JP2001512584A - 照明システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 アーク・ランプと空間光変調器との間の光路に介在されたインテグレータ・ロッド（７０５）を含む、空間光変調器を照明するための照明システム。インテグレータ・ロッド（７０５）の入力表面には、アーク・ランプ（７０１、７０３）の中の乱流領域の焦点をはずすための視野レンズ（８０１、８０３）が置かれている。インテグレータ・ロッド（７０５）の出力表面には、塵がインテグレータ・ロッド（７０５）の出力表面に付着するのを効果的に妨げる板（６１）が置かれている。インテグレータ・ロッド（７０５）は、２つの別個の光源（７０１、７０３）からの光を効果的に合成する。

Description

【発明の詳細な説明】 照明システム 本発明は、照明システムに関する。特に、本発明は、空間光変調器を照明する 光ビームを発生する照明システムに関する。ここで、空間光変調器は、ディスプ レイ・スクリーン上へ投影されうる、空間的に変調された光ビームを発生する。 空間光変調器は、例えば、変形又は偏向可能な鏡装置としても知られているデ ジタル式超小型鏡（micromirror）装置の形態でありえる。デジタル式超小型鏡 装置は、偏向可能な鏡素子のアレイを備える。ここで、各鏡素子は、制御電極の 上方のねじれ素子の上に取り付けられている。各鏡素子と関連する制御電極の間 に電界をかけると、鏡素子が旋回する。このようにして、デジタル式超小型鏡装 置に適当な電気的なアドレス信号を与えることにより、各鏡素子から反射される 光の方向を変えることができる。ここで、電気的なアドレス信号は、通常、入力 ビデオ信号から得られる。特に、各鏡素子は、光を、オンの方向、すなわち、デ ィスプレイ・スクリーン上への投影用の投影レンズに向かう方向、又は、オフの 方向、すなわち、ビームダンプに向かう方向のいずれかの方向に光を反射するこ とができる。このようにして、鏡素子のアレイの上へと向かう光ビームを空間的 に変調させることが可能となる。ここで、光ビームは、ディスプレイ・スクリー ン上へ投影され、投影像が生じる。ディスプレイ・スクリーン上にディスプレイ された像の画素は、デジタル式超小型鏡装置の１又は２以上の鏡素子から得られ る。 そのようなデジタル式超小型鏡装置にアドレスする十分に強い光ビームを与え るために、実質的に平行な出力光ビームを与えるようにアレンジされたアーク・ ランプが、光源として用いられてきた。このようなアーク・ランプの１つの例は 、本出願人の同時係属中のヨーロッパ特許出願、EP-A-0646284に開示されている 。 デジタル式超小型鏡装置などのピクセル化された（pixellated）空間光変調器 を含む投影装置は、偏向鏡素子のアレイにわたって非常に一様な照射を要求する ので、光源と該アレイの間の光路において、ライトパイプとしても知られている インテグレータ・ロッド（integrator rod）を組み込むことが知られている。 デジタル式超小型鏡装置などの空間光変調器を照明するための一様な光ビーム を発生させるためのインテグレータ・ロッドの動作を、図１に模式的に示す。 図１において、光源、例えば、アーク・ランプによって発生するアークが、符 号１がつけられた三角形によってあらわされている。集光レンズ３は、長方形の 断面を有するガラス製のインテグレータ・ロッド７の入力表面５上に光源の倒立 像を形成するのに効果的である。 ロッド７に入射する光は、ロッド７の内側表面からの反射を繰り返してロッド 内を伝播する。ロッド７の内側における光の反射の回数は、ロッド７の入力表面 ５への光の入射角及びロッドの長さに依存する。インテグレータ・ロッド７の内 側における入力光の反射が偶数回の場合には、入力表面５の面における光源１の 倒立像が生じる。インテグレータ・ロッド７の内側における入力光の反射が奇数 回の場合には、入力表面５の面における光源１の倒立されていない像が生じる。 このようにして、多くの偶数回及び奇数回の反射は、インテグレータ・ロッド７ の入力表面５の面における光源の複数の像をつくり、そして、各像の定位（向き ）は、反射の数によって決まる。こうして、インテグレータ・ロッド７の入力表 面５におけるもとの一様ではない光の分布は、インテグレータ・ロッド７の出力 表面９におけるより一様な光の分布へと効果的に変換される。 