JP5457029B2 - 投影システムの高圧ガス放電ランプの駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項1前段部に記載された投影システムの高圧ガス放電(HID)ランプの駆動方法に関する。

参照文献がないとはいえ、上記型の方法は、米国テキサスインスツルメンツによって開示されている。従来方法では、投影システムの白色光ビームは、環状経路に沿って基本色の基本フィルタセグメント（領域）からなる列を有するフィルタホイールを介して供給される。フィルタホイールを通過した後、光ビームは、光バルブ素子へ供給される。光バルブ素子とは具体的にはマイクロミラー素子である。光バルブ素子は、たとえば特許文献1で開示されているマイクロミラーのような微細な光バルブのマトリックスを有する。これは、パルス幅を個別に制御することで、光ビームを、光学部品ではなく投影スクリーンへ導光することができる。光ビームが各基本フィルタセグメントを通過する間、全光バルブは、このように制御される。基本フィルタセグメントからなる列に係る1の基本色、具体的には緑、の1の基本フィルタセグメントの円周長は短くなっている。よって得られる空間は、同一色だが透過率の小さい補助フィルタセグメントによって占められる。光バルブが、補助フィルタセグメントから受け取る光は少ない。その結果、たとえば前記のバルブの個別パルス幅の変調に係る最小切り換え時間のような光制御特性が変化しないので、前記色のディスプレイ解像度（画素あたりの色毎のグレースケールビット数）が増大する。前記補助フィルタセグメントはグレーフィルタとして知られている。この方法は、DVE（ダーク・ビデオ・エンハンスメント）として知られている。

従来技術に係る方法の欠点は、補助フィルタセグメントを用いることで、フィルタホイールの製造コストが増加することである。

それに加えて、光ビームは、フィルタホイールを通過する際、たとえば5mm直径のように有限の大きさを有する。その結果、一のフィルタセグメントから、異なる色及び/又は透過率を有する次のフィルタセグメントへ遷移する間、光バルブ素子によって受け取られる光は、混合色、不確定、又は曖昧になる。そのような遷移はスポークと呼ばれる。スポークは、たとえば11.5°のような大きい円周長を有する。補助フィルタセグメントは、新たなスポークを導入する。この新たなスポークは、光積分の有効な部分を減少させるので、その新たなスポークを有するセグメントの明るさが減少する。あるいは全セグメントで同じように減少する場合には、全セグメントの明るさが減少する。制御装置は、新たな曖昧なスポークを有するセグメントを介してビームを投影する間に光バルブを変調させる際には、そのような減少を考慮しなければならない。

それに加えて、補助フィルタセグメントの透過率が減少するため、エネルギーが浪費される。そのエネルギー浪費は、補助フィルタセグメントを通過する間で75%にも達する恐れがある。
米国特許第5452024号明細書 ***国特許第10220509号明細書 米国特許第5544831号明細書 米国特許第6504323号明細書 国際公開第95/11572号パンフレット

本発明の目的は、上述した従来技術の問題を解決することである。

本発明の上記目的は、請求項1に記載された方法を供することによって実現される。ランプ電流を一時的に減少させるのは、電子的に行われて良い。基本電流強度から最小強度への遷移、及びその逆の遷移は、迅速に行うことができる。その結果、前記最小強度、ひいては光バルブを通る光の幅及びタイミングを、より正確にできる。フィルタホイールに補助フィルタセグメントを供するような物理的な修正は必要ないので、本発明に従った方法が適用される投影システムの製造コストは減少する。透過率の減少したフィルタセグメントが存在しないため、エネルギー損失もない。

特許文献2は、基本的に矩形波形を有する交流による投影システムの高圧ガス放電ランプの駆動方法について開示している。特定の一色についての投影期間の間にランプ電流の極性を変化させる前に、電流パルスが基本ランプ電流に重ね合わせられる。それにより電流の絶対値は一時的に増大する。電流パルスは、ランプの電極温度を上昇させる。これにより、変化する間に前記電極間のアークが安定化することで、フリッカーが防止される。電流パルスは、パルス期間での光強度を増大させる。この結果、電流パルスが印加されない場合よりも、像が生成される第1期間中での光強度が増大する。これを補償するため、前記第1電流パルスを含む期間とは異なる、前記特定色についての第2投影期間の間、第1パルスの極性とは異なる極性を有する第2すなわち補償電流パルスが、ランプ電流に重ね合わせられる。

