JP2010272543A - マルチランプ照明システム - Google Patents

Abstract

【課題】投影表示のための新規で向上したランプ照明システムであって、効率、サイ
ズおよび低価格性が向上したシステムを提供する。
【解決手段】光を作り出すための複数の光手段と、前記各光手段からの光を集め、集
束するための複数の集光手段と、前記集光手段からの集められた光をまとめ、集めら
れた光を単一の出力にまとめるためのまとめ手段とを含み、各前記集光手段は、再帰
反射体及び各前記光手段からの光を集光するデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）を有す
る。
【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本願は、２００２年６月２１日に出願され、「投影表示のためのマルチランプ照明」と題された、米国特許仮出願第６０／３９０，１２４号の内容を引用により援用し、その利益の享受を主張する。

本発明は、投影表示のためのランプの配列に関する。

ハイパワー投影装置は、しばしば、マルチキロワット領域のハイパワーキセノンランプを採用し、数千ルーメンの画面出力を提供する。キセノンランプは効率が悪く、これらの高出力パワーにおいては長いアークギャップを有する。結果的にこのような装置は高価で、かつ嵩が高い。

代替として、数個のローパワーランプを含むハイパワープロジェクタが設計されてきた。たとえば、ローパワーのメタルハライドまたはＵＨＰタイプのランプがより効率的であり、より小さいアークギャップを有し、より低コストである。結果として、プロジェクタがより小型で低コストとなり、かつキセノンランプシステムと比較して、同じまたはより高い出力を作り出すことができる。しかし、２つまたはそれ以上のランプの出力を組合わせると、通常、ランプからの輝度が失われる結果となり、そのためシステムの効率を低減する。

したがって、投影表示のための新規で向上したランプ照明システムであって、効率、サイズおよび低価格性が向上したシステムが必要である。

本発明の１つの実施例によれば、照明システムは、複数のランプと、複数の第１の光反射体と、複数の第２の光反射体と、出力光ガイドとを含む。各第１の光反射体は、１個のランプからの光出力を、１個の第２の光反射体の入力に反射するよう配列される。各第２の光反射体は、１個の第１の光反射体の出力からの光を、出力光ガイドの入力へと導くよう配列され、それにより各ランプの出力は単一の出力にまとめられる。

本発明の第１構成は、
光を作り出すための複数の光手段と、
前記各光手段からの光を集め、集束するための複数の集光手段と、
前記集光手段からの集められた光をまとめ、集められた光を単一の出力にまとめるためのまとめ手段とを含み、
各前記集光手段は、再帰反射体及び各前記光手段からの光を集光するデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）を有する点にある。

本発明の第２構成は、上記第１構成に加えて、
前記デュアル放物面反射体（ＤＰＲ）は、前記光手段からの光を、反射された光を前記まとめ手段に導く光ガイド手段に反射するように設けられている点にある。

本発明の第３構成は、上記第２構成に加えて、
各前記まとめ手段は、光ガイド手段からの光を、各光手段からのまとめられた光を出力するための単一出力手段に反射するための反射体手段を含む点にある。

本発明の第４構成は、上記第１構成に加えて、
前記再帰反射体は、前記光手段からの光を前記デュアル放物面反射体（ＤＰＲ）に反射するように設けられている点にある。

本発明の第５構成は、上記第４構成に加えて、
前記デュアル放物面反射体（ＤＰＲ）は、前記再帰反射体からの反射する光を前記デュアル放物面反射体（ＤＰＲ）に集束するように設けられている点にある。

本発明のさらなる用途および利点は、下記に図面を参照して説明される。

本発明の実施例によるランプ照明システムの図である。 本発明の実施例によるランプ照明システムの斜視図である。 参考例による、光パイプおよび２つの楕円反射体システムを用いたランプ照明システムの図である。 本発明の他の実施例による、出力光パイプの軸に沿った照明システムの図である。 本発明の他の実施例による、システムの入力側に加えられた追加の接続光パイプを有する照明システムの図である。 本発明の他の実施例による、入力光パイプのないランプ照明システムの図である。

