(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を画像内容信号に従って変調するライトバルブと、
前記ライトバルブを照明する少なくとも第１及び第２の光源と、
前記光源により放射された光の色を、前記ライトバルブが少なくとも第１の色の光及び第２の色の光で照明されるように変更する手段と、
前記光源の少なくとも一つと前記ライトバルブとの間に位置し、関連する光源からの光を前記ライトバルブへ通す第１動作状態及び関連する光源からの光が前記ライトバルブへ到達するのを阻止する第２動作状態を有するオクルーダ手段と、
前記光源を前記ライトバルブへの画像情報入力と同期して駆動し、前記ライトバルブを前記少なくとも第１及び第２の色の光で順に照明する光源駆動手段とを具え、該光源駆動手段は前記光源の少なくとも一つを、関連するオクルーダ手段が前記第１動作状態及び前記第２動作状態にあるときこの光源に電力を供給して駆動するものであって、前記オクルーダ手段が前記第１動作状態及び前記第２動作状態にあるときに前記光源に供給される第１電力と第２電力との間の電力配分を行う手段を含み、前記光源への電気的入力を一定に維持したまま前記光源とその関連するオクルーダの総合光出力が調整可能であることを特徴とするカラー画像投写システム用の照明装置。
【請求項２】
前記第１、第２及び第３光源により放射された光の色を変更する前記手段は前記光源と前記ライトバルブとの間に位置するダイクロイックフィルタを具えることを特徴とする請求の範囲１記載の照明装置。
【請求項３】
前記オクルーダ手段は前記第１、第２及び第３光源の少なくとも一つと前記光色変更手段との間に位置する回転ホイールを具え、該回転ホイールが前記第１動作状態を与える光透過部及び前記第２動作状態を与える不透明部有することを特徴とする請求の範囲１又は２記載の照明装置。
【請求項４】
前記オクルーダ手段は前記第１、第２及び第３光源のうちの２つの光源の前に位置することを特徴とする請求の範囲１、２、又は３記載の照明装置。
【請求項５】
前記回転ホイールはオクルーダ駆動手段の制御の下でサーボモータにより駆動され、該オクルーダ駆動手段が制御入力を受信して回転ホイールの位置を光源駆動手段と同期させることを特徴とする請求の範囲３記載の照明装置。
【請求項６】
前記ライトバルブにより変調された光の色を検出する色検出手段を更に含むことを特徴とする請求の範囲１〜５のいずれかに記載の照明装置。
【請求項７】
前記光源駆動手段は前記光源を一連の所定振幅のパルスで駆動することを特徴とする請求の範囲１〜６のいずれかに記載の照明装置。
【請求項８】
照明装置、入射光を変調するライトバルブ、及び投写レンズ系を有する画像投写システムにおいて、
前記照明装置が請求の範囲１〜７のいずれかに記載の照明システムであり、
前記光源駆動手段が前記光源を第１及び第２の電力パルス列で駆動し、前記オクルーダ手段が第１動作状態にあるときに前記第１のパルス列を発生し、前記オクルーダ手段が第２動作状態にあるときに前記第２のパルス列を発生し、且つ
前記第１のパルス列の電力と前記第２のパルス列の電力との比を調整する手段を具えることを特徴とする画像投写システム。
【請求項９】
前記ライトバルブはオン及びオフ状態の間で切り換え可能な反射性画素のアレーを具えることを特徴とする請求の範囲８記載の画像投写システム。
【請求項１０】
前記第１のパルス列の電力と前記第２のパルス列の電力との比を前記色検出手段の出力信号に基づいて調整する手段を更に具えることをを特徴とする請求の範囲８又は９記載の画像投写システム。
【請求項１１】
前記第１及び第２のパルス列の電力の比を変更するユーザ入力手段を更に具えることを特徴とする請求の範囲８、９又は１０記載の画像投写システム。
【発明の詳細な説明】
本発明は、
入射光を画像内容信号に従って変調するライトバルブと、
前記ライトバルブを照明する少なくとも第１及び第２の光源と、
前記光源により放射された光の色を、前記ライトバルブが少なくとも第１の色の光及び第２の色の光で照明されるように変更する手段と、
