(57)【要約】投射型ディスプレイ装置は、照明光線を供給する光源を有する照明システムは、前記照明光線の異なるカラード部分を用いて画像ディスプレイパネルを走査するために、４つの異なる原色それぞれに対応する、４つの異なるカラーフィルタセグメントを有するカラーフィルタ手段と、画像情報を有する前記照明光線の前記カラード部分を調節するため及びスクリーン上に画像を投射するために前記画像ディスプレイパネルを有する画像ディスプレイシステムと、を有する。その投射型ディスプレイ装置は、前記カラーフィルタセグメントが前記４つの原色の少なくとも３つを有する前記画像ディスプレイパネルの同時走査を可能にするように構成されていることを特徴とする。
2006510927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光線を供給する光源を有する照明システム；
前記照明光線の異なるカラード部分を用いて画像ディスプレイパネルを走査するために、４つの異なる原色それぞれに対応する、４つの異なるカラーフィルタセグメントを有するカラーフィルタ手段；並びに
画像情報を有する前記照明光線の前記カラード部分を調節するため及びスクリーン上に画像を投射するために前記画像ディスプレイパネルを有する画像ディスプレイシステムであって、前記カラーフィルタセグメントは、前記４つの原色の少なくとも３つを有する前記画像ディスプレイパネルの同時走査を可能にするように構成されている、画像ディスプレイシステム；
を有することを特徴とする投射型ディスプレイ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の投射型ディスプレイ装置であって、前記カラーフィルタ手段は、前記４つの原色の少なくとも３つを用いて前記画像ディスプレイパネルの同時走査を可能にするように構成されている、ことを特徴とする投射型ディスプレイ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の投射型ディスプレイ装置であって、前記カラーフィルタ手段はカラーホイールである、ことを特徴とする投射型ディスプレイ装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の投射型ディスプレイ装置であって、前記カラーフィルタ手段はカラードラムである、ことを特徴とする投射型ディスプレイ装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の投射型ディスプレイ装置であって、前記カラーフィルタ手段はポリゴンミラーである、ことを特徴とする投射型ディスプレイ装置。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれ一項に記載の投射型ディスプレイ装置であって、前記カラーフィルタセグメントは螺旋形状である、ことを特徴とする投射型ディスプレイ装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれ一項に記載の投射型ディスプレイ装置であって、前記原色の３つは、赤色、緑色、青色、黄色、シアン及びマゼンタの集合から選択される、ことを特徴とする投射型ディスプレイ装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の投射型ディスプレイ装置で前記カラーフィルタ手段として用いることを特徴とするカラーフィルタホイール。
【請求項９】
請求項８に記載のカラーフィルタホイールであって、前記カラーフィルタセグメントは螺旋形状である、ことを特徴とするカラーフィルタホイール。
【請求項１０】
請求項９に記載のカラーフィルタホイールであって、前記投射型ディスプレイ装置は、前記カラーフィルタセグメントに前記照明ビームを透過させるための照明窓を有し、２つの隣接カラーフィルタセグメント間の交点から前記カラーホイールまでの距離は次式により決定され、
Ｒｘ＝Ｄ０＋α（Φ＋Φｘ）              （２）
ここで、Ｒｘは色の間の前記カラーフィルタホイールの交点ｘから中心までの距離であり、Ｄ０は前記照明窓と前記カラーフィルタホイールの中心との間の距離であり、αは定数であり、Φは前記カラーフィルタホイールの角度であり、そしてΦｘは交点ｘの位相である、ことを特徴とするカラーフィルタホイール。
【請求項１１】
請求項１乃至７のいずれ一項に記載の投射型ディスプレイ装置で用いる画像ディスプレイシステムであって、与えられる少なくとも第１タイプの画像と第２タイプの画像とを区別するように構成されている、画像ディスプレイシステムであり：
前記第１タイプの画像に対して、前記カラーフィルタ手段の前記原色の第１集合を用いて画像を投射し；及び
前記第２タイプの画像に対して、前記カラーフィルタ手段の前記原色の第２集合を用いて画像を投射する；
を有することを特徴とする画像ディスプレイシステム。
【請求項１２】
請求項１乃至７のいずれ一項に記載の投射型ディスプレイ装置を動作させる方法であって：
与えられる少なくとも第１タイプの画像と第２タイプの画像とを区別する段階；
前記第１タイプの画像に対して、前記カラーフィルタ手段の前記原色の第１集合を用いて画像を投射する段階；及び
前記第２タイプの画像に対して、前記カラーフィルタ手段の前記原色の第２集合を用いて画像を投射する段階；
