(57)【要約】      （修正有）【課題】ランプのスペクトルを平坦化し、白色の光分布を与える。【解決手段】投射装置１交流電流によって駆動されるメタルハライドランプ２と、  光学アセンブリから成る中継光学装置８と、  単一の光弁要素１０と、  メタルハライドランプ２と中継光学装置８との間に配置され、少なくとも二つの異なる色フィルターを備えた回転色ホイール１１と、を有し、さらに、  色ホイール１１の回転速度を、メタルハライドランプ２の交流駆動電流の周波数および光弁要素１０による単色要素の生成順序と同期させるための手段１２、を有する。【選択図】図１
2006178459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電流(AC)によって駆動されるメタルハライドランプ(2)と、
光学アセンブリから成る中継光学装置(8)と、
単一の光弁要素(10)と、
前記メタルハライドランプ(2)と中継光学装置(8)との間に配置され、少なくとも二つの異なる色フィルターを備えた回転色ホイール(11)と、
を有し、さらに、
前記色ホイール(11)の回転速度を、前記メタルハライドランプ(2)の交流駆動電流の周波数および光弁要素(10)による単色要素の生成順序と同期させるための手段(12)、
を有することを特徴とする改良された単一光弁投射装置(1)。
【請求項２】
当該色ホイール(11)が少なくとも三つの異なる色フィルターを備えていることを特徴とする請求項１に記載の改良された単一光弁投射装置。
【請求項３】
当該色ホイール(11)が少なくとも一つの赤色、緑色、および青色フィルターを備えていることを特徴とする請求項２に記載の改良された単一光弁投射装置。
【請求項４】
当該光弁要素(10)がディジタル鏡装置から成ることを特徴とする請求項１に記載の改良された単一光弁投射装置。
【請求項５】
当該色ホイール(11)が電動機(13)の形の駆動手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の改良された単一光弁投射装置。
【請求項６】
当該電動機(13)が周波数駆動されることを特徴とする請求項５に記載の改良された単一光弁投射装置。
【請求項７】
当該同期手段(12)が、当該メタルハライドランプ(2)の駆動電流の周波数を調節するための周波数変換器を有することを特徴とする請求項１に記載の改良された単一光弁投射装置。
【請求項８】
当該メタルハライドランプ(2)が水銀ハライドランプであり、当該色ホイール(11)が赤色フィルターを備えていることを特徴とする請求項１に記載の改良された単一光弁投射装置。
【請求項９】
当該中継光学装置(8)と当該光弁要素(10)との間に、内部全反射(TIR)プリズム(9)が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の改良された単一光弁投射装置。
【請求項１０】
当該同期が、当該メタルハライドランプ(2)と当該中継光学装置(8)との間の特定色フィルターの通過が、メタルハライドランプ(2)を通る電流の増強および光弁要素(10)による同一の色の特定画像要素の投射と一致するように、なされることを特徴とする請求項１に記載の改良された単一光弁投射装置。
【請求項１１】
ランプ(2)と、
光学アセンブリから成る中継光学装置(8)と、
単一の光弁要素(10)と、
前記ランプ(2)と中継光学装置(8)との間に配置され、少なくとも二つの異なる色フィルターを備えた回転色ホイール(11)と、
を有する単一光弁投射装置(1)によって画像を投射する方法であって、
交流電流によって駆動されるメタルハライドランプ(2)を使用し、
前記ランプ(2)を通る駆動電流の規則的増強を行うステップ、また、前記メタルハライドランプ(2)と前記中継光学装置(8)との間の特定色フィルターの通過を、メタルハライドランプ(2)を通る駆動電流の前記増強および光弁要素(10)によるこの特定色の特定画像要素の投射と同期させるステップから成る、
ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
水銀ハライドランプ(2)を使用し、
色ホイール(11)の赤色フィルターが、前記ランプ(2)を通る駆動電流の増強と同時に、中継光学装置(8)と前記ランプ(2)との間を通り、それと同時に、赤色画像要素が当該光弁要素(10)によって投射される、
ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改良された単一光弁投射装置たとえば単一チップ投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
単一チップ投射装置は、ランプおよび反射鏡、ならびに、このランプ-反射鏡組合せから光を受けとる、中継光学装置と呼ばれる光学アセンブリから成る。
【０００３】
中継光学装置の出力は“内部全反射プリズム”(TIRプリズム)と呼ばれるプリズムに投射され、該プリズムはランプから来る光を光弁要素たとえば“ディジタル鏡装置”（DMD）に投射する。
