JP2007505476A - Small efficient concentrator for scroll color illumination - Google Patents

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ピーター ジェイ エム ジャンセン
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コニンクリユケ フィリップス エレクトロニクス エヌ.ブイ.
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Abstract

スクロールカラー照明システムのための光源は、光を生成するランプ(212)と、ランプ(212)からの光の一部を各々受け取る第1及び第2の独立なリフレクタ(220、230)と、前記第1及び第2の独立なリフレクタ(220、230)によって受け取られる前記光の一部によって作られる当該光源の2つの独立な像を受け取るライトガイド(260)とを含む。前記のような配置によって、ライトガイド(260)は、ランプ(212)によって生成される前記光ビームのアスペクト比の2倍であるアスペクト比を有する光ビームを自身の出力部において供給すると共に、該光ビームの元のエテンデュを保持している。有益的には、偏光素子(266)は、ライトガイド(260)からの偏光されていない光ビームを、前記エテンデュの増加を伴わずに偏光し、この過程において前記アスペクト比は更に2倍される。  The light source for the scroll color lighting system includes a lamp (212) that generates light, first and second independent reflectors (220, 230) that each receive a portion of the light from the lamp (212), and A light guide (260) for receiving two independent images of the light source produced by the portion of the light received by the first and second independent reflectors (220, 230). With such an arrangement, the light guide (260) provides at its output a light beam having an aspect ratio that is twice the aspect ratio of the light beam produced by the lamp (212), and Holds the original etendue of the light beam. Beneficially, the polarizing element (266) polarizes the unpolarized light beam from the light guide (260) without increasing the etendue, and in this process the aspect ratio is further doubled. .

Description

本発明は、光源の分野に関し、より詳細には、単一のパネル型スクロールカラー投射システムと共に使用されることができるスクロールカラー照明システムのための集光素子に関する。   The present invention relates to the field of light sources, and more particularly to a light concentrator for a scroll color illumination system that can be used with a single panel scroll color projection system.

スクロールカラープロジェクタ(例えば、液晶表示パネル)は、単一の光変調器又はライトバルブからフルカラーの像を生成する。スクロールカラープロジェクタに関する概ねの概念は、Janssenらによる米国特許第5,532,763号公報(以下、「763特許」と称する)において議論されており、この特許公報の全体的な開示は、参照によって本明細書内に組み込まれている。   A scroll color projector (eg, a liquid crystal display panel) generates a full color image from a single light modulator or light valve. The general concept of scroll color projectors is discussed in US Pat. No. 5,532,763 by Janssen et al. (Hereinafter referred to as the “763 patent”), the entire disclosure of which is incorporated by reference. It is incorporated herein.

前記763特許において記載されているように、スクロールカラープロジェクタは、液晶表示器LCD上を上から下まで連続的にスクロールする複数のストライプ状の有色光(赤、緑、青)によって、液晶表示(LCD)パネルを照明する。強い白色光源(例えば、アークランプ)からの光が収集され、原色(赤、緑及び青)に分離される。色分離された光は、各ソースが「垂直」方向に狭く、かつ、「水平」方向に広く見えるように、3つの光源に形成される。走査光学機器は、3つのライトバンド(前記色の各々の1つ)がLCDパネル上に位置決めされるように使用される。走査光学機器によって、バンド状の照明はLCDパネル上を移動させられる。バンドが、前記パネルのアクティブ領域の「頂部」を通過する場合、この色のライトバンドは、当該パネルの「底部」に再び出現する。従って、前記パネル上の3色は、連続的に掃引される。   As described in the aforementioned 763 patent, the scroll color projector uses a plurality of striped colored lights (red, green, blue) continuously scrolling from the top to the bottom on the liquid crystal display LCD. LCD) panel is illuminated. Light from an intense white light source (eg arc lamp) is collected and separated into primary colors (red, green and blue). Color separated light is formed into three light sources so that each source appears narrow in the “vertical” direction and wide in the “horizontal” direction. The scanning optics is used so that three light bands (one of each of the colors) are positioned on the LCD panel. By the scanning optical device, the band-like illumination is moved on the LCD panel. If the band passes the “top” of the active area of the panel, the light band of this color will reappear at the “bottom” of the panel. Thus, the three colors on the panel are swept continuously.

図1は、スクロールカラーシステムにおける電気光学光変調器パネルの照明の模式図である。前記のようなパネルは、典型的には、1ラインずつ(a line-at-a time)の態様でアドレス指定されている個々にアドレス指定可能な反射ピクセル電極(図示略)によって規定されているピクセルの行(又はライン)及び列のマトリックスによって構成されている。赤、青及び緑の長方形の有色光バー(32,36,40)は、矢印の方向にマトリックスアレイ(四角形42によって表されている)を連続的にスクロールダウンする。時点tにおいて前記パネルを照明している赤色バー32、青色バー36及び緑色バー40が、示されている。有色バー32,36及び40間の空間は、ガードバー30、34及び38を表している。   FIG. 1 is a schematic diagram of illumination of an electro-optic light modulator panel in a scroll color system. Such panels are typically defined by individually addressable reflective pixel electrodes (not shown) that are addressed in a line-at-a-time manner. It is composed of a matrix of pixel rows (or lines) and columns. Red, blue and green rectangular colored light bars (32, 36, 40) continuously scroll down the matrix array (represented by squares 42) in the direction of the arrows. A red bar 32, blue bar 36 and green bar 40 are shown illuminating the panel at time t. The space between the colored bars 32, 36 and 40 represents the guard bars 30, 34 and 38.

