JPH09185903A - 画像投射装置 - Google Patents

画像投射装置

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JPH09185903A
JPH09185903A JP8344182A JP34418296A JPH09185903A JP H09185903 A JPH09185903 A JP H09185903A JP 8344182 A JP8344182 A JP 8344182A JP 34418296 A JP34418296 A JP 34418296A JP H09185903 A JPH09185903 A JP H09185903A
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light
color
liquid crystal
gobo
control
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JP8344182A
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James M Bornhorst
エム． ボーンホースト ジェイムズ
Timothy D Stacy
ディ． スタシィ ティモシィ
Richard W Hutton
ダブリュ． ハットン リチャード
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Vari Lite Inc
Hutchinson Aerospace and Industry Inc
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Barry Wright Corp
Vari Lite Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 動的可変液晶投射ゲートとゴボ（ｇｏｂｏ）
ユニットを一緒に、また個別に使用することで、斬新で
独特の視覚的照明効果を創り出すことにある。 【解決手段】 ビームを発生する光ビーム発生源と、複
数のゴボ３３０を支えるためのキャリアを含むビーム変
調システムと、そのキャリアを制御して、ビームの中
に、ゴボの１つを位置決めするゴボ選択システム３９０
と、選択されたゴボの方位角，速度および方向を変化さ
せるときに、複数のゴボを同時に作動して変化させ、そ
れにより、ゴボパターンを選択および選択されたゴボの
方向の両方を同時に調整することで、発生されたビーム
パターンを変調することができるゴボ方向制御装置３９
１とを具えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は色々な照明や光照射
の応用に使用される投射装置に関し、特に光や画像の視
覚効果を得ることができ、舞台照明や建造物での光パタ
ーンの発生と投射、表示および同様の応用に使用される
投射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、舞台照明に使用される光投射器
は典型的に光線の強さ調整、焦点合せ、サイズ合せ、あ
るいは光線の色の変更、あるいは光線の方向の変換の制
御のための１以上の制御装置を備えている。最新式の多
重パラメータ（自動）投射器はこれらのパラメータの全
部とそれ以外の制御を含んでいる。
【０００３】このような投射器は多くの応用に有効に働
いているが、多くの制限、もしこれが克服できれば、照
明機器で達成可能な視覚的効果のより大きな拡張および
それらの環境に対する有益性のより大きな拡大ができ得
る、多くの制限を受けている。このような進歩を達成す
るためには、ビーム形成機構について、パターン投射に
ついて、光源に関連する熱管理について、ビームの色制
御について、および現在の冷却技術に由来するノイズレ
ベルについての改良が必要とされている。有効であるた
めには、これらの改良は、非常に壊れ易い光学および電
子部品の両方を天火のような温度を生ずる可能性のある
光源といっしょに収納する高密度実装で、小型でかつし
ばしば高度の可動性をなす構造について、行われなけれ
ばならない。（縦１０フィート、横１０フィート（１０
０平方フィート）のごくわずかな画像サイズを伴う模範
的応用では、おおよそ１００フィート・カンデラの輝度
を必要とし、したがって約１０，０００ルーメンを生ず
る投射器を必要とする。）さらに、あるタイプの照明装
置は“巡業”を続けて、トラック輸送の酷使と気まぐれ
な天気とに良く耐えねばならない。
【０００４】多くの照明制御の応用では制御可能なビー
ムの形状とパターンを要求している。例えば、舞台演出
での照明の遂行では、変化に富んだいろいろなビームパ
ターンおよびビーム形状の少なくとも一方をしばしば必
要としている。この目的のために、光ビームと交差して
所望の画像を形成する照射ゲートがしばしば用いられ
る。典型的には、この照射ゲートはシャッタあるいはエ
ッチングされたマスクのような形態を与えられており、
これらはビーム経路内で固有のビーム形状を投射する型
板のような機能をはたす。公知の配列構成での、例えば
“ゴボ”（ｇｏｂｏ；遮光板装置）は、しばしば回転ア
センブリを含んでおり、この回転アセンブリは、回転軸
を取り囲むいくつかのパターン発生素子を、ビーム経路
内に選択されたパターンを回転して入れるための駆動機
構といっしょに包含している。
【０００５】このような配列構成において、限定された
わずかのパターンだけが利用でき、グレースケールはな
く、分解能もまた限界がある。このタイプの装置での物
理的動作に関係した他の固有な限界が、所望のパターン
を選択、実行可能な敏速性の点にある。
【０００６】液晶画素アレイ（列）は投射ゲートとして
潜在的に有用なものである。なぜなら、それらの電気光
学効果によって、実質的に制限のない数の高分解能画像
が理論上速くかつ容易に合成可能だからである。
【０００７】このような液晶アレイは各アレイのそれぞ
れの画素を、リラックス（光遮断）状態またはアライメ
ント（光透過）状態のいずれかに選択的に置くことによ
り、あるいは“グレイスケール”に従って２つの両極端
状態間の中間状態に選択的に置くことにより、画像を創
造するのに使用できる。グレイレベルの選択は画素に加
えられる電圧または他の制御刺激を制御することにより
得ることができ、関係する液晶のアライメント、すなわ
ち光透過性をそれにより制御できる。ある範囲にわたっ
て、加えられた制御刺激と、複数画素内の液晶間のアラ
イメントの広がりとの間に関係があり、この関係により
グレイスケールの制御を提供できると予測できる。この
ような方法を用いるか否か、あるいは２つの状態、すな
わちオン−オフモードを用いるか否かにかかわらず、画
素のある液晶アレイは光ビームを横ぎって完全な絵を創
造する“ライトバルブ”機能に使用される可能性を有す
る。
【０００８】液晶アレイ中の画素は比較的に密集して実
装できるので、高い分解能と透過効率の好機を提供でき
る。さらに、これらは液晶アレイの各画素を選択的に所
望の状態におき得るアドレス機構（addressing scheme
）によって個別的に制御され得る。従って、実質的に
限界のない画像領域を迅速にかつ豊かに変化させること
ができる。多くの適用において、画素は列と行の形態に
配列され、各画素と関連する特定の制御素子に対して電
位を印加することにより活性化される。あるいはまた、
複合機構または他のアドレス機構が、画素をアドレス化
するのに必要な多くの素子を減少させるのに使用でき
る。アクティブ（能動）とパッシブ（受動）の両方のマ
トリックス（母材）がこれに役立ち得る。
【０００９】液晶アレイのあるタイプのものは画像投射
の応用において、いくぶん成功裏に以前から使用されて
きている。ツイーストネマティック液晶（ＴＮＬＣ）ア
レイが用いられていて、画像形成上のいくつかの利点を
提供している。しかしながら、ＴＮＬＣディバイスは入
射光線があらかじめ偏光であることを要求する。従って
光線がＴＮＬＣゲートに到達する前に偏光子が光線の光
路上に配置されねばならないので、光線が液晶アレイに
ちょうど到達する直前に５０％以上の光輝度の損失があ
る。舞台照明等に用いられる高輝度投射器ではこの損失
は認容し得る水準をはるかに越えている。
【００１０】光損失問題に的をしぼった取組みが今まで
になされている。ＴＮＬＣライトバルブを直線偏光の光
で照明する改良方法について、ウイリアム Ｐ．ブレー
ハＩＩ世氏が“大スクリーン投射ディスプレイＩＩ”
（Ｓ．Ｐ．Ｉ．Ｅ．ｖｏｌ．１２５５，１９９０年）で
論じている。偏光していない光を直線偏光の光に変換す
る、この発表された方法によれば一般的な偏光子によっ
て達成される光輝度の２倍の光輝度となると述べられて
いる。
【００１１】この発表された偏光方法は偏光ビームスプ
リッタ、偏光方向の回転子（ローテータ）およびシンセ
サイザ（合成器）から成る偏光コンバータを用いて、照
明効率を著しく改良するとしている。偏光ビームスプリ
ッタは入射光を２つの互いに垂直な直線偏光ビームに分
