JP2003528348A - 放物面反射体を用いた投影システム用の小型光源からの光の結合 - Google Patents

放物面反射体を用いた投影システム用の小型光源からの光の結合

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Abstract

(57)【要約】 第１の放物面の一部が、ランプからのランダム化された光を集め、集中させて平行ビームにし、第２の放物面の一部へ向け、それが光をホモジナイザ上に再フォーカスする。第２の放物面は、第１の放物面反射体と実質的に同様の形状を有する。源と標的とは、ほぼ等倍の画像システムにおいて源からの光束が最小限の歪みで標的に結像されるように、放物面のそれぞれの焦点に配置されている。システムは、さらなるフィルタを挿入することにより波長と強度とを制御するよう構成されていてもよい。また、逆反射体を追加してホモジナイザにおける全体の線束強度を増加させてもよい。出力は、プロジェクタの光エンジンに光を提供するために特に好適である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
この発明は、電磁エネルギを収集し、凝縮させて、画像投影システムにおける
小さな標的（target）に明るく均一な照明を提供するためのシステムおよび方法
に関する。
【０００２】
【発明の背景】
視覚プロジェクタシステムの技術分野においては、光の流れの中に位置付けら
れた空間光変調器（ＳＬＭ）を用いることは周知である。ＳＬＭは、光の流れを
修正して投影画像を形成する透明領域と不透明領域とのパターンを含む半透明の
装置である。特にＳＬＭは、光透明性が調節可能な多数の小さな領域（画素）を
含み、これらが電子的に調整されて光の流れから投影画像を作り出す。
【０００３】 ある種のＳＬＭでは、液晶が各画素において投影システムからの発光を修正す
る。液晶を通る光の透過は、液晶の偏光状態に依存し、これを光を透過させるか
または遮断するよう調整すると、明るい点または暗い点の同等物を出力において
形成することになる。液晶の偏光状態を電子的に制御して、発光を非常に正確に
制御することが可能である。画素を規定する液晶は比較的小さく、電子制御によ
り液晶の精密な制御が可能となるため、結果として生じる投影画像は、非常に正
確かつ鮮明であり得る。
【０００４】 またこれに代えて、各画素はデジタルミラーを採用して発光を修正する。デジ
タルミラーは可動ミラーからなり、そこで光はスクリーンへ向かってまたはスク
リーンから遠ざかるように反射されて、明るい点または暗い点を形成する。ここ
でも、デジタルミラーの位置付けは電子的に制御されて、非常に正確な発光の制
御が可能となる。
【０００５】 したがって、画像投影システムにおいてＳＬＭを用いることは、画素を通る発
光の精密な電子制御が可能となるため、有利である。このため、ＳＬＭを含む投
影システムは、精密で高解像度の投影画像を形成し得る。
【０００６】 しかし、ＳＬＭ投影システムの性能は、ランプからの光エネルギをＳＬＭへ集
めてフォーカスさせることに決定的に依存する。特に、空間変調器に光を当てて
出力をスクリーン上に投影するためには、光がＳＬＭ全体にわたって均一であり
、十分な量の明るさを有する必要がある。
【０００７】 投影システムにおいて、ランプなどの光源から光を収集して集光するための公
知のシステムはいくつかある。「軸上」システムでは、光源と標的とは光軸上に
位置している。これら軸上システムでは、楕円形または放物面の形状を有する１
つまたはそれ以上の反射体を、結像レンズとともに用いて光源からの光を方向付
けることは公知である。しかし、軸上システムは、光源をＳＬＭに結合させる際
に明るさを失うという基本的な制限を受ける。この明るさの損失は、投影システ
ムの全体としての効率および性能を劣化させる。
【０００８】 米国特許第４，７５７，４３１号（’４３１号特許）は、軸外球状凹面反射体
を採用して、小さな標的を照らす線束と小さな標的に到達する収集可能な線束密
