JP2008191653A - 三角プリズムデュアルランプ用カプラ - Google Patents

Abstract

【課題】各ランプに対する個別的なインテグレータロッドを、単一のロッドに置き換えることが望ましいとの認識に至ったが、その目的は、取り付けや位置合わせが簡単であり、結合損失が小さく、低コストであるといった利益を享受することにある。これは、ミラーコーティングが不要であり（ＡＲコーティングのみ必要）、高出力によるミラーコーティングへの損傷の危険性がなくなることによる。
【解決手段】デュアルランプカップリングシステムを提供し、インテグレータロッド５の前方で、頂角６０°の正三角形プリズム１を１個使って、２つのランプからの集束光を均質化させ、投影輝度を増やす。一実施形態によれば、頂角６０°の正三角形プリズムがロッドの端部に一体化される。
【選択図】図１

Description

以下の説明は一般に、平面パネル表示システム、特に、ＤＭＤや他の表示関連照明システムで使用する光学インテグレータ用の改良型デュアルランプカップリング（光学的結合装置）に向けたものである。

光学インテグレータロッドは電子プロジェクタ装置用の照明システムで主に使用される周知部品である。光学インテグレータロッドは中空又は中実の内部反射性の「ライトパイプ」であり、これは集束光の多数反射を利用して、円形状又は不定形状の照明パターンを均質化し、これらのパターンを均一な矩形状パターンに変える。このパターンは、リレーレンズ系によって、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）やＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）等のパネル上に映し出され、スクリーンに投影される。こうして、光学インテグレータロッドは均一性を改善して、照明光源の、パネルに対するアスペクト比を効率的に整合させるために使用される。

反射性インテグレータには２つの基本タイプがあり、４つのミラーからなる「トンネル」タイプと、中実のガラス製インテグレータ、つまり「ソリッドロッドインテグレータ」である。後者のタイプは前者よりも効率が良く、その理由は、ガラスロッドのＴＩＲ（全反射）を利用して無損失の多数反射により機能するからである。

これまで、デュアルランプのプロジェクションシステムでは、各ランプに対して個別のインテグレータを使用してきた。各ランプからの光は、関連するインテグレータの入射面上へと垂直に集光され、リレーレンズへの光伝送のために出射面上に集められる。従来のシステム例については、米国特許第６，１９６，６９９号（Ｓｔａｎｔｏｎ）、米国特許第６，３４１，８７６号（Ｍｏｓｓ他）、米国特許第６，５２７，４２０号（Ｃｈｕａｎｇ）、米国特許第６，８５７，７６１号（Ｃｈａｎｇ）、米国特許第６，４８８，３７９号（Ｋａｎｅ）に開示されている。

発明者は、各ランプに対する個別的なインテグレータロッドを、単一のロッドに置き換えることが望ましいとの認識に至ったが、その目的は、取り付けや位置合わせが簡単であり、結合損失が小さく、低コストであるといった利益を享受することにある。これは、ミラーコーティングが不要であり（ＡＲコーティングのみ必要）、高出力によるミラーコーティングへの損傷の危険性がなくなることによる。

本明細書の一態様によると、デュアルランプカップリングシステムを提供し、インテグレータロッドの前方で、頂角６０°の正三角形プリズムを１個使って、２つのランプからの集束光を均質化させ、画像（イメージング）パネルに対して、ランプのアスペクト比を整合させる。一実施形態によれば、頂角６０°の正三角形プリズムがロッドの端部に一体化される。

さらに別の態様及び利点については、添付図面を参照しながら、以下に記載して請求する構成及び動作の詳細から当業者に明らかとなる。

図面を参照して、好適な実施形態の詳細な説明を以下に記載する。

図１及び図２において、頂角６０°の三角プリズム１は、ランプ３Ａからの光線２Ａ及びランプ３Ｂからの光線２Ｂをそれぞれ結合させるために、照明されない側面においてインテグレータロッド５に取り付けられている。プリズム１の幾何学的形状により、光線２Ａ及び２Ｂの入射角については、プリズム１の入射面６Ａ及び出射面６Ｂに対して直角であり、よって光源のＦナンバーが維持され、反射による光損失が最小となり、光収集の全断面積が最大化される。本発明の功を奏する実施では、２つのランプ３Ａ、３Ｂが、Ｐｅｒｋｉｎ−Ｅｌｍｅｒ社製のＧｅｎ ３ ４２０Ｗ Ｃｅｒｍａｘランプとされたが、任意の適切に設計したランプを使用できる。

