(57)【要約】本発明は、ディスプレイ（６１）と、少なくとも１つのランプ（１０）と、前記少なくとも１つのランプ（１０）により供給される光束の変化を検出し補償するためのセンサ信号を発生する少なくとも１つのセンサ（７）とを具える画像表示用のプロジェクタシステムに関する。ディスプレイ（６１）に実際に入射する光量のできるだけ精密且つ無妨害のモニタリングを達成するために、前記ランプ（１０）と前記ディスプレイとの間の光路内に、第１の光成分を通過させるとともに第２の光成分を反射して前記光成分の一つをディスプレイ６１に向けるとともに他の光成分を前記光路外に配置された前記センサ７に向ける光コンポーネントを配置する。このようにして発生されたセンサ信号は、ランプにより供給される光束の変動をランプドライバの制御により有効に補償することを、実際上光損失なしで且つシステムのカラー変調器又は他のコンポーネントにより発生される輝度変動により影響されることなく可能にする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイと、少なくとも１つのランプと、前記少なくとも１つのランプにより供給される光束の変化を検出し補償するためのセンサ信号を発生する少なくとも１つのセンサとを具え、更に前記ランプと前記ディスプレイとの間の光路内に配置され、第１の光成分を通過させるとともに第２の光成分を反射して前記光成分の一つをディスプレイに向けるとともに他の光成分を前記光路外に配置された前記センサ７に向ける光コンポーネントを具えたことを特徴とする画像表示用のプロジェクションシステム。
【請求項２】
前記光コンポーネントは偏向ミラーであることを特徴とする請求項１記載のプロジェクションシステム。
【請求項３】
前記偏向ミラーは高い反射率と低い透過率を有するダイクロイックミラーであり、且つ前記センサは前記ミラーを透過した光を検出することを特徴とする請求項２記載のプロジェクションシステム。
【請求項４】
前記センサは前記ディスプレイ上に集束される光成分の像平面又は焦点面に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１記載のプロジェクションシステム。
【請求項５】
前記センサは前記ディスプレイ上に集束される光成分の像平面又は焦点面に位置する絞り素子の背後に配置されていることを特徴とする請求項１記載のプロジェクションシステム。
【請求項６】
色分解用の光学系を具え、複数のカラーストライプをディスプレイ上に時間順次に投影することによりカラー画像を表示するための請求項１記載のプロジェクションシステムにおいて、前記光コンポーネントは複数のカラーチャネルのうちの一つのチャネル内に配置されたダイクロイック被膜が設けられた偏向ミラーであることを特徴とする請求項１記載のプロジェクションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイと、少なくとも１つのランプと、前記少なくとも１つのランプにより供給される光束の変化を検出し補償するためのセンサ信号を発生する少なくとも１つのセンサとを具える画像表示用のプロジェクタシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクションシステムに使用される光源は通常１個又は数個の高圧ガス放電ランプ（ＨＩＤ[高輝度放電]ランプ又はＵＨＰ[超高性能]ランプ）からなる。これらのランプは原理的には直流でも交流でも点灯させることができる。両動作モードとも長所と短所がある。交流動作のランプは電極の急速な消耗を防止し得るとともにランプの効率を上昇し得るが、極性変化のためにアーク放電がしばしば不安定になるため、周期的な輝度変動や他の画像妨害が生じ得る。また、ＤＣ動作のランプの場合には、特に点灯期間が増大するにつれて、例えば該期間中に生じる電極間隔の不規則性のためにアーク放電の不安定が生じることを排除できず、この不安定は特にアークジャンプ現象として現れ得る。
【０００３】
従って、放電ランプの動作寿命に亘って最適且つ無妨害の画質を守るためには、両動作モードにおいて発生光束をモニタリングし、これに応じて短期変動を補償するためにセンサを設けるのが好ましい。