インテグレータ・ロッド７は、インテグレータ・ロッド７の出力面に整合した アスペクト比の断面を有する出力光ビームをつくるのにも効果的である。例えば アーク・ランプによって発生した円形の断面の光ビームを、デジタル式超小型鏡 装置のアスペクト比に整合することが意図されている長方形の断面の光ビームに 変換することができるので、これは、デジタル式超小型鏡装置を組み込んだ投影 装置において特に有益である。 照明システムにおけるインテグレータ・ロッドの使用に関するより詳しい説明 は、”Modern Optical Engineering”by Warren J Smith，published by McGraw -Hill Book Company,1990;263-265頁に記載されている。 インテグレータ・ロッドの使用は、デジタル式超小型鏡装置を組み込んだ投影 装置において特に有益であるが、光源とデジタル式超小型鏡装置との間の光路に インテグレータ・ロッドを導入すると、おのずと、デジタル式超小型鏡装置を照 明する光ビームに光学収差を生じるかもしれない。アーク・ランプの内部の気体 の乱れた動きにより起こされる、アークランプ１において発生する光ビームのち らつきは、インテグレータ・ロッド７の出力表面９の近くに合焦され、投影像に 現れるかもしれない。 さらに、インテグレータ・ロッドの出力面にあらわれるいかなる塵も、投影レ ンズによって、ディスプレイ・スクリーン上へ合焦される。 本発明の１つの目的は、空間光変調器を照明するのに適した照明システムであ って、そのようなシステムにおいて用いられる光学成分と共に上述の欠点が回避 される照明システムを提供することにある。 場合によっては、２つの別個の光源を用いて空間光変調器にアドレスすること が必要となる。EP-A-0704737は、デジタル式超小型鏡装置を照明する２つの別個 の光源が用いられる、変形鏡装置についての照明システムを開示している。これ により、２つの異なる色の光を、交互にデジタル式超小型鏡装置に向けることが 可能となる。しかしながら、そのような配置は、２つの個々の光源のいずれかに よって発生した光ビームにおける空間的な不規則さが、直接的に、デジタル式 超小型鏡装置に投影されてしまうという欠点を有する。 本発明の他の目的は、２つ以上の光源を含みうる空間光変調器についての照明 システムを提供することにある。 本発明の第１の態様は、光源と、インテグレータ・ロッドの入力表面の上に光 源の像を形成する手段と、該像形成手段と該インテグレータ・ロッドの入力面と の間に介在された視野レンズとを含む空間光変調器についての照明システムを提 供するものであり、ここで、視野レンズは、光源内の乱れた光の像を、インテグ レータ・ロッドの出力面から外れたところに合焦するために効果的である。 本発明の第２の態様は、光源と空間光変調器との間の光路に介在されたインテ グレータ・ロッドを含み、保護透過性の層がインテグレータ・ロッドの出力表面 に配置されている、空間光変調器についての照明システムを提供するものである 。 本発明の第３の態様は、少なくとも２つの光源と、インテグレータ・ロッドと 、各光源に関して、各光源からの光をインテグレータ・ロッドに結合する手段と を含む空間光変調器についての照明システムを提供するものである。 本発明の第４の態様は、少なくとも１つの光学成分は不所望の波長バンド間に ある光を空間光変調器に入射する光から取り除くのに効果的な回折表面を有して 形成された、空間光変調器についての照明システムを提供するものである。 本発明の第５の態様は、第１から第４の態様のいずれか１つまたはそれらの組 み合わせによる照明システムを含む、投影システムにおいて用いられる投影装置 を提供するものである。 本発明の第６の態様は、第１から第４の態様のいずれか１つまたはそれらの組 み合わせに従う照明システムにおいて用いるために変更されたインテグレータ・ ロッドを含む光学成分を提供するものである。 本発明の多くの実施態様を、添付図面を参照して、実施例として、以下に説明 する。 図１は、光源からインテグレータ・ロッドを通過する光の経路を示す図である 。 図２は、デジタル式超小型鏡装置及びデジタル式超小型鏡装置についての照明 システムを備える投影装置を含む投影システムの模式図である。 図３は、図２の投影システムのインテグレータ・ロッドの出力表面上の、光源 の乱れた領域の形成を示す図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本発明の第１の実施態様による照明システムに おいて用いられる２つのインテグレータ・ロッドの模式図である。 