を有することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置であって、前記第１タイプの画像及び前記第２タイプの画像はそれぞれ、データ画像及び映像画像である、ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、前記４つの異なる原色全てを用いて、データ画像が表示され、前記４つの異なる原色の３つを用いて、映像画像が表示される、ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光線を供給する光源を有する照明システムと、照明光線の異なる色部分を有する画像ディスプレイパネルを走査するために、４つの異なる原色それぞれに対応する４つの異なるカラーフィルタセグメントを有するカラーフィルタ手段と、画像情報を有する照明光線の色部分を調節するため及びスクリーン上画像を投射するために前記画像ディスプレイパネルを有する画像ディスプレイシステムと、を有する投射型ディスプレイ装置に関する。
【０００２】
本発明は又、そのような投射型ディスプレイ装置で用いられるカラーフィルタに関する。
【０００３】
本発明は又、そのような投射型ディスプレイ装置で用いられる画像ディスプレイシステムに関する。
【０００４】
本発明は又、そのような投射型ディスプレイ装置を動作させる方法に関する。
【背景技術】
【０００５】
視覚は、両目により調節される知覚であって、その視覚により、アピアランスを構成するオブジェクトの品質（色、明度、形及び大きさ等）が知覚される。明度、色相及び色彩は、視覚の３つの素晴らしいパラメータである。明度は、表面が出射する光の量を特徴付け、色相は、色の名前であって、青色、緑色、黄色、赤色、パープル等の名前をもたらし、そして、色彩（又は、彩度）は知覚される色が白色と特定の純色との間のどこに位置付けられるかの評価に役立ち、その場合、この後者は検査される色と同じ明度及び色相を有することを条件とする。彩度の度合いは、通常、例えば、明るい緑色、パステル調の青色、濃い赤色、淡い黄色等の色に付けられる形容詞により与えられる。
【０００６】
異なる波長の単色光に対する通常の人間の目の相対的応答は、国際照明委員会（ＣＩＥ−Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｎ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）により実験的に決定されたものであり、明所視スペクトル視感効率関数（Ｐｈｏｔｏｐｉｃ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｌｕｍｉｎｏｕｓ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）Ｖ（λ）として知られており、それについて図１に示す。この図から、種々の波長（光）の可視光（約４００乃至８００ｎｍ）に対する人間の目の応答は、５７０乃至５８０ｎｍ即ち黄色においてピークが現れ、略ガウス分布として一般に変化することが明らかである。
【０００７】
ＣＩＥは、基準色刺激の規格の集合及びそれらに対する三刺激値の規格の集合を更に規定した。それらのデータは、ＣＩＥ  １９３１  ｓｔａｎｄａｒｄ  ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｉｃ  ｏｂｓｅｒｖｅｒを有する。基準色刺激は、赤色刺激（Ｒ）に対しては波長７００ｎｍの光、緑色刺激（Ｇ）に対しては波長５４６．１ｎｍの光及び青色刺激（Ｂ）に対しては波長４３５．８ｎｍの光である。
【０００８】
それら三色の三刺激値は典型的な白色に適合するように選択された。しかしながら、三つの対応する量（緑色の量は最も大きく、青色に対応する量は非常に小さい）には不均衡が存在する。
【０００９】
赤色、緑色及び青色は、ときどき、原色として選択され、それ故、追加の色は、それらの原色の適切な量を混合することにより生成されることが可能である。異なる色に対する原色の三刺激値の異なる混合は実験的に決定された。三刺激は、従って、三原色の混合として生成された各々の色に割り当てられるため、三次元座標系が、各々の色をグラフィカルに実際の座標に表すために必要である。グラフィカルなデータ表示を簡単化する（明度情報を失うことを犠牲にして）ためであって、二次元ＣＩＥ色度図として異なる色の間の関係を表すために、座標変換及び付加計算を実行することが可能であり、それについて、図２に示している。
【００１０】
色度座標と呼ばれる（ｘ，ｙ）座標を、次式に従って、オリジナルの三刺激値Ｘ、Ｙ及びＺから計算することが可能である。
【００１１】
ｘ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ），ｙ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）
特定の色の位置（スペクトル軌跡が、ｎｍを単位として、対応する波長により与えられ、曲線により示されている。非分光（極）色を表す点はその領域の内側にあり、その曲線により範囲を定められている。そのチャートの下部の直線（パープル線）は赤色及び青色の分光色に繋がっており、それ故、赤色と青色とが混合された非分光色（例えば、パープル、バイオレット等）がこの線に沿って位置付けられる。光源（標準的な白色を表す点）は中央に位置付けられ、Ｄで表されている。
