JP6743021B2 - 画像プロジェクタ用の個別レーザファイバ入力 - Google Patents

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導光管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。

従来のファイバおよびそれに関連したコネクタは、一般的に、光リサイクリングを実施するプロジェクタ・ディスプレイ・システムとインタフェースするための十分に小さいパターンにまとめられていないことがある。本明細書において、高パワー画像プロジェクタ・ディスプレイ・システム用の個別の光ファイバ入力について開示する。本明細書で開示する種々の実施形態では、光ファイバ入力束と、拡散器と、光リサイクリングを実施し得るプロジェクタ・ディスプレイ・システムにインタフェースすることができるより小さいパターンのスポット群にファイバ入力アレイを変換するための縮小リレー光学系と、を採用することができる。本明細書における多くの実施形態では、より高パワーのレーザ光による照射、さらに場合によってはリサイクリング、が容易となり得る。これらの実施形態では、レーザファイバは、個々にコリメートされて、拡散器を照射することができる。それらの拡散器スポットは、次に、個々のレーザおよびコリメータレンズのための余地を与えるためのサイズ変更が可能な共通光路リレーを通して、結像し得る。拡散器スポットは、光をリサイクルするインテグレータロッドの入力側にあるミラーの孔を通して、結像することができる。

一実施形態では、光学システムについて開示し、このシステムは、少なくとも１つの光源からの光をインテグレータロッドに伝送する光ファイバ束を備え、光学システムは、さらに、各々の光ファイバで光源からの光を受ける複数の光ファイバと、複数の光ファイバからの光を受けるコリメータレンズと、コリメータレンズからの光を受ける拡散器と、拡散器からの光を受けるレンズアセンブリと、インテグレータロッドに光を入力するためにレンズアセンブリからの光を受けるための少なくとも１つの開口を提供する光学素子と、を備える。

他の実施形態では、画像投影ディスプレイ・システムについて開示し、これは、光源と、各々の光ファイバで光源からの光を受ける複数の光ファイバと、複数の光ファイバからの光を受けるコリメータレンズと、コリメータレンズからの光を受ける拡散器と、拡散器からの光を受けるレンズアセンブリと、レンズアセンブリからの光を受けるための少なくとも１つの開口を提供する光学素子と、光学素子からの光を受けて光源からの光を変調器に伝送するインテグレータロッドモジュールと、を備え、インテグレータロッドモジュールは、さらに、第１のインテグレータロッドと、第２のインテグレータロッドと、第１のインテグレータロッドの端が第２のインテグレータロッドの端に近接するように第１のインテグレータロッドおよび第２のインテグレータロッドに機械的に嵌合するストラップと、を有し、さらに、ストラップは、第１のインテグレータロッドおよび第２のインテグレータロッドに接着されている。

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。

本出願の目的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導光管モジュールの一実施形態を示している。 本出願の目的を満たし得る導光管モジュールの他の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個別光ファイバ入力束の一実施形態を示している。 図４の実施形態の側面図を示している。 本出願の原理に従って構成された、改良されたインテグレータロッド６００を用いたレイトレーシングの一例を示している。 本出願の原理に従って構成された、改良されたインテグレータロッドモジュールの一実施形態を示している。 インテグレータロッドの様々な実施形態を示している。 インテグレータロッドの様々な実施形態を示している。 インテグレータロッドの様々な実施形態を示している。 複数のインテグレータロッドの機械的嵌合の一実施形態を示している。 ストラップ（８０６）での機械的嵌合によって臨界角は実質的に阻害されてはならないことを示している。 改良されたインテグレータロッドのための追加の機械的支持の一実施形態の斜視図を提示している。 改良されたインテグレータロッドのための追加の機械的支持の一実施形態の切断斜視図を提示している。 改良されたインテグレータロッドのための追加の機械的支持の一実施形態の切断正面図を提示している。 様々に異なる厚さで塗布した場合の接着剤の潜在的性能を示すプロットを提示している。 様々に異なる厚さで塗布した場合の接着剤の潜在的性能を示すプロットを提示している。 様々に異なる厚さで塗布した場合の接着剤の潜在的性能を示すプロットを提示している。

