(57)【要約】      （修正有）【課題】光学構成部品を少なくし、その寸法値を規定した投影機を得ること。【解決手段】本発明は、投影機（２）に対する結像系に係る。該系は、白色ビームと称される複数の色を有する照射ビーム（２０１）を作り出す照射源（２００）と、有色ホイール上に集束する前記白色ビームを有色の連続ビームへと変換する少なくとも１つの有色ホイール（２０２）と、インテグレータガイド（２０４）と、イメージャ（２０６，６２，７１）と、を有する。本発明によれば、該系は、有色ホイールとインテグレータガイドとの間に少なくとも１つのコリメータレンズ（２０３０，２０３１）を有する。本発明はまた、かかるシステムを実行する投影機に係る。【選択図】図３
2006268042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影機（２）に対する結像系（２０，６０，７０）であって、
白色ビームと称される複数の色を有する照射ビーム（２０１）を作り出す照射源（２００）と、
有色ホイール上に集束する前記白色ビームを有色の連続ビームへと変換する少なくとも１つの有色ホイール（２０２）と、
インテグレータガイド（２０４）と、
イメージャ（２０６，６２，７１）と、
を有し、
前記系は、前記有色ホイールと前記インテグレータガイドとの間に少なくとも１つのコリメータレンズ（２０３０，２０３１）を有する、ことを特徴とする、
系。
【請求項２】
前記イメージャは、前記ガイドと前記イメージャとの間にリレーレンズを有さずに前記ガイドの後方に置かれる、ことを特徴とする、
請求項１記載の系。
【請求項３】
前記イメージャ（２０６，６２）は、反射性であり、前記系は、前記ガイドの出口と前記イメージャとの間にプリズム（２０５，６１）を有する、ことを特徴とする、
請求項１又は２記載の系。
【請求項４】
前記プリズムは、前記ガイドの前記出口のすぐあとに置かれる、ことを特徴とする、
請求項３記載の系。
【請求項５】
前記イメージャ（２０６）は、ＤＭＤイメージャであり、前記プリズム（２０５）は、非偏光全内部反射プリズムである、ことを特徴とする、
請求項３又は４記載の系。
【請求項６】
前記イメージャ（６２）は、ＬＣＯＳイメージャであり、前記プリズム（６１）は、偏光分割プリズムである、ことを特徴とする、
請求項３又は４記載の系。
【請求項７】
前記イメージャ（７１）は、透過性であり、前記ガイドのすぐあとに置かれる、ことを特徴とする、
請求項１又は２記載の系。
【請求項８】
前記コリメータレンズ（２０３０，２０３１）は、少なくとも１つの凸面を有する、ことを特徴とする、
請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の系。
【請求項９】
前記有色ホイールと前記ガイドとの間に単一のレンズを有する、ことを特徴とする、
請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の系。
【請求項１０】
前記ガイドは、所定の値より大きい長さを有し、前記ガイドの前記出口での照射が略均一であるようにする、ことを特徴とする、
請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の系。
【請求項１１】
前記ガイドの前記光路長は、６センチメートルより大きい又は同等である、ことを特徴とする、
請求項１乃至１０のうちいずれか一項記載の系。
【請求項１２】
前記ガイドの前記光路長は、８センチメートルより大きい又は同等である、ことを特徴とする、
請求項１乃至１１のうちいずれか一項記載の系。
【請求項１３】
前記ガイドは、前記イメージャの断面の０．６倍より大きい又は同等であり、且つ前記イメージャの前記断面の０．９倍より小さい又は同等である、ことを特徴とする、