前記763特許において記載されているシステムは、ソース光ビームを生成するライトボックスを含んでいる。前記ライトボックスは、適切な強度のランプを含んでいる。上述され、図1に見られるように、前記光ビームは、「垂直」方向に狭く、「水平」方向に広い必要がある。典型的なシステムは、10:1のアスペクト比を有する長方形の光ビームを必要とし得る。一方、典型的なUHPアークランプのアスペクト比は、2.5:1である。従って、前記ライトボックスは、光ビームを変形する役目をする一連の光学レンズも含んでおり、この結果、光ビームは、所望のアスペクト比を有する概ね均一な長方形ビームである必要とされる形状をとる。当該システムは、前記ライトボックスからの光ビームを、又は色分離された後の3つの異なる有色の光ビームを更に長方形化するように、1つ以上の垂直に配された長方形のアパーチャも含むことができる。   The system described in the 763 patent includes a light box that generates a source light beam. The light box includes a lamp of appropriate intensity. As described above and seen in FIG. 1, the light beam needs to be narrow in the “vertical” direction and wide in the “horizontal” direction. A typical system may require a rectangular light beam having a 10: 1 aspect ratio. On the other hand, the aspect ratio of a typical UHP arc lamp is 2.5: 1. Accordingly, the light box also includes a series of optical lenses that serve to deform the light beam, so that the light beam has the required shape of a generally uniform rectangular beam having the desired aspect ratio. Take. The system also includes one or more vertically arranged rectangular apertures to further rectangularize the light beam from the light box or three different colored light beams after color separation. Can do.

残念ながら、これらの光源に関する問題が存在する。ランプによって生成された前記光を最も集光するように、一般的に、(1)小さい開口数(NA)のレンズを多数採用する取り組み方と(2)高いNAのレンズを少数採用する取り組み方とのうちの一方が、採用されている。どちらの取り組み方も、不利な点を被っている。取り組み方(1)の場合、前記不利な点は、多数のレンズの複雑性に関する。取り組み方(2)の場合、高いNAのレンズが、高耐熱性を必要とすることである。どちらの取り組み方も、高コストを被っている。   Unfortunately, there are problems with these light sources. In order to collect the light generated by the lamp most, generally, (1) an approach that employs a large number of lenses with a small numerical aperture (NA) and (2) an approach that employs a small number of lenses with a high NA One of these is adopted. Both approaches suffer disadvantages. In the case of approach (1), the disadvantage relates to the complexity of a large number of lenses. In the approach (2), a high NA lens requires high heat resistance. Both approaches are costly.

従って、スクロールカラープロジェクタ用のスクロールカラー照明システムのための改良された光源を提供するのが望ましい。ランプからの光を所望の形状因子を有する光ビームに変換する、より小型の光学配置を提供することも望ましい。スクロールカラー照明システムのための効率的な集光素子を提供することが更に望ましい。本発明は、上述の問題の1つ以上に対処するように向けられている。   Accordingly, it would be desirable to provide an improved light source for a scroll color lighting system for a scroll color projector. It would also be desirable to provide a smaller optical arrangement that converts the light from the lamp into a light beam having a desired form factor. It is further desirable to provide an efficient light collection element for a scroll color lighting system. The present invention is directed to addressing one or more of the problems set forth above.

本発明の1つの見地において、光源は、発光するランプと;前記ランプからの反射された光を受け取り、受け取られた前記光をそれぞれ第1及び第2方向に指向するように位置決めされている1対の部分楕円形リフレクタと;前記部分楕円形リフレクタの1つからの光を受け取り、反射するように各々位置決めされている第1及び第2のミラーと;自身の第1端部に配されている2つのプリズムを有するライトガイドであって、各プリズムは前記第1及び第2ミラーの対応するものからの反射された前記光を該ライドガイド内に入力するライトガイドにおいて、自身の第2端部において光ビームを供給するライトガイドと;を有する。   In one aspect of the invention, the light source is positioned to receive a lamp that emits light; and to receive reflected light from the lamp and direct the received light in first and second directions, respectively. A pair of partial elliptical reflectors; first and second mirrors each positioned to receive and reflect light from one of said partial elliptical reflectors; disposed at its first end A light guide having two prisms, each prism having its second end in a light guide for inputting the reflected light from corresponding ones of the first and second mirrors into the ride guide. And a light guide for supplying a light beam at the section.

本発明の他の見地において、光源は、第1及び第2焦点を各々有する第1及び第2の部分楕円形リフレクタであって、前記第1及び第2の部分楕円形リフレクタの第1焦点が概ね一致するように配されている前記部分楕円形リフレクタと;前記第1及び第2の部分楕円形リフレクタの前記第1焦点に概ね位置決めされているランプと;前記ランプがオンにされた場合、前記ランプによって生成される光の2つの独立な像を、前記部分楕円形リフレクタを介して受け取る場所に配されているライトガイドと;を有する。   In another aspect of the invention, the light source is first and second partial elliptical reflectors having first and second focal points, respectively, wherein the first focal points of the first and second partial elliptical reflectors are Said partially elliptical reflectors arranged to substantially coincide; lamps generally positioned at said first focal points of said first and second partial elliptical reflectors; and when said lamps are turned on; A light guide disposed at a location for receiving two independent images of light generated by the lamp via the partial elliptical reflector.

