JP2006524363A

JP2006524363A - トンネル型積分器およびフィールドレンズを備えた投影照射系

Info

Publication number: JP2006524363A
Application number: JP2006509204A
Authority: JP
Inventors: ケー．エクハルト，スティーブン
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2006-10-26
Also published as: DE602004007499T2; EP1614298A1; EP1614298B1; WO2004095846A1; MXPA05010687A; US6857752B2; CN1771737A; TW200500787A; US7152981B2; ATE367055T1; DE602004007499D1; US20040201829A1; US20050140940A1; KR20050111640A

Abstract

プロジェクタの照射系は、その出力端にフィールドレンズを組み込んだトンネル型積分器を具備する。フィールドレンズを用いる１つの利点は、照射系における他のリレーレンズおよび／またはイメージャのフィールドレンズと組合せたとき、照射系の第２の絞りにトンネル型積分器の入力端の像を形成することである。これにより、口径食が低減するため、照射の均一性および光の処理能力が増大する結果となる。

Description

本発明は一般に、プロジェクタ用の照射系に関し、さらに詳細にはトンネル型積分器を組み込んだプロジェクタ用の照射系に関する。

スクリーンに像を投影するための投影系は、イメージャの効率的な照射を提供するための複数の異なる構成部材を用いる。投影系は一般に照射光を生成するランプを用い、ランプとイメージャとの間に複数の光学素子が介在し、光をイメージャに伝搬する。イメージャは、光のビームに像を付与する物品である。たとえば写真スライドのように吸収によって、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のように偏光によって、または個別に対処可能な傾斜可能ミラーのマイクロメカニカルアレイのように光を方向転換することによってなど、異なる機構を通じてこの機能を実現してもよい。写真スライドなどの一部のイメージャは、本質的に光のビームに色を載せるように構成される。傾斜可能ミラーのマイクロメカニカルアレイなどのそれ以外のイメージャは、光を原色に分割して、それらの原色を個別に１つまたは複数のイメージャに供給することによって色を載せることが必要である。投影系にあるイメージャの数が原色の数より少ない場合には、異なる色が一般に次々にイメージャに供給される。この過程は、フィールドシーケンシャルカラーと呼ばれる。イメージャの数が原色の数に等しい場合には、光は同時にイメージャに供給される。いずれの方法も広範囲に用いられる。

異なる方法を用いて、ランプから１つまたは複数のイメージャに入射する光の強度を均質化する。トンネル型積分器は、光強度を均質化する１つの手法である。トンネル型積分器は一般に、断面が管状またはロッド状であり、円形であることも多いが、これは必須条件ではない。トンネル型積分器の一端に向けられる光は、積分器の壁で複数回の反射を介して管またはロッドに沿って出力端を通過する。管またはロッド内の複数回の反射により、トンネル型積分器からの出力は入力端より一様となる結果を生じる。光は、内部全反射を用いてまたは前面反射を用いてロッド内で反射されうる。前面反射を用いた中空のトンネル型積分器は入射光を屈折しないため、内部反射するトンネル型積分器より短い距離で入射光を均質化することができると考えられる。

トンネル型積分器を備えた照射系はまた、一般にトンネル型積分器の出力端の像をイメージャに形成する１つ以上のリレーレンズを具備する。さらに、これらのレンズはまた、照射系のいくつかの位置にトンネルの入力端の像を形成する。トンネルの入力端は照射系の絞りであるため、その像は瞳の位置である。第２の開口絞りは、迷光を遮断するためにこの位置に配置されてもよい。あるいは、この位置にレンズまたはフィルタなどの光学素子がある場合には、この素子の開口が第２の絞りを形成する。瞳の位置が好ましくない場合には、照射系により大きな直径のレンズを用いることが必要である。より大きなレンズが用いられない場合には、口径食が生じ、投影される像の輝度の均一性を低減する。より大きな直径のレンズを用いることにより、コストおよび照射系の複雑さが増大する。

この問題に鑑みて、本発明は一般に、フィールドレンズを組み込んだトンネル型積分器に関する。特に、本発明は、プロジェクタ用の照射系においてトンネル型積分器の出力端に隣接する位置にフィールドレンズを用いることに関する。このレンズの目的の１つは、照射系における他のリレーレンズおよび／またはイメージャのフィールドレンズと組合せたとき、照射系の第２の絞りにトンネル型積分器の入力端の像を形成することである。絞りに結像される平面がトンネル型積分器の入力端の平面にない場合には、光は絞りによって口径食を生じる。

これにより、照射系を通過する光の量を最大にすることができ、一様な画像輝度を維持することができる。したがって、リレーレンズ／イメージャフィールドレンズの直径およびコストも、小さくなりうる。本発明は、写真スライドプロジェクタおよび引伸機のほか、電子イメージャに基づくプロジェクタに適用されうる。

本発明の特定の一実施形態は、照射光を生成する光源および照射光を均質化するために配置されるトンネル型積分器を具備する照射系に関する。トンネル型積分器は、入力端および出力端を有する。トンネル型積分器フィールドレンズは、トンネル型積分器の出力端の付近に配置される。少なくとも１つのイメージャが、照射光を受光するために配置される。リレーレンズ系は、トンネル型積分器フィールドレンズと少なくとも１つのイメージャとの間に配置され、トンネル型積分器から少なくとも１つのイメージャに照射光を中継する。リレーレンズ系は、少なくとも第１のリレーレンズを具備する。第１の開口絞りがトンネル型積分器フィールドレンズから第１のリレーレンズの向こう側に配置される。

