JP3280984B2 - 走査の向上した単一パネルカラー像投影システム - Google Patents

走査の向上した単一パネルカラー像投影システム

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、暗バンドによって分離された第１、第２及
び第３カラーバンドの光源と、 入力ビデオ信号に応じて、当たる光を調整する単一ラ
イトバルブと、 前記カラーバンドのそれぞれが一度に存在する前記ラ
イトバルブの両端間で前記光のバンドを順次移動させる
手段と、 当たる光バンドの色に対応する像情報によって前記光
バルブ手段の一部をアドレス指定して、前記入力ビデオ
信号により光バンドの光を調整する手段と、 調整された光のバンドを対面表面上に投影する手段と
を具えるカラー像投影システムに関するものである。
像という用語を広く解釈する必要がある。それは、ビ
デオ画像、グラフィックデータ又は位相の結合を含む。
このようなシステムは欧州特許明細書第0492721号から
既知である。
このシステムでは、強力な白色光源例えばアークラン
プからの光を集束し、ダイクロイックフィルタを用いて
原色−赤色、緑色及び青色に分離する。色分離された光
は、各光源が「垂直」方向で狭く、「水平」方向で広く
なって現れるように隣接して配置した三つの光源を形成
するようになる。それぞれが透過ライトバルブパネルの
後方に位置すべき色のうちの一つである光の三つのバン
ドを発生させるために、走査光学系が用いられる。TFT
アドレス指定される捩じれネマチックLCDパネルにこの
配置を適用する場合に特に有効であることが知られてい
る。走査光学系により、照明のバンドがLCDパネルの両
端間で移動するようになる。バンドがパネルの活性区域
の「頂部」全体に亘って通過すると、この色の光のバン
ドがパネルの「底部」に再び現れる。したがって、パネ
ルの両端間で３色が連続的に掃引される。
各色がパネルの画素の所定の行全体に亘って通過する
前に、所定の色に対する適切な情報を用いてこの行をア
ドレス指定する。これは、パネルの各行が表示すべき各
ビデオフィールドに対して３回アドレス指定されること
を意味する。これは、パネルアレイに対して余分なアド
レスラインを用いるとともに水平方向の行を並列に書き
込むことにより、又は三つの個別の行をフィールド速度
の３倍で順次書き込むことにより達成することができ
る。個別の行に書き込むべき情報を、表示される像の一
部の色成分に対して割り当てる必要がある。
単一ライトバルブパネルを通過する利用しうる赤色、
緑色及び青色の大部分を同時に使用することは現システ
ムの重要な特徴である。このシステムは、少なくとも同
一パネル技術を用いる三つのパネルシステムの光効率に
匹敵する光効率を有する。単一パネルのみを使用するこ
とにより像を機械的に収束する必要がなくなり、これに
加えてシステムコストが低減する。さらに、ダイクロイ
ックフィルタに結合するビームを必要とせず、これによ
りさらにコストを低減することができる。
隣接して配置された三つのプリズムを用いる場合、暗
バンドの相違する幅が、プリズムが走査する際に位相調
整することにより得られ、したがって色間の時間間隔を
変動させることができる。変動される間隔にすることに
より、立上がり時間及び立下がり時間が各色に対して同
一でない所定のタイプのライトバルブ（特にLCD）をよ
り有効に調整することができる。したがって、例えば色
のそれぞれの間を等しい5msec間隔とする代わりに、向
上した配置では、一例として赤色バーに対しては8msec
を、緑色バーに対しては4msecを、青色バーに対しては3
msecを許容することができる。これにより赤色の透過効
率が向上し、したがって臨界的な混合色（すなわちフレ
ッシュトーン）の場合特により色純度が高くなり、この
ようにして構成された単一パネル投影器の全体に亘る透
過が向上する。等しくない時間間隔のパネル表面の両端
間の３色をアドレス指定する他の装置を、位相回転プリ
ズム、ミラー、測角又は回転ダイクロイック又はフィル
タのような本発明に応じて利用することもできる。等し
くない間隔で走査する干渉計のような電子的に制御され
る装置を使用することもできる。この機構により色バラ
ンスも調整することができる。
欧州特許明細書第0492721号のシステムでは、ライト
バルブの表面の両端間のカラーバンドを走査する機構
は、３色全てを走査するのに用いられる４側面プリズム
である。向上した走査配置は欧州特許明細書第060166号
に記載され、この配置では、向上した走査線形性は、単
一プリズムの代わりに一つがそれぞれの色に対する三つ
の４側面プリズムを使用することにより達成される。
本発明は、３色のそれぞれの走査を所定のライトバル
ブの相違する色に対して相違する緩和応答時間を適合す
るようにし、その結果ビデオ像の色純度を向上させ、さ
らに色バランスを変えることができるようにすることを
目的とする。このシステムは、前記移動手段は、少なく
とも一つの前記第１、第２及び第３カラーバンド間の暗
バンドのサイズを他の暗バンドのサイズと相違するよう
にする手段を含むことを特徴とするものである。
本発明をさらに理解するために、図面を参照して以下
詳細に説明する。
図１は、単一パネルカラー投影システムの光学系の側
面図である。