本発明の更に他の見地において、光源は、光を生成するランプと;前記ランプからの光の一部を各々受け取る第1及び第2の独立なリフレクタと;前記第1及び第2の独立なリフレクタによって受け取られた前記光の一部によって作られる前記光源の2つの独立な像を受け取るライトガイドと;を有する。   In yet another aspect of the invention, the light source comprises: a lamp that generates light; first and second independent reflectors that each receive a portion of the light from the lamp; and the first and second independent A light guide for receiving two independent images of the light source produced by a portion of the light received by a reflector.

図2は、スクロールカラー照明システムのための光源200の実施例の側断面図を示している。図3は、光源200の正面図を示している。図2及び3に示されているように、光源200は、ランプ212及びリフレクタ216を有するランプアセンブリ210と;独立な第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230と;第1及び第2ミラー240及び250と;ライトガイド260と;を含んでいる。   FIG. 2 shows a side cross-sectional view of an embodiment of a light source 200 for a scroll color lighting system. FIG. 3 shows a front view of the light source 200. As shown in FIGS. 2 and 3, the light source 200 includes a lamp assembly 210 having a lamp 212 and a reflector 216; independent first and second partial elliptical reflectors 220 and 230; first and second mirrors. 240 and 250; light guide 260;

有益的には、ランプ212は、高輝度放電(HID)ランプ又はウルトラハイパフォーマンス(UHP)ランプであっても良く、形状が管状であるのが好ましい。模範的なランプは、長さが約9mmであり得る。   Beneficially, the lamp 212 may be a high intensity discharge (HID) lamp or an ultra high performance (UHP) lamp, and is preferably tubular in shape. An exemplary lamp may be about 9 mm in length.

ランプリフレクタ216は、有益的には半球形の全体形状を有し、又は、ランプ212の形状に依存して、半円筒状の全体形状を有する。好ましくは、ランプアセンブリ210は、後に詳述されるように、自身の一方の側のみに向かって発光する。ランプアセンブリ210からの光は、概ね、長方形/楕円形であり得る。模範的な実施例において、ランプによって生成される光は、2.5:1のアスペクト比を有する。   Lamp reflector 216 beneficially has a hemispherical overall shape, or a semi-cylindrical overall shape, depending on the shape of lamp 212. Preferably, the lamp assembly 210 emits light toward only one side thereof, as will be described in detail later. The light from the lamp assembly 210 can be generally rectangular / elliptical. In an exemplary embodiment, the light generated by the lamp has an aspect ratio of 2.5: 1.

図4において最も良く見られることができるように、第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230、第1及び第2焦点を有する楕円の部分的表面を各々規定している。有益的には、第1及び第2の部分楕円形リフレクタ220及び230は、前記第1焦点が概ね一致するように配されている。更に、図2において見られることができるように、第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230は、楕円の弧の部分を規定している断面を各々有している。同様に有益的には、図6において最も良く見られることができるように、第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230は、共通縁部を共有しており、この共通縁部において一緒に結合されている。1つの実施例において、前記第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230は、図4ないし6に示されているように、一体構造で一緒に形成されている。   As best seen in FIG. 4, the first and second partial elliptical reflectors 220 and 230, respectively, define an elliptical partial surface having first and second focal points. Beneficially, the first and second partial elliptical reflectors 220 and 230 are arranged such that the first focal points are generally coincident. Further, as can be seen in FIG. 2, the first and second partial elliptical reflectors 220 and 230 each have a cross section defining a portion of an elliptical arc. Equally beneficially, as can best be seen in FIG. 6, the first and second partial elliptical reflectors 220 and 230 share a common edge and together at this common edge. Are combined. In one embodiment, the first and second partial elliptical reflectors 220 and 230 are integrally formed together as shown in FIGS. 4-6.

ライトガイド260は、第1及び第2プリズム262及び264を第1(光入射口)端部に備えている。プリズム262及び264は低屈折率接合剤によって、ライトガイド260の前記第1端部に接合されることができ、又は、オプション的には、ライトガイド260に一体化されて形成されても良い。プリズム262及び264は、対応する光入射面262a、264aと、光反射面262b、264bと、光出射面262c、264cとを有する。反射面262b、264bは、有益的には、反射又はミラーコーティングを備えている。   The light guide 260 includes first and second prisms 262 and 264 at the first (light entrance) end. The prisms 262 and 264 can be bonded to the first end of the light guide 260 by a low refractive index bonding agent, or can optionally be formed integrally with the light guide 260. The prisms 262 and 264 have corresponding light incident surfaces 262a and 264a, light reflecting surfaces 262b and 264b, and light emitting surfaces 262c and 264c. The reflective surfaces 262b, 264b are advantageously provided with a reflective or mirror coating.

