(57)【要約】フレーム順次カラーディスプレイ投影システム（１１０）は、予め定められた電力定格を有し、順次の時間期間中にＲ、Ｇ、Ｂ、及び選択的にＷ色光をそれぞれ順次に発生するカラーホイール（１２０）を介して伝搬する多色光源を発生させるアークランプ（１１２）を備える。ディスプレイコントローラ（１３１）は、カラーホイールに同期し、それぞれの時間期間中にカラー画像データを発生する。ＤＭＤ（１３０）のような光バルブは、カラー画像データを受信し、フレーム順次カラー表示を行う。ランプ安定器（１５６）もカラーホイールに同期し、選択された時間期間中に公称の昇圧した電力レベル（２１２）をアラームランプに供給するので、投影装置は、アークランプが予め定められた電力定格を超える平均電力レベルで動作することなく、より以上に明るいカラー調整された画像表示を行う。
2004526992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた電力定格を有し、多色光源を構成するアークランプと、
多色光を受け、少なくとも第一のカラー光及び第二のカラー光をそれぞれ第一の時間及び第二の時間期間中に順次発生するカラー変調器と、
カラー変調器と協働して、少なくとも第一の画像データ及び第二の画像データをそれぞれ第一の時間及び第二の時間期間中に順次発生するディスプレイコントローラと、
少なくとも第一の光色及び第二の光色、並びにそれぞれ第一の画像データ及び第二の画像データを受けることに応じて、フレーム順次カラー表示を生成する光バルブと、
少なくとも第一の電力レベル及び第二の電力レベルをそれぞれ第一の時間及び第二の時間期間中にアークランプに供給し、予め定められた電力定格を大幅に超えることなくアークランプが平均電力レベルで動作するランプ安定器とを具えるフレーム順次カラーディスプレイ装置。
【請求項２】
前記カラーディスプレイを投影表示システムとした請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記カラー変調器をカラーホイールとし、その少なくとも第一のカラー光及び第二のカラー光は、赤フィルターセグメント、緑フィルターセグメント、青フィルターセグメント及び白フィルターセグメントから選択されたカラーホイールフィルターセグメントに対応する多色光を濾波することにより発生する請求項１に記載の装置。
【請求項４】
さらに、前記カラー変調器が第一のカラー光及び第二のカラー光を発生する時を決定する同期手段を含む請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第一のカラー光及び第二のカラー光の少なくとも一つを白とし、アークランプに供給するそれに対応した第一の電力レベル及び第２の電力レベルの一つは、予め定められたアークランプの電力定格を超える請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記カラー変調器は、少なくとも赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ第一の時間、第二の時間及び第三の時間期間中に順次発生し、前記ランプ安定器は、少なくとも第一の電力レベル及び第二の電力レベルをアークランプに対してその第一の時間、第二の時間及び第三の時間の予め定められた組合せの間で発生し、前記フレーム順次カラーディスプレイは、予め定められたカラーバランスを実現する請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記多色光は、不均一な量の赤光、緑光及び青光を含み、前記カラー変調器は、アークランプにより発生した赤光、緑光及び青光の不均一な量を補償する予め定められた継続時間を有するそれぞれ第一の時間、第二の時間及び第三の時間期間中に、少なくとも赤光色、緑光色及び青光色を順次発生するカラーホイールである請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記予め定められた継続時間は、赤フィルターセグメント、緑フィルターセグメント及び青フィルターセグメントに対応する角度範囲を有する赤フィルターセグメント、緑フィルターセグメント及び青フィルターセグメントにより決定される請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記角度範囲のうち少なくとも２つの角度範囲は等しくない請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
予め定められた電力定格を有し、多色光源を構成アークランプを用意し、
多色光をカラー変調して、少なくとも第一のカラー光及び第二のカラー光をそれぞれ第一の時間及び第二の時間の期間中に順次発生させ、
