特許 5719650 投射型ディスプレイおよび全体像を表示する方法

(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】5719650

(24)【登録日】2015年3月27日

(45)【発行日】2015年5月20日

(54)【発明の名称】投射型ディスプレイおよび全体像を表示する方法

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/00 20060101AFI20150430BHJP

   G02B 3/00 20060101ALI20150430BHJP

   G02B 5/04 20060101ALI20150430BHJP

   G02B 27/18 20060101ALI20150430BHJP

   G02F 1/13 20060101ALI20150430BHJP

   G02F 1/1335 20060101ALI20150430BHJP

   G09G 3/36 20060101ALI20150430BHJP

   G09G 3/20 20060101ALI20150430BHJP

   G09G 3/34 20060101ALI20150430BHJP

【ＦＩ】

   G03B21/00 D

   G02B3/00 A

   G02B5/04 B

   G02B27/18 A

   G02F1/13 505

   G02F1/1335

   G09G3/36

   G09G3/20 680C

   G09G3/34 J

   G09G3/20 642E

   G09G3/20 642J

【請求項の数】27

【外国語出願】

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2011-65300(P2011-65300)

(22)【出願日】2011年3月24日

(65)【公開番号】特開2012-3232(P2012-3232A)

(43)【公開日】2012年1月5日

【審査請求日】2011年3月24日

(31)【優先権主張番号】10 2010 030 138.8

(32)【優先日】2010年6月15日

(33)【優先権主張国】DE

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】591037214

【氏名又は名称】フラウンホッファー−ゲゼルシャフト ツァ フェルダールング デァ アンゲヴァンテン フォアシュンク エー．ファオ

(74)【代理人】

【識別番号】100079577

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 全啓

(72)【発明者】

【氏名】ジーラー マルセル

(72)【発明者】

【氏名】シュライバー ペーター

(72)【発明者】

【氏名】フェルスター エリック

【審査官】 佐竹 政彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−２８６１４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１２２６４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１７８３４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｂ ２１／００−２１／１０、２１／１３４−２１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源（１１０）と、
前記光源の光を反射することによって、反射型画像生成器（１２０）のサブエリア（１２４）の二次元分布（１２２）に部分画像を表示するように構成された前記反射型画像生成器（１２０）であって、各部分画像は、複数のピクセルを含む、前記反射型画像生成器（１２０）と、
前記部分画像の像が全体像（１６０）を形成するために像面（１５０）内で重畳するように、光学投射素子（１３４）の二次元配列（１３２）を有し、前記画像生成器（１２０）の関連するサブエリアを、前記像面（１５０）上に投射するように構成された、投射光学素子の配列（１３０）と、
前記光源の前記光が、サブエリアの前記二次元分布に向かって第１のビームスプリッタを通過し、サブエリアの前記二次元分布の前記投射が、サブエリアの前記二次元分布の各々に対し、前記第１のビームスプリッタを貫通するように、一方では前記反射型画像生成器（１２０）と光学投射素子（１３４）の前記二次元配列（１３２）との間の光路の範囲内に、そして、他方では前記光源（１１０）とサブエリアの前記二次元分布との間の前記光路の範囲内に、配置された一つの第１のビームスプリッタ（１４０）と、を含むこと、を特徴とする、投射型ディスプレイ（１００）。

【請求項2】

前記第１のビームスプリッタ（１４２）は、偏光効果を有することと、前記反射型画像生成器（１２１）は、前記光源の前記光の前記偏光に影響を及ぼすことによって、前記部分画像を表示するように構成されることと、とを特徴とする、請求項１に記載の投射型ディスプレイ。

【請求項3】

前記光学投射素子（１３４）は、前記関連するサブエリア（１２４）に関する偏心（１３５）を含むことと、前記光学投射素子（１３４）の中心間距離（ｐ_PL）は、前記像面（１５０）内で重畳している前記全体像（１６２）が実像であるように、前記関連するサブエリア（１２４）の中心間距離（ｐ_OBJ）より小さいことと、を特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の投射型ディスプレイ。

【請求項4】

前記光学投射素子（１３４）は、前記関連するサブエリア（１２４）に関する偏心（１３７）を含むことと、前記光学投射素子（１３４）の前記中心間距離（ｐ_PL）は、前記像面（１５０）内で重畳している前記全体像（２０２）が虚像であるように、前記関連するサブエリア（１２４）の前記中心間距離（ｐ_OBJ）に比べて大きい、又は、等しいことと、を特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の投射型ディスプレイ。

【請求項5】

前記光学投射素子（１３４）は、前記関連するサブエリア（１２４）に関して、中心を合わされ、そしてコリメーティング効果を有すること、を特徴とする、請求項１、請求項２および請求項４のいずれかに記載の投射型ディスプレイ。

【請求項6】

前記投射光学素子の配列（１３０）は、全面的なレンズを更に含み、前記全面的なレンズは、光学投射素子の前記二次元配列より下流側に連結しており、そして、光学投射素子の前記二次元配列と連携していることを特徴とし、前記全面的なレンズは、前記全体像の前記像面が前記全面的なレンズの焦点面内に位置決めされるために、前記光学投射素子からの平行なビームを再び集光するように構成され、前記光学投射素子（１３４）は、前記関連するサブエリア（１２４）に関して中心に合わされ、そしてコリメーティング効果を有すること、を特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の投射型ディスプレイ。

【請求項7】

投射距離が調節可能であるように、前記全面的なレンズ（３１０、３１２）は、可変の焦点距離を有する光学素子として構成されること、を特徴とする、請求項６に記載の投射型ディスプレイ。

【請求項8】

可変の焦点距離を有する前記光学素子は、ズーム対物又は流体レンズであること、を特徴とする、請求項７に記載の投射型ディスプレイ。

【請求項9】

各光学投射素子（４１４）は、前記各光学投射素子の開口に対して偏心化されたレンズ凸部頂点（４１５）を有することを特徴とし、前記レンズが、前記部分画像の前記像が前記全体像（１６０）を形成するために重畳する前記像面（１５０）上に投射される前記各サブエリアの前記部分画像をもたらすように、前記レンズ凸部頂点（４１５）の中心間距離は、前記関連するサブエリア（１２４）の前記中心間距離よりも大きいか、あるいは、小さいこと、を特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の投射型ディスプレイ。

【請求項10】

前記光学投射素子（１３４）と関連した視野レンズ（６１２）の二次元配列（６１０）は、光学投射素子の前記二次元配列（１３２）の各光学投射素子（１３４）のケーラー照明が得られるように、前記反射型画像生成器（１２０）と前記第１のビームスプリッタ（１４０）との間に、配置されること、を特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれかに記載の投射型ディスプレイ。

【請求項11】

前記視野レンズ（６１２）の焦点距離（ｆ_FL）は、前記光学投射素子（１３４）の焦点距離（ｆ_PL）の１．５〜２．５倍であること、を特徴とする、請求項１０に記載の投射型ディスプレイ。

【請求項12】

第２のビームスプリッタ（８２０）をさらに含み、
前記反射型画像生成器は、前記光源の光を反射することにより、前記反射型画像生成器のさらなるサブエリアのさらなる二次元分布におけるさらなる部分画像を表示するように構成され、かつ、前記投射光学素子の配置は、さらなる光学投射素子のさらなる二次元配置を有し、前記第２のビームスプリッタは、一方では前記さらなる反射型画像生成器とさらなる光学投射素子の前記さらなる二次元配列との間に、そして、他方では前記光源と前記さらなる反射型画像生成器（１２０）との間に、配置され、その結果、前記光源の光が、さらなるサブエリアの前記さらなる二次元分布に対し前記第２のビームスプリッタを貫通し、さらなるサブエリアの前記さらなる二次元分布の前記放射は、さらなるサブエリアの前記さらなる二次元分布の各々に対し、前記第２のビームスプリッタを貫通し、前記投射型ディスプレイは、さらに、前記光源（１１０）により発せられた光の、前記第１のビームスプリッタ（８１０）を介して送られた偏光成分の偏光方向が、半波長板（８３０）を通過する間に９０度回転させられるように、前記第１のビームスプリッタ（８１０）と前記第２のビームスプリッタ（８２０）の間に配置された前記半波長板（８３０）を含み、前記第１のビームスプリッタ（８１０）および前記第２のビームスプリッタ（８２０）は、前記光源（１１０）の方向から来て、前記光源（１１０）により発せられた前記光のうちの、前記第１のビームスプリッタ（８１０）を透過した、前記偏光成分の前記偏光方向に対して垂直である偏光方向を有する光を、前記反射型画像生成器（１２０）の方向に反射するように構成されること、を特徴とする、請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の投射型ディスプレイ。

