JP2004534967A - スクローリング・カラーシーケンシャル照明システム - Google Patents

Abstract

ＬＣｏＳパネルなどの液晶パネル（２１）上に、スクローリング式で漸進的な色変化を提供する照明システム（１１）が開示される。このシステムは、回転軸（３７）を中心に回転するアセンブリ（１３）を形成する透過カラーフィルタ（３０、３１、３３）を使用する。光源（１５、１７）からの入射光はフィルタを通過し、反射面（３９）で反射する。この反射の結果、システムの光軸（４１、４３）は、回転軸とほぼ垂直な方向から、フィルタと交差しない方向に向きを変えられる。光軸のこのような方向転換により、色光をアセンブリから簡単に取り去ることができ、光が２つのフィルタを通過するシステムに起こるような、フィルタの境界での混色の問題が避けられる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国仮特許出願第６０／２９９，８８６号（２００１年６月２１日出願、発明の名称「カラーシリンダ（Ｃｏｌｏｒ Ｃｙｌｉｎｄｅｒ）」）について、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく利益を主張するものであり、その内容は、全体として本明細書に組み込まれているものとする。
【０００２】
本発明は投影装置の照明システムに関し、特に、スクローリング・カラーシーケンシャル投影装置、たとえば液晶パネルを用いたスクローリング・カラーシーケンシャル投影装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
カラーシーケンシャルシステムは、投影産業で広く用いられている。すべてのシングルチップＤＬＰプロジェクタには、既製品として市販されているカラーホイールが設けられている。一般的には、カラーホイールは、光のスポットの大きさが最小になるランプのホットスポットに配置されている。この位置により、パネル全体について最も速い色変化が実現できる。
【０００４】
液晶ディスプレイ、特にＬＣｏＳディスプレイは、ＤＬＰディスプレイほど速くは動作できない。このような遅い動作は、液晶の緩和時間と関連するものであり、投影システムの効率を著しく減少させることにつながる。システムの光効率を高めるために、フレームごとではなく、列ごとに色を変化させることが提案されてきた。このように漸進的に、１度に１列ずつカラーシーケンシャルシステムを動作させることにより、光出力はほぼ２倍になる。
【０００５】
液晶パネルを用いた投影装置にカラーシーケンシャル照明を適用した一例は、２０００年２月２日にＥＰＯ特許公開第ＥＰ ０ ９７７ ４２２ Ａ２号として公開された特許文献１に出ている。
【０００６】
本発明とは対照的に、特許文献１に開示されたシステムは、透過カラーフィルタではなく反射カラーフィルタを用いている。非特許文献１で論じられているように、特許文献１に開示されたタイプの反射カラーフィルタは、効率および測色が劣るという難点がある。
【特許文献１】
米国特許第６，２６６，１０５Ｂ１号明細書
【非特許文献１】
ブレンネェショルツ、マシュー Ｓ．（Ｂｒｅｎｎｅｓｈｏｌｔｚ，Ｍａｔｔｈｅｗ Ｓ．）著「回転ドラムを備えたカラーシーケンシャルＬＣｏＳプロジェクタ（Ｃｏｌｏｒ−Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ＬＣｏＳ Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ ｗｉｔｈ ａ Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｄｒｕｍ）」、ＳＩＤ２００２、Ｐａｐｅｒ５１．４、１３４６−１３４９ページ、２００２年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のことを考慮し、本発明は、パネルの全面、たとえばＬＣｏＳパネルなどの液晶パネルの全面にわたって色光帯をスクロールできるカラーシーケンシャル照明システム（カラースキャニングシステム）を提供することを目的とする。特に、本発明は、構成および操作が簡単で、色帯間の色分離を十分に高いレベルで達成して、質の高い投影画像を生成するスクローリング照明システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の態様によれば、本発明は、スクローリング色光帯（たとえば、図３の色光帯２５および色光帯２７）を生成する装置であって、
（ａ）回転軸（３７）を中心に回転するように構成されているアセンブリ(１３)であって、上記の回転軸に沿って延在し、内部容積（４９）、外周部（４５）および２つの対向する端部（４７）を画成する複数の透過カラーフィルタ（たとえば、３０、３１、３３）を含むアセンブリ（１３）と、