離する（すなわち、Ｐ型偏光の光を透過し、Ｓ型偏光の
光を反射する）。偏光方向回転子はＰ型偏光の光の偏光
方向を両偏光方向が等しくなる９０度回転することによ
り、前段の偏光系で失った多くの光を効果的に回復す
る。その後は、光の２つの成分がシンセサイザによって
液晶上に結合される。
【００１２】偏光コンバータは究極的には１００％に近
い変換効率を提供できる可能性がある。しかしながら、
偏光コンバータの部品内の反射と吸収での損失がコント
ラスト増進シート偏光子に損失を加えるので、現在のと
ころその結果として偏光してない光が直線偏光のビーム
に変換されるときに全体として２０％の輝度損失となっ
ている。
【００１３】この過度の光損失に加えて他のやっかいな
障壁がある。従来の偏光子は一般に液晶アレイといっし
ょに組込まれ、吸収作用で入射光を損失している。あい
にく、この吸収は光エネルギを熱に変換し、この熱はゲ
ートとその回りの光学系の温度を耐えられない程度に上
昇させる。演出および表示の応用（アプリケーション）
において、投射器温度が可燃性のレベルに達しかねない
ところでは、この熱吸収作用が液晶アレイの温度限界を
大きく超えるかもしれない温度上昇を引き起す。
【００１４】放射エネルギ吸収の有害な熱影響を軽減す
ることを試みたさまざまな冷却技術が提案されている。
ギルバート ハイアット氏の米国特許４，７３９，３９
６号、特にその特許のコラム５０から６０において、光
投射器に使用する目的で提案された多くの冷却技術が論
じられている。ジェームス Ｈ．ボゲーリ氏等の米国特
許４，７６３，９９９号も参照されたい。
【００１５】強制空気による冷却は、入射光に対して理
論的に透明であって透過光量の減少もしないので、種々
の応用に有効であると考えられる。しかしながらあいに
く、送風機運転にたよる熱放散技術や他の強制空気冷却
技術は、それ自体多くの演出や表示応用に対して受け入
れ難いレベルの雑音を創り出す可能性がある。空気冷却
はまた光学要素を大気汚染にさらし、光学的清澄を危う
くし、他の問題を引き起すこととなる。
【００１６】ランプの周囲に使用される他の熱制御構成
が液晶ゲートを保護するのに役立つことが知られてい
る。例えば、舞台投射器の安定した熱環境維持に対する
改良が、ランプ系の部品を通して冷却流体を順環する熱
交換を付加的な冷却用として備えることで提案されてい
る。冷却流体は熱沈積部分に働いて熱を吸収し、熱に耐
えられない装置から遠くへ熱を導出する。
【００１７】光学的投射器系の熱環境を改善するための
これらの技術および関連技術がジョージ イゼノール氏
により米国特許４，８４３，５２９号および同４，８９
０，２０８号に記載されている。これらの参考文献によ
れば、多層誘電干渉フィルタ、あるいはダイクロイック
“ホットミラー”として知られるフィルタ、および液体
セルとが、光源と機械的投射ゲート間の光路中に配置さ
れていて、光ビームから赤外領域のエネルギを除去して
いる。ホットミラーは約７００から１５００ナノメータ
の領域の波長を有する“近”赤外線エネルギを、他の領
域内の光は通過させるが、反射することにより赤外線ろ
過作用を助成している。液体セル内の水はダイクロイッ
クフィルタによって反射されることのない１．５から１
０マイクロメータの領域の“遠”赤外線エネルギを吸収
するのに有効である。このウォータ・セルは短波長（す
なわち、可視光）を有するエネルギに対して良好な透過
特性を発揮するので、効果的である。
【００１８】赤外線−吸収の液体セルと赤外線−反射の
“ホットミラー”との組合せは、光ビームが投射ゴボ
（ｇｏｂｏ）に到達する前に光ビームから赤外線を除去
する。この赤外線除去作用は赤外線エネルギの熱影響を
減少し、その結果全体として光学機器の熱安定性を増大
させる。
【００１９】放散、対流および伝導の組合せを含ませる
ことができるこの冷却方法あるいは他の冷却方法は、若
干の照明応用で熱影響を減少させるのに使用されてい
る。しかしながら、これらの技術の実際的な有用性は、
高輝度投射器の天火のような環境下におかれた温度に敏
感な液晶ライトバルブを熱吸収から保護することに対し
ては、実証されていない。
【００２０】これらの環境上の障害と偏光の使用による
相当量の光の損失のために、関心のある投光現場に対し
て十分な能力を有する液晶光学器は今までにまだ実現し
ていない。
【００２１】液晶ディバイスの第２の部類のものは、ブ
ロッキング・モード期間において入射光線の吸収よりも
むしろ散乱に利用できるものである。したがって、この
ような散乱液晶アレイは高熱環境を有する高輝度投射器
に用いられる可能性があることを示している。
【００２２】入射光を散乱する液晶ディバイスの記述
は、ウー氏等の米国特許４，６７１，６１８号およびド
アネ氏等の米国特許４，６８８，９００号に見い出させ
る。これらの特許は本質的に重合体（ポリマ）母材（マ
トリックス）中にネマティック液晶の微小な小滴を分散
している重合体分散液晶（ＰＤＬＣ）を使用することを
開示している。ＰＤＬＣの材料は相分離として知られて
いる工程により形成される。このタイプのディバイスは
光が母材を通って伝えられることにより遭遇する媒体の
境界で光が屈折率間の不整合に出合うときに、入射光を
散乱する。これは液晶が非整列状態のときに起り、重合
体母材と液晶物質の境界での不整合は入射光の反射、屈
折を引き起すので入射光を散乱させる。
【００２３】分散材料の同様のタイプのものがジェーム
ス Ｌ．ファーガソン氏の米国特許４，４３５，０４７
号に記載されており、封じ込め媒質内のカプセルに含ま
れた液晶材料が開示されている。このディバイスは屈折
率が整合して、かつカプセル内の液晶が整然と整列して
いるときに入射光の透過を許容する。入射光の散乱ある
いは吸収は屈折率の不整合と、封じ込め媒質内の液晶の
歪み、あるいは曲線配向から生じる。
【００２４】光分散液晶が例えば電界を利用することで
整列状態におかれているときには、この電界と平行な方
向に進む入射光は液晶と母材の境界面の屈折率間で見掛
け上の整合（仮想整合）に出会う。この整合の屈折率は
この整列状態で入射光の妨害のない透過を許容する
（熱、電磁、光および他のエネルギもまたアレイ中の液
晶の整列制御に供することができる）。ある範囲にわた
って、透過度は印加電界の強さに比例するので、操作に
よりグレイスケールモードの余地がある。
【００２５】入射光を吸収するよりもむしろ散乱する能
力を示すことに加えて、光散乱ゲートは投射ゲート上に
入射する光線をあらかじめ偏光する必要がないという極
めて重要な特性を示す。このことは多くの応用に対して
使用抑制となっている光輝度損失を解消する。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、可視領
域の光の吸収の減少はあるけれども、それらの光散乱ゲ
ートにおける吸収特性はより長い波長に好都合のもので
はない。これらゲートはそのためにある種の投射器の高
輝度環境において赤外線エネルギを吸収することで熱損
傷を受け易い。従って、効果的な冷却技術を備えない限
り、散乱液晶アレイの分解能、速度および像形成能力は
高輝度産出照明装置の環境下では利用できない。
【００２７】そこで、本発明の一つの目的は、液晶アレ
イの解像力、プログラム可能性および応答時間を有し
て、熱的に保護された照明投射器ゲートを提供すること
にある。
【００２８】本発明のさらなる目的は、光散乱液晶アレ
イの注目に価する利点を利用する一方で、熱損傷からこ
のようなアレイを保護する光照射装置を提供することに
ある。
【００２９】本発明のさらなる目的は、高速画像投射器
に対して多様な各種のパターンを備えた動的な可変投射
ゲートを利用して、照明と動画の応用に使用される正確
なビームパターン制御を提供することにある。
【００３０】本発明のさらに他の目的はより安定した熱
環境を提供し、それにより高輝度光投射器に用いられる
ビーム制御装置の広い制御領域を許容した改良された投
射器冷却技術を提供することにある。まぶしい照明の光
の下で演技者により通例経験される潜在的な不快感を最
小限にする改良された冷却は別の目的としている。
【００３１】本発明のさらなる目的は動的可変液晶投射
ゲートとゴボ（ｇｏｂｏ）ユニットとを一緒に、また個
別に利用することにより、斬新で独特の視覚的照明効果
を創り出すことである。
【００３２】本発明の追加の目的は閉鎖された環境内で
作動し、それにより信頼性を改善し、汚染の危険性を減
少し、かつ装置から出るノイズを低減するようにした光
投射器を提供することにある。
【００３３】本発明の他の目的は人間の色知覚特性に適
応させるように目盛付けした方法で色パラメータを制御
することが可能な色制御アセンブリを提供することにあ
る。
【００３４】本発明のさらなる目的はビームスペクトル
センサにより供給された帰還値を使用する改良された色
制御装置を提供することにある。
【００３５】本発明の他の目的は静的パターンおよび動
的パターンの両方を含む広い範囲の効果を有する改良さ
れたゴボ利用を提供することにある。
【００３６】本発明の他の目的は輝度レベル帰還センサ
