JP5227970B2 - 一方が開口変調段である２つの変調段を有する投影画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、詳細には画像を表示する投影装置で使用することができる変調可能な光学照明装置に関する。

投影装置は一般に、照明装置、この照明装置によって照明され、投影される画像を生成するように適合された少なくとも１つのイメージャ、およびイメージャによって生成された画像をスクリーンに投影するように適合された投影対物レンズを備え、イメージャの表面を照明する装置は、放射源（図１の参照番号２０）、およびこのイメージャの変調可能な照明のための光学装置を備える（例えば、特許文献１参照）。ここで、変調可能な光学照明装置は、第１および第２のマイクロレンズアレイ（図１の参照番号４０、４２、および図２の参照番号５２、５６）、並びに、マイクロレンズの２つのアレイ間に挿入された基本光変調器アレイ（図１の参照番号３８、および図２の参照番号５４）を備え、光源から放出される放射を使用することにより、この変調可能な光学照明装置は、複数の照明サブビームを形成するように適合され、各照明サブビームは、イメージャの互いに異なる表面要素を照明するように適合される。次いで、投影スクリーン上に投影される各画像は、イメージャ自体が実行する空間変調だけではなく、上流側での光学照明装置の基本光変調器によるサブビーム自体の照明変調によって生成される。この場合、２つのレベルの空間変調が縦続状態で使用可能なので、したがって各画像の表示コントラストを極めて大幅に改善することができる（ＨＤＲすなわち「高ダイナミックレンジ（high dynamic range）」）。画像を表示するためのアナログ投影装置が提示してあり、やはりマイクロレンズの２つのアレイ間に挿入された第１の変調段が、マイクロシャッタアレイによって形成される（例えば、特許文献２参照）。

米国特許第５０８３８５４号明細書 米国特許第６９４７０２５号明細書 米国特許第５０９８１８４号明細書

したがって、前述の各刊行物には、イメージャおよびこのイメージャの像を投影スクリーン上に結像するための手段を用いて画像を表示するための方法が記載してあり、イメージャの表面は複数の表面要素に区分されており、所定の光度でイメージャの各表面要素を照明することにより、またこのイメージャを用いて各表面要素の照明を空間変調することにより、各画像が生成される。各画像の表示コントラストを改善するための他の解決策を提供することが、本発明の目的である。

このために、本発明は、光源ビームを使用することにより対象物の表面を照明するための方法に関し、上記表面は複数の表面要素（surface elements）に区分されて、所定の光度で照明され、
−上記光源ビームは、照明される表面要素と同数の照明サブビームに区分され、
−各表面要素は、上記照明サブビームのうちの１つのビームを用いて照明され、
表面要素の各照明サブビームの開口（aperture）は、この表面要素の所定の光度（luminous intensity）の関数として変調される。

本発明はまた、少なくとも１つのイメージャ、および少なくとも１つのイメージャの像を投影スクリーン上に結像するための手段を用いて画像を表示するための方法に関し、少なくとも１つのイメージャの表面は複数の表面要素に区分され、少なくとも１つのイメージャの各表面要素を所定の光度で照明することにより、また少なくとも１つのイメージャを用いて各表面要素の照明を空間変調することにより各画像が生成され、少なくとも１つのイメージャの各表面要素は、本発明の照明方法に従って上記イメージャの表面を照明することによって照明され、したがって、照明される対象物はイメージャである。

本発明はまた、本発明による変調可能な照明方法を実行することが可能な、対象物の表面を照明する装置に関し、光源ビームを放射するように適合された光源、上記光源ビームを遮断し上記光源ビームを複数の照明サブビームに区分するように適合された第１のマイクロレンズアレイ、並びに、第２および第３のマイクロレンズアレイを備え、
−上記第２のマイクロレンズアレイは、そのマイクロレンズのそれぞれが、第１のマイクロレンズアレイのマイクロレンズの像を第３のマイクロレンズアレイのマイクロレンズ上に結像するように適合され、したがってこれら３つのマイクロレンズは関連し合い、
−上記第１のマイクロレンズアレイと上記第２のマイクロレンズアレイとの間の距離は、第１のマイクロレンズアレイの各マイクロレンズの焦点距離に等しく、
−上記第２のマイクロレンズアレイと上記第３のマイクロレンズアレイとの間の距離は、上記第３のマイクロレンズアレイの各マイクロレンズの焦点距離に等しく、
上記装置はまた、
−変調可能な開口を有するマイクロダイアフラムアレイであって、このアレイの各マイクロダイアフラムは、関連する３つのマイクロレンズのグループの光軸の中心にあり、このグループの第２のマイクロレンズアレイのマイクロレンズの近傍に配置されるアレイと、
−第３のマイクロレンズアレイと照明される対象物との間に配置され、第３のマイクロレンズアレイのマイクロレンズのそれぞれの像を上記対象物の互いに異なる表面要素上に結像するように適合された光学リレーシステムとを備える。

