(57)【要約】光源（３０）の色を調整するためのシステムは、光源（３０）を偏光する第１の偏光子（３２）と、偏光した光に対して第１の角度の光軸を有する固定位相差素子（３３）と、偏光した光に対して第２の角度の光軸を有する電子的に可変の位相差素子（３４）と、結果として生じる光を偏光する第２の偏光子（３６）とを有する。この光源（３０）は、調整可能な色の光が必要なもの、例えば劇場のスポットライト又は液晶投射システム（３７）で使用することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の構成要素を有する光源の色を調整するためのシステム
ａ）光源を偏光する第１の偏光子、
ｂ）偏光した光に対して第１の角度の光軸を有する固定位相差素子、
ｃ）前記偏光した光に対して第２の角度の光軸を有する電子可変位相差素子、及び
ｄ）結果として生じる光を偏光する第２の偏光子。
【請求項２】
前記偏光した光は部分偏光である請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記光源を偏光する第１の偏光子が偏光変換システムを有する請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記固定位相差素子が１／４波長板である請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記可変位相差素子が７００ｎｍ−１１００ｎｍの範囲において変化することができる請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
光源と、請求項１に記載の光源の色を調整するためのシステムとを有する表示システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源の色を調整するのためのシステムに関する。このシステムは、例えば、劇場又は映画館での作業用のスポットライトに有益である。本発明は、そのようなシステムを取り入れた表示システムにも関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオシステム及びモニタシステムでは“白”として多くの異なる色が指定される。例えば、映画用には白として５４００°Ｋが指定されるが、ビデオ用には６５５０°Ｋが指定される。他のアプリケーションに対しては３８００°Ｋから９３００°Ｋの白色が使用される。エンドユーザがモニタ上で最終製品の色を正確に判断するには、モニタの白色点を特定のアプリケーション用に指定された白色点に調整することが必要である。
【０００３】
ＣＲＴモニタでは、上記の調整は、３つの全てのビデオ信号（Ｒ、Ｇ及びＢ）が等しいときに目標とする所望の白が表示されるように、赤、緑及び青のビデオ増幅器の相対ゲインを調整することによって達成できる。白色点を変更することは、赤、緑及び青の増幅器の相対ゲインを変更することを含む。
【０００４】
この型式のシステムは、ＬＣＤディスプレイで使用されるとき、いくつかの不利な点を有する。ゲインがアナログドメインで行われると、ＬＣＤの非線形性のために白色点だけでなく他の色にも影響を与える。これは、目標とする各白色点に対してガンマ補正曲線の修正を必要とする。ゲイン調整がデジタルドメインで行われるならば、ダイナミックレンジの一部を無視し使用しないことが要求される。８ビットは本格的な色作業に対してかろうじて足りるビットであるため、ダイナミックレンジの無視する部分によって重大なカラーアーチファクトに至る。たとえ基本解像度が１０ビット又は１２ビットであっても、ビデオ信号を小さなダイナミックレンジに挿入することによってカラーアーチファクトが生じることがあり得る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は光源との組合せで動作し他の装置から独立して制御できる光学的手段によって光源の色を調整するためのシステムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的は、請求項１に記載された本発明による光源の色を調整するシステムによって達成される。
【０００７】
本発明の他の目的は、動作している間に、入力ビデオ信号を変更せずにアナログドメイン又はデジタルドメインのいずれかにおいて、表示された画像の色を光学的に調整することができる表示システムを提供することにある。この目的は請求項６に記載された本発明による表示システムによって達成される。
