JPH01109601A - 電子光変調投光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子光変調投光装置に関し、更に詳しくは、
舞台、劇場、コンサートホール、結婚式場およびテレビ
スタジオ等に使用される瞬時に光の色を変換でき、更に
、調光制御することができ、る投光装置に関する。

（従来の技術） 従来、舞台等の投光装置においては、色フィルターを用
いて光の色を変換している。即ち、ハウジング内部また
は、投光レンズ前面部に複数枚の色フィルターとして、
例えば、シアン色（Ｃ）、マゼンタ色（Ｍ）、イエロー
色（Ｙ）等の色フィルターを光軸に対して直角に挿入ま
たは取り出し自在に設けている。そして、それぞれの色
フィルターは、ハウジングに設けたモータと連動して作
動し、モータを駆動させることにより、前記色フィルタ
ーを、それぞれ適宜に組み合せ、多種類の光の色を生み
出すという方式が採用されている。即ち、減法混色の原
理を利用した色変換方式もしくは、赤色（Ｒ）、緑色（
Ｇ）、青色（Ｂ）等の色フィルターを用いて被照射面上
で混色する加法混色の原理を利用した色変換方式である
。

更に、長手方向に一定の間隔で複数枚の色フィルターを
一連に連結し、この色フィルターを投光レンズ前面部に
取り付けた巻き取りロールに巻き付けた場合には、巻き
取りロールと連動したモータを駆動させることにより、
多種類の色フィルターを介して、所望の光の色が生み出
されている。

また、調光制御については、電源回路において電圧を制
御して、調光制御するか、あるいは、光源からの光の通
過する位置に、光量制御手段を配置している。

（発明が解決しようとする問題点） しかるに、上記の従来の投光装置においては、色フィル
ターを頻繁に交換させるモータの制御が複雑である。ま
た、それぞれの色フィルターを駆動させるモータを設置
する必要上、装置が大型化してくる。

更に、長手方向に一定の間隔で一連に連結した色フィル
ターについては、この色フィルターヲ巻き取りロールに
巻き付けた場合には、所望の色フィルターの中心に光軸
が直角にあたるように、色フィルターを正確に停止させ
ること、つまり、モータを最適に駆動制御することが極
めて複雑になっている。

また光の色の変換速度は、モータの駆動速度に快存する
ために、所望の色の光へ瞬時に変換することは極めて困
難である。

更には、モータを駆動制御する音が発生して、多数の観
客がいる舞台等においては、この雑音が周囲の観客に不
評である。

それ以上に、調光制御については、電源回路が複雑化し
、光量制御手段を配置した場合には、装置が非常に大型
化してくる。

（発明の目的） 本発明は、このような問題点を解決せんとしてなされた
もので、複数枚の色フィルターを適宜に組み合わせるた
めの、あるいは、一定の間隔で一連に連結した色フィル
ターを回動させるモータを使用せずに、従って、モータ
の駆動制御が不要となり、雑音が発生せず、所望の光の
色へ瞬時に変換し、容易に調光制御することができ、更
にハウジングの温度を常に一定に保持することができる
投光装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 即ち、本発明の電子光変調投光装置は、光源と１反射鏡
と、前記光源から発した直接光および前記反射鏡から反
射した反射光が通過する位置に配置した熱線カットフィ
ルターと、光軸に平行に摺動自在に取り付けられた集光
レンズと、この集光レンズにより集光された光を被照射
面に投光させる投光レンズと、投光レンズ前面部を有す
る投光器において、前記熱線カットフィルターと前記投
光レンズ前面部との間または前記投光レンズ前面部に二
枚の偏光子に挟持された二次電気光学効果を有する透光
性強誘電性物質よりなる光モジュレータ−（以下、光モ
ジュレータ−という、）と前記光モジュレータ−の被照
射側に所定間隔をおいて、回転自在な偏光板とを少なく
とも一組設けたことを特徴とするものである。

