特許 5666570 ３次元投影システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5666570

(24)【登録日】2014年12月19日

(45)【発行日】2015年2月12日

(54)【発明の名称】３次元投影システム

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/22 20060101AFI20150122BHJP

   H04N 13/04 20060101ALI20150122BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20150122BHJP

   G03B 21/14 20060101ALI20150122BHJP

【ＦＩ】

   G02B27/22

   H04N13/04

   G03B21/00 D

   G03B21/14 Z

【請求項の数】15

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2012-513945(P2012-513945)

(86)(22)【出願日】2010年4月7日

(65)【公表番号】特表2012-529076(P2012-529076A)

(43)【公表日】2012年11月15日

(86)【国際出願番号】US2010030228

(87)【国際公開番号】WO2010141150

(87)【国際公開日】20101209

【審査請求日】2011年12月2日

(31)【優先権主張番号】12/478,259

(32)【優先日】2009年6月4日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】511284993

【氏名又は名称】トランスパシフィック イメージ，エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100091214

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 進介

(72)【発明者】

【氏名】プル，ウィリアム，ジェイ

【審査官】 堀部 修平

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０３０４０１３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−１０６２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−５１５４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−３０４８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５２０２１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０３４６９４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２７／２２ − ２７／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

３次元投影型の表示装置であって、
複数の光源と、前記複数の光源からの光を受け、複数のモードのそれぞれにおいて、受けた特定の光源の光を複数の投影チャンバのうちの特定の投影チャンバに切り替えるスイッチとを有する基部の筐体と、
前記複数の投影チャンバが前記基部の筐体に関して位置合わせされるのを可能にする機械的な位置合わせを行う複数の位置インタフェースとを備え、
前記複数の投影チャンバは、前記複数の位置インタフェースにより前記基部の筐体に接続され、少なくとも第一の画像又は第二の画像を投影し、
前記複数の投影チャンバは、
光変調装置に供給される少なくとも１つのビデオ信号に含まれるビデオデータに従って前記複数の光源からの光を選択的に透過し、透過された光を生成する光変調装置と、
前記透過された光を投影経路に沿って第一の受信表面又は第二の受信表面に投影して、前記第一の受信表面に前記第一の画像を形成するか、又は前記第二の受信表面に前記第二の画像を形成する投影レンズ系とを有し、
前記第一の受信表面は、前記第二の受信表面に平行であり、
前記基部の筐体から前記第一の受信表面までの第一の距離は、前記基部の筐体と前記第二の受信表面との間の第二の距離とは異なる、
ことを特徴とする３次元投影型の表示装置。

【請求項2】

前記複数の光源は、特定の波長の光を生成し、前記特定の波長は、前記複数の光源における別の光源により生成された波長に等しいか又は前記別の光源により生成された波長とは異なる、
請求項１記載の３次元投影型の表示装置。

【請求項3】

前記第一の画像は、第一の偏光された光により形成され、前記第二の画像は、第二の偏光された光により形成され、
前記第一の受信表面は、前記第一の偏光された光による前記第一の画像が前記第一の受信表面に形成されるのを可能にし、前記第二の偏光された光による前記第二の画像が前記第一の受信表面を通過するのを可能にする第一の偏光フィルムを有し、
前記第二の受信表面は、前記第一の受信表面を透過した前記第二の偏光された光による前記第二の画像が前記第二の受信表面に形成されるのを可能にする第二の偏光フィルムを有する、
請求項１記載の３次元投影型の表示装置。

【請求項4】

所定の座標軸上の前記第一の画像の値と前記第二の画像の値との間の差である不整合を示す情報を受け、前記複数の投影チャンバの位置合わせに関する所望の角度を示すパラメータのセットを決定する画像アライメントモジュールを更に備える、
請求項１記載の３次元投影型の表示装置。

【請求項5】

前記複数の光源は、複数のレーザを有する、
請求項１記載の３次元投影型の表示装置。

【請求項6】

前記複数のレーザは、赤レーザ、緑レーザ、又は青レーザの少なくとも１つを含む、
請求項５記載の３次元投影型の表示装置。

【請求項7】

前記複数の光源は、複数の発光ダイオードである、
請求項１記載の３次元投影型の表示装置。

【請求項8】

前記複数の投影チャンバは、リレー光学系及びプリズムを更に有し、前記リレー光学系は、前記複数の光源からの光を、前記スイッチを介して、前記プリズム、前記光変調装置及び前記投影レンズ系の順に送信するために適した光に変換する、
請求項１記載の３次元投影型の表示装置。

【請求項9】

前記リレー光学系及び前記プリズムは、前記リレー光学系及び前記プリズムが、前記複数の投影チャンバの機械的な位置合わせにかかわらず、前記プリズムの入射表面に垂直である光経路であって、前記複数の光源からの光の光経路を提供するように配置される、
請求項８記載の３次元投影型の表示装置。

【請求項10】

前記第一の受信表面に形成される前記第一の画像と前記第二の受信表面に形成される前記第二の画像は、観察者により同時に見ることができる、
請求項１記載の３次元投影型の表示装置。

【請求項11】

３次元画像を投影する方法であって、
基部の筐体において、複数の波長を有する光を生成する光源を配置するステップと、
複数のモードのそれぞれにおいて、複数の波長を有する光からの１以上の波長を有する光を、第一の位置インタフェース又は第二の位置インタフェースを介して、第一の投影チャンバ又は第二の投影チャンバに切り替えるステップと、
前記第一の位置インタフェースにより、前記第一の投影チャンバを前記基部の筐体に結合し、前記第二の位置インタフェースにより、前記第二の投影チャンバを前記基部の筐体に結合するステップであって、前記第一の投影チャンバと前記第二の投影チャンバとは、前記基部の筐体に結合され、前記第一の投影チャンバの第一の位置と、前記第二の投影チャンバの第二の位置は、前記基部の筐体に関して機械的に調節可能である、ステップと、
第一の切り替えられた光を前記第一の投影チャンバで受け、前記第一の切り替えられた光から、第一の光を選択して第一の画像を形成するステップと、
第二の切り替えられた光を前記第二の投影チャンバで受け、前記第二の切り替えられた光から、第二の光を選択して第二の画像を形成するステップと、
前記第一の投影チャンバからの前記第一の画像を第一の受信表面に投影するステップと、
前記第二の投影チャンバからの前記第二の画像を第二の受信表面に投影するステップとを含み、
前記第一の受信表面と前記第二の受信表面は平行であり、前記第一の受信表面は、前記第二の受信表面よりも前記基部の筐体の近くに配置される、
ことを特徴とする投影方法。

【請求項12】

前記複数の波長は、赤の光、緑の光又は青の光の少なくとも１つを含む、
請求項１１記載の投影方法。

【請求項13】

前記第一の投影チャンバは、リレー光学系及びプリズムを更に含む、
請求項１１記載の投影方法。

【請求項14】

前記プリズムの入射表面に垂直な光経路であって、前記第一の切り替えられた光の光経路を提供するように前記リレー光学系と前記プリズムを配置するステップを更に含む、
請求項１３記載の投影方法。

【請求項15】

前記第一の画像と前記第二の画像とが観察者により同時に見る事ができるように、前記第一の受信表面と前記第二の受信表面とに関して前記観察者を位置合わせするステップを更に含む、
請求項１１記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、３次元投影システムに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、投影型ディスプレイ又はビデオプロジェクタディスプレイは、投影スクリーン又は他の表面（たとえば壁）にビデオ信号に対応する画像を表示する。投影型表示装置の主要な特性のうちの１つは、CRT（陰極線管）又はLCD（液晶ディスプレイ）のような他のディスプレイにより生成される画像よりもサイズ的に大きい画像を表示する能力である。投影型表示装置は、投影可能な画像に比較して比較的小さいサイズを有する。

【0003】

従来、これらのビデオ投影装置は、ビジネスプレゼンテーション、クラスルームトレーニング、ホームシアター等のために使用される。たとえば、投影装置は、生徒を教育する過程で対話的なホワイトボードに投影するために多くの学校及び施設で広く使用されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

大部分の投影装置は、手動の制御により歪み、焦点及び他の不一致を補正することができる。しかし、今日、従来の投影型表示装置は、装置当たりの単一のビデオ出力、又は大型の画像の携帯性がないことのような、固定されたCRT/LCDの伝統的な考え方で設計されている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、同じ参照符号が同じ構成要素を示している添付図面を参照して以下に記載される。以下の記載では、説明のため、本発明の完全な理解を提供するために、様々な特定の詳細が述べられる。しかし、本発明はこれらの特定の詳細なしに実施される場合があることは明らかである。他の例では、本発明の記載を容易にするため、公知の構造及び装置はブロック図の形式で示される。

