JPH09510021A

JPH09510021A - 投影システム

Info

Publication number: JPH09510021A
Application number: JP7521682A
Authority: JP
Inventors: カバナフ，マーティン; フィールディング，レイモンド・ゴードン; モス，グラハム・ハリー
Original assignee: ランク・ブリマー・リミテッド
Priority date: 1994-02-22
Filing date: 1995-02-21
Publication date: 1997-10-07
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: DE69523900D1; EP0746948A1; US5865520A; ATE208980T1; EP0746948B1; WO1995022868A1; GB2286895A; GB9503416D0; JP3582732B2; DE69523900T2

Abstract

(57)【要約】投影システムは、光源（１６）と、入射光を少なくとも１つの反射空間光変調器（１０）の方に偏向しかつ空間光変調器（１０）によって生成される変調光を透過するのに効果的な少なくとも１つのエアギャップ（４５）を含むプリズムアセンブリ（４１）とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】投影システム本発明は投影システムに関する。より特定的には、本発明は、投影されるディスプレイが、１つ以上の空間光変調器デバイスによって光源からの光を空間的に変調しその後この空間的に変調された光をディスプレイ領域に投影することによって形成される投影システムに関する。本発明は、特に、異なる色の光のビームがそれぞれ異なる空間光変調器デバイスに照射され、変調されたビームが結合されて１つの投影カラーディスプレイを形成するカラー投影システムに関連しているが、これに限定されるわけではない。空間光変調器は、入射光ビームを空間的に変調するように制御可能な光学成分である。空間光変調器のうちの１つの種類は、個々にアドレス指定されるピクセルのマトリックスを含むアクティブマトリックスデバイスであり、各ピクセルは光変調器を含む。たとえばEP 0401912に示されているように、各光変調器は液晶であってもよい。代替的には、アクティブマトリックスデバイスは、たとえばUS 4856863、US 4615595およびUS 4596992に示されるような傾斜可能なミラーデバイスのアレイを含んでいてもよい。そのような傾斜可能なミラーデバイスは、対応する電極アレイにわたって与えられる電界によって静電的に偏向可能なミニチュアミラー片持ちばりエレメントを含む。種々の偏向度を与えるために、与えられる静電電位によって偏向度を制御することができる。代替的には、予め定められた静電電位を与えて各傾斜可能なミラーデバイスを異なる偏向状態の間で切換えることによって、これらの傾斜可能なミラーデバイスを２値態様で動作させることができる。各ミラーデバイスは入射光ビームを角度的に偏向し、この光ビームを投影スクリーンまたはビームダンプのいずれかの方に照射する。各々が個々にアドレス指定可能なそのようなミラーデバイスのアレイを用いれば、２次元的画像を生成することができる。ミラーデバイスを小型にしかつその切換え時間を速くすることによって、これらのミラーデバイスはビデオピクチャーデータ速度で使用可能となり、テレビまたはビデオ動画像をディスプレイスクリーン上に表示することができるようになる。カラー画像を表示するためには、各々が異なる原色または原色の組合せの光に応答する３つの別々に照射されるミラーデバイスアレイが設けられてもよく、各デバイスから反射された変調ビームはその後光学的に結合され、１つの光学ディスプレイに投影される。代替的には、異なる色の光を連続的に（たとえば色相環を用いて）１つのアレイに照射してもよく、見る人にフルカラー画像を与えるには、見る人の目の統合応答が頼りにされ得る。本出願人の同時係属中の国際出願PCT WO93/18620（その内容を引用によりここに援用する）では、光源と、光源からの光を異なる色成分ビームに分割するための手段と、複数個の変形可能なミラー空間光変調器とを備える空間光変調器システムが記載されている。光源と光分割手段と空間光変調器との間の光路は、空間光変調器が装着される１つのプリズム内で規定され、これにより、光学系のサイズを最小限にしかつこのシステムに安定性を与える。入射ビームは、ミラーデバイスアレイ全体を陰極線管の電子ビームのように走査せず、このミラーデバイスアレイ全体を照射する。したがって、１つ以上の変形可能なミラーデバイスを含む投影システムには、光源からの光のプリズムアセンブリへの光路とプリズムアセンブリによって透過された変調光の投影器システムへの光路とが交差しないように光源と投影システムとの間隔をあける必要があるという不利な点がある。これにより、生産できるシステムの小型化および効率が制限される。本発明の目的は、この問題を少なくとも軽減できる空間光変調器システムを提供することである。本発明の第１の局面に従えば、光源と、該光源からの光を異なる色成分ビームに分割するための手段と、複数個の反射空間光変調器とを含む投影システムであって、該光源からの光を異なる色成分ビームに分割するための該手段が１つのプリズムアセンブリに組み込まれ、該プリズムアセンブリは、入射光を空間光変調器のうちの少なくとも１つの方に偏向しかつ該空間光変調器によって生成される空間的に変調された光を透過するのに効果的な少なくとも１つのエアギャップを含む投影システムが提供される。本発明の第２の局面に従えば、投影システムにおいて用いるためのプリズムアセンブリであって、入射光を少なくとも１つの反射空間光変調器の方に偏向しかつ該空間光変調器によって生成される空間的に変調された光をディスプレイ構成に透過するのに効果的な少なくとも１つのエアギャップを含むプリズムアセンブリが提供される。