JPH01109602A - 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交換できる投光
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、／＼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。

（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依存する
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。

（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、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、光量制御手段と、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
フィルターと前記光量制御手段との間または前記光量制
御手段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、）を少なくとも一
個設けたことを特徴とするものである。

また、本発明は、光量制御手段として、好ましくは、ア
イリス、調光制御盤または光モジュレータ−のいずれか
１つを設けたことを特徴とするものである。

また１本発明は、光源として、好ましくは、ノ＼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１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、光量制御手段（４）を
中心として・、熱線カットフィルター（３）と光量制御
手段（４）との間または光量制御手段（４）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−（５）を少なくとも一個
設けた構造になっている。

従って、例えば、光量制御手段（４）と集光レンズ（６
）との間に光モジュレータ−（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。この可視光が光量制御手段（４）を通過した
後に、光モジュレータ−（５）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。従って、光モジュレータ−は、ＯＦ
Ｆ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、二次電気光学素手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イヒし、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。

次に、Ｑ点においては、５３０ｎ＋ｓの光は、最大に透
過しているが、他の４５０ｎ腸と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
。

以上のように光モジュレータ−は印加電圧が零から半波
長電圧の間においては、調光素子として、印加電圧が半
波長電圧以上においては、カラーフィルター素子として
利用できる。

さらに、光モジュレータ−（５）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−（５）を、熱線カットフィルタ
ー（３）と光量制御手段（４）との間または集光レンズ
（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−（５）を光量制御手段（４）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）、光量制御手段、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−などの冷却手段
等の制御は、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、光量制御手段としてアイリスを用いたものである。

第５図（Ｌ）に示されるものである。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。

また、第５図（ｂ）に示される調光制御盤のように、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た
盤を回転することにより光の通過光量を制御するもので
もよい。

５は、光モジュレータ−としてのＰＬＺＴ光モジュレー
タ−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ｔｉ　Ｐ　Ｌ　Ｚ　Ｔ光モジュ
レータ−を冷却する手段である。１１は、ｌ＼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−のＯＦ
Ｆ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−のＯ
Ｎ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（ＰｂＺｒＯ３）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）Ｏｓ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（ａ）は、ＰＬＺＴ光モジュレータ−の電圧と透
過率との関係を示したものである。印加電圧を増減する
ことにより、透過率を増減することができる。従って、
調光手段として使用できることを示している。

第４図（ｂ）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（Ｌ）は、アイリスの平面図である。第５図（ｂ
）は、調光制御盤の平面図である。第６図は、この発明
の別の実施例を示し、調光制御用にＰＬＺＴ光モジュレ
ータ−を設置したものである。第４図（ａ）に示される
グラフのように、印加電圧Ｖが半波長電圧の０％〜１０
０％に変化することにより、光透過率Ｔが半波長電圧に
おける光透過量の０％〜１００％に変化するＰＬＺＴ光
モジュレータ−を光量制御手段として、設けたものであ
る。

第７図は、この発明の更に別の実施例を示し、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８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
である。第８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
のである。第８図（ｂ）は、３７５ｖ〜５７５ｖ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８図（Ｃ）は、６２５Ｖ〜７７５Ｖ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（ｒｕｇ）　、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
、ＰＬＺＴ素子に印加したところ、光を導光することが
でき、さらに光を可変色して投光することが実現できた
。

（発明の効果） 本発明の可変色投光装置は、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、
光量制御手段と、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
と前記光量制御手段との間または前記光量制御手段と前
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−を少なくとも一個設けた構造になっ
ている。

したがって、光源から発した光は１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。

この可視光が光量制御手段を通過した後に、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。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。

したがって、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、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−のＯＦＦ状態の原理
図、第２図（ｂ）は、ＰＬＺＴ光モジュレータ−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（ａ）は、
電圧と透過率との関係を示す図、第４図（ｂ）は、波長
と透過率との関係を示す図、第５図（ａ）は、アイリス
の正面図、第５図（ｂ）は、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
−を光量制御手段として、設けた側面断面図、第７図は
、この発明の更に別の実施例で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８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・・・光量制御手段、 ５・・・ＰＬＺＴ光モジュレータ−１ 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、１
０・・・送風ファン、　　　　１１・・・ハウジング。 ソ 第１図 第２図（ａ） 第２図（ｂ） ｊｆ−層表−！Ｌ（Ｖ） 第３図 第４図（ａ） ＦｔＬ−に− 第４図（ｂ） 第５図（ｂ） ソ 第６図 第７図 第８図（ａ） 第８図（ｂ） ；ｉｔ（ｎｍ） 第８図（ｃ）

Claims (6)

【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、 光量制御手段と、 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光量制御手段との間または前記
   光量制御手段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
   レーターを少なくとも一個設けたことを特徴とする電子
   光変調投光装置。
2. （２）光量制御手段として、アイリス、調光制御盤また
   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のいず
   れか１つを設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の電子光変調投光装置。
3. （３）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）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３項のいずれか１項
   に記載の電子光変調投光装置。
5. （５）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４項のいずれか１項に記載の電子
   光変調投光装置。
6. （６）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項乃至第２項ま
   たは第４項乃至第５項のいずれか１項に記載の電子光変
   調投光装置。