(57)【要約】表示されるべき画像の情報に従い入射光を変調する光バルブ装置（４）と、少なくとも２つの異なる色の光を発生する交流動作光源（１）と、前記光バルブ装置を前記発生された異なる色の光を用いて順次様態で照明する照明ユニット（３）とを有するカラー投影システムが、開示されている。前記光バルブ装置は、カラー化された出力画像を生成するために、前記照明ユニット（３）と同期して制御される。更に、前記光バルブ装置（４）のシーケンシャル・カラー・サイクル及び前記照明ユニットに関する交流サイクルは、互いに位相が異なるように構成される。斯様な投影システムを動作させる方法も開示されている。
2005534987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示されるべき画像の情報に従い入射光を変調する光バルブ装置と、
少なくとも２つの異なる色の光を発生する交流動作光源と、
前記光バルブ装置を前記発生された異なる色の光を用いて順次様態で照明する照明ユニットとを有し、
前記光バルブ装置が、カラー化された出力画像を生成するために前記照明ユニットと同期して制御されるカラー投影システムにおいて、
前記光バルブ装置のシーケンシャル・カラー・サイクルと前記照明ユニットに関する交流サイクルとが、互いに位相が異なるように構成されることを特徴とするカラー投影システム。
【請求項２】
前記光バルブ装置が、透過性又は反射性液晶装置である、請求項１に記載の投影システム。
【請求項３】
前記照明ユニットが、異なる色を空間多重形式で生成するように更に構成された、請求項１又は２に記載の投影システム。
【請求項４】
前記照明ユニットが、如何なる特定の瞬間においても全ての色が前記光バルブ装置上に投影されるようにして、連続的空間色分割を生成するように動作可能である、請求項３に記載の投影システム。
【請求項５】
前記照明ユニットが、スクローリング・カラー投影を提供するように動作可能であり、該色が帯状断面で配置されるような、請求項３に記載の投影システム。
【請求項６】
前記照明ユニットが、白色の光源と、前記白色光を第１、第２及び第３色ビームに分割するビーム・スプリッタとを有する、請求項１に記載の投影システム。
【請求項７】
少なくとも２つの異なる色の光を発生する交流動作光源で投影システムを制御する方法であって、カラー化された出力画像を生成するために、前記異なる色の光は、順次様態で光バルブ装置上に照明され、前記光バルブは、表示されるべき画像の情報に従うと共にカラー・シーケンシャル照明ユニットと同期して当該入射光を変調するように制御される方法において、前記光源の交流サイクル及びシーケンシャル・カラー・サイクルが、互いに関して位相が異なるように動作させられることを特徴とする方法。
【請求項８】
前記光バルブ装置の照明が、異なる色を空間多重形式で生成するように更に制御される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記交流電流サイクルの時間周期が、前記シーケンシャル・カラー・サイクルの時間周期よりも長い、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
前記交流電流サイクルの時間周期が、前記シーケンシャル・カラー・サイクルの時間周期よりも短い、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１１】
前記交流電流サイクルの時間周期が、前記シーケンシャル・カラー・サイクルのディスプレイ・フレーム時間よりも短い、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、少なくとも１つの白色セグメントが前記シーケンシャル・カラー・サイクルに導入され、通常ディスプレイ・フレーム時間に追加分を与え、前記交流電流サイクルの時間周期が、前記シーケンシャル・カラー・サイクルの当該総時間周期よりも短い方法。
【請求項１３】