と連結した改良された調光手段（舞台照明の度合を変え
る手段）を提供することにある。
【００３７】本発明のさらに他の目的と利点については
以下の記述により明らかにする。
【００３８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、概して、本発明の一形態は、ビーム色制御手段を含
む１または２つ以上の光投射器を有する照明応用のため
の光投射装置の色制御と色設計に関するもので、その光
投射器は；（１）照明応用に好適な輝度を有するビーム
を発生する光ビーム源；（２）ビームに関して置き換え
可能な一組の色フィルタ素子から成り、また（３）その
色フィルタ素子の中のいくつかはフィルタ遮断（カット
オフ）波長および透過（カットオン）波長がその素子の
位置決めによって調整可能となるように形成された可変
ダイクロイックフィルタリング材料から成る。
【００３９】フィルタ素子の一形態は色相（ｈｕｅ）パ
ラメータが円周方向に変わり、色の濃さ（飽和度彩度）
が半径方向に変わる円形の素子である。従って、フィル
タ素子をビームを通して回転すれば色相が変わり、一方
ビーム軸を横に直角に移動すれば濃度制御が行える。
【００４０】本発明のさらなる特徴によれば、色制御系
は、フォトダイオードアレイまたは他の適切な変換素子
（トランスジューサ）と協動してビームの色を測定し、
かつ正確な色測定信号を色制御部へ供給するスペクトル
解析器として作動する、リニアな可変帯域通過フィルタ
等の、色感応フィードバック素子を含む。これは照明装
置間の精密な色整合を許容する。
【００４１】本発明の他の形態によれば、ゴボ選択手段
はゴボ配向制御手段と組合されて、プログラム可能に方
向付けられた静的パターンとそれらのパターンの動的回
転の両方を伴うゴボ効果を選択的に生み出す。
【００４２】本発明のさらなる形態によれば、輝度制御
系は輝度フィードバックトランスジューサ、および空間
的に変調され、可変濃度で、反射コーティングを有する
調光ホイールとを含み、ローカル（局所）制御系と協力
して指定された出力輝度レベルを生成する。
【００４３】
【作用】本発明では、（１）高解像力、プログラム組込
機能および液晶アレイの応答時間を有し、かつ熱的に良
く保護された照明投射器ゲートを提供できる。
【００４４】（２）光散乱液晶アレイの注目に価する利
点を利用する一方で、熱損傷からこのアレイを保護する
ことができる。
【００４５】（３）高速画像投射器に対して動的な可変
投射ゲートを利用し、多様な各種のパターンを用いて、
照明と動画の両方の応用に使用される正確なビームパタ
ーン制御ができる。
【００４６】（４）安定した熱環境を提供し、それによ
り高輝度光投射器に用いることができる。
【００４７】（５）ビーム制御装置の広い制御領域を許
容する改良された投射器冷却技術を提供できる。
【００４８】（６）動的可変液晶投射ゲートとボゴ（ｇ
ｏｂｏ）ユニットとを一緒に、また個別に利用すること
により、斬新で独特の視覚的照明効果を創り出すことが
できる。
【００４９】（７）閉鎖された環境内で働き、それによ
り信頼性を改善し、汚染の危険性を減少し、かつ装置か
ら出るノイズを除去することができる。
【００５０】（８）人間の色知覚特性に適応させるため
に段階を付けた目盛付けの方法で色パラメータを制御す
ることが可能な色制御組立部品を提供できる。
【００５１】（９）ビームスペクトルセンサにより供給
された帰還値を使用する改良された色制御装置を提供で
きる。
【００５２】（１０）静的パターンおよび動的パターン
の両方を含む広い範囲の効果を有する改良されたゴボ利
用を提供できる。
【００５３】（１１）輝度レベル帰還センサと連結した
改良された調光手段を提供できる。
【００５４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を詳細に説明する。
【００５５】図１を参照するに、本発明の一実施形態の
光投射装置は、ランプ１０と反射鏡１２とを含み、これ
らはプログラマブル光パターン発生器すなわち投射ゲー
ト１４上に光ビーム５０を合焦（フォーカス）するよう
に協力し、その投射ゲート１４は液晶アレイを含有し、
かつフィルタ／冷却液セル２０内に浸されている。光源
１０、例えば高輝度１０００ワットアークランプは、可
視光、赤外線および紫外線を含む帯域にわたる放射エネ
ルギを放出し、この放射エネルギは次に反射鏡１２で集
められ、偏光していない焦点合せされたビーム５０とし
てプログラマブル画像発生器１４へ向う。
【００５６】後者（プログラマブル画像発生器１４）の
画素は照明制御装置４０により順番に制御されるドライ
バ１８を介して活性化される。この照明制御装置４０
は、参考のためここに含めた、ティラー氏等の米国特許
第４，９８０，８０６号に示されているタイプの装置で
もよい。
【００５７】敏感な（熱影響を受け易い）投射ゲート１
４に赤外光等の波長が到達する前に（可視光と“遠”赤
外線間の波長を有する）“近”赤外領域にフィルタを活
性化させるために、多層誘電体干渉フィルタ３２を投射
ゲート１４とランプ１０との間に配置することができ
る。このフィルタ３２は近赤外線を反射する一方で、よ
り短い可視波長を透過するように選択されたダイクロイ
ック特性を示す光学的薄膜を含んでいる。
【００５８】符号１６で示すようなレンズ系はゲート１
４を真すぐ透過した光と、ゲート１４により変調された
光とを集光し、その結果生じる画像を投射するのに供さ
れている。
【００５９】投射ゲート プログラマブル光パターン発生器１４はあるモードで光
を散乱し、他のモードで光を透過することが可能な液晶
画素アレイから構成されている。このようなアレイに適
した散乱材料の１つのタイプは、ポリママトリックス
（重合体の母材）内に分散されたネマティック液晶であ
る。この合成物はポリマ分散液晶（ＰＤＬＣ）と称され
ている。ネマティック曲線配向相（ＮＣＡＰ）液晶、液
晶ポリマ合成物（ＬＣＰＣ）、ネマティックコレステリ
ック液晶ディスプレイ（ＮＣ−ＬＣＤ）、およびポリマ
ネットワーク液晶ディスプレイ（ＰＮ−ＬＣＤ）もまた
好適であろう。さらにまた、赤外線感受率と偏光損失と
を十分に減少する適切な特性の液晶系（ＬＣ）素子を用
いたツイストネマティック（ＴＮ）系は少なからぬ応用
に対して満足させることができる。
【００６０】ポリマ薄膜内にネマティック液晶を分散し
て構成した画素エレメントは、いくつかの状態の中のあ
る１つの状態に個々に駆動されることができる。ある１
つの状態では、垂線の周りに狭い角度で入射した光は、
画素エレメントを透過し、次いでレンズ系１６により投
射のために集光される。他の状態では、屈折率が整合し
ていない境界面を通って伝搬する光の反射および屈折の
特性を用いることにより入射光が散乱するので、入射光
の透過は有効に阻止される。印加信号を制御して液晶を
配向の中間状態に置くと、画素を真すぐ通る光の透過量
が制御されるので、グレイスケールが得られる。
【００６１】図２に示すように、ゲートアレイはポリマ
マトリックス４２内に分散した液晶液小滴４１から構成
されており、このポリママトリックス４２は２つの透明
板１４ａおよび１４ｂとの間に配置され、またゲートア
レイはアクティブマトリックス１４ｅを含んでいる（図
４参照）。制御素子１４ｄは各画素毎に１つずつあり、
それぞれ信号源Ｖからその各自の画素１４ｃへ適切な駆
動電圧を供給する。
【００６２】ＰＤＬＣアレイに用いられた液晶材料は直
交軸に沿って正しく調整された２つの屈折率を有する。
異常光線の屈折率ｎe は液晶の長軸に沿って調整され、
また常光線の屈折率ｎ0 はｎe の軸に垂直な軸に沿って
調整される。さらに、ポリママトリックス封じ込め媒質
手段は屈折率ｎp を有し、これは異常光線の屈折率ｎe
と整合する（ある場合においてｎ0 はｎp と整合す
る）。これらの屈折率の相対値を制御することにより、
入射光線Ｉi はポリママトリックス／液晶の組み合せ体
の境界面をその光が通過するときに、光が屈折率の一致
または不一致のいずれかに遭遇するかに応じて、透過ま
たは分散される。
【００６３】透過状態のときには（図２の右側に概略図
で示した）、画素上に入射する光の９０パーセント以上
が垂線の周りに狭い角度で透過することになる。
【００６４】他方、画素が光の遮断即ち散乱状態に置か
れているときには（図２の左側に示す）、液晶はランダ
ム配向となり、異常光線の屈折率ｎe はもはや光の伝搬
方向に配向していない。光は素子の表面に関してランダ
ム態様中の投射ゲートから破線の方向矢印で示したよう
に出て行くこととなる。そして、もはや狭い集光ビーム
は“真すぐ進む”透過光でなくなり、それ故にこの透過
を有効に阻止する。予期される“前方散乱”に加えてか
なりの量の“後方散乱”があるということも注目すべき
ことである。
【００６５】画素が散乱モードのときに光の９０％以上
がその画素を通るけれども、広い散乱角度（前方向と逆
方向の両方の）のために、その透過光はレンズアセンブ
リ１６によって投射用に集光され得ない。従って、光の
透過は投射ゲートを損傷するかもしれない吸収作用を用
いることなしに、効果的にかつ制御可能に減少する。
