(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、カラーホイールと、光源を駆動するための駆動ユニットとを有し、
−前記光源と光出力窓との間にある前記カラーホイールは、照明システムにより放射される光の色を決定する複数のカラーセグメントを有し、前記カラーホイールは前記カラーホイールを回転させることにより前記光源と前記光出力窓との間の光路内に複数のカラーセグメントからカラーセグメントを順次位置決めし、前記カラーホイールのスポークは、２つの隣接するカラーセグメントの間の境界であり、
−前記光源は、前記照明システムの前記光出力窓の方へ光を各々放射する第１の光放射ユニット及び第２の光放射ユニットを有し、
−第１の光放射ユニットと第２の光放射ユニットと前記スポークとは、前記光源と前記光出力窓との間の光路を通過するとき、前記スポークが、第１の光放射ユニットと前記光出力窓との間の第１の光路と、第２の光放射ユニットと前記光出力窓との間の第２の光路とを同時に通過することを防止し、
−前記駆動ユニットは、前記スポークが第１の光路を通過するときの時間間隔の間、第１の光放射ユニットのスイッチをオフにする、投影デバイスのための照明システム。
【請求項２】
第２の光放射ユニットに対する第１の光放射ユニットの位置決めが、第１の光路及び第２の光路を前記スポークが同時に通過することを防止するか、又は前記スポークの形状が、第１の光路及び第２の光路を前記スポークが同時に通過することを防止する、請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記駆動ユニットは、第１の光放射ユニットのスイッチをオフにしている間、第２の光放射ユニットにより放射する光の強度を増大する、請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項４】
前記駆動ユニットは、前記スポークが第２の光路の間を通過するときの時間間隔の間、第２の光放射ユニットのスイッチをオフにして、第１の光放射ユニットのスイッチをオンにする、請求項１、２又は３に記載の照明システム。
【請求項５】
前記駆動ユニットは、第２の光放射ユニットのスイッチをオフにしている間、第１の光放射ユニットにより放射する光の強度を増大する、請求項４に記載の照明システム。
【請求項６】
前記照明システムは前記光出力窓に向かって光を放射する第３の光放射ユニットを更に有し、前記スポークは、第１の光放射ユニットの第１の光路、第２の光放射ユニットの第２の光路及び第３の光放射ユニットと光出力窓との間の第３の光路を順次通過し、前記駆動ユニットは、前記スポークが第２の光路を通過するとき第１の光放射ユニット及び第２の光放射ユニットのスイッチをオフにするか、又は、前記駆動ユニットは、前記スポークが第２の光路を通過するとき第２の光放射ユニット及び第３の光放射ユニットのスイッチをオフにする、請求項１、２、３、４又は５に記載の照明システム。
【請求項７】
前記スポークが第２の光路を通過するとき、第１の光放射ユニット又は第３の光放射ユニットのスイッチをオフにする選択は、異なるカラーセグメントにより生成される色の効率により決定される、請求項６に記載の照明システム。
【請求項８】
前記照明システムにより放射される光の強度を検出するための光センサを更に有する、請求項１乃至７の何れか一項に記載の照明システム。
【請求項９】
第１の光放射ユニットは光エミッタの第１のアレイを有し、第２の光放射ユニットは光エミッタの第２のアレイを有し、第３の光放射ユニットは光エミッタの第３のアレイを有する、請求項１乃至８の何れか一項に記載の照明システム。
【請求項１０】
光エミッタの第１のアレイは光エミッタの第２のアレイと実質的に平行に配され、光エミッタの第１のアレイ及び光エミッタの第２のアレイは、前記スポークが前記光源と前記光出力窓との間に配されるとき前記スポークと実質的に平行になるように配されている、請求項９に記載の照明システム。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の照明システムを有する投影デバイス。
【請求項１２】
前記照明システムの前記光出力窓の方へ複数のカラーセグメントのうちのカラーセグメントにより放射される光を平行にするためのコリメート光学系を有し、前記カラーセグメントは、接線方向及び／又は半径方向に、前記カラーセグメントにより放射される光を平行にするため、前記カラーセグメント内に、光路と少なくとも部分的に平行して配される反射境界を有する、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の照明システムに使用するためのカラーホイール。
【請求項１３】
複数のカラーセグメントを有する基板を有し、当該基板はコリメート光学系を有する、請求項１２に記載のカラーホイール。
【請求項１４】
前記コリメート光学系は、前記カラーセグメントにより放射される光を平行にするための反射素子を有する、及び／又は前記カラーセグメントにより放射される光を平行にするための回折素子を有する、及び／又は前記カラーセグメントにより放射される光を平行にするために前記光出力窓と前記カラーセグメントとの間に配される屈折素子を有する、請求項１２又は１３に記載のカラーホイール。
【請求項１５】
照明システムが、光源と、カラーホイールと、前記光源を駆動するための駆動ユニットとを有し、前記光源と光出力窓との間にある前記カラーホイールは、前記照明システムにより放射される光の色を決定する複数のカラーセグメントを有し、前記カラーホイールは、前記カラーホイールを回転させることにより、前記光源と前記光出力窓との間の光路の複数のカラーセグメントからカラーセグメントを順次位置決めし、前記カラーホイールのスポークは、２つの隣接するカラーセグメント間の境界であり、前記光源は更に、第１の光放射ユニット及び第２の光放射ユニットを有し、第１の光放射ユニット及び第２の光放射ユニットの各々は、前記照明システムの前記光出力窓の方へ光を放射し、第１の光放射ユニット、第２の光放射ユニット及び前記スポークは、前記光源と前記光出力窓との間の光路を通過するとき前記スポークが、第１の光放射ユニットと前記光出力窓との間の第１の光路と、第２の光放射ユニットと前記光出力窓との間の第２の光路とを同時に通過することを防止する、投影デバイスのための前記照明システム内の前記光源を駆動する方法であって、前記スポークが第１の光路を通過するときの時間間隔の間、第１の光放射ユニットのスイッチをオフにするステップを有する、方法。
【請求項１６】
第１の光放射ユニットのスイッチをオフにする間、第２の光放射ユニットにより放射する光の強度を増大するステップを更に有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
請求項１５又は１６に記載の方法を実施するためのコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポーク時間の間に放射される光を制御するための照明システムに関する。
【０００２】
本発明は、照明システムを有する投影デバイス、及び当該照明システムに用いられるカラーホイールにも関する。
【背景技術】
【０００３】
投影デバイスのための照明システムは、それ自体知られている。これらは、とりわけ、ビーマー及びプロジェクション・テレビのような投影デバイスで使用される。斯様な画像プロジェクション・システムにおいて、照明システムで生成された光は、画像作成ユニット、例えば、液晶ディスプレイ（更に、ＬＣＤとしても示される）、又は例えば、デジタル光処理ユニット（更に、ＤＬＰとしても示される）、又は例えば、シリコン上の液晶（更に、ＬＣｏＳとしても示される）に当たり、その後画像がスクリーン又は壁に投影される。投影デバイスのための照明システムは、光の色順序で光を通常放射し、これが時間とともに繰り返される。光の後続の色の各々が、部分的な画像を生成するために、投影デバイスで使用される。画像は、スクリーン上に部分的な画像を引き続き重畳することにより生成される。斯様な画像投影デバイスの品質は、作られ得る画像の輝度によりしばしば示される。
【０００４】