図５は、図４（ａ）及び図４（ｂ）において示されたインテグレータ・ロッド の、本発明の第１の実施態様による照明システムにおける効果を示す図である。 図６は、本発明の第２の実施態様による照明システムにおいて用いられるイン テグレータ・ロッドの模式図である。 図７は、本発明の第３の実施態様において用いられるインテグレータ・ロッド を示す図である。 図８は、本発明の第４の実施態様において用いられる、回折性をもつように構 造化された表面の拡大模式図である。 図９は、本発明の第５の実施態様の模式図である。 ここで、図２を参照するに、開示される投影システムは、シールドビーム・ア ーク・ランプ２１の形態をとる光源、非球面集光レンズ２３、インテグレータ・ ロッド２５、色消しリレーレンズシステム２７、デジタル式超小型鏡アレイ２９ 、及び、投影レンズシステム３１を備える投影装置を備える。投影システムは、 更に、ディスプレイ・スクリーン３３を含み、投影装置は、該ディスプレイ・ス クリーンの上に像を投影するように配置される。 シールドビーム・アーク・ランプ２１は、気体、例えば、キセノンで満たされ た密閉したチャンバを備え、その中には、陰極３５及び陽極３７が取り付けられ ている。しかしながら、陰極３５及び陽極３７の位置は逆になってもよいという ことが理解される。陰極３５と及び陽極３７との間が、アーク３９が放電されう るアークギャップである。ここで、アークギャップは、実質的に円錐形である反 射器４１の焦点に配置されている。 適当なアークランプについての詳細は、本出願人の係属中のヨーロッパ出願、 EP-A-0646284に開示されている。 ランプ２１の作用に関し、アーク３９からの光は、円錐形である反射器４１に よって平行にされ、ほぼ平行な出力ビームが生じることになる。 アークの光ビームの像がインテグレータ・ロッド２５の入力表面に形成される ように、ランプ２１からのほぼ平行な出力ビームは、非球面集光レンズ２３を経 由して、インテグレータ・ロッド２５の入力表面に合焦される。 インテグレータ・ロッド２５は、反射性の表面を有する、長方形又は正方形の 断面を有する光学的に透過性の物質又は中空管を備える。インテグレータ・ロッ ド２５の長い表面はすべて光学的に平らな表面になるように磨かれ、すべての内 部表面において実質的に鏡面のような全反射が得られる。あるいはまた、インテ グレータ・ロッド２５の壁は、反射性のコーティングによってコーティングされ ることによって、必要な反射率が得られる。このようにして、ロッド２５に入射 する光は、図１に関して上述したように、内部における反射を繰り返してロッド 内を伝播する。 インテグレータ・ロッドの長さは、要求される投影システムの大きさ、インテ グレータ・ロッドのアスペクト比、光学的な損失を最小にする必要性、及び、出 力面において一様な強度分布を得るために必要な反射の回数によって決まる。周 囲の媒質と比べて大きい屈折率を有する適当な透過性の物質であれば、いかなる ものであっても、インテグレータ・ロッド２５のために選択しうる。高純度シリ カは、通常のガラスと比べて低い屈折率（1.46）を有しており、その結果、反射 性の表面における透過による損失を減らすので、インテグレータ・ロッドに用い るのに、特に有益な物質である。高純度シリカは、高い強度の光源とともに用い るときに、優れた熱的な性質をも有する。しかしながら、ガラスや他の透過性の 物質も、インテグレータ・ロッドに用いることができる。 インテグレータ・ロッド２５の出力は、色消しのリレーレンズシステム２７を 用いて、デジタル式超小型鏡装置２９の鏡素子の上に合焦される。 図２においては、色消しのリレーレンズシステム２７を表すのに１つのレンズ しか示されていないけれども、実際には、このシステム２７は、投影装置のなか の光学成分によって生まれる幾何学的収差及び色収差を補正するように設計され た多くのレンズを含むということが理解される。 デジタル式超小型アレイ２９の各鏡素子は、入射光を、投影レンズ３１を通っ てディスプレイ・スクリーンに向かうオン径路、又は、ビームダンプ（図示せず ）に向かうオフ径路に向けることによって、空間的に変調した光をつくるのに効 果的である。