JP3945581B2 - 光統合システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光統合システムに関するものであり、より具体的には、複数のランプで構成した映写用光統合システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】
今日、周知の映写技術は、主に以下の二つのグループに分けられる。つまり、液晶表示（ＬＣＤ）映写とデジタル光プロセッシング（ＤＬＰ）映写の二グループである。
ＤＬＰ映写は、米国のテキサスインストゥルメントによって開発されたものである。
ＤＬＰ技術は、非常に小さな鏡をマイクロチップに取り付けた、デジタルマイクロ鏡装置（ＤＭＤ）と呼ばれるものを有し、光を反射させ、非常に鮮明でシャープな映写イメージを生成するものである。しかしながら、ＬＣＤまたはＤＬＰを採用した映写装置は、一般的に１個のランプを光源として利用し、イメージの映写を実行するものである。より高いルーメンスを得るためには、映写装置が、より強力なランプをもつ必要がある。
他のアプローチとしては、光学的原理を利用して、光を統合し、より大きな出力を得ることによって、イメージを映写するために、より大きなルーメンス出力を得ることが可能である。
【０００３】
しかしながら、強力なランプは、寿命が短いし、ルーメンスの効率性は低く、しかも電力を多く消費することとなる。更に予備部品に要する費用を上げることとなる。したがって、強力なランプを利用することは、効果的な技術解決策であるとはいえない。
【０００４】
より強力なランプを採用する技術に加え、光学的原理を利用して、省力のランプの光を統合し、より強力な光ビームを出力する技術が存在する。
図１は、その技術を例としたものである。第一放物面鏡１１と、前記放物面鏡１１の焦点に位置する第一ランプ２１と、第二放物面鏡１２と、前記第二放物面鏡１２の焦点に位置する第二ランプ２２とを有する。
スネルの法則によれば、第一ランプ２１から放たれる光２１Ａは、第一放物鏡１１上で反射し、第二放物線鏡１２へと投射され、そして直角プリズム３０を通過して光トンネル４０へと反射することになる。
同様に、第二ランプ２２から放たれる光２２Ｂは、第一放物面鏡１１上で反射し、第二放物面鏡１２へと直接投射され、そして直角プリズム３０を通過して光トンネル４０へと反射することになる。
同様に、第二放物面鏡１２から放たれた光２２Ａと２２Ｂは、同じ経路を辿って、光トンネル４０へと反射することになる。
直角プリズム３０は、第一ランプ２１と第二ランプ２２からの光が、光トンネル４０へ進入することを許し、第一ランプ２１と第二ランプ２２とのエネルギーを合体させるものである。
【０００５】
図１に示される光統合システムは、放物面鏡と直角プリズムの特徴を利用したものである。光統合の効率性は、１．３〜１．４である。
ランプのエネルギー消耗といった意味ではまだ改善の余地がある。更に、放物面鏡を製造するには、非球形製造技術が必要であるが、これは極めて難しい技術である。
放物面鏡と直角プリズムのエラーが、平行光ビームの出力を困難なものにする。結果として、光の統合の効率性が低下する。
【０００６】
したがって、比較的省力の２個以上のランプを利用し、光学的原理を採用して、同等量の出力ルーメンスを獲得し、光統合の効率性を向上させることによって、従来技術によって引き起こされる、高出力消費問題と照明の低い効率性に関する問題を解決するといった、光統合システムの発展の必要性がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した従来技術の欠点を参考にし、本発明は、イメージ映写を目的にして、出力を増加させ、高いルーメンスを提供するために、光統合原理を適用し、２個以上のランプを用いた、照明統合システムを提供する。
【０００８】
本発明の他の目的は、楕円鏡を光の反射鏡として採用した、効率的な光統合システムを提供することにある。
【０００９】
楕円形状のデュアルフォーカス機能は、第一焦点上に位置するランプが、楕円面鏡上に反射するのを許容し、第二焦点上に集束して、反射後のエネルギーロスを減らし、光統合の効率性を増加させるものである。
【００１０】