一般に、第１のマイクロレンズアレイの全てのマイクロレンズは焦点距離が等しく、第２のマイクロレンズアレイの全てのマイクロレンズは焦点距離が等しく、第３のマイクロレンズアレイの全てのマイクロレンズは焦点距離が等しい。

第１のマイクロレンズアレイのマイクロレンズの焦点距離は、第３のマイクロレンズアレイのマイクロレンズの焦点距離に等しく、ｆが第１および第３のマイクロレンズアレイの各マイクロレンズに共通の焦点距離である場合、第２のマイクロレンズアレイのマイクロレンズの焦点距離はｆ／２になることが好ましい。この場合、全てのマイクロレンズは収束タイプ(converging type)である。

マイクロレンズアレイは、本来知られている方式で製造され、複数の照明サブビームの数を考慮に入れており、例えば成型または熱成形された一体成形部が、２つの連続アレイ（端部ごとに１つのアレイ）を組み合わせてもよい（例えば、特許文献３参照）。

したがって、光源ビームを遮断する第１のマイクロレンズアレイの各マイクロレンズは、照明サブビームを画定し、したがって、マイクロレンズの第１のマイクロレンズアレイを使用して、光源ビームをサンプリングする。したがって、本発明による光学照明装置は、光源ビームをサンプリングするように適合される。

少なくとも、開口が、光源ビームの開口により他の方法で制限されない場合には、第２のマイクロレンズアレイの各マイクロレンズは、このマイクロレンズと関連する各マイクロレンズのグループに対して、このグループのひとみを形成し、このグループと関連する照明サブビームの最大開口の範囲を定める。したがって、本発明によれば、マイクロダイアフラムは、このグループの光学軸の中心にあり、このグループの第２のマイクロレンズアレイのマイクロレンズの近傍に配置される。したがって、各マイクロダイアフラムは、このグループに関連する照明サブビーム用のこれら３つのマイクロレンズによって形成される、このグループの入射ひとみ上にほぼ配置される。このマイクロダイアフラムの開口はさらに変調可能なので、このグループに関連する照明サブビームの開口をこのように変化させることができる。

第３のマイクロレンズアレイのマイクロレンズの機能は、関連する３つのマイクロレンズの各グループのテレセントリック性（telecentricity）を確実にすることである。したがって、照明される対象物がイメージャであるとき、「主光線(chief rays)」のイメージャへの入射は一定なので、このイメージャの各表面要素に対して、イメージャが確実に行う空間変調が、イメージャの表面全体にわたって一様に行われる。イメージャの各表面要素の照明がテレセントリックではない場合、例えば、イメージャが、知られているように、それらの照明の入射角に広く依存する変調特性を有する液晶の光学バルブ（ＬＣＤ）を有するタイプである場合、干渉する空間変調の変動が得られるはずである。したがって、第１のマイクロレンズアレイのマイクロレンズによって遮断され、それに関連する第３のマイクロレンズアレイのマイクロレンズから発生する、光源ビームの一部分によって画定される任意の照明サブビームについて、本発明によるマイクロレンズの３つのアレイの構成により、この照明サブビームは、第１のマイクロレンズアレイのこのマイクロレンズで屈折することになり、その結果、その主軸は、第１のマイクロレンズアレイのこのマイクロレンズに関連する第２のマイクロレンズアレイのマイクロレンズの中心を通る。