図１及び図２の装置構成に関する光収集の効率についてシミュレーションを行って、シングルランプ構成と比較した。具体的には、９９９８本の光線が４２０ＷのＧｅｎ ３ Ｃｅｒｍａｘランプから出射され、１２×９ｍｍのシングルインテグレータロッド（図示せず）の入射面へと集光され、全９５３４本の光線が入射ロッド面に集められた（つまり、集光効率９５％）。そして、図１及び図２のデュアルランプカップリング構成は、４２０ＷのＧｅｎ ３ Ｃｅｒｍａｘランプから発した、９９９８×２＝１９９９６本の光線で検証され、これらの光線はプリズム１の入射面６Ａに集光されて、その結果、全１６３５４本の光線が入射ロッド面６Ｂに集められた（つまり、集光効率８２％）。但し、シングルランプシステムと比較した場合のカップリング性能比は、１６３５４／９５３４＝１．７１５（約１．７２倍）である。同様に、１０×７．５ｍｍのロッド５の場合、結果はシングルランプ構成について９０８９本の光線が集められ（つまり、集光効率９１％）、これに対して、デュアルランプカップリングの場合、１５０２２本の光線が集められた（つまり、集光効率は７５％であるが、シングルランプシステムに比べて、１５０２２／９０８９＝１．６５３（約１．６５倍）である）。

デュアルランプシステムとシングルランプシステムについてカップリング性能比を下表１に示す。

上記から容易に分かるように、本発明のデュアルランプ結合装置は、従来技術のシングルランプ構成と比べて、インテグレータロッド５でのカップリング性能比が５０％以上も高まることになる。

上記の好適な実施形態の記載を読んだ当業者は、変形例や代替例を想起できる。例えば、図３に示すように、頂角６０°の三角プリズム１’を、一体物としてインテグレータロッド５’に統合化できる。本実施形態は、プリズム１’の底面及びインテグレータロッド５’の前面からの反射損失を低減させるという利点をもつが、図１及び図２（インテグレータロッド５をプリズム１に対して回転させることが可能である）に示す実施形態との比較において、インテグレータロッド５’に対するプリズム１’の角度的配位の観点で、融通性が劣る。また代替の実施形態は、さらにコストが嵩むが、その理由はインテグレータロッド及びプリズムが特別な設計仕様を要するからである。光の入射角を適切に修正して、上記好適な実施形態による頂角６０°の正三角形プリズム以外に、デュアルランプカップリング用プリズムの他の内角を用いることができる。

上記変形例及び代替例は全て、添付請求項の範囲内と推定される。

本発明の実施形態による、光学インテグレータ用のデュアルランプカップリングについて概略的に示す図である。 図１に示すデュアルランプカップリングの平面図であり、デュアルランプからの光線の反射を示す。 代替例によるデュアルランプカップリングの斜視図である。

Claims (8)

1. デュアルランプ結合装置であって、
   第１光線の光源に対してほぼ直交的な配向とされた第１面と、
   第２光線の光源に対してほぼ直交的な配向とされ、前記第１面に対して予め定められた角度をなす第２面を備え、前記第１光線が前記第１面を透過して前記第２面で反射するとともに、前記第２光線が前記第２面を透過して前記第１面で反射し、該第２光線が
   前記第２面で反射した前記第１光線とほぼ平行とされ、
   前記第２面で反射した前記第１光線及び前記第１面で反射した前記第２光線のそれぞれに対してほぼ平行な方向を向いた別の面を備えた、デュアルランプ結合装置。
2. 前記第１面及び第２面が、前記別の面を組み込んだ光学インテグレータロッドに設けられたプリズムの隣接面である、請求項１に記載のデュアルランプ結合装置。
3. 前記第１面及び第２面が、前記別の面を組み込んだ光学インテグレータロッドに一体化された隣接面である、請求項１に記載のデュアルランプ結合装置。
4. 前記予め定められた角度が６０°である、請求項１に記載のデュアルランプ結合装置。
5. 前記プリズムが頂角６０°の正三角形プリズムである、請求項２に記載のデュアルランプ結合装置。
6. 前記予め定められた角度が６０°である、請求項３に記載のデュアルランプ結合装置。
7. デュアルランプ結合方法であって、
   第１光線に対してほぼ直交的な配向とされた第１面に該第１光線を透過させ、
   第２光線に対してほぼ直交的な配向とされ、かつ前記第１面に対して予め定められた角度をなす第２面に該第２光線を透過させて、前記第１光線が前記第１面を透過して前記第２面で反射するとともに、前記第２光線が前記第２面を透過して前記第１面で反射し、該第２光線が前記第２面で反射した前記第１光線とほぼ平行となるようにし、
   前記第２面で反射した前記第１光線及び前記第１面で反射した前記第２光線に対してほぼ平行な方向を向いた面へと、前記第１光線及び前記第２光線を反射させる、デュアルランプ結合方法。
8. 前記予め定められた角度が６０°である、請求項７に記載の方法。

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