請求項１乃至１２のうちいずれか一項記載の系。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のうちいずれか一項に従った系（２０，６０，７０）及び投影対象（２１）を有する、
投影機（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像投影の分野に関連する。
【０００２】
より正確には、本発明は、結像系に、あるいは、フロント型の映像投影機又はリヤ投影機におけるイメージャに対する照射系に係る。
【背景技術】
【０００３】
背景技術によれば、図１に関して図解される通り、１６ｍｍと同等である長さ及び１０ｍｍと同等である幅の透過性ＬＣＤ型のイメージャ１１を照射する照射系１０が利用されている。
【０００４】
従来どおり、照射系１０は、
・  楕円反射体を有する照射源１００、
・  有色ホイール１０７、
・  長さが約４ｃｍであり、断面がイメージャ１１の断面の０．５倍より小さい矩形のガイド１０２、及び、
・  複数のリレーレンズ１０３乃至１０５を有する系、
を有する。
【０００５】
照射源１００は、源１００の楕円反射体の焦点で、矩形のガイド１０２の入口に置かれた有色ホイール１０７を光ビーム１９１を有して照射する。矩形のガイド１０２は、照射ビームの円形の断面を矩形の断面へと変形させるよう、また、ビームを空間的に均一にさせるよう、使用される。かかるシステムは、例えば、ＣＡＮＯＮ  ＫＫ社による、２０００年７月１４日出願、特開２０００−１９３９１１号広報（特許文献１）中に説明される。
【０００６】
ガイド１０２の出力は、リレーレンズの系を介してイメージャ１１上に結像される。該リレーレンズは、合計で最低で２つだが、合計で３つ又は４つの場合がしばしばあり、照射は、更に望ましくはテレセントリックである。照射ビームによって照射されたイメージャは、適切な対象を介してスクリーン上に画像を投影するよう使用される結像ビーム１２を発する。
【０００７】
イメージャ１１がＤＭＤ型（Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（登録商標）社からの「デジタル・マイクロミラー・ディバイス」）で作られた場合、ＴＩＲプリズムは、ビームを分割するよう照射系１０とイメージャ１１との間に置かれる。ＴＩＲプリズムは、イメージャ１１が透過性ＬＣＤ型（「液晶ディスプレイ」）で作られた場合には不要であり、あるいは、イメージャ１１がＬＣＯＳ型（「液晶オンシリコン」）で作られた場合にはＰＢＳ（又は「偏光ビームスプリッタ」）によって置き換えられる。
【０００８】
従来技術の主な問題点は、光学構成部品（典型的には１つのガイド及び少なくも２つのリレーレンズ）の数及び／又はその寸法（レンズ又はプリズム）である。
【特許文献１】特開２０００−１９３９１１号広報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、従来技術のこれらの問題点を緩和することを目的とする。
【００１０】
更に特には、本発明は、画像投影機における照射系の実行を単純化すること、を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的に対して、本発明は、投影機に対する結像系を提案する。該系は、
・  白色ビームと称される複数の色を有する照射ビームを作り出す照射源、
・  有色ホイール上に集束する前記白色ビームを有色の連続ビームへと変換する少なくとも１つの有色ホイール、
・  インテグレータガイド、
及び、
・  イメージャ（２０６，６２，７１）、
を有する。
【００１２】
該系は、有色ホイールとインテグレータガイドとの間に少なくとも１つのコリメータレンズを有する、という点において特筆すべきである。
【００１３】
有利には、イメージャは、ガイドとイメージャとの間にリレーレンズを有さずにガイドの後方に置かれる。
【００１４】
特有の一特徴によれば、イメージャは、反射性であり、系は、ガイドの出口とイメージャとの間にプリズムを有する。
