広帯域スペクトル光源によって提供され、ステップ１００４において狭帯域スペクトル光が狭帯域スペクトル光源によって提供される。ステップ１００６では、広帯域スペクトル光は、集光レンズおよび回転カラーホイールを通って出力され、その後、ステップ１００８において狭帯域スペクトル光と合成される。上記のように、特に、広帯域スペクトル光の部分的なスペクトルパワー不足を適切に補償するように、狭帯域スペクトル光を調整することができる。
【００３７】
そして、ステップ１０１２において、合成光は、インテグレーションロッドおよびコリメーティングレンズを通して出力され、ステップ１０１４において、所望の画像に応じて、ＳＬＭを通り、投影光学素子を通してスクリーン上へと焦点が合わされて観察される。ステップ１０１６において、上記のように、ある点において、狭帯域スペクトル光源は不足する。もしそうでない場合には、ステップ１０１８において方法１０００は終了する。しかし、上記のように、狭帯域スペクトル光源が不足すると、ステップ１０２０において、ＳＬＭによる合成光の処理を調整してこの不足を補償しようと試みることができる。
【００３８】
（投影システムの製造方法）
図１１は、本発明の実施形態による方法１１００を示す。実質的に、上記のような本発明の実施形態によるプロジェクタまたは投影システムを製造するために方法１１００を用いることができる。このプロジェクタまたは投影システムは、図１のシステム１００、図４のシステム４００、図９のシステム９００、または本発明の実施形態による別のシステムを含みうる。図１１に示される１１０２と１１０４と１１０６と１１０８と１１１０との順序は変更することができる。まず、ステップ１１０２において、広帯域スペクトルを有する一次光源が提供され、ステップ１１０４において、広帯域スペクトルを補う狭帯域スペクトルを有する二次光源が提供される。
【００３９】
ステップ１１０６において、一次光源によって提供される光が二次光源によって提供される光と合成されるように、一次光源に対して二次光源が位置決めされる。例えば、二次光源を一次光源と隣接して位置決めすることによってこれを行うことができる。別の例としては、二次光源の光を一次光源の光と合成することができるように二次光源を位置決めすることができる任意の場所に、光ファイバを用いて二次光源を光学的にルート決めすることができる。
【００４０】
次に、ステップ１１０８において、集光レンズや回転カラーホイールやインテグレーションロッドやコリメーティングレンズ等の光源光学素子が位置決めされる。特に、二次光源によって提供される光と合成される一次光源によって提供される光がこれらの光源光学素子の構成要素を共に通過するように、回転カラーホイールおよびインテグレーションロッドを位置決めすることができる。あるいは、一次光源によって提供される光が、二次光源によって提供される光と合成される前に、自力でこれらの構成要素を通過するようにカラーホイールおよびインテグレーションロッドを位置決めすることができる。最後に、ステップ１１１０において、（つまり、ＳＬＭから反射して）ＳＬＭを通過する、その合成光を焦点合わせして表示する投影光学素子を合成光が通過するように、ＳＬＭおよび投影光学素子が位置決めされる。
【００４１】
本明細書では、具体的な実施形態について例示および記載してきたが、示される具体的な実施形態の代わりに同じ目的を達成するために考えられる任意の配置を用いることができることは当業者には明らかであろう。例えば、本明細書に記載されるもの以外に、本発明の実施形態の他の応用および使用は、少なくともいくつかの実施形態に適用できる。本願は、本発明の任意の適応または変形を網羅するものである。従って、本発明は、併記の特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されるものであることを明示しておく。
【図面の簡単な説明】
【図１】広帯域スペクトル光源および狭帯域スペクトル光源を有する本発明の実施形態による一般的な投影システムのブロック図である。
【図２】ＡおよびＢは、本発明の様々な実施形態による、２つの異なるタイプの広帯域スペクトル光源の部分的なスペクトル不足を例示する概略図である。