請求項７に記載の方法であって、前記交流動作光源が矩形波電流で駆動され、当該矩形波電流の極性を常に変更し、一定電力を前記光源へ供給し、極性を変更する前毎に電流パルスを供給し、当該電流パルスが、前記矩形波電流を当該電流パルス間における該電流強度よりも大きい既定の強度へと駆動するような方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示されるべき画像の情報に従い入射光を変調する光バルブ装置と、少なくとも２つの異なる色の光を発生する交流動作光源と、前記光バルブ装置を前記発生された異なる色の光を用いて順次様態で照明する照明ユニットとを有するカラー投影システムに関し、前記光バルブ装置が、カラー化された出力画像を生成するために、前記照明ユニットと同期して制御されるようなカラー投影システムに関する。本発明は、斯様な投影システムを動作させる方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクションテレビ（ＰＴＶ）及びビデオ・カラー・ディスプレイ・システム、特にリア・プロジェクション・ディスプレイ・システムは、大型スクリーン・ディスプレイを設けるのに広く普及している手段である。というのも、斯様な投影手段は、非投影型ディスプレイと比較してより明るく、より安価に、多くの場合に輝度及びコントラストにおいてより優れたディスプレイをもたらすからである。
【０００３】
異なる色を順次様態で得るための異なる手段は、当該技術分野において既知である。例えば、原色光線を順次的にパルス発生させる特別な光源を用いる手段は、既知である（例として、英国特許第GB-A-2 172 733号を参照）。更に、欧州特許第EP 0 492 721号及び米国特許第 US 6097352号は、異なる色の縞状の光線が光バルブ装置の全体に渡って連続的にスクロールされるシステムで、該光バルブが、表示されるべき画像についての情報に従うと共に、当該順次的にスクロールされる色と同期して前記光を変調するために動作させられるシステムを開示している。異なる色を供給するカラーホイールを用いることも既知である。これは、例えば米国特許第US 5967636号において開示されている。
【０００４】
直流動作ランプも、光源として用いられ得る。しかし、この種の光源は、様々な欠点に制限されなければならない。例えば、温度ストレスに対して非常に敏感であり、従って寿命は制限される。このことは、この種のランプを信頼が低く、使用するのに高費用なものにする。斯様な理由のため、交流動作光源を用いることが通常好まれる。しかし、この種の光源であったとしても、ランプ電流及びシーケンシャル・カラー・サイクルの適切な同期を実現するような、ある種の課題に関連される。
【０００５】
もう一つの課題は、投影画像において光フリッカーとして可視的になるアーク・ジャンプ効果を防ぐためにアークを安定化させることである。交流動作ランプの分野において、このことは、ランプ電流に余分のランプ安定化パルスを導入することによって解決される。更に、安定した色再現を得るために、交流ランプの時間周期及びシーケンシャル・カラー・サイクルが同期される。しかしながら、スクローリング・カラー形式の構造の場合、これは、表示された画像において、可視であるカラーバーのような、重大で可視な欠陥及びアーチファクトを引き起こす。アーチファクトは、交流動作ランプが、光バルブ上でカラー・シーケンスと干渉する光出力において交流成分も有するという事実によって引き起こされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の目的は、開始の段落において定義される、低減された可視的欠陥及びアーチファクトを有するカラー投影システムと、開始の段落において定義される、低減された可視的欠陥及びアーチファクトを有するカラー投影システムを動作させるための方法とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
当該目的は、請求項１において規定される投影システム及び請求項７において規定される方法を用いて実現される。
【０００８】
本発明の第１の態様に従うと、表示されるべき画像の情報に従い入射光を変調する光バルブ装置と、少なくとも２つの異なる色の光を発生させる交流動作光源及び前記光バルブ装置を前記発生された異なる色の光を用いて順次様態で照明する照明ユニットを有するカラー投影システムに関し、前記光バルブ装置が、カラー化された出力画像を生成するために、前記照明ユニットと同期して制御され、前記光バルブ装置のシーケンシャル・カラー・サイクル及び照明ユニット用の交流サイクルが、互いに位相を異にするように構成されている。
【０００９】
