(57)【要約】第１および第２の焦点を有するリフレクタを備えた投影型ディスプレイのための光回収システムを提供する。電磁放射線の源は、リフレクタの第１の焦点に近接して配置されて、リフレクタから反射しかつ実質的に第２の焦点に収束する放射線を放射する。レトロリフレクタは、リフレクタに直接当たらない電磁放射線の少なくとも一部をリフレクタの第１の焦点を通してリフレクタに向けて反射させて、収束する光線の線束強度を増すようにする。入力面および出力面を備えた光導管は、入力面が第２の焦点に近接するよう配置されて、放射線を実質的にすべて集めかつ透過する。第１のリフレクタは出力面に近接して配置されて放射線の第１の帯域を透過し、放射線の第２および第３の帯域を反射させる。第２のリフレクタは出力面に近接して配置されて、放射線の第２の帯域を透過し、放射線の第１および第３の帯域を反射させる。第３のリフレクタは出力面に近接して配置されて、放射線の第３の帯域を透過し、放射線の第１および第２の帯域を反射させる。代替的に、ＰＢＳは出力面に近接して配置されて、放射線を実質的にすべて集め、第１の偏光および第２の偏光の放射線に偏光させる。第１の偏光の放射線は透過されるが、第２の偏光の放射線は出力面に向けて反射される。波長板は第２の偏光の放射線の経路に配置される。
2005507086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影型ディスプレイのための光回収システムであって、
第１および第２の焦点を有するリフレクタと、
前記リフレクタの前記第１の焦点に近接して配置されて、前記リフレクタから反射しかつ実質的に前記第２の焦点に収束する放射線を放射する、電磁放射線の源と、
前記リフレクタと対向して配置されて、前記リフレクタに直接当たらない電磁放射線の少なくとも一部を前記リフレクタの第１の焦点を通して前記リフレクタに向けて反射させ、収束する光線の線束強度を増すようにする、レトロリフレクタと、
入力面および出力面を有する光導管とを含み、前記光導管の前記入力面は前記第２の焦点に近接して配置されて、前記放射線を実質的にすべて集めかつ透過し、前記光回収システムはさらに、
前記出力面に近接して配置される第１のリフレクタを含み、前記第１のリフレクタは前記放射線の第１の帯域を透過し、前記放射線の第２および第３の帯域を反射させ、前記光回収システムはさらに、
前記出力面に近接して配置される第２のリフレクタを含み、前記第２のリフレクタは前記放射線の前記第２の帯域を透過し、前記放射線の前記第１および第３の帯域を反射させ、前記光回収システムはさらに、
前記出力面に近接して配置される第３のリフレクタを含み、前記第３のリフレクタは前記放射線の前記第３の帯域を透過し、前記放射線の前記第１および第２の帯域を反射させる、光回収システム。
【請求項２】
前記出力面は第１、第２および第３の領域を含み、
前記第１のリフレクタは前記第１の領域を覆う第１の反射コーティングであり、
前記第２のリフレクタは前記第２の領域を覆う第２の反射コーティングであり、
前記第３のリフレクタは前記第３の領域を覆う第３の反射コーティングである、請求項１に記載の光回収システム。
【請求項３】
軸に回転可能に装着され、前記軸のまわりに螺旋状に配置される第１、第２および第３の領域を含む面を有する、カラーホィールをさらに含み、
前記入力面はすべて、実質的に透過であり、
前記第１のリフレクタは前記第１の領域を覆う第１の反射コーティングであり、
前記第２のリフレクタは前記第２の領域を覆う第２の反射コーティングであり、
前記第３のリフレクタは前記第３の領域を覆う第３の反射コーティングである、請求項１に記載の光回収システム。
【請求項４】
前記光導管は、石英、ガラス、プラスチックまたはアクリル樹脂からなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の光回収システム。
【請求項５】
前記光導管は、
ＳＬＰと、
ＴＬＰとからなる群から選択される、請求項１に記載の光回収システム。
【請求項６】
前記リフレクタは、実質的に楕円状の回転面の少なくとも一部を含む、請求項１に記載の光回収システム。
【請求項７】
前記リフレクタは、実質的に球状の回転面の少なくとも一部を含む、請求項１に記載の光回収システム。
【請求項８】
前記リフレクタは、実質的に円環状の回転面の少なくとも一部を含む、請求項１に記載
の光回収システム。
【請求項９】
前記レトロリフレクタは、前記源の、前記リフレクタとは反対側に配置される球状のレトロリフレクタを含む、請求項１に記載の光回収システム。
【請求項１０】
前記第１の帯域は、
赤外と、
赤色と、
橙色と、
黄色と、
緑色と、
青色と、
藍色と、
紫色と、
桃色と、
白色と、
赤紫色と、
紫外とからなる群から選択される、請求項１に記載の光回収システム。
【請求項１１】
前記第２の帯域は、
赤外と、
赤色と、
橙色と、
黄色と、
緑色と、
青色と、
藍色と、
紫色と、
桃色と、
白色と、
赤紫色と、
紫外とからなる群から選択される、請求項１に記載の光回収システム。
【請求項１２】
前記第３の帯域は、
赤外と、
赤色と、
橙色と、
黄色と、
緑色と、
青色と、
藍色と、
紫色と、
桃色と、
白色と、
赤紫色と、
紫外とからなる群から選択される、請求項１に記載の光回収システム。
【請求項１３】
前記リフレクタは、第１の光軸を有する一次リフレクタを含み、前記第１の焦点は前記一次リフレクタの焦点であり、前記リフレクタはさらに、
第２の光軸を有し、前記第１および第２の光軸が実質的に同一線上となるように前記１
次リフレクタと実質的に対称的に配置される２次リフレクタを含み、前記第２の焦点は前記２次リフレクタの焦点であり、
前記放射線は前記１次リフレクタから前記２次リフレクタに向かって反射し、実質的に前記第２の焦点に収束する、請求項１に記載の光回収システム。
【請求項１４】
前記１次および２次リフレクタは各々、実質的に楕円状の回転面の少なくとも一部を含む、請求項１３に記載の光回収システム。
【請求項１５】
