(57)【要約】  多光源高性能立体映写システムを開示する。開示する映写システムは、第１映写チャンネルと、前記第１映写チャンネルに光を提供可能な第１光源と、前記第１映写チャンネルに光を提供可能な第２光源とを備える。前記映写システムが第１映写モードにある時、前記第１および第２光源はオンである。前記映写システムが第２映写モードにある時、前記第１光源はオンであり前記第２光源は低出力である。
2007538273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１映写チャンネルと、
前記第１映写チャンネルに光を提供可能な第１光源と、
前記第１映写チャンネルに光を提供可能な第２光源とを備え、
映写システムが第２映写モードにある時、前記第１および第２光源はオンであり、前記映写システムが第１映写モードにある時、前記第１光源はオンであり前記第２光源は低出力にある、第１映写モードおよび第２映写モード用に光を投射可能な映写システム。
【請求項２】
第２映写チャンネルと、
前記第２映写チャンネルに光を提供可能な第３光源と、
前記第２映写チャンネルに光を提供可能な第４光源とをさらに備え、
前記映写システムが前記第２映写モードにある時、前記第３および第４光源はオンであり、前記映写システムが前記第１映写モードにある時、前記第３および第４光源はオフである請求項１の映写システム。
【請求項３】
前記第１映写モードは２次元映写モードであり、前記第２映写モードは３次元映写モードである、請求項１の映写システム。
【請求項４】
前記映写システムが２次元映写モードにある時、前記第２光源はオフである、請求項３の映写システム。
【請求項５】
前記映写システムが２次元映写モードにある時、前記第１光源は低出力で動作する、請求項３の映写システム。
【請求項６】
前記第２映写モードは２次元映写モードであり、前記第１映写モードは３次元映写モードである、請求項１の映写システム。
【請求項７】
前記映写システムが３次元映写モードにある時、前記第２光源はオフである、請求項６の映写システム。
【請求項８】
前記映写システムが３次元映写モードにある時、前記第１光源は低出力で動作する、請求項６の映写システム。
【請求項９】
前記第１映写チャンネルに光を提供可能な第３光源をさらに備えた、請求項１の映写システム。
【請求項１０】
前記映写システムはフィルムベースの映写システムである、請求項１の映写システム。
【請求項１１】
前記映写システムは電子映写システムである、請求項１の映写システム。
【請求項１２】
人の検出限度以下のレベルに揺らぎを低減可能な拡散器をさらに備えた、請求項１の映写システム。
【請求項１３】
前記拡散器は前記映写システムの照射系の瞳近くに配置した、請求項１の映写システム。
【請求項１４】
映写レンズと、
前記映写レンズと前記第１および第２光源との間に配置した調和光学系とをさらに備えた、請求項１の映写システム。
【請求項１５】
前記調和光学系はフライアイインテグレータを備える、請求項１４の映写システム。
【請求項１６】
前記調和光学系はライトパイプを備える、請求項１４の映写システム。
【請求項１７】
前記第１光源と前記第２光源とからの光を結合するための結合プリズムをさらに備える、請求項１４の映写システム。
【請求項１８】
ビームダンプへ光を送るように移動可能なコールドミラーをさらに備える、請求項１４の映写システム。
【請求項１９】
前記コールドミラーは、前記光源からの赤外光の実質的部分を前記ビームダンプへ送るようシステム内に配置する、請求項１８の映写システム。
【請求項２０】
フリッカおよび揺らぎを監視可能な内部検出器をさらに備えた、請求項１の映写システム。
【請求項２１】
前記第１映写チャンネルに関連した第１エンコーダと、
前記第２映写チャンネルに関連した第２エンコーダとをさらに備え、
前記第１エンコーダは前記第２映写モードにおいて第１映写路内に自動的に移動可能であると共に前記第１映写モードにおいて前記第１映写路から自動的に後退可能であり、前記第２エンコーダは前記第２映写モードにおいて第２映写路内に自動的に移動可能であると共に前記第１映写モードにおいて前記第２映写路から自動的に後退可能である、請求項２の映写システム。
【請求項２２】
前記第１映写チャンネルに関連したエンコーダをさらに備え、
前記エンコーダは前記第２映写モードにおいて第１映写路内に自動的に移動可能であると共に前記第１映写モードにおいて前記第１映写路から自動的に後退可能である、請求項１の映写システム。
【請求項２３】
少なくとも１つの光源と、
映写レンズと、
人の検出限度以下のレベルに揺らぎを低減可能な拡散器とを備えた、映写システム。
【請求項２４】
前記映写レンズと前記少なくとも１つの光源との間に調和光学系を配置した、請求項２３の映写システム。
【請求項２５】
前記調和光学系は棒状インテグレータを備え、前記拡散器は前記光源と前記棒状インテグレータとの間に配置する、請求項２４の映写システム。
【請求項２６】
前記調和光学系は棒状インテグレータを備え、前記拡散器は前記棒状インテグレータの入力近くに配置する、請求項２４の映写システム。
【請求項２７】
前記拡散器は前記映写システムの瞳近くに配置する、請求項２３の映写システム。
【請求項２８】
前記拡散器は照射中継器の瞳近くに配置するか前記照射中継器の瞳の共役面に配置する、請求項２７の映写システム。
【請求項２９】
前記拡散器はホログラム拡散器である、請求項２３の映写システム。
【請求項３０】
前記拡散器は光散乱要素である、請求項２３の映写システム。
【請求項３１】
前記拡散器は回折要素である、請求項２３の映写システム。
【請求項３２】
前記拡散器は異方性である、請求項２３の映写システム。
【請求項３３】
前記拡散器は移動要素である、請求項２３の映写システム。
【請求項３４】
前記拡散器は、結合装置を介した前記光源からの光の焦点に実質的に配置する、請求項２３の映写システム。
【請求項３５】
映写チャンネルと、
前記映写チャンネルに光を提供可能な第１光源と、
前記映写チャンネルに光を提供可能な第２光源と、
前記第１光源と前記第２光源とが発生する光を結合して結合光にする結合プリズムであって内部全反射プリズムであるものと、
前記結合光を調和するフライアイインテグレータとを備える、映写システム。
【請求項３６】
映写レンズと、
映写チャンネルと、
前記映写チャンネルに光を提供可能な光源と、
前記映写レンズへの経路へ光を反射すると共にシステムのダウザとして動作可能なコールドミラーとを備える、映写システム。
【請求項３７】
ビームトラップをさらに備え、前記コールドミラーは前記光源からの光を前記ビームトラップへ案内するように移動可能である、請求項３６の映写システム。
【請求項３８】
出力光を制御する制御器を有し、照度分布を有する光を出力する光源と、
調和光学系と、
前記光源からの照度分布出力の一部を監視し、映像面内の空間変調および時間変調を示す信号を提供する検出器アッセンブリとを備えた、照射系を有する映写システム。
【請求項３９】
前記検出器アッセンブリは前記映像面の共役面に配置する、請求項３８の映写システム。
【請求項４０】
複数の検出器アッセンブリを使用して前記照度分布の異なる部分を監視する、請求項３８の映写システム。
【請求項４１】
前記信号は前記制御器へ送り、前記制御器は前記信号に基づいて前記光出力を調整可能である、請求項３８の映写システム。
【請求項４２】
前記映写システムが前記第１映写モードの時にどちらの光源を低出力で動作させるかを選択する制御器を含む、請求項２０の映写システム。
【請求項４３】
前記制御器は前記光源の交換が必要であるとの警報を提供する、請求項３８の映写システム。
【請求項４４】
前記制御器は前記光源の交換が間もなく必要になるであろうとの警報を提供する、請求項３８の映写システム。
【請求項４５】
第１映写チャンネルと、
前記第１映写チャンネルに光を提供可能な少なくとも第１光源と、
前記第１映写チャンネルに関連した第１エンコーダと、
３次元映写モードにおいて前記第１エンコーダを第１映写路内に自動的に移動し、２次元映写モードにおいて前記第１エンコーダを前記第１映写路から自動的に後退する制御器とを備えた、２次元映写モードおよび３次元映写モード用に光を投射可能な映写システム。
【請求項４６】
前記第１エンコーダは偏光器である、請求項４５の映写システム。
【請求項４７】
前記第１エンコーダはＺスクリーンである、請求項４５の映写システム。
