JPH10500221A - 映写機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 入射光を透過させるか又は該光を散乱させるかを選択的に切り替えるように動作するライトバルブを有している映写機は、周囲の光の状態に従って、コントラスト比及び輝度を最大とするための照明開口及び映写開口を有している。

Description

【発明の詳細な説明】 映写機発明の技術分野 この発明はスクリーン上に映像を映写するための映写機（プロジェクター）に 関するものである。発明の背景 散乱効果により光を透過させるかさせないかを制御するライトバルブ（光弁） を基礎とする映写機は知られている。例えば、ファーガソンによる米国特許第４ ,６９３,５５７号（１９８７年）及びジョーンズらによる米国特許第５,０７５, ７８９号（１９９１年）を参照されたい。このような映写機の１つの特徴は、輝 度及びコントラストが、いずれも映写開口の関数であるということである。映写 開口が小さくなるにつれて、コントラスト比は大きくなるが輝度は小さくなり、 このため１つのパラメータにおける改善は他のパラメータにおける劣化によって 相殺される。かかる状況は、映写機が必ずしも完全に暗い部屋の中で使用される とは限らないばかりか、むしろ種々の周囲の照明状態のもとで使用されるという 事実によって、さらに複雑化される。例えば、映写されたものについて視聴者が ノートをとるのを可能にするには、最小限の照明が提供されることが望ましいか もしれない。それゆえ、ある特定の設定にかかる周囲の照明状態に対しては最適 なものとなるであろうコントラスト比と輝度の組み合わせが、異なる設定にかか る周囲の照明状態に対しては適切とはならないであろう。発明の概要 本発明は、前記の不具合を解消して、種々の周囲の照明状態に対して順応しう る輝度とコントラスト比の調整を可能にする映写機を提供するものである。 よって、この発明は、（ａ）光源と、（ｂ）光源から入射される入射光が実質 的に透過又は反射させられる状態と、光源からの入射光が実質的に散乱させられ て入射光に対して映像を与える状態とを、それぞれ独立して切り替えられること ができる複数の素子を含んでいるライトバルブと、（ｃ）光源とライトバルブと の間に配置され、光源からライトバルブに到達する光の視準度を制御するために 、 照明開口を変化させるべく調整されることができる照明光コントローラと、（ｄ ）ライトバルブから受け入れた映像光をスクリーン上に映写するための映写レン ズと、（ｅ）映写レンズによってスクリーンに映写された、ライトバルブによっ て透過させられた映像光の量を制御するために、映写開口を変化させるべく調整 されることができる映写開口コントローラとを含んでいる映写機を提供する。 好ましい実施の形態においては、該映写機はさらに、周囲の及び映写された光 の強さを検出するとともに、これに対応して実コントラスト比が最大となるよう 映写開口コントローラの映写開口を調節する光センサーを含んでいる。実コント ラスト比は次式で定義される。 ここで、Ｐon及びＰoffは、それぞれ、ライトバルブのオン・オフ状態に対す るスクリーンの輝度値であって、映写開口を制御することにより調節されること ができる。Ｐambは周囲の光に起因するスクリーン輝度である。 さらに、照明開口は映写開口よりも小さくなるよう調節される。 もう１つの実施の形態においては、（ａ）特徴的な映像寸法を有している光源 と、（ｂ）光源から入射される入射光が実質的に透過又は反射させられる状態と 、光源からの入射光が実質的に散乱させられて入射光に対して映像を与える状態 とを、それぞれ独立して切り替えられることができる複数の素子を含んでいるラ イトバルブと、（ｃ）ライトバルブから受け入れた映像光をスクリーン上に映写 するための映写レンズと、（ｄ）映写レンズによってスクリーンに映写された、 ライトバルブによって透過させられた映像光の量を制御するために、映写開口を 変化させるべく調整されることができる映写開口コントローラとを含んでいて、 上記光源の映像寸法が、映写開口コントローラが調節されることができる最小開 口よりも小さくなっている映写機が提供される。図面の簡単な説明 図１ａ〜１ｂは、この発明にかかる映写機を模式的に示している。 図２は、該映写機の光を散乱しているライトバルブのいくつかのピクセル（画 素）を拡大して詳細に示している。 図３ａ〜３ｄは、該映写機のライトバルブでの使用に適した液晶ポリマー複合 物の操作モードを示している。 