【0006】

本出願で使用されたとき、用語「コンポーネント」、「モジュール」及び「システム」は、ハードウェア、ハードウェア及びソフトウェアの組み合わせ、ソフトウェア、又は実行中のソフトウェアの何れかといった、コンピュータに関連するエンティティを示すことが意図される。たとえば、コンポーネントは、限定されるものではないが、プロセッサで実行されているプロセス、プロセッサ、オブジェクト、実行ファイル、実行スレッド、プログラム、及び／又はコンピュータとすることができる。例示を介して、サーバで実行しているアプリケーション及びサーバの両者は、コンポーネントとすることができる。１以上のコンポーネントは、プロセス及び／又は実行スレッドにあり、コンポーネントは、１つのコンピュータに局在化するか、及び／又は２以上のコンピュータ間に分散する。

【0007】

本明細書で使用されたとき、用語「推論“infer”」又は「推論“inference”」は、イベント及び／又はデータを介して捕捉されたとき、考察のセットからシステム、環境及び／又はユーザの状態を推論するプロセスを示す。推論は、特定のコンテキスト又は動作を識別するために使用されるか、又は状態を通して確率分布を生成することである。推論は、確率的であり、すなわち、データ及びイベントの検討に基づいて関心のある状態を通して確率分布を計算することを含む。また、推論は、イベント及び／又はデータのセットから高水準のイベントを構成するために採用される技術を示す。係る推論は、イベントが時間的に接近しているなかで相関されるか否か、並びに、イベント及びデータが１以上のイベント及びデータソースから到来するか否かで、観察されたイベント及び／又は記憶されたイベントデータのセットから新たなイベント又は動作が構築される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の態様に係る、立体画像を投影するシステムの例示的なブロック図である。

【図2】本発明の１実施の形態に係る、投影型の立体投影表示装置を示す。

【図3】前部及び後部の受信表面に２つのビデオ画像を投影する表示装置の例示的な上面図である。

【図4】本発明の１実施の形態に係る、光源からそれぞれの投影出力への光経路を示す例示的な概念図である。

【図5】本発明の幾つかの実施の形態に係る、基部における構成要素の簡略化された上面図を示す。

【図6】本発明の幾つかの実施の形態に係る、光源の構成の簡略化された正面斜視図を示す。

【図7】本発明の幾つかの実施の形態に係る、光源の構成の簡略化された上面斜視図を示す。

【図8】本発明の態様に係る、レーザからの光出力が光ファイバケーブルに供給されることを示す図である。

【図9】本発明の態様に係る、内部の構成要素を示すために２つの位置インタフェース及び下部の投影チャンバの断面をもつ表示装置の正面図を例示する図である。

【図10】本発明の実施の形態に係る、前部の受信表面と後部の受信表面の例示的な構成を示す図である。

【図11】本発明の１態様における、カメラにより撮影されるオブジェクトを例示する斜視図である。

【図12】本発明の１態様における、異なるカメラにより撮影される第一及び第二の画像を示す図である。

【図13】本発明の１実施の形態に係る、投影型の立体表示システムの斜視図である。

【図14】本発明の１実施の形態に係る、投影型の立体表示システムの別の斜視図である。

【図15】本発明の態様における、１つのビデオストリーム入力を有するときのプロジェクタの簡略化された概念図を示す。

【図16】本発明の態様における、第一のビデオデータと第二のビデオデータとを有するときのプロジェクタの別の簡略化された概念図を示す。

【図17A】本発明の幾つかの実施の形態に係る、プロジェクタに入力される様々なビデオデータを示す図である。

【図17B】本発明の幾つかの実施の形態に係る、プロジェクタに入力される様々なビデオデータを示す図である。

【図17C】本発明の幾つかの実施の形態に係る、プロジェクタに入力される様々なビデオデータを示す図である。

【図18】投影型の立体表示システムの例示的な構成を示す図である。

【図19】投影型の立体表示システムの例示的な構成を示す図である。

【図20】本発明の１実施の形態に係る運動視差をインタラクティブに採用する表示システムの例示的なブロック図である。

【図21A】本発明の１実施の形態に係る、立体視の運動視差を例示する図である。

【図21B】本発明の１実施の形態に係る、立体視の運動視差を例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図面を参照して、図１は、本発明の態様に係る、投影型の立体表示を支援するシステム１００を例示する。一般に、システム１００は、複数の表面上に複数の画像を投影可能な投影型表示装置について３次元投影管理システム１０１を採用し、これにより、３つの３次元（３Ｄ）及び立体感を生成する。理解されるように、本発明は、限定されるものではないが、仮想現実のシナリオ、ビデオゲーム環境、娯楽環境等を含む様々なシナリオで採用される。

【0010】

本発明の態様では、３次元投影管理システム１０１は、オブジェクト認識コンポーネント１０３、及び３次元ビデオのレンダリングを準備し、支援する画像階層化コンポーネント１０５を含む。以下に更に詳細に記載されるように、オブジェクト認識コンポーネント１０３は、データを分析し、これによりオブジェクトと、データにより表現されたそれぞれのオブジェクトの奥行きを確定する。画像階層化コンポーネント１０５は、オブジェクトが何処に表示されるべきか、オブジェクトがどのように表示されるべきかを確定する。図１に例示されるように、１以上の投影表面１０９は、オブジェクト２を寸法的に投影するように使用される。理解されるように、複数の表面１０９に複数の画像を表示することで、３次元又は立体感を確定することができる。それぞれの画像が２次元（2D）画像を含み、且つ２つの投影の受信表面が、投影画像に垂直である距離Ｄにより分離され、これにより第三の次元が複数のディスプレイに与えられるので、３次元効果が得られる。次いで、２つの画像の画像オブジェクトは、2Dにおける画像において動くか、及び／又は3Dにおける画像間で動く。

【0011】

また、画像間の距離は、視差の知覚を可能にする。視差は、２つの異なる視線に沿って見られたオブジェクトの向きの明らかな変位又は差であり、それら２つの視線間の傾斜角又はセミアングルにより測定される。近くのオブジェクトは、異なる位置から観察されたときに、より離れたオブジェクトよりも大きな視差を有するので、視差は、距離を決定するために使用することができる。人間の知覚特性は、運動視差がビューアにとって奥行き知覚を提供するので運動視差とも呼ばれる。これは、ビューアが動くとき、ビューアに近いオブジェクトは、遠方にあるオブジェクトよりも視界にわたり更に遠くに動く。視差は、ある人物について3D空間の知覚にとって重要な要素である。システム１００に視差を提供することは、ビューアにとって豊かな経験を提供し、ビューアに現実の3Dコンテンツ及び知覚を与えるコンテンツプロバイダの能力を与える。

【0012】

ビデオゲームのようなグラフフィカルな応用では、プレーヤ／カーソルが動いたとき、異なる速度でスクロールされるレイヤのサポートを有するハードウェア及び／又はソフトウェアにより独立のレイヤのシーンが構築される。これは、幾つかのレイヤに、他よりも遠い外観を与え、深度の錯覚を形成するのに有効である。たとえば、ユーザの視点が左右に動くとき、視差における複数のレイヤの結果は、遠方のオブジェクト（より遠いレイヤ）がカメラに近いオブジェクト（より近いレイヤ）よりも低速で動いているように見える。

【0013】

図２は、本発明の１実施の形態に係る、投影型の立体表示装置１０を示す。図示されるように、表示装置１０は、基部１２、チャンバ１４からの光を出力するそれぞれの光源１１２を有する複数の投影チャンバ１４、及びたとえば複数の投影チャンバ１４を位置合わせするメカニカル手段である複数の位置インタフェース１６を備える。投影型の立体表示装置１０は、少なくとも２つのビデオ画像を生成し、２以上の受信表面に投影可能である。図３は、２つの受信表面１３及び１５に２つのビデオ画像を投影する表示装置１０の例示的な上面図を示す。投影型の立体表示装置１０は、近い画像を遠い画像を個別に表示することで立体的な視覚効果を形成する。２つの受信表面間の距離は、２つの画像間の物理的な距離を形成する。この例では、受信表面１３，１５は、受信表面の前に位置されるビューアが階層化された画像を同時に見ることができるように、ビデオ画像のうちの唯一を受ける。階層化された画像は、立体表示を提示するように、前部の受信表面１３と後部の受信表面１５とのビジュアルプレゼンテーション間の実際の物理的な分離を提供する。