【請求項４８】
第２映写チャンネルと、
前記第２映写チャンネルに光を提供可能な少なくとも第２光源と、
前記第２映写チャンネルに関連した第２エンコーダとをさらに備え、
前記制御器は、３次元映写モードにおいて前記第２エンコーダを第２映写路内に自動的に移動し、２次元映写モードにおいて前記第２エンコーダを前記第２映写路から自動的に後退する、請求項４５の映写システム。
【請求項４９】
第１映写チャンネルと、
前記第１映写チャンネルに光を提供可能な少なくとも第１光源と、
前記第１映写チャンネルに関連した少なくとも１つのカラーフィルタと、
３次元映写モードにおいて前記カラーフィルタを第１映写路内に自動的に移動し、２次元映写モードにおいて前記カラーフィルタを前記第１映写路から自動的に後退する制御器とを備えた、２次元映写モードおよび３次元映写モード用に光を投射可能な映写システム。
【請求項５０】
第１映写チャンネルと、
前記第１映写チャンネルに光を提供可能な少なくとも第１光源と、
前記第１映写チャンネルに関連した少なくとも１つのマスクと、
３次元映写モードにおいて前記マスクを第１映写路内に自動的に移動し、２次元映写モードにおいて前記マスクを前記第１映写路から自動的に後退する制御器とを備えた、２次元映写モードおよび３次元映写モード用に光を投射可能な映写システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の参照
［０００１］
この出願は２００４年５月５日出願の米国予備特許出願第６０／５６８，３６４号「多光源高性能立体映写システム」への優先権を主張すると共にその全てを参照によりここに組み込む。
【０００２】
技術分野
［０００２］
本発明は広く映写システムに関し、さらに詳しくは多光源高性能立体映写システムに関する。 
【０００３】
背景技術
［０００３］
ラージフォーマット２Ｄおよび３Ｄ映写は、１９７０年代から観客に没入感のある映画体験を提供してきた。その映写技術はよく確立している。ラージフォーマット（７０ミリ）商業映画館は、２次元（２Ｄ）および３次元（３Ｄ）映写を同一映写システムから提供する設備があれば利益を得られる。これにより投資の見返りが増加する。映画館にとって、映写システムが２Ｄおよび３Ｄ動作モードのいずれでも効率的に映写できれば、明らかに有利である。
【０００４】
［０００４］
標準３５ミリ映写装置とラージフォーマット７０ミリ映写装置との間には技術的差異がある。７０ミリ、１５穴フォーマットのラージフィルムフレームの寸法が差異の原因である。ラージフォーマットフィルムフレームのサイズは、標準３５ミリフィルムフレームの約１０倍である。このためラージフォーマット映写システムのほとんど全てが、標準３５ミリのものより一般に大型、高速、大出力である。ラージフォーマット技術の特徴は、水平移動する７０ミリ幅フィルムを照射するための大出力照射系である。
【０００５】
［０００５］
映写システム内の照射系は、当該システムの動作コストに大きな割合を占める。アークランプは寿命が限られる（１０００時間）ため常に監視が必要であり、必要性能を維持するため定期的に交換しなければならない。ランプ交換は危険であり、熟練者による慎重な整合手順を必要とする。
【０００６】
［０００６］
高出力ランプは大量の電力を消費し大量の熱を発生する。この熱は一般に映写室から排出し建物の外へ出す。空気調節を適切に行い、小さな映写室を冷やす必要がある。これは映画館にとって設備コストを押し上げる。映写の間合いにランプを消灯して設備コストを節約するのは、あまり有効でない。標準の高出力アークランプは一般に、消灯と点灯を繰り返すと寿命が著しく縮まる（ランプ点灯毎に１．５から２．５時間）。
【０００７】
［０００７］
３Ｄ映写については照射系への要求は倍以上になろう。各眼に対応した２チャンネルを２つの映写機から同時に映写する場合がある。これら映写機は独立しているが同期しており、各自がフィルムリールを有する。各チャンネルは異なって偏光し、２つの偏光は互いに直交する。単一チャンネルを使用し各眼を順次に映写する場合もある。単一の３Ｄ映写機は各眼に、変更可能な偏光装置を有する。あるいは映像に同期するアクティブＬＣＤ眼鏡を使用する。照明の偏光は、非偏光２Ｄ映写に比べ、５０％を超える光損失を伴う。しかしながらスクリーンの明るさは変えられない。アクティブ眼鏡の使用は２Ｄ映写に比べるとやはり光損失を伴う。この結果３Ｄ映写と２Ｄ映写の間にはスクリーン照度に大きな差が生ずる。標準アークランプは全出力の近くでのみしか動作できない（ランプ寿命を維持するため）。従って２Ｄと３Ｄの異なる出力要求をランプ出力の変更で調整することは、既存システムにとって有効な方法ではない。
【０００８】
［０００８］
長時間の２Ｄ映写の場合、別の光非効率がある。リール装置の物理サイズに限度があるため、長い映画は２つの別々のリール装置に分割する必要がある。映画の前半は映写装置の第１チャンネルで再生し、後半は第２チャンネルに移動する。ランプ点灯時の問題を避けるため、通常は映写期間を通して両チャンネルのランプを点灯したままにする。
【０００９】
［０００９］
ラージフィルムフォーマットは極めて大出力の照射系を必要とするだけでなく、７０ミリフォーマットの大きなフィルムフレーム全体について均一性と安定性を提供する照射系を必要とする。ラージフォーマット照射系の性能要件は、標準３５ミリシステムを超える。
【００１０】
［００１０］
従来の映写システムのいくつかは、複数ランプを使用してきた。例えば米国特許第４，９１６，４８５号は並列ランプケースを有する映写システムを開示する。この映写システムは３Ｄおよび２Ｄのラージフォーマット映画のいずれにも使用可能である。この映写システムは２個のランプを使用するが、各チャンネルは１個のランプのみであり、標準立体映写システムを越える利点は提供しない。特に、２Ｄと３Ｄとの動作モード間で大きな効率損失無しに光レベルを均衡する手段を持たない。
【００１１】
［００１１］
米国特許第３，９１４，６４５号は写真投影機に使用する多ランプ装置を開示する。この特許は単一のランプ投影機に対し、ターンテーブルに載せた「バックアップ」ランプを提供する。ターンテーブルは回転可能であり、ランプを順次作業位置に移動することでランプが切れた時に自動的に交換する。米国特許出願第２００３／０１２８４２７号は２重映写機ランプを使用するシステムを開示する。これは２つの光源と偏光光学系とを使用し、２つの光源を１度に１つずつ選択して使用する。米国特許第６，５４５，８１４号は多アークランプ光源を組み合わせる方法を開示する。これは一体化ロッド上に統合したプリズム構造を使用する電子映写機用である。
【００１２】
［００１２］
米国特許出願第２００２／０１４５７０８号は２ランプ映写機照射系を開示する。これは広スペクトル光源と狭スペクトル光源とを有する。狭スペクトル光源はＬＥＤであり、広スペクトル光源のスペクトル出力不足を補完する。米国特許第５，９９７，１５０号は多重発光照射エンジンを開示する。これはホログラム拡散器を有し、静電プリンタ専用であり、高照度光によって空間光変調器を照射する。米国特許第６，３４１，８７６号は２つのランプを組み合わせてライトパイプにする方法を開示する。この特許はアークランプ用のパラボラ反射器の使用を開示する。またこの特許は２つのランプ光源の出力を２個の直角プリズムによってライトパイプに組み合わせる方法を開示する。
【００１３】
［００１３］
米国特許第５，５０４，５４４号は一連のフレネル集光および合焦要素を使用して複数ランプを組み合わせる方法を開示する。米国特許第４，３７２，６５６号は単一ランプの映写機であって偏光装置を導入することにより３Ｄおよび２Ｄ映写に使用可能なものを開示する。
【００１４】
［００１４］
これら従来の映写システムは、映写システムの３Ｄおよび２Ｄ動作モード間で光レベルをつり合わせることを開示せず、また２Ｄおよび３Ｄの動作効率最適化および動作コスト低減について考慮していない。
【００１５】
［００１５］
人の視覚系が知覚できる周波数範囲における光出力の時間的安定性は、映写システムの重要な特性である。フリッカや揺らぎは人の目の周波数依存感受性と光出力の安定性との積である。フリッカはスクリーンにおける光レベルの全体的な変動である。フリッカは映写機からの総光束出力が時間と共に変動する時に発生する。揺らぎはスクリーンにおける局所的空間変動である。揺らぎが観察される時、映写機からの総光束出力が一定であるにもかかわらず、スクリーン上で照度が局所的に変化する。このためスクリーン上のある領域における照度の減少が、スクリーン上の他の場所における照度の増加によって補われる。