前記１次および２次リフレクタは各々、実質的に放物面状の回転面の少なくとも一部を含む、請求項１３に記載の光回収システム。
【請求項１６】
前記１次リフレクタは実質的に楕円状の回転面の少なくとも一部を含み、
前記２次リフレクタは実質的に双曲線状の回転面の少なくとも一部を含む、請求項１３に記載の光回収システム。
【請求項１７】
前記１次リフレクタは実質的に双曲線状の回転面の少なくとも一部を含み、
前記２次リフレクタは実質的に楕円状の回転面の少なくとも一部を含む、請求項１３に記載の光回収システム。
【請求項１８】
前記リフレクタは、電磁放射線スペクトルの予め特定された部分のみを反射させるコーティングを有する、請求項１に記載の光回収システム。
【請求項１９】
前記予め特定された部分は、
赤外線と、
可視光線と、
予め特定された波長帯の放射線と、
特定の色の放射線と、
これらの組合せとからなる群から選択される、請求項１８に記載の光回収システム。
【請求項２０】
前記レトロリフレクタは、電磁放射線スペクトルの予め特定された部分のみを反射させるコーティングを有する、請求項１に記載の光回収システム。
【請求項２１】
前記予め特定された部分は、
赤外線と、
可視光線と、
予め特定された波長帯の放射線と、
特定の色の放射線と、
これらの組合せとからなる群から選択される、請求項２０に記載の光回収システム。
【請求項２２】
前記コーティングは、
赤外線と、
紫外線とからなる群から選択される放射線を透過する、請求項１８に記載の光回収システム。
【請求項２３】
前記電磁放射線の源は、
単一チップと、
二重チップと、
三重チップとからなる群から選択される、請求項１に記載の偏光回収システム。
【請求項２４】
前記電磁放射線の源はアーク灯を含む、請求項１に記載の光回収システム。
【請求項２５】
前記アーク灯は、キセノンランプ、メタルハライドランプ、ＨＩＤランプまたは水銀ランプからなる群から選択されるランプを含む、請求項２４に記載の光回収システム。
【請求項２６】
前記電磁放射線の源は、ハロゲンランプおよび白熱電球からなる群から選択される、請求項１に記載の光回収システム。
【請求項２７】
前記放射線の経路に配置される赤外線リフレクタをさらに含む、請求項２６に記載の光回収システム。
【請求項２８】
前記赤外線リフレクタは前記リフレクタの内部に近接して配置される、請求項２７に記載の光回収システム。
【請求項２９】
前記赤外線リフレクタは前記リフレクタと前記源との間に配置される、請求項２８に記載の光回収システム。
【請求項３０】
前記出力面に近接して配置されて、前記放射線を実質的にすべて集める画像投影システムをさらに含む、請求項１に記載の光回収システム。
【請求項３１】
前記画像投影システムは、
ＬＣＯＳイメージャと、
ＤＭＤチップと、
透過型ＬＣＤパネルとからなる群から選択される、請求項３０に記載の光回収システム。
【請求項３２】
前記出力面と前記画像投影システムとの間に配置されるＰＢＳをさらに含み、前記ＰＢＳは、前記放射線を実質的にすべて集め、第１の偏光および第２の偏光に偏光させ、
前記第１の偏光の前記放射線は透過され、
前記第２の偏光の放射線は反射される、請求項３０に記載の光回収システム。
【請求項３３】
前記ＰＢＳはワイヤーグリッド型の偏光子を含む、請求項３２に記載の光回収システム。
【請求項３４】
前記第２の偏光の前記放射線の経路に配置される波長板をさらに含む、請求項３２に記載の光回収システム。
【請求項３５】
前記波長板は前記リフレクタの内部に近接して配置される、請求項３４に記載の光回収システム。
【請求項３６】
前記波長板は４分の１波長板である、請求項３４に記載の光回収システム。
【請求項３７】
投影型ディスプレイのための光回収装置であって、
第１および第２の焦点を有するリフレクタと、
前記リフレクタの前記第１の焦点に近接して配置されて、前記リフレクタから反射しかつ実質的に前記第２の焦点に収束する放射線を放射する、電磁放射線の源と、
前記リフレクタと対向して配置されて、前記リフレクタに直接当たらない電磁放射線の少なくとも一部を前記リフレクタの第１の焦点を通して前記リフレクタに向けて反射させ、収束する光線の線束強度を増すようにするレトロリフレクタと、
入力面および出力面を有する光導管とを含み、前記光導管の前記入力面は、前記第２の焦点に近接して配置されて、前記放射線を実質的にすべて集めかつ透過し、前記光回収装置はさらに、
前記出力面に近接して配置されるＰＢＳを含み、前記ＰＢＳは、前記放射線を実質的にすべて集め、第１の偏光および第２の偏光に偏光させ、
前記第１の偏光の前記放射線は透過され、
前記第２の偏光の放射線は前記出力面に向けて反射され、
前記第２の偏光の前記放射線の経路に波長板が配置される、光回収装置。
【請求項３８】
前記波長板は前記リフレクタの内部に近接して配置される、請求項３７に記載の光回収装置。
【請求項３９】
前記波長板は４分の１波長板である、請求項３８に記載の光回収装置。
【請求項４０】
前記ＰＢＳはワイヤーグリッド型の偏光子を含む、請求項３７に記載の光回収装置。
【請求項４１】
前記光導管は、石英、ガラス、プラスチックまたはアクリル樹脂からなる群から選択される材料を含む、請求項３７に記載の光回収装置。
【請求項４２】
前記リフレクタは、実質的に楕円状の回転面の少なくとも一部を含む、請求項３７に記載の光回収装置。
【請求項４３】
前記リフレクタは、実質的に球状の回転面の少なくとも一部を含む、請求項３７に記載の光回収装置。
【請求項４４】
前記リフレクタは、実質的に円環状の回転面の少なくとも一部を含む、請求項３７に記載の光回収装置。
【請求項４５】
前記レトロリフレクタは、前記源の、前記リフレクタとは反対側に配置される球面のレトロリフレクタを含む、請求項３７に記載の光回収装置。
【請求項４６】
前記リフレクタは、第１の光軸を有する１次リフレクタを含み、前記第１の焦点は前記１次リフレクタの焦点であり、前記リフレクタはさらに、
第２の光軸を有し、前記第１および第２の光軸が実質的に同一線上となるように前記１次リフレクタと実質的に対称的に配置される２次リフレクタを含み、前記第２の焦点は前記２次リフレクタの焦点であり、