【００６６】多くの応用に対して、屈折率の正確な整合
の程度から最大の不整合程度までの間で、画素内の屈折
率整合の範囲を制御することは好ましい。その結果とし
て、光はある１つの状態でほぼ完全に透過し、中間の状
態で部分的に透過し、かつ画素をあたかも不透明状態中
に置いたようなオフ状態の限度まで分散する。
【００６７】ある応用においては、ちょうど両端の状
態、すなわち透明と不透明の状態で画素を操作する、オ
ンとオフのモードを備えることで十分満足されよう。
【００６８】高いコントラスト率、例えば約１００対
１、あるいはそれ以上の率でゲートを設計することが好
ましいことである。
【００６９】投射ゲート１４内に用いられた液晶とポリ
マの合成物の組成、およびアクティブマトリックス制御
素子の電気的特性は、信号（増幅、周波数およびタイミ
ング）と、透明から不透明の範囲にわたって画素の励起
を変えるのに用いられるゲート駆動系の電力必要量とを
決定する。液晶マトリックスはポリママトリックス４２
と交差するときよりも、むしろ液晶材料４１と交差する
ときに主に電圧低下が起るというように適切な電気的特
性を有していなければならない。アクティブマトリック
スは多くの特許および刊行物に記載されている。例え
ば、沖氏等による米国特許第４，８１８，９８１号を参
照されたい。
【００７０】制御パラメータは、アレイを形成するのに
使用された液晶とポリマの合成物に基づいて、画素（ピ
クチャエレメント）がエネルギの印加がない正常状態の
下では整然として配向（垂直伝導モード）を有する透明
状態になり、適切な電気信号の印加でランダム配向（傾
斜伝導モード）を有する不透明状態になる（また逆も同
様）ように設定することができる。アレイの初期のタイ
プのものは“リバース（逆）モード”として知られてお
り、電力を失ったときに透明状態に変わる液晶材料を必
要とする応用に特に望ましい。
【００７１】アレイに画素の配向を制御する代替方法に
は制御刺激としての熱、磁気あるいは電気−磁気（光磁
気を含む）励磁の使用を包含する。特定の応用におい
て、これらの方法は液晶の配向を制御するための代替実
施形態として組み入れることが好ましいであろう。
【００７２】適切な制御信号を供給するため、電子駆動
回路１８は、図１から図４に示すように、典型的に照明
制御装置４０から映像信号を受け取り、選択したアプリ
ケーションによる入力ビデオパターンに応じてアレイの
個々のエレメントを、適切な列と行、すなわちＭ１とＭ
２（図４）に対してそれぞれに、選択的に印加する。こ
の結果、所望の画像が投射ゲート１４の全面に創り出さ
れ、光ビームを変調し、このビームが次にレンズ系１６
により集光されて投射される。米国特許第４，９８０，
８０６号に教示された技術に従えば、ビデオフレーム
（映像）はキュー（ｃｕｅ）として例えばランプの近く
に格納でき、これをゲートに向けて供給することにより
動画化とリアルタイム形態の画像を作成できる。単一の
フレームでも多様の変化を作り出す処理を介して巧みに
操作することができる。代りに、画像通信回線が遠隔の
発生源から連続してビデオを供給するのに使用されるこ
とができる。
【００７３】駆動回路１８は好ましくはシリアルまたは
パラレルのいずれかで伝送されるデジタル論理制御信号
により表わされる画像信号を受け取り、かつ一般的に液
晶アレイ１４のインターフェース要求に合ったマイクロ
プロセッサ互換型周辺装置として設計される。
【００７４】応用対象（アプリケーション）に応じて、
ゲート素子は色々な形状に配列でき、例えば１０，００
０個の画素と各画素に対する駆動信号の印加のための関
連する電気的接続部とを含む１００×１００のエレメン
トアレイに配列できる。列と行のマトリックス配列を用
いる場合は、２００本の電気的接続部を関連する能動素
子を使って１００×１００エレメントアレイ中の各々の
画素をアクセスするのに用いることができる。この方法
において、画像データは、順番に行を下げて送られ、列
と行で活性化される所望の画素を活性化することができ
る。
【００７５】アクティブマトリックス（母材）は米国ミ
シガン州トロイ所在のオプチカルイメージング システ
ム社から入手可能である。具体的な駆動回路の設計はゲ
ート特性に依存する。実例となる特徴に関して、例えば
米国カリホルニア州セントジョーズ所在のＳ−ＭＯＳシ
ステムズ インストルメント社により市販のドライバＳ
ＥＤ１１８０Ｆ，１１８１Ｆ，１１９０Ｆおよび１１９
１Ｆを参照されたい。
【００７６】ある事例において、マトリックス技術使用
のプラズマアドレシングが一般的なアクティブマトリッ
クスのアドレシング技術の代りに適用でき、これにより
制御エレメント１４ｄの必要を除ける。このプラズマア
ドレシングはトーマス Ｓ．ブーザック氏著の“新アク
ティブマトリックス技術使用プラズマアドレシング”
（Ｓ．Ｉ．Ｄ ９０ダイジェスト版 ＰＰ．４２０〜４
２３）に記載されている。この技術は、各画素をアクセ
スする必要のあるアクティブマトリックスをプラズマ収
容溝（チャンネル）に置き換えたもので、選択された画
素に電圧を正確に配置するための手段を用いて広い駆動
電圧領域を提供する。プラズマアドレシングによって供
給された広い電圧領域は、所望のグレイレベルに従って
選択された状態に置くために、液晶材料が大きな駆動電
圧を必要とするのを許容する。
【００７７】プラズマアトレシングは一般的なＴＦＴ制
御素子（１４ａ）を閉じ込めガスの選択的伝導溝で置き
換えることだけなので表示器の組立を簡単にする。アレ
イはそのため、一般的なアドレシング機構と同様な、画
素行アクセス用の駆動回路と、各列を行画像データにラ
ッチするためのプラズマ溝とから構成される。個々の画
素の透過特性はその行の駆動回路を使って画素に対して
データ信号を印加することにより、また関連する溝内に
収納されたガスの伝導率を調整することによって制御さ
れる。プラズマ、すなわち高伝導性イオン化ガスはデー
タ回線と大地間の電気回路を完成する。従って、データ
行上の信号は、ガスがその伝導性にあるとき、すなわち
プラズマ状態にあるときの、画素内の液晶のみを励起す
る。
【００７８】高い演出応用向けの本発明の一実施例では
アクティブマトリックス内に２００×２００エレメント
のＰＤＬＣアレイと、３平方インチの“ウインドウ”と
して組立てられた、光投射器の投射ゲートとして形成さ
れたユニットとを有する。最も控えめな映像演出のとこ
ろでは、３５×３５画素のアレイを有するゲートが容認
しうる。これは分解能の減少があるけれども、機械的に
制御されたゴボに対して画像の変化とスピードが著しく
優れている。
【００７９】ＰＤＬＣ技術の比較的わかりやすい記述と
しては、Ｂ．バッファドール編集「液晶−応用と使用」
Volume １、１９９０年、米国ニュージャージ州のワー
ドサイエンティフィックパブリシャーズ発行の文献を参
照されたい（ＰＤＬＣ技術の詳細な論述が章１４に見い
出せる）。
【００８０】ＰＤＬＣ材料と好ましいゲート製作に有益
な製造工程について有益な情報提供を行っている記述
は、ドアネ ウエスト他による米国特許第４，６７３，
２５５号にも見い出すことができる。
【００８１】温度制御 液晶とポリマの合成物から構成された投射アレイの動作
は温度に左右される。このような材質、例えばＰＤＬＣ
で形成された投射ゲートは特定の温度範囲でのみ最大透
過を示すので、安定した動作温度範囲内に投射ゲートを
維持することは重要である。
【００８２】赤外線および紫外線エネルギは、１０００
ワットアークランプのような高輝度光源のビームから出
て光散乱ＬＣ（液晶）ゲートによって吸収されるであろ
うが、実際にはそのＬＣ材料が耐えられるよりも非常に
大きい。従って、図１に示す投射ユニットは熱制御系を
包含しており、この熱制御系は赤外線ろ過制御機構２０
および３２を組込んで温度の上昇を軽減し、それにより
光学素子の熱破壊を防いでいる。ろ過制御機構３２は液
晶ディスプレイを化学的に変質させる紫外線を吸収する
働きもしている。
【００８３】液体セル 長い波長の赤外線（“遠”赤外線）を扱うため、本装置
は液体を充満したセル２０を包含しており、このセル２
０は水およびエチレングリコールのような他の適切な液
体の少なくともいずれか一方を収容している。図３に示
すように、セル２０はビーム軸と直交する２つの平行
に、空間をあけた透明壁２２および２４から形成されて
いる。側壁（図示しない）および天板２４ａと底板２４
ｂが包囲壁を構成している。セル２０内の流体はビーム
５０から赤外線エネルギを吸収する一方、それより短
い、可視波長では優秀な透過特性を備えている。
【００８４】セル２０からの熱の除去は図３に示す入口
２４ｃおよび出口２４ｄを通ってセル２０を通過する循
環液体によって達成されている。これらは、ポンプ２
５，流量制御スイッチ３０およびラジエータ（冷却器）
２６を有する温度自動調整制御付液体循環系の導管３１
に接続している。後者のラジエータ２６は対流により好
適に冷却を行うことができる。温度自動調整制御付低ノ
イズ送風機２８は雑音の侵入を避けるように置かれてお
り、他の応用例でも使用可能なものである。
【００８５】流量制御スイッチ３０はさらに流体の流量