本発明の第一実施例によれば、光統合システムは、楕円形状の焦点に位置するランプと、楕円形状の長軸と短軸の交差点に位置する光誘導手段とを含むものである。
そして、ランプから放たれる光は、集束され、一方側に出力され、楕円形状の短軸から伸張される。
【００１１】
上述のランプは、更に、ランプから光誘導手段へと発せられた光を集束するために、第一焦点に位置したランプを有する楕円面に形成された第一ランプシェードを含むものである。
更に、第二ランプシェードは、また楕円面に形成され、第二ランプシェードの第一焦点へと放たれたランプの光を集束するために、第一ランプシェードの反対側に位置される。
第一ランプシェードと第二ランプシェードの焦点機能を通じて、光伝達時に起こるロスを減少させることが可能であり、また光統合の効率性も上昇させることが可能である。
更に、例えばプリズムのような、光誘導手段は、ビームスプリッタと反射器を含むものである。
【００１２】
本発明の第二実施例において、その光統合システムは、楕円形状の二つの焦点に夫々位置する２個のランプと、楕円形状の長軸と短軸の交差部に位置する光誘導手段とを含むものである。
ランプより発せられる光は、集束されて、楕円形状の短軸から伸びる一方方向へと出力される。
【００１３】
前記のランプは、更にランプから光誘導手段へと発せられた光を集束するために、楕円面に形成したランプシェードを含むものである。
ランプシェードの焦点機能を通じて、光伝達時に起きているロスを減少させることが可能であり、そして光統合の効率性も上げることが可能である。
例えば、プリズムのような、光誘導手段は、更にビームスプリッタと反射器を有する。
【００１４】
前記した本発明の目的、機能、利点とそれ以外の追加的な目的、機能、利点は、以下に記載した詳細な説明からより明白なものとなり、以下の詳細な説明は添付の図面と共に説明される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
説明の理解をできるだけ容易なものとするため、以下の説明にあるランプは、楕円シェードを利用して説明する。実際には、どのようなランプであっても、光を焦点へと集束するものであれば、本発明のランプとして利用可能である。
【００１６】
図２を参照しながら、本発明の第一実施例である光統合システムに関して説明する。
２個のランプで構成された光統合システムは、第一楕円面鏡５１と、第二楕円面鏡５２と、第一ランプ６１と、第二ランプ６２と、ビームスプリッタ７１と、反射器７２と、光トンネル４０とを含むものである。
第一楕円面鏡５１と第二楕円面鏡５２とは、夫々の内側が全面反射フィルムで覆われ、第一楕円面鏡５１と第二楕円面鏡５２上に投射された光を反射させる。
第一楕円面鏡５１と第二楕円面鏡５２とは、第一ランプ６１と第二ランプ６２のランプシェードの役割を果たすものである。
ビームスプリッタ７１と反射器（反射鏡）７２とは、光誘導手段の役割を果たし、第一ランプ６１と第二ランプ６２から出力用に出力側へ発せられた光を誘導する。
【００１７】
本発明の光統合システムは、従来技術で利用されていたような、放物面鏡というよりも、むしろ楕円鏡を利用している。
これは、従来の光統合システムが、放物面鏡の焦点に位置したランプを持ち、放物面鏡によって反射された後に、平行光を生成し、前記平行光が直角プリズムによって反射されて、出力用の平行光ビームを形成するからである。
しかしながら、光は通常出力される前に何度も反射される。放物面鏡とプリズムのエラーは、平行光ビームの出力を困難なものにする。
【００１８】
楕円形状は、第一焦点と第二焦点から構成する、二つの焦点を持つ。全体を反射フィルムで覆われた楕円形状において、第一焦点から放たれた光は、反射フィルムで反射され、第二焦点上に集束される。
同様に第二焦点から発射された光は、第一焦点上に集束される。したがって、集束された光を光トンネルに導くための投射角は、容易に制御可能であり、エラーの許容範囲がより大きくなるため、柔軟性が増す。
【００１９】
本発明の光統合システムは、楕円形状の焦点の機能を利用している。第一ランプ６１は、第一楕円面鏡５１の第一焦点上に位置し、第二ランプ６２は、第二楕円面鏡５２上の第一焦点に位置する。
