JP2007537461A - 偏光回復及び集積を伴う複数のランプ照明システム - Google Patents

Abstract

照明システムが、２つ以上の光源（１３、１４）を結合するため提供される。複数の光源が、ランダムな偏光（１、５）を放射する。複数の光収集パイプ（１１、１２）が、複数の光源に対応する。各光収集パイプは、夫々の光源へ向けて配置された入口端（１１ａ、１２ａ）を有する。光収集パイプは、横方向にずれ且つ夫々の入口端に対向して重複する。光結合パイプ（１６）が、光収集パイプに垂直に配置される。偏光ビームスプリッタ（２０、２１）及びミラー（２２、２３）が、実質的に入口端に対向する各光収集パイプ内に連続して構成される。偏光ビームスプリッタ及びミラーは、第１偏光（２、６）及び第２偏光（４、８）を、夫々光結合パイプへ向けて上方に方向付ける。光結合パイプは、各光収集パイプの偏光ビームスプリッタ及びミラーに重複する入口端（１６ａ）を有し、各偏光ビームスプリッタ及びミラーから光を集め且つ結合する。

Description

本出願は、２００４年３月１１日出願の米国仮特許出願第６０／５５２，２８４号明細書、発明の名称「偏光回復及び集積を伴う複数のランプ照明システム（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｌａｍｐ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）」の優先権を主張し、その全体を参照により本明細書に引用する。

本発明は、概して、マイクロディスプレイに用いる光投射システムに係る。

既存の光投射システムにおいて、典型的には最敵な輝度とランプ寿命との間でトレードオフがある。この問題に対する一つのアプローチが、２つのランプを備えるシステムを提供することである。しかしながら、マイクロディスプレイに用いるためにかかるシステムが適合されるとき、均一な照明及び偏光回復のための適切な手段がない。かかるシステムはまた、２つのランプに限定され、且つ２つのリレーレンズが必要とされる。その場合、費用がかかり且つかさばる。

本発明は、２つ以上の光源を結合する照明システムを提供することを目的とする。

照明システムが、ランダムな偏光を放射する複数の光源、及び光源からの光を結合し且つ高輝度の均一な照明をもたらす光パイプシステムを有する。光パイプシステムは、複数の光源に対応する複数の光収集パイプを含む。各光収集パイプは、夫々の光源へ向けて配置された入口端を有する。光収集パイプは、横方向にずれ且つ夫々の入口端に対向して重複する。光結合パイプが、光収集パイプに垂直に配置される。偏光ビームスプリッタ及びミラーが、実質的に入口端と対向する各光収集パイプ内に連続して構成される。偏光ビームスプリッタ及びミラーは、第１偏光及び第２偏光を、夫々光結合パイプへ向けて上方に方向付ける。光結合パイプは、各光収集パイプの偏光ビームスプリッタ及びミラーに重複する入口端を有し、各偏光ビームスプリッタ及びミラーから光を集め且つ結合する。

本発明を、添付の図面を参照しながら、次に説明する。

たとえば、デジタルシネマ等の非常に高い輝度を要するアプリケーションにおいて、光スループットを著しく向上させるため、１つより多いランプを照明システムに用いることが望ましい場合がある。本開示は、偏光を回復させ、且つ高輝度で均等な照明を与えるため光ビームを集積するといった利点も有する、かかる構造について説明する。更に本システムは、費用を抑え且つシステムを小型化するため、レンズの枚数を減らすことを要する。

図１〜図２Ｃは、二連ランプシステム１を示すが、以下の考察は、四連ランプシステムにも適用可能である。二連ランプ機構において、２つの対向する各ランプ１３、１４の光収集器／光反射器９、１０内にバーナー（図示せず）が、セットされ、ランプ１３、１４間には光パイプ１５が、配置される。光収集器としては楕円反射器が好適であるが、異なった集光手段であってもよい。光収集パイプ１１、１２が、光が集束される各光収集器９、１０の第２焦点で、入口端１１ａ、１２ａを有する。図２Ｃに示すように、第２ランプ１４及び光パイプ１１は、光パイプの幅だけ、第１ランプ１３及び光パイプ１２から横方向にずれる。各光パイプは、入口端１１ａ、１２ａの反対側に終端１１ｂ、１２ｂを有する。終端１１ｂ、１２ｂは、光収集パイプ１１、１２の軸線方向に重なる。