【０００８】
更に有利な実施例は、従属項に規定されている。
【０００９】
このシステムは基本的に構成要素ａ）乃至ｄ）から構成されることが好ましい。また、この構成要素はａ）乃至ｄ）の順に存在していることも好ましい。その代わりに、構成要素が、ａ）、ｃ）、ｂ）及びｄ）の順序であってもよい。偏光は部分的に偏光することが好ましい。光源を偏光する第１の偏光子は偏光変換システムを有することができる。好ましくは、固定位相差素子は、１／４波長の位相差素子である。可変位相差素子は、７００ｎｍ−１１００ｎｍの範囲において変化することができる。好ましくは、光源は、一つ以上の空間光変調器を伴うディスプレイを照明するために使用される。空間光変調器は液晶装置であることが好ましい。
【００１０】
本発明は、色補正のためのシステムを有する。このシステムの１つの変形例は、インテグレータ／偏光変換システム（ＰＣＳ）の組合せにより生成された部分偏光と、ＥＣＢセルと一つ以上の固定補償ホイルとを使用する。ＥＣＢセル上の電圧を調整することによって、ＬＣＤに到達する赤、緑及び青の光の相対的な量を調整する、従ってプロジェクタの色温度を調整することが可能である。全ての調整は電子的に行われ、機械的に行われないので、システムは簡単且つ信頼できるものである。
【００１１】
この色補正方式は、１つの白色点に対して補正する表示システムの基本測色法を必要とする。この方法は、他の白色点の補正を可能にするために、白色点の色を十分な範囲で調整することが可能である。このシステムは、米国特許出願第０９／１２７，００３号においてカラードラムプロジェクタからの光学部品で試されているが、投影視であろうと直接視であろうと如何なるＬＣＤシステムにも適用可能であろう。
【００１２】
ヨーロッパ特許第９０９９７４号は、システムの色収差を補正してコントラストを改善するために、反射型ＬＣＤセルを伴う１つ又は２つの波長板の使用を含んでいる。位相差素子はＬＣＤの高偏光感度のビームスプリッタ（“ＰＢＳ”）とミラーとの間に備えられる。本発明のシステムでは、位相差素子はコントラストに影響しないように、照明経路に置かれる。上記のヨーロッパ特許のシステムは、色彩の影響を最小にするように設計されていない。逆に、本発明のシステムは、目標とする白への色補正を可能にするために、色彩の影響の適正量を正確に加えるように設計される。
【００１３】
米国特許５，８７５，００８号には個々のＬＣＤの色点、効果及びコントラストを調整するために、補償器の３つのセットを使用することが記載されており、各ＬＣＤに１つのセットが伴っている。この方法の１つの効果は白色点を変更することであるが、これが目的ではなく、この方法は、本発明の方法と異なる。更に、補償器は照明経路に無い。
【００１４】
ヨーロッパ特許第３９０，５１１号には、個々のＬＣＤの色点、効果及びコントラストを調整するために、１つ又は２つの補償器の３つのセットを使用することが記載されており、各ＬＣＤに１つのセットが伴っている。この方法の１つの効果は白色点を変更することであるが、これが目的ではなく、この方法は、本発明の方法と異なる。更に、補償器は照明経路に無い。
【００１５】
特許出願公開第０７−２９４，８６９号には、セルの効率を調整するために少なくとも２つのＬＣＤの偏光子を調整するシステムが記載されている。これは、カラーバランス及び白色点を調整する。本発明のシステムは偏光子ではなく位相差素子を調整し、３色全てに対して１つの共通の位相差素子が使用される。偏光子の調整は機械的なシステムを意味する。位相差素子の調整は電子的に行うことができる。
【００１６】
出願人整理番号ＰＨＮ１７５４４（ヨーロッパ特許）には、光源と電気光学変調器とが備えられたシステムによって、画像の少なくとも一部を所望の白色に調整する方法が記載されている。この光源からの光は電気光学変調器によって画像に変調される。システムは電気光学変調器と協働する光調整装置を有しており、この電気光学変調器は、少なくとも画像の一部の映される部分に対して、要求された最大限で駆動され、その後、画像の上記一部の色が光調整装置によって所望の白色に調整される。
【００１７】