第一楕円面鏡５１と第二楕円面鏡５２の位置で楕円形状を形成することによって、第一楕円面鏡５１の第一焦点と第二楕円面鏡５２の第二焦点が、一致し、第一楕円面鏡５１の第二焦点と第二楕円面鏡５２の第一焦点がまた、一致する。
【００２０】
光トンネル４０と反射器７２は、夫々が第一楕円面鏡５１と第二楕円面鏡５２とによって形成された、楕円形状の短軸の両側の延長上に位置するものである。
光トンネルは、次の光システムに統合される光を誘導する。光トンネル４０は、このシステムに必要な要件と考えることができ、また光を焦点に集束する焦点プリズムとなり得る。
【００２１】
ビームスプリッタ７１は、第一楕円面鏡５１と第二楕円面鏡５２によって形成された楕円平面の長軸と短軸の交差点に位置して、第一焦点と第二焦点から投射された光を反射する。
反射せずにビームスプリッタ７１を透写する光は、楕円面鏡５１，５２によって反射され、ビームスプリッタ７１を通して光トンネル４０に導かれる。
反射器７２は、光のロスを減らすために、再びビームスプリッタ７１に散乱光を反射させるのに利用される。
【００２２】
図３を参照しながら、第一ランプ６１の光集束過程を説明する。スネルの法則によれば、第一ランプ６１から放たれた光６１Ａは、第一楕円面鏡５１によって反射され、ビームスプリッタ７１に投射される。
光６１Ａは、最終的にビームスプリッタ７１、反射器、第一楕円面鏡５１、第二楕円面鏡５２、スプリッタ７１から光トンネル４０への光反射路を通過して光トンネル４０へと導かれる。
しかしながら、光６１Ａは、ビームスプリッタ７１によって完全に反射される訳ではない。光６１Ａの一部は、ビームスプリッタ７１を通過して、図３に示されるように光６１ＡＡとなる。
【００２３】
光６１ＡＡの路は、またスネルの法則に従うものである。光６１ＡＡは、第二楕円面鏡５２によって反射され、ビームスプリッタ７１によって反射されて、光トンネル４０へと進入する。
第一ランプ６１は、更に他の光６１Ｂを発し、ビームスプリッタ７１と反射器７２によって反射され、第二楕円面鏡５２上に投射される。
そして、光６１Ｂは、第二楕円面鏡５２とビームスプリッタ７１を通過して光トンネル４０に反射することとなる。光ビーム６１Ａ，６１ＡＡ，６１Ｂの路が、第一楕円面鏡５１または第二楕円面鏡５２で反射されようと、ビームスプリッタ７１によって、第一ランプ６１から発せられた光を、光トンネル４０に集束されることが可能であることを示している。
【００２４】
第４図を参照しながら、第二ランプ６２の集束過程について説明する。スネルの法則によれば、第二ランプ６２から放たれた光６２Ａは、第二楕円面鏡５２上で反射され、ビームスプリッタ７１上に投射され、光を光トンネル４０に反射する。
光６２Ａの一部は、ビームスプリッタ７１を通過し、光６２ＡＡとなる。同様に、スネルの法則によれば、光６２ＡＡは、第一楕円面鏡５１によって反射され、ビームスプリッタ７１で反射されて、光トンネル４０へと進入する。
【００２５】
第二ランプ６２は、他の光６２Ｂを放ち、他の光６２Ｂは、第二楕円面鏡５２によって反射され、反射器７２上に投射され、ビームスプリッタ７１に反射され、そして第一楕円面鏡５１によって反射する。光６２Ｂは，光６２ＡＡと同じ経路を辿り、最終的には光トンネル４０へと進入する。
上述の説明を基にビームスプリッタ７１を利用して、第一楕円面鏡５１または第二楕円面鏡５２で反射されようと、第二ランプ６２から発せられる光が光トンネル４０に集束されることが可能である。
最後に、反射器７２を通じて、散乱光は、第一楕円面鏡５１と第二楕円面鏡５２とに反射が可能であることから、反射のロスを減少させることとなる。
【００２６】
したがって、第一ランプ６１または第二ランプ６２から放たれる光は、第一楕円面鏡５１と第二楕円面鏡５２によって充分に反射され、ビームスプリッタ７１を通過して、最終的には、ビームスプリッタ７１によって集束される。
よって、二つの異なったランプより発せられる光エネルギーは、反射され、蓄積されてより大きな力の光となる。
【００２７】
本発明の光統合システムは、２個のランプを同時に使用するよりもむしろ、１個のランプだけを使用する。第一楕円面鏡と第二楕円面鏡の焦点の特徴を通じて、光統合の効率性が向上する。
