JP4138017B2 - 照明システム - Google Patents

Description

本発明は、照明システムに関する。特に、本発明は、空間光変調器を照明する光ビームを発生する照明システムに関する。ここで、空間光変調器は、ディスプレイ・スクリーン上へ投影されうる、空間的に変調された光ビームを発生する。
空間光変調器は、例えば、変形又は偏向可能な鏡装置としても知られているデジタル式超小型鏡（micromirror）装置の形態でありえる。デジタル式超小型鏡装置は、偏向可能な鏡素子のアレイを備える。ここで、各鏡素子は、制御電極の上方のねじれ素子の上に取り付けられている。各鏡素子と関連する制御電極の間に電界をかけると、鏡素子が旋回する。このようにして、デジタル式超小型鏡装置に適当な電気的なアドレス信号を与えることにより、各鏡素子から反射される光の方向を変えることができる。ここで、電気的なアドレス信号は、通常、入力ビデオ信号から得られる。特に、各鏡素子は、光を、オンの方向、すなわち、ディスプレイ・スクリーン上への投影用の投影レンズに向かう方向、又は、オフの方向、すなわち、ビームダンプに向かう方向のいずれかの方向に光を反射することができる。このようにして、鏡素子のアレイの上へと向かう光ビームを空間的に変調させることが可能となる。ここで、光ビームは、ディスプレイ・スクリーン上へ投影され、投影像が生じる。ディスプレイ・スクリーン上にディスプレイされた像の画素は、デジタル式超小型鏡装置の１又は２以上の鏡素子から得られる。
そのようなデジタル式超小型鏡装置にアドレスする十分に強い光ビームを与えるために、実質的に平行な出力光ビームを与えるようにアレンジされたアーク・ランプが、光源として用いられてきた。このようなアーク・ランプの１つの例は、本出願人の同時係属中のヨーロッパ特許出願、EP-A-0646284に開示されている。
デジタル式超小型鏡装置などのピクセル化された（pixellated）空間光変調器を含む投影装置は、偏向鏡素子のアレイにわたって非常に一様な照射を要求するので、光源と該アレイの間の光路において、ライトパイプとしても知られているインテグレータ・ロッド（integrator rod）を組み込むことが知られている。
デジタル式超小型鏡装置などの空間光変調器を照明するための一様な光ビームを発生させるためのインテグレータ・ロッドの動作を、図１に模式的に示す。
図１において、光源、例えば、アーク・ランプによって発生するアークが、符号１がつけられた三角形によってあらわされている。集光レンズ３は、長方形の断面を有するガラス製のインテグレータ・ロッド７の入力表面５上に光源の倒立像を形成するのに効果的である。
ロッド７に入射する光は、ロッド７の内側表面からの反射を繰り返してロッド内を伝播する。ロッド７の内側における光の反射の回数は、ロッド７の入力表面５への光の入射角及びロッドの長さに依存する。インテグレータ・ロッド７の内側における入力光の反射が偶数回の場合には、入力表面５の面における光源１の倒立像が生じる。インテグレータ・ロッド７の内側における入力光の反射が奇数回の場合には、入力表面５の面における光源１の倒立されていない像が生じる。このようにして、多くの偶数回及び奇数回の反射は、インテグレータ・ロッド７の入力表面５の面における光源の複数の像をつくり、そして、各像の定位（向き）は、反射の数によって決まる。こうして、インテグレータ・ロッド７の入力表面５におけるもとの一様ではない光の分布は、インテグレータ・ロッド７の出力表面９におけるより一様な光の分布へと効果的に変換される。
インテグレータ・ロッド７は、インテグレータ・ロッド７の出力面に整合したアスペクト比の断面を有する出力光ビームをつくるのにも効果的である。例えばアーク・ランプによって発生した円形の断面の光ビームを、デジタル式超小型鏡装置のアスペクト比に整合することが意図されている長方形の断面の光ビームに変換することができるので、これは、デジタル式超小型鏡装置を組み込んだ投影装置において特に有益である。
照明システムにおけるインテグレータ・ロッドの使用に関するより詳しい説明は、”Modern Optical Engineering”by Warren J Smith, published by McGraw-Hill Book Company, 1990；263-265頁に記載されている。