少なくとも第一の画像データ及び第二の画像データをそれぞれ第一の時間及び第二の時間の間で順次発生させ、
少なくとも第一のカラー光及び第二のカラー光、並びにそれぞれ第一の画像データ及び第二の画像データを受けることに応じて、フレーム順次カラー表示を行い、
少なくとも第一の電力レベル及び第二の電力レベルをそれぞれ第一の時間及び第二の時間の期間中にアークランプに供給し、予め定められた電力定格を大幅に超えることなくアークランプが平均電力レベルで動作するフレーム順次カラーディスプレイ方法。
【請求項１１】
前記アークランプは投影ディスプレイシステムに用いられる請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記カラー変調はカラーホイールによって行われ、その少なくとも第一のカラー光及び第二のカラー光は、赤フィルターセグメント、緑フィルターセグメント、青フィルターセグメント及び白フィルターセグメントから選択された対応するカラーホイールフィルターセグメントで多色光を濾波することにより発生する請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
さらに、前記カラー変調と、画像データ及びフレーム順次カラー表示の発生と、電力レベルの供給とを同期させる請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記第一のカラー光及び第二のカラー光の少なくとも一つは白であり、アークランプに供給されるそれに対応した第一の電力レベル及び第２の電力レベルの一つは、アークランプの予め定められた電力定格を超える請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記カラー変調により、少なくとも赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ第一の時間、第二の時間及び第三の時間の期間中に順次発生し、その第一の時間、第二の時間及び第三の期間中に予め定められた組合せの期間中に少なくとも第一の電力レベル及び第二の電力レベルをアークランプに供給し、前記フレーム順次カラーディスプレイは、予め定められたカラーバランスを実現する請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記多色光は、等しくない量の赤光、緑光及び青光を有し、前記カラー変調は、アークランプにより発生した等しくない量の赤光、緑光及び青光を補償する予め定められた継続時間を有するそれぞれ第一の時間、第二の時間及び第三の時間の間に、少なくとも赤光色、緑光色及び青光色を順次発生するカラーホイールによって行われる請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記予め定められた継続時間は、赤フィルターセグメント、緑フィルターセグメント及び青フィルターセグメントに対応する角度範囲を有する赤フィルターセグメント、緑フィルターセグメント及び青フィルターセグメントにより決定される請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記角度範囲のうち少なくとも２つの角度範囲は等しくない請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラー順次ビデオ投影装置及びマルチメディア投影装置に関し、特に、ランプ電力パルス装置、及びその投影装置の投影輝度とカラーバランスの改善方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
〔関連した出願〕
なし。
〔連邦政府後援による調査及び開発〕
適応なし。
【０００３】
投影システムは、永年使用されており、スクリーン上に動画や静止写真を投影するものである。最近では、マルチメディア投影システムを用いたプレゼンテーションが一般的になってきており、販売デモンストレーション、ビジネス会議及びクラスルーム教育が行われている。
【０００４】
通常の動作モードでは、マルチメディア投影システムは、パーソナルコンピュータ（“ＰＣ”）からアナログビデオ信号を受信する。そのビデオ信号は、ＰＣによって表現された形態の静止表示画像、局所的な動表示画像または完全動表示画像を表すことができる。アナログビデオ信号は、一般的には、投影システムにおいて、液晶ディスプレイ（“ＬＣＤ”）またはデジタルマイクロミラーデバイス（“ＤＭＤ”）のようなデジタル的に駆動する画像形成装置を制御するデジタルビデオ信号に変換される。
【０００５】