【０００４】
前記DMDはこの装置にプログラムされたディジタルパターン(たとえば、ビデオ画像信号)にしたがって光を反射し、この光パターンをTIRプリズムに反射して戻す。このプリズムは光が投射レンズ光学装置を通過して戻り、それからスクリーン上に達するように案内する。
【０００５】
ランプと中継光学装置との間には、色フィルターたとえば赤色、緑色、および青色(RGB)フィルターを備えた回転色ホイールが配置されている。
【０００６】
カラービデオ画像は赤色、緑色、および青色要素によって構成され、また単一光弁要素しかないので、色ホイールと光弁要素とのこの組合せにおいては、スクリーン上の画像のRGB要素を再結合するために見る人の刺激潜在性を利用する。
【０００７】
色ホイールの回転は、光弁要素におけるRGB順序と同期させられる。
【０００８】
光弁要素が画像の赤色部分を与えるときには、ホイールは赤色フィルターによってランプの光を濾光し、赤色光のみを弁要素に投射して、画像の赤色要素の情報をスクリーン上に投射する。同じことが緑色および青色要素に関しても行われ、色情報の順序づけられた投射により完全構成の色画像が得られる。この過程は色の順序づけ投射(colour sequencing)と呼ばれる。
【０００９】
これまでのところ、前記のような単一光弁投射装置においては、キセノンランプが使用されている。この種のランプは、非常に大きな光束を与えると同時に非常にコンパクトであるという利点を有するからである。しかし、この種のランプの主要な欠点は、低温状態でも非常に高い圧力たとえば15 barのもとに置かれ、爆発するかもしれないので取り扱いに危険が伴う。
【００１０】
他の種類のランプすなわちメタルハライドランプは、多くの照明用途に普通に使用されているので、当業者には周知である。このランプはアーク室を備えたガラス球を有し、アーク室内には、二つの電極が互いにある距離だけ離れて配置されて、その間にギャップが定められ、また前記ガラス球内には、メタルハライドガスたとえば水銀ハライドガスその他が封入してある。
【００１１】
前記メタルハライドランプは室温では非常に低圧たとえば1 barのランプであるため、前記キセノンランプに比して安全な取り扱いができる。しかし、このようなメタルハライドランプは小アパーチャ光弁装置たとえばディジタル鏡装置(DMD)とともに使用するのに適当ではない。というのは、メタルハライドランプはキセノンランプよりもずっと大きなアークギャップを有し、したがって投射器その他の光学システムにおいて低効率の光出力しか与えないからである。
【００１２】
試験が示すところによれば、投射用途での使用のためにメタルハライドランプでより一定で強い光出力を得るためには、ランプの電極を互いに近づける必要があり、一方、ランプのアーク室内のガスの化学組成を変える必要がある。
【００１３】
しかし、ガスの化学組成の変更により、ランプのスペクトルが変化する。たとえば、水銀ハライドを使用する場合、ランプのスペクトルは赤色スペクトルからずれて、より黄色/緑色スペクトルが強くなる。この効果は、非常に好ましくない。照明および投射用途における主要な関心事の一つは、平坦なスペクトルにより白色の光分布を与えることだからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、前記その他の欠点を有しない、改良された単一光弁投射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この目的に対応して、本発明は、
交流電流(AC)によって駆動されるメタルハライドランプと、
光学アセンブリから成る中継光学装置と、
単一の光弁要素と、
前記メタルハライドランプと中継光学装置との間に配置され、少なくとも二つの異なる色フィルターを備えた回転色ホイールと、
を有し、さらに、
前記色ホイールの回転速度を、前記メタルハライドランプの交流駆動電流の周波数および光弁要素による単色要素の生成順序と同期させるための手段、
を有することを特徴とする改良された単一光弁投射装置、
に関する。
【００１６】
前記の改良された単一光弁投射装置により、安全なメタルハライドランプを投射用途に使用することが可能になる。この装置は、特定色要素の欠如を完全にまたは部分的に補正することができるからである。
【００１７】
実際には、このメタルハライドランプは交流電流によって駆動されるので、ランプの電極に二つの交番ホットスポットを有するアークが発生する。本発明によれば、駆動電流がゼロ駆動電流点を通過する直前に、アークを安定させるために、交流電流信号の各半波の終端において、エネルギーすなわちランプを通る駆動電流の増強を行い、光出力にピークが生じるようにする。
【００１８】
前記同期手段により、色ホイールの回転速度がランプの前記交流駆動電流の周波数と同期させられる。この同期は、電流の増強のタイミング、特定画像要素の投射の時刻、および前記メタルハライドランプの前方の色フィルターを通過する時刻が同期するようになされ、このとき、ずれた色スペクトルを、強度低下色要素を表示するためにランプの光出力を一時的に増大させることによって補正することができるようにする。