同様に、図5において最も良く見られることができるように、ライトガイド260は、有益的には、偏光素子266を第2(光出射)端部に備えている。偏光素子266は、偏光ビームスプリッタ266a及び移相子(phase retarder)266bを含んでおり、移相子266bの動作は、後に詳述される。ビームスプリッタ266aは、低屈折率接合剤によってライトガイド260の端部に接合されることができ、又はオプション的には、ライトガイド260に一体化されて形成されても良い。   Similarly, as can best be seen in FIG. 5, the light guide 260 advantageously comprises a polarizing element 266 at the second (light exit) end. The polarization element 266 includes a polarization beam splitter 266a and a phase retarder 266b. The operation of the phase shifter 266b will be described in detail later. The beam splitter 266a can be bonded to the end of the light guide 260 by a low refractive index bonding agent, or can optionally be formed integrally with the light guide 260.

光源200内で、ランプアセンブリ210は、概ね、部分楕円形リフレクタ220及び230の第1焦点に位置されている。一方、第1及び第2ミラー240及び250は、それぞれ、第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230と、これらの対応する第2焦点との間の光路内に各々位置されている。更に、プリズム262及び264の光入射面262a、264aが各々位置決めされており、第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230の対応するものからのアーク像は、対応するミラー240、250によって中継される。即ち、例えば、第1部分楕円形リフレクタ220とミラー240との間の距離「x」と、ミラー240と入射面262aとの間の距離「y」との和は、第1部分楕円形リフレクタ220の前記第2焦点の焦点距離f2に等しい。   Within the light source 200, the lamp assembly 210 is generally located at the first focus of the partially elliptical reflectors 220 and 230. On the other hand, the first and second mirrors 240 and 250 are respectively located in the optical path between the first and second partial elliptic reflectors 220 and 230 and their corresponding second focal points. Further, the light incident surfaces 262a, 264a of the prisms 262 and 264 are positioned, respectively, and arc images from corresponding ones of the first and second partial elliptical reflectors 220 and 230 are relayed by corresponding mirrors 240 and 250. Is done. That is, for example, the sum of the distance “x” between the first partial elliptic reflector 220 and the mirror 240 and the distance “y” between the mirror 240 and the incident surface 262a is the first partial elliptic reflector 220. Is equal to the focal length f2 of the second focal point.

ここで、光源200の動作を記載する。ランプ212は、光を放射する。ランプ212からの光の第1部分は、ランプリフレクタ216に向かって放射する。ランプリフレクタ216は、第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230に向かってランプ212からの光の前記第1部分を反射する。一方で、ランプ212からの光の残部(第2部分)は、第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230に向かって直接的に放射する。有益的には、ランプアセンブリ210と第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230とは、ランプアセンブリ210からの光のほぼ全てが第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230の内側表面上に当たるように、配されている。即ち、第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230は、ランプ212及びランプリフレクタ216からの光のほぼ全てを受け取るように、対応して規定された楕円に沿って十分に遠くまで、各々延在している。   Here, the operation of the light source 200 will be described. The lamp 212 emits light. A first portion of light from the lamp 212 radiates toward the lamp reflector 216. The ramp reflector 216 reflects the first portion of light from the lamp 212 toward the first and second partial elliptical reflectors 220 and 230. On the other hand, the remaining light (second part) from the lamp 212 radiates directly toward the first and second partial elliptical reflectors 220 and 230. Beneficially, the lamp assembly 210 and the first and second partial elliptical reflectors 220 and 230 are such that substantially all of the light from the lamp assembly 210 is on the inner surfaces of the first and second partial elliptical reflectors 220 and 230. It is arranged to hit. That is, the first and second partial elliptical reflectors 220 and 230 each extend sufficiently far along a correspondingly defined ellipse to receive substantially all of the light from the lamp 212 and the lamp reflector 216. Exist.

有利には、ランプ212は、概ね、第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230の各々の第1焦点に位置されている。   Advantageously, the lamp 212 is generally located at the first focal point of each of the first and second partial elliptical reflectors 220 and 230.

第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230は、ランプ212からの光を(直接的に又はランプリフレクタ216によって反射されてのいずれかで)受け取り、それぞれの第2焦点に指向される独立なアーク像を生成する。   The first and second partial elliptical reflectors 220 and 230 receive light from the lamp 212 (either directly or reflected by the lamp reflector 216) and are independently directed to their respective second focal points. Generate an arc image.

ミラー240及び250は、第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230の対応するものと、対応する部分楕円形リフレクタ220/230の第2焦点との間の光路内に各々位置されている。ミラー240及び250各々は、前記対応する部分楕円形リフレクタ220/230からの光を受け取り、受け取られた前記光を、2つのプリズム262及び264の対応するものに向けて反射する。2つのプリズム262及び264の光入射面262a及び264aは、ミラー240及び250によって中継されるように、前記対応する部分楕円形リフレクタ220/230の前記像の位置に各々配されている。   The mirrors 240 and 250 are respectively located in the optical path between the corresponding ones of the first and second partial elliptical reflectors 220 and 230 and the second focal point of the corresponding partial elliptical reflector 220/230. Each of the mirrors 240 and 250 receives light from the corresponding partial elliptical reflector 220/230 and reflects the received light toward the corresponding one of the two prisms 262 and 264. The light incident surfaces 262a and 264a of the two prisms 262 and 264 are arranged at the positions of the images of the corresponding partial elliptic reflectors 220/230 so as to be relayed by the mirrors 240 and 250, respectively.