【００１２】
曲線及びパープル線により範囲を定められた領域の内側の、点Ｄを通る想像上の直線状にある点に割り当てられたいずれの色は、曲線又はパープル線それぞれとその直線との交点により与えられる特定の色と白色Ｄとを加えることにより混合される。その交点がパープル線上にある場合、赤色及び青色の重み付け混合が、特定の色の代わりに用いられる必要がある。
【００１３】
色度図のみが三刺激値の比率を表す。それ故、同じ三刺激特性を有する、鮮やかな色及び微かな色は同じ点に属すのである。この理由により、光源の点Ｄは又、灰色を表す、そして、例えば、オレンジ色及び茶色は、互いに類似する位置にプロットされる傾向にある。これは、輝度が特定の色の確実な規定のための付加情報として与えられる必要があることの理由である。
【００１４】
カラーディスプレイにおいては、表示可能な色域は、三原色、例えば、赤色、緑色及び青色によりスパン（ｓｐａｎ）される色三角形に限定される（図２に示すように）。この色三角形の外側の色、例えば、金色及びトルコブルーは表示することができず、従って、表示することができる色であって、例えば、非常に不飽和である黄色及び非常に青み掛かった緑色にクリッピングされる。最新のアプリケーションにおいて用いられている三原色に、１つ又はそれ以上、付加する原色を加えることにより表示可能な色域を広げる可能性を提供することが知られている。
【００１５】
付加する原色を選択するとき、ディスプレイの色域及び輝度へのその影響を考慮する必要がある。輝度のみを考慮するとき、黄色−白色−緑色における輝度のような高輝度を有する原色が好ましいようにみえる。できるだけ広く色域を拡大するとの観点から、高度に飽和した黄色、シアン又はマゼンタが好適であろう。
【００１６】
黄色は、更に、高い明度をもたらす色であり、それ故、その欠如が容易に検出される色である。このことは、非常に飽和した黄色が、一般に、知覚の観点から最も認識される理由である。全ての要求事項を考慮して、黄色の原色は、赤色、緑色及び青色の原色を有する従来のディスプレイシステム（ＲＧＢディスプレイ）における付加原色の最もよい選択である。
【００１７】
人間の目は黄色の光（５７０乃至５８０ｎｍ）に非常に感応し、このことは、黄色の原色を加えることにより、ＲＧＢディスプレイに画像品質及び表示される画像の全体的明度が大きく改善される理由である。
【００１８】
黄色以外の色は、それにも拘らず、一部の特定のが層が表示されるべきである場合、適切な第四の原色になることが可能である。例えば、種々の海の色のみを示すディスプレイを有する場合、トルコブルーの原色を加えることが望ましい。
【００１９】
ディスプレイ技術において、輝度信号は、明度に対する主要制御を有する信号と定義されている。色信号（クロミナンス信号）は、色情報を伝える信号と定義されている。
【００２０】
現代のディスプレイシステムは、典型的には、３つの単一色画像を投射することによりフルカラーの投射画像を生成する。ビューアの目は、単一のフルカラー画像の知覚を与えるそれらの単一色画像を積分する。３つの個別のモジュレータ又は制御可能光源が、しばしば、原色画像を同時に生成するために用いられる。３つの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル又はＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）アレイ及び適切なダイクロイックフィルタは、例えば、単一光源を用いて三原色画像を生成することが可能であり、又は、陰極線管における３つの電子線が、例えば、三原色画像を生成するためにモジュレータ機能及び光源機能の両方を果たすことが可能である。
【００２１】
代替として、単一モジュレータが、三原色画像を順次に生成するために順次カラー光源と共に用いられる。その光源が十分に速い原色により順序付けられている場合、ビューアには一連の単一カラー画像は見えないが、それに代えて、単一のフルカラー画像は見える。順次カラー光源は、一般に、カラーホイールのようなフィルタリング手段と白色光源とを組み合わせることにより構成される。
【００２２】
本発明は、上で述べた単一モジュレータの原理を用いるカラー投射型ディスプレイ装置であって、特に、カラーフィルタホイールのようなカラーフィルタ手段を有するカラー投射型システムに関する。
【００２３】
投射型ディスプレイ装置は背面投射型システム及び前面投射型システムの両方において用いられることができる。背面投射型システムにおいては、投射表示装置は、拡散透明スクリーンの背面側にデータグラフィック情報又はテレビジョンを表示する画像を投射し、その前面側は視聴者に向けられている。前面投射型システムにおいては、投射型ディスプレイ装置は、反射スクリーンの前面側にデータグラフィック情報又はテレビジョンを表示する画像を投射し、その前面側は視聴者に向けられている。
【００２４】
そのような投射型ディスプレイ装置は、典型的には、画像情報を照明システムにより供給される照明光線を調節するための画像ディスプレイパネルを有する画像ディスプレイシステム及び照明システムを有する。照明システムは、典型的には、光源と照明光線を生成するためのインテグレータシステムとを有するが、典型的には、必ずしも複数の波長を有する白色光ではない。