を具えるカラー画像投写装置用の照明システムに関するものである。
画像投写装置は広義に解釈し、例えばビデオ画像、グラフィック画像、文字数字情報又はそれらの組み合わせを表示する装置を含むものとする。
ビデオ投写システムのような最も市場に出回っている画像投写システムは３原色の各色毎に別個のチャネルを使用している。従って、これらのシステムは３つのライトバルブを必要とし、それぞれの光学系で投写スクリーン上に精密に収束させる必要があり、複雑且つ高価になる。最近、単一ライトバルブのみを使用するビデオ投写システムが開発されている。このような一つのシステムはカラーフィールド順次システムであり、このシステムでは通常のビデオフィールド（１／５０秒又は１／６０秒）を３つの部分、即ち１／１５０秒又は１／１８０秒のカラーサブフィールドに分割する。３つのカラーサブフィールド中に、ライトバルブを赤色光、緑色光及び青色光により順に照明する。ライトバルブがこれらの各色で照明される間に、各色に対応するビデオデータがライトバルブで表示される。このとき、目が３つのカラーサブフィールドを一つのフルカラーフィールドに融合する。目はまた順次のビデオフィールド及びフレームをフルモーション、フルカラービデオに融合する。
最近、投写テレビジョンシステム用に特に好適な改良型ライトバルブが入手可能になってきている。このような装置の一つはいわゆる変形可能ミラー装置（ディジタルミラー装置又はＤＭＤとも称されている）であり、この装置は米国特許第５，０７９，５４４号及びこの特許明細書に引用されている特許に開示されており、この装置ではライトバルブが光ビームを表示スクリーンへ変更し（オン）、又は表示光学系外へ変更する（オフ）小さな可動ミラー状画素のアレーからなる。この装置はフレーム順次システム用に好適である。その理由は、その画素を極めて高速にスイッチすることができるためである。各カラーサブフィールド中に画素のオン／オフ比を制御することにより、カラーの強さを調整することができる。
投写ビデオシステム用の改良型ライトバルブに加えて、改良型投写ランプも入手可能である。これらの投写ランプは高い効率を有するとともに長い寿命を有する。更に、これらのアンプは物理的に極めて小さく且つ短いアーク長を有する。小形で短いアーク長であることは光をライトバルブ上及び投写スクリーン上に投射するのに使用する光学系のサイズ及びコストの著しい低減を可能にする。光学系を小さくすることによりビデオ投写システムの総コストを著しく低減することができる。その理由は、システムの光学素子が総コストの極めて大きな部分を占めるためである。更に、多くのこのようなランプは電気駆動信号に良好な忠実度で追従しうる、即ち速い立ち上がり時間及び立ち下がり時間を有し、矩形波を含む任意の適正な波形に追従しうる。このようなランプの一つはフィリップスＳＣＬ−Ｒ１００Ｗ超高圧投写ランプである。
しかし、多くの他の好適なランプは可視スペクトル範囲に亘って均等な色分布を有しないことがある、即ち一つ又はそれ以上の色の欠落を生じることがある。更に、これらのランプは注意深く設計された熱特性を有し、最適な電力消費とするために所定の電力レベルで動作する必要がある。従って、このようなランプは１００ワットのような一定の単位時間当たりの入力電力を必要とする。それより大きい電力がランプに入力されるとランプの寿命が著しく短くなり、ランプへの入力電力を下げるとランプが不安定になり、即ち消えてしまう。本発明は、これらの改良型投写ランプを最適なパラメータで動作させてこれらのランプの利点を完全に利用しうるスリーランプ−シングルライトバルブ式投写ビデオシステムを提供することにある。