独立な光像は、プリズム262及び264に光入射面262a及び264aを介して入射し、これによって対応する光反射面262b及び264bに渡される。前記光は、光反射面262b及び264bによって反射され、プリズム262及び264の光出射面262c及び264cを介して、ライトガイド260の前記第1端部に入射する。従って、前記2つの独立な光像は、ランプ212からの元の光ビームの2倍のアスペクト比を有する結合された光ビームを生成するように、互いに隣接して長手方向に「突合せ(end to end)」に配されている前記ライトガイドに入射する。前記光は、ライトガイド260によって内部的にガイドされ、該ライドガイドの前記第2端部から出射する。   The independent light image is incident on the prisms 262 and 264 via the light incident surfaces 262a and 264a, and is thereby passed to the corresponding light reflecting surfaces 262b and 264b. The light is reflected by the light reflecting surfaces 262b and 264b, and enters the first end portion of the light guide 260 via the light emitting surfaces 262c and 264c of the prisms 262 and 264. Thus, the two independent light images are longitudinally “end to end” adjacent to each other to produce a combined light beam having an aspect ratio twice that of the original light beam from lamp 212. end) ”is incident on the light guide. The light is internally guided by the light guide 260 and exits from the second end of the ride guide.

上述の実施例は、ミラー240及び250と、2つのプリズム262及び264とを含んでいるが、前記独立な光像を受け取り、該光像をライトガイド260に結合する他の手段が設けられても良い。   The embodiment described above includes mirrors 240 and 250 and two prisms 262 and 264, but other means for receiving the independent light image and coupling the light image to light guide 260 are provided. Also good.

有利には、上述の過程の結果として、ランプ212によって生成された前記光ビームのアスペクト比は、前記光ビームのエテンデュ(etendue)の対応する増加を伴わずに、比較的わずかな光損失又は効率の低下を伴い、効果的に2倍にされている。例えば、典型的なUHPアークランプからの前記光ビームのアスペクト比が2.5:1である場合、上述のシステム及び過程によってライトガイド260の前記第2端部から発するライトストライプのアスペクト比は、5:1である。   Advantageously, as a result of the above-described process, the aspect ratio of the light beam produced by the lamp 212 is relatively small with little loss or efficiency without a corresponding increase in the etendue of the light beam. Is effectively doubled. For example, if the aspect ratio of the light beam from a typical UHP arc lamp is 2.5: 1, the aspect ratio of the light stripe emanating from the second end of the light guide 260 according to the system and process described above is 5: 1.

スクロールカラープロジェクタにおける動作の場合、LCDパネルは、線形偏光された光を必要とする。しかしながら、ランプ212からの前記光ビームは、偏光されていない。   For operation in a scroll color projector, the LCD panel requires linearly polarized light. However, the light beam from the lamp 212 is not polarized.

従って、上述のように、ライドガイド260は、有益的には、自身の第2端部に偏光素子266を備えており、該偏光素子から、前記光ビームが出射する。図6において最も良く見られることができるように、ライトガイド260からの偏光されていない光ビームは、偏光ビームスプリッタ266aに入射する。前記光ビームの第1(例えば、水平)偏光を有する部分は、偏光ビームスプリッタ266aを通過する一方で、第2(例えば、垂直)偏光を有する前記光ビームの残部は、移相子266bに反射される。前記第2(例えば、垂直)偏光を有する光は、移相子266bによって位相が90度回転され、これによって、前記第2偏光を有する光の偏光は、偏光ビームスプリッタ266aを通過する前記第1(例えば、水平)偏光を有する前記光の経路と、隣接、かつ、平行である経路に沿って反射される前に、前記第1(例えば、水平)偏光に変化される。   Therefore, as described above, the ride guide 260 is advantageously provided with the polarizing element 266 at its second end, and the light beam is emitted from the polarizing element. As can best be seen in FIG. 6, the unpolarized light beam from light guide 260 is incident on polarizing beam splitter 266a. The portion of the light beam having the first (eg, horizontal) polarization passes through the polarization beam splitter 266a, while the remainder of the light beam having the second (eg, vertical) polarization is reflected by the phase shifter 266b. Is done. The phase of the light having the second (eg, vertical) polarization is rotated by 90 degrees by the phase shifter 266b, so that the polarization of the light having the second polarization passes through the polarization beam splitter 266a. Before being reflected along a path of light having (e.g., horizontal) polarization and a path that is adjacent and parallel, it is changed to the first (e.g., horizontal) polarization.

有利には、上述の偏光過程の結果として、偏光素子266から出射する線形偏光された前記光ビームのアスペクト比は、前記光ビームのエテンデュの対応する増加を伴わずに、かつ、非常にわずかな光損失又は効率の低下を伴って、偏光素子266に入射した偏光されていない前記光ビームのアスペクト比に対して2倍にされている。即ち、偏光素子266を通過する前記光ビームは、ランプ212によって元々生成された前記光のアスペクト比の4倍であるアスペクト比を有する。   Advantageously, as a result of the polarization process described above, the aspect ratio of the linearly polarized light beam emanating from the polarization element 266 is very small without a corresponding increase in the etendue of the light beam. With the loss of light or a decrease in efficiency, the aspect ratio of the unpolarized light beam incident on the polarizing element 266 is doubled. That is, the light beam that passes through the polarizing element 266 has an aspect ratio that is four times the aspect ratio of the light originally generated by the lamp 212.