【００２５】
カラーホイールのようなカラーフィルタ手段は、典型的には、光源とインテグレータシステムとの間に存在し、前記カラーホイールは、典型的には、赤色、緑色及び青色フィルタである、原色の各々のために少なくとも１つのフィルタを有する。赤色、緑色及び青色光は赤色、緑色及び青色フィルタそれぞれを透過する一方、他の波長の光は反射される。
【００２６】
カラーホイールは、典型的には、ダイクロイックカラーフィルタのディスク形状のアセンブリである。図３は、４つのカラーフィルタ領域（赤色、緑色、青色及び黄色）を有する、先行技術のカラーホイールを示しており、それらのカラーフィルタ領域はカラーホイールの４つの角度領域を占める。
【００２７】
動作中、透過性であるか又は反射性である、カラーホイールのダイクロイックフィルタは、そのホイールの書く速度に比例するレートで、典型的には、赤色から緑色に、緑色から青色に、青色から黄色に及び黄色から赤色に等のように、色を変化させる原色光線を生成するために白色光をフィルタリングする。
【００２８】
白色光線がカラーホイールにぶつかる点を各々のフィルタが通過するように、カラーホイールを回転させることにより、一連の原色光線を生成する。カラーホイールは、典型的には、映像画像の各々のフレーム中に、各々の原色に対して少なくとも１つの原色期間を生成するに十分早く回転される。そのカラーホイールの回転がより速くなり、又は、１つ又はそれ以上の原色のために複数のフィルタセグメントを用いることにより、ビューアがディスプレイシステムの順次のカラーの特徴を知覚するようにする色分離アーチファクトを減少させることができる。
【００２９】
ディスプレイパネルは、ディスプレイパネルに入射する照明光線の色の対応する画像情報に従ったカラード照明光線を調節する。光効率を改善するために、反射型偏光子を、カラーフィルタホイールとディスプレイシステムとの間に設けることが可能である。反射型偏光子は、第１方向への偏光を有する照明光線の一部を透過し、そして第１方向に垂直な第２方向への第２偏光を有する照明光線の一部を反射する。更に、光リサイクル手段を、
反射型偏光子から反射された光を再使用するために投射型ディスプレイ装置に設けることが可能である。又、ダイクロイックフィルタを、不所望の色を有する照明光線の一部を反射するためのカラーフィルタホイールにおいて用いることができる。
【００３０】
順次カラーディスプレイシステムは、典型的には、同時カラーディスプレイシステムより製造するのにコストが掛からず、順次フィルタリングカラーディスプレイシステムにより生成される画像は、光源により発生される光の一部のみがいずれの所定時間に画像を形成するために用いられる、同じ光源を用いる同時カラーディスプレイシステムにより生成される画像とにはならない。４つの色が同じセグメントノフィルタホイールを用いるとき、各々の原色は１／４の時間のみに生成される。更に、カラーホイールのような順次フィルタを用いるとき、典型的にスポークタイムと呼ばれるフィルタ遷移中の光は、間断なく変化している２つのフィルタの変化している混合体である。このような混合カラー光線は、典型的には、混合カラー光を用いることにより生成さえる画像の色純度に悪影響を及ぼすため、用いられない。更に原色を追加することにより、典型的には、動作中にカラーアーチファクトをもたらし得るフィルタ遷移の数を増加させることになる。
【００３１】
黄色の光に応じるプロジェクタは、近年、商品化されている。それらのプロジェクタにおいては、スペクトルの黄色部分は赤色チャネルに追加されたものであり、それ故、赤色をオレンジ色に変化させる。これは光出力を約２０％から３０％に増加させ、それらのプロジェクタを映像アプリケーションに対して不適切にしている。
【００３２】
高画像明度は、投射型ディスプレイ市場においては、顧客の主要な要望の１つである。それ故、投射画像の明度を向上させるための方法及びシステムが要望されている。
【００３３】
光源から黄色光を用いる多くの有利点にも拘らず、従来の投射型ディスプレイ装置は、導入されるカラーの不飽和のために、黄色光を用いていない。従って、明度の向上を得るために黄色光を使用してカラーの不飽和をもたらすことは問題であり、これが、他の明度を向上させる方法が開発されている理由である。
【００３４】
米国特許第６，３２４，００６号明細書において、カラーホイールのスポークを通過する光を用いるための方法及びディスプレイについて開示されている。光は、混合され且つ速く変化するカラーである。スポークタイム全てを加えることにより白色が得られるが、副集合を加えることによりカラーアーチファクトが生成する。スポークタイム全てが、ディスプレイの白色点を変化させることなく、同時に加えられることができるのではない。スポークタイムは順次に加えられ、その順序は、画素が長時間に渡って白色に収束するように、同じ画素に対して長時間に亘って変化される。スポークビットのパターンは又、隣接スポークビット画素が加えられるにつれ、正味のスポーク光が白色に収束するように、変化される。各々のスポークビット期間は白色光強度のｎ番目のＬＳＢを加え、従って、各々のスポークビット期間が加えられ、白色光のｎ−１番目のＬＳＢが白色データから減じられる。