ビームスプリッタは、第二楕円面鏡に近い光出力側に分割グリッド（図示せず）を設けて、光トンネルに入る前に、光を赤灯、緑灯、白灯とに分けることが可能である。
【００２８】
ビームスプリッタ７１と光誘導手段の反射鏡７２の構造は、図２に示されている。更に、反射鏡７２はまた、図５に示されるように楕円面鏡を呈することが可能である。
第三楕円面鏡５３は、光を集中させるために用いられ、前記光は、ビームスプリッタ７１から反射され、ビームスプリッタ７１と第一楕円面鏡５１または第二楕円面鏡５２に反射し直して光のロスを減少させる。
【００２９】
更に、光誘導手段は、また図６に示めすようなプリズム７３を採用することも可能である。
プリズム７３は、楕円形状の長軸と短軸の交差点に位置し、第一楕円面鏡５１と第二楕円面鏡５２との焦点機能を利用して、第一ランプ６１と第二ランプ６２とから放たれた光を集束する。
【００３０】
図７を参照して、本発明の第二の実施例に示される光統合システムについて説明する。３個のランプから構成する光統合システムは、第一楕円面鏡５１と、第二楕円面鏡５２と、第三楕円面鏡５３と、第一ランプ６１と、第二ランプ６２と、第三ランプ６３と、ビームスプリッタ７１と、光トンネル４０とを含むものである。
第一楕円面鏡５１と、第二楕円面鏡５２と、第三楕円面鏡５３とは、それらの内側が前面反射フィルムで覆われており、第一楕円面鏡５１と、第二楕円面鏡５２と、第三楕円面鏡５３上に映写された光を反射する。
【００３１】
本発明の第二実施例の光統合システムは、また楕円形状の焦点機能を利用するものである。
第一ランプ６１は、第一楕円面鏡５１の第一焦点上に位置し、第二ランプ６２は、第二楕円面鏡５２の第一焦点上に位置する。
第一楕円面鏡５１と第二楕円面鏡５２の位置決めによって、楕円形状が形成される。
したがって、第一楕円面鏡５１の第一焦点と第二楕円面鏡５２の第二焦点とが一致し、第一楕円面鏡５１の第二焦点と第二楕円面鏡５２の第一焦点とが一致する。
【００３２】
第三ランプ６３は、第三楕円面鏡５３の第一焦点に位置する。第一楕円面鏡５１と第二楕円面鏡５２によって形成される楕円形状の短軸と第三楕円面鏡５３の楕円の長軸とが一致する。
【００３３】
光トンネル４０は、第三楕円面鏡５３の第二焦点に位置し、統合された光を次の光学システムへと誘導する。光トンネル４０は、本システムの必須要素として考えられている。また光トンネルは、プリズムであることも可能である。
【００３４】
ビームスプリッタ７１は、第一焦点と第二焦点から映写された光を反射させる目的で、第一楕円面鏡５１と第二楕円面鏡５２によって形成された、楕円形状平面の長軸と短軸の交差点に位置する。
反射されずに、ビームスプリッタ７１を透写する光は、楕円面鏡によって反射され、ビームスプリッタ７４を通じて光トンネル４０に誘導される。
【００３５】
第一ランプ６１および第二ランプ６２から放たれる光の路および集束方法は、上述の第一実施例と似ている。
第一実施例のように、第三ランプ６３から放たれた光は、第三楕円面鏡５３で反射され、ビームスプリッタ７１を通って光トンネル４０に集束される。
【００３６】
上述の光統合システムは、３個のランプよりも、むしろ１個か２個のランプを一度に利用する。
楕円面鏡の焦点機能を通じて、光統合の効率性は高くなる。
【００３７】
同様に、ビームスプリッタは、第二楕円面鏡に近い光出力側に分割グリッド（図示せず）を設けて、光トンネルに入る前に、光を赤灯、緑灯、白灯とに分けることが可能である。
【００３８】
本発明の光統合システムは、低ルーメンスのランプを利用して、光学反射原理を通じて、異なったルーメンスのランプのパワーを蓄積し、より大きな出力を得ることが可能である。
しかしながら、実際には、１個のランプが一度に点灯可能である。パワー検波回路と切替回路は、各ランプ上に設置されるよう設計されている。ランプの一つがその寿命に近づきつつある時、他のランプが自動的に切り替わることが可能である。
ユーザによっては、違った目的のランプで、手動切り替え方法を採用することも可能である。２個のランプは、また異なった出力ルーメンスを持ち、異なった仕様に適用させなければならない。ランプを切り替えることによって、全体の寿命はより長いものとなる。
【００３９】
