JP2006527861A - 投影システム - Google Patents

Abstract

少なくとも１つのランプを備え、少なくとも１つのランプによって供給される光束内の変化を検出し、且つ、映像ディスプレイ及び／又は前記ランプの適切な制御を通じて変化を補償するための少なくとも１つのセンサを備える、投影システムが記載されている。投影システムは、ランプによって提供される光の少なくとも一部が結合される光結合器（３）を有し、センサ（５）が前記光結合器内に存在する光度を検出するよう、センサ（５）は光結合器（３）に光学的に結合されている点で顕著である。この光束は多重反射の故に極めて均質であり、しかも、例えば光変調器（４）のような光成分によって引き起こされる輝度の揺らぎによって影響を受けないので、ランプ（１）によって発生する光束内の変化の極めて正確な補償が、センサ信号によって可能とされる。

Description

本発明は映像表示のための投影システムに関し、少なくとも１つのランプと、少なくとも１つのランプによって供給される光束中の変化を検出し、且つ、映像表示及び／又はランプの適切な制御を通じてこれらの変化を補償するための少なくとも１つのセンサとを備える。

１つ又は幾つかの高圧ガス放電ランプ（ＨＩＤ［高強度放電］ランプ又はＵＨＰ［超高性能］ランプ）が投影システム中の光源として一般的に用いられている。これらのランプの利点は、とりわけ、それらが比較的短い放電アーク、よって、極めて小さい照明面寸法を有するので、発生した光の極めて高い割合を、例えば、その焦点に放電アークが位置付けられる反射器を用いて、撮像システムに向け得ることである。それによって反射器の放射特性を所望の理想勾配により接近して近接し得るので、殆ど点形状の光放射の利点を、例えば、スポットライト又は照明目的のような他の用途にも相応して利用し得る。

しかしながら、小さな照明領域は、システムが反射器とランプ又は放電アークとの間の小さな局地的シフトのみの場合にピンぼけさせられ、それによって、放射特性、及び、よって、所与場所における光束が大幅に変化するという危険性を含む。これらのシフトは、具体的には、電極の腐食及びそれらの形状及び状態の付随的な変化に起因する放電アークの急増によって引き起こされ得る。

これは、具体的には、撮像システムの場合において、不快として知覚される発生映像の輝度における干渉揺らぎを引き起し得る。何故ならば、撮像システムに結合される光の割合が相応して変化するからである。

上述のランプは、原理的には、直流及び交流の双方で動作し得る。双方の動作モードは利点及び不利点を有する。交流によって、電極の迅速な腐食は防止され、且つ、ランプの照明効率は増大するが、極性変化の故にアーク放電はしばしば不安定であるので、周期的な輝度の揺らぎ又は映像外乱が発生し得る。しかしながら、直流を用いると、それも排除され得ないので、例えば、中間時間に不規則になる電極間隔の故に、具体的には、動作期間の増大を伴って、アーク放電の不安定さが生じ、それ自体は具体的にはアーク急増の形態で現れ得る。

従って、放電ランプの寿命を通じた最適な無干渉の映像品質を守るよう、提供される光束を監視し、且つ、短期揺らぎ（及び場合によっては長期的光束減少）の適切な補償をもたらすために、双方の動作モードにおいてセンサが設けられるべきである。

具体的には、もし原色の１つが他の原色の輝度と異なる輝度で表わされるならば、或いは、もしディスプレイの特定映像領域中のこの１つの色の輝度がディスプレイの他の領域中の輝度と異なるならば、時間逐次的な色レンダリング方法を用いた色投影システム動作において、放射される光束中の揺らぎは特に不快になり得る。

今日、具体的には次の２つの時間逐次的な色表示方法が区別され且つ利用されている。

第一の方法では、色映像は、三つの基本色（フィールドシーケンシャル色）での、場合によっては四番目の白色映像を加えた全体像の逐次的描写を通じて、ディスプレイ上に生成される。この方法は、現在のところ、例えば、殆どのＤＬＰ（デジタル光処理）投影で用いられている。

