JPH11501418A - 3ランプ、3光バルブ投影システム - Google Patents

3ランプ、3光バルブ投影システム

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JPH11501418A JP9524136A JP52413697A JPH11501418A JP H11501418 A JPH11501418 A JP H11501418A JP 9524136 A JP9524136 A JP 9524136A JP 52413697 A JP52413697 A JP 52413697A JP H11501418 A JPH11501418 A JP H11501418A
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Abstract

(57)【要約】 3ランプ、3光バルブ投影系において、これらランプは3位相の照明サイクルで順次起動される。ランプからの光は、9枚のミラーの3×3アレイからなる光学系によって分離され、これらミラーのうちの一つを除いて全てダイクロイックにして、各光バルブの赤色、緑色、青色の順次の照明を行うようにする。入力ビデオ信号から得られる互いに相違する制御信号によって制御される各光バルブは、互いに相違するカラーシーケンスによって照明され、照明サイクルの各位相中、各光バルブは互いに相違する色によって照明される。光バルブからの出射ビームがスクリーンの同一区域上に収束される場合、照明サイクルの位相が入力ビデオ信号のフィールド速度で生じ、それに対して、張り合わされた像を発生させるためにビームを配置する場合、照明サイクルの位相はフィールド速度の3倍で生じる。

Description

【発明の詳細な説明】 3ランプ、3光バルブ投影システム 発明の背景1.発明の分野 本発明は、複数のランプ及び複数の光バルブ、特に3ランプ及び3光バルブを 用いる投影系に関するものである。2.従来技術の説明 液晶、移動ミラー、油膜、又は他の技術を用いて、透過又は反射モードで作動 する光バルブは、制御信号に応答して光ビームの断面を2次元に変調するのに既 知である。このような光バルブの主な使用は、ビデオ像、特にカラービデオ像を 表示する光の背面又は前方投影を用いるシステムにおけるものである。 “Talaria”の名でゼネラル エレクトリック カンパニーから市販されてい る従来の光バルブ投影系は、3ランプ及び3光バルブを用いている。各ランプは 、関連のダイクロイックを介して光バルブの相違する関連のものに収束される。 各ランプ及びそれに関連するダイクロイック並びに光バルブは、3原色、赤、緑 、及び青のうちの相違する色の出射ビームを発生させる。このシステムの不都合 は、各ランプから一つの原色のみが得られるので、ランプの全出力の約1/3の みが利用されることである。 単一ランプからの光を3原色に分離するとともに各色を三つの光バルブのうち の相違するものに供給することは、共有の米国特許出願明細書第4,684,3 90号からも既知である。この形態の適切なランプの一つは、フィリップス ラ イティングからの100W UHPである。生じた像の明るさが大画面では不十 分であるので、この特許は、このような二つのランプを近接した関係で用いるこ とができることを提案している。また、照明サブシステムから光バルブの各々ま で等しい光路長を用いることが開示されている。 共有の米国特許出願明細書第5,386,250号は、2ランプ、1光バルブ 投影系を記載しており、この場合、二つのランプは交互に起動され、DMDと結 合することにより二つの光源から生じた単一の光ビームを、ランプの交互の動作 に一致するカラーホイールを通過させて、3原色の光を用いて光バルブを順次照 明する。このようなカラー順次照明系では、一つの原色のみが一時に投影される のでカラーアーティファクトが投影像に生じるおそれがある。このような従来の 光バルブ系では、各フィールド中の3原色の各々を変調するために、光バルブは フィールド速度の3倍で順次色を発生させる必要がある。 