【請求項13】

さらなる光源（７２０）および第２のビームスプリッタ（７４０）をさらに含み、
前記反射型画像生成器は、前記光源の光を反射することにより、前記反射型画像生成器のさらなるサブエリアのさらなる二次元分布におけるさらなる部分画像を表示するように構成され、前記投射光学素子の配列は、さらなる光学投射素子のさらなる二次元配列を有し、前記第２のビームスプリッタは、前記反射型画像生成器（１２０）とさらなる光学投射素子のさらなる二次元配列（１３２）との間に配置され、前記第２のビームスプリッタ（７４０）は前記第２の光源（７２０）と前記反射型画像生成器（１２０）のさらなるサブエリアの前記さらなる二次元分布との間に配置されること、を特徴とする、請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の投射型ディスプレイ。

【請求項14】

前記反射型画像生成器（９５０）は、前記部分画像を表示するように構成されることと、前記光源（９０５）は、フレームごとに異なる色成分を順次表示するように構成されることと、を特徴とする、請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の投射型ディスプレイ。

【請求項15】

前記光源（１１０）、前記第１のビームスプリッタ（１４０）、前記投射光学素子の配列（１３０）、および、前記反射型画像生成器（１２０）は、前記反射型画像生成器（１２０）の少なくとも２つのサブエリアからの反射光が同一のカラースペクトルを有するように構成されること、を特徴とする、請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の投射型ディスプレイ。

【請求項16】

前記光源（７１０、７２０）は、前記反射型画像生成器（１２０）の異なるサブエリア（７５０、７６０）が異なる色成分で照射されるように配置されること、を特徴とする、請求項１〜請求項１５のいずれかに記載の投射型ディスプレイ。

【請求項17】

前記反射型画像生成器（１２０）は、部分画像（１０３２―１、１０３２―２、１０３２―３）のグループを表示するように構成され、それら部分画像の各々は、画像内容の色成分のグレースケール値を表し、部分画像（１０３２―１、１０３２―２、１０３２―３）のグループの各々は、それに関連したカラーフィルタ（１０２２―１、１０２２―２、１０２２―３）を有し、その結果、部分画像（１０３２―１、１０３２―２、１０３２―３）の前記グループが前記各色成分通りにフィルタにかけられ、その結果、前記像面（１５０）内で重畳している前記全体像（１６０）が混色を表すこと、を特徴とする、請求項１〜請求項１６のいずれかに記載の投射型ディスプレイ。

【請求項18】

前記反射型画像生成器（１２０）と前記投射光学素子の配列（１３０）は、異なるサブエリアからの同一の部分画像がピクセルに正確に重畳されるように構成されること、を特徴とする、請求項１〜請求項１７のいずれかに記載の投射型ディスプレイ。

【請求項19】

投射される画像を受けるように構成された前記投射型ディスプレイであって、前記画像は、第１のグレー／カラースケール解像度を有し、前記反射型画像生成器（１２０）は、前記第１のグレー／カラースケール解像度よりも小さい第２のグレー／カラースケール解像度で前記部分画像（２０ａ、２０ｂ；２２ａ、２２ｂ）を表示するように構成され、前記投射型ディスプレイは、前記投射される画像のピクセルにおけるグレー／カラースケール値に応じて、前記サブエリアを制御するように構成され、そうすると、前記全体像（２１、２３）において、前記部分画像が合計して、前記ピクセルに対応している位置において、前記投射される画像の前記ピクセルにおける前記グレー／カラースケール値に対応する合計されたグレー／カラースケール値となること、を特徴とする、請求項１〜請求項１８のいずれかに記載の投射型ディスプレイ。

【請求項20】

前記反射型画像生成器（１２０）および前記投射光学素子の配列（１３０）は、前記像面（１５０）内の前記部分画像の前記像が、相互のサブピクセルのオフセットを有して互いに重畳するように構成されることを特徴とし、前記光学投射素子（１３４）は、前記像面（１５０）内で重畳している前記全体像（１９）が前記部分画像よりも高い解像度を有するように、前記関連するサブエリア（１２４）に関して偏心を有すること、を特徴とする、請求項１〜請求項１７のいずれかに記載の投射型ディスプレイ。

【請求項21】

前記反射型画像生成器（１５００）は、サブエリア（１５３０―１、１５３０―２）の前記二次元分布を調整するための異なるモードを含み、その結果、前記光学投射素子（１５２０）と前記関連するサブエリアとの間の偏心が、前記反射型画像生成器の前記異なるモードである第１のモードから第２のモードまで変化して、前記反射型画像生成器（１５００）の前記異なるモードである前記第１のモードおよび前記第２のモードにおいて異なる投射距離および／または異なる拡大率を得ること、を特徴とする、請求項１〜請求項２０のいずれかに記載の投射型ディスプレイ。

【請求項22】

前記第１のビームスプリッタは、分散性材料でできていることと、サブエリアの異なるグループ（７５０、７６０）は異なるカラースペクトルで前記全体像に寄与することと、光学投射素子（７５５、７６５）の前記二次元配列（１３２）内に、相互に異なるカラースペクトルで前記全体像に寄与するサブエリア（７５０、７６０）を投射する光学投射素子は、前記反射型画像生成器から同一の幾何的距離に配置されるが、前記各カラースペクトルのために、前記反射型画像生成器と前記光学投射素子との間の光路長の差のバランスをとるために、それらの焦点距離に関しては互いに異なることと、を特徴とする、請求項１〜請求項２１のいずれかに記載の投射型ディスプレイ。

【請求項23】

前記第１のビームスプリッタは、分散性材料でできていることと、サブエリアの異なるグループ（７５０、７６０）は異なるカラースペクトルで前記全体像に寄与することと、光学投射素子（７５５、７６５）の前記二次元配列（１３２）の範囲内で、相互に異なるカラースペクトルで前記全体像に寄与するサブエリア（７５０、７６０）を投射する光学投射素子は、同一の焦点距離を有するが、前記各カラースペクトルのために、前記反射型画像生成器と前記光学投射素子との間の光路長を適合するために、前記反射型画像生成器からの相互に異なる幾何的距離に配置されること、を特徴とする、請求項１〜請求項２１のいずれかに記載の投射型ディスプレイ。

【請求項24】

サブエリアの異なるグループ（７５０、７６０）は異なるカラースペクトルで前記全体像に寄与することと、前記反射型画像生成器（１２０）は、前記部分画像のサイズが前記像面（１５０）内で互いに整合されるために、前記異なるカラースペクトルのうちの第１のもので前記全体像に寄与しているサブエリア（７５０）のサイズが、前記異なるカラースペクトルの前記第１の異なるものとは異なっている第２のカラースペクトルで前記全体像に寄与しているサブエリア（７６０）のサイズとは異なるように、構成されること、を特徴とする、請求項１〜請求項２３のいずれかに記載の投射型ディスプレイ。

【請求項25】

光学投射素子の前記二次元配列（１３２）において、前記光学投射素子（１３４）は、前記反射型画像生成器（１２０）および前記投射光学素子の配列（１３０）の光軸（１０１）からの前記光学投射素子の前記距離が増加するにつれて増加する程度で、ピンぼけおよび／または非点収差および／またはコマ収差に関して補正されること、を特徴とする、請求項１〜請求項２４のいずれかに記載の投射型ディスプレイ。

【請求項26】

前記反射型画像生成器（１２０）は、前記像面（１５０）内の前記部分画像が等しい大きさに設定されるために、前記反射型画像生成器（１２０）および前記投射光学素子の配列（１３０）の前記光軸（１０１）からの前記距離が増加するにつれて、前記サブエリア（１２４）のサイズが連続的に変化するように構成されること、を特徴とする、請求項２５に記載の投射型ディスプレイ。