図２は、この系の色分離及び走査機構の側面図であ
る。
図３は、ライトバルブのドライバのダイヤグラムであ
る。
図４は、ライトバルブを駆動するビデオ信号の処理の
ダイヤグラムである。
図５及び６は、向上した走査の一様性を提供する側面
図及び正面図をそれぞれ示す。
図７は、図５及び６の走査系の上面図であり、ダイク
ロイックミラーの入力系及び出射補正レンズを示す。
図８及び９は、走査プリズムの他の実施の形態の断面
図である。
図10は、４側面プリズム、６側面プリズム及び８側面
プリズムの走査の非線形性のプロットである。
図11は、図５〜７の走査配置によりライトバルブの表
面の両端間の種々のカラーバンドの移動を示す。
図12A及び12Bは、本発明による色間隔を変動させるこ
とができるプリズムの例の側面図及び正面図を示す。
図13は、図12A及び12Bの走査配置によりライトバルブ
の表面の両端間の種々のカラーバンドの移動を示す。
図14は、割合に応じて決められた間隔のカラーバンド
を走査する第２手段の線形図である。
図15は、図14の走査配置のアクチュエータの時間に対
する電圧のプロットである。
図16は、軸線が相違するように配置したプリズムを用
いて割合に応じて決められたカラー間隔を発生させる他
の走査配置を示す。
図１は、光ボックス10と、光を赤色、緑色及び青色の
バンドに分割するダイクロイックミラー12の系と、RGB
バンドを走査する回転プリズム14と、遅延レンズ16,18
と、ビデオ信号が供給されるライトバルブ20と、投影レ
ンズ22とを含む単一パネルカラー投影ビデオディスプレ
イの光学系の一般的な概観である。光ボックス10は、キ
セノンアークランプのような任意の適切な高強度タイプ
のランプ24と、楕円レフレクタ25とを含む。ランプ出力
は、赤外光を通過させる間可視スペクトル中の光を反射
するように作用する「コールド」ミラー26に指導され
る。ミラー26は光をランプ24から90゜の角度に反射する
とともに、光ビームを加減するよう作用する一連の光学
レンズ（図示せず）にこの光を指導して、開口28を介し
て光ボックス10から出射する一般的に一様な矩形ビーム
の形態にする。光ボックス10は、紫外放射を吸収する素
子及び冷却ランプ24を含んでもよい。ランプ24は好適に
は、結像を容易にするとともに輝度を増大させる短アー
ク長を有する。
図２に詳細に示すように、開口28から出射する光ビー
ム30はダイクロイックミラー12に指導される。ダイクロ
イックミラー系12は、ビーム30を赤色、緑色及び青色の
個別のビームに分割するように作用する。ダイクロイッ
クミラー系12は、ビーム30の緑色光成分のみを通過させ
るとともに赤色光成分を上方のミラー36に反射するとと
もに青色光成分を下方のミラー38に反射する中央に配置
された交差したダイクロイックミラー32,34を含む。
（ダイクロイックとすることもできる）上方ミラー36
を、当たる光の赤色成分を反射するように構成及び配置
し、下方ミラー38は、当たる光の青色成分のみを反射す
る。したがって、ミラー32,34,36及び38の系は、ビーム
30を、垂直アレイの形態で配置した赤色成分、緑色成分
及び青色成分に分割するように作用する。垂直孔プレー
ト40は、赤色ビームが最も上に、緑色ビームが真ん中
に、青色ビームが最も下になるように出射するRGB光ビ
ームを矩形にするようにも作用する垂直方向に配置した
三つ矩形孔42,44,46を含む。
孔プレート40を出射した後、赤色ビーム、緑色ビーム
及び青色ビームは、回転プリズムアセンブリ14の形態の
光学走査機構に当たる。プリズムアセンブリ14は、四つ
の等しい平坦側面（すなわちその断面が正方形。）を有
するプリズム部材50を含み、このプリズムアセンブリ
を、ビデオ信号に同期してライトバルブ20を駆動するモ
ータ（図示せず）により中央の長手方向軸線の回りで回
転させる。回転プリズム部材50の動作により、走査すべ
き色の赤、緑及び青バンドを屈折によって下方（又は上
方）に順次発生させる。順次走査されるRGBバンドは遅
延レンズ16,18によりライトバルブ20に指導させる。レ
ンズ16及び18は、孔42,44,46からの光をライトバルブ20
で結像する（４×１比の）アナモフィック結像系を構成
する。したがって、透過LCDとしたライトバルブ20の矩
形活性表面は、矩形の赤色、青色及び緑色バンドの順次
の走査を被る。LCDパネル52は、LCDパネルの種々の部分
に当たる色の所望の入力ビデオ情報に応じてLCDパネル
に当たる光を加減する。その後、順次の光バンドが加減
されたビデオは投影レンズアセンブリ22により投影スク
リーンのような適切な対面表面上に投影される。
光学系の走査線形性を、回転プリズムの表面を図２の
破線表面62に示すような円筒状の凹部にすることにより
著しく向上させることができる。凹部の好適半径を、プ
リズムの隣接する光学ファセット間の長さが2.4インチ
の場合には10インチの目安とする。最大投影器パフォー
マンスに対して、凹面を用いるのが好適である。負円筒
面を、直接製造（研削）又は通常のプリズムの４面上に
平凹円筒レンズを接合することにより達成することがで
きる。このような対向するレンズの屈折率を異常に高く
する必要はないが、プリズムのバルクの屈折率を高くす
る（Ｎ＞1.6）必要がある。屈折率が非常に低い場合、