【００１５】
特有の一特徴によれば、イメージャは、ＤＭＤイメージャであり、プリズムは、全は二部反射プリズムを分割する非分極性である。
【００１６】
他の特徴によれば、イメージャは、ＬＣＯＳイメージャであり、プリズムは、プリズムを分割する両極性である。
【００１７】
更に他の特徴によれば、イメージャは、透過性であり、ガイドのすぐあとに置かれる。
【００１８】
有利な一特徴によれば、コリメータレンズは、少なくとも１つの凸面を有する。
【００１９】
有利には、系は、有色ホイールとガイドとの間に単一のレンズを有する。
【００２０】
望ましくは、ガイドは、所定の値より大きい長さを有し、ガイドの出口での照射が略均一であるようにする。
【００２１】
有利には、ガイドの光路長は、６ｃｍより大きい又は同等であり、更に有利には８ｃｍと同等である。
【００２２】
有利な一特徴によれば、ガイドは、イメージャの断面の０．６倍より大きい又は同等であり、イメージャの断面の０．９倍より小さい又は同等である断面を有する。
【００２３】
本発明はまた、本発明に従って上述された系及び投影対象を有する投影機に係る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、よりよく理解され、他の特性及び有利点は、添付の図面を参照した以下の説明を読み明らかとなる。
【００２５】
本発明は、したがって、ガイドの出口でのリレーレンズを省くこと、光学素子（特にプリズム）の寸法を低減すること、故に、投影機に対する照射系のコストを削減することを可能にする。例えば、ＬＣＯＳイメージャの前方に置かれたＰＢＳプリズム（又は「偏光ビームスプリッタ」）は、従来技術に従ったものより小さくなり得、これは、従来技術に従ったリレーレンズは、テレセントリック且つ反射型イメージャに対して大きい寸法でなければならないためである。機械的実効及び組立体の単純性はまた、製造コストを削減することを可能とする。
【００２６】
図２は、本発明の第１の実施例に従ったリヤ投影機２の非常に概略的な図である。
【００２７】
投影機２は、
・  （全体が結像系を形成する）イメージャ２０８を照射する照射系２０、
・  結像系２０によって作られた照射ビーム２６を受け、ビーム２５を作り出す対象２１、
・  ビーム２５によって照射されるリア投影スクリーン２４、
及び、
・  ビーム２５を折り返し、投影機２の奥行きＰを低減することを可能にする２つの折返しミラー２２及び２３、
を有する。
【００２８】
対称２１、ミラー２２及び２３、並びにスクリーン２４は、その配置と同様に、当業者にとっては周知であり、更に詳細にされない。
【００２９】
図３は、イメージャ２０８を照射する照射系２０をｘｙ平面においてより詳細に図示する。該系は、
・  約３０°の（ｆ／１開口に対する）集束度を示す楕円反射体を有する照射源２００、
・  有色ホイール２０２、
・  コリメータレンズ２０３０及び２０３１の群、
・  （入口２０４１及び出口２０４２を除いて）反射性の外面を有する中空の矩形のガイド２０４、
及び、
・  ＴＩＲプリズム２０５
を有する。
【００３０】
イメージャ２０８は、ＤＭＤ型（Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（登録商標）社からの「デジタル・マイクロミラー・ディバイス」）で作られ、例えば１６ｍｍの長さ及び１０ｍｍの幅を有する。イメージャは、照射ビーム２０７によって照射される際、結像ビーム２６を作り出す（黒色ピクセルに対応するビームの未使用部分は、点で示される）。
【００３１】
照射源２００は、源２００の楕円反射体の焦点に置かれた有色ホイールを、光ビーム２０１を有して照射する。
【００３２】
光ビーム２０１はまた、有色ホイール２０２上で集束される。
【００３３】