明るく高品質のカラー画像を表示する投影装置の開発に多くの努力が注ぎ込まれている。しかしながら、従来の投影装置の光学性能では、十分に満足することができない場合がある。例えば、特に、小型携帯用カラー投影装置を十分に明るい部屋で使用するときに、適切な投影画像輝度を得ることは困難である。
【０００６】
ＬＣＤディスプレイにはかなりの光減衰があり、しかも三つのカラー光路は大型になってしまうので、携帯用マルチメディア投影装置では、一般的に単一光路で構成されたＤＭＤディスプレイが用いられている。この構成で投影されるカラー画像を生成するには、一般的にカラーホイールのような順次カラー変調器を介してフレーム順次画像を投影することが要求される。
【０００７】
フレーム順次式色画像（“ＦＳＣ”）表示システムにカラーホイールを使用することは永年知られており、カラーテレビジョン受信機の開発のために早期に試用されたため有名であった（悪名が高かった）。しかしながら、技術の進歩とともに、カラーホイール表示装置は、今日もなお使用されている。
【０００８】
図１は、一般的な従来技術のＦＳＣ表示システム１０の動作原理を示しており、ＦＣＳ表示システム１０は、センサー１２がタイミングマーク１４を検知することにより、それぞれ赤（“Ｒ”）、緑（“Ｇ”）及び青（“Ｂ”）のフィルターセグメントを有するカラーホイール１８を回転させるモータ１６の予め定められたカラーインデックス位置を検出するものである。光源２０は、カラーホイール１８とリレーレンズ２４を介して光ビーム２２を、ＬＣＤをベースとする光バルブまたはＤＭＤのような表示装置２６に投射する。（図示しない）ディスプレイコントローラは、光ビーム２２がカラーホイール１８のそれぞれのＲ、Ｇ及びＢのフィルターセグメントをそれぞれ通過するタイミングを規定する順次Ｒ、Ｇ及びＢの画像データにより表示装置２６を駆動する。一般的に市販されているカラーホイールを基本としたＦＳＣマルチメディア投影システムには、この出願の譲受人である、オレゴン州ウィルソンヴィルのインフォーカス株式会社により製造されたＬＰ３００シリーズがある。
【０００９】
投影画像の輝度を高くするため、マルチメディア投影システムには、一般的に、高強度放電（“ＨＩＤ”）アークランプが用いられ、そのアークランプは、反射器によりカラーホイール上に容易に合焦される高輝度の多色光の点光源を発生する。ＨＩＤアークランプは、高強度、効率性及び信頼性のような多くの属性を有している。残念ながら、ＨＩＤアークランプは、スペクトラムの赤端よりも青端で多くの光を発生する。これは、カラーバランスの問題をもたらし、従来の研究者は、カラーホイールのＢフィルターセグメントに比べてＲフィルターセグメントの角度範囲（物理的な大きさ）を大きくし及び／またはカラーホイールのＲフィルターセグメントに比べてＢフィルターセグメントの減衰を大きくするなどして、様々な方法により解決を試みた。他の研究者は、カラー検査の電子機器を介して全ての輝度レベルを下げて、カラー調整用の“ヘッドルーム（ｈｅａｄｒｏｏｍ）”を設けることを試みた。残念ながら、これらの“解決方法”では、一時的な解決か、または画像の輝度を低くするかのいずれかをもたらしたにすぎなかった。
【００１０】
さらに、他の研究者は、白（“Ｗ”）フィルターセグメントをカラーホイールに加え、カラー飽和の損失にもかかわらず画像輝度を高くする“ホワイトピーキング”機能を与えた。さらに、他の研究者は、単により以上に強力なアークランプを用いたため、小型携帯型投影装置に、熱、サイズ、重さ、コスト及び信頼性の問題をもたらした。
【００１１】
従って、必要とされるのは、高画像輝度、カラー飽和及び調整可能なカラーバランスを達成する改良技術を有するマルチメディア投影システムである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本願発明の目的は、ＦＳＣマルチメディア投影装置により投影される画像の輝度、カラー飽和、及びカラーバランスを改良する装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のフレーム順次式カラー画像表示システムは、予め定められた電力定格を有し、順次の時間期間中にＲ、Ｇ、Ｂ、及び選択的に白色光をそれぞれ順次に発生するカラーホイールを介して伝搬する多色光源を発生させるアークランプを備える。ディスプレイコントローラはカラーホイールと同期して、それぞれの時間期間中にカラー画像データを発生する。ＤＭＤのような光バルブは、カラー画像データを受信し、フレーム順次カラー画像を生成する。ランプ安定器電源もカラーホイールに同期して、選択された時間期間中に、公称の昇圧した電力レベルをアークランプに供給するので、投影装置は、アークランプが予め定められた電力定格を超える平均電力レベルで動作することなく、より以上に明るい画像表示を行う。
