(57)【要約】  異なる色の照明チャネルと少なくとも１つの画像形成装置とを含む照明システムが開示されている。各照明チャネルは光源群を含むとともに、画像形成装置は照明チャネルのうちの少なくとも１つから照明を受け取るように配置されている。照明チャネルのうちの少なくとも１つは、光学的パワーを有する光学素子または均一化光学素子などの光学素子を含み、いかなる他の照明チャネルとも共用されないとともにその照明チャネルの色に対して優先的に構成または優先的に位置決めされている。
2007537486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的パワーを有する少なくとも１つの光学素子を有する光源群を各々に備える異なる色の複数の照明チャネルと、
少なくとも１つの前記照明チャネルから照明を受け取るように配置される画像形成装置とを具備し、
少なくとも１つの前記照明チャネルの少なくとも１つの前記光学素子が、他の照明チャネルと共用されないようになっており、その光学素子が該光学素子の照明チャネルの色に対して優先的に構成されているかまたは優先的に位置決めされている、
照明システム。
【請求項２】
少なくとも１つの前記光源群が、複数の反射体のアセンブリに組み込まれる複数の光源を備え、該反射体のアセンブリが、それ自体の照明チャネルの色に対して優先的に構成されているかまたは優先的に位置決めされている前記少なくとも１つの光学素子である、請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記反射体のアセンブリが、複数の中空または中実の成形反射体部分により形成される反射体本体を備え、各反射体部分が回転面に一致している、請求項２に記載の照明システム。
【請求項４】
前記反射体のアセンブリの形状が、それ自体の照明チャネルの色に対して優先的に構成されている、請求項２に記載の照明システム。
【請求項５】
前記反射体のアセンブリが、それ自体の照明チャネルの色に対して優先的に構成されたコーティングをさらに備える、請求項３に記載の照明システム。
【請求項６】
少なくとも１つの光源群が、複数の光源と複数の屈折光学素子とを備え、少なくとも１つの該屈折光学素子が、それ自体の照明チャネルの色に対して優先的に構成されているかまたは優先的に位置決めされている前記少なくとも１つの光学素子である、請求項１に記載の照明システム。
【請求項７】
少なくとも１つの前記屈折光学素子の形状が、それ自体の照明チャネルの色に対して優先的に構成されている、請求項６に記載の照明システム。
【請求項８】
少なくとも１つの前記屈折光学素子が、それ自体の照明チャネルの色に対して優先的に構成されているコーティングをさらに備える、請求項６に記載の照明システム。
【請求項９】
前記複数の光源および前記複数の屈折光学素子は、異なる屈折光学素子が各光源に関連するように構成されている、請求項６に記載の照明システム。
【請求項１０】
少なくとも１つの前記光源群が、複数の光源と複数の光学素子とを備え、該光源および該光学素子が、複数の内向チャネルを形成するように構成されている、請求項１に記載の照明システム。
【請求項１１】
各照明チャネルが、そのチャネルの前記光源群と前記画像形成装置との間に配置されるインテグレータをさらに備え、各インテグレータが、前記光源群に光学的に接続される入口端と前記画像形成装置に光学的に接続される出口端とを有する、請求項１に記載の照明システム。
【請求項１２】
少なくとも１つのインテグレータの前記入口端が細分化開口部を含む、請求項１１に記載の照明システム。
【請求項１３】
前記細分化開口部が複数の反射面を備え、そのチャネルの前記光源群が複数の光源サブアセンブリを備え、それら反射面およびサブアセンブリが、各々の該光源サブアセンブリからの光の少なくとも一部が１つの前記反射面により受光されて前記インテグレータ内に反射されるように構成されている、請求項１２に記載の照明システム。
【請求項１４】
前記細分化開口部は、少なくとも１つの前記反射面の上に配置されてそれ自体の照明チャネルの色に対し優先的に構成されている少なくとも１つの反射コーティングをさらに備える、請求項１３に記載の照明システム。
【請求項１５】
前記細分化開口部が複数のプリズムを備え、各プリズムが対角面と２つの小平面とを有し、該複数のプリズムが前記インテグレータの前記入口端に近接して配置され、それらプリズムの対角面が、前記光源サブアセンブリからの光を受光して前記インテグレータ内に反射する反射面である、請求項１３に記載の照明システム。
【請求項１６】
前記細分化開口部は、前記複数のプリズムの少なくとも１つの前記対角面の上に配置されてそれ自体の照明チャネルの色に対し優先的に構成されている少なくとも１つの反射コーティングをさらに備える、請求項１５に記載の照明システム。
【請求項１７】
前記細分化開口部が複数のプリズムを備え、各プリズムが対角面と２つの小平面とを有し、該複数のプリズムが、前記インテグレータの前記入口端に近接して配置されて、該入口端の一部が空いたままで開放部分を形成するようになっており、それらプリズムの対角面が、前記光源サブアセンブリからの光を受光して前記インテグレータ内に反射する反射面であり、それ自体の照明チャネルからの前記光源群が、該開放部分を照明するように構成されている光源サブアセンブリを備える、請求項１３に記載の照明システム。
【請求項１８】
前記細分化開口部は、前記複数のプリズムの少なくとも１つの前記対角面の上または前記開放部分の上に配置される少なくとも１つの色固有コーティングをさらに備える、請求項１７に記載の照明システム。
【請求項１９】
少なくとも１つの前記インテグレータが前記入口端から前記出口端へ向かって大きく増加する寸法を有し、同じ照明チャネルからの前記光源群が、より長い寸法とより短い寸法とを有する非放射対称の開口であって、より大きい角度寸法とより小さい角度寸法とを有する非放射対称の角度強度分布を有する照明を生成する開口を形成するように構成され、前記インテグレータの前記入口端における前記角度強度分布の前記大きい角度寸法が、そのインテグレータの前記大きく増加する寸法と実質的に整合されている、請求項１１に記載の照明システム。
【請求項２０】
少なくとも１つの前記インテグレータが、それ自体の照明チャネルの色に対して優先的に構成されているかまたは優先的に位置決めされている、請求項１１に記載の照明システム。
【請求項２１】
前記画像形成装置と複数の前記インテグレータとの間に配置され、少なくとも２つの前記照明チャネルの照明を前記画像形成装置上で組み合わせるダイクロイックコンバイナをさらに具備する、請求項１１に記載の照明システム。
【請求項２２】
複数の前記インテグレータの出口端と前記画像形成装置との間に配置される、中継光学部品、ＴＩＲプリズム、ＰＢＳ、折返しミラーおよび偏光子のうちの、１つ以上をさらに具備する、請求項１１に記載の照明システム。
【請求項２３】
少なくとも１つの前記光源群が、そのチャネルの色の階調の異なる複数の光源を含む、請求項１に記載の照明システム。
【請求項２４】
少なくとも１つの前記光源群が、第１の階調の複数の光源と、第２の階調の複数の光源と、該第１および第２の階調の光を組み合わせるダイクロイックコンバイナとを含む、請求項１に記載の照明システム。
【請求項２５】
前記第１の階調の光源が、第１のピーク波長を有する光を発光し、前記第２の階調の光源が、第２のピーク波長を有する光を発光し、該第１および第２のピーク波長が約４０ｎｍ以下離れている、請求項２４に記載の照明システム。
【請求項２６】
前記光源群と前記画像形成装置との間に配置されるインテグレータをさらに具備し、該インテグレータが、前記光源群に光学的に接続される入口端と前記画像形成装置に光学的に接続される出口端とを有する、請求項１に記載の照明システム。
【請求項２７】
前記光源群と前記インテグレータの前記入口端との間に配置され、少なくとも２つの照明チャネルからの照明を前記インテグレータに組み合わせるダイクロイックコンバイナをさらに具備する、請求項２６に記載の照明システム。
【請求項２８】
前記インテグレータが前記入口端から前記出口端へ向かって大きく増加する寸法を有し、少なくとも１つの光源群が、より長い寸法とより短い寸法とを有する非放射対称の開口を形成するように構成され、前記開口の前記長い寸法と前記ダイクロイックミラーの回転軸と前記大きく増加する前記インテグレータの寸法とが、実質的に整合されている、請求項２６に記載の照明システム。
【請求項２９】
請求項１に記載の照明システムと前記画像形成装置に光学的に接続される投影光学部品とを具備する、投影システム。
【請求項３０】
各々が光源群を備える異なる色の複数の照明チャネルと、
１つの前記照明チャネルに配置され、光学的パワーを有する光学素子と均一化光学素子とからなる群から選択される少なくとも１つの光学素子であって、他の照明チャネルと共用されないようになっており、該光学素子の照明チャネルの色に対して優先的に構成されているかまたは優先的に位置決めされている光学素子と、
少なくとも１つの前記照明チャネルから照明を受け取るように配置される画像形成装置とを具備する、
照明システム。
【請求項３１】
少なくとも１つの前記光源群が、反射体のアセンブリに組み込まれる複数の光源を備える、請求項３０に記載の照明システム。
【請求項３２】
前記反射体のアセンブリが、複数の中空または中実の成形反射体部分により形成される反射体本体を備え、各反射体部分が回転面に一致している、請求項３１に記載の照明システム。
【請求項３３】
少なくとも１つの前記光源群が、複数の光源と複数の屈折光学素子とを備える、請求項３０に記載の照明システム。
【請求項３４】
前記複数の光源および前記複数の屈折光学素子は、異なる屈折光学素子が各光源に関連するように構成されている、請求項３３に記載の照明システム。
【請求項３５】
少なくとも１つの前記光源群が、複数の光源と複数の光学素子とを備え、該光源および該光学素子が、複数の内向チャネルを形成するように構成されている、請求項３０に記載の照明システム。
【請求項３６】
前記優先的に構成されているかまたは優先的に位置決めされている光学素子が、それ自体の照明チャネルの色に対して優先的に構成されている形状を有する、請求項３０に記載の照明システム。
【請求項３７】
前記優先的に構成されているかまたは優先的に位置決めされている光学素子が、色固有のコーティングを備える、請求項３０に記載の照明システム。
【請求項３８】
前記優先的に構成されているかまたは優先的に位置決めされている光学素子が、屈折光学素子または反射光学素子である、請求項３０に記載の照明システム。
【請求項３９】
前記優先的に構成されているかまたは優先的に位置決めされている光学素子が、そのチャネルの前記光源群と前記画像形成装置との間に配置されるインテグレータであり、該インテグレータが、前記光源群に光学的に接続される入口端と前記画像形成装置に光学的に接続される出口端とを有する、請求項３０に記載の照明システム。
【請求項４０】
前記インテグレータの前記入口端が細分化開口部を含む、請求項３９に記載の照明システム。
【請求項４１】