デジタル式超小型鏡のアレイへの入力光と出力光との間の所望の角 度分割を達成するためには、デジタル式超小型鏡装置の鏡への入射光又は反射光 を透過させ、かつ、反射光又は入射光の他方を反射するのに効果的な全反射をす る面（図示せず）を、リレーレンズシステム２７とデジタル式超小型鏡装置２９ との間及びデジタル式超小型鏡装置と投影レンズ３１との間の光路に介在させる ことができる。このような配置は、本出願人の国際特許出願、WO95/22868に開示 されている。 次に、図３をも参照するに、この図は、アーク・ランプ２１における気体の乱 れた動きの効果を示す。乱流は、ランプ２１の中において連続的に変化する態様 で、アーク３０からの光を空間的に変調するので、ロッドの長さ、光学成分の位 置、及び、集光レンズの焦点距離に依存して、集光レンズ２３は、ランプ２１の 乱れた領域の中の散乱光の像を、インテグレータ・ロッド２５の出力面のちょう ど中で、又は、出力面を超えたところで形成しうる。散乱光の像は、リレーレン ズシステム２７によって、デジタル式超小型鏡装置へと中継され、この光は、投 影レンズ３１によって、ディスプレイ・スクリーン３３上へ合焦される。インテ グレータ・ロッドの出力表面における像は、投影レンズ３１を通して、ディスプ レイ・スクリーン３３上へ投影されるので、ランプ２１の中の乱流によって引き 起こされる投影像のちらつきが、ディスプレイ・スクリーンにあらわれる。 第１の実施態様 ディスプレイ・スクリーン３３上にディスプレイされた像におけるランプの中 の乱れた領域の像形成という、上述の問題を克服するため、本発明の第１の実施 態様に従って、視野レンズが、図４（ａ）及び図４（ｂ）において示されるよう に、インテグレータ・ロッド２５の入力面におかれる。視野レンズは、両面が凸 であっても、平凸であってもよい。 図５を参照するに、視野レンズ４１の効果は、ランプ２１の乱れた領域の像を インテグレータ・ロッドの中において合焦することである。こうして、ランプ２ １の乱れた領域から生じる、図５の破線として示される光は、インテグレータ・ ロッド２５の中において反射を経験し、乱流によって形成された像のランダムな 変動をいくらか相殺する。しかしながら、円錐の反射器による反射の後の、ラン プ２１の中のアーク３９から生じる実質的に平行な光ビームは、集光レンズ２３ によって、インテグレータ・ロッド２５の入力表面に合焦される。この光は、視 野レンズ４１の中心を実質的に通過するため、視野レンズ４１によって、そらさ れることはない。 この結果、必要な、ランプ２１の乱れた領域の倒立像と倒立していない像の重 ね合わせが、インテグレータ・ロッド２５の出力において形成され、デジタル式 超小型鏡装置２９のための一様な照明光ビームがつくられる。 図４（ａ）及び図４（ｂ）には、視野レンズの２つの可能な配置が示されてい る。図４（ａ）には、平凸レンズ４１の平らな面が、インテグレータ・ロッド２ ５の入力表面に配置され、インテグレータ・ロッド２５の入力表面に、溶融、適 用な屈折率を有するオイルの層を用いて光学的に結合、又は、適当な光学的な接 着剤を用いて接着されている。レンズ４１は、インテグレータ・ロッドから、光 軸に沿って離しておくこともできるが、これは、光学的に効果的でないかもしれ ない。インテグレータ・ロッドが中空管の場合には、凸レンズは、一般に、図４ （ａ）に示されるように、別個のレンズという形態をとる。 好ましい配置においては、図４（ｂ）に示されるように、凸レンズ４３は、イ ンテグレータ・ロッドの入力表面と一体となって形成され、この結果、光学的な 損失及び熱負荷の制約を伴う光学的な接着剤の使用を避けることができる。 ランプ２１の乱れた領域の像に所要のシフトを与えるために視野レンズ４１に 要求される曲率は、非球面の焦点レンズ２３の合焦する力、ランプ２１と非球面 の焦点レンズ２３との間隔、非球面の焦点レンズ２３とインテグレータ・ロッド ２５との間隔、並びに、インテグレータ・ロッド２５及び視野レンズ４１の屈折 率を含む多くのパラメータに依存する。本発明者は、種々のパラメータを変えて 、多くのコンピュータによるシミュレーションを実行することにより、パラメー ターの最適な組み合わせを決定した。１つの例としては、これらのパラメーター は以下の値を有する。 