あるファセットを通過しない光が隣接するファセットに
出射する。このような事態が生じると、全反射（TIR）
が発生し、出射光の最終方向は通常の光に対して適切な
方向とならない。
装置の電子技術では、個別の赤色（Ｒ）信号、緑色
（Ｇ）信号及び青色（Ｂ）信号が、当業者には既知の適
切な（放送、ケーブル、直接）入力源から得られる。し
かしながら、順次のカラーバンドに応じてライトバルブ
20を駆動するために、所定のビデオ信号処理が必要であ
る。並列なRGB信号を、例えば赤色信号からビデオフィ
ールドが1/3遅延した緑色信号及び緑色信号からビデオ
フィールドが1/3遅延した青色信号の直列ストリームで
直列化する必要がある。その後、この直列ストリーム
を、列ドライバ及びライトバルブ20の幾何配列に順応す
るように処理する必要がある。例えば、四つの列ドライ
バの場合、四つの並列なビデオ信号とする必要がある。
この信号処理は、LCDディスプレイを駆動するのに通常
使用される方法と相違する方法で駆動されるライトバル
ブのドライバを利用する。しかしながら、同数及び同タ
イプのドライバを使用し、その結果ライトバルブの幾何
配置を通常のビデオディスプレイに使用されるものに比
べて基本的に変える必要がない。
図３は、薄膜トランジスタ（TFT）LCDアレイ上の行列
ドライバの一般的な表現である。このようなディスプレ
イの技術では既知のように、１行中のTFTの全てが行ド
ライバR1,R2,R3のうちの一つにより共通ゲートラインを
介して同時にターンオンされると行が順次アドレス指定
される。行中の個々の画素は、図３に図示したように配
置しうる一連の列ドライバによって駆動される。LCDア
レイを、ドライバ１及び３を奇数番号の列の画素に接続
するとともにドライバ２及び４を偶数番号の列の画素に
接続するようにレイアウトする。基本的には記憶装置と
する行ドライバは、入来ビデオ信号をサンプリングする
とともにサンプリングされた値を各メモリセルに記憶さ
せる。
基準モノクローム動作では、列ドライバが順次ロード
される。ビデオラインの最初の半分の間、ドライバ１は
全ての奇数画素値を受信し、同時にドライバ２は全ての
偶数画素値を受信する。ドライバ３及び４は、ラインの
次の半分の間各値を記憶する。ビデオラインが完全に書
き込まれた後、ドライバの出力は、対応する行が動作す
ると同時にイネーブルされ、その結果パネル上の特定画
素行にビデオ情報が「ダンプ」される。全LCDアレイ
は、順次のビデオライン1,2,3,4,…,478,479,480のビデ
オフレームごとに一回このようにして「再プログラム」
される。
図示したシステムでは、LCDアレイをプログラムする
必要がある相違するシーケンスが要求される。３色のバ
ンド赤、緑及び青がパネル全体に亘って垂直に走査す
る。これを実現するために、１ビデオフレーム中で各行
は、最初に赤の光バンドによって、次に緑の光バンドに
よって、最後に青の光バンドによって照明される。特定
行のプログラムを、例えば緑色光バンドがこの行に到達
する前だが赤色光バンドが通過した後に緑色値がロード
されるように実行する必要がある。三つ全ての色バンド
は、一つの規則的なビデオライン中に３行をプログラム
する必要があるときは常にパネルを照明する。列ドライ
バ配置では１行より多くを同時に独立してプログラムす
ることができないので、この動作を順次行う必要があ
る。
重複走査なしで完全に線形的に走査する等しい間隔が
置かれたカラーバンドであり、フレームごとに540行
（ビデオライン）である場合には、LCDパネルのプログ
ラミングは、以下のシーケンス（Ｒ＝赤、Ｇ＝緑、Ｂ＝
青、（XX）＝行番号）で実行される。
Ｒ（１）,G（151）,B（301）,R（２）,R（152）， Ｂ（302）,R（３）…Ｒ（150）,G（300）,B（450）,R
（151）,G（301）,B（１），… プログラミングにより、カラーバンドがパネル全体に
亘って移動するようにカラーバンドを追跡する。番号
は、赤色ビデオ情報が緑色から150ラインすなわちフレ
ームの1/3遅延し、順に緑色は青色からフレームの1/3遅
延していることも示す。
この場合、プリズム14が回転するとカラーバンドが非
線形走査され、及び／又は、重複走査により二つのビデ
オ信号のタイミングを発生させ、シーケンスが、カラー
バンドの走査速度及び空間分離の変化を調整するように
加減する。これを、（存在する行ドライバ配置に対す
る）パネル上の各位置に応じて各色のシステムクロック
を変え、ビデオの「ブランキング」時間を変化させ、又
は（LCDパネル行の任意アクセスプログラミングを要求
する）非線形動作を考慮するラインシーケンスを変える
ことにより達成することができる。図４は、RGB信号の
信号処理を線図的に示す。信号のそれぞれはA/Dコンバ
ータ62,64及び66に入力され、その結果信号処理はデジ
タル形態で行われる。その後、Ｒ信号は、赤色時間を時
間τ１遅延させる第１遅延線68に入力される。Ｇ信号
は、緑色信号を時間τ２遅延させる遅延線70に入力さ
れ、青色信号は、青色信号を時間τ３遅延させる遅延線
72に入力される。時間τ1,τ２及びτ３を、パネルの各
カラーバンドの位置及び走査速度に応じて選択する。走
査が完全に線形的に行われない場合、これら遅延時間は