既知の照明システムにより光の色のシーケンスを放射する１つの態様は、カラーホイールを使用することである。カラーホイールは、照明システムの光源と照明システムの光出力窓との間に一般に配置される。カラーホイールは、光源と光出力窓との間に、複数のカラーセグメントから順次カラーセグメントを位置決めすることにより照明システムにより放射される光の色のシーケンスを決定する複数のカラーセグメントを有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数のカラーセグメントを持つカラーホイールを使用するときの欠点は、既知の照明システムにより放射される光の色がいわゆるスポーク時間の間、絶えず変化するということである。当該スポーク時間は、２つの隣接するカラーセグメント間の境界が光源と光出力窓との間を通過する間の時間間隔である。スポーク時間の間、光の色が絶えず変化することは、投影デバイスにより作られる画像の望ましくない色効果を引き起こす。
【０００６】
スポーク時間の間の色の絶えない変化を克服する１つの態様は、スポーク時間の間、光源のスイッチを単にオフにすることである。しかしながら、スポーク時間の間、光をオフにすることは、照明システムの輝度を低減し、投影デバイスのために非常に望ましくない。それで、他の照明システムが、スポーク時間の間、放射される光を最適に使用するために開発された。例えば、米国特許出願ＵＳ２００７／００３５７０３は、スポーク光を能動的に補償するためのシステムを提供する。引用された米国特許出願は、スポーク時間の間に生成される光を使用するために用いられるスポーク光回復（ＳＬＲ）として知られた技術を改良する。既知の照明システムは、カラーホイールの非スポーク時間の間、第１の光レベルを生成するように構成された光源を有する。当該システムは、非スポーク光レベルを生成する第１の光レベルを測定するように構成されたフォトダイオードアセンブリを更に有する。プロセッサは、非スポーク光レベルに基づいてスポーク光補償値を構成するように構成される。その特定ピクセルのシェードが閾値を各々越える赤、緑及び青の光レベルを含む場合、特定ピクセルに対してスポーク時間の間に生成される光が利用される。更に、非ＳＬＲとＳＬＲとの間のより円滑な遷移及びその逆の円滑な遷移を促進するために、ビデオ・ユニットは、スポーク時間の間、付加的な光出力を補償するため、非スポーク時間の間に生成された幾らかの光を減算するように構成される。この補償ファクターはスポーク時間補償値と呼ばれる。
【０００７】
既知のシステムの不利な点は、スポーク時間の間に放射される光の部分を使用するのに相当な計算パワーを必要とするということである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、低減された複雑さを持ちながら、投影デバイスにより容易に使用できる、スポーク時間の間に光を放射する照明システムを提供することにある。
【０００９】
本発明の第１の態様によると、この目的は、光源と、カラーホイールと、光源を駆動するための駆動ユニットとを有し、前記カラーホイールは照明システムにより放射される光の色を決定する複数のカラーセグメントを有し、前記カラーホイールは、当該カラーホイールを回転させることにより光源と光出力窓との間の光路内の複数のカラーセグメントからカラーセグメントを順次位置決めするように構成され、前記カラーホイールのスポークは、２つの隣接するカラーセグメントの間の境界であり、前記光源は、照明システムの光出力窓の方へ光を各々放射する第１の光放射ユニット及び第２の光放射ユニットを有し、第１の光放射ユニットと第２の光放射ユニットと前記スポークとは、前記光源と前記光出力窓との間の光路を通過するとき、前記スポークが、第１の光放射ユニットと光出力窓との間の第１の光路と、第２の光放射ユニットと光出力窓との間の第２の光路とを同時に通過することを防止するように構成され、前記駆動ユニットは、前記スポークが第１の光路を通過するときの時間間隔の間、第１の光放射ユニットのスイッチをオフにするように構成されている、投影デバイスのための照明システムで達成される。
【００１０】
従来のシステムによるスポーク時間は、光源と光出力窓との間をスポークが通過する時間である。本発明による手段の効果は、スポークが第１の光路を通過する時間間隔であるスポーク時間の第１の部分の間に、第１の光放射ユニットをスイッチオフするように駆動ユニットを構成することにより、本発明による照明システムにより放射される光は、第２の光放射ユニットにより決定されるということである。第１の光放射ユニット、第２の光放射ユニット及び境界が、第１の光路及び第２の光路をスポークが同時に通過することを防止するように構成されるので、カラーセグメントの関連する部分と共に第２の光放射ユニットは、照明システムにより放射される光の色を決定し、当該色はスポーク時間の第１の部分の間、実質的に一定のままである。よって、スポーク時間の第１の部分の間に放射される光が実質的に一定の色のため、この光は、スポーク光を能動的に補償するための複雑な補償アルゴリズムなしに、投影デバイスにより比較的容易に使用され得る。
【００１１】
光源は、第３の光放射ユニット及び他の光放射ユニットを有してもよい。好ましくは、第１の光放射ユニット、第２の光放射ユニット、第３の光放射ユニット、他の光放射ユニット及びスポークは、第１の光路、第２の光路、第３の光放射ユニットと光出力窓との間の第３の光路、及び他の光放射ユニットと光出力窓との間の他の光路をスポークが同時に通過することを防止するように構成される。スポークが第２の光路を通過するときの時間間隔の間、第２の光放射ユニットのスイッチをオフにすることにより、第３及びあり得る他の光放射ユニットは、スイッチが入ったままであり、決定された色を持つ光を放射する。これによってまた、スポーク時間の間に放射される光が実質的に一定の色を持つようにさせ、よって、スポーク時間の間に放射される光は、投影デバイスにより比較的容易に使用される。
【００１２】
照明システムの実施例において、第２の光放射ユニットに対する第１の光放射ユニットの位置決めが、第１の光路及び第２の光路をスポークが同時に通過することを防止するか、又は、スポークの形状が、第１の光路及び第２の光路をスポークが同時に通過することを防止する。
【００１３】
照明システムの実施例において、駆動ユニットは、第１の光放射ユニットのスイッチをオフにしている間、第２の光放射ユニットにより放射する光の強度を増大するように更に構成される。この実施例の利点は、第２の光放射ユニットにより放射される光の強度の増大が、スポーク時間の第１の部分の間に照明システムにより放射される光の強度をスポーク時間外で照明システムにより放射される光の強度と実質的に等しくできるようにすることである。概して、光源の冷却は、クリティカルである。特に第１の光放射ユニット及び第２の光放射ユニットとして発光ダイオードを使用するとき、第１の光放射ユニット及び第２の光放射ユニットにより放射される光の最大強度は発光ダイオードの冷却に強く依存する。スポーク時間の第１の部分の間、第１の光放射ユニットのスイッチをオフにするため、第１の光放射ユニットは、スポーク時間の第１の部分の間、冷却される必要はなく、第２の光放射ユニットの発光ダイオードへのより多くの冷却容量を可能にする。結果として、第２の光放射ユニットの電力はブーストされてもよく、第２の光放射ユニットにより放射される光の強度の増大となる。
【００１４】
照明システムが第３の光放射ユニット及び他の光放射ユニットを有する実施例において、第２の光放射ユニットの押し上げは、第１の光放射ユニットのスイッチをオフにすることの補償が照明システムのすべての光放射ユニット上に分散可能にするために、第３の光放射ユニット及び他の光放射ユニットを同時にブーストしてもよい。
【００１５】
照明システムの実施例において、駆動ユニットは、スポークが第２の光路の間を通過するときの時間間隔の間、第２の光放射ユニットのスイッチをオフにして、第１の光放射ユニットのスイッチをオンにするように構成される。この実施例の利点は、（スポーク時間の第１の部分の間に第２の光放射ユニットと関連する）第１の色から（第１の光放射ユニット及び次のカラーセグメントと関連する）第２の色までにわたる実質的に段階的に変化することを照明システムが許容することである。スポーク時間の第１の部分の間、スポークは第１の光路を通過し、その間第１の光放射ユニットはスイッチがオフにされる。スポークが第２の光路を通過する時間間隔であるスポーク時間の第２の部分の間、第２の光放射ユニットは、照明システムにより放射される光の色が段階的に変化することを防止するためスイッチがオフにされる。しかしながら、同時に、カラーホイールの次のセグメントが第１の光路に配置され、第１の光放射ユニットにより放射する光の色を決定する。スポーク時間の第２の部分の間、第１の光放射ユニットの光のスイッチを入れて、第２の光放射ユニットの光をオフにすることにより、照明システムにより放射される色は、第１の色から第２の色まで実質的に段階的に変化する。
【００１６】