該プリズムアセンブリは、異なる波長帯域内の入射光を、各波長帯域の光を含む別々のビームに分離するのに効果的な色分割エレメントを組み込んでいてもよい。該光変調器は変形可能なミラーデバイスであってもよい。代替的には、該光変調器は反射液晶デバイスであってもよい。本発明に従った１つの特定の実施例では、空間光変調器の数と同じ数のエアギャップが設けられる。代替的には、光を複数個の空間光変調器の方に偏向しかつ該複数個の空間光変調器からの光を偏向するために１つのエアギャップが用いられてもよい。該光分割手段は、連続的に配列されてもよく、交差した構成（空間を節約するため）で配列されてもよく、連続的に交差した構成で配列されてもよい。本発明のさらなる局面に従えば、異なる波長帯域内の入射光を分割しその後反射空間光変調器から反射された後に光を再結合するのに効果的な二色性表面を含む投影システムであって、該二色性表面は、該空間光変調器に入射するビームおよび該空間光変調器から反射されるビームを含む平面に対して平行な方向に延在し、該二色性表面は、光を分割する領域と再結合する領域とでその特性が異なるように構成される。次に、添付の図面を参照して本発明の多くの実施例を例示的に説明する。図１は、空間光変調器アレイデバイスの構造を概略的に示す図である。図２は、図１のデバイスの一部分の光学的な照射を概略的に示す図である。図３は、図１および図２のアレイを組み込むカラー光学投影ディスプレイシステムを概略的に示す平面図である。図４ａは、本発明に従った空間光変調器システムの第１の実施例の一部分を一定の縮尺率で示した平面図である。図４ｂは、図４ａに示されるシステムの一部分を概略的にかつ簡略化して示す側面図である。図４ｃは、図４ａに示されるシステムの一部分の端面図である。図５は、本発明の実施例に組み込まれるエアギャップの機能を説明するための図である。図６ａは、本発明に従った空間光システムの第２の実施例の一部分を一定の縮尺率で示す平面図である。図６ｂは、図６ａに示されるシステムの一部分を概略的に示す側面図である。図６ｃは、図６ａに示されるシステムの一部分の端面図である。図７は、第２の実施例の変形例である、本発明に従ったシステムの第３の実施例の一部分の側面図である。図８ａは、本発明に従ったシステムの第４の実施例の一部分を一定の縮尺率で示す平面図である。図８ｂは、図８ａに示されるシステムの一部分の側面図である。図９は、第４の実施例の変形例である、本発明に従ったシステムの第５の実施例の側面図である。図１０ａは、本発明に従った空間光システムの第６の実施例の一部分を一定の縮尺率で示す平面図である。図１０ｂは、図１０ａの実施例の側面図である。図１０ｃは、図１０ａの実施例の端面図である。図１１は、図１０に示される実施例の適用例である第７の実施例の側面図である。図１２は、本発明の第８の実施例を概略的に示す図である。図１３は、本発明の第９の実施例を概略的に示す図である。投影システムの全体的な動作図１を参照して、本発明に従ったシステムに用いるための変形可能なミラーデバイスアレイは、ｍ×ｎ個の偏向可能なミラーデバイスＭ₁₁〜Ｍ_mnのアレイ１０を含み、典型的には、低解像度のディスプレイに関しては５００×５００デバイスのオーダであり、高解像度のディスプレイに関しては２０００×２０００デバイスのオーダである。アレイ１０は、カラービデオ信号が入力される１４として示される入力回路からの信号を受け取る電気アドレス回路１２に接続される。本出願人の以前の国際出願番号WO 92/ 12506（その内容を引用によりここに援用する）に記載されているように、このアドレス回路１２は、ミラーデバイスＭ₁₁〜Ｍ_mnの各々の電極（図示せず）をそれぞれアドレス指定する。さらに図２も参照して、光源１６からの入射光ビームは、約２０°の角度α（アレイに対する法線からの角度）でアレイ１０に照射される。個々の反射器デバイスＭがアレイ１０の平面に対して平行であるその静止位置にあるとき、入射ビームは、ビームダンプ（図示せず）に通じる「オフ」経路における経路２４ｂに沿って、この法線に対して対応する２０°の角度で反射される。アドレス指定回路１２からの制御信号によってミラーデバイスＭがアレイ１０の平面に対して１０°傾いた第１の偏向状態に設定されると、入射ビームはアレイに対して直角の角度で「オン」経路２４ａに沿って投影レンズおよびディスプレイスクリーン（図２には図示していないが図３にそれぞれ３４および３６として図示している）に向かって反射される。制御信号によってミラーデバイスＭが第１の偏向状態とは反対方向に１０°傾斜している第２の偏向状態に設定されると、この法線に対して４０°の角度で、これもビームダンプ（図示せず）に通じる第２の「オフ」経路において２４ｃに沿って反射される。したがって、「オン」経路２４ａに沿って見ると、瞬時に、アレイ１０は２次元的画像を表示し、第１の偏向状態に設定されているミラーデバイスは明るく見え、第２の偏向状態に設定されているミラーデバイスは暗く見える。次に特に図３を参照して、これから説明するシステムは、それぞれ青色、緑色および赤色の波長帯域内の光を空間的に変調するように構成される３つの別々の変形可能なミラーのアレイ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃを含むカラー投影システムである。この図は、そのようなカラー投影システムの動作原理を説明するためのものである。高電力ランプを備える光源１６は、各々が図１および図２のアレイ１０に関して説明した形態である３つのアレイ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃに対して、入射光路に沿って白色光を発生するように構成される。ミラー３２は、光源１６からの光をアレイ１０ｂに照射するように構成される。アレイ１０ｂは、アレイ１０ｂからの「オン」経路がミラー３２および投影レンズ３４を介して投影スクリーン３６を照射するように入射ビームを偏向するように構成される。入射光路は、たとえば光源１６をディスプレイスクリーン３６の上に配置することによってスクリーン３６の平面に対して垂直な平面にあってもよい。