【0014】

装置１０から投影される画像の受信表面の選択性を達成するために、複数の技術が考えられる。１実施の形態では、前部の受信表面１３は、第一の偏光フィルムを含み、この第一の偏光フィルムは、第一の偏光された光をもつ第一の画像が第一の偏光フィルムに形成されるのを可能にする。同様に、後部の受信表面１５は、第二の偏光フィルムを含み、この第二の偏光フィルムは、第一の受信表面を通して透過された第二の偏光された光をもつ第二の画像が第二の偏光フィルムに形成されるのを可能にする。２つの投影チャンバの異なる投影角に対応する異なる角度から入射する光に選択的であるそれぞれの受信表面上のレンチキュラレンズのような、他の受信表面の選択性のメカニズムが使用に適している。投影型の立体表示装置１０の他の光構造及びメカニズムは、以下のパラグラフで詳細に説明される。

【0015】

基部１２は、例えば静止したオブジェクトに関して、表示装置１０の位置を保持する。１実施の形態では、基部１２は、テーブル又はデスクのような平坦な表面上に表示装置１０が配置されるのを可能にする比較的平坦な底部を含む。１以上の高い摩擦パッド１８は、平坦な表面との静止摩擦を増加するために基部１２の底表面に取り付けられる。また、基部１２は、表示装置１０の機能的なアクセサリのモジュラーアタッチメントを可能にするレシービングスロット２７を有する。たとえば、スロット２７は、静止オブジェクトに基部１２を固定するスプリングパワークリップを有するクリップアタッチメントを受ける。これにより、基部１２及び表示装置１０は、本棚及びパーテションの垂直の壁、個人の衣服、或いはベルト又はストラップのようなアクセサリのような、平坦でないか又は水平でない表面に搭載することができる。基部１２は、基部１２の下側での機能的なアクセサリを受けるために、その下側に、同様の寸法である別のスロットを有する。

【0016】

筐体２０は、基部１２における内部コンポーネントを保護し、基部１２の外のり寸法を定義し、内側の光源のチャンバの寸法を定義する。図示されるように、筐体２０は、長方形であり、４つの側壁を含む。筐体２０の１以上の壁は、内側の出力／チャンバと筐体２０の外部の環境との間の空気の流れを可能にするエアベントを含む。別の実施の形態では、筐体は、図２に示されるよりも丸みを帯びた形状又は曲線を付けて作られた形状を含み、直角の壁又は矩形の形状を含まない。従って、多角形又は不規則なものが筐体について実現されるか否かに係らず、任意の形状である。

【0017】

投影チャンバ１４は、受けた光及び受信されたビデオデータに基づいて画像を生成するコンポーネント、及びそれらの画像を投影するコンポーネントを含む。投影チャンバ１４は、投影チャンバの筐体３２、（図２に示されない、投影チャンバの筐体３２内の）光変調装置、（図２に示されない、投影チャンバの筐体３２内の）出力投影レンズシステムを含む。光変調装置は、光変調装置に提供されるビデオ信号に含まれるビデオデータに従って基部１２において光源により生成される光を選択的に送信し、図５を参照して以下に更に詳細に説明される。投影レンズ系は、投影経路に沿って光変調装置により送出される光を出力し、図５を参照して以下に更に詳細に説明される。

【0018】

動作において、基部１２における光源は、光束として投影チャンバ１４における光変調装置に供給される光を生成する。１実施の形態では、１以上の光ファイバは、基部１２における光源からの光を投影チャンバ１４における光変調装置に送信する。光変調装置は、投影されるべき画像に対応する信号におけるビデオデータに従って光を選択的に送信する。投影レンズ系は、光変調装置により形成される画像を拡大及び投影する。受信表面への距離が増加するにつれて画像が拡大するように、画像は、ある噴射角度で投影される。

【0019】

図２を参照して、投影チャンバ１４は、投影チャンバ１４の内部コンポーネントを保護し、投影チャンバ１４の外側及び内側寸法を定義する投影チャンバの筐体３２を有する。図示されるように、投影チャンバの筐体３２は、その下側で追加されるレシーブインタフェース２９を除いて、シリンダー形状である。投影チャンバの筐体３２は、出力投影経路と同一線上にあるシリンダー軸を有する。投影レンズ系の出力光投影レンズ３７は、投影チャンバ１４の前方端を形成及び密閉する。特定の限定するものではない実施の形態では、円筒型の投影チャンバの筐体３２の平均の直径は、出力光投影レンズの直径の１０％内である。

【0020】

別の限定するものではない実施の形態では、投影チャンバの筐体３２は、その前方端が後部よりも僅かに大きいように次第に細長く、結果として出力光投影レンズが大きな端を構成するフラストコニカル（frustoconical）な形状となる。

【0021】

投影チャンバ１４の形状及び設計は、変わる場合がある。たとえば、投影チャンバ１４の前方端は、円筒形の出力レンズを収容するように丸められ、後部は、矩形の筐体により良好に局所的に含まれる矩形の光変調装置及び関連するサポートコンポーネントを収容するように角を付けられる。投影チャンバの筐体３２は、図８に関して以下に更に詳細に記載されるように、内側のチャンバを定義する。投影チャンバの筐体３２は、投影チャンバ１４及び内部コンポーネントの保護の構造的な剛体性のために適切な剛体材料を有する。軽いもの及び硬質プラスチック又はアルミニウムが、幾つかの実施の形態について適している。

【0022】

レシーブインタフェース２９は、投影チャンバ１４の下側に配置され、投影チャンバ１４と位置インタフェース１６との間の結合を可能にする。また、レシーブインタフェースは、投影チャンバ１４内で完全に適合しない表示装置のコンポーネント、又は投影チャンバ１４外の空間的な配置を要求するコンポーネントの包含及び保護を可能にする。１実施の形態では、レシーブインタフェースの筐体は、投影チャンバの筐体３２と同じ材料を含み、投影チャンバの筐体３２により提供される内部の投影チャンバを延ばす。

【0023】

位置インタフェース１６は、投影チャンバ１４が基部１２に関して移動するのを可能にし、投影チャンバ１４が移動された後に基部１２に関して一定の位置を保持するのを可能にする。従って、位置インタフェース１６により、ユーザが投影チャンバ１４を示し、表示装置１０により投影される出力画像の位置を容易に操作するのを可能にする。実施の形態では、位置インタフェース１６は、投影チャンバ１４と基部１２との間の相対的な回転の動きを可能にするボールとソケットの組み合わせを含む。別の実施の形態では、位置インタフェース１６は、投影チャンバ１４の位置を保持するために十分に剛体の波形を付けた金属管を有しており、投影チャンバ１４の所望の位置及び向きを達成するためにユーザが管を曲げるために十分に適合されている。

【0024】

位置インタフェース１６は、基部１２に結合され、投影チャンバ１４に結合される。図５に示される実施の形態について、位置インタフェース１６は、投影チャンバの筐体３２に取り付けられる上端と、基部１２の筐体２０に取り付けられるか又は結合される下端とを有する。より詳細には、レシーブインタフェース２９の投影チャンバの筐体３２の部分は、位置インタフェース１６の上端への取り付けを可能にし、筐体の上壁の中央部分は、位置インタフェース１６の下端への取り付けを可能にする。図示されるように、位置インタフェース１６は、投影チャンバ１４の後部と出力光投影レンズを含む前方端との間の位置にある投影チャンバの筐体３２に結合される。

【0025】

１実施の形態では、位置インタフェース１６の上端は、たとえば基部１２の質量中心から離れた投影チャンバ１４の質量中心の変位から生じる、基部１２に伝達される機械的なモーメントを最小にするために、投影チャンバ１４の質量中心に比較的近い位置に結合される。別の実施の形態では、基部１２は、上壁に埋め込まれた溝を含み、この埋め込まれた溝は、位置インタフェース１６が上壁に折り畳まれるのを可能にし、これにより、不使用の間に表示装置１０のプロファイルを減少する。

【0026】

図４は、本発明の１実施の形態に係る、基部１２（図２）に構成された光源６４から、それぞれの投影チャンバ１４への光経路を例示する概念図です。光源６４は、赤レーザセット９６１、緑レーザセット９６２及び青レーザセット９６３のような複数のレーザセットを含み、赤レーザビーム、緑のレーザビーム及び青のレーザビームのような互いに異なる色をもつ複数のレーザビームを生成する。図４に示されるように、光源６４は、赤レーザビーム、緑レーザビーム及び青レーザビームを赤レーザセット９６１、緑レーザセット９６２及び青レーザセット９６３からそれぞれ受けるスイッチ８を含む。レーザをもつ本明細書で記載される実施の形態の何れかは、発光ダイオード（LED）で実現することもでき、逆にLEDをもつ実施の形態は、レーザで実現することもでき、或いはレーザとLEDの組み合わせで実現することもできる。

