JP2005513581A - ビデオプロジェクションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】照明モードでは同程度のスポットライトの特性を有し、かつ高効率で動作するディスプレイを有するビデオプロジェクションシステムを提供する。
【解決手段】本発明は、少なくとも、光をビームに形成するための反射器に結合した光源と、いくつかのセグメントを有するモータ駆動のカラーホイールと、合焦させた光ビームをディスプレイ上に投影するレンズ系と、表示系とを具えたビデオプロジェクションシステムに関するものであり、前記セグメントの少なくとも一部は、赤色、緑色、及び青色用のダイクロイックフィルタであり、前記カラーホイールの回転速度は、コントローラによって変更可能であり、前記表示系は、少なくともディスプレイ、表示コントローラ、及び投射レンズを具えて、このビデオプロジェクションシステムは、ビデオプロジェクションモード及び照明モードを有して、これに加えて、照明モードでは前記カラーホイールが静止して、前記カラーホイールの少なくとも１つのセグメントに、ビーム中の規定位置を与えることができる。

Description

本発明は、少なくとも、光をビームに形成するための反射器（リフレクタ）に結合した光源と、いくつかのセグメントを有するモータ駆動のカラーホイールと、合焦させた光ビームをディスプレイ上に投影するレンズ系と、表示系とを具えたビデオプロジェクション（映像投射）システムに関するものであり、前記セグメントの少なくとも一部は、赤色、緑色、及び青色用のダイクロイックフィルタであり、前記カラーホイールの回転速度は、コントローラによって可制御的に変更可能であり、前記表示系は、少なくともディスプレイ、表示コントローラ、及び投射レンズを具えている。

ビデオプロジェクションシステムは、特に、使用するディスプレイの要求に合わせた構成を有する。

いくつかのディスプレイを有するビデオプロジェクションシステム、特に３つのディスプレイ、及びダイクロイックフィルタを有するビデオプロジェクションシステムは、その高い効率が他のものと区別される特徴であるが、大きな投資を必要とする。このことは特に、３つのディスプレイ、高度な技術の光学系、及び複雑な実装及び投射系の画素単位の厳密な調整に必要な費用によって生じる。

これに加えて、単一のディスプレイのみを有するより廉価なプロジェクションシステムも入手可能である。これらのシステムは通常、比較的単純な光学系を有し、色を時間的に順番に発生し、即ち、赤色、青色、及び緑色の画像を順次投射する。このプロジェクションシステムの欠点は、この方式そのものの性質上、利用可能な光量の約３分の２を投射用に利用できない、ということにある、というのは、所定の時点では、３色のうちの１色しか利用できないからである。このことは、とくにいわゆる「ホワイトシーン（白色画像）」の輝度（ブライトネス）を低下させるので、３色のカラーの順列（シーケンス）に加えて、白色光の特定割合が透過する。

上述した種類のビデオプロジェクションシステムには、従来の光源が発生する光ビームが、反射器及び／または収束レンズと共に用いられることが多い。そして、合焦させたビームが、ビームの経路中に配置した回転するカラーホイール（色円板）に当たって、このホイールが３色のカラー列（カラーシーケンス）を発生する。このカラーホイールは、電気モータによって、およそ3600〜7200rpmの速度で駆動されて規則的に回転して、３色のカラー列を発生する。こうして発生する色が変化する速度は、表示コントローラによって調整及び同期される。このカラーホイールの速度は、従来のコントローラによって、例えば所望すれば連続的に変化させることができる。このカラーホイールの速度変化は、色変化を通常の方法で、例えば50〜60Hzの画像周波数に同期させることによって行う。

このカラーホイールは複数のセグメントを有し、これらのセグメントは、カラーホイールの円周に沿って、互いに隣接して配置され、カラーホイールが回転することによって、各セグメントに次々に光が入射する。これらのセグメントは、例えば、赤色、緑色、及び青色用のダイクロイックフィルタである。これに加えて「白色光」をある割合で投射する場合には、少なくとも１つの透明セグメントを前記カラーホイール上に同じ方法で配置する。