好ましくは、第２の光放射ユニットがスイッチをオフにされた後にだけ、第１の光放射ユニットはスイッチをオンにされ、これは照明システムが光を放射しないスポーク時間の間の小さな時間窓を生成する。
【００１７】
照明システムの実施例において、駆動ユニットは、第２の光放射ユニットのスイッチをオフにしている間、第１の光放射ユニットにより放射する光の強度を増大するように更に構成される。この実施例の利点は、第１の光放射ユニットにより放射される光の強度の増大が、スポーク時間の第２の部分の間、照明システムにより放射される光の強度を、スポーク時間外で照明システムにより放射される光の強度と実質的に等しくできるということである。
【００１８】
照明システムの実施例において、照明システムは光出力窓に向かって光を放射する第３の光放射ユニットを更に有し、スポークは、第１の光放射ユニットの第１の光路、第２の光放射ユニットの第２の光路及び第３の光放射ユニットと光出力窓との間の第３の光路を順次通過するように構成され、駆動ユニットは、スポークが第２の光路を通過するとき第１の光放射ユニット及び第２の光放射ユニットのスイッチをオフにするように構成されるか、又は、駆動ユニットは、スポークが第２の光路を通過するとき第２の光放射ユニット及び第３の光放射ユニットのスイッチをオフにするように構成される。第１の光放射ユニット又は第２の光放射ユニットのうちどちらのスイッチがオフにされるか選択することは、色が新しい色に変化するときのスポーク時間の間の瞬間を決定する。
【００１９】
照明システムの実施例において、スポークが第２の光路を通過するとき、第１の光放射ユニット又は第３の光放射ユニットのスイッチをオフにする選択は、異なるカラーセグメントにより生成される色の効率により決定される。この実施例は、カラーホイールが、例えば、光放射ユニットから放射される青い光を赤い光及び緑の光へ変換するための発光物質を有するとき、特に有益である。赤い光を生成するための発光物質の変換効率が通常は比較的低いので、蛍光体ホイールが用いられるとき照明システムにより放射される赤い光の強度は比較的低い。スポーク期間の間に色を変える瞬間は、赤い光が照明システムから放射される時間が、光の残りが放射される時間と比較して比較的長いように選択される。第１の光放射ユニット、第２の光放射ユニット及び第３の光放射ユニットの切換シーケンスは、蛍光体ホイールが赤い光を生成するセグメントから青い光を生成するセグメントに変化する時と比較して、蛍光体ホイールが緑の光を生成するセグメントから赤い光を生成するセグメントに変化するときに異なってさえいてもよい。この異なる切換シーケンスは、例えば、赤い光が照明システムから放射される時間が最も長いように選択される。これは、付加的な光強度を光強度が最も低い色に供給するために使用される。
【００２０】
照明システムの実施例において、照明システムは、照明システムにより放射される光の強度を検出するための光センサを更に有する。この実施例の利点は、第２の光放射ユニット又は第１の光放射ユニットの押し上げを能動的に制御することにより、例えば照明システムにより放射される光のレベルを一定のままにすることを確実にできることである。特に光放射ユニットの経年効果のため、個々の光放射ユニットにより放射される光の強度は、そのライフサイクルの間に変化する。光センサを介して照明システムにより放射される光の強度を測定することにより、駆動ユニットは、個々の光放射ユニットにより放射される光の強度を適応させ、一定のままであるように光レベルを能動的に制御する。
【００２１】
照明システムの実施例において、第１の光放射ユニットは光エミッタの第１のアレイを有し、第２の光放射ユニットは光エミッタの第２のアレイを有する。この実施例の利点は、第１の光放射ユニット及び第２の光放射ユニットの光エミッタのアレイの使用が、作られるべき画像のアスペクト比に光源のアスペクト比が実質的に対応可能にすることである。これは、照明システム及び投影デバイスが画像を投影するために必要とされる光学系を最小にし、エテンデュー（利用できる光源の面積ｘ立体角）の減少の最小化を可能にする。
【００２２】
照明システムの実施例において、光エミッタの第１のアレイは光エミッタの第２のアレイと実質的に平行に配され、光エミッタの第１のアレイ及び光エミッタの第２のアレイは、スポークが光源と光出力窓との間に配されるときスポークと実質的に平行になるように配されている。この実施例の利点は、光エミッタのこの配置によってスポークが光源の光路を通過する時間間隔を最も短くするということである。
【００２３】
本発明は、更に請求項１１に記載の投影デバイスに関する。
【００２４】
本発明は、請求項１〜１０に記載の照明システム用のカラーホイールにも関し、当該カラーホイールは照明システムの光出力窓の方へ複数のカラーセグメントのうちのカラーセグメントにより放射される光を平行にするためのコリメート光学系を有する。この実施例の利点は、カラーホイールのコリメート光学系の統合が、照明システムのエテンデューの増大を制限可能にすることである。光学システムのエテンデューは、照明システムの重要なパラメータである。照明システムの最適効率を有し、光の損失を制限するために、照明システムは、当該照明システムを通過する光によるエテンデューの増大ができるだけ小さくなるように、設計されるべきである。通常は、コリメータ及びカラーホイールを使用する既知の照明システムにおいて、コリメータは、カラーホイールと既知の照明システムの光射出窓との間に配される。斯様な既知の構成において、カラーセグメントとコリメータとの間の距離は比較的大きいので、照明システムのエテンデューの増大を引き起こす。特にカラーセグメントが光源により放射される光の少なくとも一部を異なる色の光に変換するための発光物質を有するとき、発光物質により放射される光は実質的に全方向に放射される。このように、通常は層が適用される発光物質は、ランバート光エミッタとみなされる。エテンデューを保持するか又はエテンデューの増大を制限するために、コリメータは、好ましくはできるだけ発光物質の層の近くに配される。また、カラーセグメントが拡散素子を有するとき、この拡散素子もランバート光エミッタとみなされてもよい。また斯様な実施例において、コリメータは、エテンデューの増加を制限するために、できるだけ拡散素子の近くに配されるべきである。本発明によるカラーホイールでは、当該カラーホイールは、コリメート光学系を有する。斯様な構成において、発光物質の層とコリメート光学系との間の距離、又は拡散素子とコリメート光学系との間の距離は、照明システムのためのエテンデューの増大が制限されるように比較的小さく、よって、本発明による照明システムの効率を最適化する。
【００２５】
カラーホイールの実施例において、当該カラーホイールは、複数のカラーセグメントを有する基板を有し、当該基板はコリメート光学系を有する。概して、カラーセグメントの発光物質は、基板上に層として付与されるか、又は基板の一部に粒子として集積される。基板の残りの部分が、カラーホイールの安定性のために概して使われる。カラーホイールの基板のこの残りの部分が、コリメート光学系を集積するために使用される。
【００２６】
カラーホイールの実施例において、コリメート光学系は、カラーセグメントにより放射される光を平行にするための反射素子を有する、及び／又はカラーセグメントにより放射される光を平行にするための回折素子を有する、及び／又はカラーセグメントにより放射される光を平行にするための光出力窓とカラーセグメントとの間に配される屈折素子を有する。コリメーションのため反射素子を使用するときの実施例の利点は、反射素子が、カラーセグメントの縁に比較的容易に付与されるか、又は２つの隣接するカラーセグメント間のスポーク上に反射層として付与されることである。平行にするための反射素子の他の利点は、平行にするとき反射素子が色彩の収差を導入しないということである。回折素子を使用するときの利点は、回折素子が、例えば、印刷技術又はエンボス技術を用いて、例えば、カラーセグメントに比較的容易に付与されるということである。さらにまた、効率的な回析コリメート素子は、カラーホイール内であまり高さを必要とせず、カラーホイールが比較的薄くコンパクトなままであることを可能にする。これらの回折素子は、例えば異なる屈折率を持つ２つの物質で構成される凸壁構造体で構成される、例えば格子である。コリメートのための屈折素子を使用するときの実施例の利点は、屈折素子のコリメート効率が、反射素子の反射損失のため反射素子と比較してより大きいということである。さらにまた、屈折素子は、例えば、光源からの光ビームの逸脱を予測し、光をコリメートする（平行にする）ように、ビームの逸脱を修正する。例えば、カラー青のためのカラーセグメントは、光源により放射されるカラー青の光ビームを透過するために実質的に透明なカラーセグメントである。斯様な実施例では、光源により放射される光ビームは、特定の逸脱を持つ事前に決められた方向に、主にすでに放射される。斯様な実施例では、屈折素子は、効率的に青い光をコリメートするように、放射された光ビームの逸脱を修正する。屈折素子は、例えば、基板に一体化されたレンズ素子でもよく、又は、例えば基板上に付与される例えばフレネルレンズでもよい。屈折素子は、単一の方向にだけ実質的にコリメートするために、円柱状レンズでもよい。カラーホイールにおいて、斯様な円柱状レンズは、例えば、円環体として形成される。