また、本発明は、光源として、好ましくは、ハロゲンラ
ンプ、メタルハライドランプ、キセノンランプまたはマ
ーキュリ−ランプのいずれか１つを設けてなることを特
徴とするものである。

また、本発明は、好ましくは、反射鏡に赤外線透過物質
を用いてなることを特徴とするものである。

また、本発明は、熱線カットフィルターとして、好まし
くは、少なくとも１枚の赤外線反射フィルターを設けた
ことを特徴とするものである。

また、本発明は、好ましくは、反射鏡、熱線カットフィ
ルターまたは光モジュレータ−を冷却する手段を設けた
ことを特徴とするものである。

（作用） 以下、第１図に基づいて説明する。

本発明の電子光変調投光装置は、熱線カットフィルター
（３）と投光レンズ前面部（８）との間または投光レン
ズ前面部（８）に電圧を印加せしめることにより光の色
を瞬時に変換することのできる光モジュレータ−（４）
と回転自在な偏光板（５）を少なくとも一組設けた構造
になっている。

従って、例えば、熱線カットフィルター（３）と集光レ
ンズ（６）との間に光モジュレータ−（４）と回転自在
な偏光板（５）を設けた場合には、以下のような作用を
示す。

まず、光源（１）から発した光の一部は、反射鏡または
赤外線を透過して可視光を反射する赤外線透過型反射鏡
（２）により、可視光が反射してくる。この反射した可
視光と光源（１）からの直接光は、赤外線を反射または
除去して可視光を吸収しないで透過する熱線カットフィ
ルター（３）を通過することにより、より一層可視光が
透過する。この可視光が光モジュレータ−（４）に入射
する入射光となる。

そして、この入射光は、第２図（ａ）または、第２図（
ｂ）に示すように、偏光軸が互いに直交する２枚の偏光
子Ａと偏光子Ｂとの間に所定形状、所定間隔の櫛形の電
極を設けた二次電気光学素子よりなる光モジュレータ−
へ入射する。この二次電気光学素子は、複屈折の変化量
（ΔＮ）が印加電圧（Ｅ）の２乗に比例する特性を有す
る。

従って、この二次電気光学素子の電極に電圧を印加する
と、二次電気光学素子に入射した光の光量を制御するこ
とができ、また、光の色を変化することができる。

光量の制御について、光モジュレータ−の動作原理は、
以下のようになる。入射光は、全方向に振動面を有し、
可視域全体を含んでいる。この入射光が偏光子Ａを通過
することにより、直線偏光化される。

次に、二次電気光学素子に電圧が印加されない場合、こ
の直線偏光は、二次電気光学素子を通過する際に、その
偏光面に何ら影響を受けないため、第２図（ａ）に示さ
れるように、そのまま、偏光子Ｂに入射する。そして、
偏光子Ｂの偏光軸とこの直線偏光された入射光の偏光面
は直交しているため、二次電気光学素子を通過した直線
偏光は遮光される。このとき、光モジュレータ−は、Ｏ
ＦＦ状態となる。

一方、ある特定の電圧を光モジュレータ−に印加すると
、二次電気光学素子に複屈折が生じ、第２図（ｂ）のよ
うに、偏光子Ａを通過し直線偏光された入射光は、二次
電気光学素子を通過する際に、その偏光面が９０″回転
し、偏光子Ｂに入射する。このとき偏光子Ｂの偏光軸と
二次電気光学素子を通過した直線偏光の偏光面の角度が
一致し、この直線偏光は、偏光子Ｂを通過する。このと
き、光モジュレータ−は、最大透過率を示すことになる
。そして、この最大透過率を示す印加電圧を光モジュレ
ータ−の半波長電圧という。