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導光管サブシステム／モジュール２００の一実施形態を示している。上記したように、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、この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（または困難である場合または光を節約する追加の機会がある場合）、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。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導光管モジュール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、図３等の反射する近位端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、モジュール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／ＰＳＦ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、明細書において説明された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。

［光ファイバ束の実施形態］
図４は、一組の個別光ファイバ（４０２）を備える光学システムの一実施形態（４００）を示している。一実施形態では、これらの複数のファイバは、例えば手作業組立てを可能とするために、離間させて配置することができる。この一組のファイバは、光を、例えばインテグレータロッド（integrating rod）（３１２）への入力のために、リレー光学系（例えば、３０６）に供給する。光は、一組のレーザ、部分的にコヒーレントな光、および／または高パワーランプからのものであり得る。一実施形態では、各々の光ファイバに対して、例えばレーザ、ＬＥＤ、部分的コヒーレント光源、高パワーランプなどの対応する光源が存在し得る。他の実施形態では、光ファイバ束によって伝送される光を供給する１つ（または光ファイバの数よりも少数）の光源が存在し得る。

そのような各々の束の端には、対応するコリメータレンズ４０２ａが設けられることがある。コリメータレンズからの光は、拡散器（diffuser）４０４に入力され得る。一実施形態では、拡散器４０４は、アーチファクトをさらに低減させるために、スピンおよび／または回転するものであってよい。さらに、拡散器を回転させることは、熱拡散／分散を理由として、望ましい場合がある。一実施形態では、回転拡散器で乱気流（turbulent air）を発生させて、光漏れおよび埃の進入を抑えるために回旋状の経路を通してハウジングから排気することができる。レンズアセンブリ４０６および４０８によって、ミラー素子４１０への光の十分な集束が得られる。他の実施形態では、光ファイバから拡散器に入射する光が通過する１つ（または光ファイバの数よりも少数）のコリメータレンズを設けることができる。

ミラー素子４１０は、インテグレータロッド３１２の近位端にあり得るものであって、例えば光リサイクリングを進める助けとなるように、インテグレータロッド内で複数回の光の横断を得るために、インテグレータロッドに面する側がミラーになったものであり得る。図示のように、束に含まれる複数の光ファイバと１対１に対応し得る複数の孔４１２ａを設けることができる。他の実施形態では、ファイバ束からの光がインテグレータロッドに入射することを可能とするために、１つ（または光ファイバの数よりも少ない少数）の孔／開口をミラー素子に設けることができる。光リサイクリングを実施しなくてもよい実施形態では、ミラーが形成されていない素子４１０を用いることが可能な場合がある。図５Ａは、図４に示す実施形態の側面図である。

図５Ｂは、４０６／４０８のレンズアセンブリによってミラー素子４１０に集束され得る光のレイトレーシング（ray tracing）の一例である。図示のように、光損失を最小限に抑えるようにして、拡散器からの光を孔／開口に集束させるようにレンズアセンブリを構成することが望ましい場合がある。

［改良されたインテグレータロッドの実施形態］
上述のように、個別の光ファイバからの光を、インテグレータロッド内への孔および／または開口に集束させることができる。多くの実施形態では、改良されて長さが延長されたインテグレータロッドを、プロジェクタ・ディスプレイ・システムで採用することができる。例えば画像の均一性を向上させるために、プロジェクタ・システムの光路に導入されるインテグレータロッドの長さを増大させることが望ましい場合がある。インテグレータロッドの長さを増大させるために、最終的に延長されたインテグレータロッドの性能が良好に機能するようにして複数の従来のインテグレータロッドを配置して固定することが可能であり得る。