（ｂ）上記の外周部（４５）を通過した光を受けて反射し、その光を上記端部（４７）の１つから出射させるために、上記の内部容積（４９）内に少なくとも部分的に配置され、上記のアセンブリ（１３）が上記の回転軸を中心に回転する間、静止状態であるように構成されている反射面（３９）と、
を含むことを特徴とする装置を提供するものである。
【０００９】
他の態様によれば、本発明は、
（ａ）受け取った光から、それぞれ透過光を生成する複数のカラーフィルタ（たとえば、３０、３１、３３）を提供するステップと、
（ｂ）回転軸（３７）を中心にほぼ円形経路で上記のフィルタを移動させることにより、それらのフィルタに、上記の回転軸（３７）とほぼ垂直である光軸（４１）を有する光源（たとえば、１５、１７）の前を繰り返し通過させるステップと、
（ｃ）上記のフィルタによって生成された透過光の光軸の向きを変え、その光軸（４３）がフィルタを通過しないようにするステップと、
を含むことを特徴とするスクローリング方法を提供するものである。
【００１０】
本発明の追加的な特徴や利点は、以下の詳細な説明に述べられており、部分的にはその説明から当業者には自明であろうし、または本明細書に述べるように本発明を実施することにより理解されるであろう。
【００１１】
上記の一般的な説明および以下の詳細な説明とも、単に本発明の例示であり、特許請求されている本発明の本質および特性を理解するための概観または枠組みを提供するためのものであることを理解されたい。
【００１２】
添付の図面は、本発明をさらに理解できるように含まれており、本明細書に組み込まれ、その一部を構成している。図面は、本発明の様々な実施形態を図示し、この説明と共に、本発明の原理と作用を明らかにするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上述のように、本発明は、ＬＣｏＳパネルなどの液晶パネル上に、たとえば列ごとの色変化などスクローリング式の漸進的な色変化を提供する照明システムに関する。
【００１４】
このシステムでは、回転軸（３７）を中心に回転するアセンブリ（１３）を形成する透過カラーフィルタ（３０、３１、３３）を使用する。光源（１５、１７）からの入射光がこのフィルタを通過し、反射面（３９）で反射する。この反射の結果、システムの光軸は、回転軸にほぼ垂直な方向から、フィルタと交差しない方向へと向きを変えられる。光軸のこのような方向転換により、色光をアセンブリから簡単に除去することができ、光が２つのフィルタを通過するシステムに起こるような、フィルタの境界での混色の問題が避けられる。米国特許第６，３６１，１７２号明細書（２００１年９月２７日に国際公開第０１／７２０４７号パンフレットとして公開された）を参照されたい。
【００１５】
本発明の照明システムのレイアウトは、図１に示されている。当図に示すように、システム１１は、好ましくは、ランプ１５と、インテグレータ１７（１９９７年４月２９日発行米国特許第５，６２５，７３８号「Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｕｎｉｆｏｒｍｌｙ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｎｇ ａ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ（ライトバルブ均等照明装置）」明細書を参照されたい）と、回転可能アセンブリ１３と、光リレー１９とを備えている。ランプ１５には楕円放物形の反射部が設けられ、この反射部により、光の焦点をインテグレータ１７の入射窓に合わせる。リレー１９は、一様に照射されたインテグレータ射出窓の画像を、パネル２１の有効領域に生成する。
【００１６】
図１に示す光リレーには、ＵＶフィルタ、コールドミラーおよび／または偏向変換システムなど、照明システムの様々な従来の構成要素を含めることができる。たとえば、米国特許第６，１３９，１５７号明細書を参照されたい。もちろんこれらの構成要素の１つまたはそれ以上を、システムのリレー以外における他の部分に配置することもできる。また、これらの構成要素は任意のものなので、必要に応じて省略できる。同様に、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、このシステムに追加の構成要素を含めることができる。
【００１７】