装置は、それぞれのＬＣＤパネルに対して協働光調整装置を含む。従って、２つのＬＣＤパネルプロジェクタは２つの光調整パネルを有し、３つのＬＣＤパネルプロジェクタは３つの光調整パネルを有する。積層型の光調整装置が使用された実施例も記載されているが、やはり、光調整装置の数は電気光学変調器の数と一致する。
【００１８】
本発明のこれらの及び他の態様は、以下に記載された実施例から明らかであり、この実施例を基準にして説明される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、可変位相差素子を有する本発明の色補正システムの概略図である。ランプ３０からの初期の色を有する光は反射体３１によって右側に反射し、第１の偏光子３２を通過し、部分的に水平偏光するように偏光する。次に、部分偏光は固定位相差素子３３、可変位相差素子３４を通過し、その位相差は、可変位相差素子制御装置３５によって電圧が印加されるときに減少する。光が第２の偏光子３６を通過した後、その光はスポットライトとして使用され又は反射若しくは透過のいずれかが可能な１つ以上の空間光変調器３７（例えば液晶装置）に到達させることができる。
【００２０】
図２に示すように、白色点の色調整器は、単一のＥＣＢセル（又は他の電子可変位相差素子）と固定位相差素子とを含む。Ｍｅａｄｏｗ Ｌａｒｋから入手できる可変位相差素子の物理的な寸法のため、このシステムを、完成したドラムプロジェクタに置くことは不可能である。図２に示すように、ドラムプロジェクタからの構成要素は、試験用の光学レール上に取り付けられる。
【００２１】
このシステムの記載において、光軸を中心とした全ての方位角はランプ１０から見て時計回りに正である。ランプ１０からの光は反射体１１によって右側に反射し、第１のインテグレータ板１２を通過し次に第２のインテグレータ板１３に到達する。偏光変換システム１４のユニットの出力は、水平偏光を伴う部分偏光をする。
【００２２】
１／４波長板１５の速軸は−１０°に設定されている。このテストで使用される可変位相差素子１６は電圧が印加されなかったとき１１００ｎｍの位相差（ｒｅｔａｒｄａｎｃｅ）を有し、この位相差は電圧が印加されると減少する。方形波発生器１７の出力は、図３及び図４の結果が与えられる構成の可変位相差素子１６に入力され、可変位相差素子１６の軸は４５°に設定されている。位相差素子１５の（１／４波長以外の）位相差値及び角度と可変位相差素子１６の角度との他の組合せでも、可変位相差素子１６への異なる駆動電圧によって、同様の結果を与える。この同様の結果を与えるために、方形波発生器１７は、３．２Ｖ乃至４．３Ｖの範囲のｒｍｓ値を伴う３６０Ｈｚ方形波を出力する。３６０Ｈｚの使用は、可変位相差素子駆動システムの限界である。より一般には、１ｋＨｚ等のより高い周波数が使用されるだろう。可変位相差素子周波数がビデオフィールドレートの倍数に拘束される必要はない。
【００２３】
光が偏光変換システム１４を通過した後、その光は約７０％が水平偏光する。これは電界に対して９０°の方位角に等価であり、光は高偏光感度のビームスプリッタ（ＰＢＳ）１８においてｐ偏光する。残りの３０％の光は垂直偏光する。（０°又は高偏光感度のビームスプリッタ（ＰＢＳ）１８においてｓ偏光）。本発明を備えていない通常の動作では、このｓ偏光した光は高偏光感度のビームスプリッタ（ＰＢＳ）１８において反射し、システムで損失する。ＰＢＳ１８からの光は３”（３インチ）積分球に入射する。光は積分球からサンプリングされ、光の波長及び色が光ファイバープローブ２０によってサンプリングされ、分光計２１によって測定される。光の強度は、光度検出器２３とともに働く光度計２２で測定される。
【００２４】
図３は、偏光変換システム／四分の一波長位相差素子（１／４波長板）／可変位相差素子／高偏光感度のビームスプリッタシステムの透過率を電圧及び波長の関数として示す。この測定されたデータは、経路に固定又は可変の位相差素子がない偏光変換システム／高偏光感度のビームスプリッタシステムにより透過する光に等しいレベルを１００％にして正規化されている。データは、偏光されていない光の１／４波長板及び可変位相差素子の透過率に対して補正されている。この透過率は、試験の設定条件で８２．２％（ＵＨＰランプでの光度測定）であった。適切な光学的結合及び反射防止コーティングによって、透過率は、生産システムで９８％以上が期待できるだろう。ピーク透過率は実際１００％以上（１０６．９％）であることに注意されたい。この値が測定のアーチファクトであるか又は真の値であるかどうかは知られていない。通常は捨てられるであろうｓ偏光された光が存在するために、１００％以上の透過率は多分ありそうにもないが物理的に不可能だろう。