図４は、この発明にかかる映写機の開口が、どのようにして最適なコントラス ト比となるように調節されることができるのかを示している。 図５ａ〜５ｂは、光源の映像が、どのようにして開口制御に必要な効果をもつ ことができるのかを示している。好ましい実施の形態の説明 この発明にかかる映写機１０は、図１ａ中に模式的に示されている。光源１１ からの光は、放物面鏡１２及びレンズ装置１３によって、その光軸が平行化され て、光散乱ライトバルブ１４の方に方向づけられる。レンズ装置１３を用いて開 口面上にアーク（arc）の２次的な映像をつくることにより、該アークの寸法が 照明開口の調節によりも小さくされることができる。ライトバルブ１４は、光源 から到達する入射光が実質的に透過させられる状態（すなわち、素子が実質的に 透明である）と、実質的に散乱させられる状態とを、それぞれ独立して切り替え られることができる複数の素子ないしはピクセルを含んでいる。ライトバルブ１ ４はコントローラ１５に接続されているが、このコントローラは、例えばマイク ロコンピュータであってもよく、どの素子が透過性となり又は散乱性となるかを 制御する。ライトバルブ１４と光源１１との間に、照明開口コントローラ１６が 配置され、このコントローラは照明開口を変化させるべく調節されることができ 、これにより光源１１からライトバルブ１４に到達する光の視準度を制御するよ うになっている。ライトバルブ１４によって透過させられた光は、レンズ装置１ ７によって、映像が目視されることができるスクリーン１８に映写される。ライ トバルブ１４とスクリーン１８との間には、映写開口コントローラ１９が配置さ れている。該コントローラ１９の開口は可変であり、これによりレンズ装置１７ によってスクリーン１８上に映写される光の量の制御が可能となる。 映写機１０は、オプションとして、映写された映像の強さだけでなく周囲の光 の強さをも検出する光センサー２０を含んでいる（光線２１で示されている）。 センサー２０は、映写光コントローラ１９に接続されてこれを制御し、これに対 応して、実コントラスト比が種々の周囲の照明状態のもとで最大となるように後 者の映写開口を調節する。さらに、照明開口は、映写開口がセンサー２０によっ て調節されるのに伴って該照明開口が映写開口よりも小さくなるといったふうに 調節される。もし、照明開口及び映写開口を自動的に制御するためにセンサー２ ０が用いられていなければ、該開口は手動で、機械的に又は電気機械的に制御さ れることができ、この場合視聴者はそれらを調節して、彼又は彼女に最大の実コ ントラストすなわち最良の画質を与えるような設定とすることができる。一般に 、これは、映写開口が開口と同一であるか又はこれより大きいところで起こるで あろう。映写開口を小さくすれば、照明開口が映写開口よりも小さいときにコン トラスト比を大きくすることができる。 図２は、ライトバルブ１４の４つの素子３０ａ〜ｄを拡大して詳細に示してい る。素子３０ａ、３０ｃ及び３０ｄは、実質的に透明な状態で示され、そこでは 入射光が透過させられている。素子３０ｂは、光を散乱させる状態で示され、そ れは入射光を散乱させている。該散乱は、前向き（光線３１ａ）もしくは後向き （光線３１ｂ）のいずれであってもよいが、普通の場合のようにその両方であっ てもよい。どの素子が透過性又は散乱性の状態となるかを制御することにより、 映像が入射光に与えられることができる。 図１ａ及び図２においては、ライトバルブ１４は、透過モードで動作している ものが示されているが、コンパクト化又はその他の設計上の都合により、ライト バルブは反射モード（すなわち、入射光が反射されるかされないかである）で動 作するようにつくられることができ、この場合は映写機は折り曲げ式のコンパク トな仕様とすることができる。このような仕様は、図１ｂ中に模式的に示されて いるが、ここでは図１ａと同一の番号は同一の部材を示している。開口コントロ ーラ１６を透過する光は、鏡２５によって、該光を反射性のライトバルブ１４’ の上に集めるレンズ２６の方向に反射させられる。ライトバルブ１４’によって 反射させられた光は、この後映写光コントローラ１９及びレンズ１７’の方に方 向づけられて、スクリーン１８上に映写される。 好ましい実施の形態においては、該ライトバルブは、電気光学的に活性的な成 分として液晶ポリマー複合物を含んでいる。