【００３５】
上記の特許出願に従ったシステム及び方法は、非常に多くの短所、不利点及び限界に結び付いている。色域は拡大されず、明度の向上は程々であり、そのようなディスプレイシステムの構成は複雑且つ高価である、そのようなディスプレイの製造及び動作方法は扱いにくく、高コストである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３６】
本発明の目的は、先行技術の投射型ディスプレイ装置に比較して、明度の向上した投射型ディスプレイ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
この目的は、照明光線を供給する光源を有する照明システムと、照明光線の異なるカラード部分を用いて画像ディスプレイパネルを走査するための、４つの異なる原色それぞれに対応する４つの異なるカラーフィルタセグメントを有するカラーフィルタ手段と、画像情報を有する照明光線のカラード部分を調節するため及びスクリーン上に画像を投射するために前記画像ディスプレイパネルを有する画像ディスプレイシステムと、を有する投射型ディスプレイ装置であって、カラーフィルタセグメントが、前記４つの原色の少なくとも３つを有する前記画像ディスプレイパネルの同時走査を可能にするように配置されていることを特徴とする、投射型ディスプレイ装置により達成される。
【００３８】
請求項２乃至７に記載の手段は、本発明の特定の好適な実施形態を有する。
【００３９】
本発明は、そのような投射型ディスプレイ装置で用いられるカラーフィルタホイールに更に関する。
【００４０】
請求項９及び１０に記載の手段は、カラーホイールの特定の好適な実施形態を有する。
【００４１】
本発明は、そのような投射型ディスプレイ装置で用いられる画像ディスプレイに更に関する。
【００４２】
本発明の他の目的は、先行技術の場合に比べて明度が向上した投射型ディスプレイ装置を動作する方法を提供することである。
【００４３】
この目的は、請求項１２に記載の発明に従った方法により達成される。
【００４４】
本発明の以上の及び他の特徴は、以下に説明する実施形態を参照することにより明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
一般的にいうと、本発明は、ディスプレイパネルに対して動的画像を生成するための螺旋形状のカラーホイールを有する投射型ディスプレイ装置であって、赤色、青色及び緑色フィルタセグメントに加えて、前記カラーホイールは黄色フィルタセグメントを有する、投射型ディスプレイ装置に関する。本発明に従って装置においては、黄色光を個別に調節することができ、且つランプからの光の大部分を用いることができるような方式でカラーホイールに黄色セグメントを組み込むことを提供する。
【００４６】
本発明は、新規で、発明性の高い産業上のアプリケーションであり、黄色光が、第１種類の画像を供給するときであって、第２種類の画像を供給しないときに用いられるようにする方式で、スクロールカラーベースの投射型システムにおける第４カラー帯域として黄色フィルタ手段セグメントが加えられたものである。黄色光の強度を、それ故、赤色光の強度に独立して制御することができる。映像画像が投射されるとき、黄色光はフィルタリングして除かれ又はブロッキングされ、その結果として、適切なカラー再生が得られる。データ画像が投射されるとき、黄色信号は赤色信号と同じ情報と共に供給されることができ、その結果、より高い輝度が得られる。
【００４７】
図４は、２つのＵＨＰランプのスペクトル特性を表す図である。その図は、１２０ＷのＵＨＰランプ及び１５０ＷのＵＨＰランプに対する波長（ｎｍ）の関数としての出射強度（任意単位）を示している。投射ランプの光の出射スペクトルは、投射型システムのデザインされた特定の構成要素全てにおいて非常に重要な因子である。
【００４８】
１２０Ｗにおいて、出射された赤色光の強度は出射された青色光の強度より小さい。殆どのガラス材料は、赤色光の透過率より低い青色光の透過率を有するため、赤色光と青色光との間の光出力は殆どの投射型システムにおいてバランスをとることが可能である。そのようなバランスをとる配置に関連する問題点は、そのシステムは、はるかに強過ぎる緑色光を尚も投射することである。
【００４９】
前面投射型システムの場合、最も高い可能な明度は、適切なカラー表示に対して好ましい。専門家のアプリケーションのための多くの前面投射は、それ故、投射レンズから出る緑色光の強度ができるだけ高いようにデザインされており、そのことは、結果として、投射カラー画像の不正確なカラー表示をもたらす。例えば、そのようなシステムにより投射されるとき、人間の顔は緑色にみえる。
【００５０】
映像アプリケーションに対して、適切なカラーを得ることは極めて重要であり、しばしば、高い明度を得るより更に重要である。映像アプリケーションに対して意図される投射においては、個々のカラーチャネルの光強度はそれに応じて調節される。１２０ＷのＵＨＰランプに対しては、このことは、光強度の約４０％が、適切なカラーを得るために失われ得ることを意味する。
【００５１】
