JPH08234109A

JPH08234109A - ライトバルブ均等照射装置

Info

Publication number: JPH08234109A
Application number: JP7162721A
Authority: JP
Inventors: Simon Magarill; マガリルシモン
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1994-06-28
Filing date: 1995-06-28
Publication date: 1996-09-13
Also published as: EP1306697A1; JP2007141865A; US6332688B1; DE69529866T2; DE69529866D1; EP0691552B1; US5625738A; JP4653129B2; EP0691552A3; TW338801B; JP3954624B2; EP0691552A2; JP2006171725A

Abstract

(57)【要約】【目的】エネルギー効率に優れた低価格のライトバルブ
均等照射光学装置を提供する。【構成】ライトバルブ均等照射装置には光源４と光透過
トンネル２が設けられておりその壁部の内面は光を反射
する。トンネル２の内部は矩形をしておりその短い辺の
長さがN で、またトンネル２の長さはＬである。このト
ンネル２には入射端と出射端がある。また、この装置に
は光源４からの光を前記入射端上に光点の形に集束させ
る集束ミラー６と集束レンズ８が設けられている。集束
レンズ８の開口角がu で前記光点の最大断面寸法がＤと
すると、この寸法Ｄは前記短い辺の長さＮと同じかそれ
よりも小さく、前記長さＬ、トンネル内の短い辺の長さ
Ｎ、開口角u はＬ＝ｋ^*Ｎ/tan(u) で表される。ここでｋは約1.5 - 3 の範囲内の定数であ
る。また、前記装置には、前記出射端にライトバルブ１
２が配置されている。このライトバルブ１２には前記光
透過トンネル２を透過した光が入射する有効領域が形成
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光源からの光を均等化
し、その光をライトバルブに照射する光学装置に関する
ものである。特に、光透過トンネルからなる光学装置を
利用して分散光源から入力された非均質光をライトバル
ブに均等に照射する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示技術や変形自在ミラー装
置技術の投射装置への応用にはかなりの関心が集まって
いる。このような分野ではライトバルブ（light valve
）、すなわち、液晶ディスプレイや変形自在ミラー装
置に均等に光を照射しないと均一な投影像を安定して出
力することができない。ほとんど分野について言えるこ
とだが、投射装置の設計スペックにはスペースの制限、
つまり、光源とライトバルブの間の距離といった制約が
ある。従って、ライトバルブと照明系を限られたスペー
ス内に納めなくてはならない。液晶装置や変形自在ミラ
ー装置のように赤外線や紫外線に感応するライトバルブ
の場合、スペース上の制限があると光ビームからこれら
の波長を効率的に取り除く必要が生じる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、ライトバ
ルブの有効領域全体に光を均等に照射する小型ライトバ
ルブ照射装置が必要とされている。さらに、光パワーを
効率的に利用し、ライトバルブから赤外線や紫外線を分
離するライトバルブ照射装置も要望されている。また、
市場での競争力をつけるため投射装置の低コスト化や軽
量化も必要とされている。

【０００４】光透過トンネルはPritchard の米国特許第
３、１７０、９８０号に紹介されている。この特許の説
明では、「高精度光学装置製造業者によれば寸法比は約
５：１を越えてはならなず（第２カラム、第19-22
行）、このような制限があると長さが増すほど光トンネ
ルの重量も非常に増大することになる（第２カラム、第
26-28 行）」とあり、光透過トンネルの仕様は大変厳し
すぎてライトバルブ照射装置に簡単に取り入れることは
できない。

【０００５】また、Jainの米国特許第５、０５９、０１
３号に開示されている装置は「強度が均等な光ビームの
断面形状を選択する方法と装置に関するもので、選択し
た開口数でこの装置自体が発光する（第１カラム、第11
-14 行）。しかしながら、この特許の中の方法の説明に
関する部分で述べているように、ポリゴン開口、光拡大
トリミング補助装置、レーザー、第２光源、その他多数
の部品を用いているためこの装置は構造が複雑で高価な
ものになっている（1.48, 第４カラム第48行−第５カラ
ム第32行）」とある。

【０００６】本発明は上記従来技術の有する課題及び要
望に鑑みてなされたものであり、その目的は、費用効果
的であり、様々な大きさや形の光源から発せられた光を
効率的に利用しながら動作することができ、通常投射装
置や表示装置に課されているスペース上の制約内で正し
く機能することができる簡素で低価格の光均等化（均質
化）透過装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１の態様に係るライトバルブ均等照射装
置は、光源と、光透過トンネルであって、反射壁と、ト
ンネル内の短い辺の長さがN である矩形断面形状と、長
さＬと、入射端と、出射端とからなる光透過トンネル
と、前記光源からの光を前記入射端上に光点の形に集束
させる手段であって、当該集束手段の開口角はu で、前
記光点の最大断面寸法はＤで、この寸法Ｄは前記短い辺
の長さＮ以下で、前記長さＬ、トンネル内の短い辺の長
さＮ、開口角u は次式Ｌ＝ｋ^*Ｎ/tan(u) で表されるもので、ここでｋは約1.5 - 3 の範囲内の定
数である集束手段と、前記出射端に配置されていて、前
記光透過トンネルを透過した光が入射する有効領域を備
えたライトバルブとから構成されていることを特徴とす
る。

【０００８】本発明の第２の態様に係る矩形ライトバル
ブ均等照射装置は、光源と、矩形断面形状、光反射内
壁、入射端、出射端を備えた光透過トンネルであって、
前記出射端のアスペクト比は前記ライトバルブのアスペ
クト比に等しく、当該光透過トンネルの長さは、円錐光
が入射した時に出射光の集積率(integration factor)が
約８５％以上になると共に当該光透過トンネル内でのパ
ワー透過率が約８５％以上となるような長さである、光
透過トンネルと、前記光透過型トンネルから出射された
光を前記ライトバルブへと中継する中継手段とから構成
されていることを特徴とする。

【０００９】本発明の第３の態様に係る多ライトバルブ
均等照射装置は、光源と、複合光透過トンネルで構成さ
れており、当該複合光透過トンネルは、前記光源からの
光を反射する内壁と、入射端と、出射端をそれぞれ備え
た複数のセグメントであって、前記入射端と出射端は矩
形断面形状をしているセグメントと、複数のジョイント
部材であって、当該ジョイント部材は入射端が１つと、
第１及び第２出射端と、当該ジョイント部材の中に固定
配置されるフィルターガイド手段をそれぞれ有してお
り、当該ジョイント部材の出射端に入射した一定の範囲
の光波長は、前記フィルターガイド手段によって反射さ
れて前記第１の出射端から出射される第１のサブレンジ
波長と、前記フィルターガイド手段を透過して前記第２
出射端から出射される第２サブレンジ波長に分けられ
る、ジョイント部材とからなり、前記セグメントのうち
の第１セグメントは、前記光源からの光を前記入射端で
受光するよう固定配置されており、前記ジョイント部材
のうち第１ジョイントの前記入射端は、前記第１セグメ
ントの前記出射端に固定接続されており、前記セグメン
トのうち第２セグメントの前記入射端は、前記第１ジョ
イントの前記第１出射端に固定接続されており、前記セ
グメントのうち第３セグメントの前記入射端は、前記第
１ジョイントの前記第２出射端に固定接続されており、
前記ジョイント部材のうち第２ジョイントの前記入射端
は、前記第２セグメントの前記出射端に固定接続されて
おり、前記ジョイント部材のうち第３ジョイントの前記
入射端は、前記第３セグメントの前記出射端に固定接続
されており、前記セグメントのうち第４セグメントの前
記入射端は、前記第２ジョイント部材の前記第１出射端
に固定接続されており、前記セグメントのうち第５セグ
メントの前記入射端は、前記第２ジョイント部材の前記
第２出射端に固定接続されており、前記セグメントのう
ち第６セグメントの前記入射端は、前記第３ジョイント
部材の前記第１出射端に固定接続されており、前記第
４、第５、第６セグメントの前記出射端には、有効領域
を有したライトバルブがそれぞれ固定配設されており、
当該有効領域は前記第４、第５、第６セグメントからの
光でほぼ均等に照射されることを特徴とする。