【０００４】
発生光束の変動は、時間順次カラーレンダリング方法で動作するカラープロジェクションディスプレイにおいて、一つの原色が他の原色と異なる輝度で示されるとき、又は所定の画像領域の輝度が他の画像領域の輝度と異なるときに特に不快な形で現れる。
【０００５】
特に現在では２つの時間順序カラーレンダリング方法があり、使用されている。
【０００６】
第１の方法では、３つの原色のフル画像及びできれば第４の白色のフル画像の順次表示によりカラー画像をディスプレイ上に発生させる（フィールド順次カラー）。この方法は今日では、例えばＤＰＬ（ディジタルライトプロセシング）プロジェクタに殆ど使用されている。
【０００７】
第２の方法では、すべての原色をディスプレイ上でカラービーム又はカラーストライプの形で次々に走行させることによりカラー画像を発生させる（「スクローリングカラー」）。この方法に基づいて動作するものとして、例えばＬＣＯＳ（liquid crystal on silicon）ディスプレイ（Shimizu: ”Scrolling Color LCOS for HDTV Rear Projector” in SID 01 Digest of Technical Papers, vol. XXXII, pp. 1072-1075, 2001参照）並びにＳＣＲ−ＤＭＤ（sequential color recapture-digital micro mirror）プロジェクションディスプレイ（Dewald, Penn, Davis: “Sequential Color Recapture and Dynamic Filtering: A method of Scrolling Colour” in SID 01 Digest of Technical Papers, vol. XXXII, pp. 1076-1079, 2001参照）がある。
【０００８】
これらのシステムは３つの原色の光を生成するために光源とディスプレイとの間にそれぞれの色成分のための色分解又は色フィルタリングと変調器を具える。この色分解及び変調器は事実上相互に一体化することができる。従って、色フィルタリング及び変調はＳＣＲシステムの回転フィルタホイールにより実施されるが、ＬＣＯＳシステムでは色フィルタリングはミラーで行われ、変調はプリズムで行われる。しかし、変調は光学系に著しい輝度変動を生じさせることはすべてのシステムに共通である。更に、種々の色成分に対する通常のセンサの感度も大きく相違する。その結果生ずるセンサの出力信号の変動はこの信号をランプ制御の基として使用できないものとする。
【０００９】
これに加えて、センサは正しい制御を可能にするためにディスプレイ上に入射する光束に正確に比例する信号を受光しなければならない。これは、光の主ビーム路の外側及び光積分の前のセンサ位置では保証されない。
【００１０】
例えば、ＤＥ１０１３６４７４．１には、ＨＩＤ又はＵＨＰランプを点灯する電子回路が開示されている。この電子回路は制御ランプ電流を使用可能にするランプドライバとランプにより供給される光束を表すセンサ信号を発生する輝度センサを具える。更に、ハイパス又はバンドパスフィルタを具え、これでセンサ信号をフィルタリングしてランプ電流を制御するランプドライバに供給する。
【００１１】
ハイパス又はバンドパスフィルタの目的は、ランプにより供給される光束の長期変化、特にランプ寿命の経過に伴う光束低下をアークジャンプにより生ずる短期変動から分離して後者の変動のみがランプドライバによるランプパワーのアクティブ制御に使用されるようにするためである。
【００１２】
しかし、このようなアクティブ制御（ＬＯＣ−light output control）は、センサ信号が、上で説明したように、例えば色変調器に起因する輝度変動により生ずる重畳妨害成分によって影響される場合には、信頼できる動作を行うことができない。
【００１３】
従って、本発明の目的は、光源により供給される光束の不所望な変化によって生ずる画質の低下が、プロジェクションシステムの光コンポーネントにより生ずる輝度変動があっても、少なくとも十分に回避される上述した種類のプロジェクションシステムを提供することにある。