本発明によれば、２つまたはそれ以上のランプからの出力を輝度の損失なく単一の出力光パイプに集光し、まとめるために、光パイプシステムが設けられる。本発明は、デュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システムで用いられるのに好適であるが、本発明はこのような用途に限定されることを意図しない。焦点レンズを伴う伝統的な楕円反射体システムまたは放物面反射体システムもさらに使用できる。これらの後者２つの場合、楕円反射体および放物面反射体において輝度が部分的に失われる。しかし本発明は、本システムの入力における光の輝度を依然として保つ。

図１は、本発明の実施例による、２つのデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システムを用いたランプ照明システムの概略図である。システム１００は、２組のデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システム１０２ａおよび１０２ｂを含む。各デュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システム１０２（ａ，ｂ）は、デュアル放物面反射体（ＤＰＲ）１０４（ａ，ｂ）、ランプ１０６（ａ，ｂ）、再帰反射体１０８（ａ，ｂ）およびテーパ状の光パイプ１１０（ａ，ｂ）を含む。テーパ状の光パイプは、さらに効率を上げるために、凸型の出力表面を有するよう設計されてもよい。平坦な出力もさらに使用できる。

各ランプ１０６（ａ，ｂ）のアークからの光出力は、再帰反射体１０８（ａ，ｂ）およびデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）１０４（ａ，ｂ）によって反射され、集束されて単一の光ビームとなり、各テーパ状の光パイプ１１０（ａ，ｂ）の入力となって、光パイプ出力表面によって所望の面積および角度に変形される。機械的な制約によって、各光パイプ１１０（ａ，ｂ）の出力は９０°、または他の適正な角度で、プリズム１１４（ａ，ｂ）などの反射手段により反射され、出力光パイプ１１２にまとめられてもよい。出力光パイプへの２つの入力は混合されて最終的な単一の出力を生成し、投影表示のためのアークの輝度および均一な空間的枠組みを保つ。

示されるように、出力光パイプ１１２は真っ直ぐでもよく、または所望の出力寸法および角度に依存してテーパ状でもよい。実施例では反射にプリズムを用いる場合を示すが、ミラーのような他の反射手段も使用できる。しかし、プリズムは他の反射手段よりさらに効率的な導波管を連続して与えるので、好ましい。各プリズム１１４（ａ，ｂ）の傾斜した面は、投影システムの開口数（ＮＡ）に依存して、全反射を与えるためにむきだしでもよく、または反射用の被膜が設けられてもよい。図１は、光パイプとプリズムとの間のギャップを示す。これらのギャップは透明なエポキシまたは空気で満たされてもよく、またはギャップが全く設けられなくてもよい。

図２は、本発明の実施例による光照明システムの斜視図を示す。示されるように、入力光パイプおよび出力光パイプ１１０（ａ，ｂ）は真っ直ぐである。光パイプは、図１に関連して上述したように、テーパ状でもさらによい。

入力光パイプ１１０（ａ，ｂ）に対する光入力は、図１に示されるようなデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システムから導かれるように構成されている。各ランプ１０６は、同じタイプのランプおよびワット数でもよく、または、異なるタイプのランプおよび／または異なるワット数、異なるカテゴリなどでもよい。たとえば、１個のランプ１０６が２００Ｗのキセノンランプであって、他のランプ１０６が１００ＵＨＦランプであってもよい。他の場合には、より大きな自由度での発光出力の調節が可能となるよう、発光スペクトルが異なるようにランプが選択されることができる。

図２は、光パイプとプリズムとの間のギャップを示す。これらのギャップは透明のエポキシまたは空気で満たされてもよく、あるいはギャップが全く設けられなくてもよい。

図３は、本発明に含まれるものではないが、２つの光パイプと２つの楕円反射体システムとを利用する、本発明の参考例の概略図である。この参考例は、デュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システムの代わりに楕円反射体システムが用いられることを除き、図１に示す実施例に類似する。ランプ１０６（ａ，ｂ）からの光出力は、楕円反射体１１６（ａ，ｂ）を介して光パイプ１１０（ａ，ｂ）の入力にそれぞれ反射される。ランプからの出力は、プリズム１１４（ａ，ｂ）と出力光ガイド１１２とを介してまとめられて、単一の出力を作り出す。