【００１０】本発明の第４の態様に係る、光源からの光
を集束させてターゲットに集束光を照射させるミラーア
センブリは、反射凹面と、近焦点、遠焦点、切頭面での
円形エッジとを有した切頭楕円形ミラーと、焦点と、反
射凹面と、大径円形エッジと、小径円形エッジとを有し
た第１環状パラボラミラーであって、当該環状パラボラ
ミラーの前記小径円形エッジは前記楕円形ミラーの前記
円形エッジに接続されている、第１環状パラボラミラー
と、焦点と、反射凹面と、大径円形エッジと、小径円形
エッジとを有した第２環状パラボラミラーであって、当
該第２環状パラボラミラーの前記大径円形エッジは前記
第１環状パラボラミラーの前記大径円形エッジに接続さ
れており、前記第２パラボラミラーの前記反射面は前記
楕円形ミラーの前記反射面に面している、第２環状パラ
ボラミラーとから構成されており、前記楕円形ミラーの
前記近焦点と、前記第１及び第２パラボラミラーの各焦
点はほぼ一致しており、また、前記光源の幾何学的中心
にもほぼ一致していることを特徴とする。

【００１１】

【作用及び効果】本発明は上記のように態様に応じて異
なる構成を有している。

【００１２】本発明の第１の態様におけるライトバルブ
均等照射装置においては、光源からの光を光トンネルに
集束させる。本発明の好適な態様においては、この光ト
ンネルは直角平行六面体の形にする。集束手段は、１ま
たは複数のレンズまたはミラーで構成してもよい。例え
ば、光源は切頭楕円形ミラーの一方の焦点に配置する。
そして、球面から取り出した環形ミラーを前記切頭楕円
形ミラーの開口部近傍にさらに配置してもよい。この環
形ミラーの凹面で反射された光は楕円形ミラーの中へ戻
るため、光源からさらに集められた光は光トンネルへと
送られる。球状セグメントの焦点は楕円形ミラーの一方
の焦点と一致している。

【００１３】好ましくはミラー装置は、第１環状パラボ
ラで構成する。この第１環状パラボラミラーと楕円ミラ
ーをそれぞれエッジ部分が接するように配置すると、当
該第１環状パラボラミラーの反射面は楕円形ミラーの反
射面と連続になる。当該第１環状パラボラミラーの焦点
は前記楕円形ミラーの前記一方の焦点に一致している。
第２の環状パラボラミラーはその反射面が反射楕円面に
対向しており、また、焦点が前記第１パラボラミラーの
焦点と一致している。この第２環状パラボラミラーをそ
の環状部分のエッジと前記第１環状パラボラミラーの環
状部分のエッジとが接するように配置する。最後のミラ
ーエレメントは球状エレメントで上記と同様の構成をし
ており、前記第２の環状パラボラミラーとは間隔をおい
て対称的に配置されている。パラボラ及び球状ミラーに
形成されている環状開口部は、楕円形ミラーから反射さ
れた円錐状の光が通過できるように選択する。

【００１４】光トンネルの入射端面に集束された光点は
通常は円形をしており、その径をＤで表す。この光点
は、例えば、長円あるいは周辺部分が不規則な一般的な
形であってもよい。この場合は、Ｄは光トンネルの入射
端面上の光点の最大直線寸法を表す。また、光トンネル
の断面に垂直な線と焦点へ集束する光線とがなす最大角
をu とする。この角度u は集束手段の開口角である。光
トンネルは壁で構成されており、その断面形状は矩形に
なっている。また、この光トンネルの長さはＬで、トン
ネル内の矩形の小さい方辺の長さはＮである。これらN,
D,L,u の関係は次式で表される。すなわち、Ｌ＝ｋ^*N/tan(u) ここで、ｋは定数で約1.5-3 の範囲である。このような
関係があるため光トンネルの壁で光はほぼ複数回反射さ
れる。このように光が複数回反射されると出射端まで光
トンネル内を通過する過程でビームは均一化される。出
射端にはライトバルブが配置されていて光トンネルから
出射された光を受光するようになっている。開口角u か
ら導き出される光トンネルからの光線の最大出射角は、
通常は開口角u 以下である。

【００１５】本発明の実施例においては、光トンネル出
射端とライトバルブとの間に出射光学装置を設けてい
る。この光学装置はライトバルブ上に出射光の像を形成
するものである。この出射光学装置は１または複数のレ
ンズで構成されており、光トンネル出射端の像を拡大あ
るいは縮小させてライトバルブのほぼ有効領域全体に像
がくるようにする。ライトバルブの有効領域とは、ライ
トバルブに入射する光またはライトバルブを通過する光
の方向及び強度を制御自在に変化させることができるラ
イトバルブ内の領域のことである。この出射光学装置は
光トンネルから出射されるほぼ全ての光を集めることが
できるような開口を備えるように設計されている。つま
り、出射光学装置の入射開口角はu 以上である。

【００１６】光トンネルは、光源からの光を内面で反射
するのであれば中空のチューブでもよい。このチューブ
の断面形状はライトバルブの有効領域の形と同じ形とす
る。矩形ライトバルブの場合、光トンネルは直角な平行
六面体であり、その断面アスペクト比はライトバルブの
有効領域のアスペクト比にほぼ等しくなる。

【００１７】本発明の他の態様においては、光源からの
光に対して透明な材料で光トンネル内を充填してもよ
い。光トンネル内に充填される材料の屈折率は壁面近傍
での屈折率よりも大きく、また、充填材に隣接する壁と
光トンネルの充填材を通過する光とがなす最大角が全内
反射の臨界角以下であるため、透明充填材の中で全内反
射が生じる。この充填材は、どのような番号のガラスま
たはプラスチック組成物でもよく、例えば、Bourns Opt
ical Glass社から販売されているＢＫ７ガラスや、Rohm
&HASS 社から販売されているV825といったアクリルプラ
スチックなどでもよい。

【００１８】本発明の他の態様においては、光トンネル
の壁部は入射端から出射端の方向へ断面が均等に変化す
るよう均等にテーパー加工する。図２a には矩形光トン
ネルが均等にテーパー加工されている様子が示されてい
る。このテーパー処理の特徴は、矩形光トンネルのそれ
ぞれの面が図２a に示す角度１８でテーパー加工されて
いることにある。本発明の一態様において、光トンネル
の壁部は、面積の小さな入射端から面積の大きな出射端
の方向へテーパー加工されている。この実施例のテーパ
ー加工では光トンネルの出射端側での開口角が入射端側
での開口角よりも小さくなる。

【００１９】さらに、本発明の他の態様においては、ラ
イトバルブ均等照射装置は、光源と、断面形状が矩形
で、光源からの光を壁部内面で反射する中空光透過トン
ネルとから構成されている。光トンネルの長さＬ、トン
ネル内矩形の短い辺の長さN 、開口角u は次のような等
式で表される。