第二の方法では、原色が色ビーム又は色ストリップ（スクローリング色）の形態で次から次へとディスプレイ上を走ることから色映像が生成される。この方法は、例えば、本出願人のＬＣＯＳ（シリコン上の液晶）ディスプレイ（Ｓｈｉｍｉｚｕ：「Ｓｃｒｏｌｌｉｎｇ Ｃｏｌｏｒ ＬＣＯＳ ｆｏｒ ＨＤＴＶ Ｒｅａｒ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ」， ＳＩＤ ０１ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ，ｖｏｌ．ＸＸＸＩＩ，１０７２〜１０７５頁，２００１を参照）、及び、ＳＣＲ−ＤＭＤ（逐次的色再捕獲−デジタルマイクロ鏡（Ｄｅｗａｌｄ，Ｐｅｎｎ，Ｄａｖｉｓ：「Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｃｏｌｏｒ Ｒｅｃａｐｔｕｒｅ ａｎｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ：Ａ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｓｃｒｏｌｌｉｎｇ Ｃｏｌｏｒ」， ＳＩＤ ０１ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ，ｖｏｌ．ＸＸＸＩＩ，１０７６〜１０７９頁，２００１を参照）投影ディスプレイによって用いられている。

これらのシステムは、色分離又は色フィルタリングと、三原色を備えた光の発生のためのランプとディスプレイとの間の色成分のための変調器とを含む。色分離及び変調はより多い又はより少ない程度に互いに統合し得る。よって、色フィルタリング及び変調はＳＣＲシステム内の回転フィルタホイールによって遂行され、色フィルタリング及び変調はそれぞれＬＣＯＳシステム内の鏡及びプリズムを用いて行われる。しかしながら、変調が光学系中で大幅な輝度の揺らぎを引き起こすことは全てのシステムに共通である。さらに、様々な色成分に対する従来的なセンサの感度は極めて相違する。このようにして放射経路内に又はディスプレイに配置されたセンサの出力信号中に引き起こされた揺らぎは、ランプ又は映像輝度を制御することに関してこのセンサを無用にする。

加えて、センサはディスプレイに実際に当たる光束に正確に比例する信号を感知するべきである。これは普通保証されず、光の放射経路の外側のセンサの位置のためではなく、且つ、光統合の前の位置のためでもない。

例えば、ドイツ国公報第ＤＥ１０１３６４７４．１号は、ＨＩＤ又はＵＨＰランプを動作するための電子制御回路を開示し、ランプ用の制御されたランプ電流を提供するためのランプドライバと、ランプによって生成される光束を表わすセンサ信号を発生するための輝度センサとを含む。広域又は帯域フィルタがさらに設けられ、それを用いて、センサ信号がフィルタリングされ、次に、ランプ電流を制御するためにランプドライバに供給される。

広域又は帯域フィルタの目的は、揺らぎのみがランプドライバによるランプ電力の積極的な制御で用いられるよう、ランプによってもたらされる長期的な光束の変化、具体的には、ランプ寿命の進行に伴う発光減少を、アーク急増によって引き起こされる短期的な揺らぎから分離することである。

しかしながら、もしセンサ信号が、上記説明されたように、例えば色変調器に起源する輝度の揺らぎによって引き起こされる干渉成分と重ね合わされるならば、そのような積極的な制御（ＬＯＣ−光出力制御）は確実に動作し得ない。

従って、（具体的にはアーク急増の故に）ランプによってもたらされる不要な光束の変化によって引き起こされる映像品質の欠陥を、投影システムの光学成分によって引き起こされる規則的な輝度の揺らぎの存在下でも少なくとも実質的に回避し得る、冒頭段落で述べられたような種類の投影システムことが本発明の目的である。

本発明は、具体的には、不安定なアーク放電が招く発生光束中の揺らぎに起因する映像品質の欠陥を時間逐次的な色表現の使用を用いて少なくとも実質的に避け得る、少なくとも１つの高圧ガス放電ランプを含む投影システムを提供することを特に目的とする。

最終的に、本発明は、具体的には、もし交流で動作される１つ又は幾つかの高圧ガス放電ランプがランプ（複数を含む）として用いられるならば、ランプによってもたらされる不要な光束内の変化が招く色アーチファクトが少なくとも実質的に回避される、時間逐次的な色表現を用いた投影システムを提供することを目的とする。

この目的は、少なくとも１つのランプと、少なくとも１つのランプによって供給される光束内の変化を検出し、且つ、映像ディスプレイ及び／又はランプの適切な制御を通じて変化を補償するための少なくとも１つのセンサと、ランプによって提供される光の少なくとも一部が結合される光結合器とを有し、センサが光結合器内に存在する光度を検出するよう、センサが光結合器に光学的に結合されている、映像ディスプレイのための投影システムを用いて、請求項１に従って達成される。

場合によっては光変調器によって反射されて戻り光結合器の出口面に入射する光成分を含む、光結合器に入射する光は、多重反射によって均質化されるので、発生するセンサ信号は、色変調器の干渉成分又は投影システム内の他の光成分と少なくとも実質的に重なり合わされず、よって、映像表示及び／又はランプを制御するためにそれを用い得る。光結合器の長さの適切な寸法は、干渉成分を受容可能なレベルに、或いは、全く実質的如何なる所望の程度にも削減することを可能にする。