【００２７】
本発明によるカラーホイールは、反射素子、回折素子及び／又は屈折素子の組合せを有してもよい。反射、回析及び／又は屈折素子のこの組合せは、単一のカラーセグメントで適用されてもよい。あるいは、反射素子はカラーホイールの第１のカラーセグメントで適用され、屈折素子はカラーホイールの第２のカラーセグメントで適用され、回折素子は第３のカラーセグメントで適用されてもよい。
【００２８】
さらにまた、コリメート強さは、異なるカラーセグメントで異なってもよい。例えば、カラー青を放射するカラーセグメントは、通常は実質的に透明なカラーセグメント（光源が青い光を放射する実施例において）である。それで、青い光は、光源から発する光ビームであって、カラーセグメントが、例えば、通常はランバート・放射体とみなされる発光物質を有する他のカラーセグメントと比較して、異なるコリメート強さを通常は必要とする当該光ビームにて放射される。屈折素子は、基板内に付与される屈折率勾配で構成され、これはカラーホイールの基板内に完全に組み込まれてもよいという利点を持つ。あるいは、屈折素子は、例えば、フレネルタイプのレンズで構成され、これは屈折素子のこの実施例もまた基板に一体化されるという利点を持つ。
【００２９】
カラーホイールの実施例において、カラーセグメントは、接線方向及び／又は半径方向に、カラーセグメントにより放射される光を平行にするため、カラーセグメント内に、光路と少なくとも部分的に平行して配される反射境界を有する。半径方向に延在する反射境界は、接線方向に広がる光をコリメートし、接線方向に延在する反射境界は半径方向に広がる光をコリメートする。反射境界は、２つの隣接するカラーセグメントの間に配される境界（スポークとして）でないが、単一のカラーセグメント内に配される他のスポークでもよい。他のスポークの適用のため、接線方向の光の拡大は、このように接線方向に光をコリメートして、制限される。斯様な実施例では、駆動ユニットは、他のスポークが第１の光路を通過するときの時間に、第１の光放射ユニットのスイッチをオフにするようにも構成される。あるいは、反射境界は、接線方向に少なくとも部分的に延在し、カラーホイールの回転軸に関して例えば、対称的に配列される例えば部分的なアーク形状を持ってもよい。斯様な反射境界は、半径方向にカラーセグメントにより放射される光をコリメートするだろう。
【００３０】
本発明のこれら及び他の態様は、これ以降説明される実施例を参照して明らかに説明されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明による照明システムの簡略断面図を示す。図１Ｂ及び図１Ｃは、本発明によるカラーホイールと関係する第１の光放射ユニット及び第２の光放射ユニットの配置を持つカラーホイールの異なる実施例を示す。
【図２】図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ及び図２Ｄ各々は、２つのセグメント間の境界が光源と光出力窓との間を通過する間、時間的に順次示される光エミッタの複数のアレイを示す。図２Ｅは、時間内の第１の光放射ユニット及び第２の光放射ユニットにより放射される光強度を例示し、照明システムにより放射される色を例示する。
【図３】図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄ各々は、２つのセグメント間の境界が光源と光出力窓との間を通過する間、時間的に順次示される光エミッタの複数のアレイの異なる実施例を示す。図３Ｅは、時間内の第１の光放射ユニット、第２の光放射ユニット及び第３の光放射ユニットにより放射される光強度を例示し、照明システムにより放射される色を例示する。
【図４】図４は、本発明による照明システムを有する投影デバイスを示す。
【図５】図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、図５Ｅ及び図５Ｆは、本発明によるカラーホイールの他の実施例の断面図及び平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
これらの図は、単なる概略であって、一定の比率で描画されてはいない。特に明確にするため、いくつかの寸法は、強く誇張されている。これら図の類似の構成要素は、可能な限り同一の参照符号により示される。
【００３３】
図１Ａは、本発明による照明システム１００の簡略断面図を示す。照明システム１００は、光源１０（図１Ｂ及び１Ｃを参照）、カラーホイール２０、及び光源１０を駆動するための駆動ユニット９２を有する。図１Ａに示される照明システム１００は、さらに、カラーホイール２０を駆動するためのモーター９０、光出力窓１１０の方へ光源１０により放射される光を再方向付けするための折り返しミラー１２０、照明システム１００により放射される光の強度を検出するための光センサ９５、及び光源１０を冷却するための冷却素子としてのヒートシンク１３０を有する。光源１０により放射される光は、点線８０により図１Ａに示される光路８０をフォローする。折り返しミラー１２０は、例えば、光センサ９５の方へ光源１０により放射される光の部分を透過する半透鏡１２０である。光源１０は、第１の光放射ユニット５０及び第２の光放射ユニット６０を有し（図１Ｂ及び図１Ｃを参照）、各ユニットは、光出力窓１１０の方へカラーホイール２０を介して光を放射する。図１Ａに示されるカラーホイール２０の断面図は、ラインＡＡ（図１Ｂを参照）に沿ってあって、結果的に光源１０の第１の光放射ユニット５０を示すだけである。好ましくは、第１の光放射ユニット５０及び第２の光放射ユニット６０により放射される光の色は、実質的に同一であり、照明システム１００により放射される光の色は、光源１０により放射される光の色と共にカラーホイール２０により決定される。カラーホイール２０は、異なる色セグメントＲ、Ｇ、Ｂ（図１Ｂ及び図１Ｃを参照）を有する。カラーホイール２０を回転させることにより、異なるセグメントは、光源１０と光出力窓１１０との間の光路８０に配置される。特定カラーセグメントＲ、Ｇ、Ｂと光源１０の色との組合せが、照明システム１００により放射される光の色を決定する。
【００３４】
カラーホイール２０の異なるセグメントＲ、Ｇ、Ｂは、例えば、赤、緑、青、マゼンタ、黄色及びシアンから選択される色の１つを持つ光を各々が透過するカラーフィルタを有する。斯様な実施例では、光源１０は、光の選択された色の既知量を有する実質的に白色の光を、好ましくは放射する。あるいは、異なるセグメントＲ、Ｇ、Ｂは、光源１０により放射される光を赤、緑、青、マゼンタ、黄色及びシアンから選択される色の光に変換する発光物質を有する層を有する。斯様な実施例では、光源１０は、必要とされる色に変換できる個々の発光の層により、紫外線光を例えば放射するか、又は例えば青い光を放射する。光源１０が青い光を放射する実施例では、Ｒで示されるセグメントの発光物質は、青い光を吸収し、赤い光に変換する。Ｇで示されるセグメントの発光物質は、青い光を吸収し、緑の光に変換する。好ましくは、Ｒで示されるセグメントの発光物質及びＧで示されるセグメントの発光物質は各々が、光源１０に向かい合うカラーホイール２０の側に配される特定のダイクロイック・ミラーを有する。Ｇで示されるセグメントの発光物質上に配されるダイクロイック・ミラーは、青い光を透過し、発光物質により生成される緑の光を反射する。Ｒで示されるセグメントの発光物質上に配されるダイクロイック・ミラーは、青い光を透過し、発光物質により生成される赤い光を反射する。ダイクロイック・ミラーを使用して、発光物質内で生成される、実質的にすべての緑の光及び赤い光は、光出力窓１１０の方向へカラーホイール２０により放射される。Ｂで示されるセグメントは、発光物質を含まず、光源１０からの青い光を透過する。蛍光体ホイール２０を生成するカラーホイール２０上の発光物質の層を使用するときの利点は、光源１０において生成されるより大部分の光が、特にダイクロイック・ミラーが付与されるとき、照明システム１００から放射されるということである。比較的に、光源１０が実質的に白色の光を放射するとき、特定色を持つ光とは異なるすべての光を吸収するセグメントＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタのため、光の少なくとも６０％が使用されない。さらにまた、蛍光体ホイール２０の使用は、発光物質の低い温度のため、発光物質の層のより高い効率という利点と、発光物質の典型的な低い温度のため蛍光体ホイール２０に使用されるべき発光物質がより広い範囲となるという利点とを持つ遠隔蛍光体構成を生成する。さらにまた、蛍光体ホイール２０は、反射で使用されてもよい。光源１０により放射される青い光を使用するときの利点は、青い光を生成するために必要とされる光の変換がないことであり、これはシステムのエネルギー損失を低減する。さらにまた、赤い光及び緑の光を生成するために青い光を使用するときのストークス―シフトは、赤い光及び緑の光を生成するために紫外線光を使用するときのストークス―シフトに比べてより少なく、これは、システムのエネルギー損失を更に低減する。