前記細分化開口部が複数の反射面を備え、そのチャネルの前記光源群が複数の光源サブアセンブリを備え、それら反射面およびサブアセンブリが、各々の該光源サブアセンブリからの光の少なくとも一部が１つの前記反射面により受光されて前記インテグレータ内に反射されるように構成されている、請求項４０に記載の照明システム。
【請求項４２】
前記細分化開口部は、少なくとも１つの前記反射面の上に配置されてそれ自体の照明チャネルの色に対し優先的に構成されている少なくとも１つの反射コーティングをさらに備える、請求項４１に記載の照明システム。
【請求項４３】
前記細分化開口部が複数のプリズムを備え、各プリズムが対角面と２つの小平面とを有し、該複数のプリズムが前記インテグレータの前記入口端に近接して配置され、それらプリズムの対角面が、前記光源サブアセンブリからの光を受光して前記インテグレータ内に反射する反射面である、請求項４１に記載の照明システム。
【請求項４４】
前記細分化開口部は、前記複数のプリズムの少なくとも１つの前記対角面の上に配置されてそれ自体の照明チャネルの色に対し優先的に構成されている少なくとも１つの反射コーティングをさらに備える、請求項４３に記載の照明システム。
【請求項４５】
前記細分化開口部が複数のプリズムを備え、各プリズムが対角面と２つの小平面とを有し、該複数のプリズムが、前記インテグレータの前記入口端に近接して配置されて、該入口端の一部が空いたままで開放部分を形成するようになっており、それらプリズムの対角面が、前記光源サブアセンブリからの光を受光して前記インテグレータ内に反射する反射面であり、それ自体の照明チャネルからの前記光源群が、該開放部分を照明するように構成されている光源サブアセンブリを備える、請求項４１に記載の照明システム。
【請求項４６】
前記細分化開口部は、前記複数のプリズムの少なくとも１つの前記対角面の上または前記開放部分の上に配置される少なくとも１つの色固有コーティングをさらに備える、請求項４５に記載の照明システム。
【請求項４７】
前記インテグレータが前記入口端から前記出口端へ向かって大きく増加する寸法を有し、同じ照明チャネルからの前記光源群が、より長い寸法とより短い寸法とを有する非放射対称の開口であって、より大きい角度寸法とより小さい角度寸法とを有する非放射対称の角度強度分布を有する照明を生成する開口を形成するように構成され、それにより、前記角度強度分布の前記大きい角度寸法が、そのインテグレータの前記大きく増加する寸法と実質的に整合されている、請求項３９に記載の照明システム。
【請求項４８】
前記光源群と前記画像形成装置との間に配置される、中継光学部品、ＴＩＲプリズム、ＰＢＳ、折返しミラーおよび偏光子のうちの、１つ以上をさらに具備する、請求項３０に記載の照明システム。
【請求項４９】
少なくとも１つの前記光源群が、そのチャネルの色の階調の異なる複数の光源を含む、請求項３０に記載の照明システム。
【請求項５０】
少なくとも１つの前記光源群が、第１の階調の複数の光源と、第２の階調の複数の光源と、該第１および第２の階調の光を組み合わせるダイクロイックコンバイナとを含む、請求項３０に記載の照明システム。
【請求項５１】
前記第１の階調の光源が、第１のピーク波長を有する光を発光し、前記第２の階調の光源が、第２のピーク波長を有する光を発光し、該第１および第２のピーク波長が約４０ｎｍ以下離れている、請求項５０に記載の照明システム。
【請求項５２】
第１の画像形成装置に光学的に接続される第１の光源群を備える第１の色の照明チャネルと、
第２の画像形成装置に光学的に接続される第２の光源群を備える第２の色の照明チャネルと、
１つの前記照明チャネルに配置され、光学的パワーを有する光学素子と均一化光学素子とからなる群から選択された光学素子であって、いかなる他の照明チャネルとも共用されないようになっており、該光学素子の照明チャネルの色に対して優先的に構成されているかまたは優先的に位置決めされている光学素子とを具備する、
照明システム。
【請求項５３】
少なくとも１つの前記光源群が、反射体のアセンブリに組み込まれる複数の光源を備える、請求項５２に記載の照明システム。
【請求項５４】
前記反射体のアセンブリが、複数の中空または中実の成形反射体部分により形成される反射体本体を備え、各反射体部分が回転面に一致している、請求項５３に記載の照明システム。
【請求項５５】
前記反射体のアセンブリが、それ自体の照明チャネルの色に対して優先的に構成されているかまたは優先的に位置決めされている前記光学素子である、請求項５３に記載の照明システム。
【請求項５６】
少なくとも１つの光源群が、複数の光源と複数の屈折光学素子とを備える、請求項５２に記載の照明システム。
【請求項５７】
少なくとも１つの前記屈折光学素子が、それ自体の照明チャネルの色に対して優先的に構成されているかまたは優先的に位置決めされている前記光学素子である、請求項５６に記載の照明システム。
【請求項５８】
少なくとも１つの前記光源群が、複数の光源と複数の光学素子とを備え、該光源および該光学素子が、複数の内向チャネルを形成するように構成されている、請求項５２に記載の照明システム。
【請求項５９】
前記優先的に構成されているかまたは優先的に位置決めされている光学素子が、それ自体の照明チャネルの色に対して優先的に構成されている形状を有する、請求項５２に記載の照明システム。
【請求項６０】
前記優先的に構成されているかまたは優先的に位置決めされている光学素子が、色固有のコーティングを備える、請求項５２に記載の照明システム。
【請求項６１】
前記優先的に構成されているかまたは優先的に位置決めされている光学素子が、屈折光学素子または反射光学素子である、請求項５２に記載の照明システム。
【請求項６２】
前記優先的に構成されているかまたは優先的に位置決めされている光学素子が、１つの前記照明チャネルにおいてそのチャネルの前記光源群とそのチャネルの前記画像形成装置との間に配置されるインテグレータであり、該インテグレータが、前記光源群に光学的に接続される入口端とそのチャネルの前記画像形成装置に光学的に接続される出口端とを有する、請求項５２に記載の照明システム。
【請求項６３】
少なくとも１つの前記照明チャネルにおいて前記光源群と前記画像形成装置との間に配置される、中継光学部品、ＴＩＲプリズム、ＰＢＳ、折返しミラーおよび偏光子のうちの、１つ以上をさらに具備する、請求項５２に記載の照明システム。
【請求項６４】
少なくとも１つの前記光源群が、そのチャネルの色の階調の異なる複数の光源を含む、請求項５２に記載の照明システム。
【請求項６５】
少なくとも１つの前記光源群が、第１の階調の複数の光源と、第２の階調の複数の光源と、該第１および第２の階調の光を組み合わせるダイクロイックコンバイナとを含む、請求項５２に記載の照明システム。
【請求項６６】
前記第１の階調の光源が、第１のピーク波長を有する光を発光し、前記第２の階調の光源が、第２のピーク波長を有する光を発光し、該第１および第２のピーク波長が約４０ｎｍ以下離れている、請求項６５に記載の照明システム。
【請求項６７】
前記第１の照明チャネルは、前記第１の光源群と前記第１の画像形成装置との間に配置される第１のインテグレータをさらに備え、該第１のインテグレータが、前記第１の光源群に光学的に接続される入口端と前記第１の画像形成装置に光学的に接続される出口端とを有し、前記第２の照明チャネルは、前記第２の光源群と前記第２の画像形成装置との間に配置される第２のインテグレータをさらに備え、該第２のインテグレータが、前記第２の光源群に光学的に接続される入口端と前記第２の画像形成装置に光学的に接続される出口端とを有する、請求項５２に記載の照明システム。
【請求項６８】
前記第１および第２のインテグレータの少なくとも一方の前記入口端が、細分化開口部を含む、請求項６７に記載の照明システム。
【請求項６９】
前記第１および第２のインテグレータの少なくとも一方が、前記入口端から前記出口端へ向かって大きく増加する寸法を有し、同じチャネルからの前記光源群が、より長い寸法とより短い寸法とを有する非放射対称の開口であって、より大きい角度寸法とより小さい角度寸法とを有する非放射対称の角度強度分布を有する照明を生成する開口を形成するように構成され、それにより、前記インテグレータの前記入口端における前記照明の前記大きい角度寸法が、前記インテグレータの前記大きく増加する寸法と実質的に整合されている、請求項６７に記載の照明システム。
【請求項７０】
前記第１および第２のインテグレータの少なくとも一方が、それ自体の照明チャネルの色に対して優先的に構成されているかまたは優先的に位置決めされている前記光学素子である、請求項６７に記載の照明システム。
【請求項７１】
前記第１の照明チャネルは、前記第１のインテグレータと前記第１の画像形成装置との間に配置される第１の中継光学部品をさらに備え、前記第２の照明チャネルは、前記第２のインテグレータと前記第２の画像形成装置との間に配置される第２の中継光学部品をさらに備える、請求項６７に記載の照明システム。
【請求項７２】
前記第１および第２の中継光学部品の少なくとも一方が、それ自体の照明チャネルの色に対して優先的に構成されているかまたは優先的に位置決めされている、請求項７１に記載の照明システム。
【請求項７３】
前記第１および第２の照明チャネルは、前記第１の光源群と前記第１の画像形成装置との間および前記第２の光源群と前記第２の画像形成装置との間に配置される多方向光学素子をさらに備え、前記第１の光源群からの光が該多方向光学素子により第１の方向に沿って屈折されるとともに、前記第２の光源群からの光が該多方向光学素子により第２の方向に沿って屈折されるようになっている、請求項５２に記載の照明システム。
【請求項７４】
前記第１の方向が前記第２の方向に対して約９０度の角度を形成する、請求項７３に記載の照明システム。
【請求項７５】
前記多方向光学素子が、前記第１の照明チャネルの色に対し前記第１の方向に沿って優先的に構成されているかまたは優先的に位置決めされている、請求項７３に記載の照明システム。
【請求項７６】
前記多方向光学素子が、前記第２の照明チャネルの色に対し前記第２の方向に沿って優先的に構成されているかまたは優先的に位置決めされている、請求項７５に記載の照明システム。
【請求項７７】
第３の光源群と、該第３の光源群に光学的に接続される第３の画像形成装置とをさらに具備する、請求項５２に記載の照明システム。
【請求項７８】
入口端と出口端とを有し、該入口端が前記第３の光源群に光学的に接続されるとともに該出口端が前記第３の画像形成装置に光学的に接続されるように配置される第３のインテグレータをさらに具備する、請求項７７に記載の照明システム。
【請求項７９】
前記第３のインテグレータが、前記第３の照明チャネルの色に対して優先的に構成されているかまたは優先的に位置決めされている、請求項７８に記載の照明システム。
【請求項８０】
前記第３のインテグレータの前記出口端と前記第３の画像形成装置との間に配置される第３の中継光学部品をさらに具備する、請求項７８に記載の照明システム。
【請求項８１】
前記第３の中継光学部品が切頭屈折光学素子を備える、請求項８０に記載の照明システム。
【請求項８２】