好適な投写ビデオシステムは、投写ビデオシステムに使用される投写ランプのカラースペクトル欠陥の補正に加えて、投写ランプからの白色光出力を原色光に変換するのに使用するダイクロイックフィルタの色補正も行う必要がある。ダイクロイックフィルタはバッチプロセスで製造され、これらのフィルタの測色性がバッチごとに相違しうる。更に、投写ランプの強い光に露光されると、ダクロイックフィルタの色のフェーディングを生ずる。従って、好適な投写システムはダイクロイックフィルタのバッチ変化及び／又はフェーディングを補償しうる必要がある。最後に、好適な投写システムはユーザの好みに基づく静的又は動的な色補正も行いうる必要がある。
米国特許出願第０８／１４１，１４５号、１９９３年１０月２１日、”ビデオプロジェクタ用色補正システム”は単一投写ランプを用いる投写ビデオシステムをダイナミックに色補正する方法に関する。この米国特許出願の明細書は参考文献としてここに完全に含まれているものとする。
本発明は、投写ランプの光出力をそれらの入力電力を変化させることなく変化させてこれらのランプをそれらの動作パラメータに従って駆動しうる照明装置を提供するにある。この照明システムは、前記光源の少なくとも一つと前記ライトバルブとの間に位置し、関連する光源からの光を前記ライトバルブへ通す第１動作状態及び関連する光源からの光が前記ライトバルブへ到達するのを阻止する第２動作状態を有するオクルーダ手段と、
前記光源を前記ライトバルブへの画像情報入力と同期して駆動し、前記ライトバルブを前記少なくとも第１及び第２の色の光で順に照明する光源駆動手段とを具え、該光源駆動手段は前記光源の少なくとも一つを、関連するオクルーダ手段が前記第１動作状態及び前記第２動作状態にあるときこの光源に電力を供給して駆動するものであって、前記オクルーダ手段が前記第１動作状態及び前記第２動作状態にあるときに前記光源に供給される第１電力と第２電力との間の電力配分を行う手段を含み、前記光源への電気的入力を一定に維持したまま前記光源とその関連オクルーダの総合光出力が調整可能であることを特徴とする。
この構成によればシステムの色温度をランプの電気特性に悪影響を与えることなくユーザの好みに調整することができる。各ランプへの電力入力自体を動作パラメータ内に維持しながら、ライトバルブ及び従って観察者が観る特定の色の光出力を低減することができる。
本発明のより良い理解のためには、以下の図面に関する詳細な説明を参照されたい。ここで、
図１は複数の投写ランプと単一のライトバルブを用いる投写ビデオシステムの簡略構成図であり、
図２は３つの投写ランプと単一のライトバルブ及びシステムの色をダイナミックに調整する手段を用いるカラー投写ビデオシステムの簡略構成図であり、
図３は３つの投写ランプの駆動パルス及び遮光パルスのタイミング図である。
図１は単一のライトバルブを照明する３つの投写ランプを用いる投写カラービデオシステム用の照明システムを略図示したものである。この照明装置はシングルランプ−シングルライトバルブシステムのほぼ３倍の明るさの像を投写する。図１はライトバルブ１２を３つの投写ランプ１４、１６及び１８により照明する照明システム１０を示す。投写ランプ１４、１６及び１８は制御電子回路２３により駆動されるシーケンシャルスイッチ（コミュテータ）２２により電源２０から駆動される。図１に示すように、各ランプから放射された白色光はダイクロイックミラー２４、２６に向かう。ダイクロイックミラー２４は緑色光を反射し、青色光を透過する。従って、ダイクロイックミラー２４を通過したランプ１４からの光は青色光以外の色成分は減色されるので青色になり、ダイクロイックミラー２４から反射されたランプ１６からの光は緑色光以外の色成分は反射されないので緑色になる。ダイクロイックミラー２６は赤色光を反射し、青色光及び緑色光を透過する。従って、ランプ１８から放射された光の赤色成分がダイクロイックミラー２６によりライトバルブ１２へ反射される。