【００１６】
［００１６］
アークランプに起因する時間的不安定は、アークランプに基づく映写システムの照射系における大きな問題である。このような不安定は映像のフリッカおよび揺らぎとなって現れる。人の知覚はこれら変動に特に敏感であり、２００分の１の時間的変動も認識できる。このことは、スクリーン全体の照明均一性を固定する要求以上に、厳しい要求を照射系につきつける。揺らぎとフリッカを人の感知限界以下に抑え、映像から注意をそらさせてはならない。
【００１７】
［００１７］
アークランプの不安定さは、ランプ外包内のアークの位置および形状の変化に起因することがある。このような変化は照射信号の空間および角度変動を引き起こす。外包内の乱流は、照射信号が乱流領域を伝わる際、局所的角度ずれを引き起こす。ランプにおけるこのような照射の時間的角度変化は、光学系の対応位置における照射パターンの角度および空間変動となって現れる。それが観客に揺らぎやフリッカを知覚させる。
【００１８】
［００１８］
アークランプの時間的不安定のレベルは、ランプの出力が増加しそのサイズが小さくなるほどひどくなる。アークランプの安定性はランプの使用時間と共に悪化することが知られている。大スクリーンの照射要件を満たすには高出力ランプを使用する。小型映写システムの要求を満たすにはランプをできるだけ小さくしなければならない。小型高出力ランプの外包内の対流が大きくなると時間的不安定さが増す。
【００１９】
［００１９］
アークランプの出力変動は認識された問題であり、それを低減するための従来の解決策がいくつかある。これら解決策はランプを駆動する電力特性を変化させたり操作することを含む。例えば米国特許第６，５２５，４９１号、米国特許第６，４７９，９４６号、米国特許第６，２３９，５５６号がその例である。あるいはランプ外包内の含有物を変更する。例えば日本国特許出願第０２−０１−０１  ０１０３５４４７号および日本国特許出願第００−７７−７６  ０５１５１９３２号がその例である。
【００２０】
［００２０］
光学手段を使用して揺らぎを低減する解決策もいくつかある。日本国特許出願第０３−０１−００，０００６６１３５号は、いくつかの「ハーフミラー」によって揺らぎが引き起こす光変動を平坦にする。日本国特許出願第００−９５−７６，５６１４９１８０号は、フォトクロミック装置にフィードバック回路を適用しフォトクロミック装置の透過を制御する。
【００２１】
［００２１］
米国特許第６，３４１，８７６号は映写画像から揺らぎを光学的に除去する方法を開示する。この特許はライトパイプの入力に集光レンズを置き、アークランプ内の乱流領域の像をライトパイプの出力において除去する。
【００２２】
［００２２］
ＳＭＰＴＥジャーナル第１１０巻第１１号２００１年の論文「映画フィルム映写機の設計向上」においてシー・エル・デュモン等はフライアイインテグレータを３５ミリ映画映写機に応用する研究結果を提示した。この論文はフライアイインテグレータが、映写映像においてランプに起因する揺らぎを減らす利点があると述べている。また映写システムにサーマックス（ＣＥＲＭＡＸ）密閉ビームランプを使用することを検討している。
【００２３】
［００２３］
米国特許出願第２００３／０１４２２９６号は光レベルを監視するために、検出器と積分箱と鏡アッセンブリとを主鏡の背後に配置し、可視光の大部分を光結像装置に向かわせる手段を開示する。この出願は主鏡が伝達する光の１０％から５０％をサンプルして積分し、十分な信号対ノイズ比を実現する必要があることを開示している。
【００２４】
［００２４］
米国特許第５，８１８，５７５号はアークランプの空間分布における不安定性を検出する方法であって、特にリソグラフ投影光学に使用する方法を開示する。ウエハ面のあるいはウエハ面に共役な照明フィールドの横方向反対側に少なくとも２つの検出器を配置する。２つの検出器からの出力比はアークランプの安定性を示す。
【００２５】
［００２５］
これら参考文献は、ランプに起因した映写映像の揺らぎやフリッカを押さえるための光効率が良くコスト効果の高い手段を開示していない。前記した通り、これら変動は小型高出力ランプの使用により、通常よりも極めて大きくなる。フライアイおよびライトパイプ均一化装置はこれら変動を減少するが、製造方法における限界および効率を考慮すると、十分な均一化の実現は困難であり非効率である。
【００２６】
［００２６］
また、代表的な７０ミリフォーマット映写システムは物理サイズが大きいため、それ用の装置は標準３５ミリ映写設備と互換性が取れない。大多数の映画館は標準３５ミリフォーマット映写システム用に設計されている。映画館経営者は最新の大型フォーマット映写設備の設置を考える際、既存３５ミリ映写ホールを改造することを計算に入れねばならない。これは設置コストを上昇させ、映画館運営を中断させ、設置工事を長引かせる。これら因子は映画館運営者の所有コストを上昇させる。
【００２７】
発明の概要
［００２７］
本発明の実施例は多光源高性能立体映写システムである。本発明の映写システムの一実施例は、第１映写チャンネルと、前記第１映写チャンネルに光を提供可能な第１光源と、前記第１映写チャンネルに光を提供可能な第２光源とを備える。前記映写システムが第２映写モードにある時、前記第１および第２光源はオンである。前記映写システムが第１映写モードにある時、前記第１光源はオンであり前記第２光源は低出力にある。一実施例において前記第１映写モードは２次元映写モードであり、前記第２映写モードは３次元映写モードである。一実施例において前記映写システムが２次元映写モードにある時、前記第２光源はオフである。２個以上の光源を各映写チャンネルに使用しても構わない。
【００２８】
［００２８］
前記映写システムは、第２映写チャンネルと、前記第２映写チャンネルに光を提供可能な第３光源と、前記第２映写チャンネルに光を提供可能な第４光源とをさらに備えても良い。前記映写システムが前記第２映写モードにある時、前記第３および第４光源はオンであり、前記映写システムが前記第１映写モードにある時、前記第３および第４光源はオフである。
【００２９】
［００２９］
別の実施例において本発明のシステムは、映写チャンネルと、前記映写チャンネルに光を提供可能な第１光源と、前記映写チャンネルに光を提供可能な第２光源と、前記第１光源および第２光源が発生する光を結合して結合光にする結合手段と、前記結合光を調和するフライアイインテグレータとを備える。
【００３０】
［００３０］
これら実施例は本発明を制限あるいは定義するために提示するのではなく、本発明の理解を助けるための例示に過ぎない。詳細な実施例を以下に示して本発明を詳細に説明する。本発明の様々な実施例が提供する利点は、本明細書を検討することでさらに理解できよう。
【００３１】
詳細な説明
はじめに
［００３９］
本発明の各実施例は多光源高性能立体映写システムを備える。本発明の実施例は複数である。本発明の一実施例に基づく映写システムは小型照射系を備える。この照射系は各チャンネルに付き複数の光源例えばアークランプを含む。この実施例は光源を動作させる方法を提供し、映写システムの効率、動作、運転コストを最適にする。この映写システムは３Ｄ／２Ｄの２つの映写モードを有し、実施例はいずれの動作モードにおいても光レベルを一定に維持する。例えば一実施例に基づく立体映写システムは２つの映写チャンネルを有し、各チャンネルは２つの光源を使用する。この実施例において両チャンネルを使用する場合、４個全ての光源を３Ｄ映写に使用する。２Ｄ映写モードにおいては、単一チャンネルを使用する場合、そのチャンネルに付属する光源の一方は使用しないか両光源の出力を低減する。この本発明の映写システムは、高解像度立体映写システムの取得、設置、運営においてコストがかからず、高解像度２Ｄ映写も効率的に行える。本発明の映写システムはラージ／３５ミリフォーマットフィルム映写システムおよび電子映写システムに応用できる。
【００３２】
［００４０］
一実施例において前記映写システムは偏光要素を含む。これら偏光要素は立体映写の必要に応じ、自動的に挿入および後退できる。このシステムは光源使用プロトコルと共に動作し、システム効率を最適化し、運営コストを下げ、システム操作を簡単にし、映写の信頼性および品質を向上する。