従って、本発明は、投射型ディスプレイ装置を動作させる方法であって、カラーフィルタ手段の原色の第１集合を用いて画像を投射する第１タイプの画像に対して、及び、カラーフィルタ手段の原色の第２集合を用いて画像を投射する第１タイプの画像に対して、与えられる少なくとも前記第１タイプの画像と前記第２タイプの画像とを区別する段階と、カラーフィルタ手段の原色の第２集合を用いて画像を投射する段階と、を有する方法に関する。その方法の特定な好適な実現は、第１タイプの画像及び第２タイプの画像がそれぞれ、データ画像及び映像画像であるとき、及び前記の４つの異なる原色全てを用いてデータ画像が表示されるときに、達成され、映像画像は前記４つの原色の３つを用いて表示される。
【００５２】
出射された電磁スペクトルの一部分は、投射型システムにおいて更に使用されることはない。紫外光（ＵＶ）及び赤外光（ＩＲ）は人間の目には可視的でなく、光学システムにおける寿命の問題及び熱の問題のみをもたらす。それらの電磁スペクトルの部分は、理想的には、最も初期の可能な段階にフィルタリングにより除去される。
【００５３】
ＵＨＰランプは、更に、５７５ｎｍ（黄色光）において非常に不運なピークを有する。この光は、典型的には、緑色及び赤色のみを不飽和にするために、好ましくない。前記黄色のピークは、ダイクロイックミラーのようなフィルタ手段における許容範囲のために、緑色方向か又は赤色方向のどちらかへの色ずれもたらす、多くの光を更に有する。
【００５４】
黄色ピークに関連する、それらのマイナスの副次的な悪影響を回避するために、前記黄色光は、カラーパス（ｐａｔｈ）から注意深くフィルタリングにより外される必要がある。
【００５５】
本発明の好適な実施形態はスクロールカラーアーキテクチャであり、光学構成要素の数を著しく増加させることなく、黄色を用いることができる。螺旋形状のカラーホイールに基づくスクロールカラーシステムは、黄色の螺旋形フィルタのみがカラーホイールに加えられる必要があるため、全く適切である。
【００５６】
カラー順次“スクロールカラー”タイプの投射型システムにおいて用いられるスクロールカラーバースキャナを表す、幾つかの解決方法が存在している。当業者が認識しているであろうように、素材の内容及び小型化の点で魅力的にみえるカラーホイールを用いることによる解決方法が存在している。本明細書は、４つの原色を有する螺旋形ホイールデザインについて述べるものである。
【００５７】
図５は、照明光線を修正するために画像ディスプレイシステム５と照明光線を供給するための照明システム３とを有する画像投射型システム１を模式的に示している。照明システム３は、光源７と、リフレクタ９と、コンデンサレンズ１１と、導光手段１３であって光学的に透明な材料から成るバーとを有する。光源は、制御器８に電気的に結合している。リフレクタは、照射システムから離れる方向に光源７から出射される光の多くの部分が尚もがぞうディスプレイシステム５に到達することを確実にする。照明システム３により生成される照明光線は画像ディスプレイシステム５に入射する。画像ディスプレイシステム５は、反射型ディスプレイパネル２７と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）プリズム２３と、リレーレンズ１５、１７、１９と、ミラー２１と、投射レンズ３３とを有する。画像投射型システム１は又、制御手段３５と、電子的モータドライブ３１に結合されたカラーフィルタホイール２９とを有する。カラーフィルタホイール２９は、光学バー１３の出射窓と画像ディスプレイシステム５との間に位置している。矩形窓３０は、反射型ディスプレイパネル２７において矩形のカラード走査照明光線を、カラーホイール２９における螺旋形カラーフィルタパターンと組み合わせて備えるために、画像ディスプレイシステム５とカラーフィルタホイール２９との間に位置している。更に、画像投射型システム１は、反射偏光子であって、例えば、Ｍｏｘｔｅｘ社製の配線グリッド偏光子２８を有する。反射型ディスプレイパネル２７は、例えば、反射型ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｌｉｃｏｎ）ディスプレイパネルである。
【００５８】
動作中、光源７及びリフレクタ９からの光は、レンズ１１及び入射面を介して光学バー１３に結合され、出射面を介して光学バーにおいて結合されて出る。光学バー１３の入射面の正面図を図６に示す。
【００５９】
図６は、光学バー１３の入射面を示している。入射面は、光学バー１３の長手方向の軸の周りの環状開口４１を除いて反射層３９で覆われている。反射層における環状開口の面積と反射層の面積との比は５：１より大きい。この比は、例えば、白熱光源のアーク長に依存し、画像投射型システムの光出力を最適化することにより、当業者は実験的に求めることができる。光学バー１３は、出射面において照明光線を形成する。照明光線は、カラーホイール２９のダイクロイックフィルタ部分に入射する。
【００６０】
回転螺旋形ダイクロイックカラーフィルタ２９と矩形照明窓３０との配列は、照明光線の伝搬方向において矩形断面を有する、赤色、緑色、青色及び黄色部分を有する照明光線を供給し、ライン全てが照明光線の赤色、緑色、青色及び黄色部分により連続して照明されるように、同時に、ディスプレイパネル２７の１つ又はそれ以上のラインを走査する。カラーホイール２９は、赤色、緑色、青色及び黄色光を同時に透過するための４つのフィルタ部分を有する。カラーホイール２９のダイクロイックフィルタ部分は、光学バー１３の出射面に戻るように、適切な色を有しない照明光線の不所望の部分を反射する。光学バー１３の内部において、この反射光の大きい部分は入射面における反射層３９により反射され、再び用いられることができる。第１投射装置１においては、好ましい特性を有しない照明光線の部分は、それ故、再循環され、ＬＣＯＳパネル２７の照明に対して再び用いられることができる。