変調可能な開口を有する複数のマイクロダイアフラムを備えるアレイは、液晶光学バルブのグループのアレイによって形成されてもよく、各グループは、変調可能な開口を有する１つのマイクロダイアフラムに対応し、次いで、各ダイアフラム内には、各光学バルブが中央の光学バルブのまわりに複数の同心円状のリング（これらのリングは、例えば正方形である）で分配され、中央バルブのみが開き、他の全てのバルブが閉じているときに、最小開口が得られ、全てのバルブが開いているときに、最大開口が得られ、小さい方のリングのバルブが開いており、大きい方のリングのバルブが閉じているときには、中間の開口が得られる。

既に前述したように、各照明サブビームの到達可能な最大開口は、光源ビームの開口および／またはこのサブビームが通過する第２のマイクロレンズアレイのマイクロレンズのサイズによって定まる。変調可能な開口を有するマイクロダイアフラムアレイにより、各照明サブビームの開口を別々に変調することができ、したがって、光学照明装置は、対象物の表面を照明するのに使用されるとき、この対象物の各表面要素を別々に照明することを可能にする。対象物の表面は、各表面要素に区分される。各照明サブビームは、これら表面要素のうちの１つを照明し、どの表面要素も、２つ以上のサブビームによって同時に照明されないことが好ましい。照明される対象物の１つの表面要素は、各照明サブビームに対応することが好ましい。

したがって、光学リレーシステムは、第３のマイクロレンズアレイのマイクロレンズのそれぞれの像を、照明される対象物の互いに異なる表面要素上に結像する。第１のマイクロレンズアレイの各マイクロレンズの像は、第２のマイクロレンズアレイのマイクロレンズにより、第３のマイクロレンズアレイのマイクロレンズ上にさらに結像されるので、したがって、第１のマイクロレンズアレイの各マイクロレンズの像は、照明される対象物の互いに異なる表面要素上に結像される。光学リレーシステムは、レンズおよび／または鏡によって形成してもよく、こうしたシステムはそれ自体知られており、ここでは詳細には説明しない。

（「ハエの目」タイプのインテグレータ）のように（例えば、特許文献３参照）、従来技術の光学照明装置では、光源表面の互いに異なる要素の各画像は、照明される対象物の表面上に重畳されるが、本発明による光学照明装置では、画像は別々のままであり、一般には並列に並べられる。

本発明の１つの具体的な特徴は、ダイアフラムアレイに基づく。すなわち、ダイアフラムの開口は変調可能なので、各マイクロダイアフラムは、対象物の表面要素の照明サブビームの開口を変調するように適合され、それにより、全般的に対象物の表面の照明を空間変調することが可能になる。例えば、刊行物（例えば、特許文献２参照）（「シェーディング板（shading plates）」を参照）、または刊行物（例えば、特許文献１参照）に記載の、これらサブビームの輝度（luminance）の変調とは違って、これには、照明サブビームの開口変調を必要とする。サブビームの焦点に配置された変調器（図２の参照番号５４）は、このサブビームによって伝達される光度を変調するように適合される。マイクロダイアフラムアレイ用に液晶光学バルブが使用されるとき、照明サブビームの開口および輝度の両方を変調することがさらに可能であり、これにより、以下でさらに詳細に述べるように、２つの変調段のみを用いて画像の表示コントラストをさらに改善することができる。

Ａ_sが上記光源ビームの開口角であり、Ｌが第２のマイクロレンズアレイのマイクロレンズの高さであり、ｆが第１のマイクロレンズアレイのマイクロレンズの焦点距離である場合、Ｌ／（２．ｆ）＝ｔａｎ（Ａ_s／２）の関係を満たすことが好ましい。次いで、光源ビームの開口と第２のマイクロレンズアレイのマイクロレンズのサイズとの間に有利なマッチが得られ、それにより、最大開口で最大光束を集めることによって、最大振幅で照明サブビームの開口を変調することができるようになる。上記光源はまた、ほぼ均一な放射率の光源表面を実現するように適合され、この光源表面を通して上記光源ビームが通過し、上記第１のマイクロレンズアレイが上記光源表面の近傍に配置されることが好ましい。光源表面は、第１のマイクロレンズアレイそれ自体によって、またはこのアレイに非常に近くの、上流にある表面によって形成されることが好ましい。この光源表面は、発光ダイオードのパネルで形成してもよい。したがって、光学リレーシステムがそれに関連しているとき、マイクロレンズの各グループは、この光源表面の要素の像を、照明される対象物の表面要素上に結像する。上記光源は、ランプ、入口部および出口部が設けられたインテグレータ、並びに、上記ランプの像を上記インテグレータの入口部に結像するように適合された光学システムを備えることが好ましい。