【００２０】Ｌ＝ｋ^*Ｎ/tan(u) ここで、ｋは約1.5-3 の範囲の定数である。矩形光トン
ネルの出射端のアスペクト比Ｍ／Ｎは、光トンネルの出
射端から出射された光を受光するライトバルブの矩形有
効領域Ｐ／Ｑのアスペクト比にほぼ等しい。

【００２１】本発明のライトバルブ均等照射装置の他の
態様では、光トンネルの出射端とライトバルブとの間に
１または複数のレンズを配設してライトバルブの有効領
域に光トンネル出射端から出射された光の像を結像させ
る。光を最大限利用するため、この像でライトバルブの
有効領域のほぼ全体をカバーさせ、１または複数のレン
ズの入射開口角u を光トンネルの出射開口角以上にす
る。

【００２２】本発明のさらに他の態様において、矩形断
面の第１光透過トンネルの入射端に最大寸法Ｄの絞りを
向ける。光トンネルの入射端の短い辺の寸法はN で、Ｄ
≦Ｎなる。絞りの開口角は上述したようにu である。約
９０°の角度をなすように第１光透過トンネルすなわち
第１セグメントに第２光透過トンネルすなわち第２セグ
メントを取り付ける。これらのセグメントの接合部には
外部からは光は入ってこない。これら二つのセグメント
の接続部に直角にプリズムを配設して第１セグメントの
出射端から出た光が第２セグメントの入射端へ入射する
ようにする。第２セグメントから出射された光の開口角
は角度u にほぼ等しい。

【００２３】好適な実施例において、光トンネルの第１
セグメントにサブセグメントを取り付ける。このサブセ
グメントは、第１セグメントの入射端に取り付けられて
おり、その長さは第１セグメントよりも短い。この第１
サブセグメントは、入射側断面積よりも出射側断面積が
大きくなるようにテーパー加工されている。この第１サ
ブセグメントは第２サブセグメントに取り付けられてい
る。この第２サブセグメントにはテーパー加工は施され
ておらず、第２セグメントの残りの部分を構成してい
る。この実施例では、第１セグメントの出射端での開口
角は、その入射端での開口角よりも小さくなる。

【００２４】本発明のライトバルブ均等照射装置の他の
態様においては、光透過トンネルは２つのセグメントで
構成する。第２セグメントはさらに分割されており、そ
の第１サブセグメントはテーパー処理されていて、第２
セグメントの出射端から当該セグメントの長さを越えな
い長さで延びている。第２サブセグメントは第２セグメ
ントの残りの部分を形成していて、テーパー処理はされ
ておらず、第１サブセグメントに取り付けられている。

【００２５】本発明のライトバルブ均等照射装置のその
他の態様においては、２つのセグメントからなる光透過
トンネルは、第１と第２セグメントで構成されている。
このセグメントは上述のようにそれぞれさらに分割され
ており、各セグメントの第１サブセグメントはテーパー
加工されている。

【００２６】本発明の光透過トンネルは、その長さ、テ
ーパー角、１または複数形成されたテーパー部の位置な
どはどのようにでも変えることができるため、実施例の
数は無限といえる。特定の入射開口角で光が光透過トン
ネルに入射するものと仮定した場合、出射開口かが特定
の角度になるよう１または複数のテーパー部を選択配置
する。

【００２７】本発明のさらにその他の態様のライトバル
ブ均等照射装置は、光源と、矩形断面形状と光反射内壁
を備えた光透過トンネルとから構成されており、光透過
トンネルの出射端から出射された光を受光するように配
置されている。前記光透過トンネルの断面アスペクト比
は前記ライトバルブのアスペクト比にほぼ等しく、ま
た、当該光透過トンネルのパワー透過率は約８５％以上
で、出射光の集積率(integration factor)が約８５％以
上である。

【００２８】この透過率は次のように定義する。すなわ
ち、透過率＝(I/I₀) ^*100% ここでI ₀は光透過トンネルに入射する光の全パワーで
あり、光透過トンネルから出射する光の全パワーでもあ
る。

【００２９】集積率は次のように定義する。すなわち、集積率＝（Ｉｓ／Ｉｃ） ^＊１００％ここでＩｃは光透過トンネル出射端の中心部分で測定し
た単位面積当たりの光パワーで、Isは光透過トンネル出
射端のコーナー部分で測定した単位面積当たりの最小光
パワーである。

【００３０】本発明のさらに他の態様のライトバルブ均
等照射装置は、光源と、複合光透過トンネルと、当該複
合光透過トンネルの各出射端から出てくる光を受光する
ようそれぞれ配設された複数のライトバルブとから構成
されている。この複合光透過トンネルは複数のセグメン
トで構成されており、各セグメントには入射端、出射
端、光反射内壁を備えており、各セグメントの断面形状
は矩形になっている。

【００３１】これらのセグメントは、複数のジョイント
部材で互いに固定接続されている。このジョイント部材
には、入射端と２カ所の出射端がそれぞれ設けられてお
り、また、各ジョイント部材の内部には光フィルターガ
イド手段が固定されている。この光フィルターガイド手
段は、ジョイント部材に入射してきた一定の光波長を、
反射させる第１サブレンジ波長と、通過させる第２サブ
レンジ波長に分ける。反射された波長はジョイント部材
の第１出射端の方へ出射される。一方、透過した波長は
ジョイント部材の第２出射端の方へ出射される。

【００３２】第１トンネルセグメントは、光源からの光
を受光するよう固定されている。この第１トンネルセグ
メントの出射端は第１ジョイント部材の入射端に取り付
けられている。第２及び第３トンネルセグメントは、第
１及び第２サブレンジ波長が入射されるようジョイント
部材の出射端にそれぞれ取り付けられている。

【００３３】この第２及び第３トンネルセグメントは、
第２及び第３ジョイント部材にそれぞれ取り付けられて
おり、この第２及び第３ジョイント部材はこれらの部材
に入射する光の波長レンジをさらに分割する。

【００３４】第４及び第５トンネルセグメントは、第２
ジョイント部材の出射端に取り付けられている。第６ト
ンネルセグメントは、第３ジョイント部材のいずれか一
方の出射端に取り付けられている。

【００３５】第４、第５、第６トンネルセグメントの出
射端にはそれぞれライトバルブが配設されている。

【００３６】好適な態様において、前記第１トンネルセ
グメントは、すでに説明したように、テーパー加工され
ており、テーパー加工されたセグメントの入射端はその
出射端よりも小さくなっている。

【００３７】この好適な態様においては、セグメントを
テーパー加工することにより、第１トンネルセグメント
の入射端での光源の開口角は、第４、第５、第６セグメ
ントの出射端でのそれぞれの開口角よりも大きくなる。

【００３８】

【実施例】以下、図面を参照しながらが本発明のライト
バルブ均等照射装置の好適な実施例を説明する。

【００３９】図１Ａには本発明の光透過トンネル２が示
されており、この光透過トンネル２には光源４からの光
が入射する。この装置には、集束ミラー６とレンズ８が
設けられており、このミラーとレンズは光源４からの光
を集めて光透過トンネル２の入射端に光を入射させる。
これらの集束手段は、従来周知なレンズやミラーを複数
組み合わせたものである。光源からの光を集めて光透過
トンネル２に入射させるその他の手段が図３のミラー２
２や図１１のミラーアセンブリとして示されている。