【００１４】
特に、本発明は、発生光束の変動によって生ずる画質の低下、特に不安定なアーク放電により生ずる画質の低下が、時間順次カラーディスプレイを使用する場合にも、少なくとも十分に回避される、少なくとも１つの高圧ガス放電ランプを具えるプロジェクションシステムを提供することを目的とする。
【００１５】
最後に、本発明は、光源により供給される光束の不所望な変化によって生ずるカラーアーチファクトが、特に光源が１個又は数個のＡＣ点灯高圧ガス放電ランプからなる場合に少なくとも十分に回避される、時間順次カラー表示を用いるプロジェクションシステムを提供することを目的とする。
【００１６】
この目的は、請求項１に記載の発明によれば、ディスプレイと、少なくとも１つのランプと、前記少なくとも１つのランプにより供給される光束の変化を検出し補償するためのセンサ信号を発生する少なくとも１つのセンサとを具え、更に前記ランプと前記ディスプレイとの間の光路内に配置され、第１の光成分を通過させるとともに第２の光成分を反射して前記光成分の一つをディスプレイ６１に向けるとともに他の光成分を前記光路外に配置された前記センサ７に向ける光コンポーネントを具えた画像表示用のプロジェクションシステムによって達成される。
【００１７】
この解決手段の特定の利点は、センサがプロジェクションシステムの光路内に存在しないため、観測可能な妨害又は影効果（即ち光損失）を生じない点にある。更に、とにかく現存する光コンポーネントの一つを一般に使用でき、その背後にセンサを比較的低い経費で取り付けることができる。更に、センサ信号は、ランプにより供給される光量に比例しないで、システムの光積分コンポーネント等により影響される可能性のあるディスプレイに実際に入射する時間的に平均化された光量に高度に比例するものとなる。
【００１８】
従属請求項は本発明の有利な他の実施例に関するものである。
【００１９】
請求項２及び３は、好んで使用すべき光コンポーネントを記載しており、請求項３の実施例は、一方では金属ミラーと同等の９０％を超える極めて高い反射率を達成し得るが、他方では数パーセントの残りの部分が金属ミラーと相違して吸収されずにダイクロイックミラーを通過し、センサによるモニタリングに使用できる利点を有する。このようにすると、センサの照明はプロジェクションシステムに光損失をもたらさない。
【００２０】
請求項４の実施例は、センサ上に光照射野（light field）の鮮明画像を投影するため、ディスプレイ上に実際に集束される光量の一層正確な検出が可能になる。
【００２１】
請求項５の実施例はシステム内に存在する迷光成分をセンサから一層満足に離れた状態に維持することができる。
【００２２】
最後に、請求項６はカラープロジェクションシステムの場合の好適な構成を記載している。
【００２３】
本発明の他の詳細、特徴及び利点は図面を参照して以下に記載する好適実施例の説明から明らかになる。
【００２４】
以下に記載する実施例では、プロジェクションディスプレイ上に表示される画像の輝度はセンサ信号により制御されるランプドライバによってランプ電流を変化させることにより制御される。しかし、その代わりに又はこれに加えて、画像の輝度は、ランプとディスプレイとの間の光路内に付加されたセンサ信号で電気的に制御し得る光フィルタによって、及び／又はディスプレイ上の画像表示の輝度をセンサ信号に依存して増大する倍率の形のグレイレベルマスクによって変化させることもできる。これらの２つの代案の輝度制御は特にＤＬＰシステムに使用される高速ディスプレイに好適であり、ＤＥ１０２２０５１０．８に詳細に記載されている。この刊行物は参考文献としてここに含まれているものとみなし、以下にこれ以上詳細な説明はしない。
【００２５】
以下、本発明を前述した第２の方法で動作するＬＣＯＳディスプレイを具えるプロジェクションシステム（スクローリングカラーシステム）につき説明する。このようなプロジェクションシステムの構成及び動作方法は、Shimizu: 「Scrolling Color LCOS for HDTV Rear Projector」，SID 01 Digest of Technical Papers， vol. XXXII， pp. 1072-1075, 2001，に詳細に論じられている。この論文は参考文献として本明細書の一部とみなされたい。