本発明の別の実施形態は、照射光を生成する光源および照射光を均質化するために配置されるトンネル型積分器を具備する投影系に関する。トンネル型積分器は、入力端および出力端を有する。トンネル型積分器フィールドレンズは、トンネル型積分器の出力端の付近に配置される。トンネル型積分器フィールドレンズは、負レンズである。少なくとも１つのイメージャが、照射光を受光するために配置される。リレーレンズ系は、トンネル型積分器フィールドレンズと少なくとも１つのイメージャとの間に配置され、トンネル型積分器から少なくとも１つのイメージャに照射光を中継する。リレーレンズ系は、少なくとも第１のリレーレンズを具備する。

本発明の上記の概要は本発明のそれぞれの示された実施形態またはすべての実装例を説明することを目的としていない。以下の図面および詳細な説明は、これらの実施形態についてさらに詳細に具体化する。

本発明は、添付図面と共に、本発明の種々の実施形態に関する以下の詳細な説明を検討すれば、より完全に理解されると思われる。

本発明は種々の修正および代替の態様に適用可能であるが、その仕様が図に一例として示され、詳細に説明される。しかし、記載された特定の実施形態に本発明を限定するわけではないことを理解すべきである。逆に言えば、添付の特許請求の範囲によって定義されるように、本発明の精神および範囲に包含されるすべての修正物、等価物および代替物を網羅するものとする。

一般に、本発明は、投影系の像の照射を一様にするために有用なトンネル型積分器に関する。

トンネル型積分器１０２を組み込んだ従来技術の照射系１００が、図１に概略的に示されている。ランプ１０６からの光１０４は、楕円反射体１０８によってトンネル型積分器１０２の入力端１１０に集光される。トンネル型積分器１０２を出射する光１１２は、集光レンズ１１４（リレーレンズとも呼ばれる）によって平行光線化され、開口絞り１１６を通過する。次に、光は、イメージャフィールドレンズ１１８、透過型イメージャ１２０および投影レンズ１２２を通過して、スクリーン１２４に至る。

トンネル型積分器１０２の端からの光の透過は、図２の概略図にさらに明確に示されている。光線２１２は、トンネル型積分器１０２から出射し、レンズ１１４によって平行光線化され、照射系１００の開口絞り１１６に向かって進む。トンネル型積分器１０２の出射面２１６の中心にある点２１４から実質的にすべての光２１２ａがレンズ１１４によって集光され、絞り１１６を通過する。しかし、積分器の出射面２１６の縁にある点２１８からの光２１２ｂの場合には同じことが当てはまる必要はなく、光２１２ｂの一部は絞り１１６によって遮断される。この遮断または口径食により、投影される像の縁および隅を中心より暗くする。点２１８からの中心の光線２２０は、絞り１１６の前で光軸２２２と交差するが、中心の光線２２０はまた、絞り１１６の後またはいくつかの構成によっては絞り１１６で軸２２２と交差してもよい。

図３に概略的に示される本発明の特定の一実施形態において、積分器フィールドレンズと呼ばれるレンズ３０４は、トンネル型積分器３０２の出力端３１６に隣接する位置に配置される。フィールドレンズ３０４は、リレーレンズ３１４などの他のレンズと組合せて、トンネル型積分器３０２の入力端３１０を開口絞り３２１の略平面上に結像させる。リレーレンズ３１４はまた、集光レンズとも呼ばれる。したがって、出力端３１６の中心にある点３２２からの光３１２ａと同様に、トンネル型積分器の出力端３１６の縁にある点３１８からの光３１２ｂの大部分は絞り３１６を通過する。これにより、投影される像のより一様な照射を提供する。

フィールドレンズは、光学系における物体または像の付近に配置される。照射系に用いられるフィールドレンズの目的は、中心から離れた物体または像の領域における光のビームの方向を修正することである。この修正により、これらのビームの主（中心）光線が照射系の光軸と交差する場所、すなわち絞りを移動する。イメージングレンズにおいて、フィールドレンズはまた、レンズの像面湾曲、歪曲および／または横の色収差を修正するために機能しうる。

トンネル型積分器３０２はたとえばガラスまたは何か他の透過材料から形成される固体ロッドであってもよく、ロッド面からの内部全反射によって透過光が均質化される。別の手法において、トンネル型積分器３０２は、中空の反射トンネルから形成されてもよく、前面反射体がトンネル壁を画定する。照射源からの光は、入力端３１０でトンネルに入射し、出力端３１６から出射する。光は、前面反射壁からの複数回の反射によって均質化されるため、照射は名目上、トンネル型積分器３０２の出力端３１６で一様となる。

トンネル型積分器３０２の出力端３１６にフィールドレンズ３０４がない場合は、リレーレンズ３１４は、照射系において下流のどこかにトンネル型積分器の入力端３１０の像を形成する。フィールドレンズ３０４を導入することにより、光学設計者は、トンネル型積分器３０２の入力端３１０の像を絞り３１６に配置することができる。

本発明の１つの重要な特徴は、トンネル型積分器３０２の出力端３１６にあるフィールドレンズ３０４が負レンズであってもよいため、光をトンネル型積分器３０２から発散する。集光レンズ３１４から絞り３１６までの距離が集光レンズ３１４からフィールドレンズ３０４のない場合に形成されると推測されるトンネル型積分器３０２の入力端３１０の像までの距離より大きい場合には、負のフィールドレンズ３０４をこのように用いることが特に重要である。しかし、本発明のフィールドレンズ３０４は正レンズであってもよい状態がある。集光レンズ３１４から絞り３１６までの距離が集光レンズ３１４からフィールドレンズ３０４のない場合に形成されると推測されるトンネル型積分器３０２の入力端３１０の像までの距離より小さい場合には、正のフィールドレンズ３０４は特に有用である。