本発明の要約 本発明の目的は、照明効率を向上させ、特に大画面で明るさを増大し、カラー アーティファクトがほとんどない3ランプ及び3光バルブを用いる投影系を提供 することである。 本発明の他の目的は、三つの光バルブが入力ビデオ像のフィールド速度で順次 色を発生させるように収束像を形成して、全ての3原色を三つの光バルブを介し て同時に投影するこのような照明系を提供することである。 本発明の別の目的は、三つの光バルブが入力ビデオ像のフィールド速度の3倍 で順次色を発生させる張り合わせ像を発生させるこのような照明系を提供するこ とである。 簡潔にすると、上記目的は、入力ビデオ信号に応答してビデオ像を表示するた めに三つの位相の照明サイクルに従ってスクリーン上に投影するよう三つの出射 光ビームを形成するシステムを設けることによって満足する。このシステムは、 照明サイクルの互いに相違する位相の各々の間順次起動可能な三つの光源と、上 記入力ビデオ信号に応答して出射光ビームのうちの相違するものの各々を制御す るように配置された三つの光バルブと、三つの光源と9枚のミラーからなる三つ の光バルブとの間に介在する光学系とを具え、これらミラーのうちの少なくとも 8枚はダイクロイックであり、各光源からの光を3原色に分離するとともに、同 一光源から分離した各原色の入射光を三つの光バルブのうちの相違するものに指 導する。各光バルブは、照明サイクル中に3原色の相違するシーケンスで入射光 を順次受け取る。 入力ビデオ信号を三つの相違するカラー順次制御信号に変換するために制御ユ ニットを設け、これら制御信号の各々は三つの光バルブのうちの相違するものを 制御し、制御ユニットの制御出力に応答して照明サイクルの互いに相違する位相 の各々の間に三つの光源を順次起動させるために電源を設ける。 本発明の第1例によれば、光バルブの出射側の投影レンズサブシステムを、三 つの出射光ビームをスクリーン上に収束するように形成する。本例では、照明サ イクルの位相は入力ビデオ信号のフィールド速度で生じる。 本発明の第2例によれば、投影レンズサブシステムを、スクリーン上の三つの 出射光ビームを張り合わせるように形成する。本例では、全照明サイクルは、入 力ビデオ信号のフィールド速度で生じる。 本発明の他の態様では、光学系は、三つの光源の各々から三つの光バルブの各 々に沿って同一光路長を有する。これにより、同一の視準レンズを各ランプの直 後に用いることができるとともに、他の同一のレンズを各光バルブの直後に用い ることができる。 本発明の更に別の形態では、各光バルブからスクリーンまで同一光路長にする 。これにより、同一の投影光学系を各出射ビームに用いることができる。 本発明の他の目的、態様及び利点を、添付図面を参照して以下の詳細な説明か ら明らかにする。 図面の簡単な説明 図1A及び1Bは、ランプ、入力光学系、光バルブ及び投影レンズサブシステ ムを含む本発明を用いる代表的な背面及び前方投影ビデオ系をそれぞれ示す。 図2は、三つの出射光ビームを発生させる本発明による図1A及び1Bに図示 したサブシステムを線図的に示し、特に入射光学系の第1の実施の形態を示す。 図3は、図2のランプの起動及び光バルブの照明のタイミング図である。 図4は、図1の投影レンズサブシステムの第1の実施の形態によって生じた表 示を示し、この場合図2の三つの出射ビームが収束像を形成する。 図5は、図1A及び1Bの投影レンズサブシステムの第2の実施の形態によっ て生じた表示を示し、この場合図2の三つの出射ビームは張り合わせ像を形成す る。 図6は、図2と同様であるが入射光学サブシステムの第2の実施の形態を利用 する図1A及び1Bに示したサブシステムの他の図である。 図7は、図2及び6と同様であるが入射光学サブシステムの第3の実施の形態 を利用する図1A及び1Bに示したサブシステムの他の例である。 図8は、図6の実施の形態と同様であるが透過光バルブの代わりに反射光バル ブを用いる図1A及び1Bに示したサブシステムの他の例である。 