【請求項27】

全体像（１６０）を表示する方法（１６００）であって、
光源（１１０）を使用して光を供給するステップ（１６１０）と、
反射型画像生成器（１２０）を使用して、各部分画像が複数のピクセルを含む、前記反射型画像生成器（１２０）のサブエリア（１２４）の二次元分布（１２２）内に部分画像を表示するステップ（１６２０）と、
光学投射素子の二次元配列（１３２）を有する投射光学素子の配列（１３０）によって像面（１５０）に前記反射型画像生成器（１２０）のサブエリアを投射するステップ（１６３０）であって、前記サブエリアは、前記光学投射素子と関連し、その結果、前記部分画像の像が、前記像面（１５０）内で重畳して、全体像（１６０）を形成するステップ（１６３０）とを含み、
第１のビームスプリッタ（１４０）は、一方では前記反射型画像生成器（１２０）と光学投射素子の前記二次元配列（１３２）との間の光路、そして、他方では前記光源（１１０）とサブエリアの前記二次元分布との間の前記光路の範囲内に配置され、その結果、前記光源の前記光が、サブエリアの前記二次元分布に向かって前記第１のビームスプリッタを通過し、サブエリアの前記二次元分布の前記投射が、サブエリアの前記二次元分布の各々に対し、前記第１のビームスプリッタを貫通すること、を特徴とする、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、投射型ディスプレイ、および、全体像を表示する方法に関する。本発明の別の実施形態は、反射型液晶画像生成器および同上の利用に基づいた投射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

デジタルの反射型液晶ベースの画像生成器を用いて、スクリーンへの、又は、虚像としての、動画像内容の投射は、既知の発明に従って、投射する光チャンネル、又は、その光路が混色を実現するために光学投射素子より上流で結合する３本のチャンネルを有する投射装置に基づく。

【0003】

特に、米国特許出願公開第２００９／３２３０２８号は、色順次方法でＬＥＤ照射されるピコプロジェクタを示す。加えて、米国特許出願公開第２００９／２３７６１６号は、光学投射素子より上流で結合された３色のチャンネルを含んでいる投射型ディスプレイを説明する。

【0004】

【0005】

一般的な課題は、光学則（例：自然な口径食、収差）のため、単一チャンネルの投射システムに関して、投射されることになっている領域が増加するにつれて、同程度で系の設計長さが増加することであり、そして、そのことが小型化をより困難にすることである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

したがって、増加された輝度を可能にすると共に、より短い系の設計長さによって特徴づけられた投射型ディスプレイを提供することが、本発明の目的である。

【0007】

この目的は、請求項１に記載の投射型ディスプレイおよび請求項２９に記載の方法によって達成される。

【0008】

本発明の実施形態は、光源、反射型画像生成器のサブエリアの二次元分布にフレームを表すように構成された反射型画像生成器、光学投射素子の二次元配列を有し、また、フレームの像が像面内で全体像を形成するために重畳するために、投射する毎に像面上に画像生成器の関連するサブエリアを投射するように構成されている投射光学素子の配列、および、一方では反射型画像生成器と光学投射素子の二次元配列との間の光路に、他方では光源と反射型画像生成器との間の光路に配置されたビームスプリッタを含む投射型ディスプレイを提供する。

【0009】

本発明の核となる考えは、フレームが反射型画像生成器を使用してサブエリアの二次元分布に表され、そして、その画像生成器のサブエリアが、光学投射素子の二次元配列を有する投射光学素子の配列、フレームの像が像面内で全体像を形成するために互いに重畳するように、投射する毎に光学投射素子と関連する前記サブエリア、一方では反射型画像生成器と光学投射素子の二次元配列との間の光路、他方では光源と反射型画像生成器との間の光路に配置されたビームスプリッタにより像面上に投射されるときに、増加された輝度を同時に得ると共に、前述のより短い系の設計長さを得うる。この方法で、上述の小型化は容易となりうる。そして、そのことは非常に平らで、同時に、非常に明るい投射システムの実現を可能にする。

【0010】

本発明の別の実施形態において、投射型ディスプレイの光学投射素子は、像面内で重畳している全体像は、実像か虚像であるように、画像生成器の関連するサブエリアに関して偏心を有しうる。光学投射素子および画像生成器の関連するサブエリア間の偏心または中心の縮小または拡大によって、特に、全体像の投射距離は、像面内に調整されうる。

【0011】

本発明の別の実施形態において、投射光学素子の配列は、光学投射素子の二次元配列より下流側に連結しており、光学投射素子の二次元配列と連携している全面的なレンズを更に含みうる。そして、前記全面的なレンズは、全体像の像面が全面的なレンズの焦点面内に位置決めされるように、光学投射素子からの平行なビームを再び集光するように構成される。

【0012】

本発明の別の実施形態において、投射距離が調節可能であるように、下流側の全面的なレンズは、可変の焦点距離を有する光学素子として構成されうる。

【0013】

特に、可変の焦点距離を含んでいる光学素子は、ズーム対物又は流体レンズでありうる。この種の光学素子を使用することによって、同時に、異なる投射距離が、軸から遠いビームの減じられた口径食に関して調整されうる。

【0014】

本発明の別の実施形態において、光学投射素子は、関連するサブエリアに関して中心を合わされ、コリメーティング効果を有しうる。

【0015】

本発明の別の実施形態において、光学投射素子と関連した視野レンズの二次元配列は、反射型画像生成器およびビームスプリッタの間の少なくとも１つの光路に配置されうる。その結果、特に、光学投射素子の二次元配列の各光学投射素子のケーラー（Ｋｏｅｈｌｅｒ）照明は、得られうる。

【0016】

本発明の別の実施形態は、光源を使用して光を供給することと、反射型画像生成器を使用してサブエリアの二次元分布に個々のエリアを表すことと、光学投射素子の二次元配列を有している投射光学素子の配列、フレームの画像が全体像を形成するために像面で重畳するように、投射する毎に光学投射素子と関連しているサブエリア、そして、一方では反射型画像生成器と光学投射素子との間のビームスプリッタ、他方では光源と反射型画像生成器との間の光路内に配置されているビームスプリッタによって、像面上に画像生成器のサブエリアを投射することを含んでいる全体像を表示する方法を提供する。

【0017】

本発明の実施形態は、付随している図に関して更に詳細に下で説明される。そこにおいて、同一である、または、同一の動きを有する素子は同じ参照番号によって指定される。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本発明の実施形態に従う投射型ディスプレイの側面図を示す。

【図2】図２は、本発明の他の実施形態に従う投射型ディスプレイの側面図を示す。

【図3】図３は、本発明の他の実施形態に従う投射型ディスプレイの側面図を示す。

【図4】図４は、投射する毎に各光学投射素子の開口に対して偏心化されたレンズ凸部頂点（ｌｅｎｓ ｖｅｒｔｅｘ）を含んでいる発明の投射型ディスプレイの側面図を示す。

【図5】図５は、光源の格子配列を有する発明の投射型ディスプレイの側面図を示す。

【図6】図６は、視野レンズの二次元配列を有する発明の投射型ディスプレイの側面図を示す。

【図7】図７は、２つのビームスプリッタおよび反射型画像生成器の両面照明のための反対の光源を有する発明の投射型ディスプレイの側面図を示す。

【図8】図８は、２つのビームスプリッタおよび照明路において挿入された半波長板を有する発明の投射型ディスプレイの側面図を示す。

【図9】図９は、反射型画像生成器および色順次方法でそれと同期させられたＲＧＢ光源を有する発明の投射型ディスプレイの側面図を示す。

【図10】図１０は、混色を生じるためのフィルタ配列を有する発明の投射型ディスプレイの側面図を示す。

【図11】図１１は、像面内のフレームの画像がより高い解像度を有する全体像を形成するために互いに重畳することを特徴とする発明の投射型ディスプレイの側面図を示す。

【図12】図１２は、全体像を形成するための発明のピクセルの重ね合わせを示すための略図を示す。

【図13】図１３は、全体像を形成するためのバイナリの白黒の部分画像の発明の重ね合わせを示すための略図を示す。

【図14】図１４は、全体像を形成するためのバイナリの白黒の部分画像の別の発明の重ね合わせを示すための略図を示す。

【図15】図１５は、画像の異なる拡大率および／または異なる投射距離のための２つの異なるモードを有する発明の反射型画像生成器の平面図を示す。

【図16】図１６は、本発明の実施形態に従う全体像を表示する方法のフローチャートを示す。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明が図に関して以下でより詳細に説明される前に、下で示される実施形態において、同一である、又は、機能において同一である要素は図の同じ参照番号を供給されるという点は留意すべきである。したがって、同一の参照番号を有している要素の記載は、各種実施形態において、相互に交換可能、および／または、相互に適用可能である。