【００４０】図１１は、光源からの光を集束するのに適
したミラーアセンブリを示している。図１１において、
楕円形ミラー１３０の中心は光軸１４２に合わせられて
おり、その焦点の１つは光源中心点１３４にある。環状
パラボラセグメント１３２は楕円形ミラー１３０に接続
されており、楕円形ミラー１３０の反射面と連続した面
を形成している。環状パラボラセグメント１３２にはパ
ラボラミラーリング１３６が接続されており、このパラ
ボラミラーリング１３６の反射面は環状パラボラセグメ
ント１３２に向いている。球状ミラーリング１３８はパ
ラボラミラーリング１３６から離れて配置されており、
パラボラミラーリング１３６と一部重なり合っている。
楕円形ミラー１３０、環状パラボラミラー１３２、パラ
ボラミラーリング１３６の各焦点は光源中心点１３４に
位置している。環状ミラーリング１３８の曲率中心も光
源中心点１３４にある。これら環状リングの開口の大き
さは、楕円形ミラー１３０で反射された光がターゲット
１４０を通過できるように選択する。このようにミラー
を構成することで、光源からの光をほぼ全て捕らえて光
透過トンネルの入射開口部などのターゲット１４０へ入
射させることができる。ターゲット上の光エネルギーと
光源からの光のエネルギーとの比であるミラーアセンブ
リの効率は、約９５％である。図１の集束ミラー６のよ
うな現在用いられている単一反射装置の場合は、その効
率は約５０％以下である。

【００４１】光線１４とライン１６が交差するときの角
度をｕとする。このライン１６は光透過トンネル２の入
射端面に垂直で入射端面の中心と通っている。従来から
このライン１６を光透過トンネル２の光軸と称してい
る。光線１４は光軸１６に対して最大傾斜角ｕをなす光
線である。この角度ｕは集束手段の開口角、すなわち、
光透過トンネル２に入射するビームスポットの開口角で
ある。光透過トンネル２の長さはＬで、その断面は矩形
をしている。光透過トンネル２は内壁で光を反射する中
空トンネル状に構成したり、あるいは、壁面で囲まれた
空間内を光源光に対して透明な材料で充填して全内反射
が起こるように構成してもよい。いずれの場合も、光透
過トンネル２では光はその入射端から出射端へと伝播す
る。図１Ｂは、光透過トンネル２の入射端における内部
空間断面の短辺の長さＮを示している。また、この図で
はビームスポットが直径Ｄの円形で示されている。照射
装置の効率を最大にするため、集束手段の大きさと配置
間隔及び光透過トンネル２の大きさは、Ｄ≦Ｎとなるよ
うに選択する。図では光透過トンネル２から出射した光
は、１または複数のレンズからなる中継手段１０を通過
してライトバルブ１２に照射されている。光の透過効率
を最大にするため、中継手段１０の開口角を光透過トン
ネル２から出射される光の開口角と同じかそれよりも大
きくして出射光のほぼ全てがライトバルブ１２に中継さ
れるようにする。

【００４２】一般に、ライトバルブ１２が正しく機能す
るにはライトバルブ１２の有効領域への照射をほぼ均等
にする必要がある。例えば、ライトバルブ１２が投射装
置用の液晶ディスプレイや変形自在ミラー装置などの場
合は、より均等に照射するほど画像再生の品質、すなわ
ち、コントラストや清澄性が改善される。スクリーンを
均等に照射する際の一般的要件としては、エネルギー分
布の均一さが５０％以上でなくてはならない。この均一
さも上記の集積率と同様に定義される。開口角ｕと、光
透過トンネル２の長さＬと、光透過トンネル２の内部断
面の短辺の長さＮを次のような関係式を満足するように
選択すればライトバルブ１２を均等に照射できることが
わかっている。すなわち、Ｌ＝ｋ^*Ｎ/tan(u) ここでｋは１．５−３の範囲の定数である。

【００４３】光透過トンネル２の入射端から出射端へ伝
播する時に光線が反射すると、一般的な形をした光線の
スポットの形やエネルギー分布が効果的に均一化されて
矩形になり、エネルギー分布もほぼ均一になる。

【００４４】光透過トンネル２の出射端とライトバルブ
１２の位置がほぼ同軸上にあり、かつ、ライトバルブ１
２が出射端側に配置されていて均等に照射されるのであ
れば中継手段１０は不要である。しかしながら、本発明
の装置は大きさが制限されるとビームスポットの開口角
にも影響を及ぼし、少なくとも１枚は集光リレーすなわ
ちレンズを使用しなくてはならなくなる。また、このよ
うに装置の大きさが制限されると、以下に説明する実施
例１に示すライトバルブの有効領域を完全に照射するた
めにビームスポットの大きさを例えば大きくする必要が
でてくる。

【００４５】図２Ａにはテーパー加工した本発明の光透
過トンネルが示されている。図２Ａに示すようなテーパ
ーで、その断面が図２Ｃに示すような断面の場合、光透
過トンネルの開口角はトンネルの出射端の開口角よりも
大きくなる。従って、本発明の光透過トンネルとテーパ
ー加工されたセグメントを組み合わせれば、光透過トン
ネルの出射端とライトバルブの間に設ける中継手段は小
さなものでよく、あるいは、中継手段を設けなくてもよ
くなる。従って、このような組み合わせを行えば、スペ
ースも装置のコストも削減できる。

【００４６】図２Ａに示すようにトンネルセグメントの
それぞれの壁面は、角度１８で均等にテーパー加工され
ている。角度１８は、壁面のレベルと光透過トンネルの
入射面に垂直な直線とがなす角度である。角度１８の大
きさは、一定のバルブサイズまたは中継手段に適した出
射開口角が得られるように選択する。図２Ｃの断面図や
図２Ｂの斜視図からも分かるように、光透過トンネルの
壁面は均等にテーパー処理されている。

【００４７】図３の本発明の実施例では、テーパー加工
したセグメントが直線トンネルセグメントに接続されて
いる。炭素アークがよく用いられる光源２０からの光は
ミラー装置２２のガイドによってテーパー加工セグメン
ト２８の入射端に入射させられる。光の使用効率を最適
にするには、ミラー装置２２の環状ミラーに形成されて
いる開口部の大きさとミラーの形を選択して、入射端面
内に光透過ミラーのトンネルよりも小さいかつ径が最大
となるビームスポットを形成する。光透過トンネルに入
射した光線２６はテーパー加工されたトンネルセグメン
トの表面で反射される。光線２４はまず光透過トンネル
の直線部分の内面で反射される。この場合、光線２４と
２６は光透過トンネルの入射面の垂線に対して同じ角度
をなす。角度４０は角度３８よりも小さいほうが望まし
い。前記の説明とは異なり、光線２６は光線３８よりも
小さな角度で光透過トンネルから出射する。テーパー加
工セグメントは、大きな角度で光透過トンネルに入射す
る光線がまずテーパーセグメントで反射されるよう長さ
になっている。このため、出射開口角は入射開口角より
も小さくなる。従って、光線中継手段３２はより多くの
出射光を集めてライトバルブ３４にその像を投影するこ
とができる。あるいは、光線中継手段３２をより薄くな
るように、あるいは、有効表面積が小さくなるように選
択すると、ライトバルブ３４への光の供給効率が向上す
る。中継手段が小さくなればコストが削減され、また、
中継手段をこの場合は１または複数のレンズで構成した
り薄くしたりするため、光の吸収による損失が減少す
る。

【００４８】好適な実施例において、図４Ａと図４Ｂに
示すようにトンネルは２つのセグメントを直角に接続し
て構成するのが一般的である。この実施例では、直線ト
ンネルに比べて少なくとも次のような２つの利点があ
る。すなわち、（１）折れ曲がりのある通過トンネルだ
と直線スペースを減らしてもライトバルブを均等に照射
でき、また（２）ジョイント部分で赤外線や紫外線とい
った光線をフィルター処理してトンネルから排出させる
ことができるため、このような放射線波長を原因とする
透過系の一部やライトバルブへのダメージが防止され
る。