このランプ及びフィルタ配置の結果として、ランプ１４がスイッチ２２により駆動されると、ライトバルブ１２、例えばＤＭＤが青色光のみで照明され、ランプ１６が駆動されると、ＤＭＤ１２が緑色光のみで照明され、且つランプ１８が駆動されると、ライトバルブ１２が赤色光のみで照明されることになる。均一な照明領域を与えるために、米国特許第５，０９８，１８４号に開示されているような積分光学系をダイクロイックミラー２６とライトバルブ１２との間に配置することができる。ライトバルブ１２はライトバルブ電子回路３３の制御の下で入力ビデオ情報３４に従って光を変調する。ライトバルブ１２により変調された後、光は投写光学系３０により投写スクリーン３２へ投写される。ライトバルブ電子回路３３は更に同期出力信号３８をスイッチ２２を制御する電子回路２３の入力端子に供給する。発生したカラーサブフィールドは目によりフルカラー画像に合成される。
図２は、色制御のために投写ランプへの入力電力を変化させることなく投写ランプの光出力を変化させて最適なランプ動作状態を維持しうるようにしたマルチランプ−シングルランプ投写ビデオシステム６０を示す。このシステム６０は、入力ビデオ信号６６を受信するライトバルブ電子回路６４により駆動されるライトバルブ６２を含む。ライトバルブ６２は入射光をライトバルブ電子回路６４の制御の下でビデオ信号６６に従って変調する。ライトバルブ６２は赤色光、緑色光及び青色光により順に照明される。ライトバルブ６２が所定の色（カラーサブフィールド）で照明される間、この色に対応するビデオデータがライトバルブ電子回路６４によりライトバルブに表示される。目が３つのカラーサブフィールドを一つのフルカラーフィールドに融合するとともに順次のビデオフィールドをフルモーション、フルカラービデオに融合する。ライトバルブからの変調された光は投写光学系６８により投写スクリーン７０に投写され、これは前面投写構成又は背面投写構成にすることができる。
同期信号７２がライトバルブ電子回路６４からランプコントローラ／ドライバ７４に供給される。ランプコントローラ／ドライバ７４は３つの投写ランプ８２、８４、８８へのそれぞれの駆動（電力）出力端子７６、７８、８０を有する。投写ランプ８２、８４、８８の出力光路内にダイクロイックフィルタ９０、９２が配置される。ダクロイックフィルタ９０は赤色光を反射し、青色光及び緑色光を透過する。従って、ランプ８２からの白色光の赤色成分がダイクロイックフィルタ９０によりランプ６２へ反射される。ダイクロイックフィルタ９２は青色光を反射し、緑色光を透過する。従って、投写ランプ８４からの白色光の緑色成分がダイクロイックフィルタ９２を通過し、同じく緑色光を通すダイクロイックフィルタ９０を通過したのちランプ６２へ入射する。ダイクロイックフィルタ９２は更に投写ランプ８８からの青色成分を反射し、ダイクロイックフィルタ９０を経てこの青色成分でライトバルブ６２を照明する。従って、この投写ライトバルブ８２、８４、８８及びダイクロイックフィルタ９０、９２の配置の結果として、投写ランプ８２が”赤”照明ランプとして、投写ランプ８４が”緑”照明ランプとして、投写ランプ８８が”青”照明ランプとして機能することになる。
”緑”投写ランプ８４の照明光路内には、更にオクルーダ（シャッタホイール）９４が設けられる。第２オクルーダ９６が”青”ランプ８８の前に配置される。オクルーダ９４、９６はそれらの最も簡単な例、即ち光透過セグメント９８を有する約２／３が不透明の円形回転ホイール９４及び光透過セグメント１００を有する約２／３が不透明の円形回転ホイール９６からなるものが示されている。オクルーダ９４、９６は位相ロックサーボモータ１０２、１０３により駆動され、これらのモータはランプコントローラ／ドライバ７４からの制御入力１０５を受信するオクルーダドライバ１０４により制御される。ランプコントローラ／ドライバ７４はユーザ入力端子１０６R、１０６G及び１０６Bを有し、投写画像の総合の色を調整することができる。更に、ランプ６２の出力側に位置するカラーセンサ１０７が信号１０８をランプコントローラ／ドライバ７４に入力して色温度の自動調整を可能にする。