好適な実施の形態の詳細な説明 図面の図1Aを参照すると、代表的な背面投影ビデオシステム10aを示し、 この背面投影ビデオシステム10aは、入射光サブシステムIOを介して光バル ブサブシステムLVを照明し、この光バルブサブシステムLVは入射光を2次元 に変調する。変調された光は、投影レンズサブシステムPLにより、代表的には 投影経路を折り曲げるミラー14を介して半透明スクリーン上に投影される。ス クリーン12の中央が観客の高さより下にある場合、ミラー14の角度を調整し て、出射スクリーン13を、水平に対して仰角18で観察者に到達するようにや や上方に指導する。図1Bにおいて、代表的な前方投影システム10bを示し、 この場合、投影レンズサブシステムは、スクリーンからの反射によって光が観察 者16に到達するようにスクリーン12上に変調光を投影する。 ここで図2を参照すると、ランプサブシステムLは、三つの同一のランプユニ ットL1,L2及びL3を具え、これらランプユニットの各々を、ルーメンス/ ワットの効率が比較的高い観点から好適な100Wの高圧放電ランプと、反射器 18とで構成する。ランプユニットL1,L2及びL3は、3行3列に配置した 9個のミラーR1,G1,B1,G2,B2,R2,B3,R3及びG3のアレ イからなる入射光システムを介して、三つの光バルブLV1,LV2及びLV3 からなる光バルブサブシステムLVを照明する。三つの光バルブLV1,LV2 及びLV3によって変調された光は、投影レンズサブシステムPLをそれぞれ形 成する投影レンズPL1,PL2及びPL3を介して投影されて、三つの出射ビ ームO1,O2及びO3を形成し、これらビームをスクリーン12方向に指導す る。ランプユニットL1,L2及びL3並びに光バルブLV1,LV2及びLV 3との間には9本の光路が存在し、各経路は、入射光システムIOの9個のミラ ーのうちの相違するものからの反射を含むことによって特徴づけられる。適切な 反射を有するミラーが配置された列は、どのランプユニットが光路の源であるか を表し、このミラーが配置された行は、どの光バルブが光路の行き先であるかを 表す。 再び図2を参照すると、ランプユニットL1,L2及びL3は、Lを付した図 2のラインで示したように周期Tを有する3位相照明サイクルの互いに相違する 三つの位相P1,P2,P3で、電源20から順次励起される。したがって、各 ランプユニットは1/3デューティサイクルで点灯する。ランプ16が起動され る時間の1/3の間、それは300Wで点灯する。その理由は、全照明サイクル に亘るランプからの平均は100Wだからである。 さらに、図示した光バルブが照明サイクルの各位相中に照明される色をLV1 ,LV2及びLV3を付したラインが表す図3を参照すると、入射光学系IOは 、第1位相P1中には赤色光、緑色光及び青色光をランプL1から光バルブLV 1,LV2及びLV3にそれぞれ指導し、第2位相P2中には緑色光、青色光及 び赤色光をランプL2から光バルブLV1,LV2及びLV3にそれぞれ指導し 、第3位相P3中には青色光、赤色光及び緑色光をランプL3から光バルブLV 1,LV2及びLV3にそれぞれ指導する。 図2を参照すると、B3以外の9枚のミラーR1,G1,B1,G2,B2, R2,B3,R3及びG3の全てをダイクロイックにする必要があることを示す 。ランプユニットL1からの光が先ずミラーR1に到達し、このミラーR1は、 赤色光をダイクロイックミラーG1方向に反射するとともに、ランプL1から生 じた青色光及び緑色光をミラーG2まで進行させる。ミラーG2は、ランプユニ ットL1から生じた緑色光をミラーB2方向に反射し、ランプユニットL1から 生じた青色光をミラーB3まで進行させ、このミラーB3は青色光をミラーR3 方向に反射する。ランプユニットL2からの光は先ずミラーG1に到達し、この ミラーG1は、ランプユニットL2から生じた緑色光をミラーB1方向に反射す るとともに、ランプユニットL2から生じた青色光及び赤色光をミラーB2まで 進行させ、ランプユニットL1から生じた赤色光もミラーB1方向に進行させる 。