【００１４】
好適実施例においては、カラーホイールが、Ｗフィルターセグメントを含み、ランプ安定器が、Ｗフィルターセグメントが光源を通過してＷピーキング機能を実現する時間期間中に、より高い電力レベルを供給する。
【００１５】
変形例においては、カラーホイールが、Ｒ、Ｇ及びＢの光を第一の時間、第二の時間及び第三の時間期間中にそれぞれ発生し、ランプ安定器が、予め定められた組合せの時間期間中に、種々のレベルの電力をアークランプに供給し、表示されるカラーのバランスをとる。
【００１６】
アークランプがＲ光の放出が不十分なさらに他の変形例においては、カラーホイールが異なる角度範囲のＲ、Ｇ及びＢのフィルターセグメントを有し、Ｒフィルターセグメントが、より大きな角度範囲を有して、アークランプの弱いＲ光の放出を補償する。ランプ安定器は、Ｒ以外の時間期間中に異なるレベルの電力をアークランプに供給し、Ｒフィルターセグメントのより以上に大きな角度範囲により生じた輝度の損失を補償する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の主な利点は、ＦＳＣ投影システムの輝度または白色ピーキングが増大すること、カラーバランス機能が可能になること、並びにカラーホイールの白セグメントの角度範囲を大きくすることによって生じる、より以上に高い平均電力の照明、低下した全ての輝度、または低下したカラー飽和に頼ることなく、カラー飽和を改良することである。
【００１８】
本発明の更なる目的及び利点は、添付図面を参照して説明される好適実施例を下に示す詳細な説明により明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図２は、ほぼＦ／１のＦナンバをもつ楕円形の反射器１１４の焦点に位置決めされた高電力アークランプを含む本発明による画像投影システム１１０の好適実施例を示し、このアークランプは、主光線１１６により示す高強度照明ビームを発生する。アークランプ１１２は、好ましくは２７０ワットの高圧水銀アークランプとし、そのアークランプは、画像投影装置の使用に適しており、その寿命及びルーメン仕様に見合うものである。その水銀アークランプは、公称１．３mmのアークギャップを有し、画像投影システム１１０の投影エンジンの高効率動作に寄与する。その小さいサイズのアークギャップにより、光学系の残りの構成部材に対してランプアークのアラインメントに影響を与え、アーク自身の安定化の重要性が増加する。アークランプ１１２は、モデルＳＨＰ２７０であることが望ましく、それは、日本の姫路市に所在するフォエニックスによって製造されている。
【００２０】
アークランプ１１２は、楕円形の反射器１１４の第一の焦点に設けられ、反射器１１４は、可視光のみを前方へ反射するコールドミラーを有する。赤外線及び紫外線の多くは、楕円形の反射器１１４のハウジングを透過し、吸収される。楕円形の反射器１１４の第二の焦点は、カラーホイール組立体１２０の回転カラーホイールディスク１１８の前面とインテグレータトンネル１２２との間の半分の距離に位置決めする。カラーホイールディスク１１８は、Ｒ、Ｇ及びＢのセグメントを含み、システムビデオ画像のリフレッシュレートの２倍である約５６００〜７５００ｒｐｍでモータ１２４によって回転し、（図示しない）投影装置のスクリーン上にＲ、Ｇ及びＢ画像を順次表示する。カラーホイールディスク１１８は、光束を増加させるように機能するＷ（実際には透明）セグメントを含むようにしてもよい。カラーホイールディスク１１８の全てのセグメントは、紫外線反射コーティングがなされており、光学系中の紫外線により影響を受け易い光学素子に紫外線が入射することを防止している。
【００２１】
インテグレータトンネル１２２は、その出射端に均一な照明パターンを生成し、カラーホイール組立体１２０のモータ１２４を経て照明光を安定して供給するので、モータ１２２が照明の影を生じさせない。インテグレータトンネル１２２は、内部全反射により光を伝搬させるソリッドのガラスロッドにより構成される。インテグレータトンネル１２２は、内部全反射を妨げることなくインテグレータトンネルを補強するクラッドを含むことができる。インテグレータトンネル１２２の出射端から伝搬する均一な照明パターンは、矩形とし、レンズ素子１２６，１２８及び（後に説明する）プリズム組立体１４０を介して、ＤＭＤ１３０の光反射面に結像する。
【００２２】
ＤＭＤ１３０は、好ましくはアルミニウムのマイクロメカニカルミラーの長方形アレイから構成されたテキストインスツルメントモデルＤＭＤ１０７６の空間変調器とし、ミラーの各々は、支持された対角軸の周りで±１０度の角度で個々に偏向させることができる。ミラーの偏向角度（正または負のいずれかの角度）は、ＤＭＤ１３０の下側のアドレス回路のメモリ内容及びミラーリセット信号を変更するディスプレイコントローラ１３１によって制御される。