前記第３の中継光学部品が、前記第３の照明チャネルの色に対して優先的に構成されているかまたは優先的に位置決めされている、請求項８０に記載の照明システム。
【請求項８３】
第１の光源群を備える第１の色の照明チャネルと、
第２の光源群を備える第２の色の照明チャネルと、
入口端を有するインテグレータ、並びに前記第１の光源群と該インテグレータとの間に配置されて前記第１および第２の照明チャネルの照明を組み合わせる第１のダイクロイックミラーを備える光学素子系と、
前記第１および第２の光源群に光学的に接続される画像形成装置とを具備し、
少なくとも１つの前記光源群が、複数の光源と複数の光学素子とを備え、該光源および該光学素子が複数の内向チャネルを形成するように構成されている、
照明システム。
【請求項８４】
第３の光源群を備える第３の色の照明チャネルと、前記インテグレータと前記第１のダイクロイックミラーとの間に配置され、該第３の色の照明を前記第１および第２の色の照明と組み合わせる第２のダイクロイックミラーとをさらに具備する、請求項８３に記載の照明システム。
【請求項８５】
前記複数の光源が、前記インテグレータの前記入口端を中心とする球面に実質的に沿って配置され、前記複数の光学素子が複数の屈折光学素子を備える、請求項８３に記載の照明システム。
【請求項８６】
前記複数の光学素子が成形反射体のアセンブリを備え、前記複数の光源がその中に組み込まれている、請求項８３に記載の照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は例えば投影システムにおける用途に供される照明システムに関する。特に本開示は異なる色チャネル用に少なくとも部分的に分離した光路を有する照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な投影システムは通常光源と、照明光学部品と、１つまたは複数の画像形成装置と、投影光学部品と投影スクリーンとを含む。照明光学部品は１つまたは複数の光源からの光を集光してその光を所定の方法で１つまたは複数の画像形成装置に向ける。電子調整され且つ処理されたデジタル映像信号によりまたは他の入力データにより制御される画像形成装置は、映像信号またはそのデータに対応する画像を生成する。そして投影光学部品は画像を拡大してそれと投影スクリーンに投影する。色維持システムと連動するアークランプなどの白色光源は、投影ディスプレイシステムの光源として用いられてきており今なお主に用いられている。しかし近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）が代替物として導入された。ＬＥＤ光源のいくつかの利点には長い寿命、高い性能および良好な熱特性がある。
【０００３】
投影システムで頻繁に用いられる画像形成装置の一例は、デジタルマイクロミラーデバイス、またはデジタルライトプロセシングデバイス（ＤＬＰ）である。ＤＬＰの主たる特徴は一連の傾斜可能マイクロミラーである。各ミラーの傾斜は各ミラーに関連するメモリセル内にロードされたデータにより独立制御され、ミラーは反射光を導くとともに、映像データの画素を投影スクリーン上の画素上に空間的にマッピングするようになっている。オン状態のミラーにより反射された光は投影光学部品を通過してスクリーン上に投影されて明領域を生成する。一方オフ状態のミラーにより反射された光は投影光学部品を外れて暗領域になる。色画像は色シーケンシングによる単一のＤＬＰでまたは代替的には各々原色で照明される３つのＤＬＰで生成し得る。
【０００４】
画像形成装置の他の例には、液晶オンシリコンデバイス（ＬＣｏＳ）などの液晶パネルがある。液晶パネルにおいて液晶物質の配向は、映像信号に相当するデータにより決定されるように増大制御（画素毎に）される。液晶物質の配向に応じて、入射光の偏光を液晶構造により変え得る。このように偏光子または偏光ビームスプリッタの適当な利用により、入力映像データに対応する明暗領域が生成され得る。１つのＬＣｏＳデバイスによる連続色手法を用いてまたは原色毎に別個のＬＣｏＳデバイスを用いて、ＤＬＰと同様に液晶パネルを用いて色画像を形成する。
【０００５】
他のタイプの画像形成装置は高温ポリシリコン液晶デバイス（ＨＴＰＳ−ＬＣＤ）である。ＨＴＰＳ−ＬＣＤも液晶層を含み、映像信号に相当するデータにより決定されるように配向を増大制御（画素毎に）することができる。液晶層をガラス基板と透明電極のアレイとの間に挟持することにより透過動作に適合する。各ＨＴＰＳ−ＬＣＤ画素の角部には微細な薄膜トランジスタがある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は異なる色の照明チャネルを含む照明システムに関する。各照明チャネルは光学的パワーを有する少なくとも１つの光学素子を有する光源群を含む。このような照明システムは照明チャネルのうちの少なくとも１つから照明を受け取るように配置された画像形成装置も含む。これらの照明チャネルのうちの少なくとも１つの光学素子のうちの少なくとも１つが他の照明チャネルと共用されないとともに、その光学素子がその照明チャネルの色に対して優先的に構成または優先的に位置決めされている。
【０００７】
さらに本開示は異なる色の複数の照明チャネルを含み、各照明チャネルが光源群を含む照明システムに関する。このような照明システムは、照明チャネルのうちの１つに配置された、光学的パワーを有する光学素子または均一化光学素子であり得る少なくとも１つの光学素子を有し、その光学素子が他の照明チャネルと共用されないとともに、その照明チャネルの色に対して優先的に構成または優先的に位置決めされている。これらの照明システムは照明チャネルのうちの少なくとも１つから照明を受け取るように配置された画像形成装置をさらに含む。
【０００８】
本開示は第１の色の照明チャネルと第２の色の照明チャネルとを含む照明システムにも関する。第１の色の照明チャネルが第１の画像形成装置に光学的に接続された第１の光源群を含む一方で、第２の色の照明チャネルは第２の画像形成装置に光学的に接続された第２の光源群を含む。このような照明システムは、照明チャネルのうちの１つに配置された、光学的パワーを有する光学素子または均一化光学素子などの光学素子も含み、その光学素子がいかなる他の照明チャネルとも共用されないとともに、その照明チャネルの色に対して優先的に構成または優先的に位置決めされている。
【０００９】
さらに本開示は第１の光源群を含む第１の色の照明チャネルと、第２の光源群を含む第２の色の照明チャネルと、第１および第２の光源群に光学的に接続された画像形成装置と、光学素子系とを含む照明システムに関する。光学素子系はインテグレータ（ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ）と、第１および第２の照明チャネルの照明を合成する第１の光源群とインテグレータとの間に配置されたダイクロイックミラー（ｄｉｃｈｒｏｉｃ  ｍｉｒｒｏｒ）とを含む。このような照明システムにおいて、光源群のうちの少なくとも１つが、複数の光源と複数の光学素子とを備え、光源および光学素子が複数の内向チャネルを形成するように構成されている。
【００１０】
本発明の照明システムのこれらおよび他の態様は、当業者には図面とともに以下の詳細な説明から容易に明らかになろう。
【００１１】
本発明が関連する当業者が本発明の作製および使用方法をより容易に理解するために、その例示的実施形態を図面を参照して以下に詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本開示の例示的実施形態はマイクロディスプレイ・プロジェクタ用の照明を、異なる色用の照明チャネルが光源または一光源群から照明対象に延びる光路の少なくとも一部に対して物理的に分離されるように提供することができる。例えば図１は本開示により構成された例示的照明システム１００を組み込んだ、３パネル投影システム１０の一部を概略的に示しており、各色チャネル（ここでは、赤、緑および青）用の光路の少なくとも一部が他の色チャネルと共用されていない。具体的には例示的照明システム１００は、赤色チャネル１０５、緑色チャネル１１５、および青色チャネル１２５として図１に図示する異なる原色に対応するチャネルを含む。特定の用途に適するような他の色の光源とチャネルとを用いる照明システムも本開示の範囲内にある。
【００１３】
赤色チャネル１０５は赤色ＬＥＤなどの赤色光源群１０２と、インテグレータ１０４などの均一化光学素子と、１つまたは複数のレンズもしくは光学的パワーを有する他の光学素子などの中継光学部品１０６と、画像形成装置１０８とを含む。図１に図示した例示的投影システム１０は高温ＨＴＰＳ−ＬＣＤなどの透過型画像形成装置を含むが、本発明の他の例示的実施形態はＬＣｏＳデバイスまたはＤＬＰなどの反射型画像形成装置を含むことができる。緑色チャネル１１５は緑色ＬＥＤなどの緑色光源群１１２と、インテグレータ１１４などの均一化光学素子と、１つまたは複数のレンズもしくは光学的パワーを有する他の光学素子などの中継光学部品１１６と、画像形成装置１１８とを含む。同様に青色チャネル１２５は青色ＬＥＤなどの青色光源群１２２と、インテグレータ１２４などの均一化光学素子と、１つまたは複数のレンズもしくは光学的パワーを有する他の光学素子などの中継光学部品１２６と、画像形成装置１２８とを含む。
【００１４】
本開示の適切な例示的実施形態と共に用いるのに適したインテグレータは、例えば米国特許第５，６２５，７３８号明細書および同第６，３３２，６８８号明細書に記載されており、本開示と矛盾しない限りその開示を本明細書に参照により援用する。インテグレータは１０２、１１２および１２２などの光源群の出力を均一化する役目をする。本開示の実施形態と共に用いるのに適したインテグレータの例には、ミラートンネル、例えば中実または中空の矩形トンネル、もしくは全内部反射によりその内部で光を伝達する中実ガラスロッドで構成された細長いトンネルがある。当業者にはインテグレータの入口および出口端の多数の形状および多数の形状の組み合わせが本開示の範囲内にあるということは理解できよう。しかし画像形成装置などの照明対象が矩形形状を有する場合、照明対象と同じアスペクト比を有する矩形出口端を有するインテグレータを用いることは特に有利である。本開示のいくつかの実施形態において、中継光学部品１０６、１１６および１２６はそれぞれインテグレータ１０４、１１４および１２４の出口端を画像形成装置１０８、１１８および１２８上に結像するように構成されている。
【００１５】
図１をさらに参照すると、赤色および青色画像形成装置により透過且つ変調された光は、１つまたは複数のダイクロイックミラーであり得るまたは含み得るダイクロイックコンバイナ（ｄｉｃｈｒｏｉｃ  ｃｏｍｂｉｎｅｒ）１２を用いて合成され得る。この例示的実施形態においてダイクロイックコンバイナは、可視スペクトルの赤色部分で透過するが、可視スペクトルの青色部分で比較的高い反射率を示すように構成されたダイクロイックミラー１２を含む。緑色画像形成装置により透過且つ変調された光を、ミラー１６と他のダイクロイックミラー１４とを用いて合成赤色および青色ビームに追加し得る。ダイクロイックミラー１４はこの例示的実施形態において、可視スペクトルの赤色および青色部分で透過するが、スペクトルの緑色部分で比較的高い反射率を示すように構成されている。そして合成変調した赤色、緑色および青色ビームは投影光学部品１８により集光される。投影光学部品１８はスクリーン（図示せず）にもしくは更なる処理のための他の光学素子、システムまたはデバイスに送出するための１つまたは複数のレンズを含み得る。