前記放射線は前記１次リフレクタから前記２次リフレクタに向かって反射し、実質的に前記第２の焦点に収束する、請求項３７に記載の光回収装置。
【請求項４７】
前記１次および２次リフレクタは各々、実質的に楕円状の回転面の少なくとも一部を含む、請求項４６に記載の光回収装置。
【請求項４８】
前記１次および２次リフレクタは各々、実質的に放物面状の回転面の少なくとも一部を含む、請求項４６に記載の光回収装置。
【請求項４９】
前記１次リフレクタは実質的に楕円状の回転面の少なくとも一部を含み、
前記２次リフレクタは実質的に双曲線状の回転面の少なくとも一部を含む、請求項４６に記載の光回収装置。
【請求項５０】
前記１次リフレクタは実質的に双曲線状の回転面の少なくとも一部を含み、
前記２次リフレクタは実質的に楕円状の回転面の少なくとも一部を含む、請求項４６に記載の光回収装置。
【請求項５１】
前記リフレクタは、電磁放射線スペクトルの予め特定された部分のみを反射させるコーティングを有する、請求項３７に記載の光回収装置。
【請求項５２】
電磁放射線スペクトルの前記予め特定された部分は、
赤外線と、
可視光線と、
予め特定された波長帯の放射線と、
特定の色の放射線と、
これらの組合せとからなる群から選択される、請求項５１に記載の光回収装置。
【請求項５３】
前記リフレクタは、
赤外線と、
紫外線とからなる群から選択される放射線を透過するコーティングを有する、請求項３７に記載の光回収システム。
【請求項５４】
前記レトロリフレクタは、電磁放射線スペクトルの予め特定された部分のみを反射させるコーティングを有する、請求項３７に記載の光回収装置。
【請求項５５】
電磁放射線スペクトルの前記予め特定された部分は、
赤外線と、
可視光線と、
予め特定された波長帯の放射線と、
特定の色の放射線と、
これらの組合せとからなる群から選択される、請求項５２に記載の光回収装置。
【請求項５６】
前記レトロリフレクタは、
赤外線と、
紫外線とからなる群から選択される放射線を透過するコーティングを有する、請求項３７に記載の光回収装置。
【請求項５７】
前記電磁放射線の源は、
単一チップと、
二重チップと、
三重チップとからなる群から選択される、請求項３７に記載の光回収装置。
【請求項５８】
前記電磁放射線の源はアーク灯を含む、請求項３７に記載の光回収装置。
【請求項５９】
前記アーク灯は、キセノンランプ、メタルハライドランプ、ＨＩＤランプまたは水銀ランプからなる群から選択されるランプを含む、請求項５８に記載の光回収装置。
【請求項６０】
前記電磁放射線の源は、ハロゲンランプおよび白熱電球からなる群から選択される、請求項３７に記載の光回収装置。
【請求項６１】
前記放射線の経路に配置される赤外線リフレクタをさらに含む、請求項６０に記載の光回収装置。
【請求項６２】
前記赤外線リフレクタは前記リフレクタの内部に近接して配置される、請求項６１に記載の光回収装置。
【請求項６３】
前記赤外線リフレクタは前記リフレクタと前記源との間に配置される、請求項６１に記載の光回収装置。
【請求項６４】
前記ＰＢＳの出力面に近接して配置される集束レンズと、
前記集束レンズの出力側に近接して配置される画像投影システムと、
前記集束レンズに集められかつ焦点を合せられる放射線により照射される画像とをさらに含み、前記投影システムは、集められかつ焦点を合せられた放射線を放出して前記画像を表示する、請求項３７に記載の光回収装置。
【請求項６５】
前記画像投影システムは、
ＬＣＯＳイメージャと、
ＤＭＤチップと、
透過型ＬＣＤパネルとからなる群から選択される、請求項６４に記載の光回収装置。
【請求項６６】
前記ＰＢＳは１次元配列を含む、請求項３７に記載の光回収装置。
【請求項６７】
前記ＰＢＳは２次元配列を含む、請求項３７に記載の光回収装置。
【請求項６８】
偏光回収の方法は、
電磁放射線の源をリフレクタの第１の焦点に位置決めするステップと、
前記源により放射線を生成するステップと、
前記放射線の一部を前記リフレクタにより第２の焦点に向けて反射させるステップと、
前記放射線を実質的に前記第２の焦点に収束させるステップと、
前記リフレクタに直接当たらない放射線の少なくとも一部を、前記リフレクタの第１の焦点を通して前記リフレクタに向けて反射させるステップと、
入力面および出力面を有する出力光導管を、前記入力面が前記第２の焦点に実質的に近接するように位置決めするステップと、
前記放射線を実質的に前記入力面に集めるステップと、
前記放射線を前記出力光導管に通すステップと、
前記出力光導管の前記出力面から放射線を出力するステップと、
前記出力面に近接してＰＢＳを位置決めするステップと、
前記放射線を第１の偏光の放射線および第２の偏光の放射線に実質的に偏光させるステップと、
前記第１の偏光の前記放射線を実質的に透過するステップと、
前記第２の偏光の前記放射線を前記出力面に向けて実質的に反射させるステップと、
前記第２の偏光の前記放射線を実質的に前記出力面に集めるステップと、
前記第２の偏光の前記放射線を前記出力光導管に通すステップと、
前記出力光導管の前記入力面から前記第２の偏光の放射線を出力するステップと、
前記第２の偏光の前記放射線を実質的に前記第２の焦点に収束させるステップと、
前記第２の偏光の前記放射線の一部を前記リフレクタにより前記第１の焦点に向けて実質的に反射させるステップと、
前記第２の偏光の前記放射線を波長板で実質的に円偏光させるステップと、
前記円偏光放射線を実質的に前記第１の焦点に収束させるステップと、
前記円偏光放射線を、前記リフレクタの第１の焦点を通して前記リフレクタに向けて実質的に反射させるステップと、
前記円偏光放射線を前記第１の偏光の放射線に実質的に偏光させるステップと、
前記第１の偏光の前記放射線を実質的に前記第２の焦点に収束させるステップと、
前記第１の偏光の前記放射線を実質的に前記入力面に集めるステップと、
前記第１の偏光の前記放射線を前記出力光導管に通すステップと、
前記出力光導管の前記出力面から前記第１の偏光の放射線を実質的に出力するステップ