【００２３】
レンズ素子１２８から出射する照明光は、空間インターフェース１４６によって離間した、第１のプリズムすなわち補償プリズム１４２と第二のプリズムすなわち出射プリズム素子１４４とから構成されるプリズム組立体１４０に入射する。プリズム組立体１４０により、ＤＭＤは、動作中はフラットにすることができる。プリズム組立体１４０は、ＤＭＤ１３０に対する正しい照明角度をセットアップすると共に、動作状態のＤＭＤ１３０により反射した画像光から照明光を分離させる。ＤＭＤ１３０に対する照明角度は、プリズム組立体１４０の面の角度によって制御される。プリズム組立体１４０は、入射光束を屈折させて偏向するので、ＤＭＤ１３０は、出射光束を部分的に生成する投影角度で隅から照明される。照明光が動作状態のＤＭＤ１３０から反射した後は、基本的にはプリズム組立体１４０に入射する照明光の伝搬方向と同じ伝搬方向に沿って、画像光がプリズム組立体１４０から出射する。プリズム組立体１４０は多くの自由度を有しているので、光は、支持テーブルに対してほぼ並行に投影レンズ１４７に対して整列して入射することができる。好適な場合、ＤＭＤ１３０は、投影装置の底部を覆う単一プリント回路基板１４８の表面に設置される。これにより、プリント回路基板１４８と当該基板の外部に設けたＤＭＤとの間に必要な高密度の電気コネクターが不要になるから、コストの効率の問題を解決する。
【００２４】
カラーホイール組立体１２０のＲ、Ｇ、Ｂ及びＷのセグメントと、ディスプレイコントローラ１３１によって発生されるＤＭＤカラーデータとの間の同期は、どのカラーフィルターセグメントがどれ位の時間光路中に存在するかを光学的に検出することによって行われる。カラーホイール組立部品から発生する個々のカラー光を検知し、同期タイミングデータを発生させるが、その同期タイミングは、米国特許第６１５５６８７号の「ＬＩＧＨＴ  ＧＵＩＤＥ  ＦＯＲ  ＵＳＥ  ＩＮ  Ａ  ＷＨＥＥＬ  ＳＹＮＣＨＲＯＮＩＺＡＴＩＯＮ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ」においてより詳細に説明されており、この特許は、本出願の譲受人に譲り受けられたものであり、参考まで本明細書に記載する。
【００２５】
図３は、画像投影システム１１０における主な電気的、機械的及び光学的部品の相互関係を示す。特に、画像コントローラ１３１がＤＭＤ１３０に画像を形成する。アークランプ１１２は、カラーホイール組立体１２０の回転するＲ、Ｇ、Ｂ及びＷのフィルターセグメントを照明し、主光線１１６は、光インテグレートトンネル１２２、レンズ素子１２６，１２８及びプリズム組立体１４０を介してＦＳＣ照明として伝搬し、ＤＭＤ１３０を照明する。ＤＭＤ１３０に入射するＦＳＣ照明光は、当該ＤＭＤにより画像を形成し、その画像光は、プリズム組立体１４０及び投影レンズ１４７を介して伝搬し、投影面１５０上に（図示しない）投影画像を形成する。
【００２６】
ディスプレイコントローラ１３１は、ＰＣ１５２からカラー画像データを受信し、その画像データをフレーム順次Ｒ、Ｇ、Ｂ及びＷの画像データに処理し、その順次フレームは、カラーホイール組立体１２０の角度位置と適切に同期してＤＭＤ１３０に送出される。ディスプレイコントローラ１３１はＤＭＤ１３０を制御し、プリズム組立体１４０から伝搬する光は、ＤＭＤ１３０内の個々の画素によって、投影レンズ１４７に向く方向または光ダンプエリア１５３に向く方向のいずれかの方向に選択的に反射する。
【００２７】
電源１５４は、ディスプレイコントローラ１３１、及びアークランプ１１２に送られる電力を調節するランプ安定器１５６に電力を供給する。電源１５４は、（図示しない）冷却ファン、及びカラーホイール組立体１２０を回転させるモータ１２４にも電力を供給する。モータ１２４は、ディスプレイコントローラ１３１がＰＣ１５２から受信するカラー画像データのフレームレートに従って、約６６５０〜７５００ｒｐｍでカラーホイール組立体１２０を回転させる。カラーホイール組立体１２０は、それぞれ１１９゜、１０４°、４０°及び９７°のセクターを占めるＲ、Ｇ、Ｂ及びＷのフィルターセグメントを含むことが望ましい。
【００２８】
カラーホイール組立体１２０の回転角度に対するＤＭＤ１３０をドライブするＦＳＣデータの同期は、どの色のフィルターセグメントがどれ位の時間だけ主光線１１６と交差するかを光学的に検出することによって行われる。カラーホイール組立体１２０を通過する個々のカラー光が検出され、同期タイミングデータを生成する。特に、反射器１１４によって反射した迷光は、カラーホイール組立体１２０を介してインテグレータトンネル１２２に近接した位置まで伝搬する。この迷光の一部を集光するために、光ガイド１５８をインテグレータトンネル１２２に近接した位置に配置する。光ガイド１５８は、タイミングデータをディスプレイコントローラ１３１に送出する光検出器１６２の方向に迷光を反射する傾斜した出射端１６０を有する。