【００３５】
カラーホイール１０は、３つより多くのセグメントを有し、光源１０により放出される光の色と共に、リストされた赤、緑、青、マゼンタ、黄色及びシアンとは異なる色を生成してもよい。
【００３６】
既知の照明システムにおいて、光源と光出力窓との間のカラーホイールの２つの隣接するカラーセグメント間の境界の通過は、光の色が第１の色から第２の色に徐々に変化する時間窓を生成する。２つの隣接するカラーセグメントの間の境界は、通常はスポーク４０と呼ばれていて、スポークが光源１０と光出力窓１１０との間を通過する時間は、通常は、スポーク時間Ｔｓｐ（図２を参照）と呼ばれている。スポーク時間の間、出力窓１１０を通って放射される光の色が一定でないので、既知の照明システムは単に、スポーク時間の間スイッチを切り、照明システムの輝度をかなり低減するか、又は既知の照明システムは、効率的及び予測可能な態様でスポーク時間の間、照明システムにより放射される光を依然使用するための複雑な補償技術を有する。しかしながら、後者のこれら既知の照明システムは、複雑なデータ補償を必要とする。
【００３７】
本発明による照明システム１００において、スポーク時間Ｔｓｐの間に放射される光は、例えば、複雑な補償技術を必要とすることなく投影デバイスにより使用される。この目的のため、第１の光放射ユニット５０、第２の光放射ユニット６０及びカラーホイール２０のスポーク４０は、光源１０と光出力窓１１０との間の光路８０を通過するとき、第１の光放射ユニット５０と光出力窓１１０との間の第１の光路及び第２の光放射ユニット６０と光出力窓１１０との間の第２の光路を同時にスポーク４０が通過することを防止するように構成される。さらに、駆動ユニット９２は、スポーク４０が第１の光路を通過する時間間隔であるスポーク時間ｐ１（図２を参照）の第１の部分の間、第１の光放射ユニット５０のスイッチをオフにするように構成される。光がカラーホイール２０に当たるとき、第１の光路及び第２の光路は実質的に離隔される。しかしながら、第１の光放射ユニット５０及び第２の光放射ユニット６０の光の後、第１の光路及び第２の光路は、例えば、光出力窓１１０間に照明システム１００により放射される光の均一性を改良するために用いられる集積光学系（図示せず）において、完全に又は部分的に重複してもよい。
【００３８】
スポーク４０が第１の光路及び第２の光路を同時に通過することを防止するために、第１の光放射ユニット５０の位置決めは、図１Ｂに示されるように、接線方向に第２の光放射ユニット６０の隣に配置される。図１Ｂは、第１の光放射ユニット５０及び第２の光放射ユニット６０で構成される光源１０と共にカラーホイール２０を示す。接線方向に第１の光放射ユニット５０の隣に第２の光放射ユニット６０を配置しているため、スポーク４０は、最初に第１の光路を通過し、その後第２の光路を通過する。スポーク４０が第１の光路及び第２の光路を同時に通過することを防止する代わりの態様は、図１Ｃに示されるようにスポーク４０を形成することによる。図１Ｃはまた、第１の光放射ユニット５０及び第２の光放射ユニット６０で構成される光源１０と共にカラーホイール２２を示す。ここで、第２の光放射ユニット６０は、半径方向に第１の光放射ユニット５０の次に配置される。しかしながら、スポーク４０の形状は、スポーク４０が第１の光路を最初に通過し、その後第２の光路を通過するようにする。
【００３９】
Ｇで示されたカラーセグメントが、光源１０と光出力窓１１０との間に位置されるとする。結果として、照明システム１００により放射される光の色は、緑である。矢印の方向にカラーホイール２０、２２、２４を回転させるとき、Ｇで示されるカラーセグメントとＢで示されるカラーセグメントとの間の境界４０を表すスポーク４０は、光源１０と光出力窓１１０との間の光路８０を通過する。図１Ｂ及び１Ｃで示される両方の構成において、スポーク４０は、スポーク時間ｐ１の第１の部分の間に、第１の光放射ユニット５０と光出力窓１１０との間の第１の光路を最初に通過する。駆動ユニット９２はスポーク時間ｐ１の第１の部分の間、第１の光放射ユニット５０のスイッチをオフにする一方で、第２の光放射ユニット６０が光を放射することを維持する。第１の光放射ユニット５０及び第２の光放射ユニット６０がスイッチをオンにされるときの強度の半分の強度ではあるが、照明システム１００により放射される光の色は依然緑である。照明システム１００により放射される光の低減された強度を克服するために、駆動ユニット９２は、スポーク時間ｐ１の第１の部分の間、第２の光放射ユニット６０の光出力をブーストしてもよい。スポーク４０が第１の光路を通過した後、Ｂで示されるカラーセグメントは、第１の光放射ユニット５０と光出力窓１１０との間に位置される。カラーホイール２０が回転し続けるとき、カラーホイール２０はスポーク時間ｐ２の第２の部分の間（図２を参照）、第２の光放射ユニット６０と光出力窓１１０との間の第２の光路を通過する。スポーク時間ｐ２の第２の部分の間、駆動ユニット９２は、第２の光放射ユニット６０のスイッチをオフにして、第１の光放射ユニット５０のスイッチをオンにする。その時、Ｂで示されるカラーセグメントが第１の光放射ユニット５０と光出力窓１１０との間に位置されるので、照明システム１００により放射される光の色は緑から青に急に変化する。緑から青への漸進的な変化がないので、照明システムにより放射される光は、複雑な補償技術なく、投影システムにより容易に用いられる。スポーク時間ｐ２の第２の部分の間、照明システムにより放射される光の強度がスポーク時間Ｔｓｐ外で照明システムにより放射される光の強度に実質的に等しいことを確実にするために、駆動ユニット９２は、スポーク時間ｐ２の第２の部分の間、第１の光放射ユニットの出力をブーストしてもよい。
【００４０】
カラーホイール２０、２２、２４の異なるセグメントＲ、Ｇ、Ｂから生じる光が混合することを防止するために、光が放射されない短い時間間隔が、スポーク時間ｐ１の第１の部分とスポーク時間ｐ２の第２の部分との間にあってもよい。これは、カラーホイール２０、２２、２４が発光物質を有するとき、発光物質の残光効果による光の混合を防ぐために特になされる。
【００４１】
光源１０は、例えば、発光ダイオード、レーザダイオード又は他の小さな明るい光源のような光放射ユニット５０、６０を有する。発光ダイオード及び／又はレーザダイオードを使用するときの利点は、これらの光放射ユニットが増大された量の光を放射するため短時間の間で、比較的容易にブーストされるということである。
【００４２】
光源１０、１２、１４と光出力窓１１０との間をスポーク４０が通過するときのこれらの異なるステージが、図２Ａ乃至図２Ｄ及び図３Ａ乃至図３Ｄに示される。図２Ｅ及び図３Ｅそれぞれは、スポーク時間Ｔｓｐ及び一連のスポーク時間の部分ｐ１、ｐ２を示す。ｐ１、ｐ２、ｐ３の間に第１の光放射ユニット５０及び／又は第２の光放射ユニット６０及び／又は第３の光放射ユニット７０がスイッチをオンにされたり、ブーストされたり、又はスイッチをオフにされる。
【００４３】
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ及び図２Ｄ各々は、第１の光放射ユニット５０及び第２の光放射ユニット６０で構成される光源１２を示す。第１の光放射ユニット５０は光エミッタ５２、５４、５６の第１のアレイで構成され、第２の光放射ユニット６０は光エミッタ６２、６４、６６の第２のアレイで構成される。光エミッタ５２、５４、５６の第１のアレイ及び光エミッタ６２、６４、６６の第２のアレイ各々は、スポーク４０が光エミッタ５２、５４、５６の第１のアレイと光エミッタ６２、６４、６６の第２のアレイとをそれぞれ通過するときにスポーク４０と実質的に平行なように配置されている。図２Ａ乃至図２Ｄは、スポーク４０が光源１２を通過する時間シーケンスを示す。スポーク４０は、矢印により示される方向に移動する。