度の量とを強化する、改良された光集光および収集システムを記載している。さ
らに改良された光集光および収集システムが、米国特許第５，４１４，６００号
（’６００号特許）により提供され、これは楕円凹面反射体の使用を開示してい
る。同様に、米国特許第５，４３０，６３４号（’６３４号特許）は環状凹面反
射体の使用を開示している。’４３１号特許、’６００号特許、および’６３４
号特許のシステムは、ほぼ１対１（等倍）の画像を提供し、光源からの明るさを
保存する。しかし、反射体の収集角を大きくすることによって収集される光の量
を増やすにつれ、これらのシステムは１対１の（単位の）倍率を失い、投影シス
テム全体の性能が劣化する。したがって、これらのシステムでは、照明の明るさ
を増加させると作り出される画像の品質が低下する。
【０００９】 分光学の関連分野においても、光源からの光を収集して集光する必要がある。
特に、光源からの光はサンプルへとフォーカスされる。サンプルはその後、サン
プルからの放射を収集して評価することによりテストされる。
【００１０】 分光学では、放物面の形をした反射鏡を軸外反射システムに用いて光源からの
発光をフォーカスすることは、よくあることである。たとえば、米国特許第３，
９８６，７６７号は、軸外放物面反射体を用いてテストサンプル上へ直接、小さ
な点にフォーカスされる平行ビームを記載している。同様に、米国特許第４，５
９１，２６６号（再発行第３２，９１２号）は、整合する１対の軸外放物面反射
体を用いる分光システムを開示しており、それら反射体の焦点は、１つの共通な
点、または互いの上に光学的に結像された２つの点で、サンプル上に光学的に結
像され、光源からの放射の各光線が２つの反射体に、反射体上のほぼ同じ焦点距
離の点で当るような相対的な位置および配向を有している。米国特許第４，４７
３，２９５号は、放射面を用いてテストサンプル上へ光を集めてフォーカスする
、別の分光システムの構成を図示している。
【００１１】 同様に、米国特許第５，１９１，３９３号（’３９３号特許）、および対応す
る欧州特許ＥＰ ０４０１３５１ Ｂ１は、小さな特徴の光学的測定のためのク
リーンルームの外側からクリーンルームへの光の透過に関する。’３９３号特許
に提示された構成の１つは、アークランプ、２つの放物面反射体、単一ファイバ
の使用、および必要な波長をフィルターするための透過ダイクロイックフィルタ
ーの使用である。
【００１２】 上述の特許に記載されたような軸外放物面の使用は本来、光源から出力標的へ
の効率のよい結合をもたらさない。
【００１３】 したがって、これらの欠点を克服する、小さな源からの光を投影システムへ結
合する方法に対する要求が、依然として存在する。
【００１４】
【発明の概要】
これらの要求に応じて、この発明は、放物面の、一方は源に、他方は標的に置
かれた２つの実質的に対称的に配置された部分を用いるシステムを提供する。放
物面反射体は実質的に対称的に構成されているので、源から放射された光線の各
々は２つの放物面の対応する面における湾曲によってコリメートされ、投影シス
テムの標的上に再フォーカスされ、このため実質的に単位倍率を作り出し、光の
最大集中を達成する。
【００１５】 この発明の実施例を、以下の図面を参照して説明する。さまざまな図面におけ
る同じ構成要素または特徴は、同じ参照符号によって表わされる。
【００１６】
【好ましい実施例の詳細な説明】
図面を参照して、この発明の例示的な実施例を説明する。これらの実施例はこ
の発明の原理を示しており、この発明の範囲を限定するものとして解釈すべきで
はない。
【００１７】 図１は、電磁放射を集光し、収集するための公知の照明アセンブリ１０を用い
る投影システムを図示している。照明アセンブリ１０は、楕円形状を有する軸上
反射体１１内に、第１の焦点１２にある光源２０から放射された光が楕円反射体
１１の第２の焦点１３に入力が配置されている導波路６０へと収集されフォーカ
スされるように収容される光源２０を含む。導波路６０は通常、第２の焦点１３
で入力からの光を収集するインテグレータで、インテグレータ内での多数の反射