当然、１ビデオフレーム中完全にかつ相互に変化する。
次いで、信号は、遅延回路68,70,72の出力のそれぞれ
を順次選択するスイッチ74を通過し、その結果スイッチ
74の出力は、例えば上記シーケンス中のビデオラインの
画素を有する直列ストリームとなる。その後、後に説明
するように、直列的に遅延されたストリームをライトバ
ルブに供給する切替機構に入力する。
フィールド速度を実際に３倍に増大すると、存在する
列ドライバの速度能力を超える。追加のデマルチプレク
サ及びバッファを使用して、四つの独立した並列信号を
用いる列ドライバをプログラムする。これら信号のそれ
ぞれは、全速度の1/4のみのデータ速度しか示さない。
ビデオストリームはスイッチ76を通過して、ビデオス
トリームを第１及び第２ストリーム78,80に分離する。
スイッチ76は、ビデオストリームを各ラインの第１及び
第２の半分に対応する半分に分割するように操作され
る。その後、スイッチ76の出力はライン78を介してスイ
ッチ82に接続される。このスイッチ82は、偶数及び奇数
画素に分離するような速度で操作される。奇数画素は、
例えば120画素（１ラインの1/4）を保持するバッファメ
モリ84に指導され、その後バッファメモリ84の出力はD/
Aコンバータ86に出力され、この出力は図３に示すよう
な列ドライバ１に順に指導される。偶数画素ストリーム
は、バッファメモリ88及びD/Aコンバータ90に指導さ
れ、その後図３の列ドライバ２に指導される。ライン80
によって搬送されたビデオラインの第２の半分は、奇数
／偶数スイッチ92により奇数画素をバッファ94及びD/A
コンバータ96を介して列ドライバ３に指導することによ
って同様に処理される。偶数画素を、バッファ98及びD/
Aコンバータ100を介して列ドライバ４に指導する。
他の多数の素子を上記光学系に代用しうることに注意
すべきである。ライトバルブの表面の両端間の順次赤
色、緑色及び青色バンドを供給しうる他の素子の配置を
利用することができる。例えば、単一白色光源以外に、
それぞれがほぼ赤色、緑色及び青色の三つの光源を走査
機構と共同して使用することができる。同様に、例え
ば、ダイクロイックミラー系12及び回転プリズム50を、
カラーフィルタの回転輪又はカラーフィルタの回転ドラ
ムに置き換えることができる。ダイクロイックミラー系
12を屈折プリズムに置き換えることができ、回転プリズ
ム50をポリゴンミラー系に置き換えることができる。走
査方向を垂直にする必要はなく、（適切なライトバルブ
信号処理により）水平又は斜め方向にすることもでき
る。
本発明を、透過又は反射LCD、強誘電体装置、変形ミ
ラー等のような任意のタイプの既知の電子ライトバルブ
とともに利用することができる。さらに、光路を、図示
したように直線にすることも、よりコンパクトな配置で
折り曲げることもできる。ライトバルブを直視システム
に利用することもできる。所定の用途では、三つのバン
ドシステム以外の二つのカラーバンドを使用することが
できる。ライトバルブには、LCDの各画素が赤色、緑色
及び青色画素に調和する種々の点に存在する際に、通常
のビデオ速度の約３倍で切り替わるような十分な切替速
度を有することが要求されている。LCDの応答時間を迅
速にするためには、パネルを加熱し、低粘性液晶材料と
し、強異方性材料とし、及び／又は、液晶材料層をより
肉薄にする技術が用いられている。これらの技術を任意
に組み合わせて用いてもよい。
システムを走査する既に説明したカラーバンドは、比
較的高い屈折率のガラスの４側面プリズムを用いる。し
かしながら、この用途の十分なサイズのガラスプリズム
は非常に重く、大きな回転慣性量を有し、したがってプ
リズムを回転させるために比較的強力なモータを必要と
する。最近はPMMAのような光学プラスチックが使用され
はじめている。これらプラスチックはガラスより軽量で
あり、廉価に大量生産しうるよう成型できる。さらに、
このようなプラスチックを成型することができるので、
光学ガラスプリズムに用いられる従来の研削又は研磨技
術を用いる場合に比べてより複雑な形状を形成すること
ができる。向上した走査一様性を有するシステムを走査
するカラーバンドを以下説明する。
図２に示すように、３色は、垂直に配置された孔42,4
4,46を介して孔プレート40から出射する。しかしなが
ら、図２に示すように真ん中のカラーバンド（緑色）の
みが走査プリズム14の回転軸線上に配置され、上方（赤
色）バンド及び下方（青色）バンドは軸線から外れてい
る。垂直配置のために、相違するカラーバンドはプリズ
ムに対して位置を変える。この動作により、色が重複
し、又は隣接する色の間のギャップが大きくなるおそれ
がある。この非一様性を補償するとともにライトバルブ
を適切にアドレス指定するのは困難であるので、色純度
が妨げられるおそれがある。図５〜７に図示した走査シ
ステムにより、ライトバルブの両端間の色のそれぞれを
同一走査し、これにより色純度を維持する。
図５〜６からわかるように、単一４側面回転プリズム
14を、密接して配置した三つの小幅プリズム110,112,及
び114に置き換えた。各プリズム110,112,114は単一色の
みに作用し、それぞれを、回転軸線113に沿って回転す
るように同軸上に載せ置き、次のプリズムに対して30゜