【００４４】
図２Ａは、第１の光放射ユニット５０及び第２の光放射ユニット６０がカラーホイール２０の同じセグメントＲ、Ｇ、Ｂを介して光出力窓１１０の方へ光を放射するときの状況を示す。これは、スポーク時間Ｔｓｐ外の時間の間の照明システム１００の光出力に対応する。光エミッタ５２、５４、５６の第１のアレイ及び光エミッタ６２、６４、６６の第２のアレイ両方は、スイッチをオンにされているだろう。
【００４５】
図２Ｂは、スポーク４０が第１の光路を通過する状況を示す。この時間間隔は、スポーク時間ｐ１（図２Ｅを参照）の第１の部分として示される。スポーク時間ｐ１の第１の部分の間、光エミッタ５２、５４、５６の第１のアレイがスイッチをオフにされる一方で、光エミッタ６２、６４、６６の第２のアレイは、好ましくはブーストされた強度でスイッチをオンにされたままである。
【００４６】
図２Ｃは、スポーク４０が第２の光路を通過する状況を示す。この時間間隔は、スポーク時間ｐ２（図２Ｅを参照）の第２の部分として示される。スポーク時間ｐ２の第２の部分の間、光エミッタ６２、６４、６６の第２のアレイはスイッチをオフにされる一方で、光エミッタ５２、５４、５６の第１のアレイは、好ましくはブーストされた強度でスイッチをオンにされる。この段階で、照明システム１００により放射される光の色は、「出力」で示される下のグラフにより、図２Ｅに示されるように変化する。
【００４７】
図２Ｄは、スポーク４０が光源１２を通過した状況を示す。光エミッタ６２、６４、６６の第２のアレイのスイッチを入れて、光エミッタ５２、５４、５６の第１のアレイの強度をスポーク時間Ｔｓｐ外の強度レベルへ引き下げるとき、第１の光放射ユニット５０及び第２の光放射ユニット６０両方は、カラーホイール２０の同じセグメントＲ、Ｇ、Ｂを介して光出力窓１１０へ光を放射する。
【００４８】
これらの４つのステージは図２Ｅにも示される。参照符号５０で示される第１のグラフは、第１の光放射ユニット５０の時刻ｔの光出力強度を示す。第１のグラフにおいても、第１の光放射ユニット５０の状態は、第１の光放射ユニット５０がスイッチをオンにする、オフにする、第１の光放射ユニット５０の出力強度がブーストされる（高められる）ときをそれぞれ示す「オン」、「オフ」、「ブースト」により示される。参照符号６０で示される第２のグラフは、第２の光放射ユニット６０の時刻ｔの光出力強度を示す。第２のグラフにおいても、第２の光放射ユニット６０の状態は、第２の光放射ユニット６０がスイッチをオンにする、オフにする、第２の光放射ユニット６０の出力強度がブーストされるときをそれぞれ示す「オン」、「オフ」、「ブースト」により示される。「出力」の文字で示される第３のグラフは、照明システム１００の時刻ｔの光出力強度を示す。さらにまた、第３のグラフは、スポーク時間の半分で青（参照符号Ｂで示される）から緑（参照符号Ｇで示される）に変える光の色を示す。第３のグラフも、照明システム１００の出力強度がスポーク時間Ｔｓｐの間、実質的に一定に保つことを示し、照明システム１００により放射される光の色は（既知の照明システムが持つように）青い光から緑の光に徐々に変化せず、スポーク時間ｐ１の第１の部分とスポーク時間ｐ２の第２の部分との間で急に変化することを示す。色のこの突然の変化により、スポーク時間Ｔｓｐの間、照明システム１００により放射される光は、複雑な補償技術を必要とすることなく投影デバイス２００により容易に用いられる。
【００４９】
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄ各々は、光源１４の異なる実施例を示す。図３に示される光源１４は、第１の光放射ユニット５０、第２の光放射ユニット６０及び第３の光放射ユニット７０で構成される。第１の光放射ユニット５０は、光エミッタ５２、５４の第１のアレイで構成され、第２の光放射ユニット６０は、光エミッタ６２、６４の第２のアレイで構成され、第３の光放射ユニット７０は光エミッタ７２、７４の第３のアレイで構成される。また、光エミッタ５２、５４の第１のアレイ、光エミッタ６２、６４の第２のアレイ及び光エミッタ７２、７４の第３のアレイ各々は、スポーク４０が光エミッタ５２、５４の第１のアレイ、光エミッタ６２、６４の第２のアレイ及び光エミッタ７２、７４の第３のアレイをそれぞれ通過するとき、スポーク４０と実質的に平行なように設けられる。図３Ａ乃至図３Ｄは、スポーク４０が光源１４を通過する時間シーケンスを示す。スポーク４０は、矢印により示される方向に動く。
【００５０】
図３Ａは、第１、第２及び第３の光放射ユニット５０、６０、７０各々がカラーホイール２０の同じセグメントＲ、Ｇ、Ｂを介して光出力窓１１０の方へ光を放射するときの状況を示す。これは、スポーク時間Ｔｓｐ外の時間の間の照明システム１００の光出力に対応する。光エミッタ５２、５４、６２、６４、７２、７４のすべてのアレイがスイッチをオンにされる。
【００５１】
図３Ｂは、スポーク４０がスポーク時間ｐ１（図３Ｅを参照）の第１の部分の間、第１の光路を通過する状況を示す。スポーク時間ｐ１のこの第１の部分の間、光エミッタ５２、５４の第１のアレイがスイッチをオフにされる一方で、光エミッタ６２、６４の第２のアレイ及び光エミッタ７２、７４の第３のアレイはスイッチが入ったままである。スポーク時間ｐ１の第１の部分の間に放射される光の強度が実質的に一定のままであることを確実にするために、光エミッタ６２、６４の第２のアレイ及び光エミッタ７２、７４の第３のアレイは、より高い光の強度を放射するためにブーストされてもよい。
【００５２】
図３Ｃは、スポーク４０がスポーク時間ｐ２（図３Ｅを参照）の第２の部分の間、第２の光路を通過する状況を示す。スポーク時間ｐ２のこの第２の部分の間、光エミッタ６２、６４の第２のアレイは、照明システムにより放射される光の色が徐々に色を変えることを防止するためにスイッチをオフにされる。図３Ａ乃至図３Ｅに示される実施例では、光エミッタ５２、５４の第１のアレイはスポーク時間ｐ２の第２の部分の間、再びスイッチをオンにされる一方で、光エミッタ７２、７４の第３のアレイはスイッチをオフにされる。結果として、第１の光放射アレイ５２、５４の光路に配置されるカラーセグメントＲ、Ｇ、Ｂの部分と共に第１の光放射アレイ５２、５４は、照明システム１００により放射される光の色を決定する。それで、照明システム１００により放射される光の色は、スポーク時間ｐ１の第１の部分とスポーク時間ｐ２の第２の部分との間で変化する。スポーク時間ｐ２の第２の部分の間に放射される光の強度がスポーク時間ｐ１の第１の部分と比較して実質的に一定のままであることを確実にするために、光エミッタ５２、５４の第１のアレイは、より高い光の強度を放射するためにブーストされてもよい。これは、スポーク時間ｐ２の第２の部分の間のより高いパルス、及び文字ラベル「Ｘブースト」により図３Ｅに示される。ラベル「Ｘブースト」はまた、光エミッタ５２、５４の第１のアレイの強度が、照明システム１００により放射される光の強度が実質的に一定のままであるように、光エミッタ６２、６４の第２のアレイ及び光エミッタ７２、７４の第３のアレイよりもブーストされなければならないことを示す。
【００５３】
代替の実施例では、光エミッタ５２、５４の第１のアレイは、スポーク時間ｐ２の第２の部分の間、スイッチをオフにされたままであり、光エミッタ７２、７４の第３のアレイは照明システム１００により放射される光の強度が実質的に一定のままであるように更にブーストされてもよい。この実施例において、照明システム１００により放射される光の色は、スポーク時間ｐ１の第１の部分とスポーク時間ｐ２の第２の部分との間で変化しないが、スポーク時間ｐ２の第２の部分とスポーク時間ｐ３（図３Ｅを参照）の第３の部分との間で変化する。
【００５４】