【００２９】
図４に、ランプ安定器１５６についてさらに詳細に示す。特に、ランプ安定器１５６は、一般的なランプ点灯回路１７０、パルス幅変調器（“ＰＷＭ”）コントローラ１７２、スイッチングトランジスタ１７４、電流検知抵抗１７６及びフィルタ網１７８を含み、これらはアークランプ１１２が点灯した後、アークランプ１１２に公称３．６アンペアで５０から１００ボルトのＤＣ電圧を供給するために協働する。電流検知抵抗１７６は、並列に接続された２つの０．３３オームの抵抗を具えることが望ましい。ランプ安定器１５６は、一般的な過電圧検出器、開放回路検出器及び短絡回路検出器１８０も備えている。
【００３０】
ＰＷＭコントローラ１７２は、電流制限器１８２及び基準バッファ増幅器１８４を含む電力調節制御ループで動作し、これら電流制限器１８２及び基準バッファ増幅器１８４は、スイッチングトランジスタ１７４を動作させる“駆動”信号を生成してパワーエラーインテグレータ１８６の非反転入力に供給する。電流検知抵抗１７６の両端間に生じた電流検知信号は、パワーエラーインテグレータ１８６の反転入力に供給する。電力調節制御ループは、パワーエラーインテグレータ１８６の出力をＰＷＭコントローラ１７２の“増幅”入力に接続することによって閉じている。この電力調節制御ループは、パワーエラーインテグレータ１８６に供給される平均の駆動信号が電流検知抵抗１７６から供給される平均の電流検知信号に等しいときに、バランスをとる。ＰＷＭコントローラ１７２は、さらに、電流検知抵抗１７６により検知された瞬時電流に応答して、駆動信号の大きさを調節する“検知”入力を含む。
【００３１】
スイッチングトランジスタ１７４によってアークランプ１１２に送られる電力量は、次に示すように制御可能である。電流制限器１８２及び基準バッファ増幅器１８４からパワーエラーインテグレータ１８６に供給される駆動信号の量は、可変抵抗１８８及び固定抵抗１９０を備えている分圧器によって調整可能である。可変抵抗１８８の実効値を減少させることにより、アークランプ１１２への電力が増加する。可変抵抗１８８は、ランプ安定器１５６のためにセットされる公称の低電力を確立するために調整される。また、電流制限器１８２及び基準バッファ増幅器１８４からパワーエラーインテグレータ１８６に供給される駆動信号の量は、さらに、可変抵抗１８８に並列に抵抗１９４を接続する光アイソレータ１９２を用いることによって増加する。光アイソレータ１９２は、ディスプレイコントローラ１３１から信号を受信し、公称の低電力設定と公称の高電力設定との間でランプ安定器１５６を切り換える。切り換え可能な電力設定は、以下に説明するアークランプ１１２の点弧、ウォームアップ及び継続する動作期間にわたって遷移するときに有用である。
【００３２】
ランプ点弧回路１７０は、アークランプ１１２の点弧期間中に、１００００ボルト以上のパルス、好ましくは２００００ボルトのパルスを発生する。一旦アークが生じると、アークランプ１１２のガスはイオン化を始める。ガスのイオン化が続くと、アーク電圧はランプ温度にしたがって上昇し、アークランプは約２分経過後に完全な動作温度に到達する。この初期スタートアップ期間中、ランプ安定器１５６は、設定されている低電力で動作し、アークランプ１１２の電極への損傷を回避することが望ましい。アークランプ１１２の温度が上昇すると、アークランプ１１２は多くの電流を流す。一旦アークランプ１１２が完全な電力に達すると、ランプ安定器１５６は、高電力設定で動作するように切り換わり、ほぼ一定の電流及び電力をアークランプ１１２に供給する。
【００３３】
従来の研究者は、アークの安定化目的のためにアークランプに送出した電力をパルスにしていた。しかしながら、従来の研究者とは異なり、出願人は、アークランプ１１２によって送出され６mmの開口で集束した光束が、電力とともに直線的に増加することを発見した。特に、３５０ワットでは、アークランプ１１２は、２５０ワットで光束を送出するよりも、約３３パーセントも多くの光束を送出する。出願人は、ある制御方法でアークランプ１１２の発光出力を迅速に変化させる性能を利用して、画像投影システム１１０（図２及び３）のようなＦＳＣマルチメディア投影装置のカラーバランス、ホワイトピーキング及びカラー飽和を調整できることを考え出した。
【００３４】
しかしながら、電流制限器１８２及びパワーエラーインテグレータ１８６の長い時定数のフィルタが原因するため、上述した電力設定技術における応答時間は相対的に遅い。ランプ電力の変化がカラーホイール１２０のようなカラー変調器の回転に同期する場合には、より以上に高速な電力設定の応答が要求される。