【００４９】光線をセグメント４４からセグメント４６
へ誘導する手段としては図４Ｂに示すような直角プリズ
ムが好ましい。このプリズムは出射開口角と入射開口角
を同じに保つ役割を果たしており、一方、図４Ａのミラ
ー構成の場合は出射光線の角度が大きくなってしまって
集束しないためライトバルブには照射されない。図４Ａ
の場合、光線４２はセグメント４４の壁面で反射された
後に直接セグメント４６の壁面に照射されるため、出射
光線の角度が大きくなってしまう。これに対して、図４
Ｂの光線４２の角度がプリズムの臨界角よりも大きくて
も、プリズムの中で全内反射されるため、セグメント４
４での壁面に対する角度とほぼ同じ角度でセグメント４
６に入射する。対角プリズム面４８にダイクロイックコ
ーティングのようなフィルターを形成して赤外線、すな
わち、熱や紫外線などを光透過トンネルから外へ取り出
すことができる。出射開口角を小さくする必要があれば
セグメント４４またはセグメント４６にテーパー処理を
施せばよい。

【００５０】図５Ａには、光源の近傍に配設した集束手
段によって本発明の光透過トンネルの入射端に入射させ
た光の一般的なエネルギー分布が示されている。図５Ａ
の底面５０は光透過トンネルの入射端面に相当する。光
エネルギー分布は、図５Ａと図５Ｂの垂直壁５２の表面
で任意の単位で測定したものである。光透過トンネルに
入射すると、図５Ａの面５４に示すように光のエネルギ
ーはトンネルの中心部分に局所的に集まる。図５Ｂの面
５８は光透過トンネルの出端面に相当する。本発明の光
透過トンネルを通過すると、光のエネルギー分布は面５
６に示すようにトンネルの出射面内でほぼ均等になる。
すでに説明したように、図５Ａのようなエネルギー分布
での集積率はほぼゼロである。図５Ｂのようなエネルギ
ー分布での集積率は約９０％である。ちなみに、集積率
が１００％とは、エネルギー分布がほぼ完全に均一にな
っていることを意味する。一般的な分野では、集積率が
５０％以上であればよい。

【００５１】図６Ａの実施例には本発明の主な特徴が示
されている。すなわち、（１）光透過トンネルの出射面全域に渡って光エネルギ
ーが均一である。

【００５２】（２）限られた空間内に設けられた装置で
光エネルギーを効率的に伝送する。

【００５３】（３）入射開口角と同じかそれよりも小さ
くなるよう出射開口角を制限する。

【００５４】（４）赤外線や紫外線の消散させる。

【００５５】複合光透過トンネルの入射端６０に光が入
射する。セグメント６２にはテーパー処理が施されてお
り、各出射端での出射開口角は入射開口角よりも小さ
い。フィルターガイド手段６４、６６、６８はセグメン
ト６２、７４、７６のそれぞれに設けるのが好ましい。
フィルターガイド手段６４は選択レンジ内の波長の光を
反射してセグメント７４に入射させると共にもう一方の
選択レンジ内の波長の光は透過させてセグメント７６に
送る。このフィルターガイド手段としては、その対角面
にダイクロイックコーティングを施したプリズムで構成
するのが好ましく、また、プリズムの内側対角面のダイ
クロイックコーティングは透過及び反射させたい光の波
長と同じになるよう選択する。

【００５６】フィルターガイド手段６６と６８では、入
射する波長のレンジをさらに分割して、一方のサブレン
ジの波長を透過させ、また、他方のサブレンジの波長を
反射させる。このように、ライトバルブ７０ではそれぞ
れ固有の波長の光を受光する。このように複合光透過ト
ンネルは、３原色のそれぞれの強度をライトバルブで変
調するような分野での利用が好ましい。例えば、エレメ
ント６４、６６、６８の内側対角面のダイクロイックコ
ーティングを選択して、エレメント６４で緑と青色の波
長がセグメント７４の方へ反射させ、赤色とビームのそ
の他のスペクトルはセグメント７６の中に通過させるよ
うにする。同様に、エレメント６６では緑は透過させる
が青は反射させて、エレメント６８で赤を反射させて赤
外線と紫外線を透過させてもよい。こうして、それぞれ
別の原色である３本の非常に均等なビームを表面領域で
重ね合わせてカラー画像を形成する。フィールドレンズ
と称する光学エレメント７２を図６Ａに示す。図におい
て、ライトバルブから出射された光ビームを集束させて
投射レンズなどの入射瞳などにガイドしてもよい。

【００５７】フィルターガイド手段６４と６８は赤外線
と紫外線を透過させるように構成して装置部品の動作を
妨げるようなダメージの原因となるこれらの赤外線と紫
外線を照射装置から取り除く。あるいは、図９の二重プ
リズムエレメント１０１を光透過トンネルの入射端に配
設してトンネルに入射する光から赤外線と紫外線を取り
除くこともできる。

【００５８】図６Ｂは３つの出射端を備えた複合光透過
トンネルの斜視図である。

【００５９】実施例１直線トンネルＬＣＤ照射装置図７には１４４ｘ１９２ｍｍの寸法のＬＣＤパネルを均
等に照射する光学装置がの構造が示されている。この装
置の光源７８はメタルハライドショートアークＯＳＲＡ
Ｍ、ＨＴＩ４００Ｗ／２４で、ＯＳＲＡＭのカタログに
記載されている。この光源の楕円反射装置によって、光
透過トンネル８２の入射面８０に直径約２０ｍｍの円形
の光点が生成される。光源７８の前面と入射面８０との
距離は２４ｍｍである。このトンネル８２は寸法が１
４．８ｍｍｘ１９．７３ｍｍｘ６０ｍｍの直角平
行六面体である。このトンネルはアルミ製ハウジングで
できており、その内面には高温エポキシでガラスシート
が貼着されている。このガラス面には銀メッキが施され
ており、その屈折率は０．９６である。このメッキ部分
の厚みは約０．０８５５ｍｍで、酸化を防止して反射能
を高めるためメッキ部分には保護層としてＳｉＯ₂がさ
らにコーティングされている。

【００６０】光トンネルに集束される光エネルギーは１
６０００ルーメンスで、開口角は±３６゜である。トン
ネルの入射窓での集積率は７．１％である。トンネルか
ら出射する光エネルギーは１４２５０ルーメンスで、ト
ンネル透過率は８９％だる。ここで、ｕ＝３６゜で、ト
ンネルの内側断面の短い辺がＮ＝１４．８ｍｍと小さく
て長さはＬ＝６０ｍｍであれば、次の等式からＬ＝ｋ^*Ｎ/tan(u) １．５〜３．０の範囲内であるｋ＝２．９５となる。ト
ンネルが短いとｋの値は２．９５よりも小さくなり、出
射端での集積率も小さくなる。しかしながら、透過率は
トンネルが短くなるほど大きくなる。

【００６１】図７の２個の中継レンズエレメント８４と
８６は、トンネルから出射された光を集束させてＬＣＤ
パネル（図示せず）へと導く。レンズ８４はＦＤ６のガ
ラスでできており、前側半径は２８９．５００４ｍｍ、
後側半径は３９．７５４１ｍｍ、中心部分での厚みは１
８．５ｍｍ、そして口径は７４．２ｍｍである。トンネ
ル出射窓８１とレンズ８４の第１光学面の頂点との間の
距離は１７．８４ｍｍであり、レンズのもう一方の光学
面とＬＣＤパネルとの間の距離は４８９．９ｍｍであ
る。