【００２５】
電圧毎に、ピーク透過率が最大値に等しい波長がありそうであることに注意すべきである。このことは、不必要に光を捨てていないことを意味するので、色補正システムの非常に望ましい特徴である。電圧が変化すると、最大透過率は、低電圧における赤の領域から、中間の電圧における緑の領域を通って、より高い電圧における青の領域に変化する。
【００２６】
これらの透過率がドラムプロジェクタのスペクトルスループット効率（ｓｐｅｃｔｒａｌ ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）で回っているとき、色の範囲が作られる。この色の範囲は図３に示される。このグラフは、基本の白色が白色の調整前に６５５０°Ｋよりもわずかに緑がかった色に補正されると仮定して作成されている。自由度は１つのみであるので、１本のラインに沿って色を調整することのみが可能である。このラインは、ほぼ黒体のラインと一致する。全ての目標とする白色点が黒体のラインの上又は黒体のラインに近いので、これは重大な問題でない。
【００２７】
図４の調整範囲のラインが黒体のラインに正確に一致しない間、その調整範囲のラインは、所望の範囲の白色を生成するために、黒体のラインに十分に近く且つその黒体のラインにほぼ平行である。
【００２８】
上記の固定／可変の位相差素子のシステムは、補正動作のために部分偏光を必要とする。十分な偏光が使用されるならば、色調整範囲のラインの傾斜は黒体の曲線の傾斜と比較して急峻になる。偏光変換システムを用いた系では、偏光変換システムの後の光は存在する全てのシステムにおいて部分偏光するので、これは問題でない。光が十分に偏光する系では、所望の型式の補正を行うために、位相差値が異なる及び／又は位相差素子と偏光された光との間の角度が異なる固定／可変の位相差素子を設計することが必要だろう。
【００２９】
光が偏光しない系（即ち、偏光変換システムの無い系）では、正しい動作のために固定／可変の位相差素子の色補正システムに対して光を部分偏光させることが必要である。これを達成する１つの方法は、例えば、色補正システムの前に照明経路に一つ以上のブルースタープレートを使用することである。このブルースタープレートは、例えば、光路が長くなることを避けるために、ＬＣＤ投射システムの２つのインテグレータ板の間に挿入することができるだろう。
【００３０】
固定位相差素子の位相差及び角度と可変位相差素子の角度とを調整することによって、望むのであれば、図４に示される調整範囲の傾斜が黒体の曲線にさらに平行になるように変更することが可能である。これは、設計段階でなされ、ユーザによる調整が可能ではないであろう。ユーザは、位相差素子に印加される電圧を調整することによって可変位相差素子の位相差を調整することができるだけである。
【００３１】
このように前述の説明及び図面では、全ての目的及び求められる利点を満たすような、照明システムの目標とする白色、特にＬＣＤシステムの目標とする白色を調整するシステム及び方法が記載され図示されている。しかしながら、当業者は、好適実施例を開示している本明細書を検討した後に、主題発明の多くの変更、修正、変形並びに他の使用及び用途が明らかになる。本発明の意図及び範囲を逸脱しないこのような全ての変更、修正、変形並びに他の使用及び用途は、専ら請求項に限定される本発明によって保護されると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】可変位相差素子を有する本発明の色補正システムの概略図である。
【図２】図３及び図４の測定データを生成するために使用される色補正システムの図である。
【図３】高偏光感度のビームスプリッタと偏光変換システムとの間の１／４波長の位相差素子及び可変位相差素子の透過率のグラフである。
【図４】１／４波長の位相差素子と可変位相差素子とを伴うカラードラムプロジェクタの調整範囲を示すグラフである。
【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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