【００１９】
本発明は、さらに、
ランプと、
光学アセンブリから成る中継光学装置と、
単一の光弁要素と、
前記ランプと中継光学装置との間に配置され、少なくとも二つの異なる色フィルターを備えた回転色ホイールと、
を有する単一光弁投射装置によって画像を投射する方法であって、
交流電流によって駆動されるメタルハライドランプを使用し、
前記ランプを通る駆動電流の規則的増強を行うステップ、また、前記メタルハライドランプと前記中継光学装置との間の特定色フィルターの通過を、メタルハライドランプを通る駆動電流の前記増強および光弁要素によるこの特定色の特定画像要素の投射と同期させるステップから成る、
ことを特徴とする方法、
にも関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の特徴をさらに十分に説明するために、添付の図面を参照しつつ、前記の改良された単一光弁投射装置のいくつかの好ましい実施形態、およびそのような改良された単一光弁投射装置による画像投射の方法について説明する。これらは単なる例であり、本発明を限定するものではない。
【００２１】
図１は、改良された単一光弁投射装置1を示す。該装置は、メタルハライドランプ2が収容されているケーシングを有するが、このケーシングは図示されていない。
【００２２】
前記ランプ2は、大体通常のやり方で作られており、ガラス球3を有し、このガラス球は、アーク室4を包囲しており、該アーク室4内に配置された、互いに割合に小さな距離だけ離れていて間にギャップを定める二つの電極5を収容している。また、前記ガラス球3内には、メタルハライドガスたとえば水銀ハライドガスが封入されている。
【００２３】
各電極5は、ガラス球3の外に延び出ている導線6の形の接続手段を備えている。
【００２４】
前記ランプ2の背後には、凹面鏡7が配置されている。
【００２５】
前記単一光弁投射装置1は、さらに、中継光学装置8を有している。この装置は、図１には模式的に示してあり、光学アセンブリ、たとえば複数のレンズ、フィルター、その他の光学要素からなっている。
【００２６】
この場合、前記装置1は、内部全反射(TIR)プリズム9と単一光弁要素10たとえばディジタル鏡装置(DMD)の形のものとを有する。
【００２７】
前記中継光学装置8と前記ランプ2との間には、回転色ホイール11が備えてあり、この色ホイールは、少なくとも二つの異なる色フィルターを有し、ここでは、赤色、緑色、および青色(RGB)フィルターを有している。これらのフィルターは、たとえば、赤色フィルターは赤色光のみを通し、同様に、緑色および青色フィルターはそれぞれ緑色および青色光のみを通すように作られている。
【００２８】
本発明においては、単一光弁投射装置1は、前記色ホイール11の回転速度を、前記メタルハライドランプ2の駆動電流Iの周波数および光弁要素10によって単一色要素を生成させる順序と同期させるための同期手段12を備えている。
【００２９】
前記同期手段12は、前記ランプ2の導線6、前記回転色ホイール11のための駆動電動機13、および前記光弁要素10に接続されている。
【００３０】
さらに、前記同期手段12は、電源14たとえば交流電源その他の形のものに接続されている。
【００３１】
好ましくは、前記中継光学装置8の背後に、レンズ15が配置されるが、このレンズ15は前記中継光学装置8内に収容することもできる。
【００３２】
改良された単一光弁投射装置1の動作は、かなり簡単であり、下記のようである。
【００３３】
電源14は同期手段12にエネルギーを供給し、該手段は、前記導線6により、前記ランプ2の前記電極5に交流電流Iを供給する。
【００３４】
ガラス球3の内部のメタルハライドのイオン化により、電極5間にアーク放電が起こり、光が出力される。電極5は互いにかなり近接して配置されているので、正しく動作させるためには、ランプ2のガスの化学組成を変える必要がある。
【００３５】
ランプ2内のガスの変更化学組成により、ランプ2のスペクトルがずれる。たとえば、水銀ハライドを使用すると、スペクトルは赤色スペクトルから黄色スペクトル側にずれて、赤色光出力が低下する。
【００３６】
前記ランプ2の光は、水銀ハライド内容量を増加させた低圧水銀ランプに関して図２に示すように、前記メタルハライドランプ2に送られるAC供給信号と同期している前記回転色ホイール11を通過させて投射される。
【００３７】
この目的のために、同期手段12は、メタルハライドランプ2の駆動電流Iの周波数とたとえば周波数駆動される前記色ホイール11の駆動電動機13の回転速度とを同期させる。したがって、前記同期手段12は、前記メタルハライドランプ2の駆動電流Iの周波数を調節するための周波数変換器を備えているのが好ましい。
【００３８】
ランプ2の駆動電流Iは交流なので、ランプ2の前記電極5間のアークは前記電極5に二つの交番“ホットスポット”を生じる。
【００３９】