ミラーB2は、ランプユニットL2から生じた青色光をミラーR2方向に反射 し、ランプユニットL1から生じた赤色光をミラーR3方向に進行させる。ミラ ーR3は、ランプユニットL2から生じた赤色光をミラーG3方向に反射し、ラ ンプ ユニットL1から生じた青色光をミラーG3方向に通過させる。ランプユニット L3からの光はミラーB1に到達し、このミラーB1は、ランプユニットL3に よって生じた青色光を光バルブLV1方向に反射するとともに、ランプユニット L3から生じた赤色光及び緑色光をミラーR2まで通過させ、ランプユニットL 1から生じた赤色光又はランプユニットL2から生じた緑色光も光バルブLV1 方向に通過させる。ミラーR2は、ランプユニットL3から生じた赤色光を光バ ルブLV2方向に反射するとともに、ランプユニットL3から生じた緑色光をミ ラーG3方向に通過させ、ランプユニットL1から生じた緑色光又はランプユニ ットL2から生じた青色光も光バルブLV2方向に通過させる。ミラーG3は、 ランプユニットL3から生じた緑色光を光バルブLV3方向に反射し、ランプユ ニットL1から生じた青色光又はランプユニットL2から生じた赤色光を光バル ブLV3方向に通過させる。 入力ビデオが制御ユニット22に供給され、これにより、制御ラインC1,C 2及びC3上に光バルブLV1,LV2及びLV3用のカラー順次制御信号が発 生するとともに、3位相照明サイクルを入力ビデオ信号の順次のフィールドに一 致させる電源20用の制御信号Cpも発生させる。制御信号C1は、光バルブL V1に入射する位相P1中の赤色光、位相P2中の緑色光、及び位相P3中の青 色光の変調を制御する。同様に、制御信号C2は、光バルブLV2に入射する位 相P1中の緑色光、位相P2中の青色光、及び位相P3中の赤色光の変調を制御 し、制御信号C3は、光バルブLV3に入力する位相P1中の青色光、位相P2 中の赤色光、及び位相P3中の緑色光の変調を制御する。 図4は、投影レンズサブシステムPLの第1の実施の形態によって形成したス クリーン像Iを示し、この場合出射ビームO1,O2及びO3は、像Iの全矩形 区域上に収束される。本実施の形態では、照明サイクルの位相は、フィールド周 期の3倍の照明サイクルの周期Tとなる入力ビデオ信号のフィールド速度(すな わち、NTSCで60Hz、PAL又はSECAMで50Hz)で生じる。これ により、あるフィールドから次のフィールドまで制御される色の変化があるが、 光バルブLV1,LV2及びLV3をフィールド速度で動作させることができる 。本実施の形態は、三つ全ての色が同時に像Iに存在するので色のアーティファ ク トがほとんど除去されるという利点を有する。 図5は、投影レンズサブシステムPLの第2の実施の形態によって形成したス クリーン像を示し、この場合出射ビームO1,O2及びO3は、互いに像Iを形 成するようにエッジを整合したそれぞれ隣接するすなわち張り合わせた矩形副像 I1,I2及びI3に投影する。本実施の形態では、像Iの画素数は、三つの光 バルブLV1,LV2,LV3の画素の和となり、照明サイクルの位相は、入力 ビデオ信号のフィールド速度の3倍(すなわち、NTSCでは60Hzの3倍で 、PAL又はSECAMでは50Hzの3倍)で生じる。したがって、照明サイ クルの周期Tはフィールド周期に等しい。照明サイクルがフィールド速度で繰り 返されるので、光バルブLV1,LV2及びLV3はフィールド速度の3倍で動 作する。 図6は、ランプユニットL1,L2,L3がミラーの列間の距離d1によって それぞれミラーR1,G1,B1からの距離で互いに配置され、光バルブLV1 ,LV2,LV3がミラーの行間の距離d2によってミラーB1,R2及びG3 からの距離で互いに配置される。図6に図示した距離を検査することにより、光 ユニットL1,L2,L3のランプ16と光バルブLV1,LV2,LV3との 間の9本の光路の各々が2d1+2d2+d3+d4に等しい同一光路を有すること がわかる。