ここで印加電圧が零と半波長電圧の間では、直線偏光さ
れた入射光は二次電気光学素子を通過することにより、
偏光子Ａの偏光軸と同方向の軸を有する楕円偏光となる
。印加電圧が零のときは偏光子Ａの偏光軸と直交する方
向の楕円偏光の軸の径は、零となり、偏光子Ａの偏光軸
と同方向成分だけの直線偏光となる。そして、印加電圧
を増加するに従い、偏光子Ａの偏光軸と直交する方向の
楕円偏光の軸の径が他方の軸の径に対し相対的に増加す
る。そして印加電圧が半波長電圧のとき、この楕円偏光
は偏光子Ａの偏光軸と同方向の軸の径が零になり、他方
の軸成分だけとなり、偏光子Ａの偏光軸から９０°回転
した直線偏光となる。

このように印加電圧を零から半波長電圧まで連続的に変
化させると、二次電気光学素子を通過した楕円偏光の２
つの径が連続的に変化する。この結果、二次電気光学素
子を通過した楕円偏光の偏光子Ｂの偏光軸方向と同一方
向のベクトル成分も連続的に変化し、この光モジュレー
タ−の透過率が連続的に変化する。すなわち、光モジュ
レータ−の印加電圧を零から半波長電圧まで変化させる
ことにより、入射光の透過する光量を零から最大値まで
連続的に変化する調光機能が可能となる。

次に、光モジュレータ−による光の色を変化させる動作
原理は以下のようになる。

二次電気光学素子による前述の光モジュレータ−の調光
機能は波長依存性を有する。半波長電圧は波長５５０ｎ
ｍについて光モジュレータ−が最大透過率を実現する電
圧を示しているが厳密にいえば、５５０ｎｍ以外の波長
の入射光について光モジュレータ−の透過率は若干、最
大値からずれている。しかし半波長電圧付近では各波長
における透過率の差は相対的に小さく、印加電圧が零か
ら半波長電圧までの間においては、光の色はほとんど出
現しない、即ち、第３図には、光モジュレータ−におけ
る３つの異なる波長を入射光としたときの印加電圧と透
過率の関係が示されている。

ここで半波長電圧Ｐ点においては、各波長の透過率の差
は相対的に小さいので、３つの光の色すべてが出現し、
透過光は白色光に近くなる。

更に印加電圧を上げてゆくと、各波長の透過率の差が大
きくなる０次に、Ｑ点においては、５３０ｎｍの光は、
最大に透過しているが、他の４５０ｎｍと６３０ｎｍの
光は、はとんど透過していない、この結果、Ｑ点では、
透過光が５３０ｎｍ付近にピークを持つ波長特性となり
、光に色が出現する。すなわち、偏光子Ａを通過した入
射光は可視域全体を含んでいるため、半波長以上の電圧
では分光透過特性がフラットでなくなる。従って、光モ
ジュレータ−を透過した光に色が出現する。

即ち、印加電圧を変化させると光モジュレータ−を通過
した光の分光特性上のピークの位置が変化し、透過光に
種々の色を出現させることができる。ここで印加電圧と
透過光の色を対応させれば、電圧により透過光の色を制
御することができる。

次に、偏光子Ｂを透過した特定波長の光は、回′　　転
自在な偏光子（５）に入射する。そして、偏光子（５）
を０″〜９０’の範囲で回転することにより、偏光子（
５）の偏光軸方向も同様にθ°〜９０°の範囲で回転す
る。そして、光モジュレータ−（４）を透過した光は、
偏光子（５）の偏光軸がある特定角度θに近づくにつれ
て、偏光子（５）を透過するようになる。

つまり、回転自在な偏光子（５）を介して光の透過率が
増減するようになる。

従って、光モジュレータ−（４）を透過して可変色され
た特定波長の光は、偏光板（５）を介して、調光される
。

さらに、光モジュレータ−（４）を透過した透過光が光
軸に平行に摺動自在に取り付けられた集合レンズ（６）
と、被照射面に投光させる投光レンズ（７）を通過する
ことにより、投光レンズ前面部（８）から被照射面（９
）に適切な口径の光束を投光することができる。