入射する光線および偏向された光線の経路内には、入射ビームの一部分をそれぞれ他の変形可能なミラー偏向器アレイ１０ａおよび１０ｃに反射するような角度だけ傾斜してスクリーンの平面に対して垂直な軸のまわりで回転される１対のスプリッタ／コンバイナミラー３８ａおよび３８ｂが配置される。アレイ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃは、各アレイ１０ａ〜１０ｃからスクリーン３６へ横切る光路が同じになるように配置される。第１のスプリッタ／コンバイナミラー３８ａは、表示するべきピクチャーの青色波長成分に対応するようにビームを空間的に変調するために、電気的にアドレス指定される変形可能なミラーディスプレイアレイ１０ａに入射ビームの青色光波長成分を反射することができる。反射された「オン」ビームは垂直方向には２０°偏向されるが、水平方向には実質的に変更されない。スプリッタ３８ａは、入射光の赤色および緑色波長成分を実質的に減衰せずに透過する。第２のスプリッタ３８ｂは、再生するべきピクチャーの赤色光波長成分に対応するようにビームを変調するために、電気的にアドレス指定される第２の変形可能なミラーデバイスアレイ１０ｃに入射ビームの赤色波長成分を反射することができ、反射された「オン」経路は垂直方向に２０° 偏向される。第２のスプリッタ３８ｂは、再生するべきピクチャーの緑色波長成分に対応するようにビームを空間的に変調するために、電気的にアドレス指定される第３の変形可能なミラーデバイスアレイ１０ｂに緑色波長が入射するように、緑色波長を実質的に減衰せずに通過させる。空間的に変調された緑色ビームは、それぞれミラー３８ａおよび３８ｂによって反射され青色アレイ１０ａおよび赤色アレイ１０ｃによって生成された空間的に変調されたビームと同じ「左右像」を有するようにミラー３２によって反射される。空間的に変調された緑色ビームはその後減衰されずにスプリッタ／コンバイナ３８ａおよび３８ｂと投影レンズ３４とを介して戻り、スクリーン３６に投影される。赤色アレイ１０ｃからの空間的に変調されたビームは、第１のスプリッタ／コンバイナ３８ｂに到達すると、空間的に変調された緑色ビームと同じ経路に反射され、第２のスプリッタ／コンバイナ３８ａでは、青色アレイ１０ａからの空間的に変調されたビームは同じ経路に反射されて戻り、その結果、投影レンズ３４における信号は再結合された色信号を含む。これまで説明してきたようなシステムは先行技術において既知であり、各空間光変調器アレイ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃへの入力ビームとそれらからの出力ビームとが重ならないようにするために光学成分間の間隔を広くしなければならないという不利な点がある。これにより、達成できるシステムの小型化が制限される。第１の実施例次に、図４ａ、図４ｂおよび図４ｃを参照して、本発明の第１の実施例に従えば、システムは、光源１６からの光がアレイ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃに到達する前にその光を折り曲げるための手段とともに、図３に示されるスプリッタ／コンバイナミラー表面３８ａおよび３８ｂの機能をそれぞれ果たすダイクロイックミラー４９ａおよび４９ｂを備えるマルチファセットプリズムアセンブリ４１を含む。これは、以下により詳細に説明するようにエアギャップを介して１方向に通過する入射光を完全に内部に反射する役割を果たす、プリズムアセンブリ４１の成分間に、３つのエアギャップ４５ａ、４５ｂおよび４５ｃを設けることによって達成される。変形可能なミラーのアレイ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの各々は、マルチファセットプリズムアセンブリ４１のファセットに隣接して配置される。図４ａでは、プリズムアセンブリ４１への入力ビームは、図の右側の円４３で示される。図４ａ、図４ｂおよび図４ｃに示される特定の実施例は、表面４９ａおよび４９ｂを連続的に配列するのではなく交差させて二重スプリッタを形成する交差ダイクロイックミラー構成を含む。内部プリズム反射面４９ａは、青色光を青色アレイ１０ａに反射しかつ他の波長の光を透過するダイクロイックミラー表面３８ａとしての役割を果たす。同時に、別のプリズム表面４９ｂは、赤色光を赤色アレイ１０ｃに反射する第２のダイクロイックミラー３８ｂとしての役割を果たす。ミラー表面４９ａおよび４９ｂはともに緑色光を透過し、図３のミラー３２と同等の完全に内部に反射する面４４を介してこの緑色光を緑色アレイ１０ｂの方に照射する。わかりやすくするために、図４ｂでは、表面４４によって起こる反射を省略している。次に、プリズムアセンブリ４１に組み込まれる３つのエアギャップ４５ａ、４５ｂおよび４５ｃの各々の動作を、１つのエアギャップ４５を示している図５を参照して説明する。エアギャップ４５は、エアギャップに入射するビームが図５においてビームＡとして示されるように完全に内部に反射されるように構成される。エアギャップからの反射光はその後図５において１０で示される空間光変調器に照射する。図２に示される「オン」経路２４ａに沿った、各空間光変調器からの反射光は、エアギャップ４５を真っ直ぐ通過し、図５のビームＢとして現われる。そのような構成により、プリズムアセンブリ４１における入来ビームおよび変調ビームを、他の方法で可能である距離よりも短い距離で分離することができるようになる。したがって、他の方法で可能であろうアパーチャシステムよりも大きなアパーチャシステムが実用可能となる。したがって、このシステムの動作では、再び図４ａ、図４ｂおよび図４ｃを参照して、入来光ビーム４３は、白色光を反射しかつビーム４８で示される赤外光を透過するように設計されるミラー４２によって反射され、赤外光４８はその後ミラー４６でさらに反射され、ヒートシンク（図示せず）に向けられる。