光収集器／反射器９、１０によって、入口端１１ａ、１２ａで、各バーナーからのランダムな偏光１、５が、対応する光パイプ１１、１２に入射される。図２Ａ及び図２ｂに示すように、ランダムな偏光１、５は、第１光収集パイプ１１及び第２光収集パイプ１２内の反射によって混合される。第１光パイプ１１及び第２光収集パイプ１２は、それほど長くある必要はない。光結合パイプ１６が、光収集パイプ１１、１２に垂直に延在し、第１光収集パイプ１１及び第２光収集パイプ１２からの光を結合するからである。各光収集パイプ１１、１２には、入口端１１ａ、１２ａに対向した端部に近接して、４５°の偏光ビームスプリッタ（ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ（ＰＢＳ））２０、２１がある。ＰＢＳ２０、２１は、Ｓ偏光２、６を上方に反射し且つＰ偏光３、７を通す。Ｐ偏光３、７は次に、ＰＢＳ２０、２１に隣接して配置されたミラー２２、２３によって上方に反射され、且つ半波長板（ｈａｌｆ−ｗａｖｅ ｐｌａｔｅ（ＨＷＰ））２６、２７によってＳ偏光４、８に変換される。ＨＷＰ２６、２７は、ミラー２２、２３の上部にあり且つ反射光の光路に垂直である。それゆえ、光パイプシステム１５は、２つのランプ１３、１４からの光を結合すると同時に、対向する偏光（すなわち、Ｐ偏光３、７）を、回復させる。

図２Ａ〜図２Ｃに示すように、偏光ビームスプリッタ２０、２１及びミラー２２、２３／半波長板２６、２７は、４つの長方形領域を形成する。長方形領域は、光結合パイプ１６内へとＳ偏光を上方に放射する。光結合パイプ１６は、４つの長方形領域に重なる入口端１６ａを有し、上方に方向付けられた略全ての光が光結合パイプ１６に入射するようにする。光結合パイプ１６は、反射によって光を結合して、空間的且つ分光的に均一な照明を、その出力時に得る。光結合パイプ１６からの出力は次に、１つのリレーレンズ（図示せず）を備えた１つ又は複数のマイクロディスプレイ（図示せず）上に映される準備ができる。それゆえ、２つのランプ１３、１４は、２つの別個のリレーレンズではなく１つのみのリレーレンズを要する。

照射されるシステムが「２つに１つの（ｏｎｅ ｉｎ ｔｗｏ）」イメージャシステムであった場合、偏光回復の必要はなく、上方に屈折させるシステムは、偏光ビームスプリッタ及びミラーの組み合わせの代わりに単に４５°のミラーからなっていてもよい。光収集パイプ１１、１２の断面は、長方形であり、且つその寸法は、光結合パイプ１６の最終断面を成すアスペクト比が、イメージャ（複数可）のアスペクト比を有するよう選択される。通常、光結合パイプ１６は、４／３又は１６／９のアスペクト比を有する。

図１に示したシステムは、高輝度の光出力を得るよう、以下の３つの機能を実行する。（１）円形ビームを、マイクロディスプレイを照射するためにより適した長方形の均一ビームに変換する。（２）液晶ベースの装置に用いられると通常失われてしまう１つの偏光を回復する。（３）２つ以上のランプからの光を結合する。

本発明の例示的な実施形態による照明システムの斜視図を示す。 図１に記載の照明システムの対向する側面図を示す。 図１に記載の照明システムの対向する側面図を示す。 図１に記載の照明システムの平面図を示す。

Claims (16)