【0027】

投影チャンバ１４のそれぞれは、光変調装置１０２（たとえば１０２ａ及び１０２ｂ）及び投影レンズ系１１２を含む。光変調装置１０２は、受信ビデオデータに従って光源６４により生成される光を選択的に送信する。投影レンズ系１１２は、出力Ａ及びＢにより反射される予め決定された投影経路に沿って光変調装置１０２により送出される光を出力する。

【0028】

スイッチ８は、赤のレーザビーム、緑のレーザビーム、青のレーザビームを予め決定された順次の順番で２つの投影チャンバ１４のそれぞれに切り替える。たとえば、１実施の形態では、第一の時間フレーム、第二の時間フレーム及び第三の時間フレームにそれぞれ対応する３つのモードが存在する。

【0029】

第一のモード：第一の時間フレームの間、赤のレーザビームがスイッチ８から光変調装置１０２ａに送信され、緑のレーザビームがスイッチ８から光変調装置１０２ｂに送信される。

【0030】

第二のモード：第二の時間フレームの間、緑のレーザビームがスイッチ８から光変調装置１０２ａに送信され、青のレーザビームがスイッチ８から光変調装置１０２ｂに送信される。

【0031】

第三のモード：第三の時間フレームの間、青のレーザビームがスイッチ８から光変調装置１０２ａに送信され、赤のレーザビームがスイッチ８から光変調装置１０２ｂに送信される。

【0032】

第一の時間フレーム、第二の時間フレーム及び第三の時間フレームの持続時間は、１実施の形態において互いに同じである。すなわち、第一のモード、第二のモード及び第三のモードは、一様に交互に光源６４に適用される。幾つかの他の実施の形態では、第一の時間フレーム、第二の時間フレーム及び第三の時間フレームの持続時間は、システムの要件に従って異なる場合がある。係る持続時間に対する調節は、表示装置１０の色制御方法として使用される場合がある。

【0033】

図５は、幾つかの実施の形態に係る、基部１２におけるコンポーネントの簡略化された上面図を例示する。光源チャンバ６５は、基部１２の内部壁２２ａ〜２２ｆによるボリューム及び形状において定義される。光源チャンバ６５は、ファン６２ａ及び６２ｂ、光源６４、電源６６、光ファイバインタフェース７０、光ファイバケーブル７２、入力／出力回路７４、制御回路７６、及び入力／出力インタフェース７８を含む。

【0034】

１実施の形態では、基部１２は、表示装置１０のバランスを維持するために設計又は構成される。この場合、基部１２は、基部１２に関して投影出力１４の位置のバランスを維持するために設計され、基部１２は、平坦な表面に基礎を置く。従って、基部１２におけるコンポーネントは、基部１２の設置面積について幾何学的な中心に比較的近い質量の中心２３を累積的に提供するように配置及び位置される。図５に示されるように、基部１２において最も重いコンポーネントである光源６４及び電源６６は、ある次元において設置面積の比較的中心に配置され、他の次元において質量の中心２３の反対の側に配置される。特定の実施の形態では、基部１２におけるコンポーネントは、質量の中心２３に関してモーメントを実質的にバランスするため、それらの重さに従って配置される。それぞれのコンポーネントの正確な位置は、コンポーネントの数及びタイプ、並びに基部１２のレイアウトに依存する。さらに、筐体２０は、基部１２の質量の中心２３から離れた投影チャンバ１４の様々な位置及び向きにより生成されるモーメントをバランスするために十分に幅のある設置面積を提供するように設計される。

【0035】

ファン６２ａ及び６２ｂは、光源チャンバ６５におけるコンポーネントを冷却するために光源チャンバ６５を通して空気を移動させる。１実施の形態では、ファン６２ａ及び６２ｂは、基部１２の一方の側で吸気ベント２４ａを通して光源チャンバに空気を吸い込み、空気が基部１２の内部コンポーネント及び筐体２０の壁を冷却した後、排気ベント２４ｂを通して光源チャンバから加熱された空気を排出する。ファン６２ａ及び６２ｂ、吸気ベント２４及び排気ベント２４ｂの配置は、光源チャンバ６５における内部コンポーネントの配置により変化することを理解されたい。特に、ファン６２ａ及び６２ｂの配置、光源チャンバ６５におけるファン６２により行われる気流パターンは、個々の温度調節の要件と基部１２におけるコンポーネントの熱の生成の寄与に従って設計される。光源６４及び電源６６は、基部１２における最も大きい割合の熱を生成し、制御回路７６及び入力／出力回路７４は、より厳しい温度調節を求める。

【0036】

これに応じて、空気が比較的冷たい間、吸気ベント２４ａを通して通過する吸気６９は、制御回路７６及び入力／出力回路７４を通過して冷却し、次いで電源６６及び光源６４を通過し、最終的に排気ベント２４ｂから出る。排気は、冷却ファンモータ６３ａ及び６３ｂをも冷却し、この冷却ファンモータは、ファン６２ａ及び６２ｂをそれぞれ回転させる。実施の形態では、複数のファンは、基部１２について低いプロファイルを許容するために使用される。なお、使用されるファンの数及びサイズは、１以上の熱の消散の目的を維持するために、表示装置１０における熱生成及び所望の空気の流れに依存する。光源チャンバ６５は、必要に応じて空気の流れを向け、分配するため、光源チャンバ６５における１以上の垂直又は水平の空気の流れのガイド６７を含む。１実施の形態では、光源６４は、１以上のダイオードレーザアレイ及びダイオードレーザに電力を供給し、これらを制御する１以上の制御ボードを含む。この場合、空気の流れのガイド６７は、それぞれの回路ボードの表面にわたり冷却用空気を向けるように配置される。以下に更に詳細に記載されるように、ファン６２ａ及び６２ｂは、位置インタフェース１６を通して、そこに含まれる光変調装置を冷却するために投影チャンバ１４に又は投影出力から空気を引き込む。

【0037】

図６及び図７は、幾つかの実施の形態に係る、光源の構成の簡略化された前面図及び上面図をそれぞれ例示するものである。この場合、光源チャンバ６５は、平行にされた光を生成するレーザのアレイを含む。レーザは、たとえばダイオードレーザ及び／又はダイオード励起の固体（DPSS）レーザの組み合わせを含む。ダイオードレーザにより生成される平行光は、放射光とは異なり、同じ出力方向且つ同相の出力である光により特徴付けされる。

【0038】

レーザのアレイは、１以上の赤のダイオードレーザ９６ａ、１以上の緑のダイオードレーザ９６ｂ及び１以上の青のダイオードレーザ９６ｃを含む。赤のレーザのセット９６１は、複数の赤のダイオードレーザ９６ａを含む。緑のレーザのセット９６２は、複数の緑のダイオードレーザ９６ｂを含む。青のレーザのセット９６３は、複数の青のダイオードレーザ９６ｃを含む。それぞれの色のレーザの数及び電力は、当業者により理解されるように、表示装置１０の所望の光強度の出力に従って、それぞれの色に対するビューアの光感度に従ってスケーリングされる。それぞれのレーザダイオードは、回路ボード９７で設置され、この回路ボードは、そこに設置されるそれぞれのレーザダイオードを搭載し、このレーザダイオードについて電気的な制御を提供する。複数のレーザは、単一のボード９７に搭載され、光源６４により占有されるスペースを低減する。単一の色について複数のレーザを含むことで、表示装置１０の出力光度は、それぞれの色について調整されるレーザの数について変えることができ、レーザによる光生成の冗長な制御を可能にする。従って、少ない光強度が望まれる場合、個々のレーザの寿命が周期的なシャットダウンから得られる場合、又は表示装置１０の電力の節約が好まれる場合、１以上のレーザがオフにされる。

【0039】

図８を参照して、１実施の形態では、レーザからの光出力は、光ファイバケーブル７２に提供される。光ファイバケーブル７２は、複数の又は共通の光経路に沿ってそれぞれのレーザから光を送出して、光ファイバケーブル７２の出口端と光変調装置１０２との間の光経路に沿って配置される光学系１０６及び１０８に中継する１以上の光ファイバケーブルを含む。