白色光ビーム４３は２つの二色性層４９ａおよび４９ｂによって３つのビームに分離され、図５に示される構成と類似した態様で３つの完全に内部に反射する表面４０ａ、４０ｂおよび４０ｃと３つのエアギャップ４５ａ、４５ｂおよび４５ｃとによってそれぞれ適切な空間光変調器１０ａ、１０ｂおよび１０ｃに向けられる。空間的に変調された光はその後空間光変調器１０ａ、１０ｂおよび１０ｃから反射され、エアギャップ４５ａ、４５ｂおよび４５ｃを通り、その後ミラー４６によってプリズムアセンブリから投影レンズ（図４ａ、図４ｂおよび図４ｃには図示せず）の方に向けられ、図４ｂおよび図４ｃにおいて示される空間的に発散する変調射出ビーム４７を生成する。図４ａからわかるように、アレイ１０ｂに照射される緑色光の場合、さらなる反射は、プリズムアセンブリ４１の内面４４上で起こる。これにより、緑色の空間的に変調された光には、ミラー４９ａまたは４９ｂで反射された赤色および青色の空間的に変調された光と同じ「左右像」が与えられる。主に図４ｃを参照して、プリズムアセンブリのベースには、プリズムのベースに接合または融合される概略的に５１で示される黒色ガラスまたは他の吸収材の層が設けられてもよい。黒色ガラス層５１の他方の表面には、銅ヒートシンクまたは他の冷却手段（図示せず）が取付けられる。ヒートシンクは、付加的な外部ヒートシンクコンポーネント（図示せず）上に装着するように突き出ていてもよい。黒色ガラス層または他の吸収層および関連する冷却手段は、図２に関して説明したような「オフ」経路２４ｂおよび２４ｃに沿って通過する光のためのビームダンプとして効果的である。この交差ダイクロイックミラー構成では、ダイクロイックミラー４９ａおよび４９ｂの分割および再結合領域は平面図で見たときに十字形を形成するように、物理的には一方が他方の上になるように配置される。図１、図２および図３に関して上で説明したように、アレイ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの各々からの反射ビームは入射ビームから垂直方向にアレイに偏向される。したがって、垂直方向に配列されたミラー４９ａおよび４９ｂは、別々の分割領域および再結合領域に分割されることができ、入射光を分割しかつ光を再結合して多色の空間的に変調されたビームを形成するためにミラー上に異なる特性のコーティングを用いることができるようになる。光ビームは、二色性表面４９ａおよび４９ｂが、入射する多色ビームとアレイ１０ａおよび１０ｂからの空間的に変調されたビームとの両方に対して同じ角度になるように構成することができる。そのような構成により、本出願人の国際出願番号WO 92/13424 に記載しているように、光の損失が回避され、この国際出願の内容を引用によりここに援用する。特に、この構成により、光のスプリッタへの入射角度に依存するダイクロイックミラー４９ａおよび４９ｂのスペクトル応答による光損失が回避される。しかしながら、代替的な構成では、二色性表面４９ａおよび４９ｂの各々を介して２方向に通過するビームを、たとえば入力ビーム４３、ミラー４２および／または完全内部反射表面４０のアライメントを調整することによって互いに関して傾斜させてもよい。これは、二色性表面４９ａおよび／または４９ｂでの制御された損失を達成し、それによって原色の質を向上するように設計され得る。プリズムアセンブリ４１は、たとえばＢＫ７光学クラウンガラスのような何らかの都合の良い従来の光学ガラスからなる。黒色ガラス層５１は、プリズム４１の屈折率と一致した屈折率を有する。したがって、たとえば、黒色ガラス層はショット社（Schott）から入手可能なタイプＮＧ１であってもよい。黒色ガラス層５１の厚さは光の吸収と熱伝導との両方を鑑みてそれらの妥協点で選択され、典型的には０．５ミリメートルである。オプションとして、アレイ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃは、適切なセメントを用いてプリズム４１の適切なファセットに接着されるか、または、光学結合流体を用いて結合されてもよい。代替的には、アレイ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃは、アレイのアライメントを可能にするために、ファセットに関して移動可能であってもよい。プリズムアセンブリ４１に形成されるエアギャップ４５ａ、４５ｂおよび４５ｃの各々の厚さは典型的には１０ミクロンである。エアギャップは、プリズムアセンブリのガラス内の窪みによって規定されてもよい。代替的には、たとえば細い金属ワイヤのループまたはマイカのようなスペーサを用いて非常に正確な間隔でエアギャップを設けてもよい。これらのスペーサは、何らかの形態のセメントを用いてプリズムアセンブリに接着され、このセメントの形態の選択は投影システムの当業者に自明であり、スペーサは熱的にプリズムアセンブリのガラスに一致される。ランプ１６からの光は、赤外周波数帯域および紫外周波数帯域のかなりのパワーを含み得る。赤外線は、光学成分を加熱しそれによりミスアライメントが生じる可能性があるため、望ましくない。紫外線は、プリズム成分を互いに接着するセメントに影響を与え得るため、望ましくない。したがって、光源１６からの光をプリズムアセンブリ４１に集めるために用いられる集光レンズ（図示せず）の前側の凸面は、可視光は透過するが赤外線および／または紫外線は反射するコーティングで被覆され得る。それを介して光ビーム４３がプリズムアセンブリ４１に入射する表面も、都合よくは、赤外線および／または紫外線の不必要な照射のレベルをさらに低減するためにフィルタコーティング５０で被覆され得る。これらのコーティングはどちらも、光学系を通過するランプ１６からの光のスペクトル分布をトリミングするように設計されてもよい。もちろん、これは、赤外光をヒートシンクに向ける上述のミラー構成４２および４６に対する付加的なものである。プリズムアセンブリ４１内では、アレイ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの各々を照射しないいかなる光も、最終的に投影された画像のコントラストの損失を引き起こし得る。