インテグレータ・ロッドの使用は、デジタル式超小型鏡装置を組み込んだ投影装置において特に有益であるが、光源とデジタル式超小型鏡装置との間の光路にインテグレータ・ロッドを導入すると、おのずと、デジタル式超小型鏡装置を照明する光ビームに光学収差を生じるかもしれない。アーク・ランプの内部の気体の乱れた動きにより起こされる、アークランプ１において発生する光ビームのちらつきは、インテグレータ・ロッド７の出力表面９の近くに合焦され、投影像に現れるかもしれない。
さらに、インテグレータ・ロッドの出力面にあらわれるいかなる塵も、投影レンズによって、ディスプレイ・スクリーン上へ合焦される。
本発明の１つの目的は、空間光変調器を照明するのに適した照明システムであって、そのようなシステムにおいて用いられる光学成分と共に上述の欠点が回避される照明システムを提供することにある。
場合によっては、２つの別個の光源を用いて空間光変調器にアドレスすることが必要となる。EP-A-0704737は、デジタル式超小型鏡装置を照明する２つの別個の光源が用いられる、変形鏡装置についての照明システムを開示している。これにより、２つの異なる色の光を、交互にデジタル式超小型鏡装置に向けることが可能となる。しかしながら、そのような配置は、２つの個々の光源のいずれかによって発生した光ビームにおける空間的な不規則さが、直接的に、デジタル式超小型鏡装置に投影されてしまうという欠点を有する。
本発明の他の目的は、２つ以上の光源を含みうる空間光変調器についての照明システムを提供することにある。
本発明の第１の態様は、光源と、インテグレータ・ロッドの入力表面の上に光源の像を形成する手段と、該像形成手段と該インテグレータ・ロッドの入力面との間に介在された視野レンズとを含む空間光変調器についての照明システムを提供するものであり、ここで、視野レンズは、光源内の乱れた光の像を、インテグレータ・ロッドの出力面から外れたところに合焦するために効果的である。
本発明の第２の態様は、光源と空間光変調器との間の光路に介在されたインテグレータ・ロッドを含み、保護透過性の層がインテグレータ・ロッドの出力表面に配置されている、空間光変調器についての照明システムを提供するものである。
本発明の第３の態様は、少なくとも２つの光源と、インテグレータ・ロッドと、各光源に関して、各光源からの光をインテグレータ・ロッドに結合する手段とを含む空間光変調器についての照明システムを提供するものである。
本発明の第４の態様は、少なくとも１つの光学成分は不所望の波長バンド間にある光を空間光変調器に入射する光から取り除くのに効果的な回折表面を有して形成された、空間光変調器についての照明システムを提供するものである。
本発明の第５の態様は、第１から第４の態様のいずれか１つまたはそれらの組み合わせによる照明システムを含む、投影システムにおいて用いられる投影装置を提供するものである。
本発明の第６の態様は、第１から第４の態様のいずれか１つまたはそれらの組み合わせに従う照明システムにおいて用いるために変更されたインテグレータ・ロッドを含む光学成分を提供するものである。
本発明の多くの実施態様を、添付図面を参照して、実施例として、以下に説明する。
図１は、光源からインテグレータ・ロッドを通過する光の経路を示す図である。
図２は、デジタル式超小型鏡装置及びデジタル式超小型鏡装置についての照明システムを備える投影装置を含む投影システムの模式図である。
図３は、図２の投影システムのインテグレータ・ロッドの出力表面上の、光源の乱れた領域の形成を示す図である。
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本発明の第１の実施態様による照明システムにおいて用いられる２つのインテグレータ・ロッドの模式図である。
図５は、図４（ａ）及び図４（ｂ）において示されたインテグレータ・ロッドの、本発明の第１の実施態様による照明システムにおける効果を示す図である。
図６は、本発明の第２の実施態様による照明システムにおいて用いられるインテグレータ・ロッドの模式図である。
図７は、本発明の第３の実施態様において用いられるインテグレータ・ロッドを示す図である。
図８は、本発明の第４の実施態様において用いられる、回折性をもつように構造化された表面の拡大模式図である。
図９は、本発明の第５の実施態様の模式図である。