【0020】

図１は、本発明の実施形態に従う投射型ディスプレイ１００の側面図を示す。図１に示される投射型ディスプレイ１００は、光源１１０と、反射型画像生成器１２０と、光学的投射素子１３４の二次元配列１３２と、ビームスプリッタ１４０とを含む。これに関連して、反射型画像生成器１２０は、そのサブエリア１２４の二次元分布１２２のフレームを示すように構成される。加えて、光学投射素子１３４の二次元配列１３２は、フレームの画像が全体像１６０を形成するために像面１５０内で重畳するように、投射する毎に像面１５０上に画像生成器１２０の関連するサブエリア１２５を投射するように構成される。最後に、ビームスプリッタ１４０は、一方では反射型画像生成器１２０と光学投射素子の二次元配列１３２との間の光路に、他方では光源１１０と反射型画像生成器１２０との間の光路において配置される。

【0021】

特に、別の実施形態において、ビームスプリッタ１４０は、偏光作用を有しうる。そして、反射型画像生成器１２０は、偏光に与える影響の形式でフレームを表すように構成されうる。

【0022】

図１の本発明の別の実施形態において、投射型ディスプレイは、特に、例えば液晶画像生成器１２１として構成された反射型画像生成器１２０上の画像生成エリアの規則的な二次元配列と、例えば偏光ビームスプリッタ１４２として構成されたビームスプリッタ１４０と、光学投射素子１３４の二次元配列１３２からなる。図１に示されているように、ＬＥＤ１１２として構成された光源１１０の光は、例えば、まず最初にコンデンサ光学素子１１５を通過して、それから偏光ビームスプリッタ１４２に向けられる。そこから、それは、偏光された状態で、例えば、ＬＣｏＳ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ：シリコン上の液晶）画像生成器である反射型画像生成器１２０の方向に最後に反射される。

【0023】

表されることになるピクセルのグレースケール値に応じて、（例えばデジタルの）画像生成器は、それに反射された光の偏光方向を回転させ、このようにして偏光ビームスプリッタを通る第２の経路の間の透過を制御する。高速のピクセルごとの電圧切換または結晶回転は、動画像内容を表すことを可能にする。

【0024】

図１に示された光学投射素子１３４は、例えば、規則的な二次元配列において、投射する毎に像面１５０上、および／または画面上に、画像生成器１２０のサブエリア１２５を投射する投影目的として構成された微小レンズでありうる。この種の投射光学素子の配列の利用は、同じ画面サイズの従来の単一チャンネルのプロジェクタと比較して、大幅にシステム全体の設計長さを減じることを可能にする。発明の投射型ディスプレイまたは投射システムの小さい設計長さは、数ミリメータの光学投射素子又はレンズの焦点距離に起因し、その焦点距離は今度はビームスプリッタの寸法次第である。その一方で、対象エリアの増加又は側面方向への拡張は、画像輝度における比例的な増加を確実にする。小型化された単一チャンネルのプロジェクタと比較すると、このように、相当する側面方向への拡張および投射距離に関するわずか数ミリメートルだけビームスプリッタの厚み幅を上回る設計長さを得る。

【0025】

本発明の別の実施形態において、投射画像は、重ね合わせ、すなわち、配列の単一チャンネルの画像の継合またはインターリーブによって生じうる。

【0026】

別の実施形態において、例として図１に示されているように、光学投射素子１３４は関連するサブエリア１２４に関して偏心１３５を有する。

【0027】

通常、偏心は、中心光軸１０１に関して中心の収縮または膨張であるように、または、画像生成器１２０の関連するサブエリア１２４に関して光学投射素子１３４の側面方向へのオフセットであるように考慮されうる。画像生成器上の関連するフレームに関する光学投射素子の偏心は、投射距離または投射ピッチのために決定的である。部分画像の大きい焦点深度のために、それは、限られた範囲でのみ、前記投射距離が個々の光学投射素子の焦点合わせによるということである。

【0028】

画像生成構造に関する光学投射素子および／または投射レンズのわずかに低減された中心間距離（ピッチ）のため、個々の画像生成構造および対応する光学投射素子のオフセット１３５は起こる。そして、前記オフセット１３５が光学投射素子１３４の二次元配列１３２の中心光軸１０１から、または、配列の中心（格子の中心）から外側に向かって増加する。中心光軸１０１、又は中心のチャンネルに関する、外側の光学投射素子１３４、又はプロジェクタの光軸１０３の、結果として生じたわずかなチルティングは、全体像１６０を形成するために、像面１５０内で個々の画像の重ね合わせを確実にする。これに関連して、その像面は、無限遠にありうる。または画像生成器より上流側の、または、画像生成器より下流側の光学投射素子から、有限距離に置かれうる。図１に示されているように、画像生成器より上流側のエリアは、光学投射素子１３４の二次元配列１３２より下流側の光路の右手側のエリア１０２によって定められる。一方で、画像生成器より下流側のエリアは、画像生成器１２０の左の左手側、またはビームスプリッタ１４０から見て外方へ向かう画像生成器１２０の左側のエリア１０４により定められる。個々の画像は、例えば画面上で、全体像を形成するために重畳しうる。

【0029】

【0030】

光学投射素子からのオブジェクト構造の中心間距離の比率またはそれらの違いは、このように投射間隔を制御する。

【0031】

光学投射素子の中心間距離が画像生成構造のそれより小さい場合、実画像は定められた距離で生じる。図１に示される場合には、光学投射素子１３４の中心間距離ｐ_PLは関連するサブエリア１２４の中心間距離ｐ_OBJより小さい。このように、図１の実施形態で、像面１５０内で重畳している全体像１６２は、実像である。

【0032】

図２は、本発明の別の実施形態に従う投射型ディスプレイ２００の側面図を示す。図２に示されているように、投射型ディスプレイ２００の光学投射素子１３４は関連するサブエリア１２４に関して偏心１３７を有する。図２に示される場合には、光学投射素子１３４の中心間距離ｐ_PLは関連するサブエリア１２４の中心間距離ｐ_OBJより大きい。したがって、図２で、像面１５０内で重畳している全体像２０２は、虚像である。したがって、光学投射素子のピッチは、部分画像のそれよりも大きくなるように選択され、その個々の光学投射素子は、虚像の部分画像が形成されるように焦点を合わされ、そのことにより、図２を例にして示されるように、透過光で観測者又は目２１０により見られる虚像の全体像２０２が得られる。

【0033】

図３は、本発明の別の実施形態に従う投射型ディスプレイの側面図を示す。図３で示された実施形態において、投射光学素子の配列１３０は全面的なレンズ３１０を更に有し、そして、それは光学投射素子１３４の二次元配列１３２と連携して、二次元配列１３２に関して光学投射素子１３４の下流側に連結される。この連結において、下流側とは、全面的なレンズ３１０が、その光路内に、すなわち、光学投射素子１３４の二次元配列１３２より下流に配置されることを意味する。図３において、全面的なレンズ３１０は、特に、全体像３０２の像面１５０が全面的なレンズ３１０の焦点面内に位置決めされるように、光学投射素子１３４から平行ビーム３１５を再び集光するように構成される。この状況は、個々の画像が全体像３０２を形成するために重畳する像面１５０が、全面的なレンズ３１０からの距離ｆ_Lを有するように、図３において表される。加えて、反射型画像生成器１２０からの光学投射素子１３４の二次元配列１３２の距離ｄ_PLは、例えば、それがおよそ光学投射素子１３４の焦点距離に対応するように、調整されうる。