したがって、本発明は、スクロールする色とランプ駆動パルスとの間の干渉を最小化させるための、投影システムのスクローリング・カラー形式の光バルブ駆動スキームに関連したランプ電流のための駆動スキームに関する。本発明のシステムによって、スクロールする色とランプ駆動パルスとの間の干渉が、著しく低減され得る。
【００１０】
この応用例において、シーケンシャル・カラー・サイクルは、色が１回転スクロールされる間の時間周期であると理解される。これは、ディスプレイ・フレーム時間としても呼ばれる。
【００１１】
光バルブ装置は、好ましくは透過型又は反射型液晶装置である。
【００１２】
好ましい実施例において、照明ユニットは、異なる色を空間多重型に生成させるように更に構成される。如何なる特定の瞬間においても、少なくとも２つ及び好ましくは全ての色が、光バルブ上に投影される。斯様にして、色再現は、光バルブの空間的アドレス指定にも依存し、このことは、カラー化された画像生成をより効果的にする。更に、照明ユニットは、スクローリング・カラー投影を提供するように動作可能であり、色が帯状断面に配置されることが好ましい。
【００１３】
時間及び空間順次的色照明の組合せが好まれる。全体的な目標は、システムのコストを低減するように、単一光バルブのみを用い投影システムを与えることである。ここで、色再現は、各々個々の画素が、赤、緑及び青の光を時間順次的にこれら光の適切な強度で発生させるような、色順次的な手順で得られる。この種の装置用の標準構成は、これらの色のフラッシュを発生させるカラーホイールを用いる。前記カラーホイールは、照明光ビームを時間順次的に通すフィルタ要素を有し、ディスプレイ全体が、原色の１つで照明され、また時間順次的に全ての原色で照明されるようする。例えば、パネルが緑で照明される場合、赤及び青光は、前記カラーホイールによって妨げられる。しかしながら、斯様なディスプレイは、制限されたシステム効率を有する。時間の各々の瞬間において３つの原色の内の２つが破棄されるので、システム効率は、色を生成することだけで６６％低下する。
【００１４】
スクローリング・カラー・システムは、色生成に関するこの原理的な光の損失を解決する。スクローリング・カラー・システムにおいて、光源の白色光は、異なる色のカラー化された帯、一般的に赤、緑及び青のカラー化された帯へと分割される。当該システムは、３つの帯の全てが、同一のディスプレイ・パネル上に、しかし異なる領域に入射するように設計される。３つの帯は、ディスプレイ上で時間順次的に押し流される。それでもまだ、各々の画素は、スクリーンへ横断する光を時間順次的に制御するが、この場合、異なる画素は、異なる色を時間の瞬間毎に制御する。
【００１５】
本発明の他の態様によると、上述のような投影システムを制御する方法が与えられている。上文で説明されるような同様の優位点が、斯様な方法で得られる。
【００１６】
実施例の一行によると、交流電流サイクルの時間周期は、シーケンシャル・カラー・サイクルの時間周期よりも長い。しかし、実施例のより好ましい行によると、交流電流サイクルの時間周期は、シーケンシャル・カラー・サイクルの時間周期よりも短い。このことは、交流電流サイクルの時間周期をシーケンシャル・カラー・サイクルの普通のディスプレイ・フレーム時間よりも短くさせることによって実現され得る。代わりに、前記少なくとも１つの白色セグメントは、シーケンシャル・カラー・サイクルに取り入れられ得、これにより通常のディスプレイ・フレーム時間に追加分を与え得、交流電流サイクルの時間周期は、シーケンシャル・カラー・サイクルの合計時間周期よりも短くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、付録の図面に示される実施例を参照し、例を用いてより詳細に説明される。
【００１８】
図１に関して、本発明の実施例によるカラー投影システムは、交流動作光源１及びビームスプリッタ２を有する。
前記光源は、好ましくは、キセノン・アーク・ランプ又は高圧水銀ガス放電ランプのような白色光源であり、光の集中及び方向づけに関して反射鏡等が用いられ得る。ビーム・スプリッタは、放出された白色光を赤色、緑色及び青色ビームに分割するために用いられ得る。当該ビーム・スプリッタは、光を赤、緑及び青のような原色に分割するダイクロイックフィルタ又はミラーを用いることもできる。
【００１９】