液晶ポリマー複合物においては、個 々の液晶材料の小塊は、基材ポリマー中に、封じ込められ、分散させられ、埋め 込まれ、あるいは含まれている。該小塊は、球状又は実質的に球状のものに限定 される必要はない。それらは、不規則な形状であっても、あるいは相互に結合さ れていてもよい。小塊間の相互結合の度合いは、液晶材料が連続相を形成してあ らわれるほど大きくてもよい。「液晶材料」とは、その組成が単一離散形液晶化 合物、異なる液晶化合物の混合物、あるいは液晶化合物及び非液晶化合物の混合 物からなる、液晶性を有する材料を意味する。液晶材料は、ネマチック性（nema tic）又は動作的にネマチック性のものであるのが好ましい。それは、正の誘電 異方性をも有しているのが一層好ましい。 適切な基材ポリマーは、ポリビニールアルコール（ＰＶＡ）及びその共重合体 、ゼラチン、ポリウレタン、ラテックス、酸化ポリエチレン、ポリビニールピロ リドン、セルロースポリマー、天然ゴム、アクリル系及びメタクリル系のポリマ ー並びにその共重合体、エポキシ、ポリオレフィン、ビニールポリマー等を含ん でいるが、これらに限定されるものではない。ＰＶＡは好ましい封じ込め媒体で ある。 適切な液晶ポリマー複合物及びそれらの製造方法は、すべてファーガソンにか かる米国特許第４,４３５,０４７号（１９８４年）、第４,６０６,６１１号（１ ９８６年）、第４,６１６,９０３号（１９８６年）及び第４,７０７,０８０号（ １９８７年）と、パールマンらによる公開ヨーロッパ特許出願ＥＰ第１５６,６ １５号（１９８５年）と、ウらによる米国特許第４,６７１,６１８号（１９８７ 年）と、ウエストらによる米国特許第４,６７３,２５５号（１９８７年）及び第 ４,６８５,７７１号（１９８７年）と、ドーネらによる米国特許第４,６８８,９ ００号（１９８７年）と、大日本インキ化学工業株式会社による公開ヨーロッパ 特許出願ＥＰ第０,３１３,０５３号（１９８９年）とに開示され、これらの各々 の開示は、ここに参照のため添付されている。 図３ａ〜３ｂは、この発明にかかる映写機での使用に適した液晶ポリマー複合 物のライトバルブの動作モードを示している。ライトバルブ６０は液晶ポリマー 複合物６１を含み、該複合物中においては、正の誘電異方性を有するネマチック 性の液晶材料６３の小滴ないし小塊６２が、基材ポリマー６４中に分散させられ ている。複合物６１は、酸化インジウムすず（ＩＴＯ）などといった透明な導電 体でつくられた第１及び第２の電極６５ａ及び６５ｂの間にサンドイッチ状には さまれている。電源６６から両電極６５ａ及び６５ｂ間に電圧が印加されるかさ れないかは、スイッチ６７によって制御されるが、図３ａ中においては開位置（ オフ状態）で示されている。その結果、複合物６１には電圧が印加されず、液晶 材料６３にかかる電場は有効に０となる。表面の相互作用に起因して、液晶の分 子は、基材ポリマー６４との湾曲した界面と平行な表面に優先的に位置し、その 結果各小滴内には全体として曲線の配列が生じる。異なる小滴６２中の曲線の軸 は、曲線パターンの異なる向きによってあらわされているように、まちまちな方 向を向いている。液晶材料６３は、基材ポリマーの屈折率ｎ_pと実質的に同一で ある普通の屈折率ｎ_oとは異なる、異常な屈折率ｎ_eを有している。複合物６１を 通過する入射光線６８は、基材ポリマー６４と液晶材料６３との間の少なくとも １つの界面とぶつかる高い統計的確率を有しており、上記界面においては、操作 上相互に作用しあう液晶の屈折率はｎ_eである。ｎ_eは封じ込め媒体の屈折率ｎと は異なるので、前方向及び後方向の両方向への光線６８の反射又は散乱が存在し 、その結果複合物６１は半透明又は曇った様相を呈する結果となる。 図３ｂは、スイッチ６７が閉じられ、オン状態にあるライトバルブ６０を示し ている。電極６５ａ及び６５ｂ間には複合物６１を横切って、矢印６９で示され るような方向性を伴った電場が形成される。正の誘電異方性をもっている液晶材 料６３は、電場の方向に平行に整列する。（必要な電圧は、とりわけ複合物の厚 さに依存するが、典型的には３ボルトと５０ボルトの間である。）さらに、電場 を伴ったこの配列は各小滴６２内で起こり、これにより図３ｂ中に象徴的に示さ れているように、小滴から小滴への方向子の間に秩序が生じる。液晶分子がこの ように整列させられたときには、入射光線６８が操作上相互に作用しあう液晶の 屈折率はｎ_oである。ｎ_oは実質的にｎ_pと同一であるので、液晶と封じ込め媒体 との界面では散乱が起こらない。