図４に概略的に示されるプロジェクタ照射系４００の特定の一実施形態において、イメージャ４２０は、写真スライドまたは透過型ＬＣＤディスプレイユニットなどの透過型である。照射系４００は、トンネル型積分器４０２に光４０４を向ける光源４０６を具備する。たとえば、楕円反射体などの反射体４０８を用いて、トンネル型積分器４０２の入力端４１０に達する光の量を増大してもよい。光源４０６としては、たとえば、ハロゲンランプ、高圧力水銀アーク灯、メタルハライドアーク灯または照射光を生成するための何か他のタイプの光源などが挙げられる。

トンネル型積分器４０２から出射する光４１２は、トンネル型積分器４０２の出力端４１６に隣接する位置に積分器フィールドレンズ４１３を通過し、集光レンズとも呼ばれるリレーレンズ４１４およびイメージャフィールドレンズ４１８を通過する。レンズ４１３、４１４および４１８のこの組合せにより、投影レンズ系４２２の入射瞳４２１にトンネル型積分器４０２の入力端４１０の像を生成する。投影レンズ系は、イメージャからスクリーン４２４に像を投影するための１つ以上のレンズを具備する。

この特定の実施形態において、投影レンズ４２２の絞り４２１はまた、照射系の絞りとして機能し、さらなる物理的な絞りは存在しない。さらに、トンネル型積分器４０２の出力端４１６は、スクリーン４２４上に一様に照射される像を生成するために、イメージャ４２０上に結像されてもよい。投影系４００の他の構成では、投影レンズ系４２２の絞りとは別に開口絞りを具備してもよいことを十分に理解されたい。

１つの手法において、イメージャ４２０は、カラー透過型ＬＣＤイメージャであってもよい。別の手法において、リレーレンズ４１４とイメージャフィールドレンズ４１８との間に色分離光学素子を配置し、イメージャ４２０と投影レンズ４２２との間に色再結合光学素子を配置してもよい。そのような場合には、平行な単色透過型ＬＣＤイメージャを用いて、光に像を載せてもよい。他の実施形態において、イメージャ４２０は、カラーホイールなどのカラーセレクタ４２６がランプ４０６とスクリーン４２４との間のある点に位置決めされるフィールドシーケンシャルカラーモードで用いられる１つの単色イメージャを具備してもよい。示された実施形態において、カラーセレクタ４２６は、トンネル型積分器４０２の入力端４１０の近くに配置される。フィールドシーケンシャルカラーモードにおいて、カラーセレクタ４２６は１つの色帯域を選択し、イメージャ４２０は同期してその選択された色帯域に対応する像を配置する。しかる後に短時間で、次の色帯域がカラーセレクタ４２６によって選択され、イメージャは同期して次の色帯域に対応する像を配置する。この過程をすべての色帯域に関して繰り返した後、各連続像フレームに関してこの過程を繰り返される。たとえどの時点においても１色のみが投影されるとしても、複数の色の像を見るために、見ている人の目は結果として生じる像を統合する。

本発明の原理によるプロジェクタ照射系５００の別の実施形態が、図５に概略的に示されている。照射系５００は、光５０４をトンネル型積分器５０２に向ける光源５０６を具備する。たとえば楕円反射体などの反射体５０８を用いて、トンネル型積分器５０２の入力端５１０に達する光の量を増大してもよい。トンネル型積分器５０２の出力端５１６からの光は、積分器フィールドレンズ５１３に透過されてリレーレンズ５１４に至り、そこからイメージャフィールドレンズ５１８を透過されて反射型イメージャ５２０に至る。反射型イメージャ５２０は、たとえば、マイクロエレクトロメカニカル系（ＭＥＭＳ）イメージャであってもよく、画素ミラーのアレイを用いて、イメージャフィールドレンズ５１８を介して投影レンズ系５２２に入射光ビームの選択された部分を向けてもよい。この特定の実施形態における開口絞り５２１は、投影レンズ系５２２に配置される。

反射型イメージャ５２０は、カラーホイールなどのカラーセレクタ５２６を光源５０６と投影スクリーン（図示せず）との間の経路に沿って配置することによって、フィールドシーケンシャルカラーモードで用いられてもよい。示された実施形態において、カラーセレクタ５２６は、トンネル型積分器５０２の入力端５１０の近くに配置される。

本発明の原理によるプロジェクタ照射系６００の別の実施形態が、図６に概略的に示されている。照射系６００は、光６０４をトンネル型積分器６０２に向ける光源６０６を具備する。たとえば楕円反射体などの反射体６０８を用いて、トンネル型積分器６０２の入力端６１０に達する光の量を増大してもよい。トンネル型積分器６０２の出力端６１６から通過する光は、積分器フィールドレンズ６１３に透過されてリレーレンズ６１４に至り、トンネルフィールドレンズ６１３と共に、開口絞り６２１でトンネル型積分器６０２の入力端６１０の像を形成する。

開口絞り６２１を通過する光は、レンズ６２６ａおよび６２６ｂによって集光され、偏光ビームスプリッタ６２４によってイメージャ６２０上に透過される。

イメージャ６２０は、入射ビームの種々の部分の偏光状態を変化させることによって、入射光を変調する。反射された変調光は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）６２４に入射する。ＰＢＳは、１つの方向に偏光された光を反射し、直交する方向に偏光された光を透過するため、ＰＢＳは、ビームの変調されていない部分を反射することによって、非画像光から画像光を分離する。ＰＢＳ６２４を透過した光のそのような部分を、１つ以上のレンズを具備する投影レンズアセンブリ６２２に通過させる。次に、像は、投影レンズ６２２によってスクリーン（図示せず）に投影される。