【００３５】
より以上に高速応答する電力制御は、電流検知抵抗１７６から抵抗１９６を介してＰＷＭコントローラ１７２の検知入力に供給される電流検知信号の量を制御することによって行われる。供給される信号の量は、トランジスタ２００をオン状態とオフ状態との間でスイッチする光アイソレータ１９８を用いることによって減衰させることが望ましく、それによって、電流検知信号の一部を抵抗２０２及びトランジスタ２００を介してグランドに分路する。抵抗１９６及び抵抗２０２は、それぞれ５００オームの値及び１０００オームの値を有し、トランジスタ２００がオン状態にあるとき、ＰＷＭコントローラ１７２に供給される電流検知信号は、約３３パーセント減少し、アークランプ１１２へ送出される電力は、約２６０ワットから約３５０ワットに増加する。もちろん、ゲイン制御増幅器、スイッチ可能な電流検知レジスタ及びゲインＤＡＣのように、供給する電流検知信号を変化させるための様々な他の技術を用いることができる。デジタルまたはアナログ制御技術を用いることができる。
【００３６】
しかしながら、光アイソレータ１９８は、ディスプレイコントローラ１３１から電力パルス信号を受信し、Ｗフィルターセグメントが主光線１１６に交差している時間の間、公称２６０ワットの高電力設定と上昇した３５０ワットの電力設定との間でランプ安定器１５６をスイッチすることが望ましい。アークランプ１１２に送出された電力は、高設定と上昇設定との間で、約５０マイクロ秒から１００マイクロ秒でスイッチする。このスイッチ時間は、主にフィルタ網１７８のリップルフィルター成分によって制限されるが、それにもかかわらず、下記に説明するように、本発明の用途に適している。
【００３７】
図５に、カラーホイール組立体１２０が３６０度にわたって回転するときに、カラーホイール組立体１２０のＲ、Ｇ、Ｂ及びＷのフィルターセグメントを透過する濾波光の相対光量を示す。実線２１０は、カラーホイール組立体１２０を連続放出光源により照明した場合の相対透過光量を示し、それに対して、破線２１２は、本発明の好適実施例によるアークランプ１１２のパルスによりカラーホイール組立体１２０をパルス照明した場合の相対透過光量を示す。破線２１２により示された実施例では、アークランプ１１２への電力は、Ｒ、Ｇ及びＢのフィルターセグメントが主光線１１６を横切る３２０度の回転の間公称２６０ワットの高電力に設定され、Ｗフィルターセグメントが主光線１１６を横切る４０度の回転の間３５０ワットに上昇する。そのため、アークランプ１１２に送出される平均電力は、カラーホイール組立体１２０のそれぞれ全ての回転にわたって、２７０ワットの定格レベルに維持される。
【００３８】
電力変調は、カラーホイールの回転周期が少なくとも一つの上昇電力フェーズと減少電力フェーズに細分されるように実行されるのが望ましい。ディスプレイコントローラ１３１は光検出器１６２を用いることにより、カラーホイール組立体１２０のＲ、Ｇ、Ｂ及びＷのフィルターセグメントの少なくとも一つのセグメントが主光線１１６といつ交差するかを検出し、高電力設定と上昇電力設定との間でランプ安定器１５６を正確な時間でスイッチする。高電力レベル及び上昇電力レベル並びにフィルターセグメントの角度範囲は、アークランプ１１２への平均電力をその定格レベルに維持するように設計する。同じ電力スイッチングレベルを用いるが、Ｒ、Ｇ及びＢのフィルターセグメント角度範囲が異なる２つの実行可能なカラーホイールの例を、下記の表１に示す。
【表１】
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【００３９】
カラーホイール組立体１２０の回転周期は、入力されるビデオリフレッシュレートにより定められ、回転毎に８．０６ミリ秒と１０．７ミリ秒との間を範囲とする。そのため、１度あたりの回転は、少なくとも２２．４マイクロ秒となり、４０度の角度範囲のＷフィルターセグメントは、主光線１１６と交差するのに８９６マイクロ秒が必要になる。従って、本発明では、アークランプ１１２にパルスを与えるランプ安定器１５６により、５０−１００マイクロ秒の輝度上昇時間を用いるのが適している。
【００４０】
表１のカラーホイールのいずれかの実施例を組み込んだＦＳＣ投影装置は、定格２７０ワットの平均アークランプ電力を維持しながらカラーホイール組立体１２０を透過する全光量（ルーメン）が一層増大するので、有益である。その理由は、Ｒ、Ｇ及びＢのフィルターセグメントを犠牲にしてＷセグメントの角度範囲を増大させることなく付加的な照明光がＷセグメントを透過するからである。
【００４１】