合焦させた光ビームをディスプレイ上に投影するレンズ系は、ビデオプロジェクションシステムのビームの経路中の、次の構成要素である。表示系は、ディスプレイとは別に、少なくとも表示コントローラを具えて、この表示コントローラはとりわけ、カラーホイールの速度の、画像周波数との同期を実現する。ディスプレイから出る光ビームは従来の投射レンズに入射して、これにより、動画あるいはビデオの投射が人間の目に見える、ということが実現される。高輝度の光源は、高度な光学的要求に従うビデオプロジェクションシステムに最も多く用いられる。この関係のビデオプロジェクションに使用可能なランプの種類は、例えば、短アーク・メタルハライド・ガス放電ランプ、キセノン高圧ランプであり、ＵＨＰ（Ultra High Performance：超高性能）ランプも増加している。

回転カラーホイール、及び単一のディスプレイのみを有する廉価なプロジェクションシステムは、原則的に、動作的なビデオプロジェクションモードのみならず、照明モード、即ち、例えば従来のスポットライトで行うように、照明目的で光ビームを放出するモードでも使用可能である。従来のカラー列ビデオプロジェクションシステムを、赤色光での照明用に用いる場合には、緑色及び青色、及び白色列があればこれについては、このディスプレイを「暗」状態に切り換えることになり、これにより、これらの列は照明には寄与しない。この照明モードでは、カラー列ビデオプロジェクションシステムは、同程度の光源を有するスポットライトの輝度を達成しない。

米国特許US 6,113,225 これに加えて、スポットライトは、舞台、スポーツ、及びディスコ照明の分野の高度な要求を満たすものとして知られている。最近のスポットライトは、その技術的構成に関しては、上述したビデオプロジェクションシステムに近くなり、このことは例えば、モータ、カラーホイール、ダイアフラム、及びレンズ系の電子制御、及び例えば静止画像の投射の点である。こうしたスポットライトは、米国特許US 6,113,252より既知である。この特許に記載されているスポットライトは、光源としてランプを有する。このランプのひかりは、反射器によってビームに形成されて、多レンズ（マルチレンズ）集積器によって均質化されて、照射すべき光景（シーン）の像を写したダイアフラムを照明するために用いられる。このダイアフラムは、モータによって規則的に交換することができ、例えば球形の形状を有して、静止画像を生成することができる。マルチカラー（多色）ホイールをビームの経路中に配置して、これらのホイールの位置に応じて、所望のあらゆる混合色を発生することができる。表示可能な色空間を拡大するために、こうしたカラーホイールをいくつか、ビームの経路中に順に配置する。既知のスポットライトでは、動画像及びビデオの投射は不可能である。

本発明の目的は、照明モードでは、特に放射光の輝度に関しては同程度のスポットライトの特性を有し、かつ高効率で動作するディスプレイを有するビデオプロジェクションシステムを提供することにある。

本発明の目的は、照明モードでは、前記カラーホイールが静止して、このカラーホイールの少なくとも１つのセグメントに、ビーム経路中の規定位置を与えることができ、そして前記ディスプレイが、表示コントローラによって少なくとも部分的に「明」状態に切換可能である、ということによって達成される。

回転カラーホイールは、ビデオプロジェクション（投射）モードから照明モードに移行する際に、静止状態にもっていく。このカラーホイールのビーム経路中の規定位置は、カラーホイールを減速させて停止させるか、あるいは静止位置から始動させる方法で実現することができる。技術的に最も簡単な場合では、このことは単に、モータの制御の変化を、軸によって駆動するホイールを位置決めする従来の方法、及び／または既知の装置と組み合わせることのみを必要とする。

本発明による解決法は、単一のディスプレイのみを有するビデオプロジェクションシステムを提供し、このビデオプロジェクションシステムは、その動作機能において、ビデオプロジェクション（投射）モードにおける従来のプロジェクションシステムの主要な特性を、照明モードにおけるスポットライトの主要な特性と組み合わせる。こうして達成される、この新たなシステムのビデオプロジェクションモード及び照明モードにおける多機能用途は、特にプロフェッショナル（職業）ユーザが、例えば、同じ機能及び品質を達成するために今まで必要であった２つのシステムに比べて、投資及び維持コストを減らしたいわゆる「複合装置」の既知の機能を達成することを、廉価販売せざるを得ないことによる性能の大幅な低下なしに可能にする。

本発明の範囲では、カラーホイールまたは少なくともそのセグメントの、ビーム中での規定の位置決めは、常に、光ビームの少なくとも一部がこのビーム中にあるカラーホイールを通過するように行う。