したがって、面４０ａ、４０ｂおよび４０ｃを、入射ビーム４３を完全に内部に反射するように構成できるのであれば、プリズムアセンブリ４１の外面を、都合よくは、層５１に関して上で説明したように黒色ガラス（図示せず）で囲み、かつその外面にヒートシンク（図示せず）を設けてもよい。代替的には、この迷光を光ダンプに向けるための手段が設けられてもよく、この光ダンプはプリズムアセンブリ４１の外部にあることが可能である。二色性表面４９ａおよび４９ｂによって形成される二色性分割交差構造にエアギャップ４５ａ、４５ｂおよび４５ｃを組み込むため、図４ａ、図４ｂおよび図４ｃに示される光学構成が特にコンパクトになることがわかるであろう。第２の実施例次に図６ａ、図６ｂおよび図６ｃを参照して、これらの図は、プリズムアセンブリが、１つの弁別用エアギャップ６３とともに、２つの完全内部反射表面と、２つの交差したダイクロイック色分割ミラー表面とを組み込む本発明の第２の実施例を示している。ダイクロイックミラーは図６ａにおいて点線６１ａおよび６１ｂで示されている。エアギャップ６３は図６ｂにおいて最良に示されている。本実施例では、１つのエアギャップ６３は、光をアレイ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの各々に向けかつこれらのアレイの各々からの光を集めるように構成される。入力ビームはプリズムアセンブリの内部表面を介してエアギャップ６３に反射され、光の緑色成分はそのままダイクロイックミラー６１ａおよび６１ｂを通過し、第２の完全内部反射表面を介してアレイ１０ｂに達する。その後、赤色光成分および青色光成分は、青色光がアレイ１０ａに入射しかつ赤色光がアレイ１０ｃに入射するように、二色性表面６１ａおよび６１ｂによってビーム４３から分割される。その後、アレイ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃからの空間的に変調された光は二色性表面６１ａおよび６１ｂで再結合され、エアギャップ６３を介してプリズムアセンブリから出ていく。図６ｂに示されるプリズムアセンブリがアセンブリの２つの部分の間に三角形のエアギャップを含むことがわかるであろう。これは単に簡略化して図示するためである。第３の実施例図７は、図６に示される実施例の適用例を示している。本実施例も、第２の実施例と同様に１つのエアギャップ６５と２つの交差した二色性表面６１ａおよび６１ｂ（図７では見えない）とを有する。しかしながら、図７に示される実施例では、入力光路および出力光路の構成の代替的な可能性を示すために、プリズム構成は図６のものとは異なっている。本実施例では、プリズムアセンブリの入力面が図６ｂに示される入力面に関して回転されておりかつ出力ビームを反射するのに効果的な別の内部反射面をさらに含んでいるため、入力光路および出力光路は互いに平行でありかつ実質的に同軸である。投影器システムの必要に応じて他の多くの適用例も可能であることが認識されるであろう。第４の実施例次に図８ａおよび図８ｂを参照して、本実施例では、入力ビームの色分割が連続的に行なわれるように、２つのダイクロイックミラー８３ａおよび８３ｂは連続して配置される。プリズムアセンブリ４１には、完全内部反射表面８５と連続した１つのエアギャップ８１が組み込まれる。システムのサイズをさらに縮小するために、表面８５は入力ビームを折り曲げるのに効果的である。第５の実施例図９は、図８ａおよび図８ｂに示される第４の実施例の適用例である第５の実施例の側面図である。図９に示されるプリズムアセンブリは、３つの二色性表面９０ａ、９０ｂおよび９０ｃを用いて連続的な色分割を行ない、ここでも８１で示される１つのエアギャップを用いる。プリズム入力構成とプリズム出力構成とは、エアギャップ面８１と連続している完全内部反射表面８５とさらなる完全内部反射表面９１とを用いてそれぞれこの構成を適応させるように、互いに異なって構成される。第６の実施例図１０ａ、図１０ｂおよび図１０ｃは、プリズムアセンブリが、３対の交差する二色性表面８１ａ、８１ｂ；８１ｃ、８１ｄ；および８１ｅ、８１ｄが連続的に組み合わされる、交差した連続的な二色性表面の組合せを含む第６の実施例を示している。３つのエアギャップ９３ａ、９３ｂおよび９３ｃがプリズムアセンブリに設けられ、各エアギャップは光をアレイ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃのうちの１つに向けかつそこから空間的に変調された光を受け取るのに効果的である。図１０ａ、図１０ｂおよび図１０ｃに示される構成では、入力ビームは、二色性表面８１ｃおよび８１ｄによって、アレイ１０ｂの方に向けられる１つの原色に分割され、残りの２次光は第２の二色性表面対８１ａおよび８１ｂの方に向けられる。表面８１ａおよび８１ｂはこの２次光を２つのビーム、すなわち残りの２つの原色の各々に分割し、その各々はアレイ１０ａおよび１０ｃのうちの１つの方にそれぞれ向けられる。これらの３つの１次光ビームは、エアギャップ９３ａ、９３ｂまたは９３ｃから隣接するアレイ１０ａ、１０ｂまたは１０ｃに反射される。その後、アレイ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃからの空間的に変調されたビームは、出力ビーム４７を形成するように、エアギャップ９３ａ、９３ｂおよび９３ｃを通過した後二色性表面８１ａ、８１ｂおよび８１ｅで再結合される。この特定の光学設計は特にコンパクトであり、入力ビーム４３が出力ビーム４７と同軸であるというさらなる利点を有する。このシステムはまた、二色性表面８１ｃおよび８１ｄを、有用な光のみをアレイ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃに送るように構成できるという利点を有する。内部反射面９１は、不用の放射、たとえば赤外線の放射を光源に向かってまたは光軸に対してある角度で反射して廃棄するように構成することができる。