【００３３】
［００４１］
一実施例において前記映写システムは、アークランプ外包内の乱流による画像揺らぎを解消する。これは拡散要素を導入して実現する。拡散要素はフライアイまたはライトパイプ調和光学系と共に動作する。フライアイまたはライトパイプ調和光学系は揺らぎ等の変動を減少するが、製造方法において制約があるため十分な調和が行えず非効率である。後述のように映写システムに拡散要素を加えることで残存揺らぎを減らし、人の視覚系の知覚レベル以下にする。この拡散要素は揺らぎを減らずばかりでなく、イメージゲート全体の照射をより均一にする。
【００３４】
［００４２］
本発明の他の態様は前記システムのコストおよびサイズを減らすことに関する。映写システムの一実施例において、コールドミラーとダウザとの機能をシステム内に結合し、部品数、システムサイズ、製造コストを減らす。一実施例において前記映写システムは小型軽量で効率的な方法を使用し、各チャンネルの複数光源の出力を結合する。
【００３５】
［００４３］
前記概要は本出願の主題を紹介することが目的である。この主題は本発明を制限するものではない。各実施例の詳細を以下に説明する。
【００３６】
システムの説明
［００４４］
図１は映写システムの光学系の一実施例を概略的に示す。図１の実施例はイメージゲートに移動するフィルムによって、スクリーン上に画像を作り出すシステムである。本発明はイメージゲートにおいて他の空間光変調技術を使用する電子映写機にも等しく適用できる。他の空間光変調技術とは、これらに限らないが、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）、反射液晶パネル（ＬＣＯＳ）、透過液晶パネル、ＣＲＴ等である。図１は単一チャンネルを示す。他の実施例において映写システムは同一ハウジング内に２つの光学系１００を有し、３Ｄ映写を行うことができる。
【００３７】
［００４５］
照射部はアークランプアッセンブリ１Ａ、１Ｂ等の２つの光源を有する。各光源は一体化した楕円反射器（図示せず）を有する。ランプ１Ａ、１Ｂは結合プリズム２の入射面に光を向ける。一実施例においてこれらプリズム２はランプからの光の方向を内部全反射によって変える。２個の結合プリズム２を出た光は調和光学系に入る。この調和光学系はホログラム拡散器３とコリメート光学系４とレンズアレイペア７Ａ、７Ｂと中継光学系９とを含む。レンズアレイペア７Ａ、７Ｂはフライアイインテグレータとして働く。この照射系の入口瞳はレンズアレイ７Ｂに位置する。中継光学系９は前記レンズアレイの画像を拡大し、イメージゲート１０全体を照射し、映写レンズ１１の瞳に光を合わせる。この光効率の良いサブシステムは、知覚できるようなランプフリッカや揺らぎのない均一分布の光をイメージゲートに投射する。イメージゲート１０におけるこの均一な光により、イメージゲート１０に送り込まれるフィルム（図示せず）から要求画像が得られる。映写レンズ１１はイメージゲート１０における前記画像を、取り外し可能偏光器１２を介してスクリーン（図示せず）に映写する。紫外線フィルタ６をレンズアレイ７Ａの上流に配置し、破壊的な短波長放射を排除し、フライアイインテグレータ（７Ａ、７Ｂ）を通ってイメージゲート１０に紫外線が到達するのを阻止する。
【００３８】
［００４６］
混成コールドミラー／ダウザ５はレンズアレイ７Ａ、７Ｂの前に配置する。コールドミラー／ダウザ５は２つの機能を有する。照射光の赤外成分を除去することと映写機ダウザとして働くことである。光路の外にあおるまたは回転すると、照射光はビームダンプ１３へ行く。このビームダンプはあらゆる照射光の映写機からの出射を阻止する。
【００３９】
［００４７］
第２コールドミラー８はレンズアレイペア７Ａ、７Ｂからの出射光を反射し、映写レンズ１１が定義する光軸に沿って進ませる。また２次コールドミラーとして働き、照射光に残る赤外放射を除去する。このミラーの背後に検出器１４を配置し、光レベルとフリッカや揺らぎ等の不安定性とを監視しても良い。
【００４０】
［００４８］
一実施例において照射系は十分小型に設計し、２つの個別のチャンネル（個別の左目チャンネルおよび右目チャンネル）を各別の映写機に割り当てるのではなく、一つの映写システムに統合できるようにする。これは映写システム用の制御電子機器を簡単にし、映写室または通路に必要な床面積を削減し、据え付け時間を短縮する。
【００４１】
ランプ
［００４９］
２個の密閉ビームキセノンアークランプ（１Ａおよび１Ｂ）は、楕円反射器（図示せず）に整合し、アークの合焦像を形成する。一実施例においてサーマックス（ＣＥＲＭＡＸ）ブランドの密閉ビームアークランプを光源に使用する。これらランプはペルキンエルマーが製造販売する高照度放電ランプ（アークランプ）であり、いくつかの特徴を有するためそれらを利用することでここに開示する照射構成を有利に実現できる。サーマックスランプはバブルランプよりも出力は低いが、複数のサーマックスランプを結合して効率的な照射系にすれば同等の出力を実現できる。単一の高出力バブルランプ設計よりも多くの利点が得られる。
【００４２】
［００５０］
サーマックスランプはバブルランプよりもはるかにコンパクトであり、１対のサーマックスランプでさえ単一バブルランプ設計よりもサイズ的に有利である。このため、より小型の３Ｄ映写システムを設計できる。小型システムの重要性は既存３５ミリ映写室に映写機を合わせる必要があるためである。これにより設置コストを著しく削減できる。３Ｄ映写モード用に２チャンネルを使用する場合、小型の映写機であれば左右像の映写点を近付けることができ、映写に有利である。例えばこれによりスクリーン上の像の一致が良くなり、左目像と右目像間の光レベル差が減る。左右のレベル差は高ゲインスクリーンへの異なる入射角が原因であり、像の一致と光レベル差の減少は、３Ｄ映写を見る時の目の疲労を低減する。
【００４３】
［００５１］
さらに、小型ランプは左右チャンネルを単一映写機に統合することを可能にする。機械的に別々の左右光学系は映写点間の分離を少なくするが、映写システム全体として大型となり製造費が高くなる。これは、各部品の在庫コストがかさむからである。
【００４４】
［００５２］
サーマックスランプは一体化反射器と共に製造する。この反射器は製造時に陰極と陽極とが決定するアークギャップに対して予め整合させる。外部特徴に基づきアークランプと光学システムとの正確な位置合わせをする。サーマックスランプが発生する光のエタンデューは、各ランプから見たフィルムゲートのエタンデューの対応部分よりも小さい。本発明の実施例は様々な方法でこの特徴を利用する。後述するような適切設計の照射系と組み合わせることにより、ランプを正確に位置決めし、安定した均一のスクリーン照度を簡単にしかも安価な加工許容度で実現できる。これはランプ整合の熟練映写技師を不要とする。ランプ整合は訓練、熟練、忍耐のいる作業である。この利点により映写システムの運営コストを削減し、より安定で信頼性のある照射品質を保証する。
【００４５】
［００５３］
サーマックスランプは標準アークランプと異なり、広範囲の出力レベルで動作できる。標準アークランプは一般に、全出力あるいはそれに近い出力で使用し、動作を安定させ最大寿命を確保する。サーマックスランプを低出力で動作させるとランプの寿命を著しく延ばせる。標準バブルランプとは異なりサーマックスランプは、消灯および点灯を行ってもランプ寿命にほとんど影響しない。このような能力を利用して３Ｄ／２Ｄ組み合わせ照射系のランプ操作を行えば、著しくシステム効率を上げることができる。
【００４６】
［００５４］
２チャンネルシステムを利用する３Ｄ映写モードについては、各チャンネルを線形偏光器によって偏光することができる。その場合の各チャンネルにおける偏光損失は一般に５０％以上である。偏光器は２Ｄ映写モードには不要であるため、偏光器を取り外せば２Ｄ映写モードに偏光損失はない。３Ｄ映写システムにアクティブ眼鏡を使用する場合、やはり照射損失が発生する。本発明の映写システムはランプ利用方策を取ることで、映写システムの運営コストを最適化する。３Ｄ映写モードについては２チャンネルシステムにおける各チャンネルに（または単一チャンネルシステムにおける単一チャンネルに）２個のランプを動作させ、高出力照射を提供し、偏光および他の照射損失を克服する。他の照射損失とは、時系列３Ｄを使用する場合に発生する損失である。２個のランプはその全出力よりもはるかに低いレベルで動作させ、寿命を延ばす。図１に示す検出器１４等のセンサをフィードバックシステムまたは制御システムに接続し、各ランプ出力を監視する。ランプへの駆動電流を増やせば、ランプの時間劣化による出力レベル低下を補える。