次いで、光学リレーシステムは、第１のマイクロレンズアレイのマイクロレンズが面しているインテグレータの出口部の各表面要素の像を、マイクロレンズの３つのアレイを通して、イメージャの互いに異なる表面要素上に結像する。

ランプは、例えば、白色の多色放射を有するアーク灯である。代替形態としては、出口に視野レンズを設けた「ハエの目」タイプのインテグレータを使用することが可能であり、光源の複数の画像を重畳することができ、その場合、光源表面は、このインテグレータの画像面にある。

光源は一般に、ランプの光束の一部分をインテグレータに向けて反射することができる鏡を備える。すなわち、この鏡は例えば、球面鏡、放物面鏡、または楕円鏡でもよく、さらに、光源はまた、光源から出てインテグレータの入力に達する放射を集束する（バーインテグレータの場合）または平行にする（いわゆる「ハエの目」インテグレータの場合）ように適合された集光レンズを備えてもよい。

本発明はまた、画像を表示する投影装置に関し、その表面の照明を使用することにより、投影される画像を生成するように適合された少なくとも１つのイメージャ、少なくとも１つのイメージャによって生成される上記画像を投影スクリーン上に投影するように適合された投影対物レンズ、および上記イメージャの表面を照明するように適合された本発明による変調可能な照明装置を備える。

次いで、変調可能な照明装置によって照明される対象物はイメージャそれ自体である。このイメージャは、様々な照明サブビームによってその表面に加えられる照明を空間変調して、投影される画像を形成するように適合されており、一般には、光変調器の２次元アレイを備える。投影装置はまた、マイクロダイアフラムアレイの各マイクロダイアフラムのそれぞれの開口を制御する手段、および画像変調器のそれぞれを制御する手段を備える。一般に、表示される画像の１つのピクセルまたは１つのサブピクセルは、イメージャの各光変調器に対応する。イメージャの各変調器は、例えば液晶セルであり、次いで、イメージャの照明サブビームが偏光されることが好都合であり、偏光は、例えばインテグレータのちょうど出口に、またはインテグレータ自体の中に配置された偏光子により照明装置内で得られてもよく、例えばインテグレータ自体の中にその入力の近傍に配置されてもよい鏡および４分の１波長板を介して、偏光子によって反射された放射の偏光を繰り返すことは有利であり、本発明から逸脱することなく、偏光を繰り返すための他のシステムを想定してもよい。イメージャの各変調器はまた、マイクロミラー（「ＤＭＤ」すなわちdigital micromirror device）でもよく、一般に、斜め入射でのイメージャの照明を必要とする。変調可能な光学照明装置はテレセントリックなので、照明サブビームは、有利には、全てのマイクロミラーまたは液晶セルを同一入射で照らし、それにより、投影される画像の表示品質を改善する。

２つの変調段を有する投影装置がこのように得られ、したがって、これにより、各画像の表示コントラストを改善することが可能になる。第１の変調段は、イメージャの各表面要素の照明サブビームの開口を適応させることにより、このイメージャの表面の照明を変調し、第２の変調段は、イメージャによって形成され、このイメージャの各表面要素の照明を空間変調する。各照明サブビームは、イメージャのバルブのグループを照明し、どのバルブのグループも、２つ以上の照明サブビームによって同時に照明されない。したがって、照明サブビームとバルブの各グループとの間には１対１の関係がある。

投影装置は、上記照明装置の射出ひとみの像を上記投影対物レンズの入射ひとみ上に結像するように適合されたレンズを備え、それにより、少なくとも１つのイメージャによって送られる全ての光束を完全に利用できるようにすることが好ましい。投影対物レンズは知られたタイプのものであり、詳細には説明しない。