前の例から、スポーク期間Ｔｓｐ（図３Ｅを参照）の間に色を変える瞬間は、光放射ユニット５０、６０、７０の何れがスイッチ「オン」又は「オフ」にされるかを選択することにより選択されることは明らかである。これは、カラーホイールが、例えば、光放射ユニット５０、６０、７０から放射される青い光を赤い光及び緑の光に変換するための発光物質を有するとき、有益に使われる。赤い光を生成するための発光物質の変換効率が比較的低いので、蛍光体ホイール２０が使用されるとき、照明システム１００により放射される赤い光の強度は比較的低い。スポーク期間Ｔｓｐの間の色を変える瞬間は、赤い光が照明システム１００から放射される時間が光の残りが放射される時間と比較して比較的長いように選択される。例えば、カラー緑のＧを生成するカラーセグメントとカラー赤のＲを生成するカラーセグメントとの間の境界である第１のスポーク４０が光源１０の光路８０を通過するとき、光放射ユニット５０、６０、７０がスイッチオフされるシーケンスは、カラー赤のＲを生成するカラーセグメントとカラー青のＢを生成するカラーセグメントとの間の境界である第２のスポーク４０が光路８０を通過するときと比べて異なる。この異なる切換シーケンスは、例えば、赤い光が照明システム１００から放射される時間が最も長いように選択される。これは、光強度が最も低い色に付加的な光強度を供給するために用いられる。
【００５５】
さらに他の実施例において、光エミッタ５２、５４の第１のアレイは、スポーク時間ｐ２の第２の部分の間、スイッチをオンにされ、光エミッタの第３のアレイはスポーク時間ｐ２の第２の部分の間、スイッチをオンにされたままである。光エミッタ５２、５４の第１のアレイにより放射される光の色は、光エミッタ７２、７４の第３のアレイにより放射される光の色と比較して、カラーホイール２０の異なるカラーセグメントにより決定されるので、結果として、照明システム１００により放射される光の色は変化する。例えば、カラーホイール２０がカラー赤を生成するカラーセグメントＲ、カラー青を生成する色セグメントＢ及びカラー緑を生成する色セグメントＧを有するとき、本発明による現在の実施例により放射される色は中間の色、例えば、黄色（赤及び緑の組合せである）、マゼンタ（赤及び青の組合せである）及びシアン（緑及び青の組合せである）である。スポーク時間ｐ２の第２の部分の間、照明システム１００により放射される光の中間色は、照明システム１００により放射される光の色と比較して異なるが、スポーク時間ｐ２の第２の部分の間、実質的に一定のままである。これは、投影デバイス２００が、スポーク時間ｐ２の第２の部分の間に照明システム１００により放射される光を比較的容易に使用できるようにする。
【００５６】
図３Ｄは、スポーク４０がスポーク時間ｐ３（図３Ｅを参照）の第３の部分の間、第３の光放射ユニット７０と光出力窓１１０との間の第３の光路を通過する状況を示す。スポーク時間ｐ３のこの第３の部分の間、光エミッタ５２、５４の第１のアレイ及び光エミッタ６２、６４の第２のアレイはスイッチをオンにされる一方で、光エミッタ７２、７４の第３のアレイはスイッチをオフにされる。スポーク時間ｐ３の第３の部分の間、放射される光の強度が実質的に一定のままであることを確実にするために、光エミッタ５２、５４の第１のアレイ及び光エミッタ６２、６４の第２のアレイは、より高い光の強度を放射するようにブーストされてもよい。
【００５７】
中間色がスポーク時間ｐ２の第２の部分の間、照明システム１００により放射される実施例において、照明システム１００により放射される色は、スポーク時間ｐ２の第２の部分とスポーク時間ｐ３の第３の部分との間で再び変化するだろう。スポーク時間ｐ３の第３の部分の間、第１の光放射ユニット５０及び第２の光放射ユニット６０各々は、照明システム１００により放射される光の色を決定するカラーホイール２０の同じセグメントＲ、Ｇ、Ｂを介して光出力窓１１０の方へ光を放射する。
【００５８】
スポーク４０が光源１４を通過した次の状況は示されていないが、図２Ｄと実質的に同一である。スポーク時間ｐ３の第３の部分の後、光エミッタ７２、７４の第３のアレイが再びスイッチをオンにされ、光エミッタ５２、５４の第１のアレイ及び光エミッタ６２、６４の第２のアレイにより放射される光の強度は、スポーク時間Ｔｓｐ外の強度レベルまで再び低減される。第１の光放射ユニット５０、第２の光放射ユニット６０及び第３の光放射ユニット７０各々は、カラーホイール２０の同じセグメントＲ、Ｇ、Ｂを介して光出力窓１１０の方へ光を放射する。
【００５９】
これらの５つのステージは図３Ｅにも示される。参照符号５０で示される第１のグラフは、第１の光放射ユニット５０の時刻ｔの光出力強度を示す。第１のグラフにおいても、第１の光放射ユニット５０の状態は、第１の光放射ユニット５０がスイッチをオンにされるとき、オフにされるとき、及び第１の光放射ユニット５０の出力強度がブーストされるか又はよりブーストされるときをそれぞれ示す「オン」、「オフ」、「ブースト」及び「Ｘブースト」により示される。参照符号６０で示される第２のグラフは、第２の光放射ユニット６０の時刻ｔの光出力強度を示す。第２のグラフにおいても、第２の光放射ユニット６０の状態は、第２の光放射ユニット６０がスイッチをオンにされるとき、オフにされるとき、及び第２の光放射ユニット６０の出力強度がブーストされるときをそれぞれ示す「オン」、「オフ」、及び「ブースト」により示される。参照符号７０で示される第３のグラフは、第３の光放射ユニット７０の時刻ｔの光出力強度を示す。第３のグラフにおいても、第３の光放射ユニット７０の状態は、第３の光放射ユニット７０がスイッチをオンにされるとき、オフにされるとき、及び第２の光放射ユニット６０の出力強度がブーストされるときをそれぞれ示す「オン」、「オフ」、「ブースト」により示される。文字ラベル「出力」で示される第４のグラフは、照明システム１００の時刻ｔの光出力強度を示す。さらにまた、第４のグラフは、スポーク時間ｐ１の第１の部分とスポーク時間ｐ２の第２の部分との間に青（参照符号Ｂで示される）から緑（参照符号Ｇで示される）へ変化する光の色を示す。第４のグラフも、照明システム１００の出力強度がスポーク時間Ｔｓｐの間、実質的に一定のままであることを示し、照明システム１００により放射される光の色が（既知の照明システムが持つように）青い光から緑の光に徐々に変化せず、スポーク時間ｐ１の第１の部分とスポーク時間ｐ２の第２の部分との間で急に変化することを示す。色のこの突然の変化により、スポーク時間Ｔｓｐの間に照明システム１００により放射される光は、複雑な補償技術を必要とすることなく投影デバイス２００により容易に用いられる。
【００６０】
図４は、本発明による照明システム１００を有する投影デバイス２００を示す。投影デバイス２００は、デジタル光処理ユニット２３０上の照明システム１００により放射される光を投影するためのフィールドレンズ２２０とエキスパンダ・レンズ２１０とを有する。デジタル光処理ユニット２３０は、光バルブを通る透過を介して、又は、マイクロ鏡のアレイからの反射を介して画像を生成し、壁若しくはスクリーン上にその後投射される。
【００６１】
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、図５Ｅ及び図５Ｆは、本発明によるカラーホイールの他の実施例の断面図及び平面図を示す。図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄにおいて、カラーホイール２０、２２、２４の断面図は、図５Ａに図示される実施例が光をコリメートするための反射素子２６を示し、図５Ｂ及び図５Ｃに示される実施例は、光をコリメートするための屈折素子２７Ａ及び２７Ｂを示し、図５Ｄに図示される実施例は、光をコリメートするための回折素子２５を示す。カラーホイール２０、２２、２４は、基板２８を有する。カラーセグメントＧの発光物質は、基板２８上の層として付与され、グレイ・エリアとして図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ及び図５Ｄに示される。発光物質は、層として付与されるか、又は基板２８（示されない）の一部に粒子として組み込まれる。基板２８の残りが、カラーホイール２０、２２、２４の安定性のために概して使用される。カラーホイール２０、２２、２４の基板２８のこの残りの部分が、コリメート光学系２５、２６、２７Ａ、２７Ｂを組み込むために使用される。カラーホイール２０、２２、２４の基板２８に、コリメート光学系２５、２６、２７Ａ、２７Ｂを組み込むため、照明システムのエテンデューの増大は、照明システム１００の効率をこのように改善して制限される。
【００６２】
図５Ａは、反射素子２６を有するコリメート光学系２６を示す。反射素子２６は、カラーセグメントＲ、Ｇ、Ｂの縁に比較的容易に付与されるか、又は２つの隣接するカラーセグメントＲ、Ｇ、Ｂの間のスポーク４０上に反射層として付与される。反射素子２６は、好ましくは反射器カップ（図５Ａの断面図を参照）として配置されてもよいが、反射素子２６は光路８０と実質的に平行に配置されてもよい。破線の矢印は、反射素子２６によりコリメートされる光放射素子６０により放射される光ビームを示す。