インテグレータ・ロッドの長さ ：95mm インテグレータ・ロッドの屈折率 ：1.45856 ランプと集光レンズとの間隔 ：155mm 集光レンズとロッドとの間隔 ：63.7mm ランプ側の集光レンズの曲率 ：＋0.0233mm^-1 ロッド側の集光レンズの曲率 ：−0.00762mm^-1 集光レンズの厚さ ：26.5mm 集光レンズの屈折率 ：1.516 インテグレータ・ロッドの入力表面の曲率半径 ：＋19.00mm 視野レンズ４１（又は、インテグレータ・ロッド２５の入力表面における曲率 ）がない場合には、ランプの乱れた領域の像は、インテグレータ・ロッド２５の 出力面の領域に合焦され、その結果、上述の問題が生じる。しかしながら、イン テグレータ・ロッド２５の入力面が、凸の曲率＋19mmとともに形成される場合に は、インテグレータ・ロッド２５の出面における像に対応する物体共役は、ラン プ２１と集光レンズ２３の間の位置、光軸に沿ってランプから約37mm離間した位 置にシフトする。従って、上述の通り、ランプ２１の乱れた領域から生じる光は 、インテグレータ・ロッド２５の中で反射を経験し、その結果、ランプの乱れた 領域から発生し、デジタル式超小型鏡装置２９に至る光における時間変動が減少 することになる。 第２の実施態様 図１に示されたシステムの更なる問題点は、静電的に、又は、その他の方法で 、インテグレータ・ロッド７の出力表面９に誘引された塵やくずが、色消しのリ レーレンズシステム及び投影レンズシステムによって、ディスプレイ・スクリー ン上へ映されてしまうということである。塵のない環境において、注意深くきれ いにすることにより、塵を取り除くことは可能であろうが、これは、極めて時間 がかかり、かつ、磨かれた光学表面を傷めてしまうリスクを負うものでもある。 次に、図６をも参照するに、この問題を克服するために、インテグレータ・ロ ッド２５の出力表面に、ガラス板６１が設けられる。塵、今は、板６１の外側表 面上の塵がデジタル式超小型鏡装置２９において焦点がずれるように、インテグ レータ・ロッド２５の出力表面に垂直な方向における板６１の厚さは、選択され る。 ガラス板６１付きの複合インテグレータ・ロッド２５を用いた投影システムを 用いる場合には、所要のフォーマットの比で、かつ、一様な強度分布で、アーク ・ランプからの光の鮮明な像を与えるために、色消しのリレーレンズシステム２ ７は、インテグレータ・ロッド２５の出力面に合焦した状態にしておく。ガラス 板６１の自由表面にある、いかなる塵や他のくずも、色消しのリレーシステム２ ７の物体共役の位置にはなく、従って、デジタル式超小型鏡装置２９及びディス プレイ・スクリーン３３では、焦点からずれて現れる。 板６１の横の寸法、すなわち、インテグレータ・ロッド２５の出力表面に平行 な平面における板６１の寸法は、インテグレータ・ロッド２５の出力表面の横の 寸法を超えるように、特に、インテグレータ・ロッド２５の出力面から放出され る光の円錐６３の横の寸法を超えるように選ばれる。 本出願の発明者は、多くの実験を実行して、ガラス板６１の最適寸法を決定し た。厚すぎれば、インテグレータ・ロッドの光の出力を減少させてしまうし、薄 すぎれば、所要の焦点はずれの効果が得られないことになる。本発明者は、 ３mm付近の厚さが、特に有益な結果を与えることを発見した。 インテグレータ・ロッド２５の製造の際に、ガラス板６１は、インテグレータ ・ロッドの出力面へと、きれいな状態において接着又は溶融されうる。 ガラス板は、上述の実施態様においては、インテグレータ・ロッドの出力表面 を保護するものとして開示されたが、この保護手段は、投影システムの像形成素 子、又は、インテグレータ・ロッドを通過する光の方向を変えるのに効果的なプ リズム部材を形成するものでもありえるということが理解される。 図６に示されたインテグレータ・ロッド２５の入力表面は、図４（ａ）又は図 ４（ｂ）に示されるように、別個の又は一体となった凸レンズを入力表面に設け うることが理解される。 第３の実施態様 次に、図７を参照するに、この図は、インテグレータ・ロッドを用いて、２つ の別個の光源７０１、７０３の出力を結合することにより、単一の光源から可能 となるよりも、より高い強度の光ビームを生ぜしめることを示す図である。 個々の光源は、従前の例と同じくシールドビーム・アーク・ランプの形態であ ることが適当であるが、他のいかなる適当な高い強度の光源であってもよい。イ ンテグレータ・ロッド７０５は、入力表面７０７において、２つの逆向きのプリ ズム７０９、７１１を有する。各々のプリズム７０９、７１１と２つの光源７０ １、７０３の各々との間には、各々の光源７０１、７０３から放出された平行な 光ビームを、インテグレータ・ロッド７０５の入力表面７０７の上に合焦するよ うに、集光レンズ７１３、７１５が各々配置されている。 