たとえば、カラーホイールなどのカラーセパレータ６２８は、光源６０６によって生成された異なる色の光を分離するために用いられ、たとえば、赤色、緑色または青色などの１つの色帯域の光が、どの時点においてもイメージャ６２０に入射するようにしてもよい。そのようなカラーセパレータは、イメージャ６２０の前の光学系のいずれの場所に配置してもよいが、一般にトンネル型積分器６０２の前に配置される。用いてもよいカラーセパレータ別のタイプは、偏光型カラーセパレータである。偏光型カラーセパレータは、系のいずれの場所に、たとえばＰＢＳ６２４の前に配置してもよい。イメージャ６２０とカラーセパレータ６２８の同期により、１つの像６２０に異なる色の像を投影することができ、見ている人は複数の色からなる１つの像として認識する。

複数の反射型イメージャに基づくプロジェクタ照射系７００の別の実施形態が、図７に概略的に示されている。照射系７００は、光７０４をトンネル型積分器７０２に向ける光源７０６を具備する。たとえば楕円反射体などの反射体７０８を用いて、トンネル型積分器７０２の入力端７１０に達する光の量を増大してもよい。トンネル型積分器７０２の出力端７１６から出力される光７１２は、積分器フィールドレンズ７１３を通過してリレーレンズ７１４に至る。

ダイクロイックミラーなどのカラーセパレータ７１６を用いて、トンネル型積分器７０２からの光を第１の色帯域および第２の色帯域に分離してもよい。示された実施形態において、ダイクロイックミラーは、リレーレンズ７１４の後に配置される。第１の色帯域の光はカラーセパレータ７１６に透過され、第２の色帯域の光はカラーセパレータによって反射される。以下の説明において、第１の色帯域は赤色と見なされ、第２の色帯域はシアン色と見なされる。第１の色帯域および第２の色帯域において、他の組合せの色であってもよいことを十分に理解されたい。

以下では、カラーセパレータ７１６を透過した光に関する光学分岐を第１の分岐と呼び、セパレータ７１６によって反射される光に関する光学分岐を第２の分岐と呼ぶ。第１の分岐および第２の分岐は、それぞれの開口絞り７１８ａおよび７１８ｂを含む。フィールドレンズ７１３およびリレーレンズ７１４を組合せて、絞り７１８ａおよび７１８ｂにトンネル型積分器７０２の入力端７１０の像を形成してもよい。

照射系７００の示された実施形態において、第１の分岐および第２の分岐にそれぞれ、物理的な絞り７１８ａおよび７１８ｂがある。物理的な絞り７１８ａおよび７１８ｂは、投影レンズ系７２２中の絞り７２１から分離され、最大透過の場合には投影レンズ系中の絞り７２１上で結像される。絞り７１８ａおよび７１８ｂは、迷光を遮断するために有用である。

ダイクロイックセパレータ７１６を透過した光７２０は、絞り７１８ａおよび１つ以上のレンズを通過して、第１のＰＢＳ７２４ａに至る。示された実施形態において、光７２０は、第１のＰＢＳ７２４ａに達する前に２つのリレーレンズ７２６および７２８を通過する。

１つの偏光状態の光７３０は、第１のＰＢＳ７２４ａによって第１のイメージャ７３２ａに反射される。第１のイメージャ７３２ａは、イメージャの一定の画素に入射する光の偏光を回転する偏光変調イメージャであってもよい。イメージャのそのような１つのタイプは、シリコン上の液晶（ＬＣＯＳ）イメージャである。第１のイメージャ７３２ａは、光を反射し、光の一部を偏光変調する。その偏光が変調されたビームの部分が第１のＰＢＳ７２４ａを透過して、ｘキューブカラーコンバイナ７３４に至る。第１のイメージャ７３２ａに反射されない第１のＰＢＳ７２４ａに入射する光７３０は一般に、ＰＢＳ７２４ａに透過させる。イメージャ７３２ａを照射するために、この透過光を回収して用いてもよい。

ｘキューブカラーコンバイナ７３４は、対角面にダイクロイックコーティングを有するように構成される。一方の対角面は１つの色帯域を反射し、他の２つの色帯域を透過するのに対し、他方の対角面は、他の色帯域の１つを反射し、残る色帯域を透過する。たとえば、第１の対角面７３６は赤色光を反射し、青色光および緑色光を透過してもよいのに対し、第２の対角面７３８は青色光を反射し、赤色光および緑色光を透過してもよい。第１のイメージャ７３２ａからの光は、ｘキューブカラーコンバイナの第１の対角面７３６によって反射され、投影レンズ系７２２に進む。

ダイクロイックセパレータ７１６によって反射される第２の色帯域の光７４０は、第２の絞り７１８ｂを通過し、たとえば、折り返しミラー７２４によって第２のカラーセパレータ７４４に向けられてもよい。第２のカラーセパレータ７４４は、ダイクロイックミラーであってもよい。第２の分岐に沿って伝搬する光７４０は、１つ以上のレンズを通過してもよい。示された実施形態は、リレーレンズ７４６を通過する光７４０を示している。