【００６１】
カラーフィルタホイール２９のダイクロイックフィルタ部分は、反射偏光子２８に所定の色を有する照明光線の部分を透過する。反射偏光子２８は、ＰＢＳプリズム２３に対して第１方向に方向付けられた偏光を有する光線の部分のみを透過し、そして、光学バー１３の方に戻るようにカラーフィルタホイール２９を介して第１方向に垂直な第２方向に方向付けられた偏光を有する照明光線の部分を反射する。このような構成において、好ましい特性を有しない照明光線の部分は再循環され、それ故、ＬＣＯＳディスプレイ２７の照明に対して再び用いられることができる。再循環効率を改善するために、１／４波長板３２が、第１偏光方向に照明光線の反射された部分の偏光を回転させるために反射偏光子２８とカラーホイール２９との間に設けられる。リレーレンズ１５、１７、１９は、ＰＢＳプリズム２３の入射側の方に照明光線の所定部分を案内する。ＰＢＳプリズム２３のビームスプリット層２５は、ＬＣＯＳパネル２７の方の第１方向に偏光を有する照明光線の部分を反射する。ＬＣＯＳパネル２７は、ＰＢＳプリズム２３に戻るように照明を反射し、照明光線の瞬間色に関連する画像情報に基づいて照明光線の偏光方向を回転させる。偏光ビームスプリット層２５は、投射レンズ３３の方に反射された調節済み照明光線の第１部分を透過し、光学バー１３に戻るように反射された照明光線の第２部分を反射する。画像パネル２７により調節された光は、単一投射レンズ３３による単純性のために表示される投射レンズシステムによるスクリーン（図示せず）に投射される。
【００６２】
反射型液晶ディスプレイパネルに代えて、既知の透過型液相ディスプレイパネル１２７及び折り返しミラー１２５が、投射型ディスプレイ装置に適用される。図７は、投射レンズ３３とリレー１１９との間に位置付けられた折り返しミラー１２５と投下型液晶ディスプレイパネル１２７との配列を有する投射型ディスプレイ装置の関連部分を示している。透過型液晶ディスプレイパネル１２７及び折り返しミラー１２５は、図５に示すように、投射型ディスプレイ装置における反射ＬＣＯＳパネル２７及びビームスプリットプリズム２５を置き換える。動作中、照明窓３０と回転螺旋形ダイクロイックカラーフィルタ２９との配列は、照明光線の伝搬方向における矩形断面を有する、赤色、緑色、青色及び黄色部分を有する照明光線を与え、同時に、照明光線の赤色、緑色、青色及び黄色部分によりライン全てが連続して照明されるように、ディスプレイパネル２７の１つ又はそれ以上のラインを走査する。透過型液晶ディスプレイパネルに同時に入射する照明光線の部分は、画像情報に基づいて調節される。調節された照明ビームの部分は、投射レンズ３３によりスクリーン（図示せず）に投射される。
【００６３】
代替として、反射型ディスプレイパネル及びプリズム２５に代えて、既知のディジタルマイクロミラーディスプレイ（ＤＭＤ）パネル及び内部全反射プリズム（ＴＩＲ）プリズムが用いられる。図８は、投射レンズとリレー１１９との間に位置付けられたＴＩＲプリズム２２５とＤＭＤディスプレイパネル２２７とを有する投射型ディスプレイ装置の関連部分を示している。ＤＭＤディスプレイパネル２２７及びＴＩＲプリズム２２５は、図５に示すように、反射型液晶ディスプレイ装置２７及び投射型ディスプレイ装置におけるプリズム２５を置き換える。動作中、ＤＭＤパネルにおいて同時に入射する照明光線の部分は画像情報に基づいて偏向される。照明光線の偏向された部分は、投射レンズ３３によりスクリーン（図示せず）に投射される。ＤＭＤに基づく投射型システムの場合、偏光子２８及び回転要素３２を省くことができる。  
図９は、本発明の第１実施形態に従ったカラーホイールを模式的に示している。図９のカラーホイールは、赤色、緑色、青色及び黄色光を透過するためのダイクロイックカラーフィルタ９１、９２、９３及び９４を有する４つのセグメントを有する。黄色のセグメントは、投射された画像の明度がエンハンスされる有利点を有する。本発明は、螺旋形状のダイクロイックミラーにより製造されたカラーホイールを利用している。フィルタ部分９１、９２、９３、９４の交点９５、９６、９７、９８を、下の式（２）を適用し、各々の交点に対して、下の式２において、０°、９０°、１８０°、２７０°にそれぞれ等しい位相Φ１、Φ２、Φ３及びΦ４を設定することにより求めることができる。
【００６４】
Ｒｘ＝Ｄ０＋α（Φ＋Φｘ）              （２）
ここで、Ｒｘは色の間のホイールの交点ｘから中心までの距離であり、Ｄ０は照明窓とホイールの中心との間の距離であり、αは定数であり、Φはホイールの角度であり、そしてΦｘは交点ｘの位相である。
【００６５】
各々の個々の交点は、上記式（２）において他の位相Φｘをとることにより求められる。デザインするために式（２）を用いる場合、個々の交点は、個々のカラーストライプが照明窓に対して同じ高さを得る有利点を有する。