特許文献2によって開示された方法により、ランプ電流の基本強度よりも大きな第1パルスは、正のパルスと呼ぶことができる。ランプ電流の基本的強度よりも小さな第2パルスは、負のパルスと呼ぶことができる。

本発明に従った方法は、AC電流又はDC電流によって、投影システムのランプを駆動させるのに適用することができる。従って本発明に従った方法は、正のパルスにも、正のパルスを補償する負のパルスにも関係ない。

本発明に従った方法は、投影システム（図示されていない）に用いられる。その投影システムは、高圧放電(HID)ランプ、それぞれの色が異なる複数の光ビームを発生させる手段、及びそのビームをそれに関連する各異なる光バルブ素子へ供給する手段、又は、隣接する時間間隔の間にそれぞれ異なる基本色の単一光ビームを発生させる手段、及びその単一ビームを単一光バルブ素子へ供給する手段を有する。光バルブ素子の例は、たとえば米国テキサスインスツルメンツによって製造されている、特許文献1で開示されているようなマイクロミラーデバイスである。係る光バルブ素子は多数のマイクロミラーを有する。そのマイクロミラーは、長方形のマトリックス内に配置され、かつそれぞれ独立して制御されることで、前記ビームのうちの1を、使わない方向へ導光し、又は投影スクリーンを有するシステムの一部へ導光することができる。

以降での説明は、環状路に沿ったフィルタセグメント（領域）の列を有するカラーホイールに導光される単一ビームを用いた投影システムに限定する。隣接するセグメントはそれぞれ異なる基本色を有する。ホイールは回転する。光ビームが特定のフィルタセグメントを通過する期間は、投影期間と呼ぶことができる。各投影期間中、全ての光バルブは各独立に制御される。光バルブがマイクロミラーである場合、光バルブは、パルス幅が前記投影期間中に必要な平均光強度又は必要な光積分を供給するように、制御される。そのような投影システムの例は、特許文献3、特許文献4、及び特許文献5で開示されている。

図1は、投影システムのHIDランプの交流ランプ電流(AC)を半周期分、時刻t0からt6まで、図示している。AC周期は期間Tで示される。その半周期の間、ランプ電流は基本的に、t0からt5までの間で一定の基本強度を有する矩形、及びt5からt6の間で上昇した強度14を有する。t5からt6までの上昇した強度は、ランプ電極間のアークを安定化させることでフリッカーを防止するために印加される。前記上昇した強度は本発明に関係なく、HIDランプの交流ランプ電流の半周期分を網羅するためだけに図示されている。実際、本発明は、そのような上昇部分を有していようがいまいが、ACランプ電流の利用に限定されない。本発明はDCランプ電流の利用にも適用される。

後述の例では、フィルタホイールは、3の異なる色である赤(R)、青(B)、及び緑(G)についての6のフィルタセグメントからなる列を有する。各色は2度用いられる。隣接セグメント同士の色は異なる。光ビームが回転ホイールへ導光されるとき、その光ビームのそれぞれ異なる色の順序に対応する投影期間は、それぞれの色R、G、Bにより、かつ参照番号14で示される。それらの投影期間に対応するフィルタセグメントも同様に、明細書中、参照番号4で示される。不確定若しくは曖昧、及び/又は透過率の減少した、スポークと呼ばれる、隣接フィルタセグメント間での遷移部分は明細書中、参照番号6で示される。それらの期間も同様に、図中において参照番号6で示される。ホイールの回転及びランプ電流は、t0及びt6での破線で描かれた垂線によって示されているように同期する。それにより、フィルタホイールに入射するビームがスポーク6に衝突するとき（図1ではスポークの開始位置で衝突している）、ランプ電流の変化が生じる。