ここで、図２を参照するに、開示される投影システムは、シールドビーム・アーク・ランプ２１の形態をとる光源、非球面集光レンズ２３、インテグレータ・ロッド２５、色消しリレーレンズシステム２７、デジタル式超小型鏡アレイ２９、及び、投影レンズシステム３１を備える投影装置を備える。投影システムは、更に、ディスプレイ・スクリーン３３を含み、投影装置は、該ディスプレイ・スクリーンの上に像を投影するように配置される。
シールドビーム・アーク・ランプ２１は、気体、例えば、キセノンで満たされた密閉したチャンバを備え、その中には、陰極３５及び陽極３７が取り付けられている。しかしながら、陰極３５及び陽極３７の位置は逆になってもよいということが理解される。陰極３５と及び陽極３７との間が、アーク３９が放電されうるアークギャップである。ここで、アークギャップは、実質的に円錐形である反射器４１の焦点に配置されている。
適当なアークランプについての詳細は、本出願人の係属中のヨーロッパ出願、EP-A-0646284に開示されている。
ランプ２１の作用に関し、アーク３９からの光は、円錐形である反射器４１によって平行にされ、ほぼ平行な出力ビームが生じることになる。
アークの光ビームの像がインテグレータ・ロッド２５の入力表面に形成されるように、ランプ２１からのほぼ平行な出力ビームは、非球面集光レンズ２３を経由して、インテグレータ・ロッド２５の入力表面に合焦される。
インテグレータ・ロッド２５は、反射性の表面を有する、長方形又は正方形の断面を有する光学的に透過性の物質又は中空管を備える。インテグレータ・ロッド２５の長い表面はすべて光学的に平らな表面になるように磨かれ、すべての内部表面において実質的に鏡面のような全反射が得られる。あるいはまた、インテグレータ・ロッド２５の壁は、反射性のコーティングによってコーティングされることによって、必要な反射率が得られる。このようにして、ロッド２５に入射する光は、図１に関して上述したように、内部における反射を繰り返してロッド内を伝播する。
インテグレータ・ロッドの長さは、要求される投影システムの大きさ、インテグレータ・ロッドのアスペクト比、光学的な損失を最小にする必要性、及び、出力面において一様な強度分布を得るために必要な反射の回数によって決まる。周囲の媒質と比べて大きい屈折率を有する適当な透過性の物質であれば、いかなるものであっても、インテグレータ・ロッド２５のために選択しうる。高純度シリカは、通常のガラスと比べて低い屈折率（1.46）を有しており、その結果、反射性の表面における透過による損失を減らすので、インテグレータ・ロッドに用いるのに、特に有益な物質である。高純度シリカは、高い強度の光源とともに用いるときに、優れた熱的な性質をも有する。しかしながら、ガラスや他の透過性の物質も、インテグレータ・ロッドに用いることができる。
インテグレータ・ロッド２５の出力は、色消しのリレーレンズシステム２７を用いて、デジタル式超小型鏡装置２９の鏡素子の上に合焦される。
図２においては、色消しのリレーレンズシステム２７を表すのに１つのレンズしか示されていないけれども、実際には、このシステム２７は、投影装置のなかの光学成分によって生まれる幾何学的収差及び色収差を補正するように設計された多くのレンズを含むということが理解される。
デジタル式超小型アレイ２９の各鏡素子は、入射光を、投影レンズ３１を通ってディスプレイ・スクリーンに向かうオン径路、又は、ビームダンプ（図示せず）に向かうオフ径路に向けることによって、空間的に変調した光をつくるのに効果的である。デジタル式超小型鏡のアレイへの入力光と出力光との間の所望の角度分割を達成するためには、デジタル式超小型鏡装置の鏡への入射光又は反射光を透過させ、かつ、反射光又は入射光の他方を反射するのに効果的な全反射をする面（図示せず）を、リレーレンズシステム２７とデジタル式超小型鏡装置２９との間及びデジタル式超小型鏡装置と投影レンズ３１との間の光路に介在させることができる。このような配置は、本出願人の国際特許出願、WO95/22868に開示されている。