図３は光パイプとプリズムとの間に小さいギャップを示す。これらのギャップは透明のエポキシまたは空気で満たされてもよく、あるいはギャップが全く設けられなくてもよい。

本発明は、上記の図１から図２に示される、２つのランプがある構成に限定されることを意図するものではなく、他の複数のランプ構成も可能である。たとえば、図４は本発明の他の実施例による、出力光パイプの軸に沿った照明システムの図を示す。図４では、４つのランプが単一の出力にまとめられる。この場合、４つの入力光パイプ１１０（ａ−ｄ）および４つのプリズム１１４（ａ−ｄ）が、４つのランプ（図示されない）からの光を出力光パイプ１１２に導く。

上述の実施例のように、光パイプ１１０は真っ直ぐ、またはテーパ状でもよく、光入力は、所望の出力を作り出すために、多様なタイプの反射体などから与えられる。

図５は、本発明の他の実施例による、追加の接続光パイプがシステムの入力側に加えられた照明システムの概略図を示す。接続光パイプ１１８（ａ，ｂ）は、入力の方向を変更するよう作動する。物理的な実施形態に依存して、入力の１個または複数が、接続光パイプを用いて与えられてもよい。これらは、上述の２つのランプ、または４つのランプを用いるシステム、または本発明による他のマルチランプシステムに適用できる。

本発明は、他の多角体の入力光パイプおよび出力光パイプに応用できる。たとえば、三角柱の出力光パイプの入力面は３つの部分に分割でき、４面のプリズムは、三角柱の入力光パイプからの光を出力光パイプに反射するために使うことができる。５側面の出力光パイプは、５つの４面プリズムを５つの三角柱の入力光パイプとともに配列することによっても構成できる。他の多角体の出力光パイプが同様の態様で構成できる。

上述の実施例は、出力光パイプ１１２の入力が各ランプから等しい量の光を受取るために均等に分割されることを示すが、不均等な分割もさらに実施できる。たとえば、異なるアークサイズのランプが用いられるとき、不均等な入力に基づいて全体として出力が最適化されるよう、出力光パイプの入力面積が不均等に分割されてもよい。

光パイプは、ソリッドガラス、クォーツなどから出来ていてもよく、または中空でもよい。使われるランプは、メタルハライド、ＵＨＰ、水銀、高圧水銀、フィラメント、ナトリウム、発光ダイオード（ＬＥＤ）などでもよい。

上述の実施例において、ランプ１０６からの光は、入力光ガイド（テーパ状の光パイプ）１１０を使わずに、たとえば再帰反射体１０８（ａ，ｂ）およびデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）１０４（ａ，ｂ）から直接に、または追加のレンズなどを介して、プリズムまたは他のまとめ手段に直接に集束されてもよいことを理解すべきである。たとえば、各デュアル放物面反射体（ＤＰＲ）１０２は、ランプ１０６からの光出力を直接にプリズム１１４に集束するよう構成されてもよく、または光をプリズムに集束するようレンズ（図示されない）が追加されてもよい。一例として図６は、プリズム１１４ａおよび１１４ｂに直接入力される光を示し、各プリズムは入力光を出力光パイプ１１２に導く。

図６に示すように、光パイプとプリズムとの間にギャップが配置される。これらのギャップは透明なエポキシまたは空気によって満たされてもよく、あるいは全くギャップが設けられなくてもよい。

このように、本発明は図面を参照して完全に説明された。本発明がこれらの好ましい実施例に基づいて説明されたが、当業者には、本発明の精神および範囲内に留まる、ある変形、バリエーション、代替的構造などが明らかであろう。したがって、本発明の外延を決定するためには、付随する請求項が参照されなければならない。

本発明のランプ照明システムは、
複数のランプと、
複数の第１の光反射体と、
複数の第２の光反射体と、
出力光ガイドとを含み、
各前記第１の光反射体は、再帰反射体とデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）とを有しており、
各前記第１の光反射体は、対応する前記複数のランプのうち１個からの光出力を、前記複数の第２の光反射体のうち、１個の第２の光反射体の入力に反射するよう配列され、
各前記第２の光反射体は、それぞれ、前記複数の第１の光反射体のうち１個の出力からの光を前記出力光ガイドの入力に導くよう配列され、
各前記複数のランプの出力は単一の出力にまとめられる構成となっている。