【００６３】
図５Ｂは、屈折素子２７Ａを有するコリメート光学系２７Ａを示す。屈折素子２７Ａは、基板２８に付与される屈折率勾配（図示せず）で構成され、これはカラーホイールの基板に完全に組み込まれるという利点を持つ。あるいは、屈折素子２７Ａは、例えば、基板２８に統合されるレンズ２７Ａでもよい。
【００６４】
図５Ｃは、例えば、発光層が付与される基板２８の表面に付与されるか（図示せず）、又はカラーホイール２０の基板２８に統合されるフレネルタイプのレンズ２７Ｂを有するコリメート光学系２７Ｂを示す。斯様な実施例では、コリメート光学系２７ＢとカラーセグメントＧとの間の距離は、比較的小さくてもよい。更に、フレネルタイプのレンズ２７Ｂを使用するときの利点は、基板２８の厚みが制限されてもよく、カラーホイール２０の厚みを制限可能にするということである。破線の矢印は、屈折素子２７Ｂによりコリメートされる、光放射素子６０により放射される光ビームを示す。
【００６５】
図５Ｄは、例えば、基板２８の表面に付与されるか（図示せず）、例えば、発光物質Ｇ（図示せず）の表面に付与されるか、又は基板２８に統合される回折格子２５を有するコリメート光学系２５を示す。回折素子２５は、例えば、印刷技術又はエンボス技術を使用して比較的容易に付与される。さらにまた、回折素子２５の使用によって、コリメート光学系の厚みが制限でき、カラーホイール２０の厚みを制限可能にする。これらの回折素子２５は、例えば、異なる屈折率を持つ２つの物質で構成される例えば凸壁構造体で構成される格子２５でもよい。
【００６６】
本発明によるカラーホイール２０、２２、２４は、反射素子２６、回折素子２５及び／又は屈折素子２７Ａ、２７Ｂの組合せを有してもよい。コリメーション素子２５、２６、２７Ａ、２７Ｂのこの組合せは、単一のカラーセグメントＲ、Ｇ、Ｂに付与されてもよい。あるいは、反射素子２６は、カラーホイール２０、２２、２４の一つのカラーセグメントＲ、Ｇ、Ｂに付与され、屈折素子２７Ａ、２７Ｂは、カラーホイール２０、２２、２４の第２のカラーセグメントＲ、Ｇ、Ｂに付与されてもよい。
【００６７】
図５Ｅは、本発明によるカラーホイール２０の平面図を示す。図５Ｅに示されるカラーホイール２０は、図１Ｂに示されるカラーホイール２０と実質的に同一であるが、ここでは反射素子２６がスポーク４０（図１Ｂ及び図１Ｃを参照）として付与されるか、又は反射素子２６がスポーク４０に付与されている。図５Ｅに示された実施例では、反射素子２６は、光路８０と実質的に平行して配置され、よってスポーク４０の幅が実質的には増大しない（反射素子２６を構成する反射する層の厚み分だけ増大するだろう）。あるいは、反射素子２６が反射カップ（図５Ａを参照）として配置されるとき、接線方向のスポーク４０の寸法は増大するだろう。照明システム１００（図１Ａを参照）のスポーク時間をまだ低減可能にするためには、第１の光放射ユニット５０（図１Ｂ及び図１Ｃを参照）と第２の光放射ユニット６０（図１Ｂ及び図１Ｃを参照）との間の距離は、スポーク４０が第１の光放射ユニット５０と光出力窓１１０との間の第１の光路と、第２の光放射ユニット６０と光出力窓１１０との間の第２の光路とを同時に通過しないように適合されなければならない。
【００６８】
図５Ｆは、本発明によるカラーホイール２４の他の実施例の平面図を示す。この実施例では、カラーセグメントＲ、Ｇ、Ｂは、接線方向及び／又は半径方向のカラーセグメントＲ、Ｇ、Ｂにより放射される光をコリメートするためのカラーセグメントＲ、Ｂ、Ｇ内の光路８０と部分的に少なくとも平行に配置される反射境界２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃを有する。反射境界２９Ａは、２つの隣接するカラーセグメントＲ、Ｇ、Ｂ（スポーク４０として）の間に配置される境界ではなく、単一のカラーセグメントＲ、Ｇ、Ｂ内部に配置される他のスポーク２９Ａでもよい。よって、反射境界２９Ａの付与のため、接線方向の光の拡散は、接線方向の光をコリメートして制限される。斯様な実施例では、駆動ユニット９２はまた、他のスポーク２９が第１の光路を通過するときの時間間隔の間、第１の光放射ユニット５０のスイッチをオフにするように構成される。また、他のスポーク２９Ａは、あるいは、図５Ａに示されるように反射カップの反射素子２６のうちの１つのような光軸８０に関して傾けられた角度で配置される。斯様な実施例では、他のスポーク２９Ａの寸法は、接線方向に増大する。
【００６９】
反射境界２９Ｂ、２９Ｃは、半径方向の光の拡散を制限するために接線方向に配置される境界でもよい。斯様な反射境界２９Ｂ、２９Ｃは、例えば、カラーホイール２４の回転軸９１に関して対称的に配置される、例えば部分的なアーク形状を持ってもよい。斯様な反射境界２９Ｂ、２９Ｃは、半径方向にカラーセグメントにより放射される光をコリメートする。あるいは、反射境界２９Ｂ、２９Ｃは、例えば部分的に半径方向に、部分的に接線方向に光をコリメートするための他の形状を持ってもよい。
【００７０】
ここで開示されるように、コリメート光学系２５、２６、２７Ａ、２７Ｂ、２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃを有するカラーホイール２０、２２、２４は、照明システムから離れて、つまり、スポーク時間を低減するための駆動ユニット９２の使用なしに、第１及び第２の光放射ユニット５０、６０を持つ光源１０、１２、１４の使用なしに、適用されてもよいことは当業者に明らかである。
【００７１】
本発明は、投影デバイス２００のための照明システム１００の光源１０、１２、１４を駆動する方法にも関する。照明システム１００は、光源１０、１２、１４と、カラーホイール２０、２２、２４と、光源１０、１２、１４を駆動するための駆動ユニット９２とを有する。カラーホイール２０、２２、２４は、照明システム１００により放射される光の色を決定する複数のカラーセグメントＲ、Ｇ、Ｂを有する。カラーホイール２０、２２、２４は、カラーホイール２０、２２、２４を回転させることにより、光源１０、１２、１４と光出力窓１１０との間の光路８０の複数のカラーセグメントＲ、Ｇ、ＢからカラーセグメントＲ、Ｇ、Ｂを順次位置決めするために構成される。カラーホイール２０、２２、２４のスポーク４０は、２つの隣接するカラーセグメントＲ、Ｇ、Ｂ間の境界４０である。照明システム１００は更に、第１の光放射ユニット５０及び第２の光放射ユニット６０を有する光源１０、１２、１４を有し、第１の光放射ユニット５０及び第２の光放射ユニット６０の各々は、照明システム１００の光出力窓１１０の方へ光を放射する。第１の光放射ユニット５０、第２の光放射ユニット６０及びスポーク４０は、光源１０、１２、１４と光出力窓１１０との間の光路８０を通過するときスポーク４０が、第１の光放射ユニット５０と光出力窓１１０との間の第１の光路と、第２の光放射ユニット６０と光出力窓１１０との間の第２の光路とを同時に通過することを防止するように構成される。光源１０、１２、１４を駆動する方法は、スポーク４０が第１の光路を通過するときの時間間隔ｐ１（図２Ｅ及び図３Ｅを参照）の間、第１の光放射ユニット５０のスイッチをオフにするステップを有する。更に当該方法は、第１の光放射ユニット５０のスイッチをオフにする間、第２の光放射ユニット６０により放射する光の強度を増大するステップを有する。
【００７２】
本発明は、また、前のパラグラフに示される方法を実施するためのコンピュータ・プログラムにも関する。
【００７３】
上述の実施例は、本発明を制限するよりむしろ例示し、当業者は添付の特許請求の範囲の要旨を逸脱しない範囲で多くの別の実施例を設計可能であることに留意されるべきである。
【００７４】
請求項において、括弧の間に配置される参照符号は、請求項を制限するものとして解釈されない。動詞「有する」及びその活用形の使用は、請求項に記述したもの以外の要素又はステップの存在を除外しない。要素に先行する冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数の斯様な要素の存在を除外しない。幾つかの手段を列挙しているデバイス請求項において、これらの手段の幾つかは、ハードウェアの全く同一の部材により実施されてもよい。特定の手段が相互に異なる従属クレームにおいて再引用されるという単なる事実は、これらの手段の組合せが効果的に使用できないことを示すわけではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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