により、光を混合してより均一な強度プロファイルを導波路出力１４において作
り出す。
【００１８】 一般に、紫外線−赤外線（ＵＶ−ＩＲ）フィルター１５は、導波路出力１４の
出力を受け、ＵＶおよびＩＲ放射の多くを除去する。ＵＶおよびＩＲ放射レベル
は、電磁スペクトラムの可視光部分からの放射のみを反射するコールドミラー１
６によってさらに低減可能である。照明アセンブリ１０は、実質的に平行なビー
ムに光をコリメートして投影光エンジン１００を照らす１組のリレーレンズ１７
をさらに含んでいてもよい。
【００１９】 光エンジン１００内部では、当業者には周知であるように、入力ビームは多数
のダイクロイックフィルター１０２を用いて、赤、緑、および青の３色のビーム
に分割される。ビームの各々は次に偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０４によ
って偏光され、空間光変調器（ＳＬＭ）１０５を通過し、そこで、上述のように
、偏光を変化させることによってＳＬＭ１０４の各画素の強度が変調される。３
つの変調された出力ビームは次にカラーコンバイナ１０６によって組合され、投
影レンズ１０８を通ってスクリーン上に投影される。
【００２０】 ＳＬＭ１０４を通って収集され、投影され得る光の量は、変調器の表面積と、 （１） Etendue＝Π×照明面積×Ｎ によって与えられる、システムのエテンデュ（etendue）により規定されるシ
ステムの開口数Ｎとに依存する。反射体によって収集される光源からの光の総量
が利用可能であるにもかかわらず、このエテンデュ内の光の量のみが光エンジン
によって使用可能である。
【００２１】 照明アセンブリ１０の機能上の目的の１つは、このエテンデュ内で最大量の光
エネルギを有する光出力を生成することである。このエテンデュ内での明るさは
、たとえば、集中された光源を用いるか、または反射体において一定の倍率を保
存することにより、改良されるであろう。
【００２２】 さらに、図１に図示されるような単一の軸上楕円形反射体１１、または軸上放
物面反射体（図示せず）を用いる公知の照明アセンブリシステムは、光が標的６
０に達する前に光のエテンデュを劣化させる「角度対倍率」（magnification-ov
er-angle）の固有変動を有しており、このため光エンジン１００からの出力が劣
化する。
【００２３】 この発明に記載されるシステムは、この根本的な制限を克服する。図２を参照
すると、この発明は、以下の４つの主な構成要素を有する光収集および集光シス
テムである。
【００２４】 １．電磁源 電磁源２０は、好ましくは、エンベロープ２２を有する光源である。最も好ま
しくは、源２０は、キセノンランプ、メタルハライドランプ、ＨＩＤランプ、ま
たは水銀ランプなどのアークランプを含む。用途によっては、システムがランプ
の不透明ではないフィラメントを受容するよう修正されているならば、以下によ
り詳細に説明するように、ハロゲンランプなどのフィラメントランプが使用可能
である。
【００２５】 ２．コリメート反射体 コリメートする反射体、すなわちコリメート反射体３０は、光軸３８と焦点３
６とを有する回転放物面の一部を含む。コリメート反射体３０は、好ましくは、
反射性のコーティング（たとえばアルミニウムまたは銀）を有し、表面は高度に
研磨されている。用途によっては、コリメート反射体３０は、波長選択式多層誘
電体コーティングでコーティングされたガラスから作成可能である。たとえば、
可視波長においてのみ高い反射性を有するコールドコーティングが、可視光用途
のために使用可能である。源２０がコリメート反射体の焦点３６に位置する状態
では、反射体３０に接触する電磁放射は、反射体３０の光軸３８に平行なコリメ
ートされたビームとして反射される。源２０がアークランプである場合、アーク
ギャップは、好ましくは、コリメート反射体３０の焦点距離に比べて小さい。
【００２６】 ３．合焦反射体 焦点に集光する反射体、すなわち合焦反射体４０は、光軸４８と焦点４６とを