【００１６】
上述したように本開示により構成された照明システム内で用いるのに適した例示的光源はＬＥＤを含む。より高い出力を有するＬＥＤが入手可能になってきているが、スクリーンなどの対象平面において十分に高い照度を達成するために、多くのマイクロディスプレイ投影照明用途は多数のＬＥＤを必要とする。典型的な現在入手可能な単一のＬＥＤは通常、典型的な投影システムを照明するのに十分に明るくはない。そのため多数のＬＥＤの配列を効果的に構成且つ一括して、ＬＥＤアセンブリからの光が所与のエタンデュ内で効率的に集光され、その後所与の立体角内で特定の照明対象領域に向けられるようにすることが重要である。
【００１７】
光源群１０２、１１２および１２２がＬＥＤまたは同様な光源を含む場合、このような光源をアレイ、クラスタ、および他の適切な幾何学的配列を始めとする多様な構成で配置することができる。本開示の適当な実施形態においてそのような光源群は、インテグレータ１０４、１１４および１２４などのインテグレータに対してある幾何学的関係で配列されている。図２Ａ〜４は光の効率的な集光を可能にする各光源群の適当な構造および配列を概略的に図示する。例えば図２Ａ、２Ｂおよび２ＣはＬＥＤまたは光学的パワーを有する成形側面反射体のアセンブリに組み込まれたＬＥＤまたは同様な光源を示す。例示的成形側面反射体は、２００３年１１月４日に出願された「発光ダイオードを用いた照明用側面反射体（Ｓｉｄｅ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ  ｆｏｒ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）」と題された本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第１０／７０１，２０１号明細書に記載されており、本開示と矛盾しない限りその開示を本明細書に参照により援用する。
【００１８】
図２Ａは６つの成形反射体部分１４２４から形成された成形反射体本体１４４４を有する例示的光源群１４４０を概略的に示す。成形反射体部分は中空または中実であってもよく、例えば楕円、放物面、または他のタイプの回転面の少なくとも一部分と一致する反射面を有し得る。光源１４０２は成形反射体部分１４２４に対して配列されているため、光源１４０２により発光された光は、光線１４４６によって図示されるように、それぞれの成形反射体部分１４２４によって反射されて照明対象１４５０に向けられる。
【００１９】
図２Ｂは図２Ａに示すように構成された光源群を通る断面を概略的に表わす。光源群１５００は、成形反射体部分１５０４ａおよび１５０４ｂならびに光源１５０２ａおよび１５０２ｂを含む成形反射体本体１５０４を有する。各成形反射体部分１５０４ａおよび１５０４ｂには、それぞれの回転軸１５１２ａまたは１５１２ｂを中心とする回転面と一致する反射面１５１０ａまたは１５１０ｂが形成されている。光源１５０２ａおよび１５０２ｂは光線１５０６ａおよび１５０６ｂを成形反射体部分１５０４ａおよび１５０４ｂに向かって発光し、それらの光線は光線１５１４ａおよび１５１４ｂとして反射される。光源の軸１５０８ａおよび１５０８ｂは通例、それぞれの回転軸１５１２ａおよび１５１２ｂに対して非平行であるとともに、光線１５１４ａおよび１５１４ｂが照明対象１５１６に向けられるように位置する。成形反射体１５０４ａおよび１５０４ｂは軸１５１８を中心として対称に配置し得る。軸１５１２ａおよび１５１２ｂは、同じ交点で本体軸１５１８と直交していてもいなくてもよく、さらに本体軸１５１８に対して同じ角度を形成してもしなくてもよい。
【００２０】
成形反射体本体を有する光源群は異なる数の成形反射体部分と異なる数の光源とを含み得る。例えば図２Ｃは照明対象１６０６に光を供給するために、４つの成形反射体部分１６０４と成形反射体部分１６０４に対して配列された４つの光源１６０２とから形成された成形反射体本体を有する光源群１６００を示す。本開示の適当な実施形態において照明対象１４５０、１５１６および１６０６はインテグレータ、例えばインテグレータ１０４、１１４および１２４の入口端であり得る。
【００２１】
図３は他の例示的光源群１０００を概略的に示しており、ＬＥＤまたは同様な光源が屈折素子および集光器のアレイと組み合わせて用いられている。このような各光源群の例は、２００４年２月１１日に出願された「照明システム（Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と題された同一出願人が所有する米国特許出願第１０／７７６，１５２号明細書、および２００４年２月１１日に出願された「集光照明システム（Ｌｉｇｈｔ−Ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と題された同一出願人が所有する米国特許出願第１０／７７６，３９０号明細書に記載されている。本開示と矛盾しない限り両方の開示を本明細書に参照により援用する。
【００２２】
図３に示した光源群１０００は、ＬＥＤまたは同様の光源などの光源１１７２、１１７２’、１１７２”により図示される一組の光源１１１２と、光学素子系１１１５とを含む。光学素子系１１１５は、レンズレット１１７４、１１７４’、１１７４”を含む第１の組のレンズ１１１４と、レンズレット１１７６、１１７６’、１１７６”を含む第２の組のレンズ１１１６と、平凸レンズまたは他のタイプのレンズなどの集光器１１１８とを含む。一対のレンズレット（メニスカスレンズまたは光学的パワーを有する他の光学素子であり得る、組１１１４からの１つと組１１１６からの１つ）は組１１１２からの各光源に関連し得る。用途、所望のシステム構成、システムの寸法およびシステムの出力輝度に応じて、各組の光源１１１２の多数の構成、個々の光源のタイプ、組１１１４および１１１６のレンズレットまたは光学的パワーを有する他の光学素子の数およびタイプ、ならびに組の数は本開示の範囲内にある。例えば一組の光源１１１２の構成が各組のレンズの構成を好適に実質的に追跡する状態で、各組のレンズ１１１４および１１１６を二層稠密アレイとして構成することが可能であり、または他の適当な構成を有し得る。
【００２３】
図４は他の例示的光源群２０００を概略的に示しており、ＬＥＤまたは同様な光源が屈折アレイ、反射体のアセンブリ、または光学的パワーを有する他の光学素子と組み合わせて用いられて、インテグレータ２１０４の入口端２１０４ａなどの照明対象に向いた個々の内向チャネルを形成している。このような各光源群の例は、２００４年２月１１日に出願された「照明システム（Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と題された同一出願人が所有する米国特許出願第１０／７７６，１５２号明細書、および２００４年２月１１日に出願された「整形光源モジュールおよびそれを用いた照明システム（Ｒｅｓｈａｐｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｍｏｄｕｌｅｓ  ａｎｄ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｓａｍｅ）」と題された同一出願人が所有する米国特許出願第１０／７７６，１５５号明細書に記載されている。本開示と矛盾しない限り両方の開示を本明細書に参照により援用する。
【００２４】
図４に示した例示的実施形態は、各光源と関連する１つまたは複数の光学素子、例えば光源の発光の少なくとも一部を照明対象上に向け且つ焦点を合わせる１つまたは複数のレンズを含む個々の内向チャネルを有する。具体的には光源群２０００は、光源２０７２、２０７２’などの一組の光源２０２２と、光学素子系２０２５とを含む。個々のチャネルは例えば一組の光源２０２２を球面に対して接線方向に且つ沿って配列することにより向けられる。これは例えば光源を球状面上に載置すること、光源を個々に実質的に仮想球面に接線方向に載置すること、または任意の他の適当な技術により達成し得る。光学素子系２０２５は、レンズ２０５４、２０５４’などの少なくとも１つの屈折光学素子のアレイを利用することが好ましい。このような例示的実施形態において光源および関連する屈折素子、例えば光源２０７２およびレンズ２０５４は各々内向チャネルを形成する。
【００２５】
光源および光源に関連する光学素子の数およびタイプは用途、所望のシステム構成およびシステムの寸法に応じて変わり得る。例えば本開示の他の例示的実施形態では、個々の内向チャネルを図２Ａ〜２Ｃを参照して説明したように構成し得る。このような例示的実施形態において光源および関連する成形反射体部分（例えば図２Ｂに図示した光源１５０２ａ、１５０２ｂおよびそれぞれの関連反射体部分１５０４ａ、１５０４ｂ）は個々の内向チャネルを形成することができる。
【００２６】
インテグレータを含む照明システムの輝度を増加させるための、より多くの光をインテグレータに結合させる１つの技術は、例えば図５Ａ〜５Ｃに図示するようにインテグレータの入口開口を細分化することを含む。図５Ａは細分化開口部３０００と組み合わせた光源群３１００を示しており、インテグレータ３１０４が４つのプリズム３１４４ａ、３１４４ｂ、３１４４ｃ、および３１４４ｄにより細分化された入口端３１０４ａを有する。細分化開口部３０００において、各プリズムの１つのファセット（小平面）が入口端３１０４ａ上に配置されているとともに、各プリズムの他のファセットは図２Ａ〜４を参照して説明した配列などの光源の配列から受光することができる。いくつかの例示的開口部３０００において、プリズム３１４４ａ、３１４４ｂ、３１４４ｃ、および３１４４ｄの斜面（対角面）は反射コーティングで被覆されているため反射面を形成するとともに、各コーティングは例えば色固有反射率を有することにより特定の色に対して優先的に構成され得る。例示的光源群３１００は図２Ｃに示すように構成された、４つの光源サブアセンブリ３１２４ａ、３１２４ｂ、３１２４ｃおよび３１２４ｄを含む。４つのサブアセンブリは、サブアセンブリ３１２４ａ、３１２４ｂ、３１２４ｃおよび３１２４ｄの各々からの光がそれぞれプリズム３１４４ａ、３１４４ｂ、３１４４ｃ、および３１４４ｄの開放ファセットに向けられ、プリズムの斜面で反射されて、さらに入口端３１０４ａを通ってインテグレータ３１０４に向けられるように配置されている。
【００２７】