とを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
この発明は、投影システムにおける、ともすれば浪費されるおそれのある光の回収に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
投影型ディスプレイは、たとえばスクリーン上に光を投影することにより機能する。光は、色もしくは明るさおよび暗さ、またはこの両方のパターンで構成される。見る人はこのパターンを見て、特徴または顔などの既に知り得る画像と関連付けて取込む。パターンはさまざまな方法で形成され得る。１つの方法は、光線を情報のストリームで変調することによるものである。
【０００３】
偏光は、偏光フィルタでフィルタリングすることにより変調され得る。ＬＣＤイメージャを用いて、たとえばＬＣＤ型の投影型ディスプレイにおいて変調を行なうことができる。ＬＣＤイメージャは、たとえば透過型または反射型であり得る。ＬＣＤイメージャは画素を含み得、これらの画素は、その偏光を、入射光の偏光に一致するかまたはそれとは異なるように変えることにより、変調され得る。画素は、一般的に、その偏光が入射光の偏光に一致する場合、光を通す。
【０００４】
画素の偏光が、見る人にとってよく知られたパターンなどの情報で変調される場合、この情報は光の有無に応じてスクリーン上に投影される。画素が、見る人にとってよく知られたパターンを形成する情報で変調される場合、見る人はスクリーン上に投影されるパターンを認識し得る。
【０００５】
光源からの光のうち半分だけが、光の偏光後にＬＣＤイメージャに入力すべき正確な偏光の光となるだろう。他の半分は不正確な偏光の光となり、したがって直接には使用することができない。誤った偏光の光を回収し用いることができれば望ましい。
【０００６】
不正確に偏光された光を用いることができるように正確な偏光に変換するためにさまざまな方法が開発されている。最も一般的な方法は、レンズのアレイおよび偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）のアレイを用いる。別のシステムでは、先細になった光導管およびＰＢＳを使用し、偏光回収が光導管の内部で行なわれる。このようなシステムは、１対１の二重放物面結合システムとともに用いることができる。
【０００７】
しかしながら、これらのシステムのほとんどでは、出力はシステム範囲の半分の範囲に集められる。偏光回収システムは、次いで、出力範囲を２倍にしてシステム範囲に戻す。システム範囲の半分の範囲に集められる光がより少ないので、このようなシステムはそれほど効率的ではない。この範囲をもともとのサイズで維持することができれば望ましい。
【０００８】
色付きの光を用いて投影型ディスプレイにおけるイメージャを照らすこともできる。カラー画像は、イメージャに入射する数色、たとえば３色の光線を空間的に変調し、これらを所望の比率で再結合して画像を生成することにより生成され得る。色の範囲は、変調された光線をさまざまな比率で再結合することにより生成され得る。色付きの光線の典型的な組は赤、緑および青（Ｒ、Ｇ、Ｂ）であり得るが、たとえば黄、マゼンタおよびシアン等の他の組を用いることもできる。
【０００９】
３色を用いる場合、３色の光線は、３つの発光ダイオード（ＬＥＤ）等の、各々が３色のうち１色の光を生成する３つの別個のチップにより生成され得る。しかしながら、このような３チップシステムは、機械的かつ光学的には複雑であり、また高価であるおそれがある。多くの場合、３チップシステムよりも単一の光源を有するシステムの方が好ましい。光を生成するのに単一のチップを用いることが望ましい。
【００１０】
たとえば白色光を生成する単一のＬＥＤチップ等の単一の光源からの光は、３成分色の光線に分割することにより用いることができる。各光線は、次いで、イメージャにより空間的に変調され、３本の変調された光線は再結合されて、３チップシステムの態様で所望のカラー画像を生成する。単一チップシステムからの光線は、色付きの画素またはカラーホイール等のフィルタを用いることにより３色に分割され得る。しかしながら、このようなシステムは、カラーフィルタリングにより全体の光のうち３分の２を失うおそれがある。不適切な色の光を回収し用いることができれば望ましい。
【００１１】
このようなフィルタリング損失を改善するために、いくつかのシステムが設計されている。このうち、コニンクレッカフィリップスエレクトロニクスＮ．Ｖ．（Koninklijke Philips Electronics N.V.）（フィリップス（Philips））により製造されたシステムは、回転プリズムを用いて、イメージャにわたって光線をスクロールする。赤色、緑色および青色の光線が色分解フィルタによって生成される。これらの光線はイメージャ上にカラーバンドを形成し、適切な駆動電子機器でもって、適切な画素がカラーバンドの位置に従って変調され得る。これらの色が十分に速くスクロールされた場合、目は連続するカラー画像を認識する。
【００１２】
このシステムの欠点は、イメージャの範囲がシステムの許容差に応じて３分の１ないし５分の１に減じられるおそれがある点である。これにより集光率が減じることとなる。したがって、損失を補うのにより大きくより高価なチップが必要となるかもしれない。この範囲が維持されることによりより大きなチップが不要となれば望ましい。
【００１３】
テキサスインスツルメンツ社（Texas Instruments, Inc.）（ＴＩ）のスクロールシステムは、螺旋状のカラーホイールを利用する。このホイールは、フィリップスのシステムと同様に、イメージャにわたって色光線をスクロールする。螺旋状のカラーホイールによって反射される光のいくらかが、光導管の入力面で反射することにより再び取込まれる。光導管は、リフレクタにより入力面上に焦点を合せられる光を受取る開口部を備えた入力面を有する。入力面の残りの部分は、再び取込まれた光をカラーホイールに反射し返す。
【００１４】