本発明の範囲のディスプレイはすべて、現在ビデオプロジェクション（投射）用に使用可能な既知の電子ディスプレイである。これらのディスプレイは、２つの切換モード、即ち「明」モード即ち光が通過可能なモードと、「暗」モード即ち光が通過不可能なモードを可能にする。これらのディスプレイは、連側的なグレーレベルも提供する。これらのディスプレイは、例えば、シーケンシャルＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶ディスプレイ）か、あるいはテキサス・インスツルメンツ社から提供されるＤＭＤ（Digital Micromirror Device：チップ上に微小鏡を並べたＬＳＩ）システムであり、これらは、光束の範囲がより大きい点で、本発明によるビデオプロジェクションシステムでの使用に特に適している

表示系は、コア要素としてのディスプレイの他に、例えばカラーホイールを画像周波数と同期させるための構成要素のように、満足な動作、及び外部及び／または内部の通信に必要な、既知のすべての構成要素、及びその接続において知られている既知のすべてのインタフェースを具えている。

ドイツ特許DE 38 13421 強い光束を供給可能な光源は、特にキセノン高圧ランプであり、ＵＨＰ（Ultra High Performance：超高性能）ランプ（ドイツ国特許DE 38 13421）も増加している。ＵＨＰランプは、2mm以下の長さのアークで動作可能であり、その結果、光学系内で非常に高い効率を有する。輝度の基準、及びできる限り点光源に近いという基準満たすこととは別に、この種類のランプは、ビデオプロジェクションシステムに的を絞った特性、即ち良好な光スペクトル分布、及び長いランプ寿命全体を通した特性の不変性を提供する。

従属請求項は、本発明の他の有利な好適例に関するものである。

本発明の他の有利な好適例は、所望の混合色の発生に関するものであり、これについては、照明モードでは、合焦させた光ビームが、カラーホイールの２つのダイクロイックフィルタ上に入射するように、カラーホイールを位置決めする。カラーホイールの位置決め、及び従って上述した方法による、カラーホイールの光ビーム中にある部分の位置決めによって、カラーホイールの２つの互いに隣接するダイクロイックフィルタ上に光ビームが入射して、これにより混合色が発生する。

一般的な色理論は、いわゆる有彩色である赤色、緑色、及び青色の混合によって、既知の混合色が生じ、これは白色、灰色（グレー）、及び黒色のような無彩色とは対照的である。クロミナンスはすべての有彩色の特性である。クロミナンスが優勢な度合いによって、有彩色の飽和が決まる。各色が輝度を有する。各色は、これら３つの特性によって、測定及び明確に記述可能である。

使用するカラーホイールが、赤色、緑色、及び青色セグメントに加えて、少なくとも１つの透明セグメントを有することが、さらに好ましい。これにより、ビデオプロジェクションモードにおける既知の利点が達成される。照明モードにおいて、合焦させた光ビームが専ら透明セグメントに入射すれば、「白色光」のみが投射される。光ビームが透明セグメント及びダイクロイックフィルタに入射することによって、異なる飽和の色を発生させることができる。

８つのセグメントを有するカラーホイールを使用すれば特に有利であり、これらのセグメントのうちの６つは、赤色、緑色、及び青色用のダイクロイックフィルタであり、他の２つのセグメントは透明であり、これらの８セグメントは、カラーホイールの円周上に、赤色、緑色、青色、透明、緑色、赤色、青色、透明の順に、互いに隣接させて配置する。各セグメントが２回出現する、こうした８セグメントの不規則な配置は、簡単な方法で発生可能な混合色、及び異なる飽和の色の種類を増加させる。ビデオプロジェクションモードでは、表示コントローラが、この８セグメントの列を適切な方法で考慮に入れなれればならない。

本発明の次の好適例は、検出装置、電子転流モータ、及び／または色測定用センサの代わりに、あるいはこれらと共に、カラーホイールの規定の位置決めを達成するために好適なものと考えられる。

こうした検出装置（「光電バリア」）は、カラーホイール上の、光ビームの通過に利用する部分の外に設けたマークを検出する。前記光電バリアによって検出した信号が、所定の要求値に相当するまで、カラーホイールの位置を、単純な制御ループにもとづいて変化させる。最も簡単な場合には、それぞれの色に相当する位置に異なる大きさのマークを設ければ十分である。