図５Ｂは細分化開口部４０００と組み合わせた光源群４１００の他の例示的構成を示しており、インテグレータ４１０４が４つのプリズム４１４４ａ、４１４４ｂ、４１４４ｃ、および４１４４ｄにより細分化された入口端４１０４ａを有する。細分化開口部４０００において、各プリズムの１つのファセットはインテグレータ４１０４の入口端４１０４ａの平面に実質的に垂直に配置されているとともに、各プリズムの他のファセットは入口端４１０４ａから離れる方向に面している。各プリズムの斜面は、図２Ａ〜４を参照して説明したような光源群からの光を受光して反射することができる。いくつかの例示的配列４０００において、プリズム４１４４ａ、４１４４ｂ、４１４４ｃ、および４１４４ｄの斜面は反射コーティングで被覆されているため反射面を形成するとともに、コーティングの各々は例えば色固有反射率を有することにより特定の色に対して優先的に構成され得る。例示的光源群４１００は図２Ｃに示すように構成された４つの光源サブアセンブリ４１２４ａ、４１２４ｂ、４１２４および４１２４ｄを含む。４つのサブアセンブリは、サブアセンブリ４１２４ａ、４１２４ｂ、４１２４および４１２４ｄの各々からの光がそれぞれプリズム４１４４ａ、４１４４ｂ、４１４４ｃ、および４１４４ｄの斜面に向けられ、さらにプリズムの斜面の表面がそれぞれの光源サブアセンブリから受光した光を反射して入口端４１０４ａを通ってインテグレータ４１０４に達するように配置されている。
【００２８】
図５Ｃは細分化開口部５０００と組み合わせた他の光源群５１００を示しており、インテグレータ５１０４の入口端５１０４ａ上に配置された３つのプリズム５１４４ａ、５１４４ｂ、および５１４４ｃを有し、入口端５１０４の一部分を空けて開放部分５１０４ｄを形成している。各プリズムの１つのファセットが入口端５１０４ａ上に配置されている一方、各プリズムの他のファセットは図２Ａ〜４を参照して説明したような光源群からの光を受光することができる。いくつかの例示的配列５０００において、プリズム５１４４ａ、５１４４ｂ、および５１４４ｃの斜面は反射コーティングで被覆されているため反射面を形成するとともに、コーティングの各々は例えば色固有反射率を有することにより特定の色に対して優先的に構成され得る。
【００２９】
光源群５１００は図２Ｃに示すように構成された４つの光源サブアセンブリ５１２４ａ、５１２４ｂ、５１２４および５１２４ｄを含み、これらはその光がそれぞれプリズム５１４４ａ、５１４４ｂ、および５１４４ｃの開放矩形ファセットに向けられ、プリズムの斜面の表面で反射されて入口端５１０４ａを通ってインテグレータ５１０４に向けられるように配置されている。４番目のサブアセンブリ５１２４ｄは、その光が開放部分５１０４ｄに向けられてインテグレータ５１０４に入るように配置されている。インテグレータが中実である場合には、開放部分５１０４ｄを例えば色固有透過率を有することにより特定の色の照明に対して優先的に構成された反射防止コーティングで被覆してもよい。サブアセンブリ５１２４ｄを実質的にインテグレータ５１０４の長軸に沿って配置することが好ましい。
【００３０】
図面は４つのサブ開口に細分化を示しているが、他の数のサブ開口に分割することも可能であり、そのような細分化開口部も本開示の範囲内にあることは当業者には容易に理解できよう。プリズムの構成およびサイズも特定の用途、インテグレータのサイズおよび形状、光源群のサイズおよび形状ならびに他の要因に応じて変わり得る。例えば細分化開口部における逆台形および四角形プリズムの使用も本開示の範囲内にある。いくつかの例示的実施形態はミラーまたは、インテグレータの入口端を細分化する反射面（ミラーまたはＴＩＲ）を有する他の適当な構成要素を含むことができるとともに、そのようなミラーまたは反射面を有する他の適当な構成要素を、例えば色固有反射または反射防止コーティングを利用することにより、特定の色の照明用に優先的に構成することができる。
【００３１】
加えて、光源群の構成、例えば光源群サブアセンブリの構成、数および配置は、特定の用途に適するように変わり得る。本明細書に記載した例示的細分化配列において、反射面を有するプリズム、ミラーまたは他の構成要素を、例えば接着剤を用いてインテグレータの入口端の前の適当な筐体内に載置することができる。いくつかの例示的実施形態においてプリズム、ミラーまたは他の構成要素をインテグレータ筐体内に載置することができる。代替的にはそれらを適当な透明接着剤で中実インテグレータに取り付ける、またはその一部として一体に形成することができる。
【００３２】
インテグレータに対する光源群の他の例示的配列が図６Ａに示されている。このような例示的配列は、マガリル（Ｍａｇａｒｉｌｌ）らの「非放射対称開口を有する照明システム（Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｗｉｔｈ  Ｎｏｎ−Ｒａｄｉａｌｌｙ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）」と題された代理人整理番号第５９７２９ＵＳ００２号の、本発明の譲受人に譲渡され且つ同時出願中の米国特許出願に記載されており、その開示を本明細書に参照により援用する。図６Ａは光源群９２と、任意の追加集光光学部品９４と、インテグレータ９６と、中継光学部品９８と、画像形成装置９７とを含む例示的照明システム９０を示す。例示的インテグレータ９６は略方形の入口端９６ａと略矩形の出口端９６ｂとを有する。
【００３３】
いくつかの実施形態において入口端９６ａのアスペクト比は約１：１であるとともに、出口端９６ｂのアスペクト比は約１６：９であるため、入口端のアスペクト比は典型的な現在入手可能なＬＥＤの出射面のアスペクト比に実質的に一致するとともに、出口端のアスペクト比はＬＣｏＳまたはＤＬＰなどの典型的な現在入手可能な画像形成装置のアスペクト比に実質的に一致する。他の例示的実施形態は、出口端の対応寸法より小さい少なくとも１つの寸法を有する矩形などの異なる形状の入口端と、他のアスペクト比の出口端とを有するインテグレータを含むことができる。いくつかの例示的実施形態において中継光学部品９８は、インテグレータ９６ｂの出口端を画像形成装置９７上に結像するように構成されている。ほとんどの実施形態において出口端９６ｂの長い寸法を画像形成装置９７の長い寸法に実質的に位置合わせしなければならない。
【００３４】
図６Ａをさらに参照すると、光源群９２が、短い寸法Ａが実質的にシステム９０のＹ軸に沿って位置合わせされるとともに長い寸法Ｂが実質的にシステム９０のＸ軸に沿って位置合わせされた、通例略楕円状の非放射対称の開口９３を有するように構成されている。この例示的実施形態においてインテグレータ出口端９６ｂおよび画像形成装置９７の長い寸法が実質的にシステム９０のＸ軸に沿って位置合わせされている一方で、それらの短い寸法が実質的にシステム９０のＹ軸に沿って位置合わせされている。このような構成は、開口９３の一般的形状に対応するインテグレータの入口端９６ａの空間内の９３ａとして図示するような大きい角度寸法と小さい角度寸法とを有する、非放射対称の角度強度分布の照明光線を生成する。このような例示的実施形態において、角度強度分布のより大きい角度寸法を、インテグレータの出口端９６ｂのより大きい寸法と実質的に位置合わせしなければならない。その幾何学的構成のためインテグレータ９６は、９３ｂとして図示するように、より放射対称の角度強度分布の光線として出口端９６ｂから出射するように光線を生成する。インテグレータの出口端における、より放射対称の角度分布は、通常略円対照である投影光学部品による光線のクリッピングを回避するために投影システムにおいて通常望ましい。
【００３５】
インテグレータが入口および出口端の他の形状を有する例示的実施形態において、インテグレータの入口端における照明の角度強度分布のより大きい角度寸法を、入口端から出口端へより大きく増加するインテグレータの寸法を含む平面に実質的に沿って位置合わせしなければならない。図６Ａおよび６Ｂに示した実施形態において、より大きく増加する方向は実質的にＸ軸に沿って配向されており、ここでインテグレータ９６の略方形の入口端９６ａの側部はインテグレータ９６の略矩形の出口端９６ｂのより長い側部に変形されている。
【００３６】
図６Ａに図示した非放射対称開口を有するシステムで用いるのに適した光源群１９２の例示的構成が図６Ｂに提示されている。光源群１９２は光源１７２、１７２’、１７２”などの一組の光源１２０と、メニスカスレンズ１７４、１７４’、１７４”などの第１の組の屈折光学素子１４０と、平凸または両凸レンズ１７６、１７６’、１７６”などの第２の組の屈折素子１６０とを含む。いくつかの例示的実施形態において、第１の組の素子１４０は略円形状外形のレンズを含む一方、第２の組の素子１６０は略方形または六角形状の外形を有するため、隙間領域を最小限に抑えるように稠密にすることができる。図６Ｂに示すように一組の光源１２０と、第１の組の屈折素子１４０と第２の組の屈折素子１６０とは、略楕円状外形を有する開口を形成するように配置されている。このような各光源群は図４を参照して説明したように個々の内向チャネルを形成するように構成されていることが好ましい。しかし多様な好適な光源および、異なる形状およびサイズの屈折光学素子および反射光学素子などの光学的パワーを有する多様な光学素子を本開示の適当な実施形態において用い得る。
【００３７】
本開示の他の実施形態が図７に図示されている。図７は例示的照明システム２００を組み込んだ、３パネル投影システム２０の一部を概略的に示しており、各色チャネル（ここでは、赤、緑および青）用の光路の少なくとも一部が他の色チャネルと共用されていない。具体的には例示的照明システム２００は、赤色チャネル２０５、緑色チャネル２１５、および青色チャネル２２５として図７に図示する異なる原色に対応するチャネルを含む。特定の用途に適するような他の色の光源とチャネルとを用いる照明システムも本開示の範囲内にある。
【００３８】
赤色チャネル２０５は、赤色ＬＥＤなどの赤色光源群（図示せず）と、インテグレータ２０４などの均一化光学素子と、レンズ２０６ａおよび２０６ｂまたは光学的パワーを有する他の光学素子などの中継光学部品と、折返しミラー２０７と、画像形成装置２０８とを含む。図１に図示した実施形態と同様に、例示的投影システム２０はＨＴＰＳ−ＬＣＤなどの透過型画像形成装置を含む。緑色チャネル２１５は、緑色ＬＥＤなどの緑色光源群（図示せず）と、インテグレータ２１４などの均一化光学素子と、レンズ２１６ａおよび２１６ｂまたは光学的パワーを有する他の光学素子などの中継光学部品と、画像形成装置２１８とを含む。同様に青色チャネル２２５は、青色ＬＥＤなどの青色光源群（図示せず）と、インテグレータ２２４などの均一化光学素子と、レンズ２２６ａおよび２２６ｂまたは光学的パワーを有する他の光学素子などの中継光学部品と、折返しミラー２２７と、画像形成装置２２８とを含む。本開示のいくつかの実施形態において中継光学部品はインテグレータ２０４、２１４および２２４の出口端を照明対象２０８、２１８および２２８上に結像するように構成されている。
【００３９】
赤色、緑色および青色画像形成装置により透過且つ変調された光はダイクロイックコンバイナ２４を用いて合成され得るが、ダイクロイックコンバイナ２４はダイクロイックコーティングで被覆された直角プリズムで構成された既知のコンバイナなどのクロスダイクロイックコンバイナであることが好ましい。そして合成変調した赤色、緑色および青色ビームは、スクリーン（図示せず）にもしくは更なる処理のための他の光学素子またはデバイスに送出するための１つまたは複数のレンズなどの投影光学部品２８により集光される。