【0040】

図７を参照して、それぞれのケーブル７２は、赤のダイオードレーザ９６ａ、緑のダイオードレーザ９６ｂ又は青のダイオードレーザ９６ｃから光を受ける入射端部７２ａを有し、それぞれのケーブル７２は、リレー光学系１０６及び１０８への送信、及び光変調装置１０２への後続する送信のためにレーザ光を放出する出口端７２ｂを有する。光ファイバケーブル７２は湾曲されて、柔軟に配置されるので、光ファイバケーブル７２は、レーザと光学系との間の相対的な位置及び向きに係らず、レーザとリレー光学系との間の光伝送を可能にする。たとえば、これにより、基部１２におけるスペースの管理を改善するために使用されるレーザ、リレー光学系１０６及び１０８並びにプリズム９１０（図９）の柔軟な配置が可能となり、基部１２の設置面積を減少し、表示装置１０のサイズを最小にする。さらに、柔軟な光ファイバケーブル７２は、投影チャンバ１４における光変調装置への光の供給を妥協することなしに、位置インタフェース１６が移動するのを可能にする。

【0041】

ケーブル７２における光ファイバケーブルの数は、設計に応じて変わる。複数の光ファイバケーブルは、それぞれのケーブルが１以上のレーザに給仕する設計において採用される。図７に示されるように、赤のダイオードレーザ９６ａ、緑のダイオードレーザ９６ｂ又は青のダイオードレーザ９６ｃからの光は、それぞれのレーザに専用の光ファイバケーブルにはじめに送信され、次いで、共通の光ファイバケーブル７１に送出される。それぞれのレーザに専用とされる光ファイバケーブルは、個々のレーザからのレーザ光を受け、光をジャンクション７５に送出する。１実施の形態では、それぞれの光ファイバケーブルは、個々のレーザにダイレクトに取り付けられる。例えば、それぞれの光ファイバケーブルは、ダイオードレーザの筐体の外側表面に配置されるネジ付き（threaded）インタフェースに整合する内側ネジインタフェースをもつ固定具（fixture）を含む。FL DenedinにあるOcean Optics Inc.から入手可能な市販の光ファイバケーブルは、係る結合及びアライメント固定具により標準となっている。特定の実施の形態では、レーザとファイバ間の光遷移及びそれぞれのケーブルへの平行になった伝送を容易にするため、短い焦点距離の標準又はGRINレンズがそれぞれのケーブルの入射端部に搭載される。

【0042】

ジャンクション７５は、光ファイバケーブル７２から集束光学系７７及び共通の光ファイバケーブル７１への光の伝送を可能にする。集束光学系７７は、それぞれの光ファイバケーブルから共通の光ファイバケーブル７９に到来する光を向け直し、光を再平行レンズ７７ｂに向け直す集束レンズ７７ａを備え、この再平行レンズは、到来するレーザ光を集束レンズ７７ａから共通の光ファイバ７９に向け直す。図示されていないが、ジャンクション７５は、光ファイバケーブル及び共通の光ファイバケーブル７９を固定する（たとえば保持及び位置決めする）適切に設計された成形プラスチックのような剛構造を含む。特定の実施の形態では、ジャンクション７５は、集束レンズ７７ａに直接にケーブルを付着させる光学接着剤を有する。別の特定の実施の形態では、出口端７２ｂで、光ファイバケーブルは、複数のファイバを含むより大きなケーブルに結合される。ファイバのリボンに基づくケーブルのような、且つ円管の周辺に位置される複数のファイバを使用したケーブルのようなマルチプルファイバケーブルは、様々なベンダから市販されている。

【0043】

マルチプル光ファイバケーブルの設計は、それぞれのケーブルが原色を送出する場合に採用される。たとえば、３つの光ファイバケーブルが使用され、それぞれのケーブルは、レーザの原色のセットから、３つの異なる光経路に沿って３原色専用の光変調装置に光を伝送する。

【0044】

図５を参照して、光チャンバ６５は、表示装置１０の光を生成するために他の光源の構成を採用する。幾つかの光源の構成は、たとえば放射、非レージング（non-lasing）又は非平行（non-collimated）の光生成により特徴付けされる放射光の発光ダイオードのアレイを含む。ダイオード及びDPSSレーザと同様に、放射光の発光ダイオードは、白色光ランプよりも少ない電力を消費し、少ない熱を生成し、また、有色光を放出し、これによりカラーホイールなしで動作する。また、チャンバ６５は、赤、緑及び青の制御のために使用される３つのLED（液晶ディスプレイ）バルブのような色専用光変調装置への光ファイバケーブル７２における伝送のために赤、緑及び青の光を分離するため、白色光発生アセンブリにおいて１以上の２色性のミラーを含む。

【0045】

図５を参照して、電源６６は、光源６４、及び電力に依存する表示装置１０における他のコンポーネントに電力を供給する。従って、電源６６は、制御回路７６、入力／出力回路７４、ファン６２ａ及び６２ｂ、パワーダイオード８０及び光変調装置１０２のような投影チャンバ１４におけるコンポーネント（図８）に電力を供給して制御する。パワーダイオード８０は、外部のパワースイッチ８２と電気的に通信し、表示装置１０がオンであるかオフであるかを示すために表示装置１０がオンにされたときに照明される。電源コードポート８１は、電源コードを受け、この電源コードは、電源６６を壁の電源のようなAC電源に結合する。１実施の形態では、AC電力からDC電力への変換は、多くのラップトップコンピュータのコードで一般的である、電源コードの端の間に含まれる変圧器で行われ、これにより電源６６、基部１２及び表示装置１０のサイズを低減し、表示装置１０の携帯性を増加する。電源６６における回路は、表示装置１０における特定のコンポーネントのために到来する電力を１以上のDC電圧に変換する。

【0046】

別の実施の形態では、電源６６は、少なくとも１つの再充電可能なバッテリ６６ａを含む。バッテリ６６ａは、電力コードのポート８１を通して提供される電力を使用して再充電される。バッテリ６６ａは、AC電源の近くであることに依存することなしに、蓄積されたエネルギーで表示装置１０が動作するのを可能にし、これにより表示装置１０の携帯性が更に増加する。たとえば、基部１２においてバッテリを包含することで車両、図書館、コーヒーショップ、遠隔地の環境、又は、AC及び固定された電源出力が容易に利用可能でないか又は手の届くところにない他の環境に使用を拡大する。

【0047】

少なくとも１つの光ファイバケーブル７２は、光ファイバケーブル７２の出口端と投影チャンバ１４における光変調装置１０２との間の光経路に沿って配置されるリレー光学系（図８）に光源６４からの光を伝送する。装置１０の構造に関して、光ファイバケーブル７２は、あるコンパートメントから異なるコンパートメントに、すなわち基部１２における光源チャンバ６５から投影チャンバ１４に光を伝送する。光ファイバケーブルの数は、設計により変わる。上述されるように、複数の光ファイバケーブルは、たとえばそれぞれの光ファイバケーブル７２が１以上のダイオードレーザを給仕するレーザ光生成の設計において利用される。

【0048】

代替的に、それぞれの光ファイバケーブル７２は、原色を提供する。たとえば、ダイオードレーザアレイにより生成され、単一のミラーに基づく光変調装置に単一の光経路に沿って伝送される順次に制御された赤、緑及び青を伝送するために、１つの光ファイバケーブルが使用される。３つの光ファイバケーブルは、赤、緑及び青の光を３つの光ファイバケーブルに出力するレーザアレイからの光を、ある原色の変調のためにそれぞれ専用とされる３つの光変調装置に送出するために使用される。

【0049】

光ファイバインタフェース７０は、それぞれのレーザから光ファイバケーブル７２への光の伝送を容易にする。光ファイバインタフェース７０は、光源からの光出力を光ファイバケーブルに伝送するように、光ファイバケーブル７２に含まれるそれぞれの光ファイバケーブルの入射端部を位置決め及び保持する１以上の固定具を含む。また、光ファイバインタフェース７０は、レーザから光ファイバケーブル７２に光を向ける光学系を含む。１実施の形態では、単一の光ファイバケーブルがケーブル７２で使用され、光ファイバインタフェース７０は、光をケーブルに向けるため、ランプ又はそれぞれのレーザの出口と単一の光ファイバケーブルの入口との間に配置されるレンズ系を含む。