有する回転放物面の一部を含む。しかしながら、以下により詳細に説明されるよ
うに、合焦反射体４０は、コリメート反射体３０と実質的に同じ大きさ、および
実質的に同じ形状であるべきである。
【００２７】 合焦反射体４０は、コリメート反射体３０によって反射されたコリメートされ
た電磁放射が、合焦反射体４０の放物面に当たり、その後合焦反射体４０の焦点
４６へ向かってフォーカスされるように、位置づけられ、配向されている。コリ
メート反射体３０と合焦反射体４０との間で実質的に単位（１対１）倍率（つま
り、源と実質的に同じ大きさのフォーカスされた画像）を達成するためには、コ
リメート反射体３０の表面部分により反射されコリメートされる電磁放射の実質
的に各々の光線が、合焦反射体４０の対応する表面部分によって反射されフォー
カスされて、最大可能な明るさを有するフォーカスを焦点４６において達成する
ことが重要である。この開示の文脈においては、コリメート反射体３０の表面部
分によってコリメートされる電磁放射の実質的に各々の光線が合焦反射体４０の
対応する表面部分によってフォーカスされるように、コリメート反射体３０と合
焦反射体４０とを互いに対して配向し位置づけることを、反射体を各々に対して
実質的な「光学的対称」に位置づける、と言う。
【００２８】 ４．標的 標的６０は、実質的に最高可能強度の照明を必要とする小さな的である。好ま
しい実施例では、標的６０は、単一コア光ファイバ、光ファイバの融合された束
、ファイバ束、またはホモジナイザなどの導波路である。
【００２９】 好適な標的６０は、図８Ａ〜８Ｆに示されるように断面が多角形、または図９
に示されるように断面が円形であり得る。さらに、標的６０は、図１０Ａに示さ
れるような先太のテーパ光ガイド、または図１０Ｂに示されるような先細のテー
パ光ガイドであり得る。また、標的６０は、図１１に示されるように、反射内壁
Ｒを有する中空パイプホモジナイザであり得る。
【００３０】 たとえば光ファイバの基端である、標的６０の入力端６２は、合焦反射体４０
の焦点に位置づけられて、合焦反射体４０によって反射される電磁放射のフォー
カスされた光線を受け、光は出力端６４で標的を出る。
【００３１】 標的と源とはこの発明の収集および集光システムと密接に関連しているものの
、そのより広い局面によれば、この発明は、互いに対して実質的に光学的対称と
なるよう構成された、実質的に同じ大きさおよび形状の２つの放物面反射体の使
用に関する。
【００３２】 引続き収集および集光システムを説明すると、図２に示された構成では、コリ
メート反射体３０と合焦反射体４０とは、互いに向かって凹面となるように、互
いに対して向かい合って面する関係に位置づけられている。コリメート反射体３
０と合焦反射体４０とを、それらのそれぞれの光軸３８および４８が光学的に同
一線上にあるように、かつ、コリメート反射体３０の反射面が合焦反射体４０の
対応する反射面と向かい合って面する関係にあるように配置することによって、
図２の構成において光学的対称が達成される。
【００３３】 この発明の説明を容易にするため、２つの光線ａおよびｂが図２に示され、光
源２０から放出される放射の２つの異なる可能な方向を示している。光源２０か
らコリメート反射体光線３０への距離は光線ａの経路に沿ってより小さいものの
、コリメートされる光の発散は比較的大きい。これに対し光線ｂは、光源２０か
らコリメート反射体光線３０への距離はより大きいが、光源２０における限られ
たサイズの照明面積にしては、発散ビームはより小さい。反射体が実質的に対称
であるため、光線ａおよびｂは、反射体と標的間の各光線の距離がアークと第１
の放物面反射体間の対応する距離と実質的に同じとなるように、第２の放物面反
射体における対応する位置で反射される。このため、光線ａおよびｂは両方とも
、実質的に同じ発散で、その結果、実質的に同じ倍率で、標的６０上に実質的に
フォーカスされ、標的での明るさが保たれる。
【００３４】 コリメート反射体３０と合焦反射体４０とは実質的に同一の形状にされている