レンズ２０３０及び２０３１は、望ましくは小型であり、それに故にコストを削減することを可能にする。その断面は、望ましくは、機械的保定を確実にするようガイド２０４の断面より僅かに大きい（例えば、その直径は、ガイドの対角線に２ｍｍ加えたものより大きい）。
【００３４】
中空のガイド２０４は、照射ビームの円形断面を矩形の変形させるよう、また、ビームを空間的に均一にさせるよう、使用される。その長さは約８ｃｍと同等である。故にそれは、イメージャ２０８の寸法及び源２００の集束度に合わせられ、略均一にイメージャ２０８を照射するようにされる。一般的には、矩形のガイドは、従来術に従ったものの少なくとも２倍の長さを有し、イメージャを照射するビーム２０７の優れた均一性を得るようにされる。特には、照射ビーム２０１の光線の角度は、一般的には従来技術に従ったものより小さい。有利には、ガイド２０４の長さ及び断面は、イメージャ２０８の寸法及び源２００の集束度に合わせられる。望ましくは、ガイド２０４の長さは、６ｃｍより大きい又は同等であり、より望ましくは８ｃｍと同等である。
【００３５】
本発明の変形によれば、ガイド２０４は中空ではなく、反射性の外面を有する透明材料を有する。その長さは、その材料の屈折率ｎに依存する。典型的には、この長さは、中空のガイドの長さの屈折率掛ける中空のガイドの長さの製品に対応する。故に、１．５と同等であるインデックスｎを有して、その長さは望ましくは９ｃｍ（即ち６×１．５ｃｍ）と同等であり、より望ましくは１２ｃｍ（即ち８ｃｍ×１．５）と同等である。
【００３６】
図３中に図示される形態によれば、又は変形によれば、望ましくは、ガイド２０４の断面ｓは、イメージャ２０８の断面Ｓの０．６倍乃至０．９倍、
【００３７】
【数１】
2006268042.tif 000003
、である。更に望ましくは、ガイド２０４の断面ｓは、イメージャ２０８の断面Ｓの０．７倍乃至０．９倍、
【００３８】
【数２】
2006268042.tif 000004
、である。
【００３９】
レンズ２０３０及び２０３１は、望ましくは、平面凸状又は両凸状であり、望ましくは１２°より小さいまたは同等である最大ビーム開口を有するガイド２０４における準テレセントリック光線を得ることを可能とする。更に望ましくは、ビームの最大開口は、対象の最大開口より少ない又は同等である。レンズ２０３０及び２０３１は、（従来技術によれば使用される）ガイド２０４の出口でリレーレンズを有する必要をなくする。それらの機能は実質的に、入口２０４１を介してガイド２０４に入るビームを実質上平行にする。また、ＴＩＲプリズム２０５は、ガイド２０４の出口２０４２のすぐあとに望ましくは置かれ、また望ましくは出口２０４２に対して境を接しており、ガイド２０４とプリズム２０５との間の照射ビームの広がり及び効果の損失を妨ぐようにする。これはまた、照射系の割合を低減すること、及びその製造を容易にすることを可能とする。
【００４０】
ＴＩＲプリズム２０５は、特には、反射性ＤＭＤによって作り出される結像ビームのガイド２０４への戻りを妨げることを可能にする。
【００４１】
リレーレンズは、したがって、ガイド２０４とプリズム２０５との間に存在したないため、ガイドの出口でのＴＩＲのコスト及び寸法を削減することを可能とする。更には、本発明に従った系の構造は、従来技術に対して使用されるＴＩＲプリズムの寸法を低減することも可能とする。
【００４２】
本発明の異なる一実施例によれば、２つのレンズ２０３０及び２０３１は、単一のコリメータレンズによって置き換えられる。該コリメータレンズは、両凸状又は平面凸状であり、同一のコリメータ機能を与える。
【００４３】
更に他の異なる実施例によれば、２つのコリメータレンズ２０３０及び２０３１は、少なくとも２つ（例えば３つ、４つ、等）のコリメータレンズによって置き換えられる。
【００４４】
図４は、空間ｘｙｚにおけるプリズム２０５の斜視図を示す。
【００４５】