5の投影期間4が網羅されるt0からt5までの期間、ランプ電流は一定の強度を有する。ランプ電流のこの部分は、基本強度を有する基本安定期12とも呼ぶことができる。

ランプ電流の半周期での最終投影期間4を網羅するt5からt6までの期間では、ランプ電流の強度が増大する。ランプ電流のこの部分は、正のパルス14と呼ぶことができる。正のパルスは本発明の範囲外であるが、前記正のパルス強度はランプの経年劣化に依存して減少し、かつ幅の減少した新たな正のパルスが第1正パルス終端部に重ね合わせられることで、転流直前で一定の高い強度が維持されているのが分かる。負のランプ電流パルスを用いることで正パルス中の光の増大を補償するとき、専用の制御装置は、負パルスの強度及び期間を決定する際に、両種類の正パルスの強度及び期間を考慮しなければならない。本発明はそのことに関係ない。

図1に図示されている従来技術によると、カラーホイールの少なくとも1のフィルタセグメント内部では、円周長が短く、かつ透過率の小さいサブセグメントが配備されている。係るセグメントは、ここでは補助セグメントと呼ばれる。その期間は参照番号10によって示される。補助セグメントそれ自体も同様に、番号10で示される。

他のフィルタセグメント4と同様に、補助セグメント10は、隣接するフィルタセグメントと、スポーク6によって隔離されている。そのためセグメント8は、補助セグメント10が供されているセグメント4の円周長が減少したとものなる。あるいはその代わりに、新たなセグメント10によって起因する利用可能な実効円周長の減少は、他の全てのセグメント4にそれぞれの減少分が割り当てられても良い。

補助セグメント10は、該補助セグメント10を通過する光ビームの光強度を減少させる。フィルタリングされたビームを受け取る光バルブの制御又は変調特性が変化しないため、光強度が減少することにより、他のフィルタセグメント4及び8の間での制御又は変調に対して、フィルタリングされた光の解像度を向上させることが可能となる。これは、グレースケールでの解像度を向上させるのに有利である。この方法は、DVE（ダーク・ビデオ・エンハンスメント）として知られている。

DVE法の欠点は、補助セグメント10を製造できる大きさが制限されているので、状況によっては、所望のグレースケールでの解像度を得るのに、必要とされる大きさよりも大きい補助セグメントを用いなければならなくなることである。さらに補助セグメントの直前にある新たなスポーク6は、不確定な色及び透過率を有する。従って他のスポーク6同様に、新たなスポーク6も、セグメント8と、その直前にある補助セグメント10との間での遷移が不確定であることを表す。t0からt5までのフィルタリングされた光ビーム強度は、13で示される強度を有する。図1では、その強度は、赤色、青色、及び緑色で同一である。これは単なる一例に過ぎない。他の実施例では、フィルタリングされたビーム強度は、各異なるフィルタセグメントの透過率に依存して、各異なる色で異なっていて良い。補助セグメント10の両側での遷移は、破線16（時間t1とt2との間）及び破線18（時間t3とt4との間）によって表される。これらは、両遷移の間で強度が減少する平坦部分20を有する光ビーム強度の遷移を表している。前記遷移は、不確定な寄与を光積分に導入する。それにより、必要なグレースケールでの解像度が適切な精度を有することが妨げられる。そのため、大抵の場合この遷移期間はディスプレイによってオフにされる。このことは、この期間での投影用の光が完全に失われることを意味する。前記従来技術の他の欠点は、補助セグメント10の透過率が減少することによるエネルギーの浪費である。