【0034】

図３において、光学投射素子１３４が、関連するサブエリア１２４に関して中心に合わせられ、コリメーティング効果を有することを見ることができる。このことは、この実施形態において、光学投射素子１３４の中心間距離ｐ_PLが関連するサブエリア１２４の中心間距離ｐ_OBJに等しいことを意味する。

【0035】

したがって、図３で例として示されているように、個々の画像が無限遠に生じるように、画像生成器からの光学投射素子の距離ｄ_PLが調整されるという点で、その構成が修正される場合、部分画像のピッチは光学投射素子のピッチに対応する。そして、例えば、光学投射素子の、または、配列光学素子の二次元配列より下流側の光路内の収束レンズ３１２の形で全面的なレンズ３１０が配置される場合、全体像３０２はレンズ３１０の焦点面内で発現する。収束レンズを使用するときに、実像は画面上へ投射させられるが、その一方で、発散レンズは、図２に示される構成と同様に虚像を得る。図３で示される実施例について有利なことは、例えば図１に示された構成と比較してより小さいものである、軸から離れた投射チャンネル１０３の口径食と、そして、例えばズーム対物又は流体レンズの形で可変の収束又は発散レンズを使用することにより、異なる投射距離を適用する可能性である。

【0036】

特に、図３に示される下流側の全面的なレンズ３１０は、このように、投射距離が調節可能であるように、可変の焦点距離を有する光学素子として構成されうる。図３において、投射距離Ｌが、投射光学素子の配列１３０の長手方向の拡張とは別にして、全面的なレンズ３１０の焦点距離ｆ_Lによって基本的に定められることが分かる。

【0037】

例として図４に示されているように、下流側の収束又は発散レンズの光学効果は、また、投射配列の特定の実施例によってもまた得られうる。特に、図４は、発明の投射型ディスプレイ４００の側面図を示す。図４で示した実施形態において、光学投射素子１３４の二次元配列１３２は、投射配列４１０として、または、二次元配列として構成され、そして、投射配列４１０の各光学投射素子４１４は、各光学投射素子の開口に対して偏心化されたレンズ凸部頂点４１５を含む。

【0038】

図４に示された、二次元配列４１０の光学投射素子４１４は、基本的に、図１〜３に示された、二次元配列１３２の光学投射素子１３４に対応する。拡大表示（Ｚで囲まれたところ）において、光学投射素子４１４の個々のレンズ凸部頂点４１５は、よりはっきり見られうる。レンズ凸部頂点４１５の偏心は、例えば、二次元配列４１０の光学投射素子４１４は、まとめられ、図３に示された下流側の全面的なレンズ３１０を有する投射光学素子の配列１３０と同じ効果を得るように、構成されうる。図４で例として示されているように、これに関連して、レンズ凸部頂点４１５の中心間距離ｐ_LSは、関連するサブエリア１２４の中心間距離ｐ_OBJより小さい。このように、いかなるレンズによっても、各サブエリア１２５のフレームは、像面１５０上へ投射させられうる。そこで、フレームの画像は、全体像１６０を形成するように重畳する。

【0039】

したがって、中心光軸１０１又は系の軸からの距離が増加するにつれて、その開口に対して増加してオフセットされるレンズ凸部頂点を有する投射レンズを使用する場合、例えば収束レンズなどの全面的なレンズの光機能は、投射またはレンズ配列に移行されうる。図４に示された実施形態について有利なことは、特に軸から遠いチャンネルの口径食のより小さいレベルを維持すると共に、光成分が保存されるということである。

【0040】

本発明の１つの利点は、図５に示される、配列光源の利用に問題がないことである。図５において、光源の格子配列５１０を有する発明の投射型ディスプレイ５００が示される。これに関連して、図５に示された格子配列５１０は、基本的に図１〜４までの光源１１０に対応する。加えて、図５は、コンデンサ光学素子の配列５１５を示す。図５のコンデンサ光学素子の配列５１５は、基本的に図１〜４までのコンデンサ光学素子１１５に対応する。図５に示されているように、格子配列５１０は、複数の光源５１０―１、５１０―２、・・・、５１０―５を含み、各光源は、それと関連したコンデンサ光学素子の配列５１５のコンデンサ光学素子を有する。特に、光源の格子配列５１０およびコンデンサ光学素子の配列５１５は、個々の光源５１０―１、５１０―２、・・・、５１０―５からの光が、照明路５０１により図５に示されるように、それぞれ、画像生成器１２０の関連するサブエリアに向かうように構成されうる。図５に示された実施形態の１つの利点は、多くのフレームの重ね合わせのため、前述した配列の場合もまたそうであるように、通常、照度を均質にするためにとられる特定の処置は必要ないということである。平行ＬＥＤ配列体のような配列光源の使用における別の利点は、全体の配列の側面への拡張サイズにおいて、結果として生じるその増加がより小さいことである。

【0041】

図６は、視野レンズ６１２の二次元配列６１０を含んでいる発明の投射型ディスプレイ６００の側面図を示す。図６に示された実施形態において、視野レンズ６１２の二次元配列６１０は、反射型画像生成器１２０とビームスプリッタ１４０との間の光路内に少なくとも配置される。これに関連して、二次元配列６１０の各視野レンズ６１２は、光学投射素子１３４の二次元配列１３２の光学投射素子１３４と関連する。視野レンズ６１２の二次元配列６１０のこの利用のために、二次元配列１３２の中の各光学投射素子１３４のケーラー照明が得られうる。

【0042】

特に、投射型ディスプレイ６００において、視野レンズ６１２の焦点距離ｆ_FLは、光学投射素子１３４の焦点距離ｆ_PLの１．５〜２．５倍でありうる。

【0043】

別な表現で言うと、図６に示された、ビームスプリッタと画像生成器との間の視野レンズの、又は視野レンズ配列の二次元配列の利用は、光学投射素子のケーラー照明を可能にする。これにより、散乱光の抑制を改善すると共に、画像輝度は増加されうる。

【0044】

本発明の別の実施形態において、吸収ダイヤフラム（図６に示されず）が視野レンズ配列の面内に使用されるという点で、散乱光の抑制は、より改善されうる。そして前記ダイヤフラムはレンズ間の領域をカバーする。通常、画像生成器と偏光ビームスプリッタ間のこの種のダイヤフラム配列の利用は、散乱光を抑制するために視野レンズ配列なしでさえも意味をなす。

【0045】

本発明の別の実施形態において、照明は、対応する、例えば平行の、光源によって、いくつかの面からもたらされる。図７は、反射型画像生成器の両面の照明のための２つのビームスプリッタ７３０、７４０および反対側の光源７１０、７２０を含んでいる発明の投射型ディスプレイ７００の側面図を示す。図７において、投射型ディスプレイ７００は、特に、第１および第２の光源７１０、７２０および第１および第２のビームスプリッタ７３０、７４０を含む。そして、それは反射型画像生成器１２０と光学投射素子の二次元配列１３２との間に配置される。これに関連して、第１のビームスプリッタ７３０は、第１の光源７１０と反射型画像生成器１２０のサブエリアのセット７５０との間の光路内に配置され、そして、第２のビームスプリッタ７４０は、第２の光源７２０と反射型画像生成器１２０のサブエリアの第２のセット７６０との間の光路内に配置される。

【0046】

図７に示されているように、画像生成器１２０の第１の側域７５０は、第１の光源７１０および関連する第１のコンデンサ光学素子７１５によって基本的に照射されるが、画像生成器１２０の第２の側域７６０は、第２の光源７２０および関連する第２のコンデンサ光学素子７２５によって基本的に照射される。これに関連して、第１および第２の光源７１０、７２０および関連する第１および第２のコンデンサ光学素子７１５および７２５は、基本的に、上記の実施形態の、光源１１０に、そして、コンデンサ光学素子１１５にそれぞれ対応する。一つのビームスプリッタの利用とは対照的に、２つの光源７１０、７２０および２つの偏光ビームスプリッタ７３０、７４０を含んでいる図７に示された両面照明は、プロジェクタの設計長さをほぼ半分にすることを可能にする。

【0047】

本発明の別の実施形態において、光学投射素子は、異なるカラースペクトルの他のどのカラースペクトルのためのものよりも、各光学投射素子により投射されるサブエリアが照射されうる各カラースペクトルのためのより大きな範囲で、歪みの点でそれらが修正されるという点でもまた、互いに異なる。