その結果、光線６８は、いまや透明となった複 合物６１を透過する。少なくとも５０％、そして好ましくは７０％台又はこれよ り高い透過率が得られるかもしれない。 図３ａ〜３ｂのライトバルブは、容易に反射モードでの操作用に修正されるこ とができる。図３ｃ及び３ｄには、このような修正例が２つ示されている（図３ ａ及び３ｂ中のものと同一の番号は同様の部材を示している）。図３ｃの実施の 形態においては、後側の電極６５’は透明ではなく反射性である。かくして、複 合物６１が光透過性の状態にあるときには、これを透過した光は、後側の電極６ ５’によって反射させられ、再び複合物６１を透過する。図３ｄの実施の形態に おいては、後側の電極６５ｂは透明であるが、その後側には同様の作用、効果を 奏する反射器７０が配置されている。 映写機の性能を評価する上においては、完全に暗い部屋の中で測定される理想 コントラスト比を測定するのが一般的である。しかしながら、映写機が照明され た部屋の中で使用されるときには、画質はこの理想コントラスト比によってでは なく、周囲の照明量を考慮した実コントラスト比によって決定される。もし、周 囲の光が映写された映像中の黒の（オフ状態）光レベルをかなり増加させるなら ば、実コントラスト比は理想コントラスト比よりもはるかに低くてもよい。ライ トバルブによって前方向に散乱させられた漂遊光のスクリーンへの映写は、また オフ状態の黒さの減少に寄与するかもしれない。それゆえ、実コントラスト比を 最大にするために、映写機は与えられた周囲の照明状態に対する最適な開口（ｆ ストップ）で操作されることが必要である。「ｆストップ（ｆ数）」は、次式に よって与えられる実コントラスト比が最大となるときに最適となる。 １つの与えられた設定の周囲の照明状態に対して良好なコントラストを与える 、かつてそうであったような「工場設定」の固定された開口を有する映写機は、 異なる設定の周囲の照明状態のもとでは、不満足なコントラスト比を与えるかも しれない。例えば、ここで図４を参照すれば、実コントラスト比を最大にするた め には、１００、１０及び１ルーメンの周囲の光レベルに対して、それぞれ、映写 開口がｆ／２.５、ｆ／４及びｆ／７.５に調節されればよいということが理解さ れることができる。 一般に、制御可能な照明開口を有することの望ましさは、高いコントラスト比 を得るための有効な光源映像の寸法の低減が必要なことにつながっている。これ は図５ａ中に模式的に示されているが、ここでは前の図と同一の番号は同様の部 材を示している。この図においては、光源１１は、比較的大きい寸法のものであ り、その有効映像寸法７１は、映写開口コントローラが設定されることができる 最小の開口よりも大きい。このような場合、調節可能な照明開口コントローラ１ ６は、照明開口を、（輝度を高めるために）可及的に大きくするものの、（コン トラストを高めるために）映写開口よりは小さくなるように制御することが必要 とされる。 図５ｂには、異なる状況が示されているが、ここでは光源１１’は比較的小さ い寸法のものであり、それは設定されうる最小の映写開口よりも小さい映像寸法 ７２を有している。このような場合、照明開口コントローラ１６は、照明開口の 寸法を制御することは必要とはされず、このためコントローラ１６は点線で示さ れている。 好ましく、ライトバルブは活性基材タイプのものであり、これにおいては各ピ クセル（又は画素子）は、薄膜状のトランジスタ（ＴＦＴ）、バリスタ、ダイオ ード又は金属−絶縁膜−金属の素子（ＭＩＭ）などといった活性スイッチ素子に よって駆動される（ある可視状態から他の状態に切り替えられる）。切り替え素 子は、混線の除去を助け、対応するピクセルを横切るように最初にかけられた電 圧を維持し、それが活性的とはなっていないときでも、該ピクセルはオンのまま となる一方、他のピクセルは書き込まれる。ピクセルが最初にかけられた電圧を 長く保持すればするほど、それは次に書き込まれるまでより長くオン状態に維持 されることができ、多数のピクセルを有するディスプレーを構築することが可能 となる。もし、基材が十分に小さい寸法の切り替え素子を十分に多く含んでいれ ば、高解像度のディスプレーが可能となる。 この発明にかかる活性的な基材により駆動される映写機は、テレビ、コンピュ ータ又はモニタもしくはスクリーンの装置に有用である。液晶ポリマー複合物を 用いている活性的な基材のディスプレー及びライトバルブは、ベッカーらによる 米国特許第５,１２４,８２２号（１９９２年）、及びカマスらによる米国特許第 ５,２３３,４４５号（１９９３年）に開示されているが、これらの開示はここに 参照のため添付されている。 