【００６６】
４つの個々の色のストライプは、高さにおいて等しく並びに／若しくはサイズ及び／又は形状において対称的であることは必ずしも必要ない。カラーフィルタセグメントのデザインは、結局、ホワイトバランス、明度、色再現性及びシステム効率に関する考慮を有する最適化の問題である。
【００６７】
図１０は、矩形の照明窓１０３と組み合わせられたカラーフィルタ２９について示している。動作中、回転している螺旋形ダイクロイックカラーフィルタ部分９１、９２、９３、９４及び矩形の照明窓３０は、照射光線の伝搬方向における矩形断面を有する赤色、緑色、青色及び黄色部分を有する照明光線を与え、同時に、照明光線の赤色、緑色、青色及び黄色部分により画素全てが連続して照明されるように、ディスプレイパネル２７の１つ又はそれ以上の画素を走査する。
【００６８】
又、赤色、緑色、青色、シアン又は赤色、緑色、青色、黄色、シアン又は赤色、緑色、青色、黄色、青色、黄色、シアン及びマゼンタセグメントを有するバージョンを作製することができる。
【００６９】
容易に製造することができるカラーフィルタホイールを提供するために、ダイクロイックフィルタはコレステリック層を有する。このことは、コレステリックカラーフィルタを使用することにより、カラーフィルタホイールを製造する方法を比較的安価にすることが可能であるために、有利である。コレステリックフィルタそれ自体については、カラーフィルタをパターニングする製造方法について開示している、国際公開第００／３４８０８号パンフレットに記載されている。その方法は、ａ）非変換状態及び変換状態において、異なる範囲にコレステリック順序付け材料のピッチを決定する変換可能化合物の量を有するコレステリック順序付け材料の層を備える段階と、ｂ）その層の照射された部分における変換可能化合物の少なくとも一部が変換されるように、所定の螺旋パターンにしたがってその層を照射する段階と、ｃ）三次元高分子を形成するためにコレステリック順序付け材料を重合させる及び／又は架橋させる段階とを有する。その変換可能材料は、好適には、異性化可能なキラル化合物を有する。重合及び／又は架橋は、好適には、電子線放射又は化学線放射を用いて照射することにより好適に導入される。
【００７０】
例えば、回転ドラム又は多角形（多面ミラー）のような“カラーホイール”の他の形状が可能である。文献“５１．４：Ｃｏｌｏｒ−Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  ＬｃｏＳ  Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｄｒｕｍ”、ｂｙＭａｔｔｈｅｗ  Ｓ．Ｂｒｅｎｎｅｓｈｏｌｔｚ，ＳＩＤ  ０２  ＤＩＧＥＳＴ，ｐｐ。１−４において、カラーホイールが回転カラードラムと置き換えられた投射型システムについて開示されているが、その文献の一部により、本発明の説明の一部を代替する。回転方向に沿った回転ドラムの断面は、好適には、円形又は多角形であるが、他の形状も又、可能である。
【００７１】
円形ドラムは、光がインテグレータロッドに跳ね返る照明手法を用いて光再循環を達成することができる有利点を有する。多面体ドラムは、製造が容易である有利点を有する。
【００７２】
それ故、輝度の向上が望ましい第１タイプの画像に対して輝度の向上が得られる一方、第２タイプの画像に対するカラー表示が保存される、投射型ディスプレイ装置及び方法について提供している。
【００７３】
本発明に従った装置は、例えば、別個のスタンドアロン装置として実現されることが可能であり、若しくは、代替として、他の装置に含まれる又は他の装置と結合されることが可能である。
【００７４】
本発明は、主に、上記のように、主実施形態に関連して詳述した。しかしながら、上記以外の実施形態は、同時提出の特許請求の範囲により規定されているような本発明の範囲内で同等に実施することが可能である。特許請求の範囲において用いている用語全ては、当該技術分野におけるそれらの一般的な意味に従って解釈されるべきものであり、そうでない場合は、ここでは、明示的に別に定義している。以上において説明した方法における段階は、開示した正確な順序で実行することは必ずしも必要でなく、そうでない場合は、明示的に示している。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】明所視スペクトル視感効率関数Ｖ（λ）を示す図である。
【図２】色度図である。
【図３】４つのカラーフィルタ領域を有するカラーホイールを示す図である。
【図４】２つのＵＨＰランプの特定の特徴を示す図である。
【図５】画像投射型システムの模式図である。
【図６】光学バーの入射面の正面図である。
【図７】第１の選択的な実施形態に従った投射型ディスプレイの関連部分を示す図である。
【図８】第２の選択的な実施形態に従った投射型ディスプレイの関連部分を示す図である。
【図９】本発明の第１実施形態に従ったカラーフィルタホイールを示す図である。
【図１０】矩形の照明窓と組み合わされたカラーフィルタホイールを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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