【0050】

レンズ系は、少なくとも２つのレンズを有しており、第一のレンズは、ファイバの入口に光を向け、第二のレンズは、ケーブルに入る光を平行にする。１対１のレーザと光ファイバケーブルの関係を実現する他の実施の形態では、光ファイバインタフェース７０は、それぞれのレーザの出口から光を受けるため、それぞれのレーザの出口の比較的近くに、それぞれの光ファイバケーブルの入射端部を保持する。この場合におけるそれぞれのケーブルは、その入口で集束レンズを含み、この集束レンズは、光の捕捉とケーブルへの送信を容易にする。別の１対１の設計では、光ファイバケーブル７２におけるそれぞれの光ファイバケーブルは、別のオブジェクトへの取り付けを可能にする固定具を含む。たとえば、FLのDunedinにあるOcean Optics Incのようなベンダから入手可能な市販されている光ファイバケーブルは、レーザの筐体に配置される対を成すネジ（mating thread）に光ファイバケーブルをネジで留め、固定するのを可能にするネジをもつ取り外し可能な固定具を含む。この場合、光ファイバインタフェース７０は、それぞれのケーブルからのネジ付き固定具及びレーザ上の対を成すネジを含む。

【0051】

赤、緑及び青レーザが有色光を単一の光ファイバケーブルに沿って単一の光変調装置に伝送する単一経路の実施の形態では、光ファイバインタフェース７０は、制御回路７６によりレーザに供給される同期が取られる制御信号に従って、それぞれ有色レーザからの有色光を順々に受ける。

【0052】

入力／出力回路７４は、制御回路７６と１以上の入力／出力インタフェース７８（図５）との間のインタフェースを提供する。入力／出力インタフェース７８は、デジタルコンピューティング装置からのビデオデータを含むビデオ信号を伝送する少なくとも１つのケーブル、配線、又はコネクタを受ける。入力／出力インタフェース７８と使用するために適した共通のポートは、S-Videoケーブル、６ピンミニDIN、VGA 15ピンHDDSUB female、オーディオケーブル、コンポーネントRCA、S-Videoアダプタ、コンポジットビデオRCAケーブル、ユニバーサルシリアルバス（USB）ケーブル、ファイアワイヤ等を受けるポートを含む。入力／出力インタフェース７８は、ヘッドフォン又はスピーカにより採用されるスピーカへの配線接続のオーディオ出力ポートを含む。

【0053】

制御回路７６は、基部１２におけるコンポーネントに制御信号を供給し、入力／出力回路７４からのデータを表示装置１０における適切なコンポーネントに送出する。従って、制御回路７６は、光源６４がオン／オフにされるときを決定する制御信号を光源６４に供給する。さらに、回路７６は、表示装置１０におけるコンポーネントの動作の指示を記憶するメモリを含み、該メモリにアクセスする。たとえば、回路７４は、記憶されている熱調整指示に従ってファン２４を制御する制御信号を供給する。１以上のセンサが基部１２に配置され、熱の調整を容易にする。例えば、温度センサは、温度レベルをモニタし、制御回路７６により制御されるように、基部１２における閉じたループの温度制御に参加するため、回路７４及び７６の近くに配置される。

【0054】

入力／出力回路７４及び入力／出力インタフェース７８は、表示装置１０と、ビデオデータを搬送するビデオ信号を出力する装置との間の通信を可能にする。たとえば、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、パーソナルデジタルアシスタント（PDA）、携帯電話、ビデオゲームコンソール、デジタルカメラ、デジタルビデオレコーダ、DVDプレーヤ、VCRは、表示装置１０にビデオデータを出力するのに適している。制御回路７６に提供されるビデオデータは、アナログ又はデジタル形式である。幾つかのケースでは、入力／出力回路７４及び制御回路７６は、アナログビデオ信号を、液晶ディスプレイ「LCDデバイス」又はデジタルマイクロミラーデバイス「DMD」のような表示装置１０に含まれる光変調装置のデジタル制御に適した、デジタルビデオ信号に変換する。従って、入力／出力回路７４又は制御回路７６は、S-Videoケーブリング又はデジタルビデオ信号向けに要求される処理ロジックのような特定のコネクタタイプのサポートソフトウェア及びロジックを含む。また、制御回路７６は、到来するデータタイプの変換を容易にし、表示装置１０のビデオ互換性を向上するメモリを含み、該メモリにアクセスする。制御回路７６によりアクセスされるメモリにおいて記憶された変換指示を有する適切なビデオフォーマットは、たとえば、NTSC、PAL、SECAM、EDTV及びHDTV（1080i及び720pRGBHV）を含む。

【0055】

光源６４（図５）における光の生成のためにレーザが使用されるとき、制御回路７６は、１以上の入力／出力インタフェース７８及び入力／出力回路７４を介して信号に含まれるビデオデータを受信し、該データを色のフレームシーケンシャルデータに変換し、フレームシーケンシャルデータを伝送のためにそれぞれの光変調装置１０２（図８）及びそれぞれのレーザ９６に同期させる。１つの光ファイバが赤、緑及び青の光を時間制御されたシーケンシャルな順序で送信する、レーザ９６と光変調装置１０２との間の１つの経路の設計において、これは、光変調装置１０２に送出されるデータのタイミングとレーザ９６に送出されるオン−オフコマンドとを同期させることを含む。

【0056】

図８は、本発明の幾つかの実施の形態に係る、その円筒形の軸に沿って投影チャンバ１４の垂直方向の中間点を通して取られた、図２の投影チャンバ１４におけるコンポーネントの簡略化された側面図を示す。図９は、表示装置１０内のコンポーネントを示すために、２つの位置インタフェース９１６及び下側の投影チャンバの断面による表示装置９２０の正面図を示す。投影チャンバ９１４は、光変調装置、光ファイバインタフェース９０４、リレー光学系９０６及び９０８、プリズム構造９１０、投影レンズ系、制御及び電力ケーブル及びエアダクトを含む。

【0057】

装置について示された何れかの投影ヘッドを参照して、光ファイバケーブル７２は、光ファイバインタフェース９０４に取り付けられ、リレー光学系９０６に光を出力する。１実施の形態では、光ファイバインタフェース９０４でのアタッチメントと基部におけるアタッチメントとの間の光ファイバケーブル９７２について緩みが提供されるように、光ファイバインタフェース９０４は、光ファイバケーブル９７２を固定する。緩みにより、光ファイバケーブル９７２は、基部１２に関する投影チャンバ９１４の様々な位置について位置インタフェース９１６と屈曲するのを可能にする。

【0058】

光ファイバケーブル９７２と光ファイバインタフェース９０４は、光源により生成された光をプリズム９１０に向ける。１実施の形態では、光ファイバケーブル９７２及びインタフェース９０４は、プリズム９１０の入射表面に垂直である入射光の光経路を提供するように、プリズム９１０に関して構成される。幾つかのデジタルマイクロミラーの光変調器の設計は、投影経路９３１ａ及び９３１ｂに沿った光出力を可能にするため、到来する光がその光反射表面の上又は下の何れかから光変調器に入射するのを必要とする。投影出力の筐体９１４のレシーブインタフェース及び光ファイバインタフェース９０４は、この要件を緩和し、光ファイバインタフェース９０４がプリズム１１０に関して特定の所望の角度で光を光変調装置に向けるように、設計者がレシーブインタフェースに光ファイバケーブル９７２と光ファイバインタフェース９０４を配置するのを可能にする。たとえば、光ファイバインタフェース９０４は、プリズム９１０の入射表面に垂直な入射光経路を提供し、光変調装置に関して４５°の角度を有するようにレシーブインタフェースに結合される（たとえばプリズム９１０は、投影経路９３１ａ又は９３１ｂに関して４５°の角度で回転される）。光ファイバインタフェース９０４とレシービングインタフェースとの間のアタッチメントは、位置インタフェース９１６の再ポジショニングにより引き起こされるその長さに沿った光ファイバケーブル７２の位置の変化にも係らず、所望の到来する光の角度を維持する。

【0059】

リレー光学系９０６及び９０８は、光ファイバケーブル９７２から受けた光を、プリズム構造９１０及び光変調装置９０２への伝送に適した光に変換する。これは、１以上のレンズを使用して、光ファイバケーブル９７２から受けた光束を成形及びサイズ変更をすることを含む。