【００４０】
図８はＬＣｏＳなどの反射型画像形成装置と共に用いるのに特に有利な本開示の他の例示的実施形態を図示する。図８は例示的照明システム３００を組み込んだ、３パネル投影システム３０の一部を概略的に示しており、各色チャネル（ここでは、赤、緑および青）用の光路の少なくとも一部が他の色チャネルと共用されていない。具体的には例示的照明システム３００は、赤色チャネル３０５、緑色チャネル３１５、および青色チャネル３２５として図８に図示する異なる原色に対応するチャネルを含む。特定の用途に適するような他の色の光源とチャネルとを用いる照明システムも本開示の範囲内にある。
【００４１】
赤色チャネル３０５は、赤色ＬＥＤなどの赤色光源群（図示せず）と、インテグレータ３０４などの均一化光学素子と、中継レンズ３０６ａおよび３０６ｂまたは光学的パワーを有する他の光学素子などの中継光学部品と、偏光ビームスプリッタ３０９と、画像形成装置３０８とを含む。中継レンズ３０６ｂはより小型のシステムを達成するために図示するように切頭してもよい。緑色チャネル３１５は、緑色ＬＥＤなどの緑色光源群（図示せず）と、インテグレータ３１４などの均一化光学素子と、レンズ３１６ａおよび３１６ｂまたは光学的パワーを有する他の光学素子などの中継光学部品と、折返しミラー３１７と、偏光ビームスプリッタ３１９と、画像形成装置３１８とを含む。同様に青色チャネル３２５は、青色ＬＥＤなどの青色光源群（図示せず）と、インテグレータ３２４などの均一化光学素子と、レンズ３２６ａおよび３２６ｂまたは光学的パワーを有する他の光学素子などの中継光学部品と、偏光ビームスプリッタ３２９と、画像形成装置３２８とを含む。
【００４２】
偏光ビームスプリッタはＬＣｏＳなどの、適正な動作のための偏光を必要とする画像形成装置を含む例示的投影システムにおいて有用である。本開示の適当な例示的投影システムと共に用いるのに適したカーテシアン（Ｃａｒｔｅｓｉａｎ）偏光ビームスプリッタは、例えばブルゾン（Ｂｒｕｚｚｏｎｅ）らの米国特許第６，４８６，９９７号明細書に記載されており、本開示と矛盾しない限りその開示を本明細書に参照により援用する。このようなカーテシアン偏光ビームスプリッタは通常ガラス立方体に入れられた反射型偏光子を含む。代替的には従来のマクニール（ＭａｃＮｅｉｌｌｅ）または他の適当な偏光ビームスプリッタを用いることができる。
【００４３】
緑色チャネル３１５および青色チャネル３２５は両方とも、緑色および青色ビームの交点に配置された多方向光学素子３３０を含む。このような多方向光学素子は、マガリル（Ｍａｇａｒｉｌｌ）らの「多方向光学素子（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）」と題された代理人整理番号第５９６５８ＵＳ００２号の、本発明の譲受人に譲渡され且つ同時出願中の米国特許出願に記載されており、その開示を本明細書に参照により援用する。図８のシステム３０で用いるように構成された多方向光学素子３３０は図９Ａおよび９Ｂにより詳細に示されている。図９Ａは多方向光学素子３３０の斜視図を表わすとともに、図９Ｂは図９Ａに示した方向に沿った断面を有する断面図を表わしている。
【００４４】
多方向光学素子は第１の一般的方向に添って概して互いに対向配置された側面３５２および３５６と、第２の一般的方向に沿って概して互いに対向配置された側面３５４および３５８とを有する。側面３５２および３５４は互いに隣接配置し得るとともに第１の曲率半径を有し得る一方で、側面３５６および３５８は互いに隣接配置し得るとともに第２の曲率半径を有し得る。多方向光学素子３３０は第３の方向に沿って概して互いに対向配置された２つの対向側面３５３および３５５も有し得る。側面３５２および３５４は異なる曲率半径を有することができるとともに、側面３５６および３５８も同様であり得る。対向側面３５３および３５５は、用途に応じて実質的に平坦であり得る、または曲面であってもよい。いくつかの実施形態において側面３５３および３５５は適当な形状に形成された凸部、凹部またはその両方などの載置面構造を有する。
【００４５】
多方向素子３３０の例示的図示の実施形態において、側面３５２および３５４は凸面である一方、側面３５６および３５８は凹面である。いくつかの実施形態において多方向光学素子３３０は、側面３５６に入射した光が対向側面３５２から出射して概して第１の方向に沿って進行する一方で、側面３５８に入射した光が対向側面３５４から出射して概して第２の方向に沿って進行するように構成されている。典型的な実施形態において光は多方向素子内を２つの異なる方向に実質的に同等な光路に沿って進行するとともに実質的に同じように屈折される。２つの方向は図９Ｂの軸ＸおよびＹにより図示されるように互いに対して約９０度の角度をなすことが好ましいが、特定のシステム構成に有用であり得るように２つの方向間の他の角度も本開示の範囲内にある。また本開示のいくつかの実施形態において光は多方向素子３３０内を、側面３５３から側面３５５またはその逆などの第３の方向に沿って進行し得る。
【００４６】
異なるチャネルからの照明は多方向素子内を異なる方向に進行するため、多方向素子３３０をこのようなチャネルの特定の色に対して優先的に構成することができる。例えば多方向素子３３０は側面３５６および３５２のうちの少なくとも一方上に色固有の緑色反射防止コーティングと、側面３５４および３５８のうちの少なくとも一方上に色固有の青色反射防止コーティングとを含み得る。本開示のいくつかの実施形態においていずれか１つまたは複数の側面の曲率は、より効果的に色収差を低減するために異なる色に対して異ならせることができる。このように多方向光学素子３３０は口径食を低減するのに役立ち、より小型のシステムを構成するのを助け、照明チャネルの色固有の優先的構成に役立つことができる。
【００４７】
本開示のいくつかの実施形態において中継光学部品は、それぞれのインテグレータ３０４、３１４、および３２４の出口端をそれぞれ画像形成装置３０８、３１８および３２８上に結像するように構成されている。赤色、緑色および青色画像形成装置３０８、３１８および３２８により変調された光は、図７を参照して説明したクロスダイクロイックコンバイナ３４を用いて合成し得る。その後合成変調した赤色、緑色および青色ビームは、スクリーン（図示せず）にもしくは更なる処理のための他の光学素子またはデバイスに送出するための投影光学部品３８により集光される。
【００４８】
本開示のいくつかの実施形態は、２つ以上の色チャネルからの光が１つの画像形成装置に送出されるように構成されている。このような実施形態が図１０および１１に図示されている。図１０は本開示により構成された例示的照明システム４００を組み込んだ、１パネル投影システム４０の一部を概略的に示しており、各色チャネル（ここでは、赤、緑および青）用の光路の少なくとも一部が他の色チャネルと共用されていない。具体的には例示的照明システム４００は、赤色チャネル４０５、緑色チャネル４１５、および青色チャネル４２５として図１０に図示する異なる原色に対応するチャネルを含む。特定の用途に適するような他の色の光源とチャネルとを用いる照明システムも本開示の範囲内にある。
【００４９】
赤色チャネル４０５は、赤色ＬＥＤなどの赤色光源群（図示せず）と、インテグレータ４０４などの均一化光学素子と、ダイクロイックミラー４３４とを含む。緑色チャネル４１５は、緑色ＬＥＤなどの緑色光源群（図示せず）と、インテグレータ４１４などの均一化光学素子と、ダイクロイックミラー４３２および４３４とを含む。同様に青色チャネル４２５は、青色ＬＥＤなどの青色光源群（図示せず）と、インテグレータ４２４などの均一化光学素子と、ダイクロイックミラー４３２および４３４とを含む。ダイクロイックミラー４３２は、可視スペクトルの緑色部分で透過するが、可視スペクトルの青色部分で比較的高い反射率を示すように構成されている。このためダイクロイックミラー４３２は緑色インテグレータ４１４を出射する緑色光を透過する一方で、青色インテグレータ４２４を出射する青色光を反射して、ダイクロイックミラー４３４に入射する緑色および青色光の合成ビームを形成する。同様にダイクロイックミラー４３４は可視スペクトルの緑色および青色部分で透過するが、可視スペクトルの赤色部分で比較的高い反射率を示す。このためダイクロイックミラー４３４は緑色および青色インテグレータを出射する緑色および青色光を透過する一方で、赤色インテグレータ４０４を出射する赤色光を反射して、緑色、青色および赤色光の合成ビームを形成する。
【００５０】
投影システム４０の照明システム４００は、中継レンズ４５ａおよび４５ｂまたは光学的パワーを有する他の光学素子などの中継光学部品と、中継レンズ４５ａと４５ｂとの間に配置された折返しミラー４７と、ＴＩＲプリズムアセンブリ４４と、ＤＬＰなどの画像形成装置４６とをさらに含む。投影システム４０は投影光学部品４８をさらに含む。本開示のいくつかの実施形態において照明システムは、中継光学部品がインテグレータ４０４、４１４および４２４の出口端を画像形成装置４６上に結像するように構成し得る。ＴＩＲプリズムアセンブリ４４は例えば界面４４ａにおける反射により、中継光学部品から出射した光を画像形成装置４６上に再指向させるのに役立つ。画像形成装置４６により変調された光はＴＩＲプリズムアセンブリ４４内を通過して、スクリーン（図示せず）にもしくは更なる処理のための他の光学素子またはデバイスに送出するための投影光学部品４８により集光される。
【００５１】
１パネル投影システムの他の例示的実施形態が図１１に図示されている。図１１は本開示により構成された例示的照明システム５００を組み込んだ、１パネル投影システム５０の一部を概略的に示しており、各色チャネル（ここでは、赤、緑および青）用の光路の少なくとも一部が他の色チャネルと共用されていない。具体的には例示的照明システム５００は、赤色チャネル５０５、緑色チャネル５１５、および青色チャネル５２５として図１１に図示する異なる原色に対応するチャネルを含む。特定の用途に適するような他の色の光源とチャネルとを用いる照明システムも本開示の範囲内にある。
【００５２】
赤色チャネル５０５は赤色ＬＥＤなどの赤色光源群５０２とダイクロイックミラー５３４とを含む。緑色チャネル５１５は緑色ＬＥＤなどの緑色光源群５１２とダイクロイックミラー５３２および５３４とを含む。同様に青色チャネル５２５は青色ＬＥＤなどの青色光源群５２２とダイクロイックミラー５３２および５３４とを含む。図１０に示した例示的実施形態と同様に、ダイクロイックミラー５３２は、可視スペクトルの緑色部分で透過するが、可視スペクトルの青色部分で比較的高い反射率を示すように構成されている。このためダイクロイックミラー５３２は緑色光源群５１２から発する緑色光を透過する一方で、青色光源群５２２が発する青色光を反射して、ダイクロイックミラー５３４に入射する緑色および青色光の合成ビームを形成する。
【００５３】