代替的に、または付加的には、表面９１を、非可視光線の不用の放射を二色性表面８１ｅおよび８１ｆを通して出力ビーム４７に通過させ投影レンズ（図１０ａおよび図１０ｂには図示せず）によって投影するように構成することができ、これにより、低いレベルの不用の放射が投影器スクリーン（図１０ａおよび図１０ｂには図示せず）に投影されるため、スクリーンが僅かに加熱されるという犠牲はあるが、投影器システムにおける熱管理の問題が軽減される。二色性表面８１ａおよび８１ｂが、第１の実施例に関して説明した、二色性表面が交差する構成の利点を有することがわかるであろう。図１０ａに示されるプリズム構成の外面９５および９７を、たとえばこれらの表面を黒色ガラスで被覆することによって入力ビーム内の不用の放射を抽出するために用いてもよい。上述の構成において、すべて互いに独立している４つの分割面８１ｃ、８１ｄ、８１ａおよび８１ｂと４つの再結合面８１ａ、８１ｂ、８１ｅおよび８１ｆとがあるため、非常に厳重な測色および赤外線制御が可能であることがわかるであろう。第７の実施例次に図１１を参照して、本実施例では、図１０に示される実施例が、アレイ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの活性領域に一致する断面を有するアレイ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの各々に光ビームを生成するための二重レンズレンチキュラーシステムとともに用いるように適合される。これは、図１０のプリズム内のコンパクトな経路を利用している。したがって、図１１は、２つのレンチキュラーレンズ９１および９３を組み込む、図１０の実施例の適用例を示している。図４〜図１１に示される投影システムは図３に概略的に示される色分割機構を用いているが、たとえは、３つの色すなわちマゼンタ色、シアン色および黄色を用いた機構または３つ以上の色成分ビームを用いた機構のような他の色分割機構を本発明に従ったシステムに用いてもよい。空間光変調器によって変調された光のバランスを向上するために、本発明に従ったシステムに色分割ミラーを用いてもよい。応用例の中には、カラー投影システムに用いられる３つのアレイ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃにさらなるアレイを加えることが都合がよいものもある。そのようなさらなるアレイは、たとえば本出願人の同時係属中の英国出願番号第941577 1.6 号および第9418863.8 号に開示されるようにパワー処理の理由のため用いられることができ、これらの出願の内容を引用によりここに援用する。したがって、たとえば、緑色の色チャネルが２つのアレイ間で分割されるように、たとえば図１０ａのアレイ１０ａに隣接するアレイ１０ｂに対向して配置される第４のアレイを構成することが都合が良い場合もある。本発明に従った投影システムは、１つ以上の色分割手段を用いて２つ以上の空間光変調器の間で入来光を分割するカラー投影システムにおいて特定の応用を有するが、本発明に従った投影システムはまた、投影システムが色分割／結合面を組み込んでいない、たとえば色相環を用いた連続的色投影を用いるカラーシステムまたはモノクロームシステムにおいても利点を有する。第８の実施例次に図１２を参照して、この図から、図示するようなさらなるエアギャップ５１０を用いて光路２４ａを折り曲げることによって、アレイ１０から「オン」経路２４ａに沿って反射された空間的に変調された光を「オフ」経路２４ｂおよび２４ｃに沿って通過する光から分離することができることがわかるであろう。入来光は、以前の実施例の場合と同様に、第１のエアギャップ４５によってアレイ１０に反射される。アレイ１０から「オン」経路２４ａに沿って通過する有用な出力ビームを折り曲げるために完全内部反射面を含むエアギャップ５１０を用いることによって、エアギャップ５１０に遭遇する「オフ」経路２４ｂのいかなる拒絶光も、その光がエアギャップによって出力面５１２に透過されその後ビームダンプ（図示せず）に入るような急な角度になるようにすることができる。代替的には、第１の実施例に関して説明した吸収層５１をビームダンプとして用いてもよい。完全内部反射面の特性により、経路２４ａに沿った「オン」光は、投影レンズ（図１２には図示せず）に入射するようにエアギャップ５１０によって反射される。これにより、投影レンズの効果的なアパーチャのサイズを以前に可能であったサイズよりも大きくすることが可能となり、したがってシステムの効率が増大する。第９の実施例次に図１３を参照して、本発明の本実施例では、入来光はプリズムアセンブリ４１に入射し、光は以前の実施例と類似した態様でエアギャップ４５の完全に内部に反射する面から１つのアレイ１０に反射される。角度が１０°に設定された変形可能なミラーデバイスアレイから反射された光は通常は投影レンズ３４の方に反射される。しかしながら、変形可能なミラーデバイスアレイ１０から、アレイに対する法線に関して２０°または４０°で反射された非画像形成光は、エアギャップ１０７で第２の完全内部反射面から反射され、ビームダンプ（図示せず）に向けられる。これにより、光バルブ１０から投影レンズ３４までの経路が短くなり、システムの効率を向上するかまたはより小型で安価な投影レンズを用いることができるようになる。本実施例では、光軸に関して、エアギャップ４５の角度と全く等しくかつ反対方向の角度θで配置されるさらなるエアギャップ１０７によって、エアギャップ４５のためにシステムで生じる非点収差がなくなることがわかる。しかしながら、エアギャップ１０７が、光軸に関して、エアギャップ４５の角度とは等しくなくかつ反対方向でない角度である場合、ギャップのサイズが調整されていれば、非点収差の補償はこのエアギャップ１０７で影響を受け得る。光を空間光変調器に向けるのにエアギャップが用いられていない場合、不必要な光を逸らすために１つのエアギャップを用いてもよいことも認識されるであろう。