本発明に従うと、物理的な補助フィルタセグメントは用いられない。その代わりに、負パルスが基本ランプ電流12上に重ね合わせられる。負パルスは、隣接する（通常の）フィルタセグメント4間のスポーク6と部分的に一致して良い。負パルスは、図1の遷移16及び18に対して非常に急峻な縁(flange)を有して良い。これによりエネルギー浪費という従来技術に係る問題が緩和される。また負パルスを用いることによって、解像度の向上を迅速かつ正確に制御できる。負パルスは、必要に応じて、如何なる幅及び強度を有しても良い。その結果、負パルスが発生し、かつその負パルス間に明確な微細制御された光積分を得ることができるフィルタセグメント4の主要部分について、適切でかつ明確な光積分を得ることができる。全体として、より高解像度の明確な光積分を得ることができる。

本発明に従うと、負パルスは、スポーク6に対して様々な形状及び位置を有して良い。以降では、解像度を向上させるための負のランプ電流パルスの形状及び位置の組み合わせに係る複数の例を、図2から5を参照しながら論じる。

図2に図示された例では、負のランプ電流パルス22は、スポーク6の期間よりも長い期間を有する。負パルス22は、まっすぐな縁すなわち端部を有する。先頭の縁は、ランプ電流の半周期(T/2)の間に生じる6の投影期間から選ばれた1の投影期間4のスポーク6の直前の短い期間である時間t7に位置する。パルス22の終端は、前記スポーク6が終了する時間t8に位置する。

解像度向上について最善の結果を得るには、選択された期間4は、緑色のフィルタセグメント4に対応することが好ましい。

図2の例では、電子的手段を用いることによって、負パルスの先頭の縁を非常に急峻にすることができる。この利点は前述した通りである。しかし、必要とされる電子ランプ駆動装置の仕様、及びそれに含まれるコストのため、電子的手段を用いることによって負パルスの先頭の縁を非常に急峻にすることが好ましくない場合も考えられる。対照的に、負パルス22の強度は、それと同期するスポーク6の一部の間に上昇して良い。それにより、負パルス22の終端縁はそれほど急峻でなくて良く、上記利点を実現するのに特別な手法を必要としない。

ランプの動特性を考慮すると、負パルス22間でのランプ電流強度は、安定状態での基本強度の50%から25%に減少して良い。これは、1ビットから2ビットへの解像度の向上に対応する。

図3に図示された例では、各異なる色に負パルスが適用されるときには、解像度を向上させるために負パルスを用いた場合のランプ駆動装置の製造に係るコストが上昇しない、という利点が得られる。図3の例は、時間t9からt10までの間での、緑色のフィルタセグメント4についての第1負パルス24、及び、時間t11からt12までの間での、赤色のフィルタセグメント4についての第2負パルス26を図示している。負パルス24と26は両方とも、スポーク6の開始地点で始まる。負パルス24及び26は、それぞれ緑色及び赤色投影期間でのスポーク後の短い期間で終了する。これにより、ランプ電流強度を意図した強度まで減少させるのに十分な時間が得られ、かつ減少したランプ電流及び通過光が、スポーク期間6を抜けたときに投影へ影響を及ぼす前に、意図した強度に安定させることが可能となる。負パルス24及び26の急峻な終端縁は、急峻な先端縁よりも容易に得ることができる。その結果、比較的低コストで、ランプ電流強度を25%から12%へ減少させることができる。この値は、2ビットから3ビットへの解像度向上に対応する。

状況によっては、基本的にランプの動特性に依存して、図2及び図3に図示されているような単一工程の代わりに、2以上の工程によって、解像度を向上させるための負パルスの先端縁を確立することが有利な場合もある。それに加えて、負パルスは、スポーク期間6の各側での各異なる色の投影期間4を網羅するような形状であって良い。この点では、一部の色についての投影解像度は、他の色についての投影解像度ほど重要ではないことが分かる。緑(G)、赤（R）、及び青(B)の基本3原色の例であれば、緑が最も重要で、赤はそれほど重要ではなく、そして青は全く重要ではない。