本明細書でさらに説明するように、そのような改良されたインテグレータロッドは、所与のプロジェクタ・システム内で、いくつかの異なる可能な向きに配置することができる。そのような様々に異なる向きは、標準的な中実インテグレータロッド（solid integration rod）では、弱い保持方法が理由で、現実的ではない場合がある。中空ロッド（Hollow rod）を使用してもよいが、パワー処理の限界および光反射損失が理由で、現実的ではない場合がある。そこで、本発明の多くの実施形態は、中空ロッドの堅固な取り付けという選択肢と、中実ロッドの効率とを兼ね備えた傾向のものであり得る。いくつかの実施形態において、複数のストラップ（strap）が、光路に干渉することなく、堅固に機械的に拘束され得る。また、そのようなストラップを、より標準的なインテグレータロッドであっても堅固な取り付けを可能とするように適用することができる。また、それらのストラップによって、より長いインテグレータ長さを形成するように突き合わせ接合されるとともに／または複数の小さいインテグレータロッドを結合するように長さ方向に沿って接合された複数のロッドアセンブリの構造的完全性を強化することもできる。いくつかの実施形態では、断面積の小さいロッドによって、より大きい断面の単一のインテグレータロッドと比較して、長さに沿った跳ね返り（bounce）をより多く発生させることができる。インテグレータロッドの内部全反射（ＴＩＲ：ＴｏｔａｌＩｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）を阻害しないためには、ボンドライン厚（bond line thickness）さおよび接着指数が重要であり得る。いくつかの実施形態では、これらの改良は、レーザ照射の場合のみに限定されなくてもよいが、高いｆ／＃のレーザ・システムでは、ボンドライン厚さおよび接着指数によって満たされる臨界角の要件が、緩和される傾向があり得る。

図６は、本出願の原理に従って構成された、改良されたインテグレータロッドモジュール６００の一実施形態を示している。インテグレータロッド６００は、１つ以上の接合部（別称「ストラップ」）である例えば６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃによって１つに保持された、より小さい複数の個別のインテグレータロッドである例えば６０２ａおよび６０２ｂを有し得る。なお、インテグレータロッドの数は、プロジェクタ・システムの最終設計の要求に応じて２つより多数でもよいことは理解されるべきである。インテグレータロッド６００は、本明細書に記載の種々の実施形態（例えば、図３の３１２、図２の２０２、またはシングル変調システムもしくはマルチ変調システムのような他のプロジェクタ・ディスプレイ・システム）において採用することができる。

図７Ａ、７Ｂ、７Ｃは、様々なインテグレータロッドおよびその構成を示している。図７Ａには、２つのストラップ７０４ａと７０４ｂの間に配置された単一のインテグレータロッド７０２を示している。図７Ｂには、２つの個別のインテグレータロッド７０２ａと７０２ｂがストラップ７０４ａによって互いに接合されたものを示している。これら２つのインテグレータロッドは、互いに光学的に連通しているので、界面７０６は、本明細書でさらに説明するように、そのような光学的連通を提供する。図７Ｃは、さらに別の実施形態を示しており、この場合、小さい断面の複数のロッド（例えば、７０８ａ、７０８ｂ、７０８ｃ、および７０８ｄ）（例えば、７０８ａおよび７０８ｂ）を互いに接合させて、より大きなインテグレータロッド７０８を形成している。ロッドの各セクション間および界面７０６において機械的安定性を提供するとともに光学的連通を助けるストラップ７１０を示している。そのような界面は、略シームレスな接合を形成する接着接合面であってよい。あるいは、そのような界面を光学接触によって実現してもよい。

ロッド構成の端面図を、７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃとして示している。端面図７１０ｃの場合には、複数のロッド（７０８ａ、７０８ｂ、７０８ｃ、および７０８ｄ）が示されており、７０９は、各ロッド間の界面を示していることが分かる。