画像をカラーで表示できるようにするためには、投影装置は、カラーシーケンス手段（ｃolor sequencing means）を備えることが好ましい。例えば、一般には赤、緑および青である、表示に必要な互いに異なる原色を通過させるフィルタによってそのセグメントが形成される色相環が使用される。この色相環は、例えば照明装置のインテグレータの入力において、そのセグメントの１つが光源ビームを遮断するように配置され、この色相環の回転により、結果として互いに異なる原色での画像の連続表示が実現し、それにより、目の中での各色の混合により画像のカラー表示が可能になる。本発明から逸脱することなく、他のカラーシーケンス手段を使用してもよい。カラーシーケンス手段を使用する代わりに、画像をカラーで表示するのに必要となる原色と同数の画像を使用することも可能である。次いで、投影装置は、照明サブビームを互いに異なる原色のサブビームに分割して、それらを様々なイメージャに送るように適合された、各色を分割するための手段、およびこれらのイメージャによって空間変調されたサブビームを再結合し、それらを投影装置の入力に再び向きを変えるように適合された手段を備える。従来技術で知られているこのような手段は、一般にダイクロイックミラーを備える。

本発明はまた、本発明による投影装置を用いて画像を表示するための方法に関し、
−上記イメージャの互いに異なる表面要素を照明するように適合された複数のサブビームは、上記光学照明装置を用いて形成され、
−投影される各画像は、各照明サブビームの開口を変調するとともに、このイメージャ自体を用いて、その開口が変調される各照明サブビームをさらに空間変調することによって生成され、
−上記生成された画像は、上記投影対物レンズを用いて投影される。

添付の図面を参照しながら、限定されない一例として与えられた以下の説明を読むことにより、本発明がより明確に理解されよう。

本発明の一実施形態によるイメージャの光学照明装置を表し、マイクロレンズの３つのアレイおよびマイクロダイアフラムアレイの全体図である。 本発明の一実施形態によるイメージャの光学照明装置を表し、照明サブビームの開口変調を示す図である。 本発明の一実施形態によるイメージャの光学照明装置を表し、照明装置全体の総合斜視図である。 図１〜３の実施形態の照明装置で使用される、マイクロダイアフラムアレイのうちの１つのマイクロダイアフラムを示す図である。

投影によって画像を表示するための装置に適用される、本発明の好ましい一実施形態によれば、この表示装置は、対象物の互いに異なる表面要素を互いに独立に照明するように適合された、この対象物の表面を照明する装置、上記照明装置によって照明されるように、また投影される画像を生成するように適合されたイメージャ７、投影スクリーン、およびイメージャによって生成された画像をこのスクリーンに投影するように適合された投影対物レンズを備える。

図１〜３を参照すると、照明装置は、光源ビームを形成するように適合された光源を備える。この光源は、光源ビームを形成するように適合される。この光源は、少なくとも１つのランプ（図示せず）、色相環および「バー」タイプのインテグレータ１を備えることが好ましい。ランプは、例えば、白色の多色放射を有するアーク灯である。色相環には、互いに異なる原色、赤、緑および青を通過させるフィルタによって形成されるセグメントが設けられる。この色相環は、そのセグメントのうちの１つが、インテグレータ１の入力において光源ビームを遮断するように配置され、色相環の回転により、ビームの色が変化することになる。ランプから放出された放射を使用することにより、「バー」タイプのインテグレータは、このインテグレータの出口部１１に対応する、ほぼ均一な放射率の光源表面を実現するように適合される。インテグレータの出口部の寸法は、照明されるイメージャの表面の寸法と相似である。以下で明確に述べるように、照明装置は、光源が生成する光源ビームを使用することにより、イメージャ７を照明するための複数のサブビームを形成するように適合され、各照明サブビームは、イメージャ７の互いに異なる表面要素を照明するように適合される。さらに、光源は一般に、ランプのアークの像をインテグレータの入力上に結像するように適合された光学システムを備え、光学システムは一般に、ランプとインテグレータの間に配置された鏡および集光レンズ（これらは図示せず）を備える。