位相シフトする。図７に示すように、投影ランプからの
入力白色光は、ダイクロイックミラー116,118及び120に
より３色に分割される。入来白色光は最初に、プリズム
110の前方に載せ置かれたミラー116に当たる。ミラー11
6は青色光をプリズム110に反射するとともに他の色の光
を通過させる、次に、ミラー116を通過する光は、緑色
光のみをプリズム112に反射するミラー118に当たる。最
後に、ダイクロイックミラー118を通過する光は、赤色
光のみを反射するダイクロイックミラー120に当たる。
各プリズム110,112,114を、先行するプリズムに対して
回転位相を30゜進めているので、出力光は、連続的に掃
引した上方の青のバンド、真ん中の緑のバンド及び下方
の赤のバンドからなる図６に示すようになる。プリズム
の配置により、各色のそれぞれの走査が一様になる。プ
リズム110,112及び114を、ガラスで形成してこれらを接
合することにより個別に製造することができ、又は、PM
MAのような光学プラスチックで形成する場合には、単一
ユニットとして成型することができる。
図６に示すように、３色バンドのそれぞれを垂直方向
に適切に「スタック」することができるが、互いに水平
方向にオフセットさせる。光出力を最大に利用するため
に、カラーバンドのそれぞれも水平に整列させる必要が
ある。水平整列を、プリズム110,112及び114の出力部に
それぞれ配置された補正レンズ124,126及び128によって
達成する。図７に示すように、補正レンズ124及び126
は、偏向されない（がレンズ128によって集束された）
中心のビームとともにLCDパネル130（すなわち伝達光学
系）に向かうように、最も外側のビームを内側に偏向す
るように作用する。したがって、水平配置及び一様な垂
直走査をこの配置によって達成することができる。これ
は光を最大に使用するとともに、系の光効率を最大に増
大させる。
走査の一様性に加えて、走査の線形性を、４より多い
数の側面を有する図８及び９に示すようなプリズムの走
査を使用することにより達成することができる。これら
プリズムは８側面（図８）及び６側面（図９）を有す
る。図10に示すように、多数の側面を有するプリズムに
より走査エラーが低減され、最大線形性に接近しはじめ
る（完全な線形性を完全な平坦ラインとして示す。）。
図10において、垂直軸線は線形性からの偏差の量を表
し、水平軸線は、中央（０）から各プリズム面の走査の
頂部までの回転を表す。ライトバルブを、これらプリズ
ムによって生じた追加のカラーバンドを調整するように
プログラムする。さらに、これら多数の側面を有する走
査プリズムを、ライトバルブの両端間のカラーバンドを
非常に正確に走査するよう隣接して配置した三つのプリ
ズムに使用することもできる。
図11は、図５〜７に図示した３プリズム走査機構によ
るライトバルブ210の表面の両端間のカラーバンドの走
査を示す。図11に示すように、三つの全ての原色（赤
色、緑色及び青色）を、ライトバルブ210の面の両端間
のカラーバンドの形態で走査する。しかしながら、ライ
トバルブ210の画素の任意の単一ラインは、同時にそれ
に供給される単一色のみを有する。赤色のバンド212
は、図11に示すように下方に掃引される。赤色バンド21
2には暗「ガード」バンド214が続き、すなわち赤色バン
ド212と緑色バンド216との間にスペースが存在する。同
様に、ガードバンド218が緑色バンド216に続き、これは
青色バンド220に先行する。赤色バンド212が下方で掃引
されてライトバルブ210の底部を通過すると、他の赤色
バンドがライトバルブの頂部に現れて一連のカラーバン
ド及びガードバンドが繰り返される。図11に示すよう
に、通常モードでは、隣接する色の間のガードバンド21
1,214,218は等しい。正規のビデオ速度では、ライトバ
ルブの両端間の全てのカラーバンド及びガードバンドを
走査するサイクル時間を15msとする。したがって、任意
のカラーバンド及び隣接するガードバンドがライトバル
ブの任意の単一ラインを通過するのに5msのみ割り当て
られる。
上記走査機構のうちのいずれかを、図11の走査を創成
するのに使用することができる。図５〜７の配置では、
走査装置は、隣接して同軸上に載せ置かれた三つの４側
面プリズムからなる。プリズム114は赤色光のみに作用
し、プリズム112は緑色光のみに作用し、プリズム110は
青色光のみに作用する。既に説明したように、各プリズ
ムを他のプリズムに対して30゜位相シフトする。各プリ
ズムからこのように出射されるカラーバーを等間隔（dR
＝dG＝dB）で配置する。したがって、プリズム110,112
及び114が回転すると、カラーバンドは、等時間間隔で
パネル上の同一スポットを通過する。しかしながら、こ
のようにカラーバンドを等間隔にしても、多くのタイプ
の液晶ライトバルブの緩和応答性には適合しない。
本発明によれば、特定の波長（色）のライトバルブの
緩和応答時間に対する色間の時間間隔を割合に応じて変
化させることによって透過効率が上がるとともに、色純
度がより向上する。例えば、捩じれネマチック液晶ライ
トバルブに対して、３原色のそれぞれに対する緩和時間
（ｔ）（すなわち交差する偏光子間でLCDが10％から90
％透過するのに要する時間）を、ｔ（red）＞ｔ（gree