【0048】

本発明の別の実施形態において、光学投射素子の二次元配列１３２で、光学投射素子１３４は、画像生成器１２０および投射光学素子の配列１３０の光軸１０１からの距離が増加するにつれて、増加するピンぼけおよび／または非点収差および／またはコマ収差に関して修正されうる。

【0049】

最後に、別の実施形態において、画像生成器１２０および投射光学素子の配列１３０の光軸１０１からの距離が増加するにつれて、サブエリア１２４のサイズが連続的に変化するように、画像生成器１２０は構成されうる。その結果、像面１５０内のフレームが大きさを等しく設定される。

【0050】

サブエリアのサイズのこの種の連続変化によって、中心光軸１０１からの、または、中心チャンネルからの距離が増加するにつれて増加する物体距離、および、こうして、図１に例として示されているように、偏心の場合の中心チャンネルに関する外部光学投射素子１０３のより小さい拡大率は、像面１５０上へフレームの投射においてバランスをとられうる。

【0051】

図８は、２つのビームスプリッタ８１０、８２０および照明路に挿入される半波長板８３０を含んでいる発明の投射型ディスプレイ８００の側面図を示す。第１のビームスプリッタ８１０とは別に、図８の投射型ディスプレイ８００は、特に、一方では反射型画像生成器１２０と光学投射素子の二次元配列１３２との間の光路内、他方では光源１１０と反射型画像生成器１２０との間の光路内に配置された第２のビームスプリッタ８２０、および、第１のビームスプリッタ８１０および第２のビームスプリッタ８２０との間に配置された半波長板８３０を含む。その結果、光源１１０（偏光成分ｐ、ｓ）によって発される光のうちの、第１のビームスプリッタ８１０を透過した偏光成分（例えばｐ）の偏光方向は、半波長板８３０を通過する間に９０°回転しうる。これに関連して、第１のビームスプリッタ８１０および第２のビームスプリッタ８２０は、光源１１０の方向から来て、９０°回転された偏光方向（例えばｓ）を有する光を、画像生成器１２０の方向に反射するように構成される。各偏光成分を含んでいる典型的な照明路は、偏光成分（ｐ、ｓ）を帯びた矢印により図８において表される。

【0052】

換言すれば、図８に例として表されているように２つの偏光ビームスプリッタが使用され、前記スプリッタが、半波長板８３０、又はλ／２波長板を介した照明光路の範囲内で、一方の後ろにもう一方が接続されている場合、ＬＥＤのような非偏光光源の両方の偏光成分（ｐ、ｓ）は使用されうる。これに関連して、半波長板は、第１のビームスプリッタを未使用の方法で透過した偏光成分（ｐ）を９０度回転させ、その結果、それは次のビームスプリッタで、適切な偏光方向（ｓ）を有する画像生成器の関連する半分に、それに続くビームスプリッタにおいて反射される。

【0053】

２つの偏光ビームスプリッタ、または偏光スプリッタ、および、半波長板（λ／２板）を有している前述の配列による非偏光光源の十分な利用は、前述の二面からの照明によって補われ、そのことは、設計長さを更に半分に減少させることを可能にする。

【0054】

前述の実施形態に関して、反射型画像生成器上の第１のビームスプリッタ７３０、８１０および第２のビームスプリッタ７４０、８２０の外縁の投射は、それが画像生成器１２０のサブエリア１２４を通過しないように、生じる。この方法で、外縁が、それらが投射されるとき、全体の画像における妨害効果を有することは、避けられうる。

【0055】

本発明の別の実施形態において、図９に例として示されているように、フルカラーＲＧＢ画像の投射はＲＧＢ光源９０５によって実現されうる。これは、例えば、関連する光視準素子９１５、９２５、９３５を含んでいる３つのＬＥＤ９１０、９２０、９３０およびカラーコンバイナ９４０によって可能である。これに関連して、図９の実施形態のＲＧＢ光源９０５は、基本的に前述の実施形態の光源１１０に対応する。特に、図９に図示した実施形態では、ＲＧＢ光源９０５および画像生成器９５０は、フルカラー投射を得るために、色順次同期させられた方法で作動する。

【0056】

図９において、基本的に前述の実施形態の画像生成器１２０に対応する反射型画像生成器９５０は、十分に高いフレームレートで画像生成器９５０のサブエリア１２４からフレーム９０４を示すように構成されうる。これに関連して、光源９０５は、加えて、フレームごとに異なる色成分（例えば赤、緑、青）を順次通過するように構成されうる。フルカラー投射は、画像生成器９５０の、そして、個々の光源９１０、９２０、９３０の色順次動作モードによって実現化され、例えば、デジタルである画像生成器の画像内容が、投射チャンネルの全てで同一である。

【0057】

本発明の別の実施形態において、画像生成器１２０の少なくとも２つのサブエリアから反射光が同一の色のスペクトルを有するように、光源１１０、ビームスプリッタ１４０、投射光学素子の配列１３０および反射型画像生成器１２０は構成されうる。

【0058】

別の実施形態において、光源１１０は、加えて、画像生成器１２０の異なるサブエリアが異なる色成分で照射されるように、配置されうる。図７に関して、例えば、第１の光源７１０は、第１の色成分を有する光を発し、その光は、いったんそれがコンデンサ光学素子７１５を通過すると、画像生成器１２０の第１のサブエリア７５０上に第１のビームスプリッタによって反射される。そして、その一方で、第２の光源７２０は、第２の色成分を有する光を発し、いったんそれがコンデンサ光学素子７２５を通過すると、第２のビームスプリッタ７４０により、画像生成器１２０の第２のサブエリア７６０上に反射される。このように、画像生成器１２０の異なるサブエリア７５０、７６０は、互いに異なりうる第１および第２の色成分で照射されうる。

【0059】

図１０は、像面１５０内に混色を生じるためのカラーフィルタ配列１０２０を含んでいる発明の投射型ディスプレイ１０００の側面図を示す。図１０において、基本的に前述の実施形態の反射型画像生成器１２０に対応する反射型画像生成器１０３０は、フレームのグループ１０３２―１、１０３２―２、１０３２―３を示すように構成され、そして、各グループは画像内容の色成分のグレースケール値を表す。これに関連して、フレームの各グループ１０３２―１、１０３２―２、１０３２―３は、それに関連したフィルタ配列１０２０の各カラーフィルタ１０２２―１、１０２２―２、１０２２―３を有しうる。この方法で、フレームのグループ１０３２―１、１０３２―２、１０３２―３は、像面１５０内に重畳している全体像１６０が混色を示すように、各色成分に従ってフィルタにかけられうる。

【0060】

別の表現でいうと、図１０は、ＲＧＢ画像を生じる異なる可能性を示す。白色光源１０１０を有する照明によって、そして、ＲＧＢカラーフィルタ１０２２―１、１０２２―２、１０２２―３を結像光路に挿入することによって、１つの原色画像が、多くの投射チャンネル内に、それぞれ、生み出される。通常、投射チャンネルは、関連する光学投射素子の部分の像面上へ画像生成器のサブエリアを投射することに対応する。ＲＧＢ投射は、このように、対応する原色画像内容を各投射チャンネルと関連させることによって達成される。この種の色生成の利点は、各原色のための多数の投射チャンネルによってホワイトバランスを実行する可能性である。そして、投射チャンネルの前記数が光源およびカラーフィルタのスペクトル特性に適合される。

【0061】

本発明の別の実施形態において、各投射チャンネルまたは１グループの光学投射素子において、それ／それらに割り当てられた原色の分離した光源を有しうる。混色は、画面上、または、虚像内に、全体像を形成するための重ね合わせの間、遂行される。

【0062】

図７に関して、投射システム７００において、光源１１０は、例えば、ビームスプリッタ７３０、７４０を介して、画像生成器１２０のサブエリアの異なるグループ７５０、７６０を異なるカラースペクトルで照射するために、光源７１０、７２０の形で構成される。光学投射素子の二次元配列内で、光源７１０、７２０によって、異なるカラースペクトル（例えば、赤、青）で照射されるサブエリア７５０、７６０を投射している光学投射素子７５５、７６５は、互いに異なる。