【図３】ＡおよびＢは、本発明の様々な実施形態に従って、狭帯域スペクトル光源を用いることによってどのようにして、図２Ａおよび図２Ｂの部分的なスペクトル不足が補償され、実質的に補正されるのかをそれぞれ例示する概略図である。
【図４】回転カラーホイールを通過する前に、狭帯域スペクトル光が広帯域スペクトル光と合成される、本発明の特定の実施形態による投影システムの断面側面図である。
【図５】本発明の実施形態による、図４の狭帯域スペクトル光源の前面図である。
【図６】ＡおよびＢは、本発明の様々な実施形態に従って、図４の回転カラーホイールとして用いることが可能な異なるタイプの回転カラーホイールの前面図である。
【図７】ＡおよびＢは、本発明の実施形態に従って、図４に示すようなインテグレーションロッドに入る前の光およびインテグレーションロッドから出た後の光を示すグラフである。
【図８】図４のシステムと対応した、本発明の実施形態による使用法のフローチャートである。
【図９】広帯域スペクトル光が回転カラーホイールを通過した後に、狭帯域スペクトル光が広帯域スペクトル光と合成される、本発明の別の特定の実施形態による投影システムの断面側面図である。
【図１０】図９のシステムと対応した、本発明の実施形態による使用法のフローチャートである。
【図１１】図４および図９のシステムと対応した、本発明の実施形態による製造法のフローチャートである。

Claims

焦点を有する反射器内に配置され、広帯域スペクトルを有する広帯域スペクトル光源と、
該広帯域スペクトル光源の該広帯域スペクトルを補う狭帯域スペクトルを有し、前記反射器内の前記広帯域スペクトル光源を取り巻くＬＥＤのリングである狭帯域スペクトル光源と、
前記反射器の前記焦点に配置され、前記広帯域スペクトル光源からの光線と前記狭帯域スペクトル光源からの光とを受け入れて、これらを合成して、均一な横断面の光を出力するインテグレーションロッドと
を含んでなるプロジェクタ。
前記広帯域スペクトル光源の前記広帯域スペクトルが部分的なスペクトルパワー不足を有しており、前記狭帯域スペクトル光源の前記狭帯域スペクトルが該部分的なスペクトルパワー不足に対応するものである請求項１に記載のプロジェクタ。
前記広帯域スペクトル光源は、前記部分的なスペクトルパワー不足が存在する前記広帯域スペクトルの一部を除き、前記広帯域スペクトル全体にわたって閾値輝度レベルより大きい光を出力する請求項２に記載のプロジェクタ。
前記狭帯域スペクトル光源は、前記広帯域スペクトル光源の前記部分的なスペクトルパワー不足が存在する前記広帯域スペクトルの前記一部において、前記閾値輝度レベルより大きい光を出力する請求項３に記載のプロジェクタ。
前記狭帯域スペクトル光源によって出力される光と合成された前記広帯域スペクトル光源によって出力される光が、前記広帯域スペクトルにわたって閾値輝度レベルより大きいものである請求項２に記載のプロジェクタ。
前記狭帯域スペクトル光源の前記狭帯域スペクトルが、前記広帯域スペクトル光源の前記広帯域スペクトルの低カラー強度に対応する高カラー強度を有するものである請求項１に記載のプロジェクタ。
前記広帯域スペクトル光源は、前記低カラー強度を有する前記広帯域スペクトルの一部を除き、前記広帯域スペクトルにわたって閾値カラー強度レベルより大きいカラー強度を有する光を出力する請求項６に記載のプロジェクタ。
前記狭帯域スペクトル光源は、前記広帯域スペクトル光源によって出力される光が前記低カラー強度を有する前記広帯域スペクトルの前記一部において、前記閾値カラー強度より大きい前記高カラー強度を有する光を出力する請求項７に記載のプロジェクタ。
前記狭帯域スペクトル光源によって出力される光と合成された前記広帯域スペクトル光源によって出力される光が、前記広帯域スペクトルにわたって閾値カラー強度レベルより大きいカラー強度を有するものである請求項６に記載のプロジェクタ。
前記広帯域スペクトル光源が超高圧水銀蒸気アークランプを有し、前記狭帯域スペクトル光源が少なくとも１つの発光ダイオードを有する請求項１に記載のプロジェクタ。