1. 照明システムに用いる光パイプシステムであって、
   対向して方向付けられる入口端及び重複する終端を有する少なくとも一対の光収集パイプと；
   前記の各光収集パイプの前記終端に近接し、好ましい偏光を第１の長方形領域を越えて前記光収集パイプとは垂直方向に方向付ける偏光ビームスプリッタと；
   前記の各光収集パイプにおける前記偏光ビームスプリッタに隣接し、前記偏光ビームスプリッタを通過する光を第２の長方形領域を越えて前記光結合パイプとは垂直方向に反射させるミラーであり；前記一対の光収集パイプは横方向にずれ、それにより前記一対の光収集パイプのうち一方の第１及び第２長方形領域が、前記一対の光収集パイプのうちもう一方の第２及び第１長方形領域に夫々隣接する、ところのミラーと；
   前記光収集パイプに垂直で且つ前記長方形領域に重複する入口端を有する光結合パイプと、
   を有する、
   ところの光パイプシステム。
2. 前記の各ミラーに隣接して、且つ隣接する前記偏光ビームスプリッタを通過する光を、対向する偏光に変換して前記の各長方形領域が同じ偏光の光を放射するようにする半波長板を更に有する、
   請求項１記載の光パイプシステム。
3. 前記長方形領域は、結合して４／３のアスペクト比を有するより大きな長方形領域を形成する、
   請求項１記載の光パイプシステム。
4. 前記長方形領域は、結合して１６／９のアスペクト比を有するより大きな長方形領域を形成する、
   請求項１記載の光パイプシステム。
5. 照明システムであって：
   ランダムな偏光を放射する複数の光源と；
   該複数の光源に対応する複数の光収集パイプであり、前記の各光収集パイプは前記の各光源へ向けて配置された入口端を有し、前記光収集パイプは横方向にずれ且つ夫々の前記入口端と対向して重複する、ところの複数の光収集パイプと；
   該光収集パイプに垂直な光結合パイプと；
   前記入口端と略対向する前記の各光収集パイプ内に連続して構成され、第１偏光及び第２偏光を夫々前記光結合パイプへ向けて上方に方向付ける偏光ビームスプリッタ及びミラーと、
   を有し、
   前記光結合パイプは、前記の各光収集パイプの前記偏光ビームスプリッタ及びミラーに重複する入口端を有し、それにより前記の各偏光ビームスプリッタ及びミラーから光を集め且つ結合する、
   ところの照明システム。
6. 前記の各光源は、光を第２焦点に集束させる光収集器を有し、且つ前記の各光収集パイプの前記入口端は、対応する前記光収集器の前記第２焦点に配置される、
   請求項５記載の照明システム。
7. 前記偏光ビームスプリッタ及び前記ミラーは、前記光結合パイプに向けて光を放射する４つの長方形領域を形成し、前記の長方形領域は、結合して前記光結合パイプの前記入口端に対応するより大きな長方形領域を形成する、
   請求項５記載の照明システム。
8. 前記長方形領域は、結合して４／３のアスペクト比を有するより大きな長方形領域を形成する、
   請求項７記載の光パイプシステム。
9. 前記長方形領域は、結合して１６／９のアスペクト比を有するより大きな長方形領域を形成する、
   請求項７記載の光パイプシステム。
10. 前記の各ミラーと隣接して、且つ隣接する前記偏光ビームスプリッタを通過する光を、対向する偏光に変換して前記の各長方形領域が同じ偏光の光を放射するようにする半波長板を更に有する、
    請求項５記載の光パイプシステム。
11. 照明システムであって：
    ランダムな偏光を放射する複数の光源と；
    該複数の光源に対応する複数の光収集パイプであり、前記の各光収集パイプは前記の光源の夫々へ向けて配置された入口端を有する、ところの複数の光収集パイプと；
    該光収集パイプに垂直な光結合パイプと；
    前記入口端と略対向する前記の各光収集パイプ内に配置され、第１偏光を前記光結合パイプへと上方に方向付ける偏光ビームスプリッタと；
    前記の各光収集パイプ内に配置され、前記偏光ビームスプリッタに隣接して、前記偏光ビームスプリッタを通過する光を前記光結合パイプへと反射するミラーと、
    を有する、
    ところの照明システム。
12. 前記の各光源は、光を第２焦点で方向付ける光収集器を有し、且つ前記の各光収集パイプの前記入口端は、対応する前記光源の前記光収集器の前記第２焦点に配置される、
    請求項１１記載の照明システム。
13. 前記偏光ビームスプリッタ及び前記ミラーは、前記光結合パイプに向けて光を放射する４つの長方形領域を形成し、前記長方形領域は、結合して前記光結合パイプの前記入口端に対応するより大きな長方形領域を形成する、
    請求項１１記載の照明システム。
14. 前記長方形領域は、結合して４／３のアスペクト比を有するより大きな長方形領域を形成する、
    請求項１３記載の光パイプシステム。
15. 前記長方形領域は、結合して１６／９のアスペクト比を有するより大きな長方形領域を形成する、
    請求項１３記載の光パイプシステム。
16. 前記の各ミラーと隣接して、且つ隣接する前記偏光ビームスプリッタを通過する光を、対向する偏光に変換して前記の各長方形領域が同じ偏光の光を放射するようにする半波長板を更に有する、
    請求項１１記載の光パイプシステム。

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