しかしながら、入力面の開口部は利用可能な入力面より小さいので、システムの明るさが減じられ、出力光線の範囲が増す。加えて、カラーホイールからの反射光のいくらかが、入力開口部を通じて失われる。入力面のサイズが入力開口部に制限されなければ望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
発明の概要
一実施例では、この発明は、第１および第２の焦点を有するリフレクタを備えた投影型ディスプレイのための光回収システムを含む。電磁放射線の源は、リフレクタの第１の焦点に近接して配置されて、リフレクタから反射しかつ実質的に第２の焦点に収束する放射線を放射する。レトロリフレクタは、リフレクタと対向して配置されて、リフレクタに直接当らない電磁放射線の少なくとも一部をリフレクタの第１の焦点を通してリフレクタに向けて反射させ、収束する光線の線束強度を増すようにする。入力面および出力面を備えた光導管は、その入力面が第２の焦点に近接するように配置されて、放射線を実質的にすべて集めかつ透過する。第１のリフレクタは出力面に近接して配置されて、放射線の第１の帯域を透過し、放射線の第２および第３の帯域を反射させる。第２のリフレクタは出力面に近接して配置されて、放射線の第２の帯域を透過し、放射線の第１および第３の帯域を反射させる。第３のリフレクタは出力面に近接して配置されて、放射線の第３の帯域を透過し、放射線の第１および第２の帯域を反射させる。
【００１６】
第２の実施例では、この発明は、第１および第２の焦点を有するリフレクタを備えた投影型ディスプレイのための光回収装置を含む。電磁放射線の源は、リフレクタの第１の焦点に近接して配置されて、リフレクタから反射しかつ実質的に第２の焦点に収束する放射線を放射する。レトロリフレクタは、リフレクタと対向して配置されて、リフレクタに直接当らない電磁放射線の少なくとも一部をリフレクタの第１の焦点を通してリフレクタに向けて反射させ、収束する光線の線束強度を増すようにする。入力面および出力面を備えた光導管は、その入力面が第２の焦点に近接するよう配置されて、放射線を実質的にすべて集めかつ透過する。ＰＢＳは出力面に近接して配置されて、放射線を実質的にすべて集め、第１の偏光および第２の偏光の放射線へ偏光させる。第１の偏光の放射線は透過されるが、第２の偏光の放射線は出力面に向けて反射される。波長板は、第２の偏光の放射線の経路に配置される。
【００１７】
第３の実施例では、この発明は以下のステップで構成される偏光回収の方法を含む。すなわち、電磁放射線の源をリフレクタの第１の焦点に位置決めするステップと、この源により放射線を生成するステップと、放射線の一部をリフレクタにより第２の焦点に向けて反射させるステップと、放射線を実質的に第２の焦点に収束させるステップと、リフレクタに直接当らない放射線の少なくとも一部を、リフレクタの第１の焦点を通してリフレクタに向けて反射させるステップと、入力面および出力面を有する出力光導管を、入力面が第２の焦点に実質的に近接するように位置決めするステップと、放射線を実質的に入力面に集めるステップと、放射線を出力光導管に通すステップと、出力光導管の出力面から放射線を出力するステップと、出力面に近接するようＰＢＳを位置決めするステップと、放射線を第１の偏光の放射線および第２の偏光の放射線に実質的に偏光させるステップと、第１の偏光の放射線を実質的に透過するステップと、第２の偏光の放射線を出力面に向けて実質的に反射させるステップと、第２の偏光の放射線を実質的に出力面に集めるステップと、第２の偏光の放射線を出力光導管に通すステップと、出力光導管の入力面から第２の偏光の放射線を出力するステップと、第２の偏光の放射線を実質的に第２の焦点に収束させるステップと、第２の偏光の放射線の一部をリフレクタにより第１の焦点に向けて実質的に反射させるステップと、第２の偏光の放射線を波長板で実質的に円偏光させるステップと、円偏光放射線を実質的に第１の焦点に収束させるステップと、円偏光放射線をリフレクタの第１の焦点を通してリフレクタに向けて実質的に反射させるステップと、円偏光放射線を第１の偏光の放射線に実質的に偏光させるステップと、第１の偏光の放射線を実質的に第２の焦点に収束させるステップと、第１の偏光の放射線を実質的に入力面に集めるステップと、第１の偏光の放射線を出力光導管に通すステップと、出力光導管の出力面から第１の偏光の放射線を実質的に出力するステップとである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
好ましい実施例の詳細な説明
この発明の第１の実施例に従った光回収システムおよび装置１００が図１に示される。光回収システムおよび装置１００は、第１および第２の焦点１０４および１０６を有するリフレクタ１０２を含む。
【００１９】
一実施例では、図１に示されるように、リフレクタ１０２は、電磁放射線スペクトルの予め特定された部分のみを反射させるコーティング１６２を有する。コーティング１６２は、たとえば赤外線、可視光線、予め特定された波長帯の放射線、特定の色の放射線、またはこれらの何らかの組合せを反射させ得る。代替的な実施例では、コーティング１６２は、たとえば、赤外線または紫外線を、反射させるのではなく透過し得る。これは、たとえば、使用不能な不可視光線を、イメージャに結合する前に切り捨てるのに用いられてもよい。
【００２０】
電磁放射線１１０の源１０８は、リフレクタ１０２の第１の焦点１０４に近接して配置されて、電磁放射線１１０を放射する。これは、リフレクタ１０２から反射し、実質的に第２の焦点１０６に収束する。一実施例では、電磁放射線１１０の源１０８は、たとえばキセノンランプ、メタルハライドランプ、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプまたは水銀ランプ等のアーク灯であってもよい。別の実施例では、電磁放射線１１０の源１０８は、たとえばハロゲンランプまたは白熱電球であってもよい。
【００２１】