光源は、好ましくは矩形波電流で駆動される。当該光源は、矩形波電流が極性を常に変更し、一定電力が当該光源に供給され、極性を変更する前に電流パルスが毎回与えられ、電流パルス間における電流強度よりも大きい既定の強度へ矩形波電流を駆動するので、長寿命を有する。時間経過中、電流パルスにおける電力量は、電流における電流パルス間の電力量に対して増加する。斯様な光源からの光出力は、当該光源によって消費された電力に比例する。したがって、斯様な光源は、該光源の光出力を制御するように電力制御されている。当該電力制御は、光源によって消費された電力量は、時間に対して一定であるということを保障する。
【００２０】
図２における概略図は、時間の関数として、ランプ１の両端間の電圧V、ランプ２を流れる電流I及びランプ１によって出力される光量Lの各々を示し、更に全て時間の関数としてこれらの間の相互関係性を示す。当該技術分野において既知であるように、ランプ１に流れる電流及び掛かる電圧を該概略図において示されるように極性を常に変更することは優位性がある。如何なる極性変更の直前においても光源１のアーク安定性を向上するために、ランプ１を流れる電流が、ピーク値Ipeak (又は単に Ipk) へ増加されるべきであるということも既知である。
【００２１】
既知の技術分野において、ランプ電圧及びランプ電流の制御の設定は、電流パルス Ipulse (又は単に Ip)がシーケンシャル・カラー・サイクルと同期されるように設けられる。
【００２２】
更に、当該投影システムは、表示されるべき画像の情報に従い入射光を変調する光バルブ装置４、及び発生された異なる色の光を用いて順次様態で前記光バルブ装置を照明する照明ユニット３を有する。前記光バルブ装置は、カラー化された出力画像を生成するために前記照明ユニットと同期して制御される。
【００２３】
当該光バルブは、多数の画素を有する単一光バルブによって好ましくは構成され、各々の画素は、入力画像信号に従い入射光を変調する。例えば、当該光バルブは、ＬＣＤパネル、例えばＬＣｏＳ(Liquid Crystal on Silicon)又はＤＭＤ(Digital (micro-)Mirror Device)等のような、透過性又は反射性パネルでもあり得る。しかしながら、個別アドレス指定可能な画素を用いた２次元マトリックスの多くの他の形式も同様に、光バルブ装置として用いられ得る。
【００２４】
当該照明ユニットは、好ましくは帯状断面に配置される色ビームが光バルブを横切って順次的に走査されるようにする走査手段を好ましくは有する。前記走査手段は、光バルブの表面を横切る異なる色の前記帯形状ビームを移動させる機械光学的システムを有し、全ての異なる色のビーム部分が前記光バルブ上に同時に存在するようにする。したがって、１つの帯がパネルの有効範囲の「上端」を通り過ぎる場合、この色の光の帯は、パネルを横切る３つの色の連続的に押し流されるように、パネルの「下端」に再び現れる。斯様な走査動作に関して、回転プリズム等が用いられ得る。フィールド・シーケンシャル・カラー照明、又は時間及び空間多重照明のその他の組合せを用いることも可能である。
【００２５】
本発明は、純粋なカラー・シーケンシャル・システムに関して用いられ得るが、時間及び空間多重色システムの組合せを用いるシステムにおいて好ましくは用いられる。
【００２６】
各々の色が光バルブ上の所定の列を通り過ぎる前に、当該列は、表示電子回路によって、画像の表示されている部分の適切な色内容でアドレス指定される。当該画像は、投影レンズ５によってスクリーン６等のような表示面上に投影される。光帯のシーケンス、すなわちシーケンシャル・カラー（ＲＧＢ）サイクルは、瞬時に発生するので、投影された画像において同時的なフルカラーの印象を観察者に与える。更に、サイクル周波数は、十分高くし、例えばアメリカ合衆国のテレビに関しては６０Ｈｚであるような、安定した、ちらつきのない画像を観察者に与えなければならない。
【００２７】
本発明によると、シーケンシャル・カラー・サイクル及び照明ユニットに関する交流サイクルは、互いに位相が異なるように構成される。実施例のいくつかの例は、図３に示される図に関連してこれより説明される。
上文にて説明され、図２に示されるように、ランプの電圧及び電流が光出力になると仮定する。一般的に、色再現は、この例において２つの手段によって成し遂げられる。
・ディスプレイ・フレーム時間すなわちシーケンシャル・カラー・サイクルの統合（人間の知覚）。ディスプレイ・フレーム周波数は、カラー・ブレーク・アップを避けるために十分高くなければならない。