また、光モジュレータ−（４）と回転自在な偏光板（５
）を、集光レンズ（６）と投光レンズ（７）との間また
は投光レンズ前面部（８）に設けた場合においても、前
記したように、光モジュレータ−（４）と回転自在な偏
光板（５）を熱線カットフィルター（３）と集光レンズ
（６）との間に設けた場合と同様な作用を示す。

更に、光源の電源装置（図示せず）、光モジュレータ−
の電源装置（図示せず）、偏光板の回転駆動手段（図示
せず）、集光レンズの摺動手段（図示せず）などの制御
もしくは、反射鏡、熱線カットフィルター、光モジュレ
ータ−などを冷却する手段の制御は、図示しない制御装
置により、そのシーンに応じた照明技法に基づいて、統
合的かつ最適に遠隔制御することができる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明の一実施例を示し、１は、光源であ
り、高輝度型の光源であるハロゲンランプ、メタルハラ
イドランプ、キセノンランプまたはマーキュリ−ランプ
のいずれか１つが好ましい、２は、反射鏡または赤外線
透過型反射鏡であり、特に、赤外線透過型反射鏡の場合
には、ガラスまたは、金属からなる基板に、赤外線を透
過して可視光だけを反射する特性を持つ誘電体多層膜コ
ーティングが施されたコールドミラーである。３は、熱
線カットフィルターであり、赤外線を反射または除去し
て可視光を吸収しないで透過する複数のコールドフィル
ター３ａ、３ｂ、３ｃよりなる。また、この熱線カット
フィルターは、耐久性能の点において、少なくとも１枚
の赤外線反射フィルターを使用することが好ましい、４
は、ＰＬＺＴ光モジュレータ−である、５は、回転自在
な偏光板である。６は、集光レンズであり、光軸に平行
に摺動自在にハウジングに取り付けられている。７は、
投光レンズである。８は、投光レンズ前面部であり、従
来は、例えば、複数の色フィルターで構成されたカラー
チェンジャー装置を取り付けていたところである。９は
、被照射面である。１０は、送風ファンであり、反射鏡
、熱線カットフィルターまたはＰＬＺＴ光モジュレータ
−を冷却する手段である。１１は、ハウジングである。

第２図（ａ）は、偏光軸が互いに直交する２枚の偏光子
Ａと偏光子Ｂの間に所定形状、所定間隔の電極を設けた
ＰＬＺＴ素子よりなるＰＬＺＴ光モジュレータ−とこの
ＰＬＺＴ光モジュレータ−の被照射側に配置された回転
自在な偏光板のＯＦＦ状態の原理図である。

第２図（ｂ）は、偏光軸が互いに直交する２枚の偏光子
Ａと偏光子Ｂとの間に所定形状、所定間隔の電極を設け
たＰＬＺＴ素子よりなるＰＬＺＴ光モジュレータ−とこ
のＰＬＺＴ光モジュレータ−の被照射側に配置された回
転自在な偏光板のＯＮ状態の原理図である。

また、このＰＬＺＴ素子の材料は、透明な強誘電性セラ
ミックス［ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯｘ）とチタン酸鉛
（ＰｂＴｉ０３）の固溶体にランタン（Ｌａ）を添加し
た物質（Ｐｂ　、　Ｌａ）（Ｚ　ｒ　。

Ｔｉ）０３系］からなる。

また本実施例では、二次電気光学効果を有する透光性強
誘電性物質として、ＰＬＺＴを用いたが、同様の二次電
気光学効果を示す物質として例えば、　（Ｐｂ　、Ｌａ
）（Ｚｒ　、Ｎｂ）０３系（以下、ＰＬＺＮという、）
または、　（Ｐｂ、Ｂｉ）（Ｚｒ。

Ｔｉ）０３系（以下、ＰＢＺＴという、）などを用いて
も同様の効果が期待できる。

また、偏光子の材料は、例えば、ポリビニールアルコー
ルの薄板を加熱しながら一方向に引き伸ばして、分子を
一定方向に整列させ、これにヨードを浸み込ませたもの
などがある。第３図は、ＰＬＺＴ光モジュレータ−の印
加電圧と光の波長との関係を示す図を示しており、所定
の電圧を印加することにより、波長のピークが分離して
推移する様子を示したものである。