次に、図３をも参照するに、この図は、アーク・ランプ２１における気体の乱れた動きの効果を示す。乱流は、ランプ２１の中において連続的に変化する態様で、アーク３０からの光を空間的に変調するので、ロッドの長さ、光学成分の位置、及び、集光レンズの焦点距離に依存して、集光レンズ２３は、ランプ２１の乱れた領域の中の散乱光の像を、インテグレータ・ロッド２５の出力面のちょうど中で、又は、出力面を超えたところで形成しうる。散乱光の像は、リレーレンズシステム２７によって、デジタル式超小型鏡装置へと中継され、この光は、投影レンズ３１によって、ディスプレイ・スクリーン３３上へ合焦される。インテグレータ・ロッドの出力表面における像は、投影レンズ３１を通して、ディスプレイ・スクリーン３３上へ投影されるので、ランプ２１の中の乱流によって引き起こされる投影像のちらつきが、ディスプレイ・スクリーンにあらわれる。
第１の実施態様
ディスプレイ・スクリーン３３上にディスプレイされた像におけるランプの中の乱れた領域の像形成という、上述の問題を克服するため、本発明の第１の実施態様に従って、視野レンズが、図４（ａ）及び図４（ｂ）において示されるように、インテグレータ・ロッド２５の入力面におかれる。視野レンズは、両面が凸であっても、平凸であつてもよい。
図５を参照するに、視野レンズ４１の効果は、ランプ２１の乱れた領域の像をインテグレータ・ロッドの中において合焦することである。こうして、ランプ２１の乱れた領域から生じる、図５の破線として示される光は、インテグレータ・ロッド２５の中において反射を経験し、乱流によって形成された像のランダムな変動をいくらか相殺する。しかしながら、円錐の反射器による反射の後の、ランプ２１の中のアーク３９から生じる実質的に平行な光ビームは、集光レンズ２３によって、インテグレータ・ロッド２５の入力表面に合焦される。この光は、視野レンズ４１の中心を実質的に通過するため、視野レンズ４１によって、そらされることはない。
この結果、必要な、ランプ２１の乱れた領域の倒立像と倒立していない像の重ね合わせが、インテグレータ・ロッド２５の出力において形成され、デジタル式超小型鏡装置２９のための一様な照明光ビームがつくられる。
図４（ａ）及び図４（ｂ）には、視野レンズの２つの可能な配置が示されている。図４（ａ）には、平凸レンズ４１の平らな面が、インテグレータ・ロッド２５の入力表面に配置され、インテグレータ・ロッド２５の入力表面に、溶融、適用な屈折率を有するオイルの層を用いて光学的に結合、又は、適当な光学的な接着剤を用いて接着されている。レンズ４１は、インテグレータ・ロッドから、光軸に沿って離しておくこともできるが、これは、光学的に効果的でないかもしれない。インテグレータ・ロッドが中空管の場合には、凸レンズは、一般に、図４（ａ）に示されるように、別個のレンズという形態をとる。
好ましい配置においては、図４（ｂ）に示されるように、凸レンズ４３は、インテグレータ・ロッドの入力表面と一体となって形成され、この結果、光学的な損失及び熱負荷の制約を伴う光学的な接着剤の使用を避けることができる。
ランプ２１の乱れた領域の像に所要のシフトを与えるために視野レンズ４１に要求される曲率は、非球面の焦点レンズ２３の合焦する力、ランプ２１と非球面の焦点レンズ２３との間隔、非球面の焦点レンズ２３とインテグレータ・ロッド２５との間隔、並びに、インテグレータ・ロッド２５及び視野レンズ４１の屈折率を含む多くのパラメータに依存する。本発明者は、種々のパラメータを変えて、多くのコンピュータによるシミュレーションを実行することにより、パラメーターの最適な組み合わせを決定した。１つの例としては、これらのパラメーターは以下の値を有する。
インテグレータ・ロッドの長さ ：95mm
インテグレータ・ロッドの屈折率 ：1.45856
ランプと集光レンズとの間隔 ：155mm
集光レンズとロッドとの間隔 ：63.7mm
ランプ側の集光レンズの曲率 ：＋0.0233mm^-1
ロッド側の集光レンズの曲率 ：−0.00762mm^-1
集光レンズの厚さ ：26.5ｍｍ
集光レンズの屈折率 ：1.516
インテグレータ・ロッドの入力表面の曲率半径 ：＋19.00mm
視野レンズ４１（又は、インテグレータ・ロッド２５の入力表面における曲率）がない場合には、ランプの乱れた領域の像は、インテグレータ・ロッド２５の出力面の領域に合焦され、その結果、上述の問題が生じる。しかしながら、インテグレータ・ロッド２５の入力面が、凸の曲率＋19mmとともに形成される場合には、インテグレータ・ロッド２５の出面における像に対応する物体共役は、ランプ２１と集光レンズ２３の間の位置、光軸に沿ってランプから約37mm離間した位置にシフトする。従って、上述の通り、ランプ２１の乱れた領域から生じる光は、インテグレータ・ロッド２５の中で反射を経験し、その結果、ランプの乱れた領域から発生し、デジタル式超小型鏡装置２９に至る光における時間変動が減少することになる。