n）＞ｔ（blue）となるように相違させることを示すこ
とができる。したがって、相違する照明の色に対してLC
Dの相違する緩和時間に適合させうるように走査機構を
設計する場合、パフォーマンスが増強される。
割合に応じて変化するカラー間隔を満足するととも
に、相違する波長（色）に対する液晶の等しくない応答
を補償するために、三つの色を走査するのに使用される
三つのプリズムの面の間の位相角を変えるだけでよい。
図12A及び12Bに示すように、この場合も三つの４側面プ
リズムを使用し、プリズム222は赤色光のみに作用し、
プリズム224は緑色光のみに作用し、プリズム226は青色
光のみに作用する。赤色光用プリズム222を緑色光用プ
リズム224に対して30゜位相回転するが、青色光用プリ
ズム226を緑色光用プリズム224に対して20゜位相回転す
る。出射したカラーバーがもはや等間隔に配置されない
ように、青色光用プリズム226を赤色光用プリズム222に
対して40゜配向する。この位相調整に、図８及び９に図
示したプリズムのような４より多い数の側面を有するプ
リズムを用いることもできる。
図12a及び12bの走査配置によって生じたカラーバンド
間の間隔を図示する図13を、図５〜７の配置の走査を図
示する図11と比較する。図13に示すように、青色バンド
220と緑色バンド216との間の間隔（分離）（dB）は、緑
色バンド216と赤色バンド212との間の間隔（dG）よりも
小さく、かつ、緑色バンド216と赤色バンド212との間の
分離（dG）は、赤色バンドと青色バンドとの間の分離
（dR）よりも小さい（すなわちdR＞dG＞dB）。カラーバ
ンド212,216,220のそれぞれの持続時間（サイズ）は図1
1と同一のままであり、これらカラーバンドの間の間隔
（ガードバンド211'214'218'）が変わる。図12A及び12B
のプリズムが回転すると、カラーバンドは等しい時間間
隔でパネル上の同一スポットを通過しない。各波長
（色）に対するライトバルブ応答時間を補償するために
位相角（プリズムの面間の角度）を適切に調整すること
により、各色の透過を最適にするとともに色純度を向上
させる。その理由は、赤色バーと青色バーとの間の間隔
dRが大きくなるとLCDの立上がり時間ｔ（red）が短くな
るように調整されるからである。同様に、緑色と青色と
の間の間隔dBが短くなることは色純度に対して悪影響が
及ぼされる。その理由は、立下がり時間ｔ（blue）はｔ
（red）のほぼ２倍速いだからである。
図14は、割合に応じて変化するカラー間隔を満足する
他のシステムを図示する。このシステムは白色光源230
及びライトバルブ232からなる。光源230から出射した光
は、３セットの旋回心軸回りで動くダイクロイックミラ
ーに当たる。これらミラーは、光源230の白色光を３色
（赤色、緑色及び青色）に分離するように作用するとと
もに、カラー間隔の変化に伴ってライトバルブ232の両
端間を同様に走査する。青色光の走査は、旋回心軸回り
で動くように圧電性アクチュエータ240に載せ置かれた
ダイクロイックミラー238によって行われる。ダイクロ
イックミラー238は青色光のみ反射する。圧電性アクチ
ュエータ240の動作によりミラー238を旋回心軸回りで動
かすことによって、ライトバルブ232の両端間で下方に
青色光のバンドを掃引する。同様に、緑色光のみが、圧
電性アクチュエータ246によって旋回心軸回りで動くダ
イクロイックミラー244により反射される。最後に、赤
色光のみが、圧電性アクチュエータ252によって制御さ
れるダイクロイックミラー250により反射される。
圧電性アクチュエータ240,246及び252の波形の駆動を
図15に示す。各アクチュエータランプの電圧が上昇する
と圧電性アクチュエータの結晶が線形的に変形し、これ
によりミラー238,240及び250が旋回軸心回りで動くとと
もにパネルの両端間の各カラーバンドを走査する。電圧
が降下して復帰すると（図15の垂直線）、ミラーはリセ
ット位置すなわちライトバルブ232の頂部に急速に戻
る。図15に示すように、赤色バンドの走査を8msecの経
過時間で開始し、緑色バンドの走査を赤色バンドの走査
から4msecの間隔（dG）の12msecで開始する。青色走査
を、緑色走査から3msecの間隔（dB）の15msecで開始
し、赤色走査を、青色走査から8msecの間隔（dR）の23m
secで再び開始する（dR＞dG＞dB）。復帰速度を十分迅
速にすることができ、その結果復帰中に所定の色の光は
ライトバルブ232をほとんど透過しない。復帰速度が非
常に低速の場合、シャッタホイール（図示せず）を各ミ
ラーの下方又は前方に追加して復帰位相中の光を遮断す
ることができる。圧電的に制御されるアクチュエータ
は、この用途のために市販されている。さらに、ミラー
238,244及び250は、光をパネル上に集束する光パワーを
有することもできる。図15に図示した各波形の位相を調
整すると、ライトバルブ232が緩和するカラーバー間の
時間を調整する。
旋回軸心回りで動くミラーを用いることにより走査す
る手段の記載を明瞭のために簡単にした。記載したよう
なシステムでは、圧電性アクチュエータとともにダイク
ロイックミラーを用いることにより効率が低減する。そ