第４図は、ＰＬＺＴ光モジュレータ−の波長と透過率と
の関係を示したものである。透過率が特定波長において
極大になる。即ち、特定波長の光を選択的に透過させる
。従って、カラーフィルターとして使用できることを示
している。

第５図（ａ）は、従来の光量制御手段であり、アイリス
の平面図である。これは、所定形状の遮光板を複数枚重
ね合わせて作られており、口径を変えることにより光の
通過量を制御することができる。

第５図（ｂ）は、従来の他の光量制御手段であり、調光
制御盤の平面図である。これは、半径の大きさが異なる
１つ以上の円を同心円状に配置し、盤を回転することに
より光の通過量を制御するものである。

第６図は、この発明の別の実施例を示し、反射鏡、熱線
カットフィルターまたＰＬＺＴ光モジュレータ−を冷却
する手段として送風ファンを設けたものである。尚、冷
却する手段としてヒートシンクまたヒートパイプを使用
してもよい。

第７図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１図で示される本
発明の実施例の実験データであり、各印加電圧における
ＰＬＺＴ光モジュレータ−の分光透過特性を示したもの
であり、ＰＬＺＴ光モジュレータ−から透過したところ
のものである。第７図（ａ）は、１２５ｖ〜３７５ｖの
各印加電圧について、波長と透過度との関係をプロット
したもノテある。第７図（ｂ）は、３７５Ｖ　〜５７５
Ｖの各印加電圧について、波長と透過度との関係をプロ
ットしたものである。第７図（Ｃ）は、６２５ｖ〜７７
５ｖの各印加電圧について、波長と透過度との関係をプ
ロットしたものである。

即ち、電圧（Ｖ）、波長（ｎｍ）　、透過度（１）の３
つのパラメーターが相互に関連して推移していることが
実証された。このデータから特定の電圧を選択して、Ｐ
ＬＺＴ素子に印加したところ、光を可変色することがで
き、次に偏光子を回転したところ、光を調光することが
できた。

（発明の効果） 本発明の電子光変調投光装置は、光源と、反射鏡と、前
記光源から発した直接光および前記反射鏡から反射した
反射光が通過する位置に配置した熱線カットフィルター
と、光軸に平行に摺動自在に取り付けられた集光レンズ
と、この集光レンズにより集光された光を被照射面に投
光させる投光レンズと、投光レンズ前面部を有する投光
装置において、前記熱線カットフィルターと前記投光レ
ンズ前面部との間または前記投光レンズ前面部に光モジ
ュレータ−と前記光モジュレータ−の被照射側に所定間
隔をおいて回転自在な偏光板とを少なくとも一組設けた
構造になっている。

したがって、光源から発した光は、反射鏡または赤外線
透過型反射鏡により反射して、次に、熱線カットフィル
ターを通過して、赤外線が反射もしくは除去され、より
一層可視光が透過する。

この可視光が光モジュレータ−に入射する入射光となり
、この入射光が、電圧を印加せしめることにより光の色
を瞬時に変換する光モジュレータ−を通過する際に、光
モジュレータ−の電極に所定の電圧を印加せしめること
により、光モジュレータ−に入射した入射光は、印加電
圧値に相応する波長の光の色が、複屈折により、瞬時に
所望の光の色に変換して透過する。

次に、偏光子Ｂを透過した特定波長の光は１回転自在な
偏光子に入射する。そして、偏光子を００〜９０’の範
囲で回転することにより、偏光子の偏光軸方向も同様に
０°〜９０°の範囲で回転する。そして、光モジュレー
タ−を透過した光は、偏光子の偏光軸がある特定角度θ
に近づくにつれて、偏光子を透過するようになる。