【００６２】図８Ａ−８Ｃはトンネルの入射面での光エ
ネルギー分布８８、トンネル出射窓での光エネルギー分
布９０、ＬＣＤパネル上での光エネルギー分布９２をそ
れぞれ示している。集積率は、それぞれ、７．１％，９
３％，７０％である。ここで、トンネル出射窓での集積
率が高いことに注意する。トンネル出射窓からＬＣＤパ
ネルへいくに従って集積率が低下するのは、中継レンズ
で生じるぼかしのためである。しかしながら、このよう
なぼかしといった問題はもっと大きな中継レンズを使用
すれば解決する。しかしながら、このケースの場合は集
積率が７０％と装置の動作性能が優れているためこのよ
うな措置は行わない。

【００６３】実施例２ＬＣＤパネル照射用折り畳み型
装置図９の光学装置は、光源を取り除いており、光路を効果
的に屈折させるためにプリズムを使用している点を除け
ば第１実施例の装置と同じである。このような構造をし
ているため、直線スペースが節約され、不要な赤外線や
紫外線を装置から除去できる。

【００６４】光透過トンネルの入射端に直角プリズムを
取り付ける。このプリズムの断面積とトンネル入射面の
断面積はほぼ等しい。このプリズムは上記のＢＫ７のよ
うな安価な光学ガラスで作製してよい。プリズムの面９
４と９６には反射率が約１．５％の標準的な反射防止コ
ーティングが施されている。プリズム面９８には特別な
選択性コーティング（コールドミラーと称す）が施され
ていて可視光線波長（０．４−０．７ミクロン）を反射
するが、波長が約０．７ミクロン以上の赤外線または熱
や、波長が約０．４ミクロン以下の紫外線は透過させ
る。

【００６５】ＯＳＲＡＭ光源からの光はプリズム領域９
４で集束される。ｒ１のような光線はプリズム面９８で
反射され、光軸１００に対してはプリズムに入射する前
と同じ角度でトンネルに入射する。ｒ２のような光線は
プリズム面９８で反射され、ガラスと空気の境界領域で
あるプリズム面９４の部分で全内反射される。このプリ
ズム面９４で反射された光線は、光軸１００に対しては
プリズムに入射する前と同じ角度でトンネルに入射す
る。光線ｒ３は図９に示すように反射され、光軸１００
に対してはプリズムに入射する前と同じ角度でトンネル
に入射する。これらの光線ｒ１，ｒ２，ｒ３はトンネル
内を反射して伝播するためほとんどエネルギーの損失が
ない。つまり、このプリズムは光線束の開口角は変化さ
せずに、最小限のエネルギー損失でその方向を９０゜変
化させる役割を果たしている。赤外線や紫外線はプリズ
ム面９８を透過して装置の外へ出射される。このよう
に、アークエネルギー放出(arc emitted energy)が防止
され、光学エレメントやライトバルブへのダメージが防
止される。

【００６６】実施例３３バルブ照射装置１つのパネルの寸法が２６．２４ｍｍｘ１９．６８
ｍｍである３つのＬＣＤパネルを均等に照射する装置を
図１０Ａに示すように構成する。炭素アーク光源１０２
のアーク寸法は４ｍｍで、楕円形ミラー１０４の中心部
分に配設されている。ミラー１０４の前面は上記のコー
ルドミラーで構成されているため、アーク光源からの熱
エネルギーの大半は、第１トンネル入射面からミラー内
に侵入しない。アーク光源から発せられるエネルギー全
体のうち約３５％はトンネル入射面１０６に１０゜の開
口角で集束される。トンネル入射面はミラーの頂点から
１５８ｍｍ離れている。トンネル１０６は直角六面体
で、その内部はミラーになっており、内部寸法は２８．
２ｍｍｘ２１．７ｍｍｘ５０ｍｍである。図１
０Ａの各トンネルはすべて断面形状が同じで、その寸法
も２８．２ｍｍｘ２１．７ｍｍとなっている。トンネ
ル１２０は長さが４１．７ｍｍで、トンネル１２２の長
さは１２ｍｍである。

【００６７】複合立方体プリズム１０８はトンネル１０
６の出射端に配置されており、その対角面１１０にはダ
イクロイックコーティングが施されていて図６Ａで説明
したように一定の波長は透過させ、また、それとは異な
る波長は反射するようになっている。この複合立方体プ
リズムは、ダイクロイックコーティングが挟まれるよう
に２個の直角プリズムの対角面を接合して作製した。図
１０Ａに示したトンネルの残りの部分の機能は図６Ａで
説明した通りである。プリズム１１２を同様に作製する
が、その機能はプリズム１０８と同じである。プリズム
１１４の外側対角面には反射コーティングしか設けられ
ていない。

【００６８】トンネル１２２からそれぞれ出射された光
は、フィールドレンズ１１８を通過して、各寸法が２
６．２４ｍｍｘ１９．６８ｍｍであるＬＣＤパネル
１１６の有効領域に光の像が形成される。ここで、トン
ネルセグメントのアスペクト比はＬＣＤパネルのアスペ
クト比にほぼ等しいことに注意する。３つのダイクロイ
ックミラー（図示せず）を用いてこれらの出射光を中継
して投射レンズ（図示せず）の入射瞳位置に集束させ
る。この集束レンズ１１８は周知のデザインからなって
おり、１０゜の開口角の出射光を集束するよう選択され
ている。

【００６９】ダイクロイックプリズムでの損失を無視す
れば、内面を銀メッキでコーティングされたこの複合型
トンネルの透過率は約９９％である。この複合型トンネ
ルを用いた場合、ＬＣＤパネルの入射窓での集積率は７
％から６０％まで改善された。

【００７０】第４実施例第３実施例との比較実施例３の装置を図１０Ｂに示すように改造する。主な
相違点は、１）光源近傍に設ける反射装置を単一ミラー反射装置か
ら複合（２枚のミラー）反射装置１２４に取り替えた。
この反射装置を用いることにより、スペースが節約され
（光源のベース部分からトンネルの入射面までの直線距
離が第３実施例の１５８ｍｍに比べて１０７．２ｍｍま
で短縮されている）、開口角が１６゜の時の集束効率が
５４％（３５％であったのが）となった。また、寸法が
２３ｍｍｘ１６．４ｍｍのトンネル１２６に光を集束
させた。

【００７１】２）トンネル１２６は、その入射端２３．
０ｍｍｘ１６．４ｍｍから出射端２８．２ｍｍｘ
２１．７ｍｍへとまっすぐにテーパー加工されてい
る。これは、すなわち、トンネルのそれぞれの面が光軸
１２８に対して３゜のテーパー角で加工されていること
になる。このようにテーパー加工を施すと、入射端で１
６゜であった光の開口角が出射端では１０゜になる。ダ
イクロイックエレメントの透過率を１００％を仮定した
場合、開口角１６゜でトンネル１２６に入射した光の全
エネルギーの８３％が開口角１０゜でトンネル装置から
出射されることになる。トンネルの透過率は、開口角１
６゜で寸法２３．０ｍｍｘ１６．４ｍｍの空間に入
射して開口角１０゜で寸法２８．２ｍｍｘ２１．７
ｍｍの空間から出射される時の光の透過効率を表すもの
である。