の理由は、各ダイクロイックミラーによって反射されな
い光が消失するからである。ダイクロイックミラーの並
列なセットを用い、ダイクロイックミラーの第１セット
によって反射されない光を回復させることにより、効率
を向上させることができる。
これまで説明した例では、全てのカラーバンドが同一
寸法を有した。これは、光源が「白色」光を放出する、
すなわち赤色、緑色及び青色が等しいエネルギーを有す
る状況を示す。一般に、光源は白色ではなく、３色バン
ドでは等しくないエネルギーを放出する。その結果、映
像の色が誤りであるおそれがある。これを、「超過」エ
ネルギーを有するビームの経路に減衰フィルタを配置す
ることにより補正することができる。好適には、「弱
い」色の光スループットを増大させ、同時に「強い」色
の光スループットを減少させる。これを、弱い色のバン
ドの幅（高さ）を増大させるとともに強い色の幅（高
さ）を減少させることにより達成することができる。光
源特性の補償に次いで、この手順を、全体に亘る輝度を
減少させることなく映像色（色合い）のユーザ制御を行
うのに用いることもできる。
図14及び15に図示した走査機構を、相違するセットの
駆動信号で駆動する場合、投影された像の色バランスを
変えるのにも使用することができる。これは、他の色に
対する各色の長さを変えることにより達成される。長さ
を変えることは個々のカラーバンドの開始と終了との間
の時間を制御することを意味し、特定のカラーバンドの
サイズを変えるのと同様である。例えば、より赤色に近
い色バランスにシフトするのを所望する場合、圧電性ア
クチュエータに対する駆動波形を調整して、赤色バンド
の走査を青色バンド及び緑色バンドの走査より遅くし、
（すなわち図15の赤色走査の垂直ライン間の距離を増大
させ）、その結果各フレーム時間中より赤色に近い光を
パネル上に当てることができる。プリズムを走査するの
に使用するシステムでは、色バランス中のシフトを、種
々の色を放射する（図２の）孔42,44,46のうちの一つの
高さを増大させるように、１バンドの相対的なサイズ
（走査方向における長さ）を増大させることによっても
達成することができる。
ライトバルブの位相調整された走査を行う他のシステ
ムを図16に示す。図16は、各色に作用するプリズムを相
違する軸線上に載せ置いた走査システム250を示す。図1
6では、光バンドを具体化する光学素子を明瞭のために
省略した。走査システム250は、演劇発表に用いられる
投影器のように高照明レベルが要求されるシステムに特
に有効である。このシステムは、用いられるライトバル
ブが狭い受光角を有する場合にも好適に使用することが
できる。走査システム250は、白色光を放出するレフレ
クターランプの形態の光源252を含む。ランプ252から放
出された光ビーム254は、赤色光を通過させるとともに
他の色の光を反射する第１ダイクロイック分割ミラー25
6を通過する。次いで、ミラー256を出射する赤色光ビー
ム257は、垂直方向に走査するよう赤色光ビーム257を作
用させる第１回転プリズム258に当たる。次いで、光ビ
ーム257はプリズム258を出射してミラー260に当たる。
このミラー260は、光ビーム257を、（赤色光を通過させ
る）ダイクロイックミラー274を介してダイクロイック
ミラー262に反射する。このダイクロイックミラー262は
赤色ビーム257をライトバルブ264に反射し、このライト
バルブ264は、ビデオ情報に応じて赤色光を調整すると
ともにこの赤色光を投影レンズ266に通過させる。
ダイクロイックミラー256から反射した緑色光及び青
色光は、緑色光を反射するとともに他の色の光を通過さ
せるよう作用するダイクロイックミラー268に当たる。
したがって、「緑色」ビーム270はミラー268によって反
射され、図16に示すように緑色ビーム270を垂直方向に
走査するよう作用する回転プリズム272に当たる。次い
で、緑色ビーム270は、緑色ビーム270を再結合ミラー26
2に反射するダイクロイックミラー274に送る。この再結
合ミラー262は緑色ビーム270をライトバルブ264に反射
する。
ダイクロイックミラー268を通過する光ビームは、赤
色成分及び緑色成分がミラー256及び258の作用によって
それぞれ白色光254から取り除かれた青色ビーム276を形
成する。青色ビーム276はその後ミラー278によって回転
プリズム280に反射される。この回転プリズム280は青色
ビームを走査するとともに青色ビーム276をミラー262に
送る。このミラー262は青色ビーム276をライトバルブ26
4に送る。回転プリズム280の動作により、青色ビーム27
6も垂直方向に走査される。
プリズム258,272及び280の作用により、ライトバルブ
264の両端間の赤色光、緑色光及び青色光のバンドの走
査を、図11及び13に示す走査と同様にすることができ
る。プリズムのそれぞれを、互いに対して等しい位相角
（30゜/30゜/30゜）で配置する場合、走査を図11に示す
ようにすることができる。それに対して、プリズム258,
272,280のそれぞれを位相調整した（すなわち、20゜/30
゜/40゜）場合、走査は図13の走査となる。プリズム25
8,272,280が個別のものであるため、これらの位相関係
を調整するのは比較的容易である。プリズム258,272及