電子転流モータを駆動装置として使用することは、このモータの制御により、非常に正確な位置決めを可能にする。関連する回路が、それぞれの色に対応する要求値を、必要なモータの位置に変換する。これに加えて、三原色に感応する３つのセンサが、発生する光ビームの実際の色の値を測定することができる。それぞれのカラーホイールの、記憶している色構造のデータにアクセスするフィードバック（帰還）回路が、所望の色に調整されるまでカラーホイールを動かす。

合焦させた光ビームの均質性の程度は、集積ロッドを、ビーム中の、カラーホイールとレンズ系との間に配置することによって改善することができる。この配置は、混合色の発生において特に有効である。多くの内部反射が入射光ビームを混合して、集積ロッドの出力側に、混合色を有する均質な照明が達成される

リソグラフィー構造のダイクロイックフィルタを配置したカラーホイールの使用も好適である。これらのフィルタを、今日広範に使用されているカラーホイール上で機械的に相互接続して、これにより、これらのフィルタの相互接続位置は往々にして、所望のビームと干渉し得る端を有する。こうした干渉は、リソグラフィー構造のダイクロイックフィルタによって、最大可能である程度に解消することができ、このダイクロイックフィルタは、例えば高耐熱ガラス（硬質ガラス）上に配置することができる。上述した種類のフィルタは、照明モードにおいて吸収される光を最小限にすることにも寄与する。

赤色、青色、及び緑色にもとづいて得ることのできるすべての色及び混合色が表示可能であるべきである場合には、１つのカラーホイール上、あるいはいくつかのカラーホイール上に配置する赤色、緑色、及び青色用のダイクロイックフィルタの総数は、これら３色の各々が、他の２色の一方に少なくとも１回隣接して配置され、これに加えて、これら３色の各々が、透明セグメントに少なくとも１回隣接して配置されるような数にする。

第２のカラーホイール、あるいはさらなるカラーホイールをビーム中に設けることにより、得られる色、即ち混合色の範囲をさらに広げることができる。

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

１つのディスプレイのみを有する、本発明によるビデオプロジェクションシステムは、ビデオモード及び照明モードの両方において、高効率で動作可能である。このビデオプロジェクションシステムは、既知の、比較的単純な光学系を有し、この光学系は、時系列的に順次発生する色を投射することを可能にする。従来の光源、例えばＵＨＰランプによって発生した光ビームを、ビデオプロジェクションシステム内の反射器（リフレクタ）によって合焦させる。そして合焦させた光ビームが、このビーム中に配置した回転するカラーホイール１に当たって、カラーホイール１が特に３色のカラー列（カラーシーケンス）を発生する。カラーホイール１は、およそ3600〜7200rpmの速度を有する電気モータによって駆動して回転させるが、これに代わる速度範囲も可能である。こうして発生する色変化の速度と、カラーホイール１上の８つのセグメント２の列とを、表示コントローラによって同期させる。カラーホイール１の速度は、従来の、画像周波数の連続制御によって適応可能である。

図１に、カラーホイール１上のセグメント２の配置を図式的に示し、これらのセグメントは、カラーホイール１の円周全体にわたって互いに隣接して分布し、カラーホイール１の回転によって、セグメント毎に順にビームが入射する。６つのセグメント２は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）用のダイクロイックフィルタである。２つの透明セグメント２は、「白色光」の投射用にカラーホイール１上に配置する。

発生可能な色の列は、時計回りに、赤色Ｒ、緑色Ｇ，青色Ｂ、「白色」Ｗ、緑色Ｇ、赤色Ｒ、青色Ｂ、及び「白色」Ｗである。合焦させた光ビームの均質性の度合いは、集積ロッドをビーム中の、カラーホイールとレンズ系との間に配置することによって改善される。多数の内部反射によって入力光ビームが混合されて、これにより、集積ロッドの出力側で均質な照明が得られる。集積ロッドの下流側には、ビデオプロジェクションシステムのビーム中にレンズ系を配置して、合焦させた光ビームをＤＭＤディスプレイ上の画像にする。表示系は、ディスプレイの他に、少なくとも表示コントローラを具えて、この表示コントローラはとりわけ、色変化と画像周波数との同期を実現する。ここでは表示コントローラが、カラーホイールの速度を同期させる信号を与える。ディスプレイを出る光ビームは従来の投射レンズ上に入射して、これにより、動画またはビデオの投射が人間の目に見える、ということが実現される。回転するカラーホイール、及び単一のディスプレイのみを有するプロジェクションシステムは、３つのディスプレイを有するシステムに比べて廉価であり、照明モードでは、例えば従来のスポットライトと同じくらい高効率で動作させることができる。カラー列（シーケンス）ビデオプロジェクションシステムを、赤色光での照明に使用すべき場合には、前記ディスプレイをこれに対応するように切り換えて、前記カラーホイールを、合焦させた光ビームが赤色用のダイクロイックフィルタのみに入射するような位置に静止状態に保つ。