【0063】

本発明の別の実施形態において、画像生成器１２０は、異なるカラースペクトルのうちの第１のもの（例えば赤）で照射されうるサブエリア７５０のサイズが、第１のものと異なっている第２のカラースペクトル（例えば青）で照射されうるサブエリア７６０のサイズと異なるようにも構成されうる。この方法で、像面の中のフレームのサイズは、互いに整合されうる。

【0064】

これに関連して、色の表現が、サブエリアの前述の直接の色づけされた照明とは別にして、サブエリアの異なるグループが全体像に異なるカラースペクトルで寄与するように、図１０に例として示されたカラーフィルタ配列により、実現されもすることは、留意すべきことである。

【0065】

本発明の別の実施形態において、同一の拡大率が異なるカラーチャンネルの全てに関して結果として生じるように、異なるカラーチャンネルの全てのための、すなわち、光学チャンネルに関連する異なるカラースペクトルのための、光学投射素子の二次元配列内の光学投射素子の全てに関して、同じ焦点距離は選択されうる。例えば、反射型画像生成器からの光学投射素子の異なる幾何学的距離が設定される場合、（例えば第１又は第２のビームスプリッタ７３０、７４０の）ビームスプリッタの波長分散に基づく異なる光路長は、異なるカラーチャネルに関して釣り合いうる。

【0066】

しかし、本発明の別の実施形態において、異なる設計高で光学投射素子の二次元配列内に、光学投射素子を配置することは、望ましくないことでありうる。従って、反射型画像生成器からの同一の幾何的距離に、光学投射素子を保つことは、利点がありうる。この場合、ビームスプリッタの波長分散に基づく異なる光路長は、異なるカラーチャンネルのための異なる光路長に従う光学投射素子の異なる焦点距離を選択することによってバランスをとりうる。これに関連して、異なる焦点距離は、異なるカラーチャンネルのために、像面に異なる拡大率をもたらすことになる。しかし、各拡大率、または各イメージングスケールは、ソフトウェアを使用することで（すなわち計算機制御方法で）、異なるカラーチャンネルと関連したサブエリアの異なるサイズによって再調整されうる。

【0067】

本発明の別の実施形態において、比較的小さい波長分散に基づく異なる光路長間の差がごくわずかであるように、ビームスプリッタは、立方体形ではなく、小板として構成されうる。

【0068】

本発明の別の実施形態において、画像の縦の色欠陥の補正は、このように、色グループごとの方法で、原色配列の光学投射素子の焦点距離を適応させることによって先行されうる。加えて、イメージングの横の色欠陥の補正は、色グループごとの方法で、原色の部分画像の一部分の画面サイズを適応させることによって先行されうる。本発明の別の利点は、このように、光学投射素子の、例えば縦の色欠陥のような、色収差のチャンネルごとの補正という形で収差を補正する可能性である。原色のための異なるイメージングスケールがある場合、例えば、原色の部分画像の異なる画面サイズにより、全体像の横の色欠陥の補正も可能である。

【0069】

本発明の別の実施形態において、歪み補正は、一部分の画像のプレディストーション（ｐｒｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）によって先行されうる。別の実施形態において、軸から遠い投射チャンネルのピンぼけは、加えて、チャンネルごとの方法で適用される光学投射素子の焦点距離によって実行されうる。

【0070】

本発明の別の実施形態において、発明の投射型ディスプレイは、また、中心のチャンネルまたは軸から遠いチャンネルの異なるイメージングスケール（前記異なるイメージングスケールは、焦点距離の適合から生じたもの）が、チャンネルごとに変えられるサイズにより、そして軸から遠い部分画像のプレディストーションにより補正されるという特徴でも表されうる。別の実施形態において、非点収差およびコマ収差は、軸から遠い光学投射素子の異なるサジタル（ｓａｇｉｔｔａｌ）およびタンジェンシャル（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）焦点距離に補正でき、前記焦点距離がチャンネルごとの方法で適合される。

【0071】

色消し（ａｃｈｒｏｍａｔｉｚａｔｉｏｎ）と同様、部分画像のプレディストーション（ｐｒｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）（これは軸からの光学投射素子の距離に依存する）を加えて、軸から遠い投射チャンネルの比較的大きな物体距離のための像面湾曲又は歪みの影響などの、単色収差のチャンネルごとの相関は、画質を改善するためのシンプルな解決を可能にする。色補正においては、主に３つの色グループを区別する一方で、そして、異なる３つの補正された光学投射素子がそこに起因する一方で、単色収差の補正は、一般に各光学投射素子が配列の中心に対する各投射チャンネルの位置に応じて適合されることを必要とする。ここで、例えば、配列に応じて連続的に変動する焦点距離を有するレンズ配列は、また、サジタルおよびメリジオナル焦点距離に分離される楕円の微小レンズのために、非点収差およびコマ収差を補正するのに適している。

【0072】

カラー画像を生み出す別の可能性は、例えば図５において、例えば異なる発光色のＬＥＤを含んでいる、対応するコンデンサ光学素子の配列５１５を含む光源５１０の形で示されるように、配列光源を使用することである。例として図６に示されているように、部分画像および光学投射素子のグループとの個々の光源の明白な関連は、視野レンズアレイを使用することにより都合よく成し遂げられる。ここで、カラーフィルタを省くことは、上記の提案された解決策よりも高いシステム伝送を可能にする。

【0073】

本発明の別の実施形態において、異なるサブエリアから同一のフレームがピクセルに正確に重畳されるように、反射型画像生成器１２０および投射光学素子の配列１３０は構成されうる。

【0074】

加えて、画像生成器１２０または画像生成器配列は、異なるフレームを表示するように構成されうる。関連する光学投射素子によって投射されている前記フレームは、結果として、全体像、または投射画像となる。

【0075】

図１１は発明の投射型ディスプレイ１１００を示す。そこにおいて、フレームの画像は、より高い解像度、又はより多くの表示されるピクセル数を有する全体像１１３０を形成するために、像面１５０内に重畳する。特に、図１１に示された実施形態において、像面１５０内のフレームの画像が、相互のサブピクセルのオフセットを有して互いに重畳するように、反射型画像生成器１１１０および投射光学素子の配列１１２０は構成されうる。これに関連して、二次元配列１１２０の光学投射素子１１２２は、関連するサブエリア１２４に関して、例として図１１に示された偏心を有する。例として図１１に示されているように、このことは、像面１５０内で重畳しており、そして、そのフレームよりも、より高い解像度またはより高い表示されるピクセル数を有している全体像１１３０をもたらす。

【0076】

フルカラー投射に加えて、異なる部分画像の利用は、他の実現の改良型を可能にする。特に、結果として生じる全体像１１３０の拡大、結果として生じる全体像のピクセル数の増加、または、その両方ともは、例えば図１１の通りに、部分画像を結合することによって可能となる。図１１に例として示されたケースでは、全体像１１３０は、３つの投射された部分画像１１３２―１、１１３２―２、１１３２―３から成り、そして前記部分画像は、それぞれ、２つの投射チャンネル１１０１を介して合わさって、投射される。

【0077】

図１２は、全体像１９を形成するためのピクセルの発明の重ね合わせ１２００を示すための略図を示す。図１２に示された実現は、低い画素開口率（ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）を有する画像生成器に、特に有利である。画像生成器のピクセル１６ａ、１６ｂ、１６ｃまたは１６ｄの画像生成器は、通常、非アクティブの表面領域１７ａ、１７ｂ、１７ｃまたは１７ｄ、および、アクティブ領域１８ａ、１８ｂ、１８ｃまたは１８ｄから成る。後に続く記載のために、ピクセル１６ａは白、１６ｂは淡い灰色、ピクセル１６ｃは暗灰色、そして、ピクセル１６ｄは黒と仮定するものとする。投射チャンネルの４つのグループ（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）が、その都度同じ位置に部分画像におけるピクセル１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄを含み、明白に分解された方法でピクセルサブエリア又はアクティブ領域１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを投射し、そして、全体像と関連したピクセルピッチの半分をオフセット（サブピクセルオフセット）した投射を可能にする光学投射素子の偏心を有して形成される場合、４つの部分画像の重ね合わせを示すピクセルパターン１１を、全体像１９内に関連するピクセル位置に得る。このように、記載した配列は、全体像のより高いピクセル数を可能にする。そして、前記ピクセル数が部分画像と比較して、４倍に増加する。