例示的に説明した空間光変調器アレイは変形可能なミラーデバイスであるが、本発明に従った投影システムには、反射液晶デバイスのような他の反射空間光変調器を用いる応用もあることも認識されるであろう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９６年４月３０日【補正内容】請求の範囲１．投影装置において用いるためのディスプレイデバイスであって、光源と、光のビームを少なくとも１つの変形可能なミラーのアレイに向けるのに効果的な手段とを備え、前記変形可能なミラーのアレイは、光ビームを反射して、入射ビームに対してゼロでない角度で、空間的に変調されたビームを生成するのに効果的であり、前記変形可能なミラーのアレイへの光路は、入射光ビームを第１の方向に沿って通過させて前記１つの変形可能なミラーデバイスに入射させるのに効果的でかつ前記１つの変形可能なミラーデバイスによって生成される空間的に変調された光を前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って通過させるのに効果的な少なくとも２つのエアギャップを有するプリズムアセンブリを含み、前記２つのエアギャップは非点収差を互いに補償するように構成される、ディスプレイデバイス。２．前記エアギャップの一方は、空間的に変調された光ビームを前記第２の方向に沿って投影手段の方に通過させるのに効果的であり、前記エアギャップの他方は、前記変形可能なミラーのアレイに入射する光で、前記空間的に変調された光ビームに含まれない部分を前記第２の方向とは異なる第３の方向に沿ってビームダンプの方に向けるのに効果的である、請求項１に記載のディスプレイデバイス。３．投影装置において用いるためのディスプレイデバイスであって、光源と、光のビームを少なくとも１つの変形可能なミラーのアレイに向けるのに効果的な手段とを備え、前記変形可能なミラーのアレイは、光ビームを反射して、入射ビームに対してゼロでない角度で、空間的に変調されたビームを生成するのに効果的であり、前記変形可能なミラーのアレイへの光路は、空間的に変調された光ビームを第１の方向に沿って投影手段の方に通過させ、かつ、前記変形可能なミラーのアレイに入射する光で、前記空間的に変調された光ビームに含まれない部分を前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿ってビームダンプの方に通過させるのに効果的な少なくとも１つのエアギャップを有するプリズムアセンブリを含む、ディスプレイデバイス。４．投影装置において用いるためのディスプレイデバイスであって、光源と、光のビームを少なくとも１つの変形可能なミラーのアレイに向けるのに効果的な手段とを備え、前記変形可能なミラーのアレイは、光ビームを反射して、入射ビームに対してゼロでない角度で、空間的に変調されたビームを生成するのに効果的であり、前記変形可能なミラーのアレイへの光路は、入射光ビームを第１の方向に沿って前記１つの変形可能なミラーデバイスに通過させるのに効果的でかつ前記１つの変形可能なミラーデバイスによって生成される空間的に変調された光ビームを前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って通過させるのに効果的な少なくとも２つのエアギャップを有するプリズムアセンブリを含み、前記プリズムアセンブリの中への光路と前記プリズムアセンブリの外への光路とは実質的に同軸である、ディスプレイデバイス。５．３つの変形可能なミラーのアレイと３つのエアギャップとが設けられる、請求項４に記載のディスプレイデバイス。６．投影装置において用いるためのディスプレイデバイスであって、光源と、光のビームを少なくとも１つの変形可能なミラーのアレイに向けるのに効果的な手段とを備え、前記変形可能なミラーのアレイは、前記アレイに入射する光ビームを反射して、前記入射ビームに対してゼロでない角度で、空間的に変調されたビームを生成するのに効果的であり、さらに、前記光源からの光を異なる色成分ビームに分割しその後空間的に変調された光を１つのビームに再結合するための少なくとも１つの二色性表面を備え、前記二色性表面は、前記変形可能なミラーデバイスへのビームおよび前記変形可能なミラーデバイスからのビームがそれぞれ前記二色性表面の２つの異なる領域で交差するように構成され、前記二色性表面は、前記第１および第２の領域がそれぞれ異なるスペクトル特性を有するように設計される、ディスプレイデバイス。７．投影装置において用いるためのディスプレイデバイスであって、光源と、光のビームを複数個の変形可能なミラーのアレイに向けるのに効果的である手段とを備え、前記変形可能なミラーのアレイの各々は、前記アレイに入射する光ビームを反射して、前記入射ビームに対してゼロでない角度で、空間的に変調されたビームを生成するのに効果的であり、さらに、前記光源からの光を異なる色成分ビームに分割しその後空間的に変調された光を１つのビームに再結合するように構成される少なくとも１つの二色性表面を備え、前記二色性表面は、前記変形可能なミラーデバイスへのビームおよび前記変形可能なミラーデバイスからのビームがそれぞれ異なる角度で前記二色性表面に交差し、それによって前記二色性表面での制御された損失が達成されかつ前記ディスプレイデバイスの測色が調整される、ディスプレイデバイス。８．前記変形可能なミラーのアレイへの光路は、入射光ビームを第１の方向に沿って前記１つの変形可能なミラーデバイスに通過させ、かつ、前記１つの変形可能なミラーデバイスによって生成される空間的に変調された光ビームを前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って通過させるのに効果的である少なくとも１つのエアギャップを有するプリズムアセンブリを含む、請求項６または請求項７に記載のディスプレイデバイス。９．変形可能なミラーのアレイの数と同じ数のエアギャップが設けられる、請求項３または請求項８に記載のディスプレイデバイス。１０．１つのエアギャップは、光を複数個の変形可能なミラーのアレイに向けるために用いられる、請求項３または請求項８に記載のディスプレイデバイス。１１．