従って、例えば、典型的なUHPアークランプからの光ビームのアスペクト比が2.5:1である場合、ライトガイド260の前記第1端部に入射するライトストライプのアスペクト比は5:1であり、ライトガイド260の前記第2端部における偏光素子266から出射する前記ライトストライプのアスペクト比は、10:1である。   Thus, for example, if the aspect ratio of the light beam from a typical UHP arc lamp is 2.5: 1, the aspect ratio of the light stripe incident on the first end of the light guide 260 is 5: 1. The aspect ratio of the light stripe emitted from the polarizing element 266 at the second end of the light guide 260 is 10: 1.

従って、前記ランプからのアークの独立な像を各々作成する2つの独立なリフレクタを設け、前記2つの独立な像の光を結合することによって、前記光ビームのエテンデュが保持されることができると同時に、多数の小さい開口数(NA)のレンズ、又は少数の高いNAのレンズの使用と関連したコスト及び複雑性を伴わずに、ビームのアスペクト比を調整することができる。   Thus, by providing two independent reflectors, each creating an independent image of the arc from the lamp, and combining the light of the two independent images, the etendue of the light beam can be maintained. At the same time, the beam aspect ratio can be adjusted without the cost and complexity associated with using a large number of small numerical aperture (NA) lenses or a small number of high NA lenses.

図1ないし6に示されている実施例に関して詳細に説明された原理は、以下のように拡張することもできる。先ず、二重リフレクタによって生成された前記像は、図1ないし6に示されている折りたたみミラー240、250及び対応するプリズム262、264を介する以外の様々な仕方で、収集及び結合されても良い。例えば、前記2つの独立なリフレクタの像点に位置決めされている2つの入射面を有する「Y字状」ライトガイドが使用されることができ、結合された前記光ビームは、該Y字状ライトガイドの単一の共通出射面から出射する。この場合、ミラーもプリズムも必要ではない。   The principles described in detail with respect to the embodiment shown in FIGS. 1 to 6 can be extended as follows. First, the image generated by the double reflector may be collected and combined in various ways other than through the folding mirrors 240, 250 and the corresponding prisms 262, 264 shown in FIGS. . For example, a “Y-shaped” light guide having two entrance surfaces positioned at the image points of the two independent reflectors can be used, and the combined light beam is the Y-shaped light The light exits from a single common exit surface of the guide. In this case, neither a mirror nor a prism is required.

更に、前記二重の独立なリフレクタは、部分楕円形以外の形状をとっていても良い。例えば、放物面又は球面リフレクタが使用されることができる。   Furthermore, the double independent reflector may have a shape other than a partial ellipse. For example, a parabolic or spherical reflector can be used.

図7は、図1ないし6の部分楕円形リフレクタ220及び230の代わりに、2つの独立な放物面リフレクタ720、730を使用している光源700の代替的な配置を示している。光源700は、独立な放物面リフレクタ720及び730によって2組の平行な光線として反射されたランプ710からの光の対応する独立な像を生成する拡大レンズ725及び735も含んでいる。説明されている前記実施例において、拡大レンズ725及び735の各々は、拡大係数「4」を有している。同様に、ライトガイド760は、該ライトガイド760が前記2つの独立な光像を受け取るように配されている。光源700の残りの構造及び動作は、上述の光源200の構造及び動作と類似しているので、簡潔さのために、ここでは省いてある。   FIG. 7 shows an alternative arrangement of a light source 700 that uses two independent parabolic reflectors 720, 730 instead of the partially elliptical reflectors 220 and 230 of FIGS. The light source 700 also includes magnifying lenses 725 and 735 that produce corresponding independent images of light from the lamp 710 reflected as two sets of parallel rays by independent parabolic reflectors 720 and 730. In the embodiment described, each of the magnifying lenses 725 and 735 has a magnifying factor “4”. Similarly, the light guide 760 is arranged such that the light guide 760 receives the two independent light images. The remaining structure and operation of the light source 700 are similar to the structure and operation of the light source 200 described above and are omitted here for the sake of brevity.

前記ランプリフレクタも、前記光源から省かれても良い。この場合、前記ランプからのいくらかの光は損失されるが、前記のような配置は、前記ランプリフレクタが著しい量の発熱をしている光を当該ランプに反射し戻し得る図1ないし6に示されている場合と比較して、ランプの寿命及び信頼度を向上させることができる。   The lamp reflector may also be omitted from the light source. In this case, some of the light from the lamp is lost, but such an arrangement is shown in FIGS. 1-6, where the lamp reflector can reflect a significant amount of heat back to the lamp. The life and reliability of the lamp can be improved compared to the case where it is used.

最後に、当該原理は、異なるアスペクト比を有する、エテンデュ保持光ビームを生成するのに拡張されることができる。例えば、前記光像を「長手方向」に結合する代わりに、前記光像が隣接して受信され、より「正方形」状の光ビームを生成すると同時に、元のビームのエテンデュも保持することができるように、前記ライトガイドを構成することもできる。付加的には、又は代替的には、前記ライトガイドの前記第2(出射)端部における前記偏光素子は、前記偏光ビームスプリッタと、前記偏光された光ビームのアスペクト比が、前記偏光素子に入射する偏光されていない光ビームに対して、2倍ではなく半分に削減されるように向けられた移相子とによって構成されることもできる。   Finally, the principle can be extended to produce etendue-retaining light beams with different aspect ratios. For example, instead of combining the light images in the “longitudinal direction”, the light images can be received adjacently to produce a more “square” shaped light beam while retaining the etendue of the original beam. Thus, the light guide can also be configured. Additionally or alternatively, the polarizing element at the second (outgoing) end of the light guide has an aspect ratio of the polarizing beam splitter and the polarized light beam to the polarizing element. It can also be constituted by a phase shifter that is directed to reduce the incident unpolarized light beam by half rather than twice.