これにより、視準のために光ユニットL1,L2,L3の後に同一の 入射視野レンズILを配置するとともに、光バルブLV1,LV2,LV3の前 に同一の出射視野レンズを配置することができる。光バルブ及び投影レンズを、 各光バルブからスクリーン12までの光路長が同一となるように配置すべきであ る。 図7は、光ユニットL1,L2,L3から光バルブLV1,LV2,LV3ま での光路長をミラーB1,R2,G3と光バルブLV1,LV2,LV3との間 の光路を折り曲げるミラーM1,M2,M3の導入によって等しくできることを 示す。この配置により光バルブLV1,LV2,LV3が同一面上に存在するこ とができるので、光バルブとスクリーン12との間の光路長は容易に同一にされ る。このような折り曲げを出射レンズOLの前又は後にすることができる。この 折り曲げをこの紙面に試して90°折り曲げることができる。 図8において、反射光バルブLV1,LV2及びLV3を用いる。三つの光バ ルブLV1,LV2及びLV3とスクリーンとの間の光路長を等しくするのに必 要な折り曲げを、反射光バルブに必要な折り曲げに好適に組み合わせる。この場 合、投影レンズPL1,PL2,PL3を円で示す。その理由は、これらレンズ は、図面に対して垂直に光を指導するからである。正方形PR1,PR2,PR 3は、変調された出射光から変調されていない入射光を分離するプリズムを表す 。すなわち、プリズムは、出射ミラーB1,R2及びG3から受けた入射光を光 バルブに指導するが、光バルブから反射した変調光を図面平面方向に指導する。 プリズムPR1,PR2,PR3のビーム分離層C1,C2,C3を、その正確 な位置から90°回転する。正確に図示する場合、ビーム分離層はプリズムPR 1,PR2及びPR3の境界と一致する。光バルブLV1,LV2,LV3が角 度方向の光分離の原理で作動する場合、ビーム分離層C1,C2及びC3を代表 的にはTIRエアギャップとする。このタイプの光バルブの一例を、テキサスイ ンストルメンツから市販されているデフォーマブルマイクロミラード(deformabl e micromirrored)装置(DMD)とする。光バルブが偏光に基づいて作動する場 合、ビーム分離層を代表的には偏光ビームスプリッタとする。このタイプの光バ ルブの一例を、捩じれネマチック液晶ディスプレイ(TN−LCD)とする。 フィールド順次照明の性質により、時間アドレス指定するフィールドを有する 光バルブが本発明で必要となる。大抵の利用しうる光バルブは適切でない。その 理由は、これら光バルブは、時間アドレス指定でラスタ走査すなわちライン上の 変動と共同するからである。テキサスインストルメンツから市販されている上記 デフォーマブルマイクロミラード装置(DMD)は、時間アドレス指定するフィ ールドで動作可能であり、時間アドレス指定するフィールドに対してLCD光バ ルブを実現することができないという理論的な理由はない。しかしながら、透過 LCD光バルブは、時間アドレス指定するフィールドに対して必要な追加の回路 により減少した開口比を有する。追加の回路は、反射光バルブLCDの効率を減 少させない。その結果、現在、反射光バルブを利用する図8の実施の形態は、本 発明の最も有望な実現である。 本発明は、照明効率を向上させ、明るさを増大させ、かつ、カラーアーティフ ァクトのほとんどない3ランプ及び3光バルブを利用する投影系を提供する。 種々の変形が本発明の意図した精神及び範囲内で可能である。例えば、他の光 学的な装置を含めて、光路を折り曲げ、(集光器のように)光効率を向上させ、 (カラートリムフィルタのように)色バランスを向上させ、幾何学的な歪みを補 正することができる。ランプユニット、ミラー及び光バルブの2次元アレイをよ りコンパクトな3次元アレイに組み込むことができる。さらに、アレイ中のミラ ーを、シアン、黄、又はマゼンタミラーに置き換えることができる。最後に、三 つの光バルブLV1,LV2及びLV3を統合して、三つの入射光ビームを張り 合わせ関係で受ける単一光バルブとすることができる。このような単一光バルブ は、三つの光バルブを含むように機能的に見られる。制御信号C1,C2及びC 3を単一の制御信号にまとめる場合、単一の信号は、それにもかかわらず各々が 各機能的な光バルブに対して相違する三つの制御信号として機能的に見られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G09F 9/00 360 G09F 9/00 360E H04N 5/74 H04N 5/74 A 9/31 9/31 B