第２のカラーセパレータ７４４は、光７４０を異なる色帯域の２つのビーム７４８および７５０に分離する。たとえば、ビーム７４８は緑色光を含み、ビーム７５０は青色光を含んでもよい。ビーム７４８の光は、１つの偏光の光をイメージャ７３２ｂに向ける第２のＰＢＳ７２４ｂに向けられる。イメージャ７３２ｂは、ビーム７４８の選択した部分の偏光を回転し、次に反射され、第２のＰＢＳ７２４ｂを透過して、ｘキューブカラーコンバイナ７３４に至る。

同様に、第２のカラーセパレータ７４４を透過した光７５０は、第３のＰＢＳ７２４ｃまで通過する。第３のＰＢＳ７２４ｃは、１つの偏光の光を第３のイメージャ７３２ｃに反射する。第３のイメージャ７３２ｃは、光７５０のある選択した部分の偏光を回転する。これらの光７５０は反射され、第３のＰＢＳ７２４ｃを透過してｘキューブカラーコンバイナ７３４に至る。ｘキューブカラーコンバイナ７３４は、３つのイメージャ７３２ａ、７３２ｂおよび７３２ｃから受光された画像光を１つの画像ビーム７５２に結合した後、投影レンズ系７２２によって投影スクリーンなどの像表示面に透過される。

一般に、レンズがその関連する開口絞りに配置されるとき、主光線の高さが増大することから、より大きな直径のレンズが必要となる。何か他の投影系における開口絞りは、トンネル型積分器の後に続く第１のリレーレンズに配置される。したがって、そのような系において第１のリレーレンズの後に続く任意のレンズは、大きくなり、これらのレンズのコストが増大し、投影系によって占められる空間も増大する。

しかし、本発明による投影系において、開口絞りはトンネル型積分器レンズの後に続く第１のリレーレンズに配置されるのではなく、第１のリレーレンズの下流に配置される。たとえば、開口絞りは、第１のリレーレンズと１つまたは複数のイメージャとの間に配置されてもよい。照射系の中心により近い位置に開口絞りを配置することにより、最大のレンズ直径を小さくすることができることから、コストおよび空間を節約する。たとえば、絞りが第１のリレーレンズと後続のレンズとの間の略中間に配置される場合には、第１のリレーレンズおよび後続のレンズの直径は、最小値まで小さくなることから、系のコストが軽減される。図において、図７を再び参照すると、第２の分岐の絞り７１８ｂは、第１のリレーレンズ７１４と第２のリレーレンズ７４６との間の略中間に配置されてもよい。別の実施例において、第１の分岐の絞り７１８ａは、第１のリレーレンズ７１４と第３のリレーレンズ７２８との間の略中間に配置されてもよい。中間のリレーレンズ７２６が開口絞り７１８ａに近いため、その直径は絞り７１８ａによって設定され、プロジェクタによって投影される光の量を最適化するように直径が選択される。光の処理能力を失うことなく、直径を小さくすることはできない。トンネル型積分器の直後に積分器フィールドレンズを配置することにより、開口絞りを第１のリレーレンズの向こう側に配置することができるため、レンズの直径の節約が実現可能となる。

複数の透過型イメージャに基づくプロジェクタ照射系８００の別の実施形態が、図８に概略的に示されている。照射系８００は、光８０４をトンネル型積分器８０２に向ける光源８０６を具備する。たとえば楕円反射体などの反射体８０８を用いて、トンネル型積分器８０２の入力端８１０に達する光の量を増大してもよい。トンネル型積分器８０２の出力端８１６から出力される光８１２は、積分器フィールドレンズ８１３を通過してリレーレンズ８１４に至る。リレーレンズ系は、トンネル型積分器８０２の出力面８１６の像をイメージャに向けるレンズを具備する。リレーレンズ系８１４は、任意の適切な数のレンズを具備しうる。示された特定の実施形態において、リレーレンズ系は、第１のリレーレンズペア８１５を含む。

ダイクロイックミラーなどの第１のカラーセパレータ８１６を用いて、トンネル型積分器８０２からの光を第１の色帯域および第２の色帯域に分離してもよい。示された実施形態において、ダイクロイックミラーは、第１のリレーレンズペア８１５の後に配置される。第１の色帯域の光８２０はカラーセパレータ８１６に透過され、第２の色帯域の光８４０はカラーセパレータによって反射される。以下の説明において、第１の色帯域は赤色と見なされ、第２の色帯域はシアン色と見なされる。第１の色帯域および第２の色帯域において、他の組合せの色であってもよいことを十分に理解されたい。

以下では、カラーセパレータ８１６を透過した光に関する光学分岐を第１の分岐と呼び、セパレータ８１６によって反射される光に関する光学分岐を第２の分岐と呼ぶ。第１の分岐および第２の分岐は、それぞれの開口絞り８１８ａおよび８１８ｂを含む。フィールドレンズ８１３およびリレーレンズ系８１４の一部、たとえば第１のリレーレンズペアを組合せて、絞り８１８ａおよび８１８ｂにトンネル型積分器８０２の入力端８１０の像を形成してもよい。これは、系の光処理能力を増大し、像の輝度の均一性を増大する。

光８２０は、絞り８１８ａおよび１つ以上のレンズを通過して、誘導反射体８２４ａに至る。示された実施形態において、光８２０は、２つのリレーレンズ８２６および８２８を通過し、第１の透過型イメージャ８３２ａに達する前に誘導反射体（ｓｔｅｅｒｉｎｇｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）８２４から反射する。透過型イメージャ８３２ａから透過される画像光８３４ａは、たとえばｘキューブカラーコンバイナなどの色結合ユニット８３６に入射し、投影レンズ系８２２の方に向けられる。