【００４７】
［００５５］
偏光光を出力する電子映写機（例えばＬＣＯＳやＬＣ映写機）は、３Ｄ映像を映写する上で２Ｄ映写に比べると照度損失は小さい。このシステムは偏光損失対策を必要としない。しかしながら光レベルを減少する必要はある。３Ｄ映写におけるゴースト対策のためである。ゴーストは２重像であり、不正な目に光が入る時に観客が見る。３Ｄ映写においてゴーストの知覚と明るさとはトレードオフである。特に、知覚可能なゴーストは明るさを落とせば減る。このような状況でのランプ動作方法は、前記した方法とは逆にすることが好ましい。２Ｄ映写に必要な光出力は大きいので両ランプをオンする。３Ｄ映写に必要な光出力は小さいので、１つのランプだけを動作させるか２つのランプを低出力で動作させる。
【００４８】
［００５６］
２チャンネルシステムにおける２Ｄ映写モードは、一方の映写チャンネルだけを動作させればよい。第１チャンネルを選択する場合、その偏光器を後退し、第１チャンネルの一方のランプを低出力で動かす。例えばゼロ出力で動かして消灯する。第２チャンネルの両ランプは消灯する。その結果、システム内の４個のランプのうち１個のみが動作し、照射用必要電力は３Ｄ映写モードに必要な量の２５％に低下する。さらに効率が上がる要素として、冷却要求が減り、映写室換気および空調の負荷が減り、ランプ寿命が延びる。使用ランプは各２Ｄ映写毎に交代すれば、２個のランプの寿命が同じになる。一方のランプが切れたら他方のランプで即座にバックアップする。これは２Ｄ映写モード用の動作冗長を提供する。別の方法として、映写チャンネルに対応する２個のランプを著しく低い出力（ただしゼロ以上）で同時に動かす。これは各ランプの寿命を延ばす。一実施例において本映写システムは、映写中に映写モードを変更できる。例えば２次元映写モードと３次元映写モードとを入れ替えできる。例えば３Ｄ映画の予告を上映してから２Ｄ映写をしたり、２Ｄ映写の途中に３Ｄ映写を行える。
【００４９】
［００５７］
サーマックスランプは本システムの好適光源であるが、当業者には明らかな通り、他の光源を本システムに使用しても構わない。反射器にあらかじめ整合させたバブルランプを有する一体化モジュールは多くの供給者から手に入る。密閉ビームアークランプは他の供給者からも手に入る。エタンデューの小さな他のランプ、例えば高圧水銀ランプやメタルハライドランプを本発明に使用することで大きな利点を得ることもできる。
【００５０】
［００５８］
パラボラ反射器を持ったランプを使用しても良い。この場合、その出射光はレンズを介して前記組み合わせプリズムに合焦させる。前記各実施例は各チャンネル２個のランプを使用するが、他の実施例では各チャンネル２個以上のランプを組み合わせても構わない。
【００５１】
プリズム組み合わせ
［００５９］
一実施例において図１に示す各組み合わせプリズム２は、内部全反射（ＴＩＲ）を使ってランプの光を共通光路に反射する。内部全反射機構は、損傷しやすい反射コーティングを使用せず、プリズムの内部全反射面によって１００％反射を提供する。プリズム材料は一般に水晶であるがこれに限定しない。水晶は輻射から吸収する熱およびプリズムに接触する部品から吸収する熱に対する耐性が高い。反射防止コーティングをプリズムの入射面および出射面に適用しても良い。当業者には明らかな通り、一実施例においてはプリズムを使用してランプ結合を行うが、他の結合方法を使用しても構わない。例えば研磨アルミニウムミラーおよびダイクロイックミラーを使用しても良い。当業者には明らかな通り、プリズムは必要に応じて使用して複数ランプの出力を結合する。例えば３個のランプを結合する一方法は、２個のプリズム２を分離し、第３ランプからの光出力を２個のプリズム間から直接通過させる。
【００５２】
［００６０］
図２はランプ１Ａ、１Ｂの組み合わせの詳細であり、一方のランプ１Ｂからの代表光線を示す。（図を分かりやすくするため本図はダウザを省略すると共にランプのアークは点光源として示す）。ランプ焦点１６は、その後のコリメート光学系４の光軸からオフセットしていることに注意が必要である。この光軸を中心としたプリズムの方向は、図１に示す通り、イメージゲート１０と映写レンズ１１とのラグランジュ関数によって決まる。イメージゲート１０におけるこのラグランジュ関数はそれを使用してプリズム出口における開口１５のサイズを決定できる。光はこの開口を通り、映写システムを通過し、スクリーンに至る。開口１５は一般に矩形とする。これは非アナモルフィックに結合するイメージゲートが矩形だからである。損失を最小にするため、ランプ焦点１６のオフセットは矩形開口１５の長辺寸法に一致する必要がある。図２の開口１５は矩形１５の２寸法のうち大きい寸法を示す。各ランプ１Ａ、１Ｂからの光は全開口１５の半分に対応する。光軸からのランプ焦点１６のオフセットは、照度分布の中心がそのランプが対応する開口の半分の中心にくるように選択する。ランプが経時変化し、ランプ焦点１６における照度分布のサイズが大きくなっても、光の縁部が開口１５境界とランプ焦点１６に最も近いプリズム２の頂点とによってぼけるまで、光出力は一定である。
【００５３】
［００６１］
図３はランプの組み合わせを示し、二つのオンしたランプ１Ａ、１Ｂからの光線を示す。（図を分かりやすくするため本図はダウザを省略すると共にランプのアークは点光源として示す）。出力光は２個のランプ１Ａ、１Ｂの各々についてコリメートしているが、光軸に対してある角度で傾いている。これは光軸からのランプ焦点のオフセットに起因する。この場合のプリズム２は、反射面に垂直な軸についてわずかに傾斜し、反射照射ビームの特性を変更している。この傾斜はイメージゲート１０における照射の台形歪みを減らす。この台形歪みはアーク像１６のオフセットに起因する。また前記傾斜は照射系の入口瞳（レンズアレイ７Ｂに位置する）への照射光に一致するよう設計し効率を上げる。この一致は２個のランプからの光が収束してレンズアレイ７Ａへの単一光路となるように図示している。
【００５４】
［００６２］
図２および図３はコリメート光学系４を単一レンズとして示している。当業者には明らかな通り、コリメートは必要に応じて複数レンズで実現し、収差を低減できる。
【００５５】
［００６３］
図３は小型のランプ組み合わせの実施例を示している。当業者には明らかな通り、いくつかの変更形態が考えられる。例えばレンズアッセンブリをパラボラ反射器と共に製作した場合、ランプの各コリメート出力は光軸に対して傾斜させて結合し、レンズアレイにおいて各光ビームが重なるようにすることができる。この方法は図２および図３の実施例ほど小型にはならず、ランプのエタンデューよりもレンズアレイでのエタンデューの方が大きくなってしまう。これはランプとレンズアレイとの距離のためである。このシステムに光学要素を加えることで前記非効率を除去できようが、それによってさらにシステムのサイズが大きくなってしまう。
【００５６】
ビームインテグレータ
［００６４］
図４はレンズアレイ７Ａ、７Ｂへの入力における光分布を最小の光損失で変形し、イメージゲートにおける光を均一にする方法を示す。２つのレンズアレイ７Ａ、７Ｂは同一で構わない。これらレンズアレイは整列し、第１アレイ７Ａの各要素は、第２アレイ７Ｂの対応する要素と共通光軸を共有する。アレイ要素の口径は、照射するイメージゲート１０の形状に合わせて選択する。レンズアレイペア７Ａ、７Ｂと中継光学系９とは、イメージゲート１０上に均一な照射分布を形成する。
【００５７】
［００６５］
これら部品は「フライアイ」ビーム均一化器と呼ぶこともあり、それらの機能は次の通りである。２つのレンズアレイ７Ａ、７Ｂは通常、アレイを構成する各要素の焦点距離に等しい距離だけ分離する。第１レンズアレイ７Ａの各レンズ要素（または要素レンズ）は、その口径内においておよび第２アレイ７Ｂの対応するレンズの面において光源像を形成する。
【００５８】
［００６６］
第２レンズアレイ７Ｂの各要素は、第１レンズアレイ７Ａの対応する要素の口径像を形成する。これら副像は第２アレイ７Ｂの各レンズによって無限に投影される。中継光学系９はこれら副像をフィルムゲート１０に重ね合わせる。この時、わずかに口径をはみ出すようにして光学的誤差および組み立て誤差を許容する。図４は像の結合を示し、実線はアレイ中の２個の要素レンズからの２本の主光線と軸光線１７とを示す。これらはイメージゲート１０の２２において互いに重なる。図４における寸法は相対的大きさを示すものではない。