本発明によれば、イメージャの変調可能な照明のための光学装置は、第１、第２および第３のマイクロレンズアレイ２、３、４、変調可能な開口５を有するマイクロダイアフラムアレイ、並びに、マイクロレンズの３つのアレイとイメージャ７の間に配置された光学リレーシステム６を備え、各マイクロダイアフラムは、関連する３つ１組のマイクロレンズの光学軸の中心にあり、マイクロレンズのそれぞれは、マイクロレンズの互いに異なるアレイに属し、各マイクロダイアフラムは、ほぼ、これら３つのマイクロレンズによって形成されるシステムの入射ひとみの位置で、この軸上に配置される。マイクロレンズの３つのアレイは、
−第２のアレイの各マイクロレンズ３１は、第１のアレイのマイクロレンズ２１の像を第３のアレイのマイクロレンズ４１上に結像し、
−マイクロレンズの第１のアレイ２とマイクロレンズの第２のアレイ３との間の距離は、マイクロレンズの第１のアレイ２の各マイクロレンズの焦点距離に等しく、
−マイクロレンズの第２のアレイ３とマイクロレンズの第３のアレイ４との間の距離は、マイクロレンズの第３のアレイ４の各マイクロレンズ４１の焦点距離に等しくなるように適合される。

こうした理由で、図１に示すように、第１のアレイのマイクロレンズ２１によって遮断されたインテグレータ１から生じる光源ビームの一部分によって定義され、インテグレータの表面要素を照明するために変調可能な光学照明装置からサブビームの形で発生する、任意の光源サブビームについて、この光源サブビームは、その主軸が、第１のアレイのこのマイクロレンズと関連する第２のアレイのマイクロレンズ３１の中心を通過するように、このマイクロレンズ２１によって屈折し、したがって、第２のアレイの各マイクロレンズは、ほぼ、第２のアレイのこのマイクロレンズが属する関連する３つのマイクロレンズのグループのサブひとみの位置にある。

光学リレーシステム６は、第１のアレイのマイクロレンズ２１が面しているインテグレータ１の出口部の各表面要素の像を、マイクロレンズの３つのアレイを通して、イメージャ７の互いに異なる表面要素上に結像するように適合される。図３を参照すると、この光学リレーシステム６は、照明装置の主光軸上に中心がある２つのレンズ６１、６２を備える。例えば、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズは、Ｆ＃＝２．４になるような光源サブビームを得るように構成される。インテグレータの出口部の様々な表面要素を結合すると、インテグレータ１の出口部の合計表面積に対応する。このようにイメージャ７上に結像される様々な表面要素の像を結合すると、ここに、イメージャ７上で照明される合計表面積に対応する。

変調可能な開口５を有するマイクロダイアフラムアレイにおいては、各マイクロダイアフラム５１は、液晶光学バルブのグループによって形成される。図４を参照すると、各マイクロダイアフラム５１内には、これらの光学バルブが、中央の光学バルブを中心とした複数の正方形状の同心状リングとして分散され、各マイクロダイアフラムは、例えば２３×２３のバルブ（簡単に表すために、図４ではバルブは９×９に限定されている）で形成され、Ｆ＃＝２．４では、８つの開口レベルすなわち０．７４、２．２２、３．７０、５．１７、６．６４、８．０９、９．５４、および１０．９７での開口変調を可能にする。したがって、８５０×４８０のバルブを有する従来のＬＣＤパネルでは、７２０のマイクロダイアフラムアレイを形成することが可能になる。このアレイには、マイクロダイアフラムの開口を互いに独立に変調するために、適切な方法でバルブの開閉を制御するように適合された制御手段が設けられる。

イメージャ７は、マイクロミラー（「ＤＭＤ」）アレイ、およびこれらのマイクロミラーそれぞれの定位（orientation）を制御するための手段を備え、表示される画像内のピクセルと同数のマイクロミラーがある。その定位に従って、マイクロミラーは「オン」または「オフ」と呼ばれ、「オン」のマイクロミラーは点灯しているピクセルに対応し、「オフ」のマイクロミラーは消灯しているピクセルに対応する。変調可能な光学照明システムから生じる各照明サブビームは、このイメージャ７の互いに異なる表面要素を照明する。したがって、イメージャの各表面要素は、イメージャのマイクロミラーのグループに対応し、このグループ自体は、表示される画像の各ピクセルのグループに対応する。まとめると、サブビームは、イメージャの各マイクロミラーの表面全体を照明する。この表面は、例えば１６／９フォーマットで対角線が２．１ｃｍの長方形である。マイクロミラーのセットの定位を制御することにより、変調された全体のビームを対物レンズに送ることが可能になり、投影される画像はこうして生成される。変調可能な光学照明装置は、画像側でテレセントリックなので、全ての照明ビームは、有利には、同一の入射で各マイクロミラーに達する。投影対物レンズは知られたタイプのものであり、ここでは詳細には説明しない。投影対物レンズは、イメージャの照明表面の像を投影スクリーン上に結像するように適合される。イメージャ７で反射されるサブビームのセットは、マイクロミラーの制御に応じて、それぞれがこのイメージャによって空間変調され、投影対物レンズの入力に送られて、変調可能な光学照明装置の射出ひとみの像を投影対物レンズの入射ひとみ上に結像する。このように、変調されたサブビームの開口と対物レンズの入力特性との間で、良好な角度互換性が確実になる。