この解決の特別な利点は、そのような光結合器が冒頭段落で述べられた色投影システム内に既に存在することであり、よって、直接的な光路内に如何なる手段も必要でなく、本発明に従った投影システムを比較的小さな追加的出費で実現し得ることである。

さらに、センサは投影システムの光路内に位置付けられず、よって、如何なる感知し得る干渉又はシャドー効果、即ち、光損失も引き起こさない。

最後に、上述されたランプの積極的な制御（ＬＯＣ）のためにも本発明に従って発生するセンサ信号を用い得る。

従属請求項は本発明の有利なさらなる実施態様に関する。

請求項２、３、及び、４の実施態様は、少なくとも１つのセンサを光結合器に光学的に結合する好適な方法に関する。

請求項５及び／又は６に記載の光結合器の特定の領域又は場所における少なくとも１つのセンサの適切な配置又は位置付けは、具体的には、例えば色変調器によって、着色光成分が出口面を介して光結合器内に反射して戻らされる場合に、光度の検出を最適化することを可能にする。

請求項７は、ランプによって提供される光束内の変化を補償する目的のための映像表現の好適な制御に関する。

請求項８に従ったセンサ信号のフィルタリングは、それらの周波数に関して補償されるべき光束内の変化の目的志向の選択をなすことを可能にする。

最後に、請求項９は本発明の原理の好適な用途に関する。

本発明のさらなる詳細、特徴、及び、利点は、図面中に例示的に示される裏付け実施態様の記載から明らかになるであろう。

ＳＣＲ−ＤＭＤディスプレイを備える上記第二方法（スクローリング色システム）によって動作する投影システムを参照して本発明を説明する。そのような投影システムの構造及び動作方法は、引用文献（Ｄｅｗａｌｄ，Ｐｅｎｎ，Ｄａｖｉｓによる「Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｃｏｌｏｒ Ｒｅｃａｐｔｕｒｅ ａｎｄ Ｄｙ ａｎｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ： Ａ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｓｃｒｏｌｌｉｎｇ Ｃｏｌｏｒ」，ＳＩＤ ０１ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ， ｖｏｌ． ＸＸＸＩＩ，１０７６〜１０８９頁，２００１）中に詳細に説明されている。この文献は参照として本記載中に含まれていると考えられるべきである。

図１は、そのような投影システムの照明部分の構造原理を示している。この図面は、少なくとも１つのランプ１と、少なくとも１つの反射器２とを備える光源、並びに、光結合器（ロッド結合器）３を示しており、ランプ１によって生成される光は、反射器２によって形成された光円錐Ｌの形態で光結合器の入射窓３１内に収束する。光結合器３は、入射窓３の反対側に出口面３２を有し、出口面３２に色ホイール４が配置されている。

ランプ１は具体的には高圧ガス放電ランプ（ＨＩＤ［高強度放電］ランプ又はＵＨＰ［超高性能］ランプ）である。

光結合器３は（それが十分に長いことを条件として）均質に分配された光度を出口面３２に局所的及び一時的に発生する。この目的のための光結合器３は、中空空間３４を囲繞する極めて反射的な外装３３を含む。所望の均質な光度分配が出口面で達成されるよう、入射窓３１に結合された光は外装３３に対して多重的に反射し、光成分は色ホイール４で反射によって出口面３２を通じて光結合器３内に反射して返され、光結合器３の十分な長さを条件として、光は均質化される。入射窓によって引き起こされる光損失を最小限化するために、入射窓３１は可能な限り小さくされる。

代替的に、光案内材料、具体的には、ガラス又は適切な合成樹脂の固形の光導波管で光結合器３を構成し得る。

それ自体は既知の色ホイール４が出口面３２に配置されている。色ホイール４（色変調器）は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、及び、透明の塗膜を有し、全ては通時的に反射的であり、それらはアルキメデス螺線のＲＧＢパターンの形態で配置されている。パターンは如何なるときにも１つ又は幾つかの着色螺線が光結合器１０の出口面３２の断面を覆うような寸法にされている。パターンは、色ホイール４が回転するときに、赤色、緑色、及び、青色の間の境界が一定速度で径方向に移動するという特徴を有する。その結果、色ホイール４のＲＧＢパターンは光結合器３の出口面３２の上を実質的に一定の速度で移動する。光損失を回避するために、出口面３２と色ホイール４との間の距離は可能な限り小さいべきである。