ダイクロイックセパレータ８１６によって反射される第２の色帯域の光８４０は、第２の絞り８１８ｂを通過する。第２のカラーセパレータ８４２を用いて、第２の色帯域を第１の色副帯域および第２の色副帯域に分割してもよい。たとえば光８４０がシアン色である場合には、第２のカラーセパレータ８４２を用いて光８４０を緑色帯域および青色帯域に分割してもよい。第２のカラーセパレータ８４２は、第１の色副帯域の光、たとえば緑色光を第２の透過型イメージャ８３２ｂに向ける。第２のカラーセパレータ８４２は、ダイクロイックミラーであってもよい。第２のカラーセパレータ８４２を透過した光、たとえば青色光は、誘導ミラー（ｓｔｅｅｒｉｎｇｍｉｒｒｏｒ）８４６によって第３の透過型イメージャ８３２ｃに向けられてもよい。

第２の透過型イメージャ８３２ｂまたは第３の透過型イメージャ８３２ｃに伝搬する光８４０は、リレーレンズ系８１４の部分を形成する１つ以上のリレーレンズを通過してもよい。示された実施形態において、第１の色副帯域の光は、リレーレンズ８４６および８４８を通過する。第２の色副帯域の光は、リレーレンズ８４６、８５０、８５２および８５４を通過する。レンズ８１５、８２６、８２８、８４６、８４８、８５０、８５２および８５４を含むリレーレンズ系８１４を用いて、異なるイメージャ８３２ａ、８３２ｂおよび８３２ｃを介して投影レンズ系の絞り８２１にトンネル型積分器８０２の入力端８１０を結像してもよい。

第２の透過型イメージャ８３２ｂまたは第３の透過型イメージャ８３２ｃをそれぞれ透過した画像光ビーム８３４ｂおよび８３４ｃは、色結合ユニット８３６で、第１の透過型イメージャ８３２ａからの画像光ビーム８３４ａと結合される。次に、３色の像を、スクリーン（図示せず）上に投影するための投影レンズ系８２２に通過させてもよい。

上記の説明は、以下に提供される特許請求の範囲によって網羅される本発明の実施形態の一部を列挙しただけに過ぎず、本発明の範囲内で、示された実施形態に対して種々の修正を行ってもよいことを十分に理解されたい。たとえば、投影照射系は、１つおよび３つの結像ユニットに基づく系に関して示されている。異なる数のイメージャユニット、たとえば２つのイメージャユニットを用いる投影系もまた本発明に包含されうることを十分に理解されたい。別の実施例において、トンネル型積分器フィールドレンズと１つまたは複数のイメージャとの間に配置されるレンズの数は、示されているものと異なっていてもよい。たとえば、２つ以上のリレーレンズにイメージャフィールドレンズを加えてもよい。

上述したように、本発明は、投影系に適用可能であり、投影される像の輝度の均一性を増大すると同時に、系を形成する光学部品のコストを維持または低減するために特に有用であると思われる。本発明は、上述の特定の実施例に限定されるものと考えるべきではなく、添付の特許請求の範囲に完全に記載されているように、本発明のすべての態様を網羅するものと考えるべきである。種々の修正、等価な処理のほか、本発明を適用可能と思われる種々の構造は、本願明細書を検討すれば、本発明に関連する当業者には容易に明白となるであろう。特許請求の範囲は、そのような修正および装置を網羅するものとする。

トンネル型積分器を有する従来技術の投影系の実施形態を概略的に示す。図１の投影系の特徴を詳細に概略的に示す。本発明の原理によるトンネル型積分器の出力端に位置決めされるフィールドレンズを有する投影照射系の実施形態の特徴を概略的に示す。本発明の原理による投影照射系の実施形態を概略的に示す。本発明の原理による投影照射系の別の実施形態を概略的に示す。本発明の原理による投影照射系の別の実施形態を概略的に示す。本発明の原理による投影照射系の別の実施形態を概略的に示す。本発明の原理による投影照射系の別の実施形態を概略的に示す。