プリズム２０５は、特には（ｙ軸に沿った）高さｈ及び（ｚ軸に沿った）幅Ｉを有する。該高さ及び幅は、ガイド２０４の出口２０４２の高さ及び幅より夫々大きく、ガイド２０４を出る全ての光束がプリズム２０５に入り、分割面上、続いてミラー２０６上の反射は、光束の損失を略有さずに行われる。
【００４６】
追加的には、プリズム２０５は、（ｘ軸に沿った）深さｐを有する。
【００４７】
図によって、特定の一実施例によれば、断面Ｓのイメージャ２０６は、１７．５１ｍｍ×９．８５ｍｍと同等であり、断面ｓのガイド２０４は１１．３８ｍｍ×６．４０ｍｍと同等であると考えられる（ｓ／Ｓは０．６５と同等である）。また、高さｈのＴＩＲプリズムは、４５．５０ｍｍと同等であり、深さｐは２９．５０ｍｍと同等であり、幅Ｉは２８．４０ｍｍと同等であると、考えられる。これらの寸法は、従来技術に従った全ての照射系で使用されるＴＩＲの寸法より約２０％小さい。
【００４８】
図５は、イメージャ２０８の平面におけるビーム２０７の強度を図示する。
【００４９】
このように、イメージャを照射する光束は、非常に均一であり、照射の７０％及び５０％に夫々対応する域５１及び５２は、略矩形であり、実際にはイメージャ２０８の面と一致する。９０％に対応する域５０はまた、略矩形であり、イメージャ２０８上に集められる。
【００５０】
本発明はまた、必ずしも透過性ＬＣＤ型（「液晶ディスプレイ」）のイメージャではないがいずれの型のイメージャとも互換性のある、特にはＤＭＤ（Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（登録商標）社からの「デジタル・マイクロミラー・ディバイス」）又はＬＣＯＳ（「液晶オンシリコン」）型で作られたイメージャに対して適用される。
【００５１】
図６は、ＬＣＯＳ（「液晶オンシリコン」）型で作られたイメージャ６２を実行する照射系６９を図示する。ＬＣＯＳの場合、ＴＩＲプリズムは、ＰＢＳ６１（又は「偏光ビームスプリッタ」）によって置き換えられる。
【００５２】
より正確には、系６０は、
・  照射源２００、
・  有色ホイール２０２、
・  コリメータレンズ２０３０及び２０３１の群、
・  矩形のガイド２０４、及び、
・  ＰＢＳプリズム（偏光スプリッタ）６１、
を有する。
【００５３】
系２０及び６０に共通する要素は、同一の名称及び参照符号を有し、更には説明されない。
【００５４】
ＬＣＯＳイメージャ６２は、例えば、長さ１６ｍｍ及び幅１０ｍｍを有する。該イメージャは、照射ビーム６４によって照射される際、結像ビーム６３を作り出す。イメージャ６２によって戻された結像ビーム６３は、ＰＢＳ６１の分割面によって対象２１にむかって戻される。
【００５５】
ガイド２０４の断面ｓは、イメージャ６２の断面Ｓの０．６倍乃至０．９倍、
【００５６】
【数３】
2006268042.tif 000005
である。更に望ましくは、ガイド２０４の断面ｓは、イメージャ６２の断面Ｓの０．７倍乃至０．９倍、
【００５７】
【数４】
2006268042.tif 000006
である。
【００５８】
ＰＢＳプリズム６１は、ガイド２０４の出口２０４２のすぐ後に置かれ、望ましくは、ガイド２０４の出口２０４２に対して境を接し、ガイド２０４とプリズム６１との間の照射ビームの広がり及び効果の損失を妨ぐようにする。
【００５９】
リレーレンズは、したがって、ガイド２０４とプリズム６１との間に存在したないため、ガイドの出口でのＰＢＳプリズムのコスト及び寸法を削減することを可能とする。更には、本発明に従った系の構造は、従来技術に対して使用されるＰＢＳプリズムの寸法を低減することも可能とする。
【００６０】
図７は、透過性ＬＣＤ型のイメージャ７１を実行する照射系７０を図示する。この実施例は、ガイドの出口でいずれのプリズムも有さない。
【００６１】
より正確には、系７０は、
・  照射源２００、
・  有色ホイール２０２、
・  コリメータレンズ２０３０及び２０３１の群、及び、
・  矩形のガイド２０４、