前記プリズムアセンブリは、異なる色成分ビームがそれぞれ異なる変形可能なミラーのアレイに向けられるように構成される、請求項３に記載のディスプレイデバイス。１２．入射赤外光を、前記変形可能なミラーのアレイまたは前記変形可能なミラーのアレイの各々によって生成される空間的に変調された光とは異なる方向に向けるための手段を備える、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の投影装置。１３．いくつかが空間光変調器への光路において連続的に配置され、いくつかが交差した構成で配置される複数個の二色性表面がある、請求項７ないし請求項９のいずれかに記載のディスプレイデバイス。１４．請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載のディスプレイデバイスと、ディスプレイスクリーンとを備える、投影装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ (72)発明者フィールディング，レイモンド・ゴードンイギリス、オゥ・エル・２５・エヌ・イーオールドハム、ロイトン、セシル・ストリート、45 (72)発明者モス，グラハム・ハリーイギリス、オゥ・エル・９９・ユー・ピィチャダートン、サーウッド・パーク、オフ・バークウッド、アスペンウッド・ドライブ、12

Claims

【特許請求の範囲】１．光源と、少なくとも１つの反射空間光変調器とを備え、前記変調器への入力光路は１つのプリズムアセンブリに組み込まれ、前記プリズムアセンブリは、入射光を前記１つの空間光変調器に偏向しかつ前記１つの空間光変調器によって生成された変調光を透過するのに効果的な少なくとも１つのエアギャップを含む、投影システム。２．前記反射空間光変調器は変形可能なミラーデバイスである、請求項１に記載のシステム。３．前記反射空間光変調器は反射液晶デバイスである、請求項１または請求項２に記載のシステム。４．前記空間光変調器の数と同じ数のエアギャップが設けられる、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のシステム。５．互いに非点収差を補償するように構成される少なくとも２つのエアギャップが設けられる、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のシステム。６．光を複数個の空間光変調器に向けるために１つのエアギャップが用いられる、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のシステム。７．エアギャップを備え、前記エアギャップは、複数個の反射空間光変調器からの空間的に変調された光が前記エアギャップによって出力手段の方に向けられるように構成される、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のシステム。８．前記プリズムアセンブリの中への光路と前記プリズムアセンブリの外への光路とが同軸である、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のシステム。９．入射赤外光を、前記１つの空間光変調器によって生成される空間的に変調された光から離れるように送るための手段を備える、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の投影システム。１０．前記光源からの光を異なる色成分ビームに分割しかつその後光を１つのビームに再結合するための手段を備え、前記光分割手段は前記１つのプリズムアセンブリに組み込まれる、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の投影システム。１１．前記プリズムアセンブリは、前記異なる色成分ビームがそれぞれ異なる前記反射空間光変調器に向けられるように構成される、請求項１０に記載のシステム。１２．前記光分割手段の少なくとも一部分は前記光源からの光を連続的に分割するように構成される、請求項１０または請求項１１に記載のシステム。１３．前記光分割手段の少なくとも一部分は交差構成で構成される、請求項１０ないし請求項１２のいずれかに記載のシステム。１４．前記光分割手段は少なくとも１つの二色性表面を含む、請求項１０ないし請求項１３のいずれかに記載のシステム。１５．前記二色性表面は前記反射空間光変調器による入力ビームの偏向の面に対して平行な方向に延在し、前記二色性表面は、光を分割するための第１の領域と前記空間光変調器からの空間的に変調された光を再結合するための第２の領域とに分割され、前記第１および第２の領域はそれぞれ異なる特性を有する、請求項１０ないし請求項１４のいずれかに記載のシステム。１６．空間光変調器システムにおいて用いるためのプリズムアセンブリであって、前記プリズムアセンブリは、入射光を少なくとも１つの空間光変調器の方に偏向しかつ前記空間光変調器によって生成された変調光を透過するのに効果的な少なくとも１つのエアギャップを備える、プリズムアセンブリ。１７．入射色光を異なる色成分光ビームに分離するのに効果的な色分割手段を組み込む、請求項１６に記載のプリズムアセンブリ。１８．前記色分割手段の少なくとも一部分は入射光を連続的に分割するように構成される、請求項１７に記載のプリズムアセンブリ。１９．前記色分割手段の少なくとも一部分は交差構成で構成される、請求項１７または請求項１８に記載のプリズムアセンブリ。２０．少なくとも１つの反射空間光変調器と、異なる波長帯域内の入射光を分割しかつ前記空間光変調器での反射後に光を再結合するのに効果的な少なくとも１つの二色性表面とを備え、前記二色性表面は前記空間光変調器に入射するビームおよび前記空間光変調器から反射されるビームを含む平面に対して平行な方向に延在し、前記二色性表面は、光を分割する領域と光を再結合する領域とで異なる特性を有するように構成される、投影システム。２１．実質的に添付の図面を参照して以前に説明したようなものである、空間光変調器システム。２２．実質的に添付の図面を参照して以前に説明したようなものである、プリズムアセンブリ。