第２の実施態様
図１に示されたシステムの更なる問題点は、静電的に、又は、その他の方法で、インテグレータ・ロッド７の出力表面９に誘引された塵やくずが、色消しのリレーレンズシステム及び投影レンズシステムによって、ディスプレイ・スクリーン上へ映されてしまうということである。塵のない環境において、注意深くきれいにすることにより、塵を取り除くことは可能であろうが、これは、極めて時間がかかり、かつ、磨かれた光学表面を傷めてしまうリスクを負うものでもある。
次に、図６をも参照するに、この問題を克服するために、インテグレータ・ロッド２５の出力表面に、ガラス板６１が設けられる。塵、今は、板６１の外側表面上の塵がデジタル式超小型鏡装置２９において焦点がずれるように、インテグレータ・ロッド２５の出力表面に垂直な方向における板６１の厚さは、選択される。
ガラス板６１付きの複合インテグレータ・ロッド２５を用いた投影システムを用いる場合には、所要のフォーマットの比で、かつ、一様な強度分布で、アーク・ランプからの光の鮮明な像を与えるために、色消しのリレーレンズシステム２７は、インテグレータ・ロッド２５の出力面に合焦した状態にしておく。ガラス板６１の自由表面にある、いかなる塵や他のくずも、色消しのリレーシステム２７の物体共役の位置にはなく、従って、デジタル式超小型鏡装置２９及びディスプレイ・スクリーン３３では、焦点からずれて現れる。
板６１の横の寸法、すなわち、インテグレータ・ロッド２５の出力表面に平行な平面における板６１の寸法は、インテグレータ・ロッド２５の出力表面の横の寸法を超えるように、特に、インテグレータ・ロッド２５の出力面から放出される光の円錐６３の横の寸法を超えるように選ばれる。
本出願の発明者は、多くの実験を実行して、ガラス板６１の最適寸法を決定した。厚すぎれば、インテグレータ・ロッドの光の出力を減少させてしまうし、薄すぎれば、所要の焦点はずれの効果が得られないことになる。本発明者は、3mm付近の厚さが、特に有益な結果を与えることを発見した。
インテグレータ・ロッド２５の製造の際に、ガラス板６１は、インテグレータ・ロッドの出力面へと、きれいな状態において接着又は溶融されうる。
ガラス板は、上述の実施態様においては、インテグレータ・ロッドの出力表面を保護するものとして開示されたが、この保護手段は、投影システムの像形成素子、又は、インテグレータ・ロッドを通過する光の方向を変えるのに効果的なプリズム部材を形成するものでもありえるということが理解される。
図６に示されたインテグレータ・ロッド２５の入力表面は、図４（ａ）又は図４（ｂ）に示されるように、別個の又は一体となった凸レンズを入力表面に設けうることが理解される。
第３の実施態様
次に、図７を参照するに、この図は、インテグレータ・ロッドを用いて、２つの別個の光源７０１、７０３の出力を結合することにより、単一の光源から可能となるよりも、より高い強度の光ビームを生ぜしめることを示す図である。
個々の光源は、従前の例と同じくシールドビーム・アーク・ランプの形態であることが適当であるが、他のいかなる適当な高い強度の光源であってもよい。インテグレータ・ロッド７０５は、入力表面７０７において、２つの逆向きのプリズム７０９、７１１を有する。各々のプリズム７０９、７１１と２つの光源７０１、７０３の各々との間には、各々の光源７０１、７０３から放出された平行な光ビームを、インテグレータ・ロッド７０５の入力表面７０７の上に合焦するように、集光レンズ７１３、７１５が各々配置されている。
各々の光源７０１、７０３から、各々のプリズム７０９、７１１へと通過する光は、各々のプリズム７０９、７１１の斜辺の表面によって全反射され、インテグレータ・ロッド７０５の入力表面７０７の上に、光のスポットを形成する。そして、この光は、従前の通り、インテグレータ・ロッド７０５の中で反射する。ここで、この２つの光源からの光が混合され、インテグレータ・ロッド７０５の出力表面７１７上に２つの光源７０１、７０３からの光の合成された像が形成される。こうして、２つの光源７０１、７０３からの光束を結合するインテグレータ・ロッド７０５の出力表面７１７において一様で等しい照明視野が生じる。