【0078】

図１３は、全体像２１を形成するためにバイナリの白黒の部分画像の発明の重ね合わせ１３００を説明するための略図を示す。画像生成器が高い開口率を有する場合、全体像２１においてサブピクセルのオフセットを有する重ね合わせは、結果としてグレースケール値の増加した数および表されうるピクセル数における増加の組み合わせをもたらす。図１３において、この事は、縞模様状構造の例を使用して表される。純粋にバイナリの白黒の部分画像２０ａ、２０ｂは、増加した数のグレースケールおよび増加した示されうるピクセル数を有している全体像２１を形成するために互いに重畳する。

【0079】

ピクセル数の増加に加えて、示されたグレースケールの数の増加は、画像ずれなしでも可能である。図１４は、全体像２３を形成するためにバイナリの白黒の部分画像の別の発明の重ね合わせ１４００を説明するための略図を示す。例えば、図１４は、単にバイナリの白黒の部分画像２２ａ、２２ｂを示し、全体像２３を形成するためのそれらの重ね合わせは、すでに３つのグレースケールを供給する。異なるバイナリ画像の更なる増加は、示されうるグレースケール数を更に増加させる。グレースケールの数を増加させるためのこのアプローチは、純粋なバイナリではない画像にも使用されうるが、一般的にはほとんどグレースケールを有しない部分画像のために使用されうる。前記アプローチを、フルカラー画像を表す上記の手順と組み合わせることは、対応して、色の深みの増加を可能にする。

【0080】

図１３、１４に関して、発明の投射型ディスプレイは、このように、第１のグレー／カラースケール解像度を有する投射される画像を受けるように構成されうる。そして、反射型画像生成器１２０は、フレーム（すなわち、バイナリの白黒の部分画像２０ａ、２０ｂ、２２ａ、２２ｂ）を、第１のグレー／カラースケール解像度よりも小さい第２のグレー／カラースケール解像度で、表すように構成される。特に、投射型ディスプレイは、全体像２１、２３においてフレームが画像位置と対応する位置で合計して、そのグレー／カラースケール値と対応するグレー／カラースケールを生み出すように、投射されるべき画像の画像位置又はピクセルにおいて、投射される像のグレー／カラースケールに応じて、サブエリアを制御するように構成されうる。

【0081】

図１５は、画像の異なる拡大率および／または異なる投射距離のための２つの異なるモードを有する発明の反射型画像生成器１５００の平面図を示す。図１５で示された実施形態において、基本的に前述の実施形態の画像生成器１２０に対応する反射型画像生成器１５００は、サブエリアの分布を調整するための異なるモードを含む。その結果、画像生成器１５００の第１のモードおよび／または第２のモードにおける異なる拡大率および／または異なる投射距離を得るために、第１のモード（実線）から第２のモード（破線）に、光学投射素子１５２０と第１のモードの関連するサブエリア１５３０−１および／または第２のモードの関連するサブエリア１５３０−２の間の偏心範囲は変化する。図１５において、偏心１５１０は、見本としてベクトルで示される。そのベクトルは、それぞれ、第１および第２のモードにおけるサブエリア１５３０―１、１５３０―２と光学投射素子１５２０間の偏心、および、光学投射素子１５２０における側面方向へのオフセット、または、中央へのシフトに対応する。図１５に示されているように、例えば、第１のモードにおいて、光学投射素子１５２０が、サブエリア１５３０―１に対して、中心に合わせられるように、一方、第２のモードにおいて、光学投射素子１５２０は、中心光軸１０１に関して、サブエリア１５３０―２に対して中心に縮約されるように、偏心１５１０は調整される。しかし、別の実施形態において、偏心１５１０は、また、第２のモードにおいて、光学投射素子１５２０がサブエリア１５３０―２に対して中心光軸１０１に関して中心拡張を有するようなものを調整した。特に、すでに定められた投射距離は、電子的に中心化を調整することによって、可変的な方法で調整されうる。

【0082】

特に、画像生成器１５００は、投射距離のかなりの範囲内での表示の純粋に電子的な焦点調節を可能にするこの種の多数のモードを有しうる。

【0083】

本発明の別の実施形態において、画像生成器１５００の第１のモードおよび第２のモードは、また、測定された投射距離に応じて調整されもしうる。投射距離は、このように電子的に、そして効率的に再調整されうる。投射距離は、画面からの距離を測定するための近接センサを使用して測定されうる。そして、それはプロジェクタの自動の焦点調節を可能にする。

【0084】

図１６は、本発明の実施形態に従う全体像を表示する方法１６００のフローチャートを示す。例えば、方法１６００は、以下のステップを含む。まず最初に、光は、光源を使用して供給される（ステップ１６１０）。次に、フレームは、反射型画像生成器を使用して、サブエリアの二次元分布に表示される（ステップ１６２０）。最後に、画像生成器のサブエリアは、光学投射素子の二次元配列を有する投射光学素子の配列により、それぞれ、像面上に投射され、そのサブエリアは、フレームの画像が全体像を形成するために像面内に重畳するように、ビームスプリッタは、一方では、反射型画像生成器と光学投射素子の二次元配列間の光路の範囲内で、他方では、光源と反射型画像生成器間の光路の範囲内で、重畳するように、投射する毎に光学投射素子と関連する（ステップ１６３０）。

【0085】

本発明の実施形態は、このように、少なくとも１つの光源、例えば液晶ベースの（ＬＣｏｓ）の少なくとも１つの反射型デジタル画像生成器、少なくとも１つの（例えば偏光の）ビームスプリッタ、そして、例えば１層又は多層光学素子の形で光学投射チャンネルの規則的配列を供給する。個々のプロジェクタは、画面上に実像を形成するために、又は、トランスミッションにおいて虚像を形成するために、互いに重畳する、あるいは、投射画像を構成する。

【0086】

本発明の利点は、イメージングエラーの技術的に複雑な修正、特に光学投射素子の複雑な色消しは、必要ではないということである。加えて、発明の画像生成器は、高いピクセルエラー許容値を有し、そのことは、結果として画像生成器の低い製造コストをもたらすことになりうる。

【0087】

本発明は、投射距離を変更することで、精密な焦点調節のために、機械的に移動するレンズは必要とならないという点も利点がある。

【0088】

最後に、周知の投射システムとは対照的に、画像生成器を照射するための光源の複雑な均質化は、回避されうる。

【0089】

要約すると、本発明の実施形態は、例えば反射型の液晶画像生成器に基づいて、非常に平らであり、同時に、非常に明るい投射システムを実現するための光学構想を提供する。ＬＣｏＳ、Ｄ―ＩＬＡ（ｄｉｇｉｔａｌ ｄｉｒｅｃｔ ｄｒｉｖｅ ｉｍａｇｅ ｌｉｇｈｔ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）またはＳＸＲＤ（ｓｉｌｉｃｏｎ Ｘ―ｔａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｄｉｓｐｌａｙ）などのような、これまでの慣習的な反射型の液晶画像生成器に基づいた単一チャンネルの投射システムとは対照的に、本装置は、光学のマルチチャンネルアプローチを用いて、システム設計長さおよび伝播性光束に対する直接的な依存を克服する。

【0090】

実行可能なアプリケーションは、家庭用の、そして、携帯用のデータ可視化だけでなく、パーソナルコミュニケーションおよび家電製品の分野である。別の適用分野は、ドライバ支援システムとしてカラーの状態情報、ナビゲーション、環境情報の表示を投射するための、および／または乗客を楽しませるためのヘッドアップディスプレイの形で、自動車や航空機における。また、工業および製造プラントにおけるディスプレイのアプリケーションだけでなく、測定および医療技術のアプリケーションにも実現可能である。

【符号の説明】

【0091】

１００ 投射型ディスプレイ
１１０ 光源
１２０ 反射型画像生成器
１２２ 二次元分布
１２４ サブエリア
１３０ 投射光学素子の配列
１３２ 二次元配列
１３４ 光学投射素子
１４０ ビームスプリッタ
１５０ 像面
１６０ 全体像

【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】