【００７２】この複合反射装置とテーパー加工トンネル
を組み合わせると、図１０Ａの装置の場合に比べて集束
効率が約２５％向上する。

【００７３】３）ＬＣＤパネルとフィールドレンズの位
置はそのまま（図１０Ａと図１０Ｂと比較）ＬＣＤの後ろ側にフィールドレンズを配置すると、ＬＣ
Ｄパネルの有効面に入射する光の開口角が１０゜に保た
れるため画像のコントラストが非常に改善される。これ
に比べて、ＬＣＤパネルの前にフィールドレンズを配置
すると、オンアクシス点では±１０゜、また、有効領域
のコーナー部分の地点などであるオフアクシス点では＋
５゜からー１５゜のずれが開口角に生じる。ＬＣＤでの
コントラストは開口角で決まるため、図１０Ｂの装置の
ほうが図１０Ａの装置よりも良質な画像を提供する。こ
こで注意しなくてはならないのは、ＬＣＤパネルの後ろ
側にフィールドレンズを配置する時には、フィールドレ
ンズからの像面湾曲収差を補償するよう投射レンズを設
計しなければならないことである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図1Aは本発明のライトバルブ均等照射装置の構
成を表す模式側面図であって光源、光透過トンネル、ト
ンネル出射端側に設けられた集束手段とライトバルブが
示されており、図1Bは図1Aの線A-A から見た光透過トン
ネルの断面で、光透過トンネルの内部とその中のビーム
スポットの大きさを相対的に示している模式図

【図２】図2Aはテーパー加工した光透過トンネルの長手
方向断面図で、図2Bはテーパー加工した光透過トンネル
の斜視図で、図2Cは図2Aの線B-B で見たテーパー加工光
透過トンネルの断面図で入射端が出射端よりも小さく、
入射端から出射端へと均等にテーパー加工が施されてい
る様子が示されている断面図

【図３】図３は、テーパー加工したトンネル、光源、光
源集束手段、ライトバルブ、出射光の像をライトバルブ
上に形成する手段を組み合わせて配列した状態を示す概
略図

【図４】図4Aは２セグメント型光透過トンネルの長手方
向断面図で、セグメントとセグメントの接続部分にミラ
ーを配設して一方のセグメントから他方のセグメントへ
光を伝播させている様子が示されており、図4Bは２セグ
メント型光透過トンネルの長手方向断面図で、セグメン
トとセグメントの接続部分に直角プリズムを配設して一
方のセグメントから他方のセグメントへ光を伝播させて
いる様子を示した長手方向断面図

【図５】図5Aは光透過トンネルの入射端での光エネルギ
ー分布を示した３次元グラフであり、図5Bは光透過トン
ネルの出射端での光エネルギー分布を示した３次元グラ
フ

【図６】図6Aは複合光透過トンネルの断面図で、トンネ
ルセグメントの接続部分には、第１方向と第２方向に入
射光の波長レンジを分割する手段が設けられていて、ト
ンネルの出射端にはライトバルブが配設され、さらにこ
のライトバルブに光を集束させる手段も設けられている
様子を示しており、図6Bは図6Aの複合光透過トンネルの
外観を示す斜視図

【図７】図７は本発明のライトバルブ均等照射装置の構
成を示す模式側面図であり、本発明の光透過トンネル、
光源、トンネルの出射端に設けられたレンズを示した模
式側面図

【図８】図8A−8Cは図７の光透過トンネルの入射端と出
射端での光エネルギー分布を示した１組の３次元グラフ

【図９】図９は図７に似た側面図であって、光路を屈折
させると共に光源からの光を集めるプリズムが設けられ
たライトバルブ均等照射装置の側面図

【図１０】図10A は光源、光反射装置、接続部分にダイ
クロイックプリズムが配設された複合光透過トンネルか
ら構成されたライトバルブ均等照射装置の断面図、図10
B図10A によく似た図であって、光源にもっと効果的な
光反射装置を設けたライトバルブ均等照射装置の断面図

【図１１】図11は光源からの光を集束させるミラーアセ
ンブリの側面図

【符号の説明】

２、８２、１０６、１２０、１２６光透過トンネル４、７８光源６集束ミラー８集束レンズ１０、３２、８４、８６中継手段１２ライトバルブ１４、２６、４２光線２２ミラー装置２８テーパー加工セグメント１６、１００、１２８、１４２光軸２２、１３２、１３６ミラー４４、４６、６２、７４、７６セグメント４８対角プリズム面６０入射面６４、６６、６８フィルターガイド手段８４、８６レンズ９４、９６、９８プリズム面１０４、１３０楕円形ミラー１０８、１１４プリズム１２４反射装置１３８球状ミラーリング１４０ターゲット