図4に図示された例では、ランプ電流は、時間t13とt14との間でこのような広い負のパルス28を有する。その広い負のパルス28は、緑の投影期間4と赤の投影期間4との間のスポーク期間6の両側でわずかに拡張している。負パルス28の先頭縁は、縁での全長のほぼ半分のステップ30を有する。そのステップ30は、ランプ電流をステップ強度で安定させることを可能にする期間を有する。現時点でのプロジェクタシステムでは、前記ステップ期間は、50μs程度の短さであって良い。続いて後続のスポーク期間6の間に、ランプ電流強度をさらに減少させて良い。スポーク期間6全体は、基本安定強度12の12.5%まで減少した強度を有し、かつ光が次のフィルタセグメント（緑のフィルタセグメント）を通過する前に、その減少した強度を安定にするのに利用できる。その結果、赤については1ビットの解像度向上が実現し、かつ緑については3ビットの解像度向上が実現する。

1の負パルスの縁につき複数の工程を用いるのは、ランプの特性、特にプロジェクタシステムの動特性に依存する。

図5に図示された例のランプ電流は、図4の負パルス28に似た負パルス32を有する。ただし負パルス32の終端縁がステップ34を有するところは異なる。そのステップ34は、縁での全長の約半分の位置である。またそのステップ34は、緑の投影期間4内の時間t16で始まる。つまりそのステップ34は、負パルス32と一致するスポーク期間6の終了後に多少の時間が経過した後に始まる。ステップ34は、時間t1で終了する。全体としては、パルス32の終端縁は、パルス28の終端縁ほど急峻ではない。従って、ランプ駆動装置に課される要件は、図4でのパルス28に課される要件よりも少ないと考えられる。しかし図5の例では、解像度を顕著に向上させることができる。その解像度向上は、赤色で1ビット、t15からt16まででの緑色で3ビット、及びt16からt14まででの緑色で2ビットである。

上記記載によると、繰り返される各異なる基本色の光ビームは、単一光バルブ素子へ導光される。しかし本発明の原理は、対応するそのビーム専用の光バルブ素子へ導光される、各異なる基本色の複数の連続ビームの各々についても適用可能であることが分かるはずである。マルチビームシステムは特許文献1によって開示されている。

本発明によって実現可能な解像度の向上により、単純でかつ安価な方法で、プロジェクタシステムの像品質が大きく向上する。

従来技術による、各異なる基本色のフィルタセグメントに対応する投影期間と同期するACランプ電流の半周期のダイヤグラムを示す。 図1のダイヤグラムと同様のダイヤグラムを、本発明に従った各異なる実施例について示す。 図1のダイヤグラムと同様のダイヤグラムを、本発明に従った各異なる実施例について示す。 図1のダイヤグラムと同様のダイヤグラムを、本発明に従った各異なる実施例について示す。 図1のダイヤグラムと同様のダイヤグラムを、本発明に従った各異なる実施例について示す。

Claims (15)