例えば、特定形状のものを照明すべき場合、あるいはテキスト文字または"gobo"とも表わされるサンプルを特定色で表現すべき場合には、照明すべき形状をディスプレイ上に示して、前記カラーホイールを位置決めすることによって、照明用に選定した色に調整する。

従って、この動作モードでは、ビデオプロジェクションシステムが、同じ強度の光源を有するスポットライトと同程度の輝度を達成する。

カラーホイール上のセグメントの配置を図式的に示す図である。

Claims (11)

1. ビデオプロジェクションシステムが、少なくとも、
   光を集中させてビームにする反射器に結合した光源と、
   複数の光透過セグメントを有してモータ駆動されるカラーホイールとを具えて、前記セグメントの少なくとも一部が、赤色用、緑色用、及び青色用のダイクロイックフィルタであり、前記カラーホイールの回転速度が、コントローラによって変更可能であり、
   前記ビデオプロジェクションシステムがさらに、合焦させた前記光ビームをディスプレイ上の画像にするレンズ系と、
   少なくともディスプレイ及び表示コントローラを具えた表示系と、
   投射レンズとを具えて、
   前記ビデオプロジェクションシステムが、ビデオプロジェクションモードのみならず照明モードも有するビデオプロジェクションシステムにおいて、
   前記照明モードでは、前記カラーホイールが静止して、前記カラーホイールの前記セグメントの少なくとも１つに、前記ビームの経路中の規定位置を与えることができることを特徴とするビデオプロジェクションシステム。
2. 前記照明モードにおいて、ビデオシーケンスを前記ディスプレイ上の画像にすることができることを特徴とする請求項１に記載のビデオプロジェクションシステム。
3. 前記照明モードにおいて、合焦させた光ビームが、前記カラーホイールの、１つまたは２つの前記ダイクロイックフィルタ上に入射するように、前記カラーホイールが位置決め可能であることを特徴とする請求項１に記載のビデオプロジェクションシステム。
4. 前記カラーホイールが、少なくとも１つの透明セグメントを有することを特徴とする請求項１に記載のビデオプロジェクションシステム。
5. 前記カラーホイールが８つのセグメントを有して、前記８つのセグメントのうちの、６つのセグメントが赤色、緑色、及び青色用のダイクロイックフィルタであり、２つのセグメントが透明であり、前記８つのセグメントを、前記カラーホイールの円周に沿って、赤色、緑色、青色、透明、緑色、赤色、青色、及び透明の順に、互いに隣接させて配置したことを特徴とする請求項１に記載のビデオプロジェクションシステム。
6. 検出装置、電子転流モータ、及び／または色測定用センサによって、前記カラーホイールに規定の位置を与えることができることを特徴とする請求項１に記載のビデオプロジェクションシステム。
7. 前記ビーム中の、前記カラーホイールと前記レンズ系との間に、集積ロッドを配置したことを特徴とする請求項１に記載のビデオプロジェクションシステム。
8. 前記カラーホイール上に、リソグラフィー構造のダイクロイックフィルタを配置したことを特徴とする請求項１に記載のビデオプロジェクションシステム。
9. 少なくとも第２のカラーホイールを、前記ビーム中に配置したことを特徴とする請求項１に記載のビデオプロジェクションシステム。
10. 赤色用、緑色用、及び青色用のダイクロイックフィルタを、１つまたは複数の前記カラーホイール上に配置するに当たり、これらの３色の各々が、他の２色の一方に少なくとも１回隣接するように配置し、これに加えて、これらの３色の各々が、透明セグメントに少なくとも１回隣接するように配置したことを特徴とする請求項１に記載のビデオプロジェクションシステム。
11. スポットライトとして使用可能であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のビデオプロジェクションシステム。

Images