上述においては、２つの光源７０１、７０３からの光は、同時にインテグレータ・ロッドの入力表面に向かうが、２つの光源７０１、７０３からの光は、インテグレータ・ロッドの入力表面に順次して向かうことが必要な場合がありうることが理解される。例えば、デジタル式超小型鏡装置に異なる色の光が向かうように各々の光源を配置して、カラー投影装置を得る場合が、この場合に該当しえよう。この場合、インテグレータ・ロッドへと順次に結合される、３または４以上の異なる光源からの光を調整することが可能である。複数の光源は、フィルタ配置を用いることによって、キセノンアーク・ランプなどの多重波長の光源から得ることができる。
第４の実施態様
デジタル式超小型鏡装置を照明するために用いられるシールドビーム・ランプの光の出力は、紫外及び赤外の波長における不必要な光を含む。特に、ランプを、紫外及び赤外の波長における光を大量に発するキセノンによって満たした場合が、この場合に該当する。デジタル式超小型鏡装置を照明する光からこの不所望の光を取り除き、デジタル式超小型鏡装置の加熱を避けるためには、本発明のさらなる態様に従って、図２ないし図７のいずれかに示されたインテグレータ・ロッドを、２色性ミラー表面を形成するために効果的な回折性をもつように構造化された表面をその長い端に沿って有するように形成することができる。この２色性ミラーは、所要の可視光は、インテグレータ・ロッド内において全反射するが、不所要の赤外光及び紫外光は、インテグレータ・ロッドの長い表面から通過し、インテグレータ・ロッドの外部へと、適当なビームダンプ（図示せず）によって吸収される。
このような構造化された回折性の表面の詳細は以下の文献に与えられている。
Applied Optics, vol 32, 1154-1167頁（1993）, D.H. Raguin and G.M. Morris,“Anti-reflection structured surfaces for the infrared spectral region”
要約すると、回折性の表面は、例えば、ホログラフィーによってつくられる隆起した脈の列又は突起のアレイである、周期的な構造の表面であり、典型的には、赤外線の波長の３分の１から２分の１の短さの周期を有している。格子表面は、このように、０．２ミクロンから２ミクロンの間の周期を有するのが適当である。
このような表面の例は図８に示されており、図８は、インテグレータ・ロッドの表面に形成される円筒形構造のアレイを示しており、ここで、この構造は、所要の２色性の効果を生じるように選択された寸法及び間隔を有している。
特に、アーク・ランプの高パワーの出力光ビームに起因するインテグレータ・ロッドの加熱が起きる場合には、薄層コーティング技術によってつくられる２色性のコーティングは、はがれやすいため、回折性をもつように構造化された表面は、本発明による投影装置において特に有利であることが理解される。
上述した種類の回折性をもつように構造化された表面は、代替として、または、さらに加えて、ロッドの入力表面（図１における符号５）、図４において示されるレンズ表面４１、４３、及び、図７において示される出力表面７０９、７１１に形成してもよい。このような場合には、コーティングは可視光を透過させるが、不所要の赤外及び紫外の波長帯における光を反射するように、回折性の表面は、周期を有するように配置される。
第５の実施態様
上述の本発明の各々の態様に基づく実施態様は、個別に、改良された投影装置を提供するのに用いることはできるけれども、特に有益な装置は、図９に図示された配置において得られる。ここで、先の図において示された成分と対応する成分は、対応するように符号がつけられている。
図９からわかるように、各々のプリズム７０９、７１１の入力表面８０１、８０３は、凸の入力表面を有するように形成され、ここでこの凸の表面８０１、８０３は反射による損失を減らすように処理されている。これらの凸の入力表面は、図４（a）、（b）におけるレンズ配置として作用し、図４及び図５に関して説明したように、光源７０１、７０３の乱れた領域からの光を、インテグレータ・ロッド７０５の中において合焦するのに効果的である。
インテグレータ・ロッド７０５の出力表面には、図６において示されたガラス板と同等で、図６と類似の方法により塵がインテグレータ・ロッド７０５の表面７１７に誘引されるのを効果的に防止するガラス板が取り付けられている。この板もまた反射による損失を減らすように処理されている。