図２ａ〜図２ｄには、この発明の実施例で用いることのできるリフレクタ２０２のさまざまな構成が示される。リフレクタ２０２は、たとえば、実質的に楕円状の回転面の一部２０２ａ、実質的に放物面状の回転面の一部２０２ｂ、実質的に球状の回転面の一部２０２ｃ、または実質的に円環状の回転面の一部２０２ｄであり得る。
【００２２】
図１０ａには、この発明の実施例で用いることのできる電磁放射線１０１０ａの源１００８ａが示される。源１００８ａは、たとえば、１つの範囲の帯域幅の放射線、たとえば白色光等を放射するＬＥＤ等の、単一チップの電磁放射線源であり得る。
【００２３】
図１０ｂには、この発明の実施例で用いることのできる電磁放射線１０１０ｂの源１００８ｂが示される。電磁放射線１０１０ｂの源１００８ｂもまた、図１０ｂに示されるように、２つの範囲の帯域幅の放射線、たとえば赤色および青色の光等を放射する２つのＬＥＤ等の、二重チップの電磁放射線源であり得る。
【００２４】
図１０ｃには、この発明の実施例で用いることのできる電磁放射線１０１０ｃの源１００８ｃが示される。電磁放射線１０１０ｃの源１００８ｃもまた、図１０ｃに示されるように、３つの範囲の帯域幅の放射線、たとえば赤色、緑色および青色の光等を放射する３つのＬＥＤ等の、三重チップの電磁放射線源であり得る。
【００２５】
レトロリフレクタ１１２は、図１に示されるようにリフレクタ１０２と対向して配置されて、リフレクタ１０２に直接当らない電磁放射線１１０の少なくとも一部１１４を、リフレクタ１０２または１次リフレクタ３５６の第１の焦点１０４を通してリフレクタ１０２に向けて反射させ、収束する光線の線束強度を増すようにする。レトロリフレクタ１１２は、たとえば、源１０８の、リフレクタ１０２または１次リフレクタ３５６とは反対側に配置される、球面のレトロリフレクタ１１２であり得る。一実施例では、レトロリフレクタ１１２はリフレクタ１０２と一体である。別の実施例では、レトロリフレクタ１１２は、電磁放射線スペクトルの予め特定された部分のみを反射させるコーティング１８４を有する。コーティング１８４は、たとえば、赤外線、可視光線、予め特定された波長帯の放射線、特定の色の放射線、またはこれらの何らかの組合せを反射させることができる。
【００２６】
光回収システムおよび装置１００はまた、入力面１１８および出力面１２０を有する光導管１１６を含む。光導管１１６は、たとえば、先細になった光導管（ＴＬＰ）または真直ぐな光導管（ＳＬＰ）であってもよい。光導管１１６は、たとえば石英、ガラス、プラスチックまたはアクリル樹脂でできていてもよい。入力面１１８および出力面１２０のサイズは、たとえば、出力開口数（ＮＡ）が放射線１１０を受取る装置に適合するように選択され得る。この装置が、たとえば偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）である場合、ＮＡは偏光子が効率よく動作するために十分に小さくなければならない。
【００２７】
入力面１１８は第２の焦点１０６に近接して配置されて、放射線１１０を実質的にすべて集めかつ透過する。好ましい実施例では、入力面１１８の全域は、たとえば実質的に透過であり得る。
【００２８】
図３に示される第２の実施例では、リフレクタ３０２は、たとえば、第１の光軸３５８を有する１次リフレクタ３５６、および第２の光軸３６２を有する２次リフレクタ３６０で構成され得る。２次リフレクタ３６０は、第１の光軸３５８が第２の光軸３６２と実質的に同一線上となるよう、１次リフレクタ３５６と実質的に対称的に配置され得る。第１の焦点３０４は１次リフレクタ３５６の焦点であり、第２の焦点３０６は２次リフレクタ３６０の焦点である。放射線３１０は１次リフレクタ３５６から２次リフレクタ３６０に向かって反射し、実質的に第２の焦点３０６に収束する。
【００２９】
一実施例では、１次および２次リフレクタ３５６および３６０は、たとえば、実質的に楕円状の回転面、または実質的に放物面状の回転面の少なくとも一部を含み得る。別の実施例では、１次リフレクタ３５６は、たとえば、実質的に楕円状の回転面の少なくとも一部を含み得、２次リフレクタ３６０は、たとえば、実質的に双曲線状の回転面の少なくとも一部を含み得る。さらなる実施例では、１次リフレクタ３５６は、たとえば、実質的に双曲線状の回転面の少なくとも一部を含み得、２次リフレクタ３６０は、たとえば、実質的に楕円状の回転面の少なくとも一部を含み得る。
【００３０】
図４には、この発明の実施例で用いるための光導管４１６が示される。一実施例では、図４に示されるように、第１のリフレクタ４２２は光導管４１６の出力面４２０に近接して配置される。第１のリフレクタ４２２は放射線の第１の帯域４２４を透過し、放射線の第２および第３の帯域４２６および４２８を反射させる。第２のリフレクタ４３０もまた、出力面４２０に近接して、第１のリフレクタ４２２の近くに配置される。第２のリフレクタ４３０は放射線の第２の帯域４２６を透過し、放射線の第１および第３の帯域４２４および４２８を反射させる。第３のリフレクタ４３２もまた、出力面４２０に近接して、第１および第２のリフレクタ４２２および４３０の近くに配置される。第３のリフレクタ４３２は放射線の第３の帯域４２８を透過し、放射線の第１および第２の帯域４２４および４２６を反射させる。
【００３１】
放射線の第１、第２および第３の帯域４２４、４２６および４２８は、たとえば、赤色、橙色、黄色、緑色、青色、藍色、紫色、桃色、白色、もしくは赤紫色の放射線、赤外線または紫外線であり得る。好ましい実施例では、放射線の第１、第２および第３の帯域４２４、４２６および４２８は、赤色、緑色および青色の放射線（順不同）である。
【００３２】
好ましい実施例では、第１、第２および第３のリフレクタ４２２、４３０および４３２は、部分的にいくらか重なる可能性があるが、互いに平行に配置される。一実施例では、出力面４２０を、たとえば第１、第２および第３の領域４３４、４３６および４３８に分けることができる。この場合、第１のリフレクタ４２２は、たとえば、第１の領域４３４を覆う第１の反射コーティング４４０であり得る。第２のリフレクタ４３０は、たとえば、第２の領域４３６を覆う第２の反射コーティング４４２であり得る。第３のリフレクタ４３２は、たとえば、第３の領域４３８を覆う第３の反射コーティング４４４であり得る。