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.入力ビデオ信号に応答してビデオ像を表示するために、三つの位相を有する 照明サイクルに従って、スクリーン上に投影するよう三つの出射光ビームを形成 する投影系であって、この投影系は、 互いに相違する前記照明サイクルの各位相中に順次起動可能な三つの光源と 、 前記入力ビデオ信号に応答して互いに相違する前記出射光ビームの各々を制 御するように配置した三つの光バルブと、 各光源からの光を3色光に分離するとともに同一光源から分離した各色の光 を前記三つの光バルブのうちの相違するものにそれぞれ指導するために前記三つ の光源と前記三つの光バルブとの間に介在した光学系とを具え、各光バルブが、 前記照明サイクル中に3色の互いに相違するシーケンスの入射光を順次受けるよ うにしたことを特徴とする投影系。 2.三つの出射光ビームを前記スクリーン上に収束する手段を更に具え、前記照 明サイクルの位相が、前記入力ビデオ信号フィールド速度で生じるようにしたこ とを特徴とする請求の範囲1記載の投影系。 3.前記スクリーン上の三つの出射光ビームを張り合わせる手段を更に具え、前 記照明サイクルが前記入力ビデオ信号のフィールド速度で生じるようにしたこと を特徴とする請求の範囲1記載の投影系。 4.前記光学系は、前記三つの光源の各々から前記三つの光バルブの各々まで同 一の光路長を有することを特徴とする請求の範囲1記載の投影系。 5.前記光バルブと前記スクリーンとの間に介在した光学系を更に具え、各光バ ルブから前記スクリーンまで同一光路長を設けたことを特徴とする請求の範囲4 記載の投影系。 6.前記光学系は、前記三つの光源の各々から前記三つの光バルブの各々まで同 一の光路長を有することを特徴とする請求の範囲2記載の投影系。 7.前記光バルブと前記スクリーンとの間に介在した光学系を更に具え、各光バ ルブから前記スクリーンまで同一光路長を設けたことを特徴とする請求の範囲6 記載の投影系。 8.前記光学系は、前記三つの光源の各々から前記三つの光バルブの各々に指導 した九つの光路に沿って同一光路長を有することを特徴とする請求の範囲3記載 の投影系。 9.前記光バルブと前記スクリーンとの間に介在した光学系を更に具え、各光バ ルブから前記スクリーンまで同一光路長を設けたことを特徴とする請求の範囲8 記載の投影系。 10.前記照明サイクルの互いに相違する各位相中前記三つの光源を順次起動さ せる手段と、 前記入力ビデオ信号を三つの相違するカラー順次制御信号に変換する手段と を更に具え、そのカラー順次制御信号の各々が前記三つの光バルブのうちの相違 するものを制御するようにしたことを特徴とする請求の範囲1記載の投影系。 11.前記照明サイクルの互いに相違する各位相中前記三つの光源を順次起動さ せる手段と、 前記入力ビデオ信号を三つの相違するカラー順次制御信号に変換する手段と を更に具え、そのカラー順次制御信号の各々が前記三つの光バルブのうちの相違 するものを制御するようにしたことを特徴とする請求の範囲2記載の投影系。 12.前記照明サイクルの互いに相違する各位相中前記三つの光源を順次起動さ せる手段と、 前記入力ビデオ信号を三つの相違するカラー順次制御信号に変換する手段と を更に具え、そのカラー順次制御信号の各々が前記三つの光バルブのうちの相違 するものを制御するようにしたことを特徴とする請求の範囲3記載の投影系。
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