要約すると、本発明での光統合システムは、光が第一焦点または第二焦点から放たれようと、楕円形状の二重焦点機能を採用し、他の焦点を集束する。
そして、光が、光誘導手段を通じて光出力側へ誘導されて、出力される。本発明の光統合の効率性は、少なくとも１．５に達することが可能であり、従来の技術よりは充分に高いものであることがわかる。
【００４０】
更に、本発明の構成は、従来技術の構成より少ない数の光トンネルを利用し、したがって、単純で、製造が容易であり、備品やモジュールのコストを下げることが可能である。
【００４１】
本発明の実施例は、開示を目的として説明されたものである一方、本発明が開示した実施例や他の実施例の変形・変更は当業者にとっては可能であるかもしれない。
したがって、本願の特許請求の範囲の各請求項は、本発明の精神と領域から逸脱することなく、全実施例を含むものであるように設計されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光統合システムの概略図
【図２】本発明の実施例に示した光統合システムの概略図
【図３】第一ランプから放たれた光の光統合過程を説明する、図２に図示した光統合システムの概略図
【図４】第二ランプから放たれた光の光統合過程を説明する、図２に図示した光統合システムの概略図
【図５】本発明の光統合システムにある光誘導手段の実施例を説明する概略図
【図６】本発明の光統合システムにある光誘導手段のその他の実施例を説明する概略図
【図７】本発明の光統合システムの第二実施例を説明する概略図

Claims (3)

1. 第一シェードと、第二シェードと、第一ランプと、第二ランプと、ビームスプリッタと、反射器と、光トンネルとを含む光統合システムであって、
   前記第一シェード及び第二シェードとで楕円形状を形成し、第一シェードの第一焦点と第二シェードの第二焦点とを一致させるとともに第一シェードの第二焦点と第二シェードの第一焦点とを一致させ、
   前記第一ランプは、第一シェード上の第一焦点上に位置し、
   前記第二ランプは、第二シェード上の第一焦点上に位置し、
   前記光トンネルと反射器は、夫々が前記第一シェードと第二シェードとによって形成された楕円形状の短軸の両側の延長上に位置し、
   前記ビームスプリッタは、第一シェードと第二シェードとによって形成された楕円平面の長軸と短軸との交差点に位置し、
   第一シェードと第二シェードとによって第一ランプまたは第二ランプから放たれる光が充分に反射され、最終的にビームスプリッタによって当該反射された光を集束して光トンネルへと導き、
   前記光トンネルは、収束された光を次の光システムへと誘導して光統合の効率性を向上させることを特徴とする、
   光統合システム。
2. 請求項１に記載の光統合システムにおいて、前記反射器は、平面鏡か楕円面鏡であることを特徴とする、光統合システム。
3. 第一シェードと、第二シェードと、第三シェードと、第一ランプと、第二ランプと、第三ランプと、ビームスプリッタと、光トンネルとを含む光統合システムであって、
   前記第一シェード及び第二シェードとで楕円形状を形成し、第一シェードの第一焦点と第二シェードの第二焦点とを一致させるとともに第一シェードの第二焦点と第二シェードの第一焦点とを一致させ、
   前記第三シェードは、当該第三シェードの楕円の長軸と第一シェード及び第二シェードによって形成される楕円形状の短軸とを一致させ、
   前記第一ランプは、第一シェード上の第一焦点上に位置し、
   前記第二ランプは、第二シェード上の第一焦点上に位置し、
   前記第三ランプは、第三シェード上の第一焦点上に位置し、
   前記光トンネルは、第三シェード上の第二焦点上に位置し、
   前記ビームスプリッタは、第一シェードと第二シェードとによって形成された楕円平面の長軸と短軸との交差点に位置し、
   第一シェードと第二シェードと第三シェードとによって第一ランプ、第二ランプ、第三ランプから放たれる光が充分に反射され、最終的にビームスプリッタによって当該反射された光を集束して光トンネルへと導き、
   前記光トンネルは、収束された光を次の光学システムへと誘導して光統合の効率性を向上させることを特徴とする、
   光統合システム。

Images