【0060】

別の実施の形態では、表示装置９２０は、光源とプリズム９１０との間の光経路に配置されたフライアイレンズのペアを含む。累積的に、フライアイレンズのペアは、光ファイバケーブル７２から受けた光を光変調装置に伝送された光束に一様に分散させる。特定の実施の形態では、フライアイレンズのペアは、光ファイバケーブル７２に配置される。第一のフライアイレンズは、基部１２における光ファイバインタフェースに配置され、ランプ又はダイオードアレイから光を受け、全体の入力の光束を、入口の光束の全体の領域の一部をそれぞれ含むブロック又はコンポーネントのセットに空間的に分割する。次いで、それぞれのブロック又はコンポーネントの光は、それ自身の光ファイバケーブル９７２に進む。第二のフライアイレンズは、同数のブロック又はコンポーネントを含み、リレーレンズ９０６で配置される。第二のフライアイレンズは、それぞれのブロック又はコンポーネントについて光ファイバケーブルを受け、それぞれのコンポーネントからの光が、光変調装置及び投影された画像のダウンストリームの大きさに及ぶように広がるように、それぞれのコンポーネントについて光を出力する。

【0061】

プリズム構造９１０は、予め決定された角度で光変調装置に光を供給する光変調システムである。また、プリズム構造９１０は、光変調装置から投影レンズ系に投影経路９３１ａ及び９３１ｂに沿って光を伝送する。プリズム構造９１０は、エアスペース又はボンディング界面により分離されるプリズムコンポーネントを含む。インタフェースは、光変調装置に向けて光ファイバケーブル９７２（及び完結的なリレー光学系）から供給された光を反射するように係る角度で配置される。さらに、インタフェースは、光変調装置により反射された光が、投影経路９３１ａ又は９３１ｂに沿って投影レンズ系に伝送されるのを可能にする。

【0062】

光変調装置は、投影経路９３１ａ又は９３１ｂに沿って出力画像を提供するために光を選択的に伝送する。そのようにするため、光変調装置には、ビデオ信号に含まれるビデオデータが供給され、ビデオデータに従って光を選択的に伝送する。ビデオデータは、個々の画素値に従ってフレーム毎に光変調装置に供給される。ビデオデータがこのフォーマットで表示装置９２０により受信されない場合、基部１２における制御回路は、ビデオデータを光変調装置の動作のために適したフォーマットに変換する。実施の形態において、それぞれが出力画像の個々の画素に対応している光変調装置１０２における個々の光変調エレメントは、受けたデジタル化された画素値を、それぞれの画素について対応する光出力値に変換する。

【0063】

特定の実施の形態では、光変調装置は、Texas Instruments Incから市販されているデジタルマイクロミラーデバイス（又はDMD（登録商標））のようなミラーに基づく光変調装置である。この場合、光変調装置は、小さなアルミニウム製のマイクロメカニカルミラーの矩形のアレイを有しており、それぞれのマイクロメカニカルミラーは、ヒンジで連結された軸に関して個々に偏向し、投影経路９３１ａに出力画像の光を選択的に反射し、投影経路９３１ｂから離れて非画像の光を反射する。それぞれのミラーの偏向状態又は角度は、基礎となるアドレス指定回路及びミラーリセット信号のメモリ内容を変えることで個々に制御される。ミラーのアレイは、それぞれのミラーがビデオ画像における単一の画素の光出力に関与するように配置される。画素出力に対応する制御信号は、それぞれのミラーの周辺において配置される電極を制御するために供給され、これにより、画素毎にビデオデータに従って、電磁力により個々のミラーを選択的に偏向させる。それぞれのミラーにより反射される光は、プリズム構造９１０を通して投影経路９３１ａ又は９３１ｂに沿って送信され、投影レンズ系を使用して投影出力９１４から外れる。

【0064】

コントローラは、光変調装置に付属されており、それぞれのマイクロメカニカルミラーを、それぞれの画素の画素ビデオデータに対応する所望の光反射状態に向ける制御電気信号を供給する。制御及び電力ケーブルは、コントローラと基部における制御回路との間の電気通信を提供する。従って、ケーブル及び電力ケーブルに含まれる少なくとも１つの電気コネクタは、投影チャンバ９１４においてコントローラに結合され、基部における回路に結合され、それらの間で電気通信を提供する。制御及び電力ケーブルにおける電力ラインは、投影チャンバ９１４における光変調装置と基部における電源との間で延び、電源から光変調装置に電力を供給する。制御及び電力ケーブルは、制御及び電力ケーブルが投影チャンバ９１４の任意の位置について制御及び電力ケーブルに衝突することなしに通過するのを可能にする１以上のホール及び開口を含む位置インタフェース９１６を進行する。１実施の形態では、制御及び電力ケーブルは、ワイヤを更に保護するために位置インタフェース９１６におけるプラスチックチューブを通過する。

【0065】

光変調装置の照明角は、光ファイバインタフェース９０４の出力方向、リレー光学系９０６及び９０８の配置、並びにプリズム構造９１０の面により設定される。光変調装置の個々のミラーによる光反射の後、反射された光は、投影経路９３１ａ又は９３１ｂに沿ってレンズに向かってプリズム構造９１０を出る。

【0066】

図８に示されるように、光変調装置１０２に最も近い投影チャンバの筐体の後部にベント１１８が設けられている。エアダクト１２２は、光変調装置１０２及びコントローラ１１４に最も近い高圧端、及び基部１２に配置される低圧端を含む。図５に関して上述されたように、ファン６２ａ及び６２ｂは、基部１２内から空気を引き込み、排気ベント２４ｂから空気を排出し、排気ベントは、アンビエントルーム又は周辺に関して基部１２における陰圧を形成する。それに応じて、ファン６２ａ及び６２ｂは、ベント１１８のために室内圧力で置かれる、投影チャンバ１４における反対の端部に関して基部１２にエアダクト１２２の端について陰圧を形成する。基部１２におけるエアダクト１２２の一方の端と、光変調装置１０２の周りのスペース１２５における他方の端を配置することで、ファン６２は、スペース１２５から空気を引き込み、光変調装置１０２を冷却する。累積的に、冷却用空気は、投影チャンバ１４を囲んでいる周辺から、ベント１１８を通して、光変調装置１０２を囲んでいるスペース１２５に引き込まれ、端１２２ａにあるダクト１２２に引き込まれ、ダクト１２２を通して、端１２２ｂでダクト１２２を出て基部１２に引き込まれ、エアベント２４ｂを出る。継続的に、作動しているファン６２は、端１２２ａに関して低圧で端１２２ｂを保持し、光変調装置１０２の連続的な冷却を提供する。

【0067】

投影レンズ系１１２は、投影経路３１に沿って光変調装置により送出される光を出力する投影経路３１に沿って配置される。投影レンズ系１１２は、受信表面に投影された画像が出力光投影レンズ３７から受信表面への距離が増加するにつれて拡大されるように、投影経路３１に沿って光変調装置１０２により送出される画像の光を操作する。投影レンズ系１１２は、レンズ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ、及び出力光投影レンズ３７を含み、それぞれのレンズは、投影経路３１に沿って中心的に、且つ直交して配置される。それぞれのレンズ間の距離は、多数のレンズが使用されるとき、出力光投影レンズ３７からの所望の噴射角度につれて変化する。１実施の形態では、表示装置１０は、約６インチと約１５フィートとの間のような短い投げ出し角について設計される。表示装置１０は、ユーザが投影レンズ系１１２からの出力を手動で焦点合わせし、手動でズームするのを可能にする１以上のボタン又はツールを含む。また、投影チャンバ１４は、光変調装置１０２と、投影経路３１に向かって装置１０２により反射された画像の光を集束するプリズム１１０との間にレンズを含む。これにより、出力レンズ１１２の直径を低減することができ、投影チャンバ１４の直径及びサイズを対応して低減することができる。

【0068】

幾つかの他の実施の形態では、他のタイプの光変調器及び光経路の設計が採用される場合がある。たとえば、光ファイバケーブル７２は、３原色の専用のLCD光変調器、又は３原色の専用のDMD光変調器に光を送出する複数の光経路の設計のために構成される。LCD光変調装置の場合、光の選択的な伝送は、画素毎に液晶媒体を通して光の選択的な透過を含む。

【0069】

さらに、基部１２は投影機能に専用となるコンポーネントに関して主に記載されたが、基部１２は、大型システムに包括的であるか、又は表示システム１０の出力に向けられないコンポーネントを含む。たとえば、基部１２は、投影機能のためのコンポーネント、及び、デスクトップコンピュータのようなコンピュータシステムにおけるコンピュータ機能のためのコンポーネントを含むコンピュータ筐体の一部である場合がある。コンピュータ機能のコンポーネントは、プロセッサ、ハードドライブ、１以上のインタフェース及び制御ボード、ディスク又はフロプティカルドライブ等を含む。この場合、筐体２０は、結合された機能及びコンポーネントを収容するためにかなり大きい。さらに、電源と、筐体における空気の移動のために使用されるファンのような幾つかのコンポーネントが共有される場合がある。