【００３３】
図５に示される別の実施例では、第１、第２および第３のリフレクタ５２２、５３０および５３２は、たとえば、カラーホイール５４８の態様で軸５４６のまわりに分散され得る。カラーホイール５４８は、たとえば、軸５４６に回転可能に装着され得、軸５４６のまわりに螺旋状に配置される第１、第２および第３の領域５５０、５５２および５５４で構成される面を有し得る。この場合、第１のリフレクタ５２２は、たとえば、第１の領域５５０を覆う第１の反射コーティング５４０であり得る。第２のリフレクタ５３０は、たとえば、第２の領域５５２を覆う第２の反射コーティング５４２であり得る。第３のリフレクタ５３２は、たとえば、第３の領域５５４を覆う第３の反射コーティング５４４であり得る。
【００３４】
この発明の第７の実施例では、図１１に示されるように、カラーホイール１１４８は、たとえば電気モータ回転軸１１４６により回転することができる。カラーホイール１１４８に入射する放射線１１１０は、カラーホイール１１４８が回転する間にシーケンスを経て、スクロールするカラーバンドを生成する。スクロールするカラーバンドは画像投影システム１１６４上に集められかつ焦点を合せられ得る。イメージャがカラーホイールに同期され、変調されて、こうしてスクリーン上に投影され得る画像を生成することができる。
【００３５】
この発明の第３の実施例では、図６に示されるように、画像投影システム６６４は出力面６２０に近接して配置されて、放射線６１０を実質的にすべて集め得る。画像投影システム６６４は、たとえば反射型液晶（ＬＣＯＳ）イメージャ、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）チップ、または透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルであり得る。
【００３６】
この発明の第４の実施例では、図７に示されるように、ＰＢＳ７６６は、出力面７２０と画像投影システム７６４との間に配置されて、放射線７１０を実質的にすべて集め、第１の偏光７６８および第２の偏光７７０に偏光させ得る。たとえば、第１の偏光の放射線７６８はたとえばｐ−偏光放射線であり得、第２の偏光の放射線７７０はたとえばｓ−偏光放射線であり得る。偏光の順序はもちろん逆であってもよい。一実施例では、ＰＢＳ７６６は、たとえばワイヤーグリッド型の偏光子であり得る。他の実施例では、ＰＢＳ７６６は、たとえば１次元配列または２次元配列であり得る。
【００３７】
ＰＢＳ７６６は、たとえば画像投影システム７６４が、ＬＣＯＳイメージャ等の、偏光を必要とする種類のシステムであった場合に、用いることができる。この場合、画像投影システム７６４が、たとえば第１の偏光の放射線７６８を利用するよう構成および配置されている場合、ｐ−偏光放射線７６８は画像投影システム７６４に透過され得るが、画像投影システム７６４が直接使用することのできないｓ−偏光放射線７７０は、たとえばリターンリフレクタ７８８により出力面７２０に向けて実質的に反射し返される。
【００３８】
ｓ−偏光放射線７７０は、たとえば出力面７２０に実質的に集められ、第２の焦点７０６を通してリフレクタ７０２に戻され、最終的に第１の焦点７０４に達する。ｓ−偏光放射線７７０のいくらかは、第１の焦点７０４を通過し、レトロリフレクタ７１２により反射され得る。回収されたｓ−偏光放射線７７０が第１の焦点７０４を通る経路をたどり、このため源７０８によって放射されたように現れるので、範囲には実質的に損失はない。
【００３９】
波長板７７２は、たとえばｓ−偏光放射線７７０の経路に配置され得る。波長板７７２は、たとえば、リフレクタ７０２の内部７７４に近接して配置され得る。好ましい実施例では、波長板７７２は、たとえば４分の１波長板であり得る。波長板７７２が４分の１波長板である場合、ｓ−偏光放射線７７０は波長板７７２を通過すると円偏光され、円偏光放射線７８４を生成する。円偏光放射線７８４は実質的に第１の焦点７０４を通過し、レトロリフレクタ７１２によって反射され得る。源７０８によりリフレクタ７０２に向けて放射される放射線７１０は、レトロリフレクタ７１２により反射される円偏光放射線７８４と組合わされ、リフレクタ７０２によって平行にされ得る。放射線７１０が偏光されないので、波長板７７２は放射線７１０に正味の変化をもたらさない。一方、円偏光放射線７８４は、２度目に波長板７７２を通るときｐ−偏光放射線７６８に偏光される。
【００４０】
ｓ−偏光放射線７７０がＰＢＳ７６６からレトロリフレクタ７１２までの経路を往復する間に、システム７００における収差および不完全さのために、ｓ−偏光放射線７７０の偏光解消がさまざまな境界面で発生するおそれがある。結果として、ＰＢＳ７６６により反射されたｓ−偏光放射線７７０は、１度目の通過の際にｐ−偏光放射線７６８に完全には変換されない場合がある。放射線７６８のｐ偏光されない部分はＰＢＳ７６６によって反射され、再び変換プロセスを経る。たとえばレトロリフレクタ７１２との間を往復する反射されたｓ−偏光は、５回反射され、構成要素間のガラスと空気の境界面を８回通る。ミラーの反射率を０．９８、ガラスと空気の各境界面でのフレネル損失を１％と仮定する場合、往復効率は６５％となる。単一回分の回収、ならびに１回目および２回目の回収に対してそれぞれ１５％および８０％の偏光効率と仮定すると、全出力効率は、１５％＋０．４５＊０．８０＊０．６５＝６８％である。反射光が２回目の往復中に全く偏光されないと仮定した場合、全出力効率は、１５％＋０．４５＊０．４５＊０．４５＝５８％である。
【００４１】
ほとんどのシステムでは、システムの出力はシステム範囲の半分の範囲に集められ、偏光回収システムは出力範囲を２倍にしてシステム範囲に戻す。このシステムおよび装置７００の理論上の改善は、範囲を２倍にするシステムに匹敵する。システム範囲の半分の範囲に集められる光がより少ないので、システムおよび装置７００は、範囲を２倍にするシステムよりも効率的なものとなる。