各々の光源７０１、７０３から、各々のプリズム７０９、７１１へと通過する 光は、各々のプリズム７０９、７１１の斜辺の表面によって全反射され、インテ グレータ・ロッド７０５の入力表面７０７の上に、光のスポットを形成する。そ して、この光は、従前の通り、インテグレータ・ロッド７０５の中で反射する。 ここで、この２つの光源からの光が混合され、インテグレータ・ロッド７０５の 出力表面７１７上に２つの光源７０１、７０３からの光の合成された像が形成さ れる。こうして、２つの光源７０１、７０３からの光束を結合するインテグレー タ・ロッド７０５の出力表面７１７において一様で等しい照明視野が生じる。 上述においては、２つの光源７０１、７０３からの光は、同時にインテグレー タ・ロッドの入力表面に向かうが、２つの光源７０１、７０３からの光は、イン テグレータ・ロッドの入力表面に順次して向かうことが必要な場合がありうるこ とが理解される。例えば、デジタル式超小型鏡装置に異なる色の光が向かうよう に各々の光源を配置して、カラー投影装置を得る場合が、この場合に該当しえよ う。この場合、インテグレータ・ロッドへと順次に結合される、３または４以上 の異なる光源からの光を調整することが可能である。複数の光源は、フィルタ配 置を用いることによって、キセノンアーク・ランプなどの多重波長の光源から得 ることができる。 第４の実施態様 デジタル式超小型鏡装置を照明するために用いられるシールドビーム・ランプ の光の出力は、紫外及び赤外の波長における不必要な光を含む。特に、ランプを 、紫外及び赤外の波長における光を大量に発するキセノンによって満たした場合 が、この場合に該当する。デジタル式超小型鏡装置を照明する光からこの不所望 の光を取り除き、デジタル式超小型鏡装置の加熱を避けるためには、本発明のさ らなる態様に従って、図２ないし図７のいずれかに示されたインテグレータ・ロ ッドを、２色性ミラー表面を形成するために効果的な回折性をもつように構造化 された表面をその長い端に沿って有するように形成することができる。この２色 性ミラーは、所要の可視光は、インテグレータ・ロッド内において全反射するが 、不所要の赤外光及び紫外光は、インテグレータ・ロッドの長い表面から通過し 、インテグレータ・ロッドの外部へと、適当なビームダンプ（図示せず）によっ て吸収される。 このような構造化された回折性の表面の詳細は以下の文献に与えられている。 Applied Optics,vol 32,1154-1167頁(1993),D.H.Raguin and G.M.Morris,“Anti -reflection structured surfaces for the infrared spectral region” 要約すると、回折性の表面は、例えば、ホログラフィーによってつくられる隆 起した脈の列又は突起のアレイである、周期的な構造の表面であり、典型的には 、赤外線の波長の３分の１から２分の１の短さの周期を有している。格子表面は 、このように、０．２ミクロンから２ミクロンの間の周期を有するのが適当であ る。 このような表面の例は図８に示されており、図８は、インテグレータ・ロッドの 表面に形成される円筒形構造のアレイを示しており、ここで、この構造は、所要 の２色性の効果を生じるように選択された寸法及び間隔を有している。 特に、アーク・ランプの高パワーの出力光ビームに起因するインテグレータ・ ロッドの加熱が起きる場合には、薄層コーティング技術によってつくられる２色 性のコーティングは、はがれやすいため、回折性をもつように構造化された表面 は、本発明による投影装置において特に有利であることが理解される。 上述した種類の回折性をもつように構造化された表面は、代替として、または 、さらに加えて、ロッドの入力表面(図１における符号５)、図４において示され るレンズ表面４１、４３、及び、図７において示される出力表面７０９、７１１ に形成してもよい。このような場合には、コーティングは可視光を透過させるが 、不所要の赤外及び紫外の波長帯における光を反射するように、回折性の表面は 、周期を有するように配置される。第５の実施態様 上述の本発明の各々の態様に基づく実施態様は、個別に、改良された投影装置 を提供するのに用いることはできるけれども、特に有益な装置は、図９に図示さ れた配置において得られる。