色ホイール４によって生成されるＲＧＢパターンは、リレーレンズ（投影光学）を用いて、ＤＭＤディスプレイに向けられる。双方の構成部材は図示されていないが、このディスプレイは制御装置によって既知の方法で制御される。上述のように、色ホイール４の回転は、ＤＭＤディスプレイを逐次的に横断する色ストリップを生成する。最終的に、ＤＭＤディスプレイ上に生成された映像は、レンズを用いて、壁又はスクリーン又は何らかの類似物（図示せず）上に投影される。

少なくとも１つのセンサ５が設けられ、例えば、ランプ電流又は他の影響中の望ましくない変化によって再び引き起こされるランプ１内の放電アークの急増に起因する、ランプの光束内の変化によって引き起こされる映像中の輝度の揺らぎを回避する目的のために、センサはランプのランプドライバ（電源ユニット）６に接続され、光束が減少するときにランプ電流が増大し、且つ、光束が増大するときにランプ電流が減少するよう、センサ５は被検出光度に基づいてランプを制御する。

センサが光結合器３内の光度を検出するよう、センサ５は光結合器３に光学的に結合されている。ここでは、上記説明されたように、光は極めて均質であり、色ホイール４によって引き起こされる輝度の揺らぎの影響を受けない。このように、ランプ１によって発生する光束内の変化を干渉なしに検出可能であり、ランプドライバ６の適切な制御を用いて効果的に補償可能である。

センサ５は、光結合器３内に存在する光を専ら検出するよう配置されるのが好ましい。図１に示されるように、これはセンサ５が外装３３に対して直接取り付けられるという点で達成され得るものであり、外装は、センサ５のために、少なくとも部分的に透過性を有する窓を備える。

さらに、センサ５を光導波管を介して光結合器３の中空空間３４に光学的に接続可能であり、或いは、センサが十分に温度耐性を有することを条件として、センサ５自体を光結合器３の中空空間３４の内部に配置し得る。

図２及び３は、図１からの部分を拡大して示している。ここでは、外装３３及び中空空間３４を備えた光結合器３が詳細に示されている。光源の光円錐Ｌは再び入射窓３１内に向けられているのに対し、光結合器３の他端に、概略的に指し示された赤（Ｒ）、緑（Ｒ）、及び、青（Ｂ）の原色を発生する色変調器が存在する。色変調器は、これらの原色の光成分ＬＲを出口面３２を通じて光結合器３内に反射して返す。

最適化されたセンサ位置を選択するに際しては、色ストリップが光結合器３の出口面３２の上を次々に移動すること、及び、短過ぎる光結合器３の場合、少数の反射の故に、反射して戻った光成分ＬＲが入射窓３１に結合された光Ｌと場合によっては最適に混合されないことが考慮されるべきである。この場合には、センサ信号は色ストリップの周波数内で変動する。

これを回避するために、全ての反射に可能な限り均等に晒されるセンサ位置が選択されるべきである。これは全ての色成分の光線が可能な限り均等な量でセンサに衝突すべきことを意味し、また、もしこれらの光線が光結合器３の出口面３２を横断するならば、色ストリップの移動と一致して。

図２は、例として、この目的のために、光受光ストリップ５１（例えば、ガラス又は合成樹脂製）の形態のセンサ面が光結合器３の外装３３上に設けられることで、ストリップ５１が光結合器３の出口面３２と実質的に平行に延び、且つ、外装３３がストリップ５１の下で光結合器３内に存在する光に対して少なくとも部分的に透過性を有する第一位置付けを示している。ストリップ５１は、光結合器３の全周縁に亘って、或いは、その周縁又はその高さ及び／又は幅の一部のみに亘って延在してもよい。ここでは、ストリップ５１の幅は１つの色周期にほぼ対応するのが好ましい。

この位置にあるストリップ５１は実質的に直接、即ち、光結合器３の外装３３に対する事前の反射なしに反射して戻る光成分ＬＲを受光する。

センサ５固有はストリップ５１に沿った位置に配置され、また、例えば既知の半導体センサであり得るし、或いは、ストリップ５１自体は例えば（シリコン）センサとして構成され得る。

図３は、外装３３上に設けられた光受光ストリップ５１が出口面３２に対して実質的に直交して延在する、即ち、光結合器の長さの少なくとも一部に沿って光結合器３の軸方向に延在する第二位置付けを示している。ストリップ５１の下で、外装３３は再び光結合器３内に存在する光に対して部分的に透過性を有している。ストリップ５１の幅は、色フィルタ及び外装３３に対して反射される光線ＬＲの角度に実質的に依存して決定される。