第４の実施態様に関して述べられ、図９において８０５によって示された回折性をもつように構造化された表面は、インテグレータ・ロッド７０５の長い端に沿って形成される。このコーティングは、上述のようにインテグレータ・ロッドの出力表面へと向かう光から赤外線及び紫外線を取り除くように設計されている。
他の変形
これまでに述べた各々の実施態様においては、１つの非球面の集光レンズが、インテグレータ・ロッドの入力表面に光源の像をつくるために用いられているが、図に示された単一のレンズは複数のレンズの組み合わせに置換されうるということが理解される。さらに、集光レンズは、インテグレータ・ロッドの入力表面に必要な光源の像をつくるために置かれる凹の反射器に置換されうる。本発明の実施態様に関して開示された特徴は、いずれも、そのようなシステムにおいて組み込むことができる。
請求の範囲に記載される発明は、デジタル式超小型鏡装置の形態である空間光変調器を含む投影装置についての照明システムにおいて特定の用途を有するが、請求の範囲に記載される発明は、空間光変調器についての照明システム、特に、液晶アレイなどの他のピクセル化された空間光変調器においても適用されることが理解される。デジタル式超小型鏡装置は反射性の装置であり、図２に示された投影レンズシステム及びディスプレイ・スクリーンも、それに従って配置されているが、本発明に従う照射システムによって、液晶アレイなどの、反射性というよりむしろ透過性である代替の空間光変調器装置に、光学的にアドレスすることができるということが理解される。
本発明は、ほぼ平行な出力ビームを生じるように配置されたアーク・ランプの形態である、１または２以上の光源を含む照明システムにおいて特定の用途を有するが、本発明は、例えば、集束された光を生じるアーク・ランプ、又は、タングステン・ランプなどの他の形態の光源を含む照明システムにおいても適用されることが理解される。
実施例によって述べた実施態様は、単一のデジタル式超小型鏡装置を含むものであるが、カラー投影装置は、各デジタル式超小型鏡装置が異なる原色の波長帯、すなわち、赤、緑、又は青にある光に応答する、３つのデジタル式超小型鏡装置を含むことが多いということが理解される。従って、このような装置は、色を分割する手段、例えば、インテグレータ・ロッドの端とデジタル式超小型鏡装置の間の光路における１対の２色性ミラーを含んでいる。３つのデジタル式超小型鏡装置からの空間的に変調された光は、ついで、投影レンズ３１によって、投影に先だって合成される。あるいはまた、３つの別個の色光源を、各原色のチャネルについてインテグレータ・ロッド及び他の関連する光学成分を提供することとあわせて、提供することもできる。

Claims (21)

1. 少なくとも１つの空間光変調器を含む投影システムおいて使用するために構成された照明システムであって、
   １つの光源と、
   前記照明システムを使用する際に、前記１つの光源と前記空間光変調器との間の光路に介在されたインテグレータロッドと、
   前記照明システムを使用する際、前記インテグレータロッドからの光の出力を前記空間光変調器に効果的に合焦する合焦手段と、
   前記照明システムを使用する際、前記インテグレータロッドから出てくる光を透過させるのに効果的な、インテグレータロッドの出力表面における光透過性の保護手段であって、インテグレータロッドから離間した前記保護手段の表面のいかなるくずの像も前記空間光変調器の上に合焦されないほどの厚さを有する保護手段と
   を備えたことを特徴とする照明システム。
2. 前記保護手段は、前記インテグレータロッドの光軸に垂直な方向において、前記インテグレータロッドの出力表面よりも大きな面積を有することを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
3. 前記保護手段は、光透過性の板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明システム。
4. 前記保護手段は、像形成素子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明システム。
5. 前記保護手段は、インテグレータロッドを通過する光の方向を変えるのに効果的なプリズム素子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明システム。