図２に示す第一の時間間隔Aにおいては、ホットスポットが第一の電極5にあるが、そのあとの第二の時間間隔Bにおいては、ホットスポットが第二の電極5にある。
【００４０】
メタルハライドランプ2の駆動電流Iは交流なので、間隔AとBの継起が連続的に繰り返される。
【００４１】
前記AC信号の半波AまたはBの終端Cにおいて、エネルギー増強、より詳しくはランプ2を通る駆動電流の増強が該ランプに加えられ、光出力にピークが生じる。
【００４２】
本発明においては、色ホイール11とメタルハライドランプ2の駆動電流Iとの間の同期は、この場合、赤色フィルターが、ランプ2を通る駆動電流Iの増強の瞬間に中継光学装置8とランプ2との間を通過するように、行われる。
【００４３】
光は、前記フィルター通過後、中継光学装置8に入り、該装置が光をTIRプリズム9に投射し、該プリズムが光を光弁要素10に投射する。
【００４４】
この単一光弁要素10は同期手段12によってランプ2の駆動電流Iの周波数と同期させられており、この光弁要素10が、駆動電流Iが増強され、かつ赤色フィルターが前記ランプ2と前記中継光学装置8との間を通過する時に、赤色画像要素の投射を行うようになっている。
【００４５】
ランプ2の前方を赤色フィルターが通過する時の光出力の増大と、ちょうどこの時点での赤色画像要素の投射とにより、ランプ2の出力の赤色スペクトルの減少が補正され、投射用途において必要な見かけ上平坦なスペクトルが得られる。
【００４６】
光信号は、TIRプリズム9に向けて反射され、ふたたび中継光学装置8に戻されて、該装置は最終的に光を投射レンズ15を通るように送り出す。該レンズは光をスクリーン、壁、その他のこの目的に使用される適当な媒体に投射する。
【００４７】
隣り合う、ランプ2の駆動電流Iがゼロになる点の間には、光出力が駆動電流Iの増強時に比して減少する時間間隔AまたはBが存在する。
【００４８】
これらの間隔AおよびBにおいては、残りの緑色および青色フィルターがメタルハライドランプ2と中継光学装置8との間を通過し、光弁要素10が画像の緑色および青色部分それぞれを表示する。
【００４９】
カラービデオ画像は赤色、緑色、および青色要素によって構成されるが、単一の光弁要素10しかないので、色ホイール11と光弁要素10とのこの組合せでは、見る人の目の刺激潜伏性を利用して、スクリーン上の画像のRGB要素を再結合する。したがって、色情報を順次に送ることにより完全構成のカラー画像が得られることになる。
【００５０】
この場合、AC信号は矩形波形のものが使用される。しかし、本発明はそれのみに限定されるものではなく、この信号は、正弦波形、三角波形、またはのこぎり波形を有するようにすることもできる。しかし、矩形波形がより良い結果を与えることがわかっている。
【００５１】
本発明の改良された単一光弁投射装置1のこの実施形態の場合、前記メタルハライドランプ2は水銀ハライドランプである。他の種類のメタルハライドランプの使用も排除されない。この場合、色ホイールは赤色、緑色、および青色フィルターとは異なる色フィルターを備えることもできる。
【００５２】
本発明においては、前記色ホイール11上に任意の数の色フィルターを備えることができ、たとえば時計回りにRGBRGBの順序となるようにすることができる。そのような変形の主要な利点は、前記色ホイール11を前記第一の実施形態の場合に比して半分の速度で回転させることができるということである。すなわち、この場合、色ホイール11を、ランプ2の駆動電流Iの周波数と同じ周波数で回転させることができるということである。
【００５３】
一つの特定実施形態においては、変形(reduction)によって、前記駆動電動機13は前記色ホイール11に連結することができる。これは、電動機13または色ホイール11を、低回転速度で回転させることを可能にする。
【００５４】
本発明は、添付の図面に示し、上で説明した実施形態のみに限定されるものではない。本発明の改良された単一光弁投射装置は、本発明の範囲を逸脱することのないいろいろな形状と寸法とで実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明による改良された単一光弁投射装置の模式図である。
【図２】色ホイールの回転速度とメタルハライドランプへの供給電流の周波数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５６】
1  改良された単一光弁投射装置
2  メタルハライドランプ、水銀ハライドランプ
3  ガラス球
4  アーク室
5  二つの電極
6  導線
7  凹面鏡
8  中継光学装置
9  内部全反射プリズム
10  単一光弁要素
11  回転色ホイール
12  同期手段
13  駆動電動機
14  電源
15  レンズ
(I-tグラフ)
I  交流電流
t  時間
A  半波
B  半波
C  A、Bの終端
(色ホイール)
R  赤色フィルター
G  緑色フィルター
B  青色フィルター
【図１】
2006178459.tif 000003
【図２】
2006178459.tif 000004