【００４２】
源７０８がたとえばハロゲンまたは白熱電球である場合、ｓ−偏光放射線７７０を用いてフィラメントを加熱し、放射線出力を増すことができる。ｓ−偏光放射線７７０の実質的にすべてがフィラメントを加熱するように十分正確にシステム７００の構成要素が整列される場合には、波長板７７２を省くことができる。このプロセスにより生成される余分の放射線が偏光されることはなく、波長板７７２は必要ではなくなる。しかしながら、ｓ−偏光放射線７７０の一部またはすべてがフィラメントを加熱せず、代わりにフィラメントを通過して、レトロリフレクタ７１２によりリフレクタ７０２へと反射し返されるように整列される場合には、この放射線は依然として偏光され得、波長板７７２が必要となり得る。
【００４３】
この発明の第５の実施例では、図８に示されるように、源８０８は、たとえば白熱電球であり得る。この場合、赤外線リフレクタ８８６は、たとえば放射線８１０の経路に配置され得、放射線８１０の赤外線成分を源８０８に向けて反射し返すことにより、フィラメントをさらに加熱して放射線出力を増すようにする。赤外線リフレクタ８８６は、たとえばリフレクタ８０２の内部８７４、たとえばリフレクタ８０２と源８０８との間に配置されてもよい。赤外線リフレクタ８８６はまた、たとえば１次リフレクタ８５６と２次リフレクタ８６０との間の、放射線８１０の経路に配置されてもよい。
【００４４】
この発明の第６の実施例では、図９に示されるように、焦束レンズ９７６はＰＢＳ９６６の出力面９７４に近接して配置され、画像投影システム９６４は集束レンズ９７６の出力側９７８に近接して配置され得る。集束レンズ９７６に集められかつ焦束された放射線９６８により照射された画像９８０は、投影システム９６４により放出されて、画像９８０が表示される。
【００４５】
この発明の第８の実施例は、以下のステップで構成される偏光回収の方法を含む。すなわち、電磁放射線の源をリフレクタの第１の焦点に位置決めするステップと、この源により放射線を生成するステップと、放射線の一部をリフレクタにより第２の焦点に向けて反射させるステップと、放射線を実質的に第２の焦点に収束させるステップと、リフレクタに直接当らない放射線の少なくとも一部をリフレクタの第１の焦点を通してリフレクタに向けて反射させるステップと、入力面および出力面を有する出力光導管を、その入力面が実質的に第２の焦点に近接するように位置決めするステップと、放射線を実質的に入力面に集めるステップと、放射線を出力光導管に通すステップと、出力光導管の出力面から放射線を出力するステップと、出力面に近接するようＰＢＳを位置決めするステップと、放射線を第１の偏光の放射線および第２の偏光の放射線に実質的に偏光させるステップと、第１の偏光の放射線を実質的に透過するステップと、第２の偏光の放射線を出力面に向けて実質的に反射させるステップと、第２の偏光の放射線を実質的に出力面に集めるステップと、第２の偏光の放射線を出力光導管に通すステップと、出力光導管の入力面から第２の偏光の放射線を出力するステップと、第２の偏光の放射線を実質的に第２の焦点に収束させるステップと、第２の偏光の放射線の一部をリフレクタにより第１の焦点に向けて実質的に反射させるステップと、第２の偏光の放射線を波長板で実質的に円偏光させるステップと、円偏光放射線を実質的に第１の焦点に収束させるステップと、円偏光放射線をリフレクタの第１の焦点を通してリフレクタに向けて実質的に反射させるステップと、円偏光放射線を第１の偏光の放射線に実質的に偏光させるステップと、第１の偏光の放射線を実質的に第２の焦点に収束させるステップと、第１の偏光の放射線を実質的に入力面に集めるステップと、第１の偏光の放射線を出力光導管に通すステップと、出力光導管の出力面から第１の偏光の放射線を実質的に出力するステップとである。
【００４６】
この発明を以上に詳細に記載したが、この発明が上述の特定の実施例に限定することを意図するものではない。この発明の概念から逸脱することなく、当業者がこの明細書中に記載された特定の実施例を大いに利用し、それらを変形し、かつそれらから逸脱し得ることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明の第１の実施例に従った投影型ディスプレイのための光回収システムを示す概略図である。
【図２ａ】この発明の実施例で用いるためのさまざまなリフレクタ構成を示す図である。
【図２ｂ】この発明の実施例で用いるためのさまざまなリフレクタ構成を示す図である。
【図２ｃ】この発明の実施例で用いるためのさまざまなリフレクタ構成を示す図である。
【図２ｄ】この発明の実施例で用いるためのさまざまなリフレクタ構成を示す図である。
【図３】この発明の第２の実施例に従った投影型ディスプレイのための光回収システムを示す概略図である。
【図４】この発明の実施例で用いるための光導管を示す図である。
【図５】この発明の実施例で用いるためのカラーホイールを示す図である。
【図６】この発明の第３の実施例に従った投影型ディスプレイのための光回収システムを示す概略図である。
【図７】この発明の第４の実施例に従った投影型ディスプレイのための光回収システムを示す概略図である。
【図８】この発明の第５の実施例に従った投影型ディスプレイのための光回収システムを示す概略図である。
【図９】この発明の第６の実施例に従った投影型ディスプレイのための光回収システムを示す概略図である。
【図１０ａ】この発明の実施例で用いるための電磁放射線の源のさまざまな構成を示す図である。
【図１０ｂ】この発明の実施例で用いるための電磁放射線の源のさまざまな構成を示す図である。
【図１０ｃ】この発明の実施例で用いるための電磁放射線の源のさまざまな構成を示す図である。
【図１１】この発明の第７の実施例に従った投影型ディスプレイのための光回収システムを示す概略図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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