を有する。
【００６２】
系２０及び７０に共通する要素は、同一の名称及び参照符号を有し、更には説明されない。
【００６３】
透過性ＬＣＤイメージャ７１は、例えば、長さ１６ｍｍ及び幅１０ｍｍを有する。該イメージャは、照射ビームによって照射される際、結像ビーム７２を作り出す
透過性ＬＣＤイメージャ７１は、ガイド２０４の出口２０４２のすぐあとに置かれ、また望ましくは出口２０４２に対して境を接しており、ガイド２０４とイメージャ７１との間の照射ビームの広がり及び効果の損失を妨ぐようにする。これはまた、
リレーレンズは、したがって、ガイド２０４とイメージャ７１との間に存在したないため、系のコスト及び寸法を削減することを可能とする。
【００６４】
当然のことながら、本発明は上述された実施例に制限されない。
【００６５】
本発明は、可変の型、寸法及び形状のイメージャと互換性がある。故に、本発明は、いかなる型のイメージャとも関連され、また、イメージャの適切な操作に対して必要である適合の手段と関連された照射系に適用される（例えばＴＩＲ又はＰＢＳ型又はたのいずれかの適切なプリズムである）。
【００６６】
本発明はまた、透過性の有色セグメントを有する有色ホイールの他の型の有色フィルタに適用される。本発明は特には、有色ホイールが、反射性のモードに従って、又はより一般的には画像投影に対して適切である有色フィルタに従って使用される場合（特には、有色ホイールが２つ（またはそれ以上の）有色ホイールによって置き換える場合）に対して適用される。
【００６７】
可変の一実施例によれば、本発明はまた、追加的な光学素子がガイドの出口とイメージャ又はプリズムとの間に、あるいは、プリズムとイメージャとの間に置かれる場合に適用される。
【００６８】
本発明は、同様に、１つ又はそれ以上の有色ホイール上へと集束するいずれの型の源にでも適用し得る。（源は、例えば、反射体を有する照明器具、（例えば、全スペクトルを有する白色ビーム又は単に可視スペクトルの一部分である）複数の色を有するビームを作り出すＬＥＤ（電動発光ダイオード）に適用される。故に、複数の色を有するビームは、有色ホイールが回転する際、有色の連続ビームへと変換される。
【００６９】
更には、本発明は、上述された照射系を実行する全ての種類の投影機に適用され、特には、（特には、透過性ＬＣＤ，ＤＭＤまたはＬＣＯＳ型マイクロディスプレイである）イメージャを実行するフロント投影機又はリヤ投影機に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】既知の照射系を図示する。
【図２】本発明に従った投影機の非常に概略的な図である。
【図３】図２中の投影機において実行される照射系を図示する。
【図４】図３中の照射系のプリズムを図示する。
【図５】図２中の投影機のイメージャの平面における照射ビームの強度を図示する。
【図６】本発明の変形に従ったＬＣＯＳを実行する照射系を図示する。
【図７】本発明の他の変形に従った反射型ＬＣＤを実行する照射系を図示する。
【符号の説明】
【００７１】
２０  結像系
２６  照射ビーム
２００  照射源
２０１  照射ビーム
２０２  有色ホイール
２０３０  コリメータレンズ
２０３１  コリメータレンズ
２０４  インテグレータガイド
２０４１  ガイド入口
２０４２  ガイド出口
２０５  プリズム
２０６  イメージャ
２０７  照射ビーム
２０８  イメージャ
ｓ  断面
Ｓ  断面
ｘ  ｘ軸
ｙ  ｙ軸
【図１】
2006268042.tif 000007
【図２】
2006268042.tif 000008
【図３】
2006268042.tif 000009
【図４】
2006268042.tif 000010
【図５】
2006268042.tif 000011
【図６】
2006268042.tif 000012
【図７】
2006268042.tif 000013