6. 前記光源は、
   アークランプと、
   前記照明システムを使用する際、前記アークランプによって生じるアークの像を、前記インテグレータロッドの入力表面に合焦する手段と、
   前記インテグレータロッドの入力表面における視野レンズであって、前記アークランプの中の散乱光の像を、前記インテグレータロッドの出力表面から変位して、前記インテグレータロッド内の位置に合焦するのに効果的である視野レンズと
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の照明システム。
7. 前記合焦する手段は、少なくとも１つの集光レンズを備えることを特徴とする請求項６に記載の照明システム。
8. 前記合焦する手段は、凹の反射性の表面を備えることを特徴とする請求項６に記載の照明システム。
9. 前記視野レンズは、前記インテグレータロッドと一体化されていることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の照明システム。
10. 前記視野レンズは、前記インテグレータロッドに取り付けられていることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の照明システム。
11. 前記視野レンズは、前記インテグレータロッドから分離していることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の照明システム。
12. 少なくともさらに１つの光源と、
    前記インテグレータロッドが、いかなる時においても、前記インテグレータロッドに入射する光から実質的に一様な照明の合成された光ビームをつくるように、前記インテグレータロッドの入力面へと前記光源の各々からの光を結合するプリズム手段と、
    前記プリズム手段のそれぞれの入力表面にそれぞれの前記光源からの光を、各々の前記光源が合焦するのに効果的な、合焦レンズと
    を備えたことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の照明システム。
13. 前記各光源は、光が同時に前記インテグレータロッドへと向かうように配置されたことを特徴とする請求項１２に記載の照明システム。
14. 前記各光源は、光が順次前記インテグレータロッドへと向かうように配置されたことを特徴とする請求項１２に記載の照明システム。
15. 光学的な構成要素の少なくとも１つは、選択された波長帯の光を反射し、他の波長帯の光を透過させるのに効果的な回折性の素子を構成する構造化された表面によって形成されていることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の照明システム。
16. 前記構造化された表面は、前記インテグレータロッドの長さ方向に少なくとも部分的に沿って伸長されており、並びに前記波長帯の一方は、可視光の波長帯であり、および前記波長帯の他方は、紫外の波長帯及び赤外の波長帯のうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項１５に記載の照明システム。
17. 前記構造化された表面は、前記インテグレータロッドへの入力路内にあり、並びに前記波長帯の一方は、可視光の波長帯であり、および前記波長帯の他方は、紫外の波長帯及び赤外の波長帯のうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項１５に記載の照明システム。
18. 投影システムにおいて用いられる投影装置であって、少なくとも１つの空間光変調器、及び、該空間光変調器を照明するように配置された請求項１ないし１４のいずれかに記載の照明システムを備えたことを特徴とする投影装置。
19. 前記空間光変調器は、デジタル式超小型鏡装置であることを特徴とする請求項１８に記載の投影装置。
20. 請求項１８又は１９に記載の投影装置、及び、前記空間光変調器からの空間的に変調された光をディスプレイスクリーンに指向させるのに効果的な投影レンズを備えたことを特徴とする投影システム。
21. ディスプレイスクリーンを含むことを特徴とする請求項２０に記載の投影システム。

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