上記の本発明のランプ照明システムは、
複数の入力光ガイドをさらに含み、各前記複数の第１の光反射体は、前記複数のランプのうち１個からの光出力を、前記複数の入力光ガイドのうち１個の入力光ガイドの入力に反射するよう配列され、各前記複数の第２の光反射体は、前記複数の入力光ガイドの１個の出力からの光を、前記出力光ガイドの入力に導くよう配列され、各前記複数の光ガイドの出力が単一の出力にまとめられる構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記複数のランプは第１および第２のランプを含み、前記複数の第１の光反射体は第１および第２のデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）を含み、前記複数の入力光ガイドは第１および第２の入力光ガイドを含み、前記複数の第２の光反射体は第１および第２のプリズムを含み、さらに、
前記第１および第２のデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）は、それぞれ前記第１および第２のランプからの光出力を前記第１および第２の入力光ガイドの入力にそれぞれ反射するよう配列され、前記第１および第２のプリズムは、前記第１および第２の入力光ガイドからの光を前記出力光ガイドの入力にそれぞれ導くよう配列される構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記第１および第２のプリズムは同一の９０°プリズムであって、等しい量の光を前記出力光ガイドに入力するよう配列される構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記第１および第２のランプは同じタイプのランプを含む構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記第１のランプは、前記第２のランプと異なるタイプのランプを含む構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記複数の入力光ガイドはテーパ状の光ガイドを含む構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記複数の入力光ガイドは真っ直ぐな光ガイドを含む構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記再帰反射体は、前記第１および第２のランプからの光を前記第１および第２のデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）にそれぞれ反射するよう配列される第１及び第２の再帰反射体から構成することができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記第１および第２のプリズムの出力側はそれぞれ前記出力光ガイドの入力を均等に分割する構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記出力光ガイドの入力面積は、前記第１および第２のプリズムのそれぞれ第１および第２の出力側の間で、前記第１および第２のランプのアークサイズに基づいて比例分割される構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記複数の入力光ガイドは三角柱の入力光パイプを含み、前記複数の第２の光反射体は４面プリズムを含み、前記出力光ガイドは三角柱の出力光パイプを含み、前記４面プリズムは入力光パイプからの光を出力光パイプに反射するよう配列される構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記複数の入力光ガイドは５つの三角柱の入力光パイプを含み、前記複数の第２の光反射体は５つの４面プリズムを含み、前記出力光ガイドは５側面の出力光パイプを含み、前記４面プリズムは入力光パイプからの光を出力光パイプに反射するよう配列される構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記複数のランプおよび前記複数の第１の光反射体の間に配置される複数のレンズをさらに含み、各々は前記複数のランプのうち１個からの光出力を、前記複数の第２の光反射体のうち１個の第２の光反射体の入力に集束するよう配列される構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
ギャップは、前記第１および第２の入力光ガイドと前記第１および第２のプリズムとの間にそれぞれ配置される構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
ギャップは、前記第１および第２のプリズムと前記出力光ガイドとの間に配置される構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記ギャップは透明なエポキシで満たされる構成とすることができる。

本発明のランプ照明システムは、
前記第１および第２の入力光ガイドと前記第１および第２のプリズムとの間にそれぞれギャップがない構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記第１および第２のプリズムと前記出力光ガイドとの間にギャップがない構成とすることができる。