３つのランプ８２、８４、８８及び２つのオクルーダ９４、９６に対する同期及び駆動構成を図３に示す。極めて精密な色制御又は広範囲の調整が必要とされる場合には、第３のオクルーダを”赤”ランプ８２の前に配置することができるが、一般にすべてのランプの前にオクルーダを配置する必要はない。その理由は、システムの相対的なカラーバランスは３原色のうちの２色の光出力を変化させることにより調整することができるためである。実際上、非遮光ランプはスペクトル的に最も効率の低い色に対応するランプとする。この検討のために、ここではこのランプを”赤”ランプとする。
図３はライン７６、７８及び８０を経て”赤”、”緑”及び”青”ランプに供給される電力を示す。図３の最下部（赤）のグラフ上に示すように、小さな時間マークはカラーサブフィールドを示し、ビデオフィールドは３つのカラーサブフィールドからなる。図３の最下部のグラフはライン７２から赤照明ランプを構成するランプ８２への電力出力を示す。図に示されているように、一つのカラーサブフィールド（本例では赤サブフィールド）に対し正方向パルス１１０がランプ８２に供給される。次の２つのカラーサブフィールド（即ち緑及び青サブフィールド）に対してはランプ８２には何の電力も供給されない。次に、負方向パルス１１０’がライン７６を経てランプ８２に供給される。この動作の結果として、ランプ８２はビデオフィールドの１／３の期間中、振幅ＡRを有する正及び負方向のパルス１１０及び１１０’で附勢されるため、ランプ８２が最適状態の下で駆動される。図３において、ランプに入力される電力はパルスの振幅×パルスの持続時間である。図３に示すように、”赤”パルス１１０の振幅ＡRは後述するように他の色のパルスより大きくする。
図３の中間のタイミングチャートは、ダイクロイックフィルタ９２の作用により”青”ランプであるランプ８８に入力される電力を示す。ランプ８８の照明光路内にはオクルーダ９６も配置されている。図に示されているように、ランプ８８はビデオフィールドの１／３の期間中（即ち”青”サブフィールド中）一連の正パルス１１２及び負パルス１１２’で給電される。パルス１１２、１１２’は、オクルーダ９６の光透過セグメント１００がランプ８８の前に位置するときに発生する。しかし、青電力パルス１１２、１１２’は赤パルス１１０、１１０’の振幅より小さい振幅ＡB（グラフＢにおけるパルス１１２、１１２’の高さで示されている）を有する。従って、非遮光パルス１１２及び１１２’の総電力はランプ８８のフル電力要求より小さくなる。しかし、上述したように、多くの精巧な投写ランプはランプの早期故障をもたらす動作上の難点を生ずることなくフル電力より低い電力で動作させるこができない。
ランプ８８への適正な電力入力を回復するために、ランプ８８を同様に正及び負方向の一連の補償パルス１１４、１１４’で駆動する。しかし、これらのパルス１１４、１１４’はオクルーダホイール９６の不透明部分がランプ８８からの光出力を阻止するように位置するときに発生する。このようにすると、パルス１１４、１１４’中にランプ８８によりライトバルブ６２へ出力される光は存在しない。パルス１１４，１１４’の持続時間及び振幅はランプ８８への総入力電力が所望の電力値、即ちその動作特性が影響を受けない電力値になるように調整する。非遮光パルス１１２、１１２’の振幅ＡBは”赤”パルス１１０、１１０’の振幅より小さい。しかし、ランプ８８への総入力電力は非遮光パルス１１２、１１２’と遮光パルス１１４、１１４’との和である。この動作の結果として、ライトバルブ６２へのランプ８８の光出力は低減されるが、その電気的入力は最適レベルに維持されるため、その動作特性は影響されない。
同様に、”緑”ランプ８４は一連の非遮光パルス１１６、１１６’及び一連の遮光パルス１１８、１１８’により駆動される。図では非遮光パルス１１６、１１６’の振幅ＡGが最低であり、これは”緑”ランプ８４への非遮光電気的入力が最低であることを意味し、これはこのランプが緑領域でスペクトル的に効率が良いからである。従って、この場合には補償遮光パルス１１８、１１８’を最大にしてランプ８４への総電力入力が最適レベルに維持されるようにする。要するに、図３に示す駆動配置にれば、すべてのランプが正確に同一の入力電力で駆動されるため、それらの動作特性が最適になる。