ここで、先の図において示された成分と対応する成 分は、対応するように符号がつけられている。 図９からわかるように、各々のプリズム７０９、７１１の入力表面８０１、８ ０３は、凸の入力表面を有するように形成され、ここでこの凸の表面８０１、８ ０３は反射による損失を減らすように処理されている。これらの凸の入力表面は 、図４(ａ)、（ｂ）におけるレンズ配置として作用し、図４及び図５に関して説 明したように、光源７０１、７０３の乱れた領域からの光を、インテグレータ・ ロッド７０５の中において合焦するのに効果的である。 インテグレータ・ロッド７０５の出力表面には、図６において示されたガラス 板と同等で、図６と類似の方法により塵がインテグレータ・ロッド７０５の表面 ７１７に誘引されるのを効果的に防止するガラス板が取り付けられている。この 板もまた反射による損失を減らすように処理されている。 第４の実施態様に関して述べられ、図９において８０５によって示された回折 性をもつように構造化された表面は、インテグレータ・ロッド７０５の長い端に 沿って形成される。このコーティングは、上述のようにインテグレータ・ロッド の出力表面へと向かう光から赤外線及び紫外線を取り除くように設計されている 。 他の変形 これまでに述べた各々の実施態様においては、１つの非球面の集光レンズが、 インテグレータ・ロッドの入力表面に光源の像をつくるために用いられているが 、図に示された単一のレンズは複数のレンズの組み合わせに置換されうるという ことが理解される。さらに、集光レンズは、インテグレータ・ロッドの入力表面 に必要な光源の像をつくるために置かれる凹の反射器に置換されうる。本発明の 実施態様に関して開示された特徴は、いずれも、そのようなシステムにおいて組 み込むことができる。 請求の範囲に記載される発明は、デジタル式超小型鏡装置の形態である空間光 変調器を含む投影装置についての照明システムにおいて特定の用途を有するが、 請求の範囲に記載される発明は、空間光変調器についての照明システム、特に、 液晶アレイなどの他のピクセル化された空間光変調器においても適用されること が理解される。デジタル式超小型鏡装置は反射性の装置であり、図２に示された 投影レンズシステム及びディスプレイ・スクリーンも、それに従って配置されて いるが、本発明に従う照射システムによって、液晶アレイなどの、反射性という よりむしろ透過性である代替の空間光変調器装置に、光学的にアドレスすること ができるということが理解される。 本発明は、ほぼ平行な出力ビームを生じるように配置されたアーク・ランプの 形態である、１または２以上の光源を含む照明システムにおいて特定の用途を有 するが、本発明は、例えば、集束された光を生じるアーク・ランプ、又は、タン グステン・ランプなどの他の形態の光源を含む照明システムにおいても適用され ることが理解される。 実施例によって述べた実施態様は、単一のデジタル式超小型鏡装置を含むもの であるが、カラー投影装置は、各デジタル式超小型鏡装置が異なる原色の波長帯 、すなわち、赤、緑、又は青にある光に応答する、３つのデジタル式超小型鏡装 置を含むことが多いということが理解される。従って、このような装置は、色を 分割する手段、例えば、インテグレータ・ロッドの端とデジタル式超小型鏡装置 の間の光路における１対の２色性ミラーを含んでいる。３つのデジタル式超小型 鏡装置からの空間的に変調された光は、ついで、投影レンズ３１によって、投影 に先だって合成される。あるいはまた、３つの別個の色光源を、各原色のチャネ ルについてインテグレータ・ロッド及び他の関連する光学成分を提供することと あわせて、提供することもできる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ (72)発明者 チャップマン，スティーブン，ジェーム ズ. 英国 ビービー４ ５ティーゼット ラン ス ヘイスリンデン エーカー キングス ハイウェイ マングホールズ コテージ ズ ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも１つの空間光変調器を含む投影システムについての照明システム であって、 アーク・ランプと、 アーク・ランプによって生じるアークの像を、インテグレータ・ロッドの入力 表面に合焦する手段と、 インテグレータ・ロッドの入力表面における視野レンズであって、アーク・ラ ンプの中の散乱光の像を、インテグレータ・ロッドの出力表面から変位して、イ ンテグレータ・ロッド内の位置に合焦するのに効果的である視野レンズと を備えたことを特徴とする照明システム。 ２．前記像形成手段が少なくとも１つの集光レンズを備えることを特徴とする請 求項１に記載の照明システム。 ３．前記像形成手段が凹の反射性の表面を備えることを特徴とする請求項１に記 載の照明システム。 ４．前記視野レンズが前記インテグレータ・ロッドと一体化されていることを特 徴とする前述の請求項のいずれか１項に記載の照明システム。 ５．前記視野レンズが前記インテグレータ・ロッドに取り付けられていることを 特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の照明システム。 ６．前記視野レンズが前記インテグレータ・ロッドから分離していることを特徴 とする請求項１から３のいずれかに記載の照明システム。 ７．少なくとも１つの空間光変調器を含む投影システムについての照明システム であって、 光源と、 光源と空間光変調器との間の光路に介在されたインテグレータ・ロッドと、 インテグレータ・ロッドからの光の出力を空間光変調器に効果的に合焦する合 焦手段と、 インテグレータ・ロッドから出てくる光を透過させるのに効果的な、インテグ レータ・ロッドの出力表面における光透過性の保護手段であって、インテグレー タ・ロッドから離間した保護手段の表面のいかなるくずの像も空間光変調器の上 に合焦されないほどの厚さを有する保護手段と を備えたことを特徴とする照明システム。 ８．前記保護手段が上記インテグレータ・ロッドの光軸に垂直な方向において、 上記インテグレータ・ロッドの出力表面よりも大きな面積を有することを特徴と する請求項７に記載の照明システム。 ９．前記保護手段が光透過性の板であることを特徴とする請求項７又は請求項８ に記載の照明システム。 １０．前記保護手段が像形成素子であることを特徴とする請求項７又は請求項８ に記載の照明システム。 １１．前記保護手段がインテグレータ・ロッドを通過する光の方向を変えるのに 効果的なプリズム素子であることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の照 明システム。 １２．少なくとも１つの空間光変調器を含む投影システムについての照明システ ムであって、 少なくとも２つの光源と、 インテグレータ・ロッドと、 インテグレータ・ロッドが、いかなる時においても、ロッドに入射する光から 実質的に一様な照明の合成された光ビームをつくるように、インテグレータ・ロ ッドの入力面へと各光源からの光を結合するのに効果的なプリズム手段と、 プリズム手段の各々の入力表面に各々の光源からの光を合焦するのに効果的な 、各々の光源についての合焦手段と を備えたことを特徴とする照明システム。 １３．光が同時にインテグレータ・ロッドへと向かうように前記各光源を配置し たことを特徴とする請求項１２に記載の照明システム。 １４．光が順次してインテグレータ・ロッドへと向かうように前記各光源を配置 したことを特徴とする請求項１２に記載の照明システム。 １５．前述の請求項から選択された請求項の組み合わせのいずれかにおいて特定 された特徴を含むことを特徴とする照明システム。 １６．少なくとも１つの光学成分が、選択された波長帯の光を反射し、他の波長 帯の光を透過させるのに効果的な回折性の素子を構成する構造化された表面を有 するように形成されていることを特徴とする前述の請求項のいずれか１項に記載 の照明システム。 １７．一方の波長帯が可視光の波長帯であり、他方の波長帯が紫外の波長帯及び 赤外の波長帯のうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項１６に記載の 照明システム。 １８．投影システムにおいて用いられる投影装置であって、少なくとも１つの空 間光変調器、及び、空間光変調器を照明するように配置された、前述の請求項の いずれかによる照明システムを含むことを特徴とする投影装置。 １９．前記空間光変調器が、デジタル式超小型鏡装置であることを特徴とする請 求項１８に記載の投影装置。 ２０．請求項１８又は請求項１９に記載の投影装置、及び、空間光変調器からの 空間的に変調された光をディスプレイ・スクリーンに指向させるのに効果的な投 影レンズを備えたことを特徴とする投影システム。 ２１．ディスプレイ・スクリーンを含むことを特徴とする請求項２０に記載の投 影システム。