【００５９】
［００６７］
レンズアレイ７Ａの各要素レンズからの光はイメージゲート１０全体を照射する。図３に戻り、各ランプ１Ａ、１Ｂはイメージゲート１０全体を照明する役割を果たす。
【００６０】
［００６８］
光学システムのエタンデュー限界はイメージゲート１０の面積と映写レンズ１１の開口数で決まる。エタンデュー保存原理を使用して中継レンズ９の焦点距離を選択し、システムの小型化、製作限度に合ったレンズアレイ７Ａ、７Ｂのサイズ決定、大型レンズアレイを支持するための十分な面積という相反する目的をつり合わせる。
【００６１】
［００６９］
フライアイビームインテグレータシステムは、多くの微小像をイメージゲートにおいて重ね合わせる。その結果、照射分布は第１レンズアレイ７Ａの各口径の照射分布の（非干渉）合計である。均一性はアレイ要素の数と各分布との関数である。アレイ要素数が増加するに従い、微小像の重なり合計の均一性は向上する。各レンズのサイズは均一度とシステムの光効率とのつり合いを見て選択する。レンズが小さいほど充填比（レンズの開放口とサイズの比）は低くなり散乱が増すのでシステム効率は低くなる。これは要素レンズ間の有限サイズ遷移領域の結果であり、製造技術の限界による特性である。
【００６２】
［００７０］
レンズアレイ７Ａおよび７Ｂ内のレンズ密度を制限する因子は多数ある。入力レンズ７Ａのイメージゲート１０に対する倍率は、中継光学系９の焦点距離とレンズアレイの焦点距離との比で決まる。前記した通り、中継光学系の焦点距離はアレイの全体サイズを決定する。アレイ内の要素レンズを小さくするほど焦点距離が短くなるため、各要素レンズの曲率半径が光学要素成形の製造許容値に収まるよう注意せねばならない。レンズを小さくするほど横方向精度および回転精度を良くし、２つのアレイ間の相対的整合性を維持する必要がある。これは製造コストを高めることになる。
【００６３】
［００７１］
図１および図４に示す中継光学系９は、分かりやすくするために単一要素として描いた。当業者には明らかな通り、前記要件を満たす中継光学系は複数レンズで構成して収差を低減しても良い。当業者には明らかな通り、イメージゲートにおいて使用する変調器のタイプは中継光学系９の設計に影響する。例えばＭＥＭＳ、ＬＣＯＳ、透過液晶パネル等の空間光変調器は、色分離および色再結合光学系を必要する。これら光学系が加わると、中継光学系の設計において後部焦点距離とテレセントリックとを考慮しなければならない。
【００６４】
［００７２］
一実施例において、１チャンネルに結合した光源の結合エタンデューは、像面が定義するエタンデューよりも小さい。このため第２レンズアレイは充填状態にあり、光源の機械的位置決め精度に左右されず、光源と反射器との一体化アッセンブリ製作にかかわる誤差の影響も受けない。このためランプ交換は最大性能を実現するための調整なしに行える。サーマックスランプ等のＤＣアークランプの特性として、時間の経過と共に陰極が焼ける。これは電極距離を広げ、エタンデューを上げる。その結果のエタンデューがそれ以降の光学システムのエタンデューよりも小さければ、光出力はランプが経時変化しても一定である。
【００６５】
揺らぎとホログラム拡散器
［００７３］
アークランプは一般に、アークランプ外包内のアークの連続空間変調に左右される。この変調はアークランプ外包内のガス乱流が原因である。ランプが経時変化すると電極が摩耗してへこみ、アークの付着点が変動する。その結果、アークからの光出力はランプ外包内のガスの密度依存変動により、さらに変調する。アークの位置変動はガスの密度変動と組み合わさり、反射器からの角度照度分布を変化させる。その結果、主ランプ焦点１６は空間的および角度的に変化する。
【００６６】
［００７４］
図５は主ランプ焦点１６における角度変調および空間変調が第１レンズアレイ７Ａへ伝わる様子を示す。コリメートレンズ４は主焦点１６における角度変調を第１レンズアレイ７Ａにおける空間変調に変換する。焦点１６における空間変調は第１レンズアレイ７Ａにおける角度変調に変換する。
【００６７】
［００７５］
光源のエタンデューによる制約がある場合、レンズアレイ７Ａにおける角度変調の一次効果は、第２レンズアレイ７Ｂに存在する光の過充填を変調することである。これはシステムに時間依存損失をもたらし、イメージゲートにおけるフリッカとなる。標準閉ループフィードバック機構を使用し、この全体的変調を除去できる。例えば映写機からの光出力を監視する検出器を使用し、ランプの電流制御に信号を送り、前記全体変調を減少できる。
【００６８】
［００７６］
一実施例において、光源の結合エタンデューがイメージゲートと映写レンズとが定義するエタンデューよりも小さい場合、レンズアレイにおける角度変調はイメージゲート１０における光安定性に影響しない。これは第２レンズアレイ７Ｂが充填されているからである。
【００６９】
［００７７］
第１レンズアレイ７Ａにおける空間変調はランプ焦点における角度変調に起因しており、局所空間変調またはイメージゲート１０における揺らぎとなる。これはランプまたは光学系がエタンデューを限定することに無関係である。フリッカと異なり、標準閉ループフィードバック機構は揺らぎを低減しない。イメージゲート１０における変調の大きさは一般に、アレイ７Ａ内のどの要素レンズにおける変調よりも小さい。これは通常、変調がレンズ間でランダムに発生し、それら複数レンズからの光がフィルム面で重なり合うからである。その結果、フィルム面における時間的ノイズは、おおよそ照射されるレンズの数の平方根で減少する。先に記した通り、レンズアレイの製造性および光効率への悪影響から、アレイ７Ａおよび７Ｂに使用できるレンズ数には限度がある。
【００７０】
［００７８］
これら空間依存時間変動を、レンズ数を増やして減らす以上に減らしたいという要求がある。ランプが新しい場合、フリッカを減らして視覚認識限度以下のレベルにするのは基本的要求である。次の要求は、ランプのフリッカレベルを減らし、ランプの経時変化によるアークの不安定性が知覚し得るフリッカを引き起こさないようにすることである。この２番目の要求は本システムのようなシステムにおいて重要である。通常のランプ故障メカニズムは、アーク間隙が増大し、エタンデューが増加し、光損失が増加する。しかしながらエタンデューが小さいサーマックスランプは、システム能力を低下させるほどにエタンデューが下がる前に、アーク間隙サイズが変化する。一実施例において、サーマックスランプの寿命は全出力以下で動作させることで引き延ばせる。その結果、本発明に基づき設計した映写システムは、ランプ寿命がエタンデューの増加ではなく安定性によって制限される。揺らぎを低減することは、ランプ寿命を延ばし、ランプコストを下げ、保守の必要性を低減することにつながる。
【００７１】
［００７９］
拡散器３の機能は、フライアイインテグレータへの要件を厳しくすることなく空間変調を減らし、アークランプの寿命を延ばすことである。図５の概略図は拡散器３の動作原理を示し、揺らぎ低減用のフライアイインテグレータと共に使用する場合を示す。一体化ランプアッセンブリ１の出力は基準焦点面１６に焦点を形成しアーク像を形成する。光線の収束円錐はランプ出力を含む基準エンベロープを定義する。
【００７２】
［００８０］
反射器の焦点面１６における角度変調はコリメートレンズ４によって空間変調となり、第１レンズアレイ７Ａに到達する。焦点面１６における照射の摂動はその角度変位が限られるため、第１レンズ７Ａにおける照射変動の空間範囲は限定的である。これは図５の点線が示す通りである。この点線は最大ずれの円錐のエンベロープが焦点面から第１レンズアレイ７Ａに伝わる様子を示す。円錐の投射がレンズアレイ表面に定義する面積はフリッカが発生しうる範囲である。
【００７３】
［００８１］