ランプ安定器１５６の変形例としては、スイッチ可能な複数の電力振幅を含み、Ｒ、Ｇ、Ｂ及び（選択的に）Ｗのフィルターセグメントの各々を透過する光量の精密制御に適応させることもできる。カラー位相の関数としての輝度変調は、以下の変形例として用いることができる。
１．照度の上昇を、ＲＧＢＷのＦＳＣシステムにおけるＷフィルターセグメントに関連させて、全ての輝度出力を上昇させることができる。これは、“輝度ピーキング”または“ホワイトピーキング”と称する。
２．照度の上昇を、ＲＧＢＷのカラー順次システムにおける複数のＷカラーホイールスポーク遷移セグメントに関連させ、全ての輝度出力を上昇させることができる。
３．照度の上昇を、ＦＳＣシステムにおけるＲ、Ｇ及びＢのカラーフィルターセグメントの中から選択した一つのセグメントに関連させ、選択したカラーフィルターセグメントの輝度出力を他のカラーフィルターセグメントよりも一層上昇させ、グレースケール性能から独立して制御することができる。本実施例は、さらに、以下を可能にする。
ａ．低い輝度成分のカラーフィルタセグメントについては上昇した輝度レベルにおける角度範囲を小さくし、高輝度成分カラーフィルタセグメントについては低い輝度レベルにおける角度範囲を増大させることにより、その結果、ＤＭＤ１３０を駆動させる時間順次パルス幅変調のビットをより以上に効果的に分配することができる。
ｂ．低い輝度成分のカラーフィルタセグメントについては上昇した輝度レベルにおける角度範囲を小さくし、高輝度成分カラーフィルタセグメントについては低い輝度レベルにおける角度範囲を増大させることにより、その結果、輝度出力の増加とともにカラーバランスを改善することができる。
【００４２】
例えば、図５の破線１２１で表した好適実施例では、Ｒフィルターセグメントが１１９度のスパンであり、これに対して、Ｇフィルターセグメント及びＢフィルターセグメントは、それぞれ高々１０４度及び９７度のスパンである。これにより、スペクトラムの赤端でのアークランプ１１２の放出の減少を補償し、多くの画像において青の輝度の必要性の減少を補償することによって、カラーバランス及びカラー飽和を改善する。しかしながら、この例では、ランプ電力の上昇は、Ｗフィルターセグメントが通過している期間にのみ適用される。
【００４３】
指針として、カラーホイール組立体１２０の完全な一回転の間にアークランプ１１２に送出される平均電力は、次の等式を用いて算出することができる。
式：
ＡｖｇＰｗｒ＝｛（減少した電力＊角度範囲）＋（上昇した電力＊角度範囲）｝／３６０
もちろん上記式は、アークランプの定格電力や例えばＷフィルターセグメントの４０度の角度範囲のように他の変数が既知のときは、ある変数について計算することができる。その結果、減少した電力レベル、上昇した電力レベル及びフィルターセグメントの角度について多くの算出結果の組合せを導くことができる。
【００４４】
当業者は、本発明の一部の構成要素について好適実施例として上述した装置とは相違させて実施できると認識するだろう。例えば、カラーホイール組立体１２０は、異なるフィルターセグメントの順序及び異なる色を含むことができ、白セグメントを含まず、カラーホイール以外のカラー変調器であってもよい。ＤＭＤ１３０は、種々の光エンジンに組み込まれているＬＣＤ、透過型、または反射型のように多くの別の形式の光バルブのうちのいずれの光バルブとすることができ、プリズムを用いない光学系とすることができ、インテグレータトンネルの代わりにフライアイレンズインテグレータを用いることができ、或いはコミュテータ、反射ストリップ及び光センサーのような異なるカラーホイール同期技術とに組み込まれたものとすることができる。
【００４５】
本発明の主旨を逸脱しない範囲で、本発明の上述した実施例の詳細を変更できることは明らかである。従って、本発明の範囲は、請求の範囲によってのみ決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】カラーホイールを用いる従来技術のＦＳＣディスプレイ装置における動作原理を示す概略図である。
【図２】本発明の好適なマルチメディア投影装置の実施例の等角図である。
【図３】本発明の好適な画像投影システムにおける、電気的、機械的及び光学的部品の機能的内部関係を示すブロック図である。
【図４】本発明における、パルス化アークランプ安定回路の電気配線ブロック線図である。
【図５】カラーホイールを透過する濾波された光を示すグラフであり、本発明のアークランプパワーブーストフェーズ及び回復フェーズを示す。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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