ことが、大いに望ましい。たとえば、コリメート反射体３０と合焦反射体４０と
は同じ型を用いて形成されてもよい。その場合、合焦反射体４０がコリメート反
射体３０における不具合を訂正するので、光収集および集光システムの性能はさ
らに改良される。
【００３５】 図２〜４に図示されるように、当該技術分野では公知のさまざまなレンズおよ
びフィルタなどの１つまたはそれ以上の光学素子８０が、コリメート反射体３０
と合焦反射体４０とを隔てる空間距離に挿入されてもよい。反射体３０と４０と
の間を伝わる電磁放射がコリメートされているため、このような光学素子は単純
な形状および設計であり得る。
【００３６】 図３に示されているように、この発明の収集および集光システムは、中心５６
が焦点３６に近接して位置する、ほぼ球面形状を有する逆反射体５０の使用をさ
らに組み込んでいてもよい。逆反射体５０は、さもなくばコリメート反射体３０
上には当たらない、源２０によって放射された電磁放射を捕らえるよう位置づけ
られている。より特定的には、球面状の逆反射体５０は、コリメート反射体３０
から遠ざかる方向に源２０によって放出された放射が、逆反射体５０によって、
コリメート反射体３０の焦点３６を通ってその後コリメート反射体３０へ向かっ
て反射し返されるように、構成および配置されている。コリメート反射体３０に
よって反射されるこのさらなる放射はコリメートされ、源２０から直接コリメー
ト反射体３０に当たる放射に加わり、それによって合焦反射体４０へ向かって反
射されるコリメートされた放射の強度が増加する。したがって、合焦反射体４０
の焦点４６における放射の強度も増加する。
【００３７】 フィラメントランプが源２０として採用されている場合、逆反射された放射が
焦点３６に位置する不透明のフィラメントによって遮断されるため、逆反射体５
０を、コリメート反射体３０の焦点３６を通って放射をフォーカスし返すように
配向することはできない。この場合、逆反射体５０の位置は、逆反射された放射
が焦点３６ちょうどを通らないように調整すべきである。
【００３８】 この発明の収集および集光システムの代替的な構成が、図４に示されている。
図４の構成では、球面状の逆反射体５０は第２のコリメート反射体７０に置換ら
れ、それは、コリメート反射体３０の光軸３８および焦点３６にそれぞれ好まし
くは実質的に一致する光軸７８および焦点７６を有する回転放物面を含む。第２
のコリメート反射体７０は、好ましくは、コリメート反射体３０と実質的に同じ
大きさおよび形状である。
【００３９】 平型反射体７２は、第２のコリメート反射体７０の出力端に、光軸７８に実質
的に垂直に位置づけられている。図４に示されるように、源２０によりコリメー
ト反射体３０から遠ざかるよう放出された放射は、第２のコリメート反射体７０
によって反射され、コリメートされる。反射体７０によって反射されたコリメー
トされた放射は、光軸７８と平行であり、平型反射体７２から反射されて第２の
コリメート反射体７０へ戻り、その後焦点７６および３６を通って反射されてコ
リメート反射体３０へと戻り、それによって合焦反射体４０へと反射されるコリ
メートされた放射の強度が増加する。このため、第２のコリメート反射体７０と
平型反射体７２とは、逆反射体として一緒に機能する。
【００４０】 図７は、図１に図示されているように、光エンジン１００に結合するために好
適な照明アセンブリ１０の概略図である。それは、図２の光収集および集光シス
テムを含み、さまざまな光学素子が組合されて、照明アセンブリ１０が完成され
ている。特に、光源２０は、第１の放物面反射体であるコリメート反射体３０の
実質的に焦点に位置づけられている。光源２０によって放射された光は、収集さ
れ、コリメートされ、第２の放物面反射体である合焦反射体４０へ向けられる。
光の大部分が標的によって集められるように、標的６０は入力端６２が合焦反射
体の実質的に焦点４８にくるよう位置づけられている。円形逆反射体５０などの
逆反射体を、逆反射体によって集められた光が光源２０へ結像し返されるように