本発明の前記の詳細な記述は、主としてないしはもっぱら本発明の特定の部分 又は態様に関連する議論を含んでいる。これは明確化及び便宜のためであり、特 定の特徴はここに開示されている議論よりも多くのものに関連することができ、 かつここにおける開示は異なる議論において見いだされる情報のすべての適切な 組み合わせを含むということが理解されるべきである。同様に、ここにおける種 々の図面及び記述は本発明の特定の実施の形態に関するものではあるが、特別な 特徴が特定の図面に関連して開示されているところでは、かかる特徴はまた、他 の図面と関連して、他の図面と組み合わせて、又は一般的な発明において、適切 に拡張されて用いられることができるということも理解されるべきである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）光源と、 （ｂ）光源から入射される入射光が実質的に透過又は反射させられる状態と 、光源からの入射光が実質的に散乱させられて入射光に対して映像を与える状態 とを、それぞれ独立して切り替えられることができる複数の素子を含んでいるラ イトバルブと、 （ｃ）光源とライトバルブとの間に配置され、光源からライトバルブに到達 する光の視準度を制御するために、照明開口を変化させるべく調整されることが できる照明光コントローラと、 （ｄ）ライトバルブから受け入れた映像光をスクリーン上に映写するための 映写レンズと、 （ｅ）映写レンズによってスクリーンに映写された、ライトバルブによって 透過させられた映像光の量を制御するために、映写開口を変化させるべく調整さ れることができる映写開口コントローラとを含んでいる映写機。 ２．さらに、周囲の光の強さを検出し、これに対応して実コントラスト比が最大 となるように映写開口を調節する光センサーを含んでいる、請求項１にかかる映 写機。 ３．上記センサーがさらに、照明開口が映写開口よりも小さくなるように、照明 開口を制御するようになっている、請求項２にかかる映写機。 ４．上記ライトバルブ中の素子が、光源から入射される入射光が実質的に透過さ せられる状態と、光源からの入射光が実質的に散乱させられる状態とを切り替え るようになっている、請求項１、２又は３のいずれかにかかる映写機。 ５．上記ライトバルブ中の素子が、光源から入射される入射光が実質的に反射さ せられる状態と、光源からの入射光が実質的に散乱させられる状態とを切り替え るようになっている、請求項１、２又は３のいずれかにかかる映写機。 ６．上記ライトバルブが、その中で液晶材料の複数の小塊が基材ポリマー中に分 散させられている液晶ポリマー複合物を含んでいる、請求項１〜５のいずれかに かかる映写機。 ７．上記液晶材料が、正の誘電異方性を有しているネマチック性の液晶材料であ る、請求項６にかかる映写機。 ８．（ａ）特徴的な映像寸法を有している光源と、 （ｂ）光源から入射される入射光が実質的に透過又は反射させられる状態と 、光源からの入射光が実質的に散乱させられて入射光に対して映像を与える状態 とを、それぞれ独立して切り替えられることができる複数の素子を含んでいるラ イトバルブと、 （ｃ）ライトバルブから受け入れた映像光をスクリーン上に映写するための 映写レンズと、 （ｄ）映写レンズによってスクリーンに映写された、ライトバルブによって 透過させられた映像光の量を制御するために、映写開口を変化させるべく調整さ れることができる映写開口コントローラとを含んでいて、 上記光源の映像寸法が、映写開口コントローラが調節されることができる最 小開口よりも小さくなっている映写機。 ９．上記ライトバルブ中の素子が、光源から入射される入射光が実質的に透過さ せられる状態と、光源からの入射光が実質的に散乱させられる状態とを切り替え るようになっている、請求項８にかかる映写機。 １０．上記ライトバルブ中の素子が、光源から入射される入射光が実質的に反射 させられる状態と、光源からの入射光が実質的に散乱させられる状態とを切り替 えるようになっている、請求項８にかかる映写機。 １１．上記ライトバルブが、その中で液晶材料の複数の小塊が基材ポリマー中に 分散させられている液晶ポリマー複合物を含んでいる、請求項８〜１０のいずれ かにかかる映写機。 １２．上記液晶材料が、正の誘電異方性を有しているネマチック性の液晶材料で ある、請求項１１にかかる映写機。