・連続空間色分割。時間の如何なるある瞬間に、少なくとも２つ且好ましくは全ての色が、光バルブ上に投影される。この様にして、色再現は、光バルブの空間アドレス指定にも依存する。
【００２８】
図３においてＣで示される状況において、ランプ電流及びシーケンシャル・カラー・サイクル／光バルブ・アドレス指定の両方は、従来先行技術の解決策においてと同様に、同位相である。均一化された灰色が当該システムから投影されると仮定する。この場合、スクリーンの上段部において過剰な赤、スクリーンの中段部において過剰な緑及びスクリーンの下段部において過剰な青が光出力におけるパルス中にアドレス指定される。この結果として生じる視覚的効果は、スクリーン上における３つの水平の赤、緑及び青の帯である。したがって、同相の同期は好ましくない。斯様な課題の解決策として本発明は、ランプ電流及び色シーケンスの異相の駆動を用いる。
【００２９】
Ａ及びＢで示される状況において、ランプ電流は、光バルブ・アドレス指定及び色シーケンスと位相が異なっている。また光出力の交流成分の時間周期は、ディスプレイ・フレーム時間よりも短い（周波数は高い）。この配置の効果は、光出力の交流成分の３つの時間周期における光パルスの統合（人間の知覚）である。 
【００３０】
Ｄ及びＥで示される状況においても、ランプ電流は、光バルブ・アドレス指定と位相が異なっている。しかしながら、状況Ａ及びＢと比較して、光出力の交流成分の時間周期は、ディスプレイ・フレーム時間よりも長い（周波数は低い）。この配置の効果は、光出力の交流出力の３つの時間周期における光パルスの統合（人間の知覚）である。 
【００３１】
最大限に許容されるランプ電流に応じて、周波数状況Ａ及びＢが通常好まれ、かつ状況Ｄ及びＥでさえもなお実現可能な解決策である。
【００３２】
上述の例において、３つの光パルスの全ては、１つの白色の増加分へと構成される。ランプ出力におけるパルスを処理するもう１つの方法は、白色セグメント、好ましくは図４で示されるように３つの白色セグメントを挿入することである。これにより、ディスプレイ・フレーム時間（シーケンシャル・カラー・サイクル時間）の延長になり、光出力の交流成分の時間周期は、ディスプレイ・フレーム時間と等しくなる。
【００３３】
上述の本発明は、光バルブ投影に関してのような、多くの異なる応用に用いられることが可能である。ＬＣＤプロジェクタ及びＤＭＤプロジェクタにおいて特に有効性がある。しかし、投影レンズが用いられる他の応用においても使用されることが可能である。
【００３４】
多数の他の構成要素も、上述の光学的／機械的システムに関して代用することが可能であると留意されるべきである。光バルブの表面を横切る順次的な赤色、緑色及び青色の帯をもたらす構成要素のその他の構成は、本発明と組み合わせて利用され得る。例えば、白色の単源よりもむしろ、適切にカラー化された赤色、緑色及び青色光の３つの光源が、走査機構と組み合わせて利用され得る。同様に、色の分割及び走査は、例えばカラーフィルタの回転ホイール又はカラーフィルタの回転ドラムを用いて実現され得る。本発明は、透過性又は反射性ＬＣＤ、強誘電性装置及び可変鏡等のような如何なる種類の既知の電気式光バルブを用いて使用され得ることも注意されなければならない。加えて、光路は、記載のように直線的である、又はより小型の装置において折り曲げられていてもよい。ある応用例において、３つの帯のシステムよりむしろ２つの帯のシステムが用いられ得る。上述の技術及び構成要素の如何なる組合せも用いられ得る。斯様な及びその他の明白な修正は、請求項において規定される本発明の範囲内において考慮されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、本発明の実施例による投影システムの概略図である。
【図２】図２は、本発明の、光出力、ランプ電流及びランプ電圧、並びに相関関係を示す時間図である。
【図３】図３は、光出力サイクルとシーケンシャル・カラー・サイクルとの間の異なる相関関係状況を示す時間図である。
【図４】図４は、光出力サイクルとシーケンシャル・カラー・サイクルとの間の異なる相関関係状況を示す時間図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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