本発明のランプ照明システムは、
複数のデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システムと、
複数の反射体と、
出力光ガイドとを含み、
各前記デュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システムは、ランプ、再帰反射体、及びデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）とを有しており、
各前記複数のデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システムは、前記複数の反射体のうち１個の入力に光を生成し、集束するよう配列され、
各前記複数の反射体は、前記複数のデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システムのうち１個の出力からの光を前記出力光ガイドの入力に導くよう配列され、
各前記デュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システムの出力が単一の出力にまとめられる構成となっている。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記ランプは、ランプからのほぼすべての光出力を単一の出力に集束する態様で、前記再帰反射体および前記デュアル放物面反射体（ＤＰＲ）の間に配置され、さらに、
各前記単一の出力は、前記複数の反射体のうち対応する１個の反射体の入力に集束される構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記複数のデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システムの第１のデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システムおよび第２のデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システムは、前記第１および第２のデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システムの出力側が対向するよう配列される構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
複数の入力光ガイドをさらに含み、各前記複数のデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システムは、前記複数の入力光ガイドのうち１個の入力に光を生成し、集束するよう配列され、各前記複数の反射体は、前記複数の入力光ガイドのうち１個の出力からの光を、前記出力光ガイドの入力に導くよう配列され、各前記複数の光ガイドの出力が単一の出力にまとめられる構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記ランプは、ランプからのほぼすべての光出力を単一の出力に集束する態様で、前記再帰反射体および前記デュアル放物面反射体（ＤＰＲ）の間に配置され、さらに、
各前記単一の出力は前記複数の反射体のうち１個の入力に集束される構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記複数のデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システムの第１のデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システムおよび第２のデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システムは、前記第１および第２のデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システムの出力側が対向するよう配列される構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記複数の入力光ガイドの第１の入力光ガイドは、前記第１のデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システムから光出力を受取るよう配列され、前記複数の入力光ガイドの第２の入力光ガイドは、前記第２のデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システムから光出力を受取るよう配列され、前記第１および第２の入力光ガイドは互いに平行であって、前記出力光ガイドに直交する構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記複数の反射体の第１のプリズムは、前記第１の入力光ガイドから光出力を受取るよう配列され、前記複数の反射体の第２のプリズムは前記第２の入力光ガイドから光出力を受取るよう配列され、前記第１および第２のプリズムは互いに隣接して構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記第１および第２の入力光ガイドはテーパ状の光ガイドであって、出力側から入力側へ狭くなり、各光ガイドの前記出力側は、前記第１および第２のプリズムの入力側とほぼ同じ面積であり、各プリズムの出力側は前記出力光ガイドの入力の面積の２分の１にほぼ等しい面積を有する構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記複数のデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システムおよび前記複数の反射体の間に配置される複数のレンズをさらに含み、各々は前記複数のデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）システムのうち１個からの光出力を前記複数の反射体のうち１個の反射体の入力に集束するよう配列される構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
ギャップは、前記第１および第２の入力光ガイドと前記第１および第２のプリズムとの間にそれぞれ配置される構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
ギャップは、前記第１および第２のプリズムと前記出力光ガイドとの間に配置される構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記ギャップは透明なエポキシで満たされる構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記第１および第２の入力光ガイドと前記第１および第２のプリズムとの間にそれぞれギャップがない構成とすることができる。

上記の本発明のランプ照明システムは、
前記第１および第２のプリズムと前記出力光ガイドとの間にギャップがない構成とすることができる。

Claims (5)

1. ランプ照明システムであって、
   光を作り出すための複数の光手段と、
   前記各光手段からの光を集め、集束するための複数の集光手段と、
   前記集光手段からの集められた光をまとめ、集められた光を単一の出力にまとめるためのまとめ手段とを含み、
   各前記集光手段は、再帰反射体及び各前記光手段からの光を集光するデュアル放物面反射体（ＤＰＲ）を有する、システム。
2. 前記デュアル放物面反射体（ＤＰＲ）は、前記光手段からの光を、反射された光を前記まとめ手段に導く光ガイド手段に反射するように設けられている請求項１に記載のシステム。
3. 各前記まとめ手段は、光ガイド手段からの光を、各光手段からのまとめられた光を出力するための単一出力手段に反射するための反射体手段を含む、請求項２に記載のシステム。
4. 前記再帰反射体は、前記光手段からの光を前記デュアル放物面反射体（ＤＰＲ）に反射するように設けられている請求項１に記載のシステム。
5. 前記デュアル放物面反射体（ＤＰＲ）は、前記再帰反射体からの反射する光を前記デュアル放物面反射体（ＤＰＲ）に集束するように設けられている請求項４に記載のシステム。

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