を感知するように構成でき、それによりポンプ故障ある
いはこの条の漏れ状態が検知され、付随装置へ検知信号
が送ることができる。一方、検知された状態によりラン
プ１０を自動的に消燈させて、アレイ１４や他の光学装
置を何らかの熱問題が発生する前に保護することができ
る。
【００８６】さらに他の対策として、拡張チェンバ
（室）をこの循環系の部品として備えることができ、こ
れはセル２０から比較的に遠くに配置し、液体内の水圧
サージを適応させ、それにより漏れによる危険を減少す
ることができる。
【００８７】冷却系はエチレングリコールまたはそれと
水との混合したものを使用でき、ろ過液体セル２０とこ
のセル内に浸されたゲート１４の両方に対し過度の温度
を妨ぐのに働く。ゲート１４の入射面上のホットミラー
３６は付加的な温度調整に供する。このアセンブリはま
た前方窓２２，後方窓２４およびゲート板１４ｂの液体
インターフェースのそれぞれの上に透過効率を増加させ
る反射防止被覆３５を設けることができる。
【００８８】他のセル／ゲート構造 ゲート／液体セルの一実施例を図５および図６に示す。
光学的にきれいな超純粋水のような赤外線吸収液体６４
を収納するための、第１密封円筒室６０を設けている。
シリコンゴムから形成することの可能なつば付円筒の柔
軟性ブーツ６２は透明な前方および後方窓８８および８
５によって形成された端面を有する密封室６０の周辺部
境界を形成している。シリコンブーツ６２は温度で変わ
る水室の容積に応じて拡大あるいは収縮するように備わ
っている。
【００８９】保持クリップ８０の補助具で適当な位置に
つかまされているセル６０の前方および後方の窓８８，
８５は溶かした石英材料で形成することができ、好まし
くは構造上の必要と一致する最小の薄さにする。
【００９０】ろ過室６０を囲んでいるのは冷却液６８を
収容するのに適した第２環状室６６であり、セル６０内
の液体６４と室６６内の冷却液６８間を最大に熱が伝わ
るように備えられている。冷却液室６６は図５に示すよ
うに円筒ブーツ６２によって区画され、そのブーツ内周
とフランジ８１付の外側シリンダ７２とによって形成さ
れている。この配置構成は赤外線吸収工程で水６４に吸
収された熱を液体セル室６０の外へ、ブーツ６２を越え
て、これを境界となす第２の液体すなわち冷却液６８へ
と搬送する機構となっている。
【００９１】冷却液室６６を通って冷却液６８を循環す
る手段が備えられている。この目的のために、冷却液は
入力流路６５と出力流路６７とによって室６６を通って
循環し、この入力流路を図１に符号２６で示すようなラ
ジエータの出力側に接続することで、液晶ディスプレイ
の温度が維持される。
【００９２】液晶を冷却するのに加えて、冷却液は前方
ガラス７８と後方ガラス８８とを有する投射ゲートアレ
イ７９の冷却を行う。このことはこのマトリックス組立
体をろ過室６０の液体と熱的に接触するように配置する
ことにより達成され、それにより冷却液が利用できる。
この目的のために、投射ゲートの後方ガラスを液体セル
の前方ガラス８８と同様に形成することができる。これ
に加えて、図５に示すように、反射防止被膜８７を液体
セル／投射ゲート組立体の前面と背面上に配置すること
ができる。これは境界面での不整合を最小にし、これに
より光が１つの媒体から他の媒体へ通過するときの表面
反射を減少する。
【００９３】液体セルの室６０の密封性質は、乱流を最
小にし、かつ水の透明性を維持して、液晶アレイによる
ビームで形成された画像の明瞭性を保つ。自動化舞台照
明装置として良好にするために、パン（左右・上下移
動）およびチルト（傾斜角調整）のヘッド組立が搭載さ
れた場合には、セル内に乱流や気泡がほとんどない清澄
さの条件を維持する程度まで液体サブシステムが充満さ
れる。
【００９４】ゲート／セル組立体の他の実施例を図７に
示す。本図を参照するに、赤外線吸収液体は円筒形周囲
壁１１５および透明で平らな前面および背面窓１１２お
よび１３１で区画された円筒封包体１１０内に含有され
ている。らせん状の溝が円筒壁１１５に形成されてお
り、入口ポート１２０および出口ポート１２１を有する
冷却液路１２２を区画するためにその溝は外スリーブ１
２３によりカバーされている。その結果、冷却液流は追
加的な温度安定性を提供するように図られている。
【００９５】室１１０と連通するものとして、室１１０
内から延在したダクト１３３を含む膨張室１２５があ
る。
【００９６】このユニットの透明面１１４は透明板１１
２と１１３間にはさまれた光散乱アレイ１１１を含む。
このアレイは前記した形態のいずれか１つでよい。室１
１０内の冷却液はその屈折率が前面壁１１２および背面
壁１１３に関する屈折率と一致するように選択できる。
【００９７】本発明の光学系の一実施例を図８に示す。
開示した“折りたたみ（ｆｏｌｄ）バックミラー”組立
体は色々な利点を提供する。空間的制限の問題を解決す
るとともに、この構成は赤外線および紫外線ろ過組立体
が使うことができる追加の表面を提供する。ある反射面
に“コールドミラー”をコーティングすることで、追加
の赤外線エネルギは光ビームから除去することができ
る。
【００９８】本実施形態において、投射器ランプ組立体
２００はフィリップスＭＳＲシリーズ アークランプの
ようなランプ２０１を含み、このランプ２０１はシステ
ムコントローラ２０３からローカルプロセッサ２８５を
介して制御されているランプ電源２０２からエネルギを
印加される。この装置構成部品は前述した米国特許第
４，９８０，８０６号に開示されたタイプのものでよ
い。ランプ電源２０２およびその他の電気的構成部品は
冷却液系に接続された冷却液導管２０２ａと２０２ｂを
通じて冷却される。
【００９９】ランプ２０１は反射組立体２０４内に取付
けられており、この反射組立体２０４は反射面２０９お
よび入口２０６と出口２０７を備えた冷却液室２０５を
有する。冷却液は前述した冷却装置の制御の下にそれら
のポートを介して室２０５を通って循環される。
【０１００】他の実施形態として、この投射組立体２０
０は表面２０９上にコーティングした外側コールドミラ
ーと、室２０５の内側端面２０５Ａおよび２０５Ｂに加
えられた赤外線吸収面を有することができる。コールド
ミラー上に入射する赤外線はこのミラーを透過するの
で、室２０５内の冷却液によって部分的に吸収されると
共に、その壁の表面にも赤外線が部分的に吸収される。
【０１０１】投射組立体２００から投射されたビームは
コールドミラー上と内部冷却液室２１１を有する液体冷
却ユニット２１０とに入射する。その液体冷却ユニット
２１０は入口ポート２１２と出口ポート２１３を介して
冷却液循環系に接続する。
【０１０２】ミラーはガラス基板２１６を含み、この基
板上に多層誘電体干渉フィルタ２１５が積層されてお
り、この基板は可視光を反射する一方で赤外線と紫外線
の波長を通過させる。フィルタ２１５を通過した赤外線
エネルギは室２１１内の冷却液によって部分的に吸収さ
れ、かつミラー組立体の背面に載置された赤外線吸収面
２１４によって部分的に吸収される。この吸収面はさら
にまた循環冷却液によって供給された熱伝導の受取人で
もある。紫外線エネルギはガラス基板２１６により部分
的に吸収される。
【０１０３】ミラーユニット２１０から反射した投射ビ
ームは色制御組立体２２１上に収束する。液晶画素アレ
イは多色投射画像を創出するのに使用することができる
けれども、比較的に複合多経路光学システムが通常必要
とされている。この費用と複雑性および何らかの交換と
を避けることが必要とされているので、ダイクロイック
フィルタの使用を介して単色ビームを発生することは好
ましいことであり、投射アレイ上のその結果生じるろ過
済みのモノクロ（単色）光を集光することは好ましい。
このようなやり方は、ダイクロイックフィルタの組合せ
形態（以下の章で論じる）が並はずれた色制御を産出す
ると考えられるので、望ましいことである。
【０１０４】これらの特徴を具体化したカラーホイール
組立体（アセンブリ）はその円周に沿って連続する色領
域を供するカラーホイール２２０Ａ，２２０Ｂおよび２
２０Ｃを含む（図９も参照のこと）。システムコントロ
ーラ２０３の制御の下で、３つのホイールのそれぞれは
個々のセットの色パラメータに応じた位置に回転するこ
とができる。これは円滑にフェード（光を次第に薄れさ
せる）するのを許容し、従来の組立体で達成不可能な他
の連続的な色変化を許容し、色の中心（色調，色相）お
よび色の帯域幅（濃度，彩度）における変化を含む。
【０１０５】各カラーホイールは可変の、特定の波長帯
域の光線通過を許容する一方で、他の波長の光線を反射
する全誘電体ダイクロイックフィルタで構成されてい
る。この厚さ可変の多層光学薄膜は高い光学的出力密度
の下で最小の吸光性で作用するように設計される。この
組成物は異なる屈折率と異なる厚さを有する誘電体物質
層を含み、それらのパラメータは連続的に可変のスペク
トル応答を生じるフィルタ表面にわたって変化する。
【０１０６】全誘電体物質からなるカラーホイールの組
立構成体は金属誘電体デザインを越える顕著な利益が得
られる。すなわち、最小の吸収で高パワースループッ