次に、ちょうど述べてきた投影装置を用いて画像を表示するための方法の実施形態について説明する。表示される各画像は、例えばＮＴＳＣまたはＥＢＵなど標準化ビデオ信号の形で使用可能であり、赤、緑および青の各色に対する１つの１次画像（primary image）を含む。これらのビデオ信号は、投影装置の具体的な特性の関数として、具体的には光源および色相環の各セグメントのスペクトル特性の関数として、それ自体知られた方法で変換され、その結果、イメージャの各マイクロミラーの制御データは、各１次画像の各ピクセルについて使用可能であり、赤の画像にはＤ_R，緑の画像にはＤ_G，青の画像にはＤ_Bである。各制御データは一般に、マイクロミラーの起動時間の長さに対応し、その結果、イメージャの空間変調は、「ＰＷＭ」タイプ（「パルス幅変調」）である。

他方で、照明装置により、イメージャ７は複数のサブビームによって照明され、それぞれが、このイメージャの互いに異なる表面要素を照明する。色相環の位置に応じて、これらのサブビームは、赤、緑または青の色になる。イメージャの各表面要素は、マイクロミラーのグループ、および照明カラーの１次画像のピクセルの対応するグループに対応する。

画像表示方法の第１のステップは、赤の照明色を得るために色相環を位置決めするステップにある。

この方法の第２のステップは、同じサブビームによって照明されるマイクロミラーのグループに対応するピクセルの各グループについて、このサブビームが通過するマイクロダイアフラム５１の開口セットポイントＭ_Rをそこから推定し、イメージャの各マイクロミラーの制御データＤ’_Rを再計算するために、これら全てのピクセルの最大輝度を評価することにある。再計算の基準は、一方では、このマイクロダイアフラム５１の最大開口セットポイントで得られるピクセルの表示、およびこのピクセルに対応するマイクロミラーの制御データＤ_Rと、他方では、同じマイクロダイアフラム５１の開口セットポイントＭ_Rで得られるピクセルの表示、および同じマイクロミラーの制御データＤ’_Rとの間の等価性に基づく。

この方法の第３のステップは、イメージャにおいて、投影される画像を生成するステップにある。このために、
−マイクロダイアフラムアレイの各マイクロダイアフラムの開口は、このマイクロダイアフラムを通過する同じサブビームによって照明されるピクセルおよびマイクロミラーのグループに属する開口セットポイントＭ_Rの関数として制御され、
−また、各マイクロミラーは、その再計算された制御データＤ’_Rで処理されて、全てのマイクロミラーの定位を制御し、変調された全体のビームを対物レンズに送り、投影される赤の１次画像を生成する。投影対物レンズを用いて、続いて赤の１次画像が、投影スクリーン上に表示される。

したがって、投影される各画像は、各照明サブビームの開口を変調するとともに、イメージャ自体を用いて、このイメージャの照明をさらに空間変調することによって生成されることが分かる。

この方法の様々なステップは、続いて原色の緑、次いで原色の青に対して繰り返される。

赤、緑および青の１次画像を投影スクリーン上に順次表示することにより、各色の混合によって画像全体の最終表示が実現する。この手順は、表示される各画像に対して実行される。