適切な拡散器３をランプ１の焦点面１６にあるいはその近くに挿入し、ランプ１からの角度摂動円錐が決定する角度範囲に渡って光を拡散するように拡散器３を設計することで、知覚できる揺らぎを除去できる。焦点からの各基本的照射の寄与は、名目上であっても摂動を引き起こすものでも、拡散または「ぼやけ」となってレンズアレイのより大きな領域を照射する。これは拡散器３の応答により、レンズアレイ７Ａ、７Ｂの入口に渡って瞬間的照度分布をまき散らすことに等しい。第１レンズアレイ７Ａ上のある点における照度分布は、隣接点の照度と平均化され、平均化領域は拡散器３の拡散角度が定義するサイズおよび広さを持つ。表１は拡散の大きさに対する角度摂動の大きさの関数としての揺らぎの低減を示す。これら結果は簡単なサンプルのものであり、拡散器はガウスの散乱プロファイルを有し、全幅半値（ＦＷＨＭ）はＷである。拡散器３の揺らぎ除去効果は角度摂動が減少するほど向上する。実際において光源として２．４ｋＷサーマックスランプと全幅半値が１度のガウスの拡散器とを使用した場合、存在する揺らぎの８０％を除去できた。これにより変動は視覚検知限界よりも十分に下がった。表１はランプ摂動の主要部が１．５度以下であることを示している。
【表１】
2007538273.tif 000003
【００７４】
［００８２］
ランプの経時変化および不安定さが増すにつれ、知覚し得るフリッカを除去するために必要な拡散量は大きくなる。拡散器の出力から見た光源のエタンデューは、ランプ変動の効果と拡散器が導入する角度拡散の量とを含めることにより計算できる。出力を単一チャンネルに向ける光源全てからの結合エタンデューが映写レンズおよびイメージゲートが定義するエタンデューよりも小さいという条件で、システムは光効率の損失無しに拡散器を追加することができる。
【００７５】
［００８３］
一実施例においてホログラム拡散器を使用する。その理由は背後拡散が無視でき、小型でコスト効率が良いからである。ホログラム拡散器の拡散性能は非対称とすることで、それ自体が対称的でないランプからの角度摂動を不明瞭にできる。これは照射スループットを最適にし、フリッカを人の知覚以下に減らす。当業者には明らかな通り、光拡散の他の手段を使用しても良い。例えば、これらに限定するものではないが、標準拡散器、レンズアレイ、回折格子、散乱等である。この散乱は人が知覚できない速度で要素を動かすことによって導入する。
【００７６】
［００８４］
一実施例において光拡散は異方性とする。拡散器を異方性とする一つの理由はランプ出力の変動を克服するためである。ランプ出力の変動は、ある角度においては他の角度におけるよりも顕著である。異方性拡散器を使用する他の理由は、システムの他の部分に異方性挙動が存在する場合にシステムの全体性能を最適化するためである。この点を説明するため電子映写機を考える。電子映写機は空間光変調器を使用してスクリーンに映像を形成する。一般に変調器自体の性能は光入射角に依存する。例えばＤＭＤ変調器の軸外照射は、その散乱および回折特性に非対称性を生ずる。変調器からのシステム光軸に対するこの異方性散乱および回折は、映写システムのコントラストおよび効率を低下する。他の例はＬＣＤおよびＬＣＯＳ変調器を使用する映写機である。これら変調器は高コントラストの実現を偏光光に依存する。コントラストは斜め光線がシステムを通過する時の角度依存光漏洩が形成する。これら例のいずれも、システム内のいずこかに存在する異方性を知った上で拡散器特性を設計すれば、映写システムの性能を最適にできる。当業者には明らかな通り、映写システム内には他の異方性も存在し、それにも本実施例は適用可能である。
【００７７】
［００８５］
一実施例において拡散器３の位置は、ランプの焦点１６の近くである。しかしながらレンズアレイ７Ａから十分に離れた他の位置とし、散乱損失を最小にしても良い。一実施例において拡散器３は、照射系の瞳（レンズアレイ７Ｂ）近くあるいはその瞳の共役面に配置する。一実施例において拡散器３は、ランプ光が合焦する結合プリズム２の出力近くに配置する。レンズアレイ７Ｂとの共役面はシステムに中継器を追加することで形成される共役面を含む。
【００７８】
［００８６］
ライトパイプ（棒状インテグレータ、ライトバー、カレードスコープとも呼ぶ）は適切な光学系を有する場合、フライアイインテグレータの代わりに使用することが可能であり、本発明に適用することで同様の利点を実現する。ライトパイプインテグレータはシステムサイズおよびコストを押し上げるが、前記光均衡および動作効率向上のための多ランプ技術はライトパイプにも適用できる。以下に説明する通り、ライトパイプの混合特性は、ライトパイプ入口の前に拡散器を追加することにより揺らぎを除去する効果が得られる。
【００７９】
［００８７］
図６および図７はライトパイプインテグレータと拡散器とがイメージゲート１０すなわちスクリーンにおける揺らぎをどのように減らすかを示す。拡散器３は棒状インテグレータ１８等のライトパイプの前に配置する。図６は棒状インテグレータ１８の出力に位置する時間変調を含んだ均一照射分布がイメージゲート１０に像を形成する様子を示す。この時、適切な倍率を有してイメージゲートをわずかにはみ出る。中継器１９はイメージゲート１０に像を形成し、その後の映写レンズの瞳に光を結合する。中継器１９の瞳は図６の２０である。
【００８０】
［００８８］
図７は本発明の一実施例を示し、ランプ１からの光が棒状インテグレータ１８等のライトパイプの出力に伝わる様子を示す。この図においてライトパイプは単一のランプ１によって照射する。光はライトパイプの出力に伝わる時、固体ライトパイプの内部全反射によるか、中空ライトパイプの反射による。図７における点線は最大ずれ円錐のエンベロープであり、ランプ１からの角度変動に起因する。均一度はライトパイプの長さがその断面に比して大きくなるほど増加する。これはライトパイプの長さに沿った反射数が増加するからである。ライトパイプが長くなるに従い、照射系は大型になり、製造コストは上昇し、システムの効率は落ちる。これはライトパイプの体積および表面散乱が原因である。設計者は揺らぎを低減しようとしてライトパイプの均一化性能を上げようとすると、これら問題に直面する。
【００８１】
［００８９］
フライアイインテグレータと同様、変動を除去するための別の方法が必要である。そのよう変動はランプが新しい時およびそれが経時変化するに従い、知覚できる揺らぎを引き起こす。ライトパイプと共に適切な拡散器を使用すれば、その揺らぎを人の知覚限度以下に抑えられる。図７は拡散器３を使用した一実施例を示す。拡散器３は棒状インテグレータ１８の入射面の近くまたは入射面に配置する。角度散乱がランプからの角度変調に等しいかそれよりも大きければ、空間依存フリッカは除去される。
【００８２】
［００９０］
システムが拡散器からの光出力のエタンデューに制限されないなら、システムは拡散器を導入しても光損失がないように設計可能である。図６における点線は拡散による開口数の増加を示し、実線は拡散器が存在しない時のランプ出力に対応する主光線および縁光線を示す。イメージゲートおよび／または映写レンズが拡散器の導入による開口数増加の光を受け入れられないとすれば、口径食によるシステムの光損失が発生し、コントラストを悪化させる。この問題を解決するためのシステム再設計方法はいくつかある。例えばランプ反射器に変更を加え、ライトパイプの入射面をわずかに小さな開口数の光で照射する。これはライトパイプからの円錐角度出力を直接減らす結果となる。ライトパイプ入口のスポットサイズは増加するが損失は生じない。なぜならシステムはランプのエタンデューに制限されないからである。ライトパイプからの円錐角度出力を減らす他の方法は、ライトパイプにわずかのテーパを付けることである。すなわちライトパイプの出力断面はそのままとし、入力断面を効率を下げないように減らす。
【００８３】
揺らぎ検出
［００９１］
照射系の性能を有効に示す指示器を照射系内に形成すれば、ランプ寿命まで性能を確保できる。かかるシステムは管理者に自動的に警報を発し、ランプを交換すべきことを知らせ、観客が性能低下を認めるのを防ぐ。さらに制御器を使用することで、ランプをその性能に基づいて監視できる。これは、上映中に他方のランプに切り換える可能性、あるいはどちらのランプを低出力で動作させて映写品質を最大にするかを選択することを含む。照射系内に２個以上のセンサを使用すれば空間／時間変調を監視できる。信号処理方法は、例えばこれら検出器からの信号の差分を求める方法があり、それによって光源の安定性を直接測定できる。センサの動作領域および配置間隔は、変動に対する感度を最適にするよう設計し、映画鑑賞に問題が発生する前にランプ問題の早期警報を可能にする。
【００８４】
［００９２］