び280を、単一モータすなわち３位相ロックモータによ
り駆動することができる。三つの個別のモータを使用す
ることにより、位相（したがって種々の光バンドの間の
間隔）を自動的な手段で調整することができる。さら
に、三つのプリズムをこのシステムの相違する位置に配
置しているので、プリズムのそれぞれを図12A及び12Bに
示すものに比べて著しく大きくすることができ、その結
果光集束を、光拡散素子を必要とすることなくより効率
よく行うことができる。
本発明を好適実施例を参照して説明してきたが、当業
者には容易に理解できるように本発明の範囲を超えるこ
となく変更及び変形が可能おなる。このような変更及び
変形は、本発明の範囲内にあるものと考えられる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャンセン ピーター アメリカ合衆国 ニューヨーク州 10510 スカーボロ ピーオー ボック ス 307 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 27/18 G03B 21/00 G03B 33/12 H04N 9/31

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】暗バンドによって分離された第１、第２及
    び第３カラーバンドの光源と、 入力ビデオ信号に応じて、当たる光を調整する単一ライ
    トバルブと、 前記カラーバンドのそれぞれが一度に存在する前記ライ
    トバルブの両端間で前記光のバンドを順次移動させる手
    段と、 当たる光バンドの色に対応する像情報によって前記光バ
    ルブ手段の一部をアドレス指定して、前記入力ビデオ信
    号により光バンドの光を調整する手段と、 調整された光のバンドを対面表面上に投影する手段とを
    具えるカラー像投影システムにおいて、 前記移動手段は、少なくとも一つの前記第１、第２及び
    第３カラーバンド間の暗バンドのサイズを他の暗バンド
    のサイズと相違するようにする手段を含むことを特徴と
    するカラー像投影システム。
  2. 【請求項２】前記光バンドを移動させる手段は、少なく
    とも一つの回転４側面プリズムを具えることを特徴とす
    る請求の範囲１記載のカラー像投影システム。
  3. 【請求項３】前記光バンドを移動させる手段は、前記第
    １、第２及び第３カラーバンドにそれぞれ対応する第
    １、第２及び第３プリズムを具え、これらプリズムを共
    通軸線の回りで回転自在とするとともに互いに位相調整
    し、前記プリズムのそれぞれの間の位相角を他のプリズ
    ムの位相角と相違するようにしたことを特徴とする請求
    の範囲１記載のカラー像投影システム。
  4. 【請求項４】前記プリズムは４側面プリズムを具え、前
    記第１プリズムを前記第２プリズムに対して20゜の位相
    角で配置し、前記第３プリズムを前記第２プリズムに対
    して40゜の位相角で配置したことを特徴とする請求の範
    囲３記載のカラー像投影システム。
  5. 【請求項５】前記光バンドを移動させる手段は、第１、
    第２及び第３の独立して旋回軸心回りを動くミラーを具
    え、前記ミラーを互いに相違する時間間隔で駆動して前
    記ライトバルブ手段の両端間の接続第１、第２及び第３
    カラーを走査する手段を設けたことを特徴とする請求の
    範囲１記載のカラー像投影システム。
  6. 【請求項６】前記独立して旋回軸心回りを動くミラー
    を、前記ミラー駆動手段により作動される圧電性アクチ
    ュエータによって駆動するようにしたことを特徴とする
    請求の範囲５記載のカラー像投影システム。
  7. 【請求項７】前記旋回軸心回りを動くミラーはダイクロ
    イックミラーを具えることを特徴とする請求の範囲５記
    載のカラー像投影システム。
  8. 【請求項８】前記第１、第２及び第３の光のカラーバン
    ドは赤色バンド、緑色バンド及び青色バンドを具えるこ
    とを特徴とする請求の範囲１から７のうちのいずれかに
    記載のカラー像投影システム。
  9. 【請求項９】前記赤色バンドの一方の側の暗バンドを最
    大としたことを特徴とする請求の範囲８記載のカラー像
    投影システム。
  10. 【請求項１０】前記第１、第２及び第３カラーバンドの
    相互の移動速度を変える手段も含むことを特徴とする請
    求の範囲１から９のうちのいずれかに記載のカラー像投
    影システム。
  11. 【請求項１１】前記第１、第２及び第３カラーバンドの
    相互のサイズを変えて色バランスを調整する手段も含む
    ことを特徴とする請求の範囲１から９のうちのいずれか
    に記載のカラー像投影システム。
  12. 【請求項１２】前記カラーバンドのサイズを変える手段
    は、圧電性アクチュエータによって駆動される独立して
    旋回軸心の回りを動くミラーを具えることを特徴とする
    請求の範囲11記載のカラー像投影システム。
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