図１に示すように、回転可能アセンブリ１３は、インテグレータ射出窓の長手側に平行な軸３７を中心に回転するように設計されている。回転可能アセンブリの外周部４５は、好ましくは、インテグレータおよびアセンブリ間の機械的な遊び（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｌｅａｒａｎｃｅ）にちょうど足りる距離をもって、インテグレータ射出窓の近くに配置される。
【００１８】
反射面３９は、たとえば、ミラーの前面、または内部全反射が起こるプリズムの対角面とすることができる。プリズムは、ミラーよりも一般に高価で、プリズムを通過する光路が２つの追加的な空気／ガラス界面を含むが、より効率的である。また、プリズムは、光線のサイズを縮小でき、これは本発明のいくつかの応用にとっては望ましい可能性もある。
【００１９】
図２は、カラーシリンダの形態をした、回転可能アセンブリ１３の第１の実施形態の構造を示す。すなわち、回転可能アセンブリには、円筒状の外周部４５が設けられている。シリンダの外面は、不透明細片（３５）によって分離される３つの主要域（３０、３１、３３）から成る。これらの細片は、シリンダ軸と平行になるような向きにされている。各主要域には異なったダイクロイックフィルタが設けられ、このフィルタにより、シリンダ壁を通過する光の色（赤色、緑色または青色）が決定される。
【００２０】
アセンブリが回転すると、不透明細片は、インテグレータ射出窓の短手側に沿って動く。この動きにより、パネル２１の有効領域２３上で、色の漸進的（列ごと）の変化という効果が生まれる（図３参照）。
【００２１】
赤色域、緑色域、および青色域の円周方向長さは、このシステムの白色座標の仕様、たとえばｘ＝０．３０およびｙ＝０．３１を満足させるように選ばれる。不透明細片の円周方向長さは、投影画像の色純度についてのシステムの仕様を実現するように、パネルで使用される液晶材料の緩和時間に基づいて選ばれる。
【００２２】
図２の回転可能アセンブリにおいては、いくつかのダイクロイック領域を、同一のガラス片上に製造する必要がある。このために、大規模な製造は高くつく可能性がある。特に、ガラスシリンダ上に最後のダイクロイック構造を配置する過程で、異常が生じると、そのユニット全体を廃棄する必要が出てくる。これは、製造収益を減少させ、構成要素のコストを増大させる。
【００２３】
この製造上の問題を避けるための、図１の回転可能アセンブリ１３の他の形態が、図４に示されている。この場合、アセンブリには、複数の平行平面プレートまたはセグメント５１が含まれる。
【００２４】
各プレートには、たとえば、赤色、緑色または青色の適切な透過ダイクロイックコーティングが施してある。アセンブリを形成するために、各プレートは、互いに接着されてもよいし、適切なハウジングに機械的に固着されてもよい。図５および図６に示すように、個々のプレートの縁は、垂直でもよいし、互いにかみ合わさるように角を研磨してもよい。
【００２５】
フィルタプレートの縁が垂直である場合（図５）、プレートを組み立ててアセンブリの外周部を形成したとき、プレート間に隙間ができる。これらの隙間は、白色光をいくらか通過させ、ディスプレイのコントラストまたは色純度を減少させる可能性がある。このような場合、隙間部分は、黒の塗料または他の不透明な材料を用いて塞ぐことができる。このように塞ぐことは、シーケンシャルなカラーフィールド間で照射を防ぐことがイメージャにより必要とされる場合には、好ましいだろう（図３参照）。しかしながら、塞ぐことにより、光の全処理量は減少する。
【００２６】
代わりに、図６に示すように、フィルタセグメントは、かみ合わさり、フィルタプレート間に最小の隙間しか残さないように、その縁を適切な角度に研磨されてもよい。これにより、製造コストが増大する可能性はあるが、最大の通過光量が可能となる。
【００２７】
用いるセグメントの数は、いくつかの競合する要因によって決められる。第１に考慮することは、回転可能アセンブリの製造コストである。セグメントの数をより多くすれば、装置はより高価になる。したがって、コストの観点からは、セグメントの少ない設計が好ましい。
【００２８】
第２の要因はアセンブリの直径であり、これは、セグメントの数にほぼ比例する。最小でも、セグメントの数は、図１に示すようにアセンブリが反射面３９を収容するに足る直径を持つように、十分多くなければならない。
【００２９】
第３の要因は、アセンブリの回転速度である。イメージャのフレームレートと一致するのに必要な毎分の回転数は、セグメントの数と反比例する。それゆえ、この観点からは、フィルタ（セグメント）の数は、多いほうが好ましい。
【００３０】