Claims

照射光を生成する光源と、
前記照射光を均質化するために配置されるトンネル型積分器であって、入力端および出力端を有するトンネル型積分器と、
前記トンネル型積分器の前記出力端の付近に配置されるトンネル型積分器フィールドレンズと、
前記照射光を受光するために配置される少なくとも１つのイメージャと、
前記トンネル型積分器フィールドレンズと前記少なくとも１つのイメージャとの間に配置され、前記トンネル型積分器からの前記照射光を前記少なくとも１つのイメージャに中継するためのリレーレンズ系であって、少なくとも第１のリレーレンズを具備するリレーレンズ系と、
前記第１のリレーレンズと前記少なくとも１つのイメージャとの間に配置される第１の開口絞りと、
を具備する照射系。
前記トンネル型フィールド積分器の前記入力端が、前記第１の開口絞りで実質的に結像される、請求項１に記載の系。
前記少なくとも１つのイメージャから受光される画像光を投影するために、投影レンズ系をさらに具備する、請求項１に記載の系。
前記トンネル型積分器の前記入力端が、前記投影レンズ系の絞りで実質的に結像される、請求項３に記載の系。
前記トンネル型積分器フィールドレンズが負レンズである、請求項１に記載の系。
前記トンネル型積分器フィールドレンズが正レンズである、請求項１に記載の系。
前記リレーレンズ系が２つ以上のリレーレンズを具備し、前記第１のリレーレンズが、前記リレーレンズ系の他のリレーレンズより前記トンネル型積分器フィールドレンズの近くに位置決めされる、請求項１に記載の系。
前記第１のリレーレンズが、前記トンネル型積分器フィールドレンズと前記少なくとも１つのイメージャとの間に配置される任意の他のレンズより前記トンネル型積分器フィールドレンズの近くに位置決めされる、請求項１に記載の系。
前記第１のリレーレンズと前記少なくとも１つのイメージャとの間に配置される少なくとも第２のリレーレンズをさらに具備する、請求項１に記載の系。
前記第１の開口絞りが、前記第１のリレーレンズと前記第２のリレーレンズとの間に位置決めされる、請求項９に記載の系。
前記第１の開口絞りが、前記第１のリレーレンズと前記第２のリレーレンズとの間の略中間に位置決めされる、請求項１０に記載の系。
前記光源が、前記照射光を生成するランプ、および前記トンネル型積分器の前記入力端に向かって前記照射光を反射する反射体を具備する、請求項１に記載の系。
前記少なくとも１つのイメージャが、少なくとも２つのイメージャ、前記照射光を少なくとも２つの色帯域に分離するための色分離光学素子、および前記少なくとも２つのイメージャから受光される前記少なくとも２つの色帯域の画像光を結合するための色結合光学素子を具備する、請求項１に記載の系。
前記色分離光学素子が少なくとも１つのダイクロイックミラーを具備する、請求項１３に記載の系。
前記色結合光学素子がカラープリズムを具備する、請求項１３に記載の系。
前記少なくとも１つのイメージャが少なくとも１つの透過型イメージャである、請求項１に記載の系。
前記少なくとも１つの透過型イメージャが、少なくとも３つの透過型イメージャ、前記トンネル型積分器からの光を少なくとも３つのそれぞれの色帯域に分離するために配置される色分離光学素子、および前記少なくとも３つの透過型イメージャから受光される前記少なくとも３つのそれぞれの色帯域の画像光を結合するための色結合光学素子を具備する、請求項１６に記載の系。
前記少なくとも１つのイメージャが、少なくとも２つの方向のうちの一方向に沿って入射光の一部を向ける画素ミラーのアレイを具備する少なくとも１つのマイクロエレクトロメカニカル系（ＭＥＭＳ）イメージャである、請求項１に記載の系。
前記少なくとも１つのイメージャが、少なくとも１つの反射型イメージャである、請求項１に記載の系。
前記少なくとも１つの反射型イメージャによって反射される画像光から前記リレーレンズ系から前記少なくとも１つの反射型イメージャに入射する光を分離するために配置される、少なくとも１つの偏光ビームスプリッタをさらに具備する、請求項１９に記載の系。
前記少なくとも１つの反射型イメージャが、少なくとも３つの反射型イメージャを具備し、前記トンネル型積分器からの光を少なくとも３つのそれぞれの色帯域に分離するための色分離光学素子、および前記少なくとも３つの反射型イメージャからの画像光を１つの画像ビームに結合するための色結合光学素子をさらに具備する、請求項１９に記載の系。
照射光を生成する光源と、
前記照射光を均質化するために配置されるトンネル型積分器であって、入力端および出力端を有するトンネル型積分器と、
前記トンネル型積分器の前記出力端の付近に配置されるトンネル型積分器フィールドレンズであって、負レンズであるトンネル型積分器フィールドレンズと、
前記照射光を受光するために配置される少なくとも１つのイメージャと、
前記トンネル型積分器フィールドレンズと前記少なくとも１つのイメージャとの間に配置され、前記トンネル型積分器からの前記照射光を前記少なくとも１つのイメージャに中継するためのリレーレンズ系であって、少なくとも第１のリレーレンズを具備するリレーレンズ系と、
を具備する照射系。
前記第１のリレーレンズと前記少なくとも１つのイメージャとの間に配置される開口絞りをさらに具備し、前記トンネル型積分器の前記入力端が前記開口絞りで実質的に結像される、請求項２２に記載の系。
前記少なくとも１つのイメージャユニットから受光される画像光を投影するために、投影レンズユニットをさらに具備する、請求項２２に記載の系。
前記トンネル型積分器の前記入力端が、前記投影レンズ系の絞りで実質的に結像される、請求項２４に記載の系。
前記リレーレンズユニットが２つ以上のリレーレンズを具備し、前記第１のリレーレンズが、前記リレーレンズユニットの他のリレーレンズより前記トンネル型積分器フィールドレンズの近くに位置決めされる、請求項２２に記載の系。
前記第１のリレーレンズが、前記トンネル型積分器フィールドレンズと前記少なくとも１つのイメージャとの間に配置される任意の他のレンズより前記トンネル型積分器フィールドレンズの近くに位置決めされる、請求項２２に記載の系。
第１のリレーレンズと前記少なくとも１つのイメージャとの間に配置される第２のリレーレンズをさらに具備する、請求項２２に記載の系。