ト、および非常に大きな異常環境に対する頑丈性であ
る。ジームス Ｄ．ランコート氏著“光薄膜ユーザハン
ドブック”マックミリアン発行、特にその章３．７．３
および章４．４．２から４．４．５参照のこと。ここに
記載されたタイプのカラーホイールは米国カルホルニア
州サンタローザのオプティカルコーティング ラボラト
リ Ｉｎｃ．社から得ることができる。
【０１０７】第１のカラーホイール２２０Ａは短波長の
光を透過し、長波長の光を弱める可変短波長通過“エッ
ジ”フィルタとすることができる。図１２の（Ａ）に示
すように、このフィルタは“ブルー”波長を有する光を
通過する傾向にあり、遮断波長は色々な、例えば比較的
長い遮断波長を有する位置へホイールを回転することに
よって連続的な範囲に変化させることができ、これによ
りエッジは波長軸に沿って有効にスライドし、比較的長
い波長（グリーンおよびレッド）を有する光を通過させ
る。
【０１０８】第２のホイール２２０Ｂは比較的長い波長
の光を通過し、可変遮断波長を伴う比較的短い波長の光
を減衰する可変長波長通過エッジフィルタとすることが
できる。図１２の（Ｂ）に示すように、このフィルタは
“レッド”あるいは長波長を有する光を通過し、さらに
またここで比較的短い遮断波長を有する位置へホイール
を回転することによって遮断波長を連続的に変化させる
ことができ、これにより比較的短い波長（グリーンおよ
びブルー）を有する光を通過させることができる。
【０１０９】第３のホイール２２０Ｃは可変の上方およ
び下方の波長によって限定された帯域内で波長を阻止
し、この波長帯域以外の光を通過することができる可変
の帯域阻止フィルタとすることができる。図１２の
（Ｃ）に示すように、第３のホイールを回転すると、阻
止帯域は波長軸に沿って有効にスライドする。
【０１１０】この３つのホイール系は合成可変フィルタ
系で構成され、カラー制御に対して顕著な改善を提供す
る。図１２の（Ｄ），（Ｅ）および（Ｆ）に示すよう
に、色濃度を例えば、ハーフトーン、あるいはドット濃
度、あるいは他の手法によって制御することによって追
加された変化が得られ、図１０に示すように、ビームに
対して色々な濃度値にさらすように移動手段によりビー
ムの外へとカラーホイールを漸次移すことにより、各ホ
イールの周囲の内側範囲から放射する連絡的に変化する
色濃度の光が得られる。この特徴は、図８に示すよう
に、コントローラ２０３により制御され、色で調合され
たホワイト光の光量制御の能力が得られるのでカラーの
濃度制御が行える。
【０１１１】フィルタは、連続的に可変であるダイクロ
イックで、すべて誘電体素子であることが好適である。
【０１１２】３つのホイールを全部組合せた効果は、白
色光の減法ろ過の三段階後に残留したスペクトルのエネ
ルギの状態を示す図１２（Ｇ）に示される。
【０１１３】３つのホイールは、各々、中心部に円型の
開口部１５２を有するディスクから作ることができる。
このディスクは、図１０に図示されるように、中心部の
開口部１５２に隣接したディスクの内側の縁端部に沿っ
て透明な領域１５４を有し、この透明な領域１５４はカ
ラーろ過の働きは全くない。ホイールを光路と交差させ
て移動させて、中央部の開口部１５２を光路中に配置さ
せて、カラー透過を排除することができ、反射や吸収に
よる光の損失を排除することができる。また、ホイール
を光路と交差させて移動させて、望ましいレベルのカラ
ー濃度または、カラー濃度に対応するカラーフィルタ領
域を光路中に配置させることができる。
【０１１４】最大濃度領域を、カラーフィルタホイール
の縁部近くに形成し（図１０に図示）、ホイールに入射
した所定の直径のビームによって、対応するより低い濃
度領域に入射する同じ直径のビームよりも色相変化がよ
り狭い範囲のカラーフィルタの一部がさえぎられるよう
に、最大濃度領域を配置する。従って、ビームの直径に
わたる最大濃度と色相変化の最小範囲は、カラーフィル
タホイールの外縁部付近で達成される。
【０１１５】ホイールの中心により近い位置で、ホイー
ルによってビームが遮光されるように、カラーフィルタ
ホイールを、光路に交差させて移動させることによっ
て、ドット濃度パータンによって形成された透明な領域
を通過するろ過されなかった光の量が増加し、また、ビ
ームが、ホイール上でより大きい角度で延びるにつれ
て、ビームの直径内の色相変化の範囲が増し、所定の色
相の飽和度が低下する。
【０１１６】カラーフィルタは、各々、ホイールの周縁
部に、さらに、エンコーダパターン１５０（図１０）を
有する。適切な検知器および／または、デコーダで読み
取られる際に、エンコーダパターン１５０によって、角
位置の変化を検知することができる。図１０に示された
２トラック直角位相エンコーダパターンを、適切なカウ
ンタおよび／または、タイマ回路とインデックスポイン
トとに組み合わせることによって、ローカルプロセッサ
２８５に、絶対角位置と、インクレメント角位置から回
転速度と、回転信号の方向とを決定させることができ
る。他の方法によれば、絶対位置エンコード方式を用い
ることによって、ローカルプロセッサが、絶対角位置
と、回転速度とを、マルチセンサや、マルチビットデジ
タルエンコードを用いた周知の方法によって、より直接
的に決定することができる。図８に示すように、カラー
フィルタホイールを、各々、各ホイールの周辺に作用す
るリム駆動に機械的に結合させて、ホイールの角位置を
制御してもよい。
【０１１７】以下の色制御ユニット２２１では、光路に
沿って設けられた視野絞り２５が迷光を遮断する。任意
選択の集積レンズ２３０は、上記ビームを横切るいかな
る色変動（ｃｏｌｏｒ ｖａｒｉａｔｉｏｎ）も均質化
する。
【０１１８】上記ビームをその後カラーホイール（随時
選択、以下で議論される）２７５を通過させ、その後、
コリメータレンズ２３５を通過させた後、折り曲げミラ
ー２３６から反射させる。この配置はほぼ平行な光線を
投射アレイの液晶材料上に向けて透過効率を最大とし、
適切な光路の形態に達成するのに寄与する。上記ミラー
２３６は上記循環系に接続された付加的な冷却チャンバ
ー（図示しない）と熱的に接触させ得る。
【０１１９】投射ゲート２４０の一実施形態は図５のＬ
Ｃアレイである。付加的にゲート２４０は、いくつかの
応用のために、ソレノイドまたはモータＭ１の制御下で
光路の内と外とを移動可能としてもよい。この態様は、
上記ゲート２４０が使用されない間にそのゲートを光路
から排除することによってＬＣアレイの寿命を延ばす。
さらに、これは投射器が他のモードの場合に光損失を減
らす。
【０１２０】ある適用において、特に最小の分解能の結
晶アレイを用いた場合には、劇的な視覚効果がＬＣゲー
トといっしょに上記ビームを変調する遮光板（ゴボ）ホ
イールの組み込みによって達成され得る。この目的のた
めに、上記光学系にはモータＭＧを介して共通の軸回り
に配した多くの固定パターンまたは他の光学的効果を提
供し、およびシステムコントローラ２０３の制御下でモ
ータＭＧを回転させることによって選択される一つの効
果を提供する遮光板ホイール２５１を含めてもよい。選
択されたパターンはさらに上記ビーム内の所望の方向に
モータＭＧによって回転させられてもよい。これに加え
て、上記遮光板ホイールの位置の一つは上記ビームに透
明な穴を与える。上記遮光板ホイール２５１およびＬＣ
ゲート２４０は、イメージの形成のために上記ビームを
変調した状態で、相互に協働してあるいは互いに独立し
て用いられ得る。ＬＣアレイが単独で用いられるべき場
合には上記遮光板ホイールはその透明な位置までに駆動
される。（あるいは、遮光板ホイールは光軸から離れる
ように引っ込められ得る。）同様に、上記遮光板ホイー
ルが単独で用いられるべき場合にはＬＣアレイ１４はビ
ームの経路から外れた位置に配置される。
【０１２１】像形成に続いて、本光学系はリレーレンズ
２５０とコントラストアパチャ２５５とを含む。このコ
ントラストアパチャ２５５は投射ゲートにより散乱され
た非平行光のうちリレーレンズ２５０に入射するものを
すべて遮断して投射されたイメージのコントラスト比を
向上させる。
【０１２２】モータＭ２を介して制御されるズームレン
ズ系２６０はプロジェクタの出口に設けてあり、システ
ムコントローラ２０３により制御されて合焦と倍率選択
を提供する。さらに、輝度制御アイリス２６５を光学系
に導入して、モータＭ３を駆動するシステムコントロー
ラ２０３により制御するようにしてもよい。適用例によ
ってはズーム部材のそれぞれに対して別個の駆動モータ
を設けてもよい。
【０１２３】投射アッセンブリはサーボ駆動ＰおよびＴ
により上下左右動（ｐａｎ）および傾動（ｔｉｌｔ）に
関して制御される。この投射アッセンブリは密封ハウジ
ング２７０内に収容することができる。この技術はプロ
ジェクタの無菌環境を保つのに役立つとともに種々の動
く構成要素により発生されることのある騒音をハウジン
グ内にとどめる。さらに、照明系のランプハウジング２
７０を冷却材を担持する二重壁として構成し、プロジェ
クタから熱を対流や放射により取除くヒートシンクとし
て作用するようにして冷却を達成することができる。