【００２６】
このようなプロジェクションシステムは図１に概略的に示されている。本例では、光源は、１個又は数個の高圧ガス放電ランプ１０と、光円錐を光積分器１２の入口表面に向ける１個又は数個の反射器１１とからなる。
【００２７】
光積分器１２は既知の積分光学系を備え、その出口表面にその断面に沿ってほぼ均等な光度分布を有する光ビームが発生される。妥当な場合、ＬＣＤディスプレイ６１を均等に照明できるようにするために断面積の形状をＬＣＤディスプレイ６１の形状にほぼ適合させる絞り素子１２１も設けられる。
【００２８】
光積分器１２に隣接する色分解用光学系は、４個のダイクロイック反射及び透過ミラー２１，２２，２３，２４と２つの反射ミラー３１，３２と８個のレンズとを具える。
【００２９】
特に、ランプ１０により発生され光積分器１２の出口に供給される白色光はダイクロイック反射及び透過ミラー２１，２２，２３，２４により赤色、緑色及び青色成分に分解され、これらの成分はそれぞれ赤色、緑色及び青色のカラーチャネルＲ，Ｇ，Ｂに向けられる。各カラーチャネルは回転プリズム５１２，５２２，５３２とその前に配置された絞り素子５１１とを具える。各絞り素子はスリットを有し、このスリットの位置に、スリットの面積より僅かに大きい光積分器１２により発生される断面積を有する赤色光、緑色光又は青色光が向けられる。
【００３０】
スリット表面はそれぞれのプリズム５１２，５２２，５３２及びレンズによってディスプレイ６１上に毎回カラービーム又はカラーストライプの形で鮮明に決像（集束）される。この目的のために、これらのカラーチャネルは再び合成され、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）６０に照準される。このビームスプリッタ６０は（反射型）ＬＣＤディスプレイ６１を照明し、このディスプレイからの画像を投写光学系６２により画像スクリーン６３又はプロジェクションスクリーン又は類似の構成要素に投写する。３つのカラービーム又はカラーストライプは上述したようにプリズム５１２，５２２，５３２の回転によってディスプレイ６１上を連続的に移動する（スクローリングカラーシステム）。
【００３１】
図２はカラーチャネルの一つの一部分を示す。この図は、第１ダイクロイックミラー２１で反射された光ビーム（例えば赤色成分）が入射する偏向ミラー３１を示す。この光ビームは偏向ミラー３１で反射され、回転プリズム５１２の前の絞り素子５１２のスリットに向けられる。
【００３２】
偏向ミラー３１も、入射光の可能最高割合（即ち９０％超）を反射し残りは通過させるように設計されたダイクロイックミラーとするのが好ましい。このような偏向ミラーは、例えば適切なダイクロイック被膜が設けられたガラスで製造することができる。もう一つの方法として、可視スペクトル外の波長域内の光のみを透過する偏向ミラーを用いることもでき、また両特性を互いに組み合わせることもできる。
【００３３】
偏向ミラー３１を透過した光成分はセンサ７により検出される。センサ７の出力信号はランプ１０に供給電流を供給するランプドライバ１０１に供給され、ランプ１０により供給される光束の変動が供給電流の適切な制御により補償されるようにこのランプドライバ１０１を制御する。
【００３４】
この構成は２つの本質的な利点を兼ね備える。一方では、センサ７はプロジェクションシステムの光路内に存在しないためにディスプレイ６１に実際に向けられる光に観測可能な影響を与えないとともに、ダイクロイックミラー３１を通過する光成分（本質的には慣例の金属偏向ミラーの金属層で吸収される光成分に相当）は極めて小さい、及び／又は、光の可視スペクトル外に位置するという利点を有する。
【００３５】
他方では、センサ信号はカラーチャネルＲ，Ｇ，Ｂ内の輝度変動又は回転プリズム５１２，５２２，５３２又は他の光コンポーネントから生じる迷光により影響されない利点を有する。その理由は、これらの本質的に後方散乱成分は偏向ミラー３１を通ってセンサ７に到達し得ないか少なくとも無視しうるほど少量が到達し得るのみであるためである。