このように変調を２つのレベル、イメージャ７のレベルおよびマイクロダイアフラムアレイ５のレベルに分配することにより、画像の表示コントラストが極めて大幅に改善される。有利には、開口変調のみならず輝度変調も実行することが可能であり、このサブビームのマイクロダイアフラムのバルブを完全に開くか完全に閉じることにより、各サブビームの開口変調のみを実行するか、マイクロダイアフラムの同じバルブを用いて減衰させることにより、このサブビームの輝度変調も実行するかのいずれかが可能である。液晶バルブを用いると、一般に２５５の減衰レベルが使用可能であり、それにより、完全に閉じた状態から完全に開いた状態まで徐々に変化させることが可能になる。サブビームの開口は、マイクロダイアフラムの周辺バルブを閉じることによって変調することができ、その中央のバルブを用いて、このマイクロダイアフラムの通過度を変調することができる。画像の表示コントラストは、装置に他のいかなる構成部品も加えることなく、こうしてさらに改善される。

本発明の一変形形態によれば、光源、鏡およびインテグレータは、均一な放射率の光源表面を得るための他の手段で置き換えられ、例えば、エレクトロルミネッセント板の使用を考えてもよい。

本発明の一変形形態によれば、マイクロダイアフラムアレイを形成するＬＣＤパネルも使用して、光源サブビームの光度を変調する。

本発明は、マイクロダイアフラムアレイを形成するためのＬＣＤパネルに関して説明してきたが、本発明から逸脱することなく、マイクロダイアフラムの他のアレイを使用してもよい。

本発明は、順次カラー表示方法に関して説明してきたが、添付の特許請求の範囲に記載の範囲から逸脱することなく、他の表示方法に適用してもよいことが、当業者には明らかであろう。

Claims (5)

1. 対象物の表面を照明する照明装置であって、光源ビームを放射するように適合された光源と、前記光源ビームの光路に置かれた第１のマイクロレンズアレイであって該光源ビームを複数の照明サブビームに区分するように適合された第１のマイクロレンズアレイと、第２および第３のマイクロレンズアレイを備えた照明装置において、
   前記第２のマイクロレンズアレイは、そのマイクロレンズのそれぞれが、前記第１のマイクロレンズアレイのマイクロレンズの像を前記第３のマイクロレンズアレイのマイクロレンズ上に結像するように適合され、このようにこれら３つのマイクロレンズが関連し合い、
   前記第１のマイクロレンズアレイと前記第２のマイクロレンズアレイの間の距離は、前記第１のマイクロレンズアレイの前記各マイクロレンズの焦点距離と等しく、及び、
   前記第２のマイクロレンズアレイと前記第３のマイクロレンズアレイの間の距離は、前記第３のマイクロレンズアレイの前記各マイクロレンズの焦点距離と等しいことを特徴とし、並びに、
   変調可能な開口を有するマイクロダイアフラムアレイであって、このアレイの各マイクロダイアフラムは、関連し合う前記３つのマイクロレンズのグループの光軸の中心にあり及びこのグループの前記第２のマイクロレンズアレイの前記マイクロレンズの近傍に配置されるアレイ、及び、
   前記第３のマイクロレンズアレイと照明される前記対象物との間に配置される光学リレーシステムであって、前記第３のマイクロレンズアレイの前記各マイクロレンズのそれぞれの像を前記対象物の互いに異なる表面要素上に結像するように適合された光学リレーシステム
   をさらに備えることを特徴とする照明装置。
2. 前記光源はまた、ほぼ均一な放射率の光源表面を実現するように適合され、この光源表面を通して前記光源ビームが通過し、前記第１のマイクロレンズアレイが前記光源表面の近傍に配置されることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光源は、ランプ、入口部及び出口部が設けられたインテグレータ、並びに、前記ランプの像を前記インテグレータの前記入口部上に結像するように適合された光学システムを備えることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 画像を表示する投影装置であって、
   その表面の照明を使用することにより、投影される画像を生成するように適合された少なくとも１つのイメージャと、該少なくとも１つのイメージャによって生成される画像を投影スクリーン上に投影するように適合された投影対物レンズ、及び、
   前記イメージャの前記表面を照明するための、請求項１から３のいずれか一項に記載の変調可能な照明装置
   を備えることを特徴とする投影装置。
5. さらに、前記照明装置の射出ひとみの像を前記投影対物レンズの入射ひとみ上に結像するように適合されたレンズを備えることを特徴とする請求項４に記載の投影装置。

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