光源２０のコリメート反射体３０とは反対側に位置づけて使用することにより、
出力強度はさらに増加し、このため光源２０の明るさが増加する。
【００４１】 「照明角度」は、光源と２つの放物面反射体３０および４０との角度分布によ
って決定される。ランプ軸の方向における角度は一般に約１８０°であり、他の
方向における角度は一般に約９０°である。同時に、画像の長さは一般に、他の
方向よりもランプ軸の方向に沿ってより長い。
【００４２】 導波路６０の理想的な出力は、高さ対幅の比率がディスプレイのフォーマット
に依存して約４対３または約１６対９となるスクリーンのものと等しい側辺の比
率を有する矩形である。円形の投影レンズ１０８が効率よく使用できるよう、角
度分布は両方向において実質的に等しく広がるべきである。
【００４３】 標的６０の入力端では、強度プロファイルは実質的に光源２０の形状を有して
おり、一般に矩形に近い。図５に示すように、結果として生じる光出力の点は、
約１．６ｍｍおよび約２．７ｍｍ前後の長さの側辺を有する、ほぼ矩形である。
投影レンズ１０８は通常、約Ｆ／３のレンズであり、当該技術分野では公知であ
るように、それは開口数約０．１６５と同等である。長さと開口数との積の不変
性を用いて、テーパのついたホモジナイザの出力において両方向で実質的に同じ
開口数を達成するためには、ホモジナイザの出力寸法は約１１．６ｍｍおよび約
９．７ｍｍ前後であり、それは約１．２のアスペクト比を有しており、これは通
常のＴＶフォーマットにとって望ましいアスペクト比である約１．３３に非常に
近い。実質的に正確な出力アスペクト比を達成するためには、入力寸法は、実質
的に最大の出力が得られるよう、それに応じて変更可能である。
【００４４】 このため、好ましい実施例では、標的６０は、図６に図示されるように先太の
テーパ導波路である。テーパのついたホモジナイザは、入力標的面６２における
高さ対幅の比率（ｈ／ｗ）が出力標的面６４における高さ対幅の比率（ｈ′／ｗ
′）と実質的に等しくなるような寸法にされる。テーパのついたホモジナイザ６
０では、両方向における開口数と入力／出力面積とが変換される。このホモジナ
イザ６０は、使用されるパワーの量によって、クォーツ、ガラス、またはプラス
チックで形成可能である。用途によっては、クラッドされたホモジナイザでもよ
く、ロッドが屈折率のより低いクラッド材料でコーティングされている。別の実
施例では、ホモジナイザは中空の光パイプであり得、内側の面は非常に反射性が
高く、側壁の形状は必要な変換を提供するよう設計されている。
【００４５】 この発明のこの説明に照らし合せると、これはこの発明の精神および範囲から
逸脱せずに多くの方法で変えられてもよいということは、当業者には明らかであ
る。このような変更のいずれかおよびすべては、特許請求の範囲に含まれるよう
意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 公知の収集および集光光学システムを用いた投影装置の概略図で
ある。
【図２】 この発明に従った収集および集光光学システムの一実施例の概略
図である。
【図３】 この発明に従った収集および集光光学システムの一実施例の概略
図である。
【図４】 この発明に従った収集および集光光学システムの一実施例の概略
図である。
【図５】 典型的な光源からの出力線束の等角図である。
【図６】 この発明の収集および集光光学システムの好ましい一実施例に用
いられる、テーパのついたホモジナイザの概略図である。
【図７】 この発明の一実施例に従った図１の投影システムに用いられる収
集および集光光学システムの概略図である。
【図８Ａ】 この発明の実施例に採用されてもよい、多角形の光ガイド（導
波路）標的の断面の概略図である。
【図８Ｂ】 この発明の実施例に採用されてもよい、多角形の光ガイド（導
波路）標的の断面の概略図である。
【図８Ｃ】 この発明の実施例に採用されてもよい、多角形の光ガイド（導
波路）標的の断面の概略図である。
【図８Ｄ】 この発明の実施例に採用されてもよい、多角形の光ガイド（導