Claims

【特許請求の範囲】／

【請求項１】光源と、光透過トンネルであって、反射壁と、トンネル内の短い
辺の長さがN である矩形断面形状と、長さＬと、入射端
と、出射端とからなる光透過トンネルと、前記光源からの光を前記入射端上に光点の形に集束させ
る手段であって、当該集束手段の開口角はu で、前記光
点の最大断面寸法はＤで、この寸法Ｄは前記短い辺の長
さＮ以下で、前記長さＬ、トンネル内の短い辺の長さ
Ｎ、開口角u は次式Ｌ＝ｋ^*Ｎ/tan(u) で表されるもので、ここでｋは約1.5 - 3 の範囲内の定
数である集束手段と、前記出射端に配置されていて、前記光透過トンネルを透
過した光が入射する有効領域を備えたライトバルブとか
ら構成されていることを特徴とするライトバルブ均等照
射装置。
【請求項２】前記光透過トンネルから出射される円錐
光の開口角は、u としいかそれよりも小さいことを特徴
とする請求項１記載のライトバルブ均等照射装置。
【請求項３】前記ライトバルブの前記有効領域は寸法
がＰｘＱからなる矩形をしており、P/Q の比がM/N の比
にほぼ等しいことを特徴とする請求項１または２に記載
のライトバルブ均等照射装置。
【請求項４】前記出射端と前記ライトバルブとの間に
設けられた光学装置をさらに具備しており、当該光学装
置は前記ライトバルブの前記有効領域上の前記出力端に
光の像を形成するもので、当該光の像の寸法を任意に前
記ライトバルブの前記有効領域の寸法にほぼ等しくなる
ようにすることを特徴とする請求項１、２、３のうちい
ずれか１項記載のライトバルブ均等照射装置。
【請求項５】前記出射端から出射される光の開口角は
u で、前記光学装置には入射側と出射側があり、当該入
射側は前記出力端に面しており、前記入力側の開口角は
前記開口角u に等しいかそれ以上であることを特徴とす
る請求項１、２、３、４のうちいずれか１項記載のライ
トバルブ均等照射装置。
【請求項６】前記光透過トンネルは中空で、前記反射
壁の内面では光源からの光を反射し、前記光透過トンネ
ルを直角平行六面体とし、また、前記光透過トンネルの
反射壁は均等にテーパー加工されていて、その長手方向
に断面積が均等に変化するようにしたり、さらに、断面
積が前記入射端から前記出射端方向へ大きくなるよう前
記光透過トンネルをテーパー加工することを特徴とする
請求項１記載のライトバルブ均等照射装置。
【請求項７】前記光透過トンネルの内部は固体材料で
充填されており、当該固体材料は光源からの光には透明
で、また、この固体材料の屈折率は前記光源からの光が
当該固体材料内で全内反射を起こすような屈折率である
ことを特徴とする請求項１または６項のいずれか１項記
載のライトバルブ均等照射装置。
【請求項８】前記ライトバルブは液晶ディスプレイま
たは変形自在ミラー装置であることを特徴とする請求項
１〜７項のうちいずれか１項記載のライトバルブ均等照
射装置。
【請求項９】前記光透過トンネルは第１セグメントと
第２セグメントを具備しており、当該セグメントの各断
面形状は矩形で、各セグメントには壁部が設けられてお
り、前記第１のセグメントの内側の短い辺の長さはN
で、前記第１及び第２セグメントの前記壁部の内面は前
記光源からの光を反射するもので、前記第１及び第２セ
グメントは同一面内に配設され、互いに固定されていて
外部からの光が遮断されており、前記第１セグメントか
ら前記第２セグメントへ光を伝播する手段によってこれ
らのセグメントは光学的に接続されており、前記第１セ
グメントと前記第２セグメントとがなす角度はほぼ直角
であり、前記光スポットが前記第１セグメントの前記入
射端に誘導されることを特徴とする請求項１〜８のうち
いずれか１項記載のライトバルブ均等照射装置。
【請求項１０】前記第１セグメントは第１サブセグメ
ントと第２サブセグメントからなり、当該第１サブセグ
メントは出射端と前記第１セグメントの入射端に一致し
た入射端とを備えており、また、当該第１サブセグメン
トの長さは前記第１セグメントよりも短く、前記第１サ
ブセグメントの前記出射端は第２サブセグメントに取り
付けられており、前記第１サブセグメントは均等にテー
パー加工が施されていて、前記第１サブセグメントの前
記入射端の断面がその出射端の断面よりも小さく、前記
第２サブセグメントの断面は一定であることを特徴とす
る請求項９記載のライトバルブ均等照射装置。
【請求項１１】前記第２セグメントは第１サブセグメ
ントと第２サブセグメントからなり、当該第１サブセグ
メントは出射端と前記第２セグメントの入射端に一致し
た入射端とを備えており、また、当該第１サブセグメン
トの長さは前記第２セグメントよりも短く、前記第１サ
ブセグメントの前記出射端は第２サブセグメントに取り
付けられており、前記第１サブセグメントは均等にテー
パー加工が施されていて、前記第１サブセグメントの前
記入射端の断面がその出射端の断面よりも小さく、前記
第２サブセグメントの断面は一定であることを特徴とす
る請求項９または１０のうちいずれか１項記載のライト
バルブ均等照射装置。
【請求項１２】前記光学結合手段は直角プリズムであ
ることを特徴とする請求項９、１０、１１のうちいずれ
か１項記載のライトバルブ均等照射装置。
【請求項１３】光源と、矩形断面形状、光反射内壁、入射端、出射端を備えた光
透過トンネルであって、前記出射端のアスペクト比は前
記ライトバルブのアスペクト比に等しく、当該光透過ト
ンネルの長さは、円錐光が入射した時に出射光の集積率
(integration factor)が約８５％以上になると共に当該
光透過トンネル内でのパワー透過率が約８５％以上とな
るような長さである、光透過トンネルと、前記光透過型トンネルから出射された光を前記ライトバ
ルブへと中継する中継手段とから構成されていることを
特徴とする矩形ライトバルブ均等照射装置。
【請求項１４】光源と、複合光透過トンネルで構成されており、当該複合光透過トンネルは、前記光源からの光を反射する内壁と、入射端と、出射端
をそれぞれ備えた複数のセグメントであって、前記入射
端と出射端は矩形断面形状をしているセグメントと、複数のジョイント部材であって、当該ジョイント部材は
入射端が１つと、第１及び第２出射端と、当該ジョイン
ト部材の中に固定配置されるフィルターガイド手段をそ
れぞれ有しており、当該ジョイント部材の出射端に入射
した一定の範囲の光波長は、前記フィルターガイド手段
によって反射されて前記第１の出射端から出射される第
１のサブレンジ波長と、前記フィルターガイド手段を透
過して前記第２出射端から出射される第２サブレンジ波
長に分けられる、ジョイント部材とからなり、前記セグメントのうちの第１セグメントは、前記光源か
らの光を前記入射端で受光するよう固定配置されてお
り、前記ジョイント部材のうち第１ジョイントの前記入射端
は、前記第１セグメントの前記出射端に固定接続されて
おり、前記セグメントのうち第２セグメントの前記入射端は、
前記第１ジョイントの前記第１出射端に固定接続されて
おり、前記セグメントのうち第３セグメントの前記入射端は、
前記第１ジョイントの前記第２出射端に固定接続されて
おり、前記ジョイント部材のうち第２ジョイントの前記入射端
は、前記第２セグメントの前記出射端に固定接続されて
おり、前記ジョイント部材のうち第３ジョイントの前記入射端
は、前記第３セグメントの前記出射端に固定接続されて
おり、前記セグメントのうち第４セグメントの前記入射端は、
前記第２ジョイント部材の前記第１出射端に固定接続さ
れており、前記セグメントのうち第５セグメントの前記入射端は、
前記第２ジョイント部材の前記第２出射端に固定接続さ
れており、前記セグメントのうち第６セグメントの前記入射端は、
前記第３ジョイント部材の前記第１出射端に固定接続さ
れており、前記第４、第５、第６セグメントの前記出射端には、有
効領域を有したライトバルブがそれぞれ固定配設されて
おり、当該有効領域は前記第４、第５、第６セグメント
からの光でほぼ均等に照射されることを特徴とする多ラ
イトバルブ均等照射装置。
【請求項１５】前記セグメントのうち少なくとも１つの
セグメントは、入射端の断面が前記出射端の端面よりも
小さくなるように、及び／または前記入射光の開口角が
前記第４、第５、第６セグメントの出射端からそれぞれ
出射される光の開口角に等しいかそれよりも大きくなる
よう均等にテーパー加工されていることを特徴とする請
求項１４記載の多ライトバルブ均等照射装置。
【請求項１６】光源からの光を集束させてターゲット
に集束光を照射させるミラーアセンブリにおいて、反射凹面と、近焦点、遠焦点、切頭面での円形エッジと
を有した切頭楕円形ミラーと、焦点と、反射凹面と、大径円形エッジと、小径円形エッ
ジとを有した第１環状パラボラミラーであって、当該環
状パラボラミラーの前記小径円形エッジは前記楕円形ミ
ラーの前記円形エッジに接続されている、第１環状パラ
ボラミラーと、焦点と、反射凹面と、大径円形エッジと、小径円形エッ
ジとを有した第２環状パラボラミラーであって、当該第
２環状パラボラミラーの前記大径円形エッジは前記第１
環状パラボラミラーの前記大径円形エッジに接続されて
おり、前記第２パラボラミラーの前記反射面は前記楕円
形ミラーの前記反射面に面している、第２環状パラボラ
ミラーとから構成されており、前記楕円形ミラーの前記近焦点と、前記第１及び第２パ
ラボラミラーの各焦点はほぼ一致しており、また、前記
光源の幾何学的中心にもほぼ一致していることを特徴と
するミラーアセンブリ。
【請求項１７】環状球形ミラーをさらに具備してお
り、当該環状球形ミラーは曲率センターと反射凹面を有
しており、また、前記第２環状パラボラミラーの小径円
形エッジの中心に対向しており、当該エッジを中心とし
て間隔をおいて対称に配置されており、前記曲率センタ
ーは前記光源の幾何学的中心に一致しており、及び／ま
たは前記第２の環状パラボラミラーと前記環状球形ミラ
ーの各円形開口部は、前記楕円ミラーで反射された光が
通過できるよう選択することを特徴とする請求項１６記
載のミラーアセンブリ。