この位置付けを前提として、ストリップ５１は、光結合器３の外装３３に対する反射後に実質的に反射して戻る光成分ＬＲを受容する。

この場合にも、センサ５固有はストリップ５１に沿った場所に配置され得るし、例えば既知の半導体センサであり得るし、或いは、ストリップ５１自体が（シリコン）センサとして構成され得る。

全ての光成分のより良好な光混合の故に、双方の場合に、光受光ストリップ５１の使用は光のカップリングアウトを向上する。

一般的に言って、光結合器３がより長くなるに応じて、センサ配置及び位置付けがより非重要になるのは事実である。

センサ配置の利点は、光結合器３の出口面３２での局所的且つ一時的な光度の均質性も向上されることが可能であり、それによって、ランプが一定の光束をもたらす時間間隔の間も同様である。このようにして、映像品質の全体的な向上が得られる。

そこに記載される輝度センサが本発明の方法で配置されたセンサと置換されるとき、本発明の原理を、引用されたドイツ国公報第ＤＥ１０１３６４７４．１号から既知のＨＩＤ又はＵＨＰランプを動作するための電子回路とも有利に組み合わせ得る。

上述の実施態様において、ランプによって発生する光束内の変化を補償する映像ディスプレイの制御は、センサ信号がランプドライバ６に適合されるという点で、ランプ電流の制御（及びよって映像輝度の制御）を通じて行われる。

しかしながら、代替的に、或いは、それに加えて、センサ信号によって電気的に制御可能であり、且つ、ランプとディスプレイとの間の放射経路に（追加的に）導入される光学フィルタを用いて、及び／又は、センサ信号に依存してディスプレイ上の映像表現の輝度に影響を与える、因子の形態の階調マスクを用いて、映像の輝度を変えることも可能である。

ＤＬＰシステムで用いられる極めて速いディスプレイに特に適する、これらの２つの代替的な輝度制御は、ドイツ国公報第ＤＥ１０２２０５１０．８号に詳細に記載されている。この刊行物は参照としてこの開示の一部を形成するものと見做されるべきであり、よって、それは以下に詳細に議論される必要はない。

本発明の原理は、そのようなシステムの用途及び構造が光経路の少なくとも一部における対応する光結合器の使用を可能にする限り、それ自体は光結合器を含まない照明システムにも適用可能であることが明らかである。

第一センサ位置を備えるＳＣＲ投影システムの本質的な構成部材を示す概略図である。 第二センサ位置を備える、図１からの詳細を示す概略図である。 第三センサ位置を備える、図１からの詳細を示す概略図である。

Claims (9)

1. 少なくとも１つのランプと、
   該少なくとも１つのランプによって供給される光束内の変化を検出し、且つ、映像ディスプレイ及び／又は前記ランプの適切な制御を通じて前記変化を補償するための少なくとも１つのセンサと、
   前記ランプによって提供される光の少なくとも一部が結合される光結合器とを有し、
   前記センサが前記光結合器内に存在する光度を検出するよう、前記センサは前記光結合器に光学的に結合されている、
   映像ディスプレイのための投影システム。
2. 前記センサは、前記光結合器の外装に配置され、該外装は、前記光結合器内に存在する前記光に対して少なくとも部分的に透過性を有する窓を有する、請求項１に記載の投影システム。
3. 前記少なくとも１つのセンサは、前記光結合器の内側に配置されている、請求項１に記載の投影システム。
4. 前記少なくとも１つのセンサは、光導波管を用いて、前記光結合器に光学的に結合されている、請求項１に記載の投影システム。
5. 前記少なくとも１つのセンサは、前記光結合器に対向して或いは前記光結合器の内側にセンサ面を有し、該センサ面は、前記光結合器の出口面と実質的に平行に延びる、請求項１に記載の投影システム。
6. 前記少なくとも１つのセンサは、前記光結合器に対向して或いは前記光結合器の内側にセンサ面を有し、該センサ面は、前記光結合器の出口面に対して実質的に直交して延びる、請求項１に記載の投影システム。
7. 前記映像表現の制御が、前記少なくとも１つのセンサの出力信号がランプドライバに供給されるという点で行われる、請求項１に記載の投影システム。
8. 前記少なくとも１つのセンサの出力信号は、所与の周波数で発生する、前記ランプによって発生する光束内の変化を補償するために、フィルタを用いてフィルタリングされる、請求項１に記載の投影システム。
9. ディスプレイ上での原色の時間逐次的な発生を通じたカラー映像表現は、前記少なくとも１つのセンサが光学的に結合された前記光結合器を有する、請求項１に記載の投影システム。

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