波路）標的の断面の概略図である。
【図８Ｅ】 この発明の実施例に採用されてもよい、多角形の光ガイド（導
波路）標的の断面の概略図である。
【図８Ｆ】 この発明の実施例に採用されてもよい、多角形の光ガイド（導
波路）標的の断面の概略図である。
【図９】 この発明に利用される、単一ファイバ、ファイバ束、または光ガ
イド（導波路）であってもよい円形の断面の標的の概略図である。
【図１０Ａ】 この発明の一実施例に従った先太のテーパ光ガイド標的の概
略側面図である。
【図１０Ｂ】 別の実施例に従った先細のテーパ光ガイド標的の概略側面図
である。
【図１１】 この発明に利用されてもよい中空パイプ光ガイドホモジナイザ
の概略断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像源と、 前記画像源を照らす光学装置とを含む、画像投影装置であって、前記光学装置
    は、 電磁放射の源と、 前記源によって放射される電磁放射の少なくとも一部で照らされるべき標的と
    、 回転放物面の少なくとも一部を含む第１の反射体とを含み、前記第１の反射体
    は光軸と前記光軸上の第１の焦点とを有し、前記源は、電磁エネルギの一部が前
    記光軸に平行なコリメートされた光線へと構成されるように前記第１の焦点に近
    接して位置し、前記光学装置はさらに、 回転放物面の少なくとも一部を含む第２の反射体を含み、前記第２の反射体は
    光軸と前記光軸上の第２の焦点とを有し、前記標的は前記第２の焦点に近接して
    位置し、前記第２の反射体は、電磁エネルギの前記コリメートされた光線の実質
    的な部分を受けて前記第２の反射体が前記コリメートされた光線を前記標的へ向
    け直すように、前記第１の反射体に対して位置付けられ、配向されており、 前記コリメートする反射体と前記焦点に集光する反射体とは実質的に同じ大き
    さおよび形状を有し、互いに対して実質的に光学的対称に配向されて、前記コリ
    メートする反射体の表面部分によって反射された放射の実質的に各々の光線が、
    前記焦点に集光する反射体の対応する表面部分によって前記標的へと反射される
    ようになっている、画像投影装置。
  2. 【請求項２】 電磁放射の前記源によって放射された電磁放射の一部は前記
    コリメートする反射体に直接当り、電磁放射の一部は前記コリメートする反射体
    に直接には当らず、前記装置は、前記コリメートする反射体に直接には当らない
    電磁放射の一部の少なくとも一部を、前記コリメートする反射体の焦点を通って
    前記コリメートする反射体へと反射し、コリメートされた光線の線束強度を増加
    させるように構成および配置された、少なくとも１つのさらなる反射体をさらに
    含む、請求項１に記載の光学装置。
  3. 【請求項３】 前記少なくとも１つのさらなる反射体は、前記源の前記コリ
    メートする反射体とは反対側に配置され、前記コリメートする反射体から遠ざか
    る方向に前記源から放射された電磁放射を前記コリメートする反射体の焦点を通
    って前記コリメートする反射体へと反射する球面状の逆反射体を含む、請求項２
    に記載の光学装置。
  4. 【請求項４】 前記少なくとも１つのさらなる反射体は複数のさらなる反射
    体を含み、前記複数のさらなる反射体は、 前記コリメートする反射体の光軸と実質的に一致する光軸と、前記コリメート
    する反射体の焦点と実質的に一致する焦点とを有する回転放物面の一部を含む第
    ２のコリメートする反射体を含み、前記コリメートする反射体から遠ざかる方向
    に前記源から放射された電磁放射が、前記第２のコリメートする反射体から前記
    第２のコリメートする反射体の光軸に実質的に平行な方向に反射された電磁放射
    のコリメートされた光線を作り出すようになっており、前記複数のさらなる反射
    体はさらに、 前記第２のコリメートする反射体の光軸に実質的に垂直なほぼ平型の反射体を