同様にダイクロイックミラー５３４は、可視スペクトルの緑色および青色部分で透過するが、可視スペクトルの赤色部分で比較的高い反射率を示すように構成されている。このためダイクロイックミラー５３４は各光源群５１２および５２２から入射する緑色および青色光を透過する一方で、赤色光源群５０２から発する赤色光を反射して、共通インテグレータ５２の入口に入射する緑色、青色および赤色光の合成ビームを形成する。図示の例示的実施形態において、各光源群は図４に図示するとともにそれを参照して説明したように構成されているが、光源群の他の適当な構成を、図２Ａ〜３に図示するとともにそれを参照して説明したものを始めとする、本開示のこのまたは他の実施形態と共に用い得る。光源および関連の屈折素子が概して球面に沿って且つ接線方向に配置されている場合には、このような面はインテグレータ５２の入口端に中心があるため好ましい。
【００５４】
投影システム５０の照明システム５００は、中継レンズ５５ａおよび５５ｂまたは光学的パワーを有する他の光学素子などの中継光学部品と、中継レンズ５５ａと５５ｂとの間に配置された折返しミラー５７と、ＴＩＲプリズムアセンブリ５４と、ＤＬＰなどの画像形成装置５６とをさらに含む。投影システム５０は投影光学部品５８をさらに含む。本開示のいくつかの実施形態においてこのシステムを、中継光学部品がインテグレータ５２の出口端を画像形成装置５６上に結像するように構成し得る。ＴＩＲプリズムアセンブリ５４は例えばファセット５４ａにおける反射により、中継光学部品を出射した光を画像形成装置５６上に再指向させるのに役立つ。画像形成装置５６により変調された光はＴＩＲプリズムアセンブリ５４内を通過して、スクリーン（図示せず）にもしくは更なる処理のための他の光学素子またはデバイスに送出するための、１つまたは複数のレンズであり得るまたは含み得る投影光学部品５８により集光される。
【００５５】
例えば図１０および１１に示すように画像形成装置の上流にダイクロイックミラーを用いる本開示の例示的実施形態において、ダイクロイックミラーはテレセントリック空間に配置されており、色不均一性または色ずれを回避するのを助ける。加えて図１０および１１に示すような本開示の例示的照明システムを、ダイクロイックミラーの角度配向が比較的小さな入射角範囲、偏光による反射および透過波長のずれを通常低減する、例えば約２度以下になるように構成することができる。
【００５６】
図６Ａおよび６Ｂに示したような非放射対称開口を有する光源群を用いた例示的実施形態において、図１１に示したものと同様なシステムで、光源群の長い寸法を図１１にＲとして示すダイクロイックミラーの回転（傾斜）軸に実質的に平行に配列するとともに、図面の平面に対して概して直角に配向しなければならない。図１１Ａにより詳細に図示するこのような配向および配列は、光源群の長い寸法が入射光円錐の大きい角度に対応するため望ましい。ダイクロイックミラー上に入射角の変動を低減することは色ずれを低減するのに役立ち得る。
【００５７】
加えて本開示の例示的実施形態はガラス／空気界面におけるダイクロイック部品の使用を可能にする。これはこのような構成において、ランダム偏光を有する光の反射特性の入射角への依存性が低減されてより効率的な色合成につながるため有益である。この概念を図示するために図１２Ａは約１２°および約２４°の２つの光円錐に対する平行平板上の典型的なダイクロイックコーティングの性能を実証する、ランダム偏光の反射率対波長を示すグラフを表わす。図１２Ｂに示すように平板を照明の主光線に対して約４５度の角度θに配向した。図１２Ａから明らかなように、ダイクロイック性能（または波長による光の分離能力）は入射光の円錐角が増加するにつれて若干であるが悪化する。一方典型的な中実ガラスダイクロイックコンバイナの性能は約４５度の角度で入射するランダム偏光を有する光に対して概して劣っている。
【００５８】
前述のように本開示により構成された例示的照明システムは異なる色チャネルを有し、各色チャネル（ここでは、赤、緑および青）用の光路の少なくとも一部が他の色チャネルと共用されないようになっている。したがって異なる色チャネルにより共用されない光学素子は異なるチャネルの色に対して色補正する必要がないため、大幅なコスト節減および製造容易性の増加を可能にする。さらにまた１つの色チャネルのみの光路にある光学素子または光学素子系を、その照明チャネルの色に対して優先的に構成、優先的に位置決めまたはその両方を行い得る。
【００５９】
本開示の状況において用語「優先的に構成される」および「優先的に位置決めされる」とはそれらの用語が指す光学素子の任意の特徴または位置決めを包含し、特定の色チャネルの透過性または収差の補正などの性能を少なくともある程度改善する。つまりある光学素子は、このような素子がもしあれば他の照明チャネルの対応する素子として構成または位置決めされるとそのチャネルの性能が低下する場合、その照明チャネルの色に対して優先的に構成または優先的に位置決めされる。例えばユナクシス・カンパニー（Ｕｎａｘｉｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ）により開発された現在入手可能な広帯域反射型ＳＩＬＦＬＥＸ（シルフレックス）−ＶＩＳ（登録商標）コーティングで被覆されたインテグレータと比べて、スループットを約８％向上し得る色固有コーティングで被覆することにより、インテグレータをそれらのそれぞれの照明チャネルの色に対して優先的に構成することができる。
【００６０】
追加的または代替的には本明細書に図示且つ説明する屈折および反射素子などの光学的パワーを有する光学素子を、システムを通る光の透過性を向上させ得る色固有反射防止または他のコーティングで被覆することにより優先的に構成し得る。さらにまた異なる色チャネルにより共用されないこのような光学素子または光学素子系を、異なる色に対して異なる構成を有することにより、それらのそれぞれのチャネルの色に対して優先的に構成または優先的に位置決めし得る。例えば光学素子の形状、位置および／または数は収差を低減するために異なる色チャネルで異ならせ得る。このように本開示は投影用途用の照明システムなどの照明システムの輝度を改善する柔軟性の向上を可能にする。
【００６１】
投影型テレビジョンなどの用途において典型的な照明システムは、画面上に所望の色温度を提供するためにある比率の赤色、緑色および青色の原色成分を有する光を用いなければならない。成分の１つはシステム性能に対して限定要因であることが多い。異なる色チャネル用の少なくとも部分的に分離した光路を有するいくつかの例示的照明システムにおいて、特定の色チャネルの波長範囲内に異なる階調の光源（または光源群）を含むことにより追加輝度を達成することができる。このような各光源または光源群は異なるピーク波長を有するとともに、それらの照明はダイクロイックミラーなどの波長選択素子で、または回折格子などの回折光学部品で合成され得る。例えばＬＥＤ、レーザまたは蛍光物質などの、比較的狭いスペクトルを有する任意の光源を用いることができる。
【００６２】
図１３は緑色ＬＥＤの異なる階調を同じ色チャネルに合成するのに適したダイクロイックミラーのモデル化透過および反射性能特性を図示する。本開示の適当な例示的実施形態で異なる色の照明を合成することに対して説明したように、このようなダイクロイックミラーをＬＥＤ群の間に好適に配置することによりそれらの照明を合成し得る。ダイクロイックミラーを、主光線の入射角が約４５度で入射光の円錐が約±６度である３２層薄膜コーティングとしてモデル化した。この透過および反射曲線は、ＬＣｏＳシステムおよび偏光を用いる他のシステムに適したｐ偏光に対して示されている。図１４は図１３に図示した性能を有するダイクロイックミラーの前（実線）および後（点線）の、異なる階調の２つの群の緑色ＬＥＤのスペクトルを示す。図示した２つのＬＥＤスペクトルを、合成スペクトルの平均波長が所望の色を提供し得るように、ルミレッズ・ライティング・カンパニー（Ｌｕｍｉｌｅｄｓ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ）から入手可能なラクセオン（Ｌｕｘｅｏｎ）（登録商標）ＬＸＨＬ−ＰＭ０９緑色エミッタからの測定スペクトルを必要に応じてずらすことにより生成した。
【００６３】
図１５は、同じタイプの任意の数Ｎ個の緑色ＬＥＤを含む群の発光スペクトル（実線）と、ダイクロイックミラーで合成されたオフセットピーク波長を有する異なる色階調の、各群がＮ個のＬＥＤを有する２つの群のスペクトル（点線）との比較を表わす。このように２つの群のＬＥＤを組み合わせることにより、図１６に図示するような全体のルーメンスループットの正味利得を達成することができる。図１６はＬＥＤスペクトルのピーク間隔の関数として、図１４および１５に図示した性能を有する２つの群のＬＥＤを組み合わせることにより実現される正味の光束の算出微増を表わすプロットを示す。異なる曲線は、理想化ステップフィルタとして動作するダイクロイックミラー、約６度の半角入射円錐用の実在フィルタとして動作するダイクロイックミラー、および約１２度の半角入射円錐用の実在フィルタとして動作するダイクロイックミラーのモデル化性能に対応する。
【００６４】
ピーク間隔として増加した正味の光束の算出微増が約０から約４ｎｍに増加したことが分かった。このように図１３〜１５に特徴付けられたモデル化例示的光源（約２０ｎｍピーク間隔および約６度の円錐半角）の場合、異なる階調のＬＥＤを用いた照明システムにより約２２％多くのルーメンが提供される。緑色チャネルの色座標がＳＭＰＴＥ  Ｃ測色法により規定されたガイドラインに達しない前にＬＥＤのピーク間隔を４０ｎｍまで増加できることが分かった。このように個々の光源のスペクトルより幅広い合成スペクトルを生成することよりある量の色飽和を犠牲にして、より多くの光をシステムに結合することができる。単一の典型的な高輝度ＬＥＤのスペクトルは通常、得られたチャネルの色飽和が典型的な投影型テレビジョン用途に必要とされるものより良好であるように十分に狭いため、余分なスペクトル領域を用いて異なる階調の追加ＬＥＤからの光を結合してもよい。そのようにする際、合成スペクトルの幅を色飽和の容認レベルに対してバランスを取らなければならない。
【００６５】
例示的照明システムを本開示により図８に基づいて、赤色、緑色および青色チャネルを有し、モデル化により決定された以下の例示的パラメータを有して構成し得る。図５Ｃに図示するとともにそれを参照して説明したように、緑色の光源群をインテグレータ３１４に対して構成且つ配置する。図２Ｃに示すように構成された各反射体アセンブリは、ルミレッズ・ライティング・カンパニー（Ｌｕｍｉｌｅｄｓ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ）から入手可能なラクセオン（Ｌｕｘｅｏｎ）（登録商標）ＩＩＩエミッタ、ＬＸＨＬ−ＰＭ０９などの４つのＬＥＤ光源１６０２を含む。図５Ｃに示すような細分化開口部は、インテグレータ３１４の入口開口の前に配置された、材料ＢＫ７の約４．５×４．５×４．５ｍｍの寸法を有する３つの直角プリズムを含む。プリズムの斜めの反射面を誘電または金属反射コーティングなどの緑色反射コーティングで被覆する。
【００６６】