本明細書で提示する改良されたインテグレータロッドは、従来の単一のインテグレータロッドよりも長い累積長さを有する。例えば、長さが延長されたインテグレータロッドは、要求に応じて、例えば、１５０ｍｍ長〜４５０ｍｍ長またはそれよりも長い、様々な長さを有し得る。これは、インテグレータロッドの遠位側の変調器の良好な均一照射のために、例えばロッド内で所望の光跳ね返り回数が得られるように、光学システムの適切なｆナンバーを提供するために、望ましい場合がある。単なる一例として（図３を参照して）、いくつかのｆナンバーの例は、拡散器リレー３０８の場合のＦ／５、インテグレータロッド３１２の場合のＦ／２．５、第１の変調器３１６の場合のＦ／３．８、第２の変調器３２０の場合のＦ／４．５であり得る。

場合によっては、（１つの長尺ロッドを構成するのではなく）複数のロッドを相互に嵌合／接合させることにより構成される改良されたインテグレータロッドは、製造の容易さおよびコストの観点から望ましい場合がある。また、（たとえ長尺で構成されたものであっても）より長尺のロッドを使用することは、レーザ照射に用いる場合に望ましいことがあり、なぜなら、レーザでは、コントラストおよび伝送を向上させる高いｆ／＃が可能となり、より長尺のロッドによって十分な均一性が得られる傾向があるからである。

より長尺の単一のロッドは、製造する際に、インテグレータロッドの端面をコーティングするために使用される通常の真空チェンバに収まらないことがある。このコーティングは、スループット効率およびリサイクル効率のために必要である。より長尺のロッドを扱うためにカスタムチェンバを構成することはできるが、サードパーティサプライヤで、より大きな設備投資を費やすことになり得る。そこで、より長尺のロッドを構成するために（例えば、ロッドサイズを標準サイズに制限して）複数のロッドを用いることによる製造によって、サプライヤは、ブロッキング、研磨、およびコーティングのための通常の方法によってロッドを処理することが可能となる傾向があり得る。最後の追加的な組み合わせ工程は、プリズムの組立てに用いられる方法にうまく適合する傾向がある。

［さらなる実施形態］
図６、７Ａ〜７Ｃの図面に、上述のような改良されて長さが延長されたインテグレータロッドに対して、機械的嵌合／接合／装着／連通／安定性などを提供するために使用されるストラップを示している。

ストラップは、ステンレス鋼、その他の金属など、当該技術分野で一般に知られている材料を含み得る。一実施形態では、ストラップは、インテグレータロッドおよび／またはそれの様々な部分を構成する材料の熱膨張特性／挙動に妥当に適合するものであり得るガラスおよび／または他の何らかの適切な材料を含み得る。例えば、インテグレータロッドは、ガラスまたは他の何らかの適切な透過性／透明材料を含み得る。レーザ光（または他の何らかの高パワー光源）画像プロジェクタ・システムの説明では、インテグレータロッドは極端な熱環境に置かれることがあるので、そのときにインテグレータロッドが起こし得る熱膨張に適合し得る材料（例えば、ガラス、溶融シリカなど）を含むストラップを備えることが望ましい場合がある。

図８は、複数のインテグレータロッド（８０２ａ、８０２ｂ）の機械的嵌合（８００）の一実施形態を示している。図示のように、第１のインテグレータロッドの近位端８０４には、反射防止（ＡＲ：Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）コーティングを施すことができる。ストラップ８０６ａおよび８０６ｂには、ストラップ／ロッド界面８０８の長さに略沿って接着剤（glue）を塗布することができる。この接着剤は、インテグレータロッドのガラスの屈折率と一致しないもの（例えば、ＮｏｒｌａｎｄＰｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．によって供給される市販のＮＯＡ１３３接着剤に見られるように、低屈折率を有し得るもの）であることが望ましい場合がある。この不一致によって、インテグレータロッドが提供する内部全反射が阻害されにくくなる。そのような阻害があると、光損失およびその他の望ましくない作用／誤差が光学システムに導入されることがある。低屈折率接着剤は、空気に対するＴＩＲ角を変化させるが、レーザの場合の高いｆ／＃では、許容できる結果が得られる傾向がある。