    含み、前記平型反射体は、前記第２のコリメートする反射体から反射された電磁
    放射のコリメートされた光線を反射して、前記平型反射体から前記第２のコリメ
    ートする反射体の光軸に実質的に平行な方向に反射された電磁放射のコリメート
    された光線を作り出すように構成および配置されており、前記平型反射体から反
    射されたコリメートされた光線はその後、前記第２のコリメートする反射体によ
    って反射され、前記コリメートする反射体の焦点を通って前記コリメートする反
    射体に至る、請求項２に記載の光学装置。
  5. 【請求項５】 前記標的は単一光ファイバである、請求項１に記載の収集お
    よび集光システム。
  6. 【請求項６】 前記標的は光ファイバの束である、請求項１に記載の収集お
    よび集光システム。
  7. 【請求項７】 前記標的はテーパのついたホモジナイザである、請求項１に
    記載の収集および集光システム。
  8. 【請求項８】 前記ホモジナイザは多角形の断面を有する、請求項８に記載
    の収集および集光システム。
  9. 【請求項９】 前記光源は、キセノン、水銀キセノン、メタルハライド、お
    よびハロゲンランプからなる群から選択される、請求項１に記載の収集および集
    光システム。
  10. 【請求項１０】 前記第１の放物面反射体は、可視光のみを反射する多重誘
    電体コーティングでコーティングされている、請求項１に記載の収集および集光
    システム。
  11. 【請求項１１】 前記第１の大きな側と前記第２の放物面反射体との間に配
    置された透過フィルターをさらに含む、請求項１に記載の収集および集光システ
    ム。
  12. 【請求項１２】 前記多角形は矩形である、請求項８に記載の収集および集
    光システム。
  13. 【請求項１３】 前記多角形は正方形である、請求項８に記載の収集および
    集光システム。
  14. 【請求項１４】 前記光源は１８０度のアーク角度を有する、請求項１に記
    載の収集および集光システム。
  15. 【請求項１５】 前記標的は、反射性の内面を有する中空パイプを有するホ
    モジナイザである、請求項１に記載の収集および集光システム。
  16. 【請求項１６】 前記中空パイプはテーパがついている、請求項１５に記載
    の収集および集光システム。
  17. 【請求項１７】 アークランプからホモジナイザへ光を集めるためのシステ
    ムであって、 光軸と、 前記光軸と実質的に同一線上に軸を有し、前記光軸に対し約１８０度未満のア
    ーク角度を張る円形の断面を有する第１の放物面と、 前記第１の放物面の実質的に焦点に配置されているアークランプと、 前記第１の放物面と実質的に同じ寸法を有し、その軸は前記光軸と実質的に同
    一線上にあり、前記第１の放物面に対して実質的に対称に配置された、第２の放
    物面と、 光を実質的に最大に集めるために前記第２の放物面の実質的に焦点に配置され
    たホモジナイザとを含む、システム。
  18. 【請求項１８】 前記第１の放物面の実質的にちょうど反対側に配置された
    、球面状の逆反射体をさらに含む、請求項１７に記載のシステム。
  19. 【請求項１９】 前記アークランプは、キセノンランプ、メタルハライドラ
    ンプ、およびキセノン水銀ランプからなる群から選択される、請求項１７に記載
    のシステム。
  20. 【請求項２０】 前記ホモジナイザは単一ファイバである、請求項１７に記
    載のシステム。
  21. 【請求項２１】 前記ホモジナイザはファイバ束である、請求項１７に記載
    のシステム。
  22. 【請求項２２】 前記ホモジナイザは矩形である、請求項１７に記載のシス
    テム。
  23. 【請求項２３】 前記ホモジナイザはテーパがついている、請求項１７に記
    載のシステム。
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