好適実施例が本明細書に記載されているが、本発明の考え方及び範囲内に残っている多くの変更が可能である。前記変更は、通常の当業者の者にとって、本明細書、添付図面及び添付請求項を閲覧した後、明らかになるであろう。従って、本発明は、添付請求項の精神及び範囲内を除いて、制限されるものではない。   While preferred embodiments are described herein, many variations are possible which remain within the spirit and scope of the invention. Such modifications will become apparent to those of ordinary skill in the art after reading this specification, the accompanying drawings and the appended claims. Accordingly, the invention is not limited except as within the spirit and scope of the appended claims.

スクロールカラーシステムにおける電気光学光変調器パネルの照明の模式図を示している。FIG. 3 shows a schematic diagram of illumination of an electro-optic light modulator panel in a scroll color system. スクロールカラー照明システムのための光源の実施例の模式的な断面図を示している。FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of an embodiment of a light source for a scroll color illumination system. 図2のスクロールカラー照明システムのための前記光源の模式的な正面図を示している。Fig. 3 shows a schematic front view of the light source for the scroll color illumination system of Fig. 2; スクロールカラー照明システムのための光源の実施例の側面図を示している。FIG. 3 shows a side view of an embodiment of a light source for a scroll color lighting system. 図4のスクロールカラー照明システムのための光源の実施例の正面図を示している。FIG. 5 shows a front view of an embodiment of a light source for the scroll color illumination system of FIG. 4. 図4のスクロールカラー照明システムのための光源の実施例の斜視図を示している。FIG. 5 shows a perspective view of an embodiment of a light source for the scroll color illumination system of FIG. 4. スクロールカラー照明システムのための光源の他の実施例の模式的な断面図を示している。FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of another embodiment of a light source for a scroll color lighting system.

Claims (20)