動作中において、ユーザがスクリーン７０上の画像が”緑すぎる”と思う場合には、ユーザが制御部１０６Gを操作してランプコントローラ７４によりランプ８４へのライン７８上の駆動パルスの関係を変更せしめる。緑の低減が所望される場合には、非遮光パルス１１６、１１６’の振幅が低減される。しかし、ライン８４への適正な電力入力を維持するために、遮光パルス１１８、１１８’の振幅が増大されて、ライン８４への総電力が同一に維持される。同様の動作が青ランプ８８に対しても行われる。スクリーン７０に投写された画像が青すぎる場合には、制御部１０６Bの操作によりランプ８８への非遮光パルス１１２、１２’が低減されるとともに遮光パルス１１４、１１４’が増大される。
”赤”ランプ８２はその前に位置する遮光装置を具えず、その電力入力を特性不良を生ずることなく低減することができないので、”赤すぎる”画像をどのように補償するかの問題が生ずる。その答えは、青及び緑電力を制御部１０６B、１０６Gにより増大させて、赤の相対量を低減させればよい。カラーセンサ１０７によりランプコントローラ／ドライバ７４を同様に自動制御してカラーバランスをプリセット点に調整することもできる。
オクルーダドライバ１０４は、非遮光パルスが発生する時間中、オクルーダ９４、９６の光透過部がそれぞれのランプ８４、８６の前に位置するようにモータ１０２、１０３を駆動する。オクルーダドライバ１０４は、ライトバルブ電子回路６４によりライトバルブ６２に同期されたランプコントローラ／ドライバ７４から制御入力を受信してオクルーダ９４、９６を入力ビデオ信号及び照明信号に同期させる。実際上、ライトバルブにビデオデータをロードするために、非遮光パルスの開始点及び終了点は規定の位置にする必要があり、任意の位置にすることはできない。しかし、遮光パルス１１４、１１４’、１１８及び１１８’はビデオフィールドの他の２／３の期間中の任意の時間に発生させることができるので、オクルーダ９４、９６と遮光パルスとの間のタイミングが特に臨界的になることはない。遮光パルスはそれぞれのランプの出力光が遮光される期間中に発生させる必要があるだけである。また、遮光パルスの波形も臨界的でなく、ランプを最適な動作状態の下で駆動するに十分な任意の波形にすることができる。更に、非遮光パルスによるランプの最点灯を容易にするように遮光パルスの波形を利用することもできる。
投写ランプからの光出力を遮光するのに使用する装置は図２に示すようなモータ駆動シャッタホイールにする必要はない。オクルーダは投写ランプの出力を遮断するのに好適な任意の形態の可制御シャッタにすることができる。このような好適なオクルーダは電気的に駆動される械的シャッタ又は電気的に駆動される分散液晶装置の形態のシャッタとすることができる。唯一の要件は、シャッタをランプの照明と同期動作しうるようにすることだけである。機械的可変密度オクルーダを用いてオクルーダホイールの機能を与えることもできるが、これはダイナミックカラー調整を不可能にする。
ランプコントローラ／ドライバ７４は種々に実現することができる。前記の米国特許出願第１４１，１４５号に記載されているランプドライバと同様に、コントローラドライバ７４は入力電圧に追従する３つの電流出力端子を有する電流増幅器に結合された電圧出力矩形波発生器からなるものとすることができる。多くの市販の電源を使用することもできるが、この場合には、コントローラドライバを各ランプに供給される総電力が一定に維持されるように非遮光パルスと遮光パルスとの間で電力出力を比例制御しうるようにする唯一の必要がある。また、３つのカラー制御部１０６、１０６及び１０６を単一の”色調”制御部と置換することもできる。
上述の実施例は本発明の原理の単なる例示である。当業者であれば本発明の精神及び範囲を逸脱することなく種々の変形や変更が容易に可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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