【0070】

受信表面１３及び１５の構成は、異なる投影環境により変化する場合がある。図１０は、前部の受信表面と後部の受信表面との別の例示的な構成を示す。図１０は、２つの曲線状の表面５４２及び６４４にビデオ画像を投影する投影型の立体装置１０を示す。前部の受信表面６４２と後部の受信表面６４４は、互いに予め決定された距離ｄ1で配置される。ビューアが受信表面の前で投影された画像を楽しむことができるように、２つの曲線状の表面は、実質的に同じ半径の曲率を有する。

【0071】

ビデオ画像のソースは、実施の形態により変化する場合がある。図１１は、本発明の１実施の形態に係る、カメラ５７により撮影されたオブジェクトを例示する斜視図である。半球のオブジェクト５２及び円筒形のオブジェクト５４は、互いにZ方向において予め決定された距離で配置されるようにテーブル５６に配置される。幾つかの実施の形態では、近いオブジェクト及び遠いオブジェクトは、図１２に示されるように異なるカメラ５８ａ及び５８ｂにより記録される。近いオブジェクトと遠いオブジェクトの360°の視界を個別に撮影することができるように、カメラ５８ａ及び５８ｂは、ライン５９ａ及び５９ｂにそれぞれ搭載される。更に幾つかの実施の形態では、ビデオ画像のソースは、ビデオレコードではないが、たとえばゲームコンソールといったコンピュータで生成された画像である。ゲームコンソールは、その3Dモデルからそれぞれのオブジェクトの360°の視界を計算し、従って、それぞれのオブジェクトの360°の視界を包括的に記憶するメモリを割り当てる必要がない。しかし、視差の表現から得られるビデオを生成する様々な方法が存在し、本明細書における様々な実施の形態は、特定の種類のグラフィカル、画像又はビデオコンテンツに限定されるものではない。

【0072】

図１３は、本発明の１実施の形態に係る、投影型の立体表示システム６０の斜視図を示す。投影型の立体表示システム６０は、表示装置１０、互いに予め決定された距離ｄで配置される第一の受信表面１３及び第二の受信表面６０を含む。１実施の形態では、投影型の立体表示システム６０は、単一のカメラにより撮影された原画像を第一の画像８３及び第二の画像８４に分離することで立体画像を生成し、第一の画像８３と第二の画像８４とを第一の受信表面１３と第二の受信表面１５にそれぞれ個別に投影する。原画像は、入力／出力インタフェース７８を介してプロジェクタ１０ａに入力される。他の実施の形態では、第一の画像８３と第二の画像８４は、異なるカメラから捕捉される。

【0073】

図１４は、投影型の立体表示システムの斜視図の別の実施の形態を示す。この実施の形態では、全体の円筒型のオブジェクトは、受信表面１５に投影され、ビューアは、半球のオブジェクトによりブロックされる円筒形のオブジェクトの一部を見る。

【0074】

図１５は、１つのビデオストリームの入力を有するときの、プロジェクタ１０ａの簡略化された概念図である。プロジェクタ１０ａは、オブジェクト認識モジュール及び階層化モジュールを更に含む。これら２つのモジュールは、制御回路７６に結合されるか、又は制御回路７６で確立される。オブジェクト認識モジュールは、ビデオデータからオブジェクトを識別する。たとえば、図１７Ａに示されるビデオデータは、プロジェクタ１０ａに入力される。オブジェクト認識モジュールは、半球のオブジェクト７２、円筒型のオブジェクト７４が存在することを識別し、テーブル７６は、ビデオデータに含まれる。階層化モジュールは、ビデオデータから近いオブジェクトを抽出して第一のビデオ信号を形成し、ビデオデータの残りを第二のビデオ信号として形成する。たとえば、半球のオブジェクト５２及びテーブル５６は、円筒型のオブジェクト５４よりもビューアに近い。次いで、階層化モジュールは、図１７Ｂに示されるように、ビデオデータから半球のオブジェクト５２とテーブル５６を抽出して第一のビデオ信号を形成し、図１７Ｃに示されるように、第一のビデオ信号以外のオブジェクト残りを第二のビデオ信号として残す。第一の光変調装置は、第一のビデオ信号に従って光を変調し、第二の光変調装置は、第二のビデオ信号に従って光を変調する。

【0075】

図１６は、第一のビデオデータと第二のビデオデータとを有するとき、別の簡略化された概念図を示す。この実施の形態では、図１７Ｂ及び図１７Ｃに示されるビデオデータは、プロジェクタ１０ａにそれぞれ入力される。プロジェクタ１０ａに入力されるビデオデータは、ビデオレコード又はコンピュータで生成されたグラフィックである。

【0076】

２つの投影画像のアライメントは、投影チャンバを手動的に調節することで行われる。他の実施の形態では、投影画像は、自動化されたキャリブレーションにより揃えられる。図１８は、本発明の１実施の形態に係る、画像のアライメントの例示的な構成を示す。たとえば、プロジェクタ１０ａは、一度に第一の画像又は第二の画像の何れかを投影する。第一の画像又は第二の画像は、アライメントプロセスを簡略化するための基準線とすることができる。たとえばプロジェクタに含まれるカメラのような入力／出力インタフェースを介して受信された画像は、プロジェクタ１０ａに送出される。次いで、カメラ画像は、プロジェクタ１０ａのイメージアライメントモードにより処理される。

【0077】

イメージアライメントモジュールは、投影チャンバの調節されるべき角度を決定し、次いで、決定された角度を投影ヘッドの位置コントローラに送出する。１実施の形態では、イメージアライメントモジュールは、画像認識モジュール、算術ユニット、及びパラメータキャリブレータを有する。画像認識モジュールは、第一の投影された画像と第二の投影された画像の３次元座標を識別する。算術ユニットは、第一の投影された画像と第二の投影された画像のｘ，ｙ及びｘ座標における差を計算する。次いで、パラメータキャリブレータは、投影チャンバが調節されるべき角度を表すパラメータのセットを決定する。パラメータは、２つの投影ヘッド又はそれぞれの画像のアライメントを改善するために、投影ヘッドの位置コントローラに送出される。

【0078】

立体表示の良好な知覚を達成するため、互いに関連した投影されたオブジェクトの位置は、ビューアの相対的な角度の位置における変化のために、シフトするように見える。この人間の知覚特性は、運動視差とも呼ばれる。ビューアが動いているとき、ビューアに近いオブジェクトは、遠方にあるオブジェクトよりも視野にわたり更に遠くに動くため、運動視差は、ビューアに奥行き知覚を提供する。図１９は、受信表面に関するビューア１５４の位置の変化を例示する。図２１Ａ及び図２１Ｂは、ビューアがｘ軸に沿って移動しているときに運動視差がどのように提示されるかを例示する。図２１Ａは、公園のベンチ１０４（前部の画像）が木１０６（後部の画像）の下に位置される投影された画像を例示する。図２１Ｂは、投影された画像の前にあるｘ軸に沿ってビューアが動いているときの異なる投影された画像を示す。公園のベンチ１０４は、もはや木１０６の下にはなく、木から横方向に離れた距離にある。

【0079】

図２０は、運動視差をインタラクティブに示す表示システムの例示的なブロック図を示す。プロジェクタ１０ａは、第一の表面と第二の表面に第一の画像と第二の画像をそれぞれ投影する少なくとも２つの投影レンズ１１２ａ及び１１２ｂを有する。更新されたビデオ画像は、運動視差の表現を表示するために、光変調装置１０２ａ及び１０２ｂに送出される。イメージデータベースは、１以上のカメラから撮影されたビデオ画像から、又はコンピュータで生成されたグラフィックスから構築される。

【0080】

上述されたものは、本発明の例を含んでいる。本発明を説明するために全ての認識可能なコンポーネント又は方法の組み合わせを記載することが可能ではないが、当業者であれば、本発明の多くの更なる組み合わせ及び置き換えが可能であることを認識されるであろう。したがって、本発明は、特許請求の範囲に含まれる全ての係る修正、変更及び変形を包含することが意図される。さらに、用語「含む“include”」が詳細な説明又は請求項で使用される範囲で、係る用語は、用語「備える“comprising”」に類似したやり方で包括的であることが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17A】

【図17B】

【図17C】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21A】

【図21B】