連続型でもセグメント型でも、本発明のカラーモジュレータにより、三原色間の必要な比率を維持する容易な方法が提供される。このことは、重要である。なぜなら、一般的な高圧水銀アークランプ（ＵＨＰタイプ）は、赤色光が不足しているからである。必要な白色点を得るためには、パネルに到達する赤色光の相対量を増やし、緑色光および青色光の相対量を減少させる必要がある。このことは、個々のフィルタの相対的なサイズを変えることにより、実施することができる。あるいは、セグメント化された設計の場合には、いくつか隣接したセグメントが、色を変える（たとえば、青色、緑色、赤色、青色、緑色、赤色・・・）代わりに、同じ色（たとえば、青色、緑色、赤色、赤色、青色、緑色、赤色、赤色・・・）をフィルタするようにすることができる。
【００３１】
本発明の特定の実施形態を記載し、図示してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく変更が可能であることを理解すべきである。たとえば、ダイクロイックフィルタのほうが好ましいが、本発明の実施において吸収フィルタを用いることもできる。また、回転可能アセンブリの外周部全体（意図的に用いられ得る任意の不透明領域を除いて）がフィルタリングを実施するほうが好ましいが、必要に応じて、非フィルタリング領域／セグメント（たとえば、透明領域／セグメント）を含むことができる。
【００３２】
本発明の範囲と趣旨から逸脱しない様々な他の変更が、本明細書の開示から、当業者には明らかとなるであろう。特許請求の範囲は、本明細書中に記載した特定の実施形態だけでなく、このような変更、変形および等価物を包含するように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による照明システムのレイアウトの概略図
【図２】本発明により構成された回転可能アセンブリの第１の実施形態の斜視図
【図３】図１の回転可能アセンブリの回転の結果としての、ＬＣｏＳの有効領域全面にわたるカラースクローリングを示す概略図
【図４】本発明により構成された回転可能アセンブリの第２の実施形態の概略図
【図５】セグメント間に垂直な縁を使用していることを示す、図４の回転可能アセンブリの部分拡大図
【図６】セグメント間に角研磨縁を使用していることを示す、図４の回転可能アセンブリの部分拡大図
【符号の説明】
【００３４】
１１ 照明システム
１３ 回転可能アセンブリ
１５ ランプ
１７ インテグレータ
１９ リレー
２１ たとえばＬＣｏＳなどのパネル
２３ パネル２１の有効領域
２５ 有効領域２３の赤色照明領域（赤色帯）
２７ 有効領域２３の緑色照明領域（緑色帯）
２９ 有効領域２３の黒色領域
３０ 赤色透過フィルタ
３１ 青色透過フィルタ
３３ 緑色透過フィルタ
３５ 不透明細片
３７ 回転可能アセンブリの回転軸
３９ 反射面
４１ 反射面より前の照明システムの光軸
４３ 反射面より後の照明システムの光軸
４５ 外周部
４７ 端部
４９ 内部容積
５１ セグメント
５３ 垂直な縁
５５ 角研磨縁

Claims (8)

1. スクローリング色光帯を生成する装置であって、
   （ａ）回転軸を中心に回転するように構成されているアセンブリであって、前記回転軸に沿って延在し、内部容積、外周部および２つの対向する端部を画成する複数の透過カラーフィルタを含むアセンブリと、
   （ｂ）前記外周部を通過した光を受けて反射し、前記端部の１つから前記光を出射させるために、前記内部容積内に少なくとも部分的に配置され、前記アセンブリが前記回転軸を中心に回転する間、静止状態であるように構成されている反射面と、
   を含むことを特徴とする装置。
2. 前記透過カラーフィルタが、ダイクロイックフィルタであることを特徴とする、請求項１記載の装置。
3. 前記透過カラーフィルタが、互いに実質的に当接することを特徴とする、請求項１記載の装置。
4. 前記透過カラーフィルタが、不透明細片によって互いに分離されていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
5. 前記外周部が、ほぼ円形であることを特徴とする、請求項１記載の装置。
6. 前記外周部が、セグメント化されていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
7. 隣接するフィルタが、かみ合わさるように角研磨縁を具備することを特徴とする、請求項６記載の装置。
8. （ａ）受け取った光から、それぞれ透過光を生成する複数のカラーフィルタを提供するステップと、
   （ｂ）回転軸を中心に実質的な円形経路で前記フィルタを移動させることにより、前記フィルタに、前記回転軸とほぼ垂直である光軸を有する光源の前を繰り返し通過させるステップと、
   （ｃ）前記フィルタによって生成された前記透過光の前記光軸の向きを変え、前記光軸がフィルタを通過しないようにするステップと、
   を含むことを特徴とするスクローリング方法。