図１に示すように好適実施例におけるセンサは例えば検出器１４であり、上部コールドミラー８の背後に配置し、可視光の漏洩を検出したりその位置に存在する赤外光をサンプルする。一実施例において検出器１４はレンズの背後に配置し、検出する変調が入力レンズアレイ７Ａで見た変調に直接比例するようにしても良い。検出器１４の前のレンズは中継器として働く。従って検出器１４はレンズアレイ７Ａとイメージゲート１０との共役面に配置する。各検出器１４はイメージゲート１０における個別位置に対応する光をサンプルする。検出器の中継レンズの口径を制限し、検出器がレンズアレイ７内の要素レンズのサブセットからの光を監視するようにしても良い。この場合の利点は第１に、検出器の中継レンズの口径を制限すれば、検出システムのサイズおよびコストが減少する。第２に、上部コールドミラー８の背後の検出器アッセンブリの横方向位置が、要素レンズのサブセットからの揺らぎを観察できるように選択できる。
【００８５】
［００９３］
要素レンズのサブセットを選択することは、ランプ出力の角度照度分布の対応部分を直接選択することに等しいため、ランプ反射器の各位置の揺らぎ寄与を知ることができる。反射器上の領域を選択できるこの能力は、ランプ内に存在する対流パターンのデータと結びつけると特に有用である。複数検出器アッセンブリを内蔵すればランプの様々な位置の揺らぎ寄与を知ることができる。このような実施形態のコストを下げるため、個別レンズに代えてレンズアレイを検出器の前に使用しても良い。これら検出器からの信号を分析すればフィルム面における揺らぎに相関したデータを抽出できる。当業者には明らかな通り、光のサンプリングは前記箇所に限定されない。
【００８６】
自動後退および挿入
［００９４］
立体映写システムは光を変換し、観客が受け取る左目画像と右目画像とが適切な目に進入し、最小の光が不適切な目に進入するようにする。光の変換は偏光、時間多重化、色または方向の変化、およびそれらのいずれかの組み合わせによって行う。一実施例において映写システムの自動制御器は、エンコーダを自動的に正しい方向に挿入し、間違いを起こしやすく退屈な仕事を映写者から取り除く。これを映写者が行わねばならぬとすれば、仕事の繰り返し的性質と映写間の限られた時間とにより、エンコーダの配置が不正になるであろう。この間違いは、これらに限るものではないが、右目エンコーダと左目エンコーダとが混乱したり、エンコーダの向きを間違えたりすることを含む。このような間違いは見るに耐えない３Ｄ映写をもたらす。左目画像と右目画像との間の分離が線形偏光光に基づく場合、線形偏光器の向きを間違いなく設定してゴーストを最小にせねばならない。偏光器を手動で挿入する場合、この要求を維持することは困難であり、その結果、システム性能は劣化する。２Ｄ映写モードの時はエンコーダを自動的に後退させる。これは誤ってエンコーダを元の位置に残してしまうミスを防ぎ、２Ｄ映写の品質低下を防止する。例えばエンコーダが偏光器であってそれが置き忘れられると、２Ｄ映写は許容できないほど暗くなる。エンコーダがカラーフィルタであれば、２Ｄ映写は暗くなると共に許容できない色になる。図１に示すように偏光器１２は、光を変換するために使用し、映写レンズ１１の前に配置する。映写機内の他の位置に配置しても良い。エンコーダは例えば線形偏光器、円形偏光器、楕円偏光器、シャッタ、カラーフィルタ、Ｚスクリーン等のアクティブ偏光器等である。エンコーダを光路へ挿入したりそこから後退させるための機械システムは様々である。例えば平行移動手段や回転手段を使って実現できる。
【００８７】
［００９５］
映写システムを３Ｄ映写に使用する場合、２Ｄ映写用の出力レベルに比べての光損失は、映写システム内の要素を自動的に取り外すことによって部分的に回復できる。一実施例において、２Ｄ映写品質を向上するために一般に必要な要素は自動的に取り外し、光レベルを向上する。そのような要素は例えば２Ｄ映写のコントラストを上げるためのマスク、カラー品質を上げるためのカラーフィルタである。全体性能を最適にするため、３Ｄ映写においてはそのような要素を自動的に取り外し、２Ｄ映写の時はシステムに戻す。一般にマスクは照射系の中継器の瞳にあるいはその近くに配置する。マスクは映写レンズの瞳にあるいはその近くに配置する。これは、前記した異方性の不要光を特定方向において低減するものである。そのようは不要光は例えば散乱、回折、偏光によってシステムから漏洩するものである。カラーフィルタはノッチフィルタ等のフィルタであって色成分間の色分離を向上する。
【００８８】
コールドミラー／ダウザ
［００９６］
一実施例においてランプ照射からの赤外（ＩＲ）放射の大部分は、図１に示すコールドミラー／ダウザ５のダイクロイックコーティングが除去する。赤外放射はビームストップ１３を通過する一方、ランプ放射スペクトルの可視成分は反射してレンズアレイ７Ａ、７Ｂへ向かう。コールドミラー／ダウザ５はフィルム等の下流部品を過剰な熱への暴露から保護する。この熱は赤外放射が光路から除去されない場合に発生するものである。
【００８９】
［００９７］
コールドミラー／ダウザ５をヒンジ等の回転または平行移動機構に設置すれば、コールドミラー／ダウザ５を光路外へ完全に移動することができる。この位置にある時、照射光は全てビームストップへ向かい、光は映写機のレンズから全く漏れない。このため映写システムはランプを消灯しなくても暗くなる。混成コールドミラー／ダウザ５は、映写システムに一般的に存在する機械部品を省略できるため、部品数を減らし、設計を簡素にし、サイズを小さくすることに役立つ。また、赤外光用のビームトラップ１３等の単一のヒートシンクは、可視光にも使えるようにできるので、これも部品数を減らし熱管理を簡単にし小型システムを可能にすることに役立つ。
【００９０】
冷却
［００９８］
照射系の冷却は安定動作と信頼性の高い性能とに重要である。照射から赤外線を除去するコールドミラーの効果は、光学システムの第２ステージの熱負荷を大きく減らす。第２ステージとは図１に示す第１コールドミラー５の下流のシステム部品である。光学システムの第２ステージは密閉可能であるため、周囲環境から保護できる。これは、光学システムのこのステージを清掃および保守から解放する。
【００９１】
［００９９］
また第１ステージも密閉容器内に保持できる。この場合、濾過した強制空冷システムによって必要な換気を提供する。濾過した空気はビームストップの背後からランプへ引き込む。冷却空気を濾過してから照射系の密閉環境へ引き込むことにより、光学系の清浄性を確保できる。これは保守を減らし信頼性を向上し運営コストを削減する。
【００９２】
総括
［０１００］
前記説明は多くの詳細事項を含むが、これら詳細は本発明の範囲を制限するものではなく、開示実施例の例示説明に過ぎない。当業者には明らかな通り、本発明の範囲内において多くの変更形態が可能である。例えば本発明はラージフォーマットフィルム映写システム、３５ミリフィルム映写システム、電子映写システムにも同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
［００３１］
本発明の特徴、態様、利点は添付図面を参照しながら詳細説明を読むことにより良く理解されよう。
【００９４】
［００３２］
【図１】図１は映写システムの光学系の実施例を示す概略図である。
【００９５】
［００３３］
【図２】図２は本発明の一実施例に基づくランプ組み合わせの詳細を示し、１個のランプが動作中である。
【００９６】
［００３４］
【図３】図３は本発明の一実施例に基づくランプ組み合わせの詳細を示し、２個のランプが動作中である。
【００９７】
［００３５］
【図４】図４は本発明の一実施例に基づく方法を示し、レンズアレイの入力における光分布が最小光損失でイメージゲートの均一光路に変化している。
【００９８】
［００３６］
【図５】図５は、本発明の一実施例に基づき、ランプの第１焦点における角度および空間変調が第１レンズアレイへ伝わる様子を示す。
【００９９】
［００３７］
【図６】図６は、本発明の一実施例に基づき、イメージゲートにおける揺らぎを低減するためライトパイプインテグレータと共に使用する拡散器を示す。
【０１００】
［００３８］
【図７】図７は、本発明の一実施例に基づき、イメージゲートにおける揺らぎを低減するためライトパイプインテグレータと共に使用する拡散器を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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