1. 投影期間に、複数の基本色から選択される一の基本色からなる光ビームを生成し、かつ前記光ビームを光バルブ素子に供給する投影システムの高圧ガス放電ランプの駆動方法であって、
   当該ランプはランプ電流によって駆動し、
   前記投影期間に、前記光バルブ素子の光バルブの各々は、前記投影期間にわたって積分される各光バルブに対応した所望の光積分を供するように制御され、
   前記光ビームは、連続する投影期間からなるシーケンスの間に生成され、
   隣接する投影期間は常に遷移期間によって分離され、
   前記光ビームは、隣接する投影期間において、互いに異なる基本色を含み、
   前記ランプは、通常の電流強度を有するランプ電流によって駆動し、
   前記ランプ電流強度は、電流減少期間に一時的に減少し、
   前記電流減少期間は、全ての光バルブが前記一の基本色について制御され得るように十分長い期間を有し、
   前記電流減少期間は、前記投影期間のうちの少なくとも1つの一部と一致し、
   前記投影期間のうちの少なくとも1つの一部は、前記投影期間のうちの少なくとも1つの全期間よりも短く、かつ、
   前記電流減少期間は、前記投影期間のうちの少なくとも1つに隣接する遷移期間の少なくとも一部と一致する、
   方法。
2. 前記電流減少期間は、前記投影期間のうちの少なくとも1つに隣接する遷移期間よりも長い、請求項1に記載の方法。
3. 前記ランプ電流強度が、前記投影期間のうちの少なくとも1つ中に減少し、かつ
   前記ランプ電流強度は、前記投影期間の直後に続く遷移期間中に前記通常の電流強度にまで回復する、
   請求項2に記載の方法。
4. 前記ランプ電流の強度が遷移期間に減少し、かつ、
   前記ランプ電流の強度は、前記遷移期間に続く前記投影期間のうちの1つの間に前記通常の強度にまで回復する、
   請求項2に記載の方法。
5. 前記ランプ電流強度が、前記遷移期間の開始時点に到達するときから減少する、請求項4に記載の方法。
6. 前記ランプ電流強度が、遷移期間に到達する前の前記投影期間のうちの第1投影期間中に減少し、かつ
   前記ランプ電流強度は、前記遷移期間終了後であって前記投影期間のうちの第2投影期間中に前記通常の電流強度にまで回復する、
   請求項2に記載の方法。
7. 前記のランプ電流強度が、後続の工程で減少する、請求項1乃至6のうちいずれか一項に記載の方法。
8. 前記後続の工程が、投影期間中に、各々が前記光バルブの制御を可能にする複数の期間を有する、請求項7に記載の方法。
9. 前記ランプ電流強度が、後続の工程で前記通常の電流強度にまで回復する、請求項1乃至8のうちいずれか一項に記載の方法。
10. 前記後続の工程が、投影期間中に、各々が前記光バルブの制御を可能にする複数の期間を有する、請求項9に記載の方法。
11. 前記ランプ電流強度が、前記基本色である緑について一時的に減少する、請求項1乃至10のうちいずれか一項に記載の方法。
12. 前記ランプ電流強度が、複数の基本色の各々について一時的に減少する、請求項1乃至11のうちいずれか一項に記載の方法。
13. 前記ランプ電流強度が、緑及び赤について一時的に減少する、請求項12に記載の方法。
14. 光ビームを生成する高圧ガス放電ランプ、
    該高圧ガス放電ランプにランプ電流を供給するための前記高圧ガス放電ランプと結合するバラスト回路、
    スポークによって分離される複数のカラーフィルタセグメントを有する回転カラーホイールを備えて、投影期間中、前記高圧ガス放電ランプによって生成される光のうちの一の基本色からなる光ビームを生成する手段であって、
    各カラーフィルタセグメントは選ばれた基本色の光を通過させ、
    隣接するカラーフィルタセグメント内の前記選ばれた基本色は、互いに異なり、かつ、
    前記スポークでの光透過は、前記カラーフィルタセグメント内での光透過よりも低い、
    手段、
    光バルブ及び該光バルブと結合する光バルブ制御装置を有する光バルブ素子であって、前記光バルブ制御装置は、各光バルブが、前記投影期間にわたって積分される各光バルブに対応した所望の光積分を供するように制御する、光バルブ素子、
    前記光ビームを前記ガス放電ランプから前記カラーホイールへ供給して、かつ、前記カラーホイールが透過させる前記光ビームを前記光バルブ素子へ供給する手段、
    を有するプロジェクタシステムであって、
    前記バラスト回路は、通常の電流強度を有するランプ電流によって前記ランプを駆動させるように構成され、
    前記バラスト回路は、電流減少期間中、前記ランプ電流を減少したランプ電流にまで一時的に減少させるように構成され、
    前記電流減少期間は、前記ガス放電ランプからの前記光ビームが前記カラーフィルタセグメントのうちの1つを通過するときには、投影期間の少なくとも一部と一致し、かつ、
    前記電流減少期間は、前記ガス放電ランプからの前記光ビームが前記カラーフィルタセグメントのうちの1つに隣接するスポークに衝突するときには、遷移期間の少なくとも一部と一致する、
    プロジェクタシステム。
15. 請求項1から13のうちのいずれか一項に記載の方法を適用するように構成される、請求項14に記載のプロジェクタシステム。

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