つまり、回転自在な偏光子を介して光の透過率が増減す
るようになる。

従って、光モジュレータ−を透過して可変色された特定
波長の光は、偏光子を介して、調光される。

さらに、光モジュレータ−から透過した透過光が光軸に
平行に摺動自在に取り付けられた集光レンズと、投光レ
ンズを通過することにより、投光レンズ前面部から被照
射面に適切な口径の光束を投光することができる。

従って、複数枚のフィルターを適宜に組み合わせ、ある
いは、一連に連結したフィルターを回動するモータを使
用することなく、モーターの駆動制御を不要とし、雑音
が発生せず、所望の光の色へ瞬時に変換することができ
、さらに、調光制御することができ、また、ハウジング
の温度を常に一定に保持することができる。更に、装置
を軽量化でき、振動が発生せず、操作温度が一３０℃〜
＋８０℃の広い領域でよいため、設計が非常に容易であ
るという副次的な効果があった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の側面断面図、第２図（
ａ）は、ＰＬＺＴ光モジュレータ−と偏光子のＯＦＦ状
態の原理図、第２図（ｂ）は、ＰＬＺＴ光モジュレータ
−と偏光子のＯＮ状態の原理図、第３図は、ＰＬＺＴ光
モジュレータ−の印加電圧と光波長との関係を示す図、
第４図は、波長と透過率との関係を示す図、第５図（ａ
）は、従来の光量制御手段でアイリスの正面図、第５図
（ｂ）は、従来の他の光量制御手段で調光制御盤の正面
図、第６図は、この発明の別の実施例でＰＬＺＴ光モジ
ュレータ−を冷却する送風ファンを設けた側面断面図で
ある。第７図（ａ）。 （ｂ）、（Ｃ）は、実験データに基づく分光透過特性図
である。 ｌ・・・光源、　　　　　２・・・反射鏡、３・・・熱
線カットフィルター、 ４・・・ＰＬＺＴ光モジュレータ−１ ５・・・偏光板、　　　　６・・・集光レンズ、７・・
・投光レンズ、　　８・・・投光レンズ前面部、９・・
・被照射面、　　１０・・・送風ファ、ン、１１・・・
ハウジング。 ソ 第１図 第３図 第４図 第５図（ｂ） ソ 第６図 第７図（ａ） ３良　表　（ｎｍ） 第７図（ｂ） 第７図（ｃ）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源と、反射鏡と、 前記光源から発した直接光および前記反射鏡から反射し
   た反射光が通過する位置に配置した熱線カットフィルタ
   ーと、 光軸に平行に摺動自在に取り付けられた集光レンズと、 この集光レンズにより集光された光を被照射面に投光さ
   せる投光レンズと、 投光レンズ前面部を有する投光器において、前記熱線カ
   ットフィルターと前記投光レンズ前面部との間または前
   記投光レンズ前面部に二枚の偏光子に挟持された二次電
   気光学効果を有する透光性強誘電性物質よりなる光モジ
   ュレーターと前記光モジュレーターの被照射側に所定間
   隔をおいて回転自在な偏光板とを少なくとも一組設けた
   ことを特徴とする電子光変調投光装置。
2. （２）光源として、ハロゲンランプ、メタルハライドラ
   ンプ、キセノンランプまたはマーキュリーランプのいず
   れか１つを設けてなることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の電子光変調投光装置。
3. （３）反射鏡に赤外線透過物質を用いてなることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第２項のいずれか１項
   に記載の電子光変調投光装置。
4. （４）熱線カットフィルターとして、少なくとも１枚の
   赤外線反射フィルターを設けたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１項に記載の電子
   光変調投光装置。
5. （５）反射鏡、熱線カットフィルターまたは二枚の偏光
   子に挟持された二次電気光学効果を有する透光性強誘電
   性物質よりなる光モジュレーターを冷却する手段を設け
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第３項
   乃至第４項のいずれか１項に記載の電子光変調投光装置
   。