ここで実質的に楕円且つアクリル製の反射体は中空でもまたは中実でもよい。両方の例示的楕円反射体は、約１０．８ｍｍの半径と約−０．６４の円錐係数とを有するコーティング反射面の実質的に同じ形状を有する。楕円反射体の大きい半分の直径は約３０ｍｍであり、小さい半分の直径は約１８ｍｍであり、さらにＬＥＤは楕円の長径上でその中心から約２４ｍｍで且つ反射体の主焦点に配置されている。個々の反射体部分は長径から約２０度で楕円の四分の一を切頭することにより形成されている。中実型の緑色反射体において、約２．８ｍｍの半径を有する切り欠きはＬＥＤの配置に適応するように作製されているとともに、反射体は第２の焦点に中心がある約２４ｍｍの半径を有する球面に沿って切頭されている。楕円反射体の第２の焦点は対応するプリズムのファッセットなどの入口側面の中心、またはインテグレータ入口端の開放部の中心になければならない。
【００６７】
青色および赤色チャネルは図２Ａに示すようなものなどと同様に構成された各光源群を有する。赤色および青色の各光源群は、赤色チャネル用のラクセオン（Ｌｕｘｅｏｎ）（登録商標）エミッタ、ＬＸＨＬ−ＰＤ０１、および青色チャネル用のラクセオン（Ｌｕｘｅｏｎ）（登録商標）ＩＩＩエミッタ、ＬＸＨＬ−ＰＲ０９などの各々６個のＬＥＤを含む。ここで実質的に楕円且つアクリル製の赤色および青色反射体は中空でもまたは中実でもよい。両方の例示的楕円反射体は、約１０．５ｍｍの半径と約−０．７２３の円錐係数とを有するコーティング反射面の実質的に同じ形状を有する。楕円反射体の大きい半分の直径は約３８ｍｍであり、小さい半分の直径は約２０ｍｍであり、さらにＬＥＤは楕円の長径上でその中心から約３２．１ｍｍに配置されている。個々の反射体部分は長径から約１８度で楕円の四分の一を切頭することにより形成されている。中実型の緑色反射体において、約２．８ｍｍの半径を有する切り欠きはＬＥＤの配置に適応するように作製されているとともに、反射体は第２の焦点に中心がある約３２．３１ｍｍの半径を有する球面に沿って切頭されている。楕円反射体の第２の焦点はそれぞれのインテグレータ入口端の中心になければならない。
【００６８】
この例示的実施形態のすべてのインテグレータは同じ幾何学形状、約９．０×９．０ｍｍの入口端、約７５．０ｍｍの長さ、および約９．０×１６．０ｍｍの出口端を有する。しかし異なる色チャネルに対するインテグレータは、特定の色の照明用に優先的に構成された異なる色固有コーティングで製造される。追加の折返しミラーを中継レンズ３２６ｂと４側面素子３３０との間で青色チャネル内、および中継レンズ３０６ａと３０６ｂとの間で赤色チャネル内に挿入することができる。以下の表１〜５は緑色、青色および赤色チャネルに対する他の例示的光学系パラメータを示す。
【００６９】
【表１】
2007537486.tif 000003
【００７０】
【表２】
2007537486.tif 000004
【００７１】
【表３】
2007537486.tif 000005
【００７２】
【表４】
2007537486.tif 000006
【００７３】
【表５】
2007537486.tif 000007
【００７４】
代替的には赤色、緑色および青色チャネルを有する図８に示した照明システムの一般的なレイアウトを、図６Ａおよび６Ｂに示すとともにそれを参照して説明したようなそれぞれのインテグレータに対して構成且つ配置された、緑色ラクセオン（Ｌｕｘｅｏｎ）（登録商標）ＩＩＩエミッタ、ＬＸＨＬ−ＰＭ０９、赤色ラクセオン（Ｌｕｘｅｏｎ）（登録商標）エミッタ、ＬＸＨＬ−ＰＤ０１、および青色ラクセオン（Ｌｕｘｅｏｎ）（登録商標）ＩＩＩエミッタ、ＬＸＨＬ−ＰＲ０９などの各群のＬＥＤ光源を含むように拡大し得る。赤色、緑色および青色の各光源群はすべて実質的に図６Ｂに示すように構成されるとともに、各々球面に沿って配置された１３個のＬＥＤを含む。１７４および１７６などの第１および第２のレンズは図示のように各ＬＥＤの前に配置されている。各第２のレンズの頂点からインテグレータ入口端９６ａの中心までの距離は約５０．０ｍｍである。ＬＥＤ群およびインテグレータの他の設計パラメータは表６に提示されている。
【００７５】
【表６】
2007537486.tif 000008
【００７６】
集光器サブアセンブリの関連する第１および第２のレンズを有するＬＥＤを、インテグレータ入口窓を中心の周りに回転することにより、各光源群が球面上に配列される。ＸＺおよびＹＺ平面における回転角度は度単位で表７に示されている。
【００７７】
【表７】
2007537486.tif 000009
【００７８】
この例示的実施形態のすべてのインテグレータは同じ幾何学形状、約６．１×６．１ｍｍの入口端、約５０．０ｍｍの長さ、および約６．１×１０．７ｍｍの出口端を有する。異なる色チャネルに対するインテグレータは、特定の色に対して優先的に構成された異なる色固有コーティングで製造される。追加の折返しミラーを中継レンズ３２６ｂと４側面素子３３０との間で青色チャネル内と、中継レンズ３０６ａと３０６ｂとの間で赤色チャネル内とに挿入することができる。以下の表８〜５は緑色、青色および赤色チャネルに対する他の例示的光学系パラメータを示す。
【００７９】
【表８】
2007537486.tif 000010
【００８０】
【表９】
2007537486.tif 000011
【００８１】
【表１０】
2007537486.tif 000012
【００８２】
【表１１】
2007537486.tif 000013
【００８３】
【表１２】
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【００８４】
本開示により構成された照明システムは様々な利点を有する。例えばこのような照明システムは、従来の高圧水銀アークランプと比べて寿命が長く、低コストで、より良好な環境特性を有し、赤外線または紫外線を放射しないため、ＵＶフィルタおよびコールドミラーの必要性を排除するＬＥＤ光源と共に用いるのに特に好都合である。加えてＬＥＤは低電圧ＤＣ電力で駆動され、この電力はアークランプを駆動する高電圧ＡＣバラストと比べて繊細なディスプレイ電子機器に電気的干渉をあまり生じない。さらにまたそれらの比較的狭い帯域により、ＬＥＤは輝度を犠牲にせずにより良好な色飽和を提供する。
【００８５】
特定の例示的実施形態を参照して本開示の照明システムを説明したが、当業者には本発明の趣旨と範囲とから逸脱することなく変更および変形をなし得ることは容易に理解できよう。例えば本開示の様々な実施形態で用いられる光学素子系の寸法および構成は、特定の用途ならびに照明対象の性質および寸法に応じて変更可能である。また本開示は当業者には既知であるように、本開示により構成される照明システムの例示的実施形態へのさらなる光学素子の排除および含有を意図している。例えば本開示のいくつかの実施形態は、１つまたは複数の光学的パワーを有する追加光学素子、折返しミラー、ＴＩＲプリズム、ＰＢＳおよび偏光子を含み得る。
【００８６】
また当業者には本開示の例示的実施形態を、図２Ａ〜６Ｂに示した構成を始めとする各光源群の多様な構成要素と共に用いることができるが、これらに限定されないことも容易に理解できよう。加えて本開示の例示的実施形態を多様な光源と共に用い得る。このような光源には、他の色のＬＥＤ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）および他のタイプのレーザダイオード、蛍光光源ならびに他の適当な発光デバイスがある。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本開示により構成された例示的照明システムを組み込んだ、３パネル投影システムの一部を概略的に示す。
【図２Ａ】６つの成形反射体部分から形成された成形反射体本体を含む、本開示により構成されたいくつかの照明システムで用いるのに適した例示的光源群を概略的に示す。
【図２Ｂ】図２Ａに示すように構成された光源群を通る断面を概略的に示す。
【図２Ｃ】４つの成形反射体部分から形成された成形反射体本体を含む、本開示により構成されたいくつかの照明システムで用いるのに適した例示的光源群を概略的に示す。
【図３】ＬＥＤまたは同様な光源が屈折アレイおよび集光器と組み合わせて用いられる、本開示により構成されたいくつかの照明システムで用いるのに適した他の例示的光源群の斜視図を概略的に示す。
【図４】内向チャネルを形成するようにＬＥＤまたは同様な光源が屈折アレイと組み合わせて用いられる、本開示により構成されたいくつかの照明システムで用いるのに適した他の例示的光源群の斜視図を概略的に示す。
【図５Ａ】４つのプリズムを用いた細分化開口部と組み合わせた光源群の例示的配列を示す。
【図５Ｂ】４つのプリズムを用いた他の細分化開口部と組み合わせた光源群の例示的配列を示す。
【図５Ｃ】３つのプリズムを用いた細分化開口部と組み合わせた光源群の例示的配列を示す。
【図６Ａ】インテグレータに対する光源群の他の例示的配列を示す。
【図６Ｂ】図６Ａに図示した配列で用いるのに適した、光源群の例示的構成をより詳細に表わす。
【図７】本開示により構成された例示的照明システムを組み込んだ、他の３パネル投影システムの一部を概略的に示す。
【図８】本開示により構成された例示的照明システムを組み込んだ、他の３パネル投影システムの一部を概略的に示す。
【図９Ａ】多方向光学素子の斜視図を概略的に示す。
【図９Ｂ】方向９Ｂ−９Ｂに沿った図９Ａに示した多方向光学素子の断面図を概略的に示す。
【図１０】本開示により構成された例示的照明システムを組み込んだ、１パネル投影システムの一部を概略的に示す。
【図１１】本開示により構成された例示的照明システムを組み込んだ、他の１パネル投影システムの一部を概略的に示す。
【図１１Ａ】図１１に示したものと同様なシステム内のダイクロイックミラーに対して、図６Ａおよび６Ｂに図示したような非放射対称開口を有する例示的光源群の配置を図示する。
【図１２Ａ】約１２°と約２４°の２つの光円錐に対する平行平板上のダイクロイック反射コーティングの性能を実証する、ランダム偏光の反射率対波長を示すグラフを表わす。
【図１２Ｂ】入射照明に対して図１２Ａに特徴付けられたダイクロイック反射コーティングの配向を概略的に示す。
【図１３】緑色ＬＥＤの異なる階調を同じ色チャネルに合成するのに適したダイクロイックコンバイナのモデル化透過および反射性能特性を図示する。
【図１４】図１３に図示した性能を有するダイクロイックコンバイナの前（実線）および後（点線）の、異なる階調の２つの群の緑色ＬＥＤのスペクトルを示す。
【図１５】同じタイプの一群の緑色ＬＥＤの発光スペクトル（実線）と、ダイクロイックで合成されたオフセットピーク波長を有する異なる色階調の２つの群のＬＥＤのスペクトル（点線）との比較を表わす。
【図１６】ＬＥＤスペクトルのピーク間隔の関数として、図１４および１５に図示した性能を有する２つの群のＬＥＤを組み合わせることにより実現される正味の光束の微増を表わすプロットを示す。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１１Ａ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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