【００３６】
偏向ミラー３１に対するセンサ７の位置及び距離の決定は、図２に従って、センサ７がディスプレイ６１上に集束(合焦)されるカラーストライプの像平面又は焦点面（Ｂ）に位置するように行う。これを達成するために、偏向ミラー３１からセンサ７までの距離を、例えば偏向ミラー３１から絞り５１１のスリット表面（これがディスプレイ上に集束される）までの距離と正確に等しくする。この位置決めが図２に示されている。
【００３７】
もう一つの方法として、偏向ミラー３１とディスプレイ６１との間に存在するレンズの組合せのようなレンズの組合せを偏向ミラー３１とセンサ７との間に配置する場合には、センサ７はディスプレイ６１の焦点面に位置させることもできる。
【００３８】
両方法とも、実際にディスプレイ６１にも到達する光照射野の（鮮明な）画像がセンサ７に入射するために、ディスプレイ上の光度の変動を一層精密にモニタすることができるという利点をもたらす。更に、図２の構成では本質的に有用な光成分のみがセンサ７に入射し、散乱光（破線で示されている）は入射しない。
【００３９】
第２のセンサ構成及び対応する色チャネルの一部分を図３に示す。本例でも、光ビームは図２と同様に偏向ミラー３１に衝突し、背後に回転プリズムが位置する絞り素子５１１のスリットに向けられる。
【００４０】
図２の実施例と異なり、本例では偏向ミラー３１を通過した光は像平面又は焦平面Ｂに位置するスロット開口を有する絞り素子７１に入射し、そのスロット開口の背後にセンサ７が位置する。このようにすると、プロジェクションシステム内の如何なる迷光成分も一層良好にセンサ７から離れた状態にすることができる。
【００４１】
図４は図２及び図３に示すカラーチャネルに対するセンサ７の他の位置を示し、これらの位置は偏向ミラー３１を透過した光の伝播方向において前後の位置である。これらの位置は、例えば所与のプロジェクションシステムにおいてセンサ表面の大きさ、迷光の強さ及び／又は空間条件に基づいて選択することができる。この際、像平面又は焦平面Ｂからのセンサ７の距離が増大するにつれて、センサ７に当たる光度とディスプレイ６１に実際に到達する光度との間の偏差が大きくなり、センサ信号の誤差になることを考慮するだけでよい。
【００４２】
センサ位置に対する多くの可能性が与えられるので、センサの適切な位置をすべての既存のプロジェクションシステムの各々について見つけ出すことができ、上述したように光成分をモニタすべくこのセンサを大きな費用をかけずに取り付けることができる。
【００４３】
上述したような被膜が設けられた現存している偏向ミラー３１の代わりに、図５に従って、光路内に追加の光コンポーネント３１０を導入し、この光コンポーネント３１０が光の小部分を分離し適切に配置されたセンサ７に向け、できるだけ多量の光成分を妨害することなく通すようにすることもできる。このようなコンポーネントは、例えば、簡単なガラス板とすることができ、このガラス板は場合により過大な光をセンサに反射しないように偏向特性にする必要があるかもしれない。この場合には偏向ミラー３１は通常の金属ミラーとするのが好ましい。この実施例はその他の点は図１に示す構成と同一である。
【００４４】
最後に、いずれにしても現存する図１に示すシステム内の一つの光コンポーネントでの反射によってセンサ７に向けられる光成分を得ることもできる点に注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】プロジェクションシステムの原理構成図を示す。
【図２】第１のセンサ配置を示す図である。
【図３】第２のセンサ配置を示す図である。
【図４】他のセンサ配置を示す図である。
【図５】プロジェクションシステムのカラーチャネルの一部分を示す図である。
【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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【国際調査報告】
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