前記開口絞りが、前記第１のリレーレンズと前記第２のリレーレンズとの間に位置決めされる、請求項２８に記載の系。
前記開口絞りが、前記第１のリレーレンズと前記第２のリレーレンズとの間の略中間に位置決めされる、請求項２８に記載の系。
前記光源が、前記照射光を生成するランプ、および前記トンネル型積分器の前記入力端に向かって前記照射光を反射する反射体を具備する、請求項２２に記載の系。
少なくとも２つのイメージャ、前記照射光を少なくとも２つの色帯域に分離するための色分離光学素子、および前記少なくとも２つのイメージャからの前記少なくとも２つの色帯域の画像光を結合するための色結合光学素子をさらに具備する、請求項２２に記載の系。
前記色分離光学素子が少なくとも１つのダイクロイックミラーを具備する、請求項３２に記載の系。
前記色結合光学素子がカラープリズムを具備する、請求項３２に記載の系。
前記少なくとも１つのイメージャが少なくとも１つの透過型イメージャである、請求項２２に記載の系。
前記少なくとも１つの透過型イメージャが、少なくとも３つの透過型イメージャ、前記トンネル型積分器からの光を少なくとも３つのそれぞれの色帯域に分離するために配置される色分離光学素子、および前記少なくとも３つの透過型イメージャから受光される前記少なくとも３つのそれぞれの色帯域の画像光を結合するための色結合光学素子を具備する、請求項３５に記載の系。
前記少なくとも１つのイメージャが、少なくとも２つの方向のうちの一方向に沿って入射光の一部を向ける画素ミラーのアレイを具備する少なくとも１つのマイクロエレクトロメカニカル系（ＭＥＭＳ）イメージャを具備する、請求項２２に記載の系。
前記少なくとも１つのイメージャが、少なくとも１つの反射型イメージャを具備する、請求項２２に記載の系。
前記少なくとも１つの反射型イメージャによって反射される画像光から前記リレーレンズ系から前記少なくとも１つの反射型イメージャに入射する光を分離するために配置される少なくとも１つの偏光ビームスプリッタをさらに具備する、請求項３８に記載の系。
前記少なくとも１つの反射型イメージャが、少なくとも３つの反射型イメージャを具備し、前記トンネル型積分器からの光を少なくとも３つのそれぞれの色帯域に分離するための色分離光学素子、および前記少なくとも３つの反射型イメージャからの画像光を１つの画像ビームに結合するための色結合光学素子をさらに具備する、請求項３８に記載の系。
照射光を生成する光源と、
前記照射光を均質化するために配置されるトンネル型積分器であって、入力端および出力端を有するトンネル型積分器と、
前記トンネル型積分器の前記出力端の付近に配置されるトンネル型積分器フィールドレンズと、
前記照射光を受光するために配置される少なくとも１つのイメージャと、
前記トンネル型積分器フィールドレンズと前記少なくとも１つのイメージャとの間に配置され、前記トンネル型積分器からの前記照射光を前記少なくとも１つのイメージャに中継するためのリレーレンズ系であって、少なくとも第１のリレーレンズを具備するリレーレンズ系と、
前記トンネル型積分器フィールドレンズと前記少なくとも１つのイメージャとの間に配置される第１の開口絞りと、
を具備し、前記トンネル型積分器の前記入力端が前記第１の開口絞りで実質的に結像される、照射系。
前記少なくとも１つのイメージャから受光される画像光を投影するために、投影レンズ系をさらに具備する、請求項４１に記載の系。
前記トンネル型積分器の前記入力端が、前記投影レンズ系の絞りで実質的に結像される、請求項４２に記載の系。
前記トンネル型積分器フィールドレンズが負レンズである、請求項４１に記載の系。
前記トンネル型積分器フィールドレンズが正レンズである、請求項４１に記載の系。
前記第１のリレーレンズと前記少なくとも１つのイメージャとの間に配置される少なくとも第２のリレーレンズをさらに具備する、請求項４１に記載の系。
前記第１の開口絞りが、前記第１のリレーレンズと前記第２のリレーレンズとの間に位置決めされる、請求項４６に記載の系。
前記第１の開口絞りが、前記第１のリレーレンズと前記第２のリレーレンズとの間の略中間に位置決めされる、請求項４７に記載の系。
前記光源が、前記照射光を生成するランプ、および前記トンネル型積分器の前記入力端に向かって前記照射光を反射する反射体を具備する、請求項４１に記載の系。
前記少なくとも１つのイメージャが、少なくとも２つのイメージャ、前記照射光を少なくとも２つの色帯域に分離するための色分離光学素子、および前記少なくとも２つのイメージャから受光される前記少なくとも２つの色帯域の画像光を結合するための色結合光学素子を具備する、請求項４１に記載の系。
前記色分離光学素子が少なくとも１つのダイクロイックミラーを具備する、請求項５０に記載の系。
前記色結合光学素子がカラープリズムを具備する、請求項５０に記載の系。
前記少なくとも１つのイメージャが少なくとも１つの透過型イメージャである、請求項４１に記載の系。
前記少なくとも１つの透過型イメージャが、少なくとも３つの透過型イメージャ、前記トンネル型積分器からの光を少なくとも３つのそれぞれの色帯域に分離するために配置される色分離光学素子、および前記少なくとも３つの透過型イメージャから受光される前記少なくとも３つのそれぞれの色帯域の画像光を結合するための色結合光学素子を具備する、請求項５３に記載の系。
前記少なくとも１つのイメージャが、少なくとも２つの方向のうちの一方向に沿って入射光の一部を向ける画素ミラーのアレイを具備する少なくとも１つのマイクロエレクトロメカニカル系（ＭＥＭＳ）イメージャである、請求項４１に記載の系。
前記少なくとも１つのイメージャが、少なくとも１つの反射型イメージャである、請求項４１に記載の系。
前記少なくとも１つの反射型イメージャによって反射される画像光から、前記リレーレンズ系から前記少なくとも１つの反射型イメージャに入射する光を分離するために配置される少なくとも１つの偏光ビームスプリッタをさらに具備する、請求項５６に記載の系。
前記少なくとも１つの反射型イメージャが、少なくとも３つの反射型イメージャを具備し、前記トンネル型積分器からの光を少なくとも３つのそれぞれの色帯域に分離するための色分離光学素子、および前記少なくとも３つの反射型イメージャからの画像光を１つの画像ビームに結合するための色結合光学素子をさらに具備する、請求項５６に記載の系。