【０１２４】強度制御 出力光線の輝度を制御する別の機械的に光を暗くする手
段として、ディスク上の適宜な光路に沿って反射性が変
化する反射塗膜を施した透明なディスクも可能である。
例えば、カラーホイール２２０Ａ，２２０Ｂおよび２２
０Ｃに関して図１０で記述した方法で、ドット・パター
ンの濃度を変化させ光路に沿った反射率を変化させる。
濃度変化と濃度の軌跡は、好ましくは、輝度での滑らか
な直線性の変化を完成させるべく選択され、一方、暗転
から十分な明度へのす早い変移をも促進させる。これ
故、図１１に示すように、光路はらせん状に変化する反
射性を備えた暗くするホイール２２２の形にすることが
できる。ホイール２２２は、消光されていない十分な輝
度の光を通すための中央開口２２６を持つように作るこ
とができる。光を減衰するように形成された可変濃度ド
ットパターンは、図１１に示すように開口２２６に隣接
した明るい領域からはじまり、濃度を増加させていき、
その結果、反射率が増加し、ホイールの周辺部に向かっ
てらせん状の光路になっている。ホイールの周辺部近傍
の外側領域はすべての入射光をそこで反射し、これによ
り光線を輝度ゼロまで暗くする。
【０１２５】ホイールを同時に回転させ光路を横切って
動かすことで、光線は、輝度レベルが円滑に制御できる
ようにらせん状の光路に沿って多くの点でホイールによ
り光線が遮断される。ゆるやかな光の暗転化が円滑に制
御でき、特にらせん状の光路の端の低い輝度の所では反
射塗布材の濃度が徐々に増加するので円滑に制御でき
る。ドットパターンを慎重に設計することにより、調光
アイリスに対応したフェードの直線性が改良される。こ
の理由は、アイリスの作動腕の線形な動きが光の輝度で
の非直線性の変化を生じ、特に、アイリスが輝度ゼロす
なわち完全に閉じられた動きの端部に近づいて行くから
である。
【０１２６】ホイールをほとんどあるいは全く回転させ
ず、光路中を急速に移動させることにより、輝度レベル
をゼロから１００％まで急激に変化させることができ、
あるいはらせん状の光路に沿って配置された濃度が徐々
に変化する領域を迂回することにより輝度レベルを１０
０％からゼロまで急激に変化させることができる。らせ
ん状の光路にしたがって、１０，０００：１までの制御
可能な輝度比率が達成できる。
【０１２７】調光ホイール２２２は、光路に対して、回
転可能であり移動可能である。調光ホイール２２２は、
図８に示すように、ホイールの回転位置を制御するため
にホイールの周辺上で作動する「リム駆動」配列と、機
械的に結合する。さらに、調光ホイール２２２は、カラ
ーフィルタホイール２２０Ａ，２２０Ｂおよび２２０Ｃ
について述べたようにエンコーダ・パターンを含むよう
に製作できる。この方法では、エンコーダ・パターンが
適宜の検出器やデコーダで読み取られて、エンコーダ・
パターンは回転位置の検出と処理を可能にする。
【０１２８】代わりに、調光手段を、長さ方向により反
射率が変化する反射塗布材を持った線状の細片状に形成
してもよい。線状の細片（ストリップ）の反射率は、上
記の方法でドットパターンの密度を変化させることによ
り、変化される。細片を光路を横方向に横切らせるにつ
れ、細片により、輝度が滑らかに直線的に変化をする。
適宜な耐久性のある柔軟な基板を使用して、光路の両端
上に配置された２つのスプール上に線状細片の調光手段
を巻回できる。その後、照明装置の出力輝度を制御する
ために、調光細片を光路中を横切って回転させてもある
いは逆回転させてもよい。
【０１２９】輝度フィードバック フォトダイオードや他の適宜な変換器のような光検知電
子装置を使い、輝度制御機構で光を調光した後の光を採
取し、輝度制御用ローカルプロセッサ２８５へ輝度フィ
ードバック信号を送る。図８に示す実施例で、輝度フィ
ードバック装置２２４は、輝度制御ホイール２２２の後
の光の輝度を採取するよう配置されている。輝度フィー
ドバック配列により、照明装置に指定したレベルの照明
を行わせることができる。輝度フィードバックは、ロー
カルプロセッサを制御するオペレーティングシステムソ
フトウエアではできないことがある。例えば、フィード
バックセンサが遮光板の影の中あるいは別の投射画像の
影の中に入った場合である。
【０１３０】カラーマッチング ある応用例で生じる問題には、照明装置間の色のミスマ
ッチングがある。ランプの色の校正は、ランプのタイプ
により変化し、またシステムの照明装置間の正確なカラ
ーマッチングを不可能にする時間によっても変化する。
この問題を解決するため、本発明によるシステムでは、
カラー光の量を示すカラーセンサあるいはスペクトラア
ナライザ２８０を備えている。カラーセンサあるいはス
ペクトラアナライザ２８０は、図８に示すように線形可
変フィルタ２８０ａを備えている。このフィルタ２８０
ａは、ビームシステム２２１で着色された後の光を採取
できるよう配設されている。この目的のために、フィル
タ２８０ａは、ミラー２３６の開口２３６ａを通過する
光のサンプルを受光できるように配置することもでき
る。
【０１３１】オプティカルコーティングラボラトリ会社
（Ｏｐｔｉｃａｌ ＣｏａｔｉｎｇＬａｂｏｒａｔｏｒ
ｙ，Ｉｎｃ．）からセレクトラバンド（Ｓｅｌｅｃｔｒ
ａｂａｎｄ）の商標で市販されているタイプの線形可変
フィルタは、空間の位置により線形に変化する中心周波
数をもったバンドパスフィルタを備えている。このフィ
ルタは、適宜のＩＣフォトダイオードアレイ２８０ｂと
結合され、光のスペクトルを指示する合成信号を作るこ
とができる。この出力信号は、例えば、システムコント
ローラに測定カラーデータも供給できるローカル専用マ
イクロプロセッサＵｐあるいは共用マイクロプロセッサ
２８５により、閉ループフィードバックとして処理でき
る。システムのローカルあるいはリモートカラーコント
ローラ回路は、特定の色の状態を作るためにこのように
してカラー装置を制御できる。これは投射されたビーム
の絶対的な色の正確さを与える手段を提供し、光源内に
異なる補正も可能である。従って、たとえ光源のスペク
トル出力が時間がたって変化したとしても各照明装置は
所望の色をさらに正確に再現することが可能である。た
とえいくつかの光源の光スペクトル出力が光源に応じて
瞬時には変動したとしても、一群のいくつかの照明装置
は同じ色をいっそう正確に再現することもできる。
【０１３２】その他の順次カラー方式 もし、リアルタイムにフルカラー画像が望まれるときに
は、本単一光路光学システムにおいて複数の原色、すな
わち、赤色，緑色および青色でもって投射アレイを順次
照明することによって得ることができる。単色系では普
通秒あたり約２５ないし３０画像のフレーム速度を用い
ることによって事実上フリッカなしにあたかも動きが連
続的であるように表すことができる。順次フルカラー動
作を達成するためには、本システムのフレーム速度を３
つの画像フィールド、すなわち、３原色（赤，緑および
青）の各々に対して１つの画像フィールドからなる各フ
レームを用いてフリッカ速度を３倍にあげる。各フレー
ムの継続時間中、投射アレイ、例えば図５のアレイ９
は、３原色の第１の原色に対する画像フィールドに対応
するビデオ情報がアドレスされ、そこでその選択された
原色で照明される。その結果、投射アレイは当該フレー
ム周期の第１の時区間の継続期間中第１の原色の画像フ
ィールドに対するビデオ情報を投影する。その後、第２
の時区間の継続時間中では、投射アレイは次の画フィー
ルドに対応するビデオ情報でアドレスされ、第２原色に
対する光でもって照明される。この処理は、そこで第３
の原色について繰り返される。この処理方法に従って、
赤，緑および青の画像フィールドは各フレームごとに順
次投射される。人間の眼では各原色が一緒に重なり合う
ことからフルカラーの動き画像が結果として生ずること
になる。
【０１３３】順次フルカラー動作に必要な３原色の各々
を得るために、図８の専用のトリカラーホイルアセンブ
リ（Ｗｈｅｅｌ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）２７５をカラー制
御ユニットに設けることができる。ホイル２７５の各セ
クタは、所定の色に対応する特定の波長を通過させるダ
イクロイック・フィルタである。専用のカラー・ホイル
を順次フルカラーシステムを達成するのに必要なカラー
濾過動作を簡易化するために使用することができる。以
上に開示した３個のカラーホイル２２０Ａ，２２０Ｂ，
２２０Ｃの動作と同様に、専用のトリカラーホイル２７
５をカラー濾過を除去するために光路から移すことがで
きる（１／３の輝度の白色光をゲートで調節することな
く、ホイルをぐるぐる回転することでできることに注
意。さらに、単色光、例えば青色が必要なときには、本
順次システムは専用フィルタシステムの光輝度の１／３
の光輝度でよいことになる）。順次カラー液晶表示シス
テムの例としては、Ｙａｉｒ Ｂａｒｏｎに対して発行
された米国特許第４，８４３，３８１号に見出される。
【０１３４】プログラマブルに回転可能な遮光板ホイー
ル 遮光板ホイール２５１の望ましい実施態様は、図１３で