ストラップ８０６ｂにおいて、光学的完全性を維持するように、２つのインテグレータロッドが定位置で嵌合していることが分かる。光学システムの機械的完全性／安定性を助けるために、界面８１０に、他の（例えば、異なる）接着剤を塗布することができる。いくつかの実施形態では、接着剤は、インテグレータロッドを構成する材料と略一致する屈折率を有するように選択することができる。図９は、ストラップ（８０６）での機械的嵌合によって臨界角（８１２）は実質的に阻害されてはならず、内部反射は大きな損失なく進むことが確保されるべきであることを示している。

図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、改良されたインテグレータロッドのための追加の機械的支持の一実施形態の斜視図、切断斜視図、切断正面図を提示している。
これらの図面に示すように、インテグレータロッド１００２ａと１００２ｂを、本明細書に記載のように、ストラップ１００６によって機械的に嵌合させることができる。これらのストラップおよびインテグレータロッドは、プロジェクタ・システムの残り部分にさらに機械的に嵌合させることができるブラケット／ブレース（brace）１００４、１００６、１００８のセットを用いて、プロジェクタ・システム内で定位置にさらに保持されることができる。

ストラップへのインテグレータロッドの嵌合（さらに場合によっては、ブレースおよびブラケットへのストラップの嵌合）が改善された結果として、インテグレータロッドの向きは、水平とは実質的に異なる角度に保持されることができる。これによって、プロジェクタ・システムを構築するための重要な設計上の選択肢が与えられる傾向があり得る。

［他の実施形態］
上述のように、インテグレータロッドをストラップに接着することによって、良好な機械的安定性がインテグレータロッドに与えられる傾向があり得るとともに、それらを、いくつかの異なる向きの範囲内で配置することが可能となり得る。同じく上述のように、インテグレータロッドを構成する材料と屈折率が一致しない接着剤を塗布することが望ましい場合がある。

そのような接合について、さらに考慮すべきことは、ストラップに塗布されるこの接着剤層の量および／または厚さである。図１１、１２、１３は、様々に異なる厚さで塗布した場合の接着剤の潜在的性能を示すプロットを提示している。図１１は、例えば、約０．５ミクロンの厚さの接着剤層の場合のロッド、接着剤（例えば、ＮＯＡ１３３）層を通してストラップ内までの可能な電界強度および各種偏光を示すものである。図示のように、電界（electric field）は、この厚さレベルの接着剤を実質的に通り抜けることがあり、これは望ましくない場合がある。

図１２および１３は、それぞれ約１ミクロンおよび１０ミクロンの接着剤厚さの場合の可能な反射率対角度の特性を示している。図示のように、約１ミクロンの場合には、接着剤／接着剤を透過し得る臨界角未満の相当量の光があり得る。約１０ミクロンの場合には、接着剤／接着層内に形成され得る強め合う干渉と弱め合う干渉の領域があり得る。全体として、接着剤の厚さは、伝送される光の波長の数倍の厚さであるべきである。

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 (15)