光源であって、
― 光を生成するランプと、
― 前記ランプからの前記光の一部を受け取り、受け取られた該光を対応する第1及び第2方向に指向するように各々位置決めされている第1及び第2部分楕円形リフレクタであって、前記ランプによって生成された前記光の独立な像を各々生成する第1及び第2部分楕円形リフレクタと、
― 前記部分楕円形リフレクタの1つからの前記光を受け取り、反射するように各々位置決めされている、第1及び第2ミラーと、
― 自身の第1端部に配されている2つのプリズムを有するライトガイドであって、各プリズムは、前記部分楕円形リフレクタによって生成された前記独立な像の対応するものを前記ライトガイド内に入力するライトガイドであって、自身の第2端部において光ビームを供給するライトガイドと、
を有する光源。
A light source,
-A lamp that produces light;
-First and second partial elliptical reflectors, each of which is positioned to receive a portion of the light from the lamp and direct the received light in corresponding first and second directions; First and second partial elliptical reflectors, each producing an independent image of the light produced by the lamp;
-First and second mirrors each positioned to receive and reflect said light from one of said partially elliptical reflectors;
A light guide having two prisms arranged at its first end, each prism having a corresponding one of the independent images generated by the partial elliptical reflector in the light guide; An input light guide for supplying a light beam at its second end;
Having a light source.
前記ライトガイドの前記第2端部に配されている偏光素子であって、前記ライトガイドの前記第2端部において前記光ビームを受け取り、該光ビームを偏光された光ビームに変換する偏光素子を更に有し、前記偏光された光ビームのアスペクト比は、前記偏光素子によって受け取られた前記光ビームのアスペクト比の2倍である、請求項1に記載の光源。   A polarizing element disposed at the second end of the light guide, wherein the polarizing element receives the light beam at the second end of the light guide and converts the light beam into a polarized light beam. The light source of claim 1, further comprising: an aspect ratio of the polarized light beam that is twice an aspect ratio of the light beam received by the polarizing element. 前記偏光素子は、偏光ビームスプリッタ及び移相子を含んでいる、請求項2に記載の光源。   The light source according to claim 2, wherein the polarizing element includes a polarizing beam splitter and a phase shifter. 1対の前記部分楕円形リフレクタは、自身の共通縁部に沿って一緒に結合されている、請求項1に記載の光源。   The light source of claim 1, wherein the pair of partially elliptical reflectors are coupled together along their common edge. 光源であって、
― 第1及び第2焦点を各々有する第1及び第2部分楕円形リフレクタであって、該第1及び第2部分楕円形リフレクタの前記第1焦点が概ね一致するように配されている、第1及び第2部分楕円形リフレクタと、
― 前記第1及び第2部分楕円形リフレクタの前記第1焦点に概ね位置決めされているランプと、
― 前記ランプがオンにされた場合、前記ランプによって生成された光の2つの独立な像を前記部分楕円形リフレクタを介して受け取る場所に配されているライトガイドと、
を有する光源。
A light source,
First and second partial elliptical reflectors having first and second focal points respectively, the first and second partial elliptical reflectors being arranged such that the first focal points of the first and second partial elliptical reflectors are substantially coincident; A first and second partial elliptical reflector;
A lamp generally positioned at the first focus of the first and second partial elliptical reflectors;
A light guide disposed at a location where, when the lamp is turned on, two independent images of light generated by the lamp are received via the partial elliptical reflector;
Having a light source.
前記第1及び第2部分楕円形リフレクタの対応するものと、該第1及び第2部分楕円形リフレクタそれぞれの第2焦点との間の光路内に配されている、第1及び第2ミラーを更に有する、請求項5に記載の光源。   First and second mirrors disposed in an optical path between a corresponding one of the first and second partial elliptical reflectors and a second focal point of each of the first and second partial elliptical reflectors; The light source according to claim 5, further comprising: 前記ライトガイドの端部に配されている第1及び第2プリズムを更に含んでいる、請求項5に記載の光源。   The light source according to claim 5, further comprising first and second prisms disposed at an end portion of the light guide. 前記ランプがオンにされた場合、前記ランプによって生成された前記光の一部を、前記第1及び第2部分楕円形リフレクタに向かって反射するように配されているランプリフレクタを更に有する、請求項5に記載の光源。   A lamp reflector arranged to reflect a portion of the light generated by the lamp toward the first and second partial elliptical reflectors when the lamp is turned on. Item 6. The light source according to Item 5. 前記ライトガイドの前記第2端部に配されている偏光素子を更に含む、請求項5に記載の光源。   The light source according to claim 5, further comprising a polarizing element disposed at the second end of the light guide. 前記偏光素子が、偏光ビームスプリッタ及び移相子を更に含む、請求項9に記載の光源。   The light source of claim 9, wherein the polarizing element further comprises a polarizing beam splitter and a phase shifter. 前記偏光素子は、前記ライトガイドの前記第2端部において供給される前記光のアスペクト比を2倍にする、請求項9に記載の光源。   The light source according to claim 9, wherein the polarizing element doubles an aspect ratio of the light supplied at the second end of the light guide. 前記第1及び第2部分楕円形リフレクタは、共通縁部を共有している、請求項5に記載の光源。   6. The light source of claim 5, wherein the first and second partial elliptical reflectors share a common edge. 光源であって、
― 光を生成するランプと、
― 前記ランプからの前記光の一部を各々受け取る第1及び第2の独立なリフレクタと、
― 前記第1及び第2の独立なリフレクタによって受け取られた前記光の一部によって作られる前記光源の2つの独立な像を受け取るライトガイドと、
を有する光源。
A light source,
-A lamp that produces light;
-First and second independent reflectors each receiving a part of the light from the lamp;
A light guide for receiving two independent images of the light source produced by a portion of the light received by the first and second independent reflectors;
Having a light source.
前記第1及び第2の独立なリフレクタは、部分楕円形の形状を各々有している、請求項13に記載の光源。   The light source of claim 13, wherein the first and second independent reflectors each have a partially elliptical shape. 前記第1及び第2の独立なリフレクタは、放物面の形状を各々有している、請求項13に記載の光源。   14. The light source of claim 13, wherein the first and second independent reflectors each have a paraboloid shape. 放物面状の前記リフレクタの対応するものからの反射された光を各々受け取り、反射された前記光から前記像の一方を作る、1対のレンズを更に有する、請求項15に記載の光源。   16. The light source of claim 15, further comprising a pair of lenses that each receive reflected light from a corresponding one of the parabolic reflectors and make one of the images from the reflected light. 前記レンズの対応するものと該レンズの像との間の光路内に各々配されている1対のミラーを更に有し、前記ミラーの各々は前記ライトガイドに向かって前記レンズからの光を指向する、請求項16に記載の光源。   And a pair of mirrors each disposed in an optical path between a corresponding one of the lenses and an image of the lens, each of the mirrors directing light from the lens toward the light guide. The light source according to claim 16. 前記ライトガイドは、自身の出力部において光ビームを供給し、前記光ビームは前記ランプによって生成される前記光のアスペクト比の2倍であるアスペクト比を有する、請求項13に記載の光源。   The light source of claim 13, wherein the light guide provides a light beam at its output, the light beam having an aspect ratio that is twice the aspect ratio of the light produced by the lamp. 前記独立なリフレクタの対応するものから反射された光を各々受け取り、反射された前記光を前記ライトガイドに向かって指向する、1対のミラーを更に有する、請求項13に記載の光源。   The light source of claim 13, further comprising a pair of mirrors each receiving reflected light from a corresponding one of the independent reflectors and directing the reflected light toward the light guide. 前記ライトガイドの第2端部に配されている偏光素子であって、前記ライトガイドの前記第2端部において前記光ビームを受け取り、該光ビームを線形偏光された光ビームに変換する偏光素子を更に有し、前記線形偏光された光ビームのアスペクト比は、前記偏光素子によって受け取られた前記光ビームのアスペクト比の2倍である、請求項13に記載の光源。   A polarizing element disposed at a second end of the light guide, the polarizing element receiving the light beam at the second end of the light guide and converting the light beam into a linearly polarized light beam 14. The light source of claim 13, further comprising: an aspect ratio of the linearly polarized light beam being twice the aspect ratio of the light beam received by the polarizing element.
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