説明するが、遮光板パターンを自動位置決め法を改良し
たものである。この目的のため、遮光板キャリア３２５
は、１組の個々の遮光板（ゴボ）ユニット３３０をその
周辺部に支持しており、遮光板選択システム３９０によ
り制御されるモータＭＧにより回転され、遮光板アセン
ブリを介して通過する光の光路内の座３６１に、遮光板
３３０のうちの選択された１つの遮光板を位置させる。
【０１３５】キャリア３２５は、上述した米国特許４，
９８０，８０６号に記載されたランプメカニズムおよび
照明制御装置により構成されるともに、制御される開ル
ープまたは閉ループアナログ、ディジタル、またはハイ
ブリッドモータ制御システムにより制御することができ
る。
【０１３６】各遮光板ユニット３３０の位置決め基準位
置も可変であり、調整可能である。この目的のため、遮
光板ホイールアセンブリ３２５は太陽歯車を含み、太陽
歯車は各遮光板ユニットの周辺に配置された遮光板ギヤ
ー３３５と係合している。太陽歯車３４５は遮光板位置
決め制御装置３９１により制御されている。遮光板位置
決め制御装置はまた遮光板選択システムで用いられるど
の駆動システムをも包含することができる。両システム
またはいずれかのシステムにおいて、位置、速度、およ
び関係するパラメータ、すなわち加速度のようなパラメ
ータを利用することができる。
【０１３７】太陽歯車３４５は全ての遮光板ギヤー３３
５と常に係合しているので、いずれかの遮光板ギヤーが
回転すると全ての遮光板ギヤーが回転することになる。
選択された遮光板が遮光板キャリアにより投射ゲート座
３６１に位置されると、遮光板キャリア３２５および太
陽歯車３４５を同時に、異なる回転角度だけ回転させる
ことにより、選択された遮光板はどれも太陽歯車により
所望の方向にだけ回転させることができる。選択された
遮光板は、投射ゲートに位置する間、さらに望むままに
連続または間欠的に回転させることができる。遮光板の
速度と向きもまた制御することができる。
【０１３８】太陽歯車の遮光板キャリアに対する少なく
とも１つの位置決め基準点により、投射ゲートに位置す
る遮光板は「直立（ｕｐｒｉｇｈｔ）」位置決め基準点
に位置されるようになる。望ましい実施態様では、遮光
板の直立位置ぎめ基準点となる遮光板キャリアに対する
太陽歯車のこのような位置決め基準点の数は、少なくと
も、太陽歯車と遮光板ギヤーの間の歯車比を慎重に選択
することにより得られる遮光板の数だけある。どの遮光
板も、太陽歯車と遮光板キャリアが１つのこのような位
置決め基準位置に固定されている間、取り付けることが
でき、取り付け後、遮光板の位置決め基準位置が正確に
予想した位置に制御される。遮光板と太陽歯車が同一の
回転角度で同一の回転方向に回転されると、遮光板は維
持されている直立位置決め基準点と交換される。太陽歯
車を遮光板キャリアに対してある角度だけ回転させるこ
とにより、遮光板の位置決め基準位置は相当する角度だ
け変化する。太陽歯車を遮光板キャリァにより回転され
るよりある角度だけ多くまたは少なく回転させることに
より、遮光板は交換され、それらの位置決め基準点が同
時に変わる。また、太陽歯車と遮光板ギヤーの歯車比を
慎重に選択することにより、太陽歯車が動かない間に、
遮光板キャリァを回転させることができる。そして、望
ましい位置決め基準点を投射ゲートが静止する位置と仮
定した位置に、選択された遮光板が回転して位置する。
モータＭＧを速度制御することにより、「回転」効果を
用いて、アニメーション化（動画化）された照明効果の
デザイン環境を良くすることができる。
【０１３９】開示された遮光板アセンブリとシステム
は、正確で、柔軟に、また独立に、広範囲のビームパタ
ーンを制御することができ、静的または動的に照明合図
（ｃｕｅ）に入れることができる。遮光板を連続または
間欠的に回転させることにより、普通とは違う劇的な視
覚効果を得ることができる。
【０１４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
以下の効果が得られる。
【０１４１】（１）高解像力、プログラム組込機能およ
び液晶アレイの応答時間を有し、かつ熱的に良く保護さ
れた照明投射器ゲートを提供できる。
【０１４２】（２）光散乱液晶アレイの注目に価する利
点を利用する一方で、熱損傷からこのアレイを保護する
ことができる。
【０１４３】（３）高速画像投射器に対して動的な可変
投射ゲートを利用し、多様な各種のパターンを用いて、
照明と動画の両方の応用に使用される正確なビームパタ
ーン制御ができる。
【０１４４】（４）安定した熱環境を提供し、それによ
り高輝度光投射器に用いることができる。
【０１４５】（５）ビーム制御装置の広い制御領域を許
容する改良された投射器冷却技術を提供できる。
【０１４６】（６）動的可変液晶投射ゲートとゴボ（ｇ
ｏｂｏ）ユニットとを一緒に、また個別に利用すること
により、斬新で独特の視覚的照明効果を創り出すことが
できる。
【０１４７】（７）閉鎖された環境内で働き、それによ
り信頼性を改善し、汚染の危険性を減少し、かつ装置か
ら出るノイズを除去することができる。
【０１４８】（８）人間の色知覚特性に適応させるため
に段階を付けた目盛付けの方法で色パラメータを制御す
ることが可能な色制御組立部品を提供できる。
【０１４９】（９）ビームスペクトルセンサにより供給
された帰還値を使用する改良された色制御装置を提供で
きる。
【０１５０】（１０）静的パターンおよび動的パターン
の両方を含む広い範囲の効果を有する改良されたゴボ利
用を提供できる。
【０１５１】（１１）輝度レベル帰還センサと連結した
改良された調光手段を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明一実施例を示す光投射器の内部の略側面
図である。
【図２】本発明の実施例に適用可能なポリママトリック
ス内に含有する液晶小滴の状態変化を説明する液晶アレ
イ部分の略図である。
【図３】本発明による液晶投射アレイおよび赤外線吸収
・伝導性冷却液セル組立体の具体例を示す略図である。
【図４】図１から図８の装置に使用される本発明実施例
のプログラマブル光散乱アクティブマトリックス投射ゲ
ートの略平面図である。
【図５】液晶投射アレイおよび液体セル組立体の本発明
による実施例の略側断面図である。
【図６】上記液晶投射アレイおよび液体セル組立体の略
斜視図である。
【図７】液晶投射アレイおよび液体セル組立体の本発明
の他の実施例を示す略側断面図である。
【図８】好ましい光学系を示す光投射器の内部の一部を
示す略側面図である。
【図９】本発明の色制御装置を形成するカラーフィルタ
の１つを説明する平面略図である。
【図１０】本発明の濃度制御装置を形成するカラーフィ
ルタのドット密度を説明する平面略図である。
【図１１】本発明の空間変調・可変濃度・反射被膜調光
ホイールを説明する平面略図である。
【図１２】本発明のカラーホイール装置の特性を説明す
る一組のスペクトル透過曲線を示す特性図である。
【図１３】プログラマブル回転可能ゴボホイール組立体
の本発明の実施例を示す略平面図である。
【符号の説明】
１０ ランプ １２ 反射鏡 １４ 光投射ゲート １６ レンズ系 １８ ドライバ ２０ フィルタ／冷却液セル ２５ ポンプ ２６ ラジエータ ２８ 低ノイズファン ３０ 流量スイッチ ３１ 導管 ３２ 多層誘電体 ３５ 反射防止被膜 ３６ ホトミラー ４０ 照明制御装置 ４１ 液晶小滴 ４２ ポリママトリックス ５０ 光ビーム ６０ 第１密封円管室 ６２ つば付円筒軟質ブーツ ６５ 入力流路 ６６ 第２環状室 ６７ 出力流路 ６８ 冷却液 １３３ ダクト １５０ 符号器パターン ２００ 投射ランプ組立体 ２１０ コールドミラー ２２１ 色制御アセンブリ ２２２ 調光ホイール ２５１ ゴボホイール ２８５ ローカルプロセッサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ティモシィ ディ． スタシィ アメリカ合衆国 75088 テキサス州 ロ ーレット コーネル ドライブ 7601 (72)発明者 リチャード ダブリュ． ハットン アメリカ合衆国 75061 テキサス州 ア ービング マーク ストリート 1517

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （１）ビームを発生する光ビーム発生源
    と、 （２）複数のゴボを支えるためのキャリアを含むビーム
    変調システムと、 （３）前記キャリアを制御して、前記ビームの中に、前
    記ゴボの１つを位置決めする制御手段と、 （４）選択されたゴボの方位角，速度および方向を変化
    させる手段であって、該手段は前記複数のゴボを同時に
    作動して変化させ、それにより、ゴボパターンを選択お
    よび選択されたゴボの方向の両方を同時に調整すること
    で、発生されたビームパターンを変調することができる
    変調手段とを具えたことを特徴とする画像投射装置。
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