1. 光学システムであって、少なくとも１つの光源からの光をインテグレータロッドに伝送する一組の光ファイバを備えた前記光学システムにおいて、
   複数の光ファイバであって、前記複数の光ファイバの各々は、光源からの光を受け取る、前記複数の光ファイバと、
   複数のコリメータレンズであって、該複数のコリメータレンズの各々は、対応する光ファイバから光を受け取る、前記複数のコリメータレンズと、
   前記複数のコリメータレンズからの光を複数のスポットにおいて受け取る拡散器と、
   前記拡散器からの光を受け取るレンズアセンブリと、
   前記レンズアセンブリからの光を受け取ってインテグレータロッドに光を入力するための複数の開口を提供する光学素子と、をさらに備え、
   前記拡散器の各スポットにおいて受け取った光が、前記光学素子の複数の開口のうちの対応する開口を通る、光学システム。
2. 前記複数の光ファイバの各々は、対応する光源からの光を受け取り、
   前記少なくとも１つの光源は、レーザ、部分的コヒーレント光源、ＬＥＤ、および高パワーランプを含む群からの１つである、請求項１に記載の光学システム。
3. 前記複数の光ファイバの各々は、対応するコリメータレンズに光を出射する、請求項１に記載の光学システム。
4. 前記拡散器は、回転拡散器を含む、請求項１に記載の光学システム。
5. 各開口は、前記複数の光ファイバのうちの１つに対応し、
   前記光学素子は、ミラー素子を含む、請求項１に記載の光学システム。
6. 前記ミラー素子は、前記インテグレータロッド内の光の反射を提供する、請求項５に記載の光学システム。
7. 前記レンズアセンブリは、前記拡散器からの光を、前記光学素子の複数の開口に集束させる、請求項６に記載の光学システム。
8. 前記インテグレータロッドは、
   第１のインテグレータロッドと、
   第２のインテグレータロッドと、
   前記第１のインテグレータロッドの端が前記第２のインテグレータロッドの端に近接するように前記第１のインテグレータロッドおよび前記第２のインテグレータロッドに機械的に嵌合するストラップと、をさらに有し、
   前記ストラップは、前記第１のインテグレータロッドおよび前記第２のインテグレータロッドに接着されている、請求項１または７に記載の光学システム。
9. 前記ストラップは、前記第１のインテグレータロッドと略同じ熱膨張特性を有する材料を含み、
   前記ストラップはガラスを含む、請求項８に記載の光学システム。
10. 前記ストラップは、第１の接着剤によって、前記第１のインテグレータロッドおよび前記第２のインテグレータロッドに接着され、
    前記ストラップを前記第１のインテグレータロッドおよび前記第２のインテグレータロッドに嵌合させる前記第１の接着剤は、前記インテグレータロッドを構成する材料よりも実質的に低い屈折率を有する、請求項９に記載の光学システム。
11. 前記第１の接着剤は、前記第１のインテグレータロッドの内部反射を実質的に阻害せず、
    前記第１の接着剤は、前記インテグレータロッドを通して伝送される光の波長の数倍よりも大きい厚さを有する、請求項１０に記載の光学システム。
12. 前記第１のインテグレータロッドの端は、第２の接着剤によって、前記第２のインテグレータロッドの端に接着され、
    前記第２の接着剤は、前記第１のインテグレータロッドを構成する材料と略同じ屈折率を有する、請求項１１に記載の光学システム。
13. インテグレータロッドモジュールをさらに備え、
    前記インテグレータロッドモジュールは、
    ストラップに嵌合したブレースをさらに有し、
    前記ブレースは、プロジェクタ・ディスプレイ・システムに結合し、
    前記インテグレータロッドモジュールを水平とは実質的に異なる角度に向けるように、前記ブレースは、前記プロジェクタ・ディスプレイ・システムに結合している、請求項１または１２に記載の光学システム。
14. 前記インテグレータロッドモジュールの長さによって、前記インテグレータロッドモジュールを通して伝送される光の複数回の跳ね返りが実質的に可能となり、
    前記インテグレータロッドモジュールの長さによって、第１の変調器への均一な照射が実質的に提供される、請求項１３に記載の光学システム。
15. 画像投影ディスプレイ・システムであって、
    請求項１〜１４のいずれか１項に記載の光学システムと、
    前記光学素子からの光を受け取って前記光源からの光を変調器に伝送するインテグレータロッドモジュールと、を備え、
    前記インテグレータロッドモジュールは、
    第１のインテグレータロッドと、
    第２のインテグレータロッドと、
    前記第１のインテグレータロッドの端が前記第２のインテグレータロッドの端に近接するように前記第１のインテグレータロッドおよび前記第２のインテグレータロッドに機械的に嵌合するストラップと、を有し、
    前記ストラップは、前記第１のインテグレータロッドおよび前記第２のインテグレータロッドに接着されている、画像投影ディスプレイ・システム。