(57)【要約】  より長い寸法とより短い寸法とを有する非放射対称開口を有する光源または一群の光源を含み、光源または一群の光源が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角度強度分布を有する照明を生成するようになっている照明システムが開示されている。この照明システムは、一群の光源に光学的に接続された入口端と、出口端と、入口端から出口端に向けて増加する寸法部分とを有するインテグレータを含む。インテグレータは、増加する寸法部分がインテグレータの入口端における生成された照明のより大きい角度寸法と実質的に位置合わせされるように配置されている。
2007537487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非放射対称開口を有する光源と、
前記光源に光学的に接続された入口端、並びにより長い寸法およびより短い寸法を有する出口端を有するインテグレータとを備え、
前記開口がより長い寸法およびより短い寸法を有し、前記光源がより大きい角度寸法およびより小さい角度寸法を有する非放射対称角度強度分布を有する照明を生成し、
前記インテグレータが、前記出口端の前記より長い寸法が前記インテグレータの前記入口端における前記光源により生成された照明の前記より大きい角度寸法と実質的に位置合わせされるように配置されている照明システム。
【請求項２】
前記インテグレータの前記出口端が略矩形であり、前記インテグレータの前記入口端が略方形であり、さらに前記開口が略楕円である、請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記インテグレータの前記出口端に光学的に接続された、中継光学部品、ＴＩＲプリズム、ＰＢＳ、偏光子および折返しミラーのうちの１つ以上をさらに備える、請求項１に記載の照明システム。
【請求項４】
前記インテグレータの前記出口端に光学的に接続された照明対象と、前記照明対象と前記インテグレータの前記出口端との間に配置された中継光学部品とをさらに備え、前記中継光学部品が前記インテグレータの前記出口端を前記照明対象上に結像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５】
ある形状を有するとともに前記インテグレータの前記出口端に光学的に接続された照明対象をさらに備え、前記インテグレータの前記出口端が前記照明対象の前記形状と実質的に一致する形状を有する、請求項１に記載の照明システム。
【請求項６】
非放射対称開口を有する一群の光源と、
前記一群の光源に光学的に接続された入口端、並びにより長い寸法およびより短い寸法を有する出口端を有するインテグレータとを備え、
前記開口がより長い寸法およびより短い寸法を有し、前記光源がより大きい角度寸法およびより小さい角度寸法を有する非放射対称角度強度分布を有する照明を生成し、
前記インテグレータが、前記出口端の前記より長い寸法が前記インテグレータの前記入口端における前記一群の光源により生成された照明の前記より大きい角度寸法と実質的に位置合わせされるように配置されている照明システム。
【請求項７】
前記一群の光源が複数の光源と複数の屈折光学素子とを備える、請求項６に記載の照明システム。
【請求項８】
前記複数の光源の各々が発光面を有するとともに、前記屈折素子が前記発光面の少なくともいくつかを前記インテグレータの前記入口端上に結像するように構成されている、請求項７に記載の照明システム。
【請求項９】
前記インテグレータの前記入口端が第１の形状を有するとともに、前記複数の光源の前記発光面の各々が前記第１の形状と実質的に一致する第２の形状を有する、請求項８に記載の照明システム。
【請求項１０】
前記複数の光源および前記複数の屈折光学素子が、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７に記載の照明システム。
【請求項１１】
前記一群の光源が複数の光源と複数の屈折光学素子とを備え、前記光源および前記屈折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６に記載の照明システム。
【請求項１２】
前記インテグレータの前記出口端が略矩形であり、前記インテグレータの前記入口端が略方形であり、さらに前記開口が略楕円である、請求項６に記載の照明システム。
【請求項１３】
前記インテグレータの前記出口端に光学的に接続された、中継光学部品、ＴＩＲプリズム、ＰＢＳ、偏光子および折返しミラーのうちの１つまたは複数をさらに備える、請求項６に記載の照明システム。
【請求項１４】
前記インテグレータの前記出口端に光学的に接続された照明対象と、前記照明対象と前記インテグレータの前記出口端との間に配置された中継光学部品とをさらに備え、前記中継光学部品が前記インテグレータの前記出口端を前記照明対象上に結像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１５】
ある形状を有するとともに前記インテグレータの前記出口端に光学的に接続された照明対象をさらに備え、前記インテグレータの前記出口端が前記照明対象の前記形状と実質的に一致する形状を有する、請求項６に記載の照明システム。
【請求項１６】
前記一群の光源が異なる色階調の光源を含む、請求項６に記載の照明システム。
【請求項１７】
前記一群の光源が複数の第１の階調の光源と、複数の第２の階調の光源と、前記第１および第２の階調の光を合成するダイクロイックコンバイナとを含む、請求項６に記載の照明システム。
【請求項１８】
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するとともに前記第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、さらに前記第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１７に記載の照明システム。
【請求項１９】
複数群の光源と、
前記群の光源に光学的に接続された入口端、並びにより長い寸法およびより短い寸法を有する出口端を有するインテグレータとを備え、
各群の光源がより長い寸法およびより短い寸法を有する非放射対称開口を有するとともに、より大きい角度寸法およびより小さい角度寸法を有する非放射対称角度強度分布を有する照明を生成し、
前記インテグレータおよび前記群の光源が、前記インテグレータの前記出口端の前記より長い寸法が前記インテグレータの前記入口端における各群の光源により生成された照明の各より大きい角度寸法と実質的に位置合わせされるように配置されている照明システム。
【請求項２０】
前記群の光源のうちの少なくとも１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１９に記載の照明システム。
【請求項２１】
前記複数の光源の各々が発光面を有するとともに、前記屈折素子が前記発光面のうちの少なくともいくつかを前記インテグレータの前記入口端上に結像するように構成されている、請求項２０に記載の照明システム。
【請求項２２】
前記インテグレータの前記入口端が第１の形状を有するとともに、前記発光面の各々が前記第１の形状と実質的に一致する第２の形状を有する、請求項２１に記載の照明システム。
【請求項２３】
前記複数の光源および前記複数の屈折光学素子が、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２０に記載の照明システム。
【請求項２４】
少なくとも一群の光源が複数の光源と複数の屈折素子とを備え、前記光源および前記屈折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１９に記載の照明システム。
【請求項２５】
前記インテグレータの前記出口端が略矩形であり、前記インテグレータの前記入口端が略方形であり、さらに前記開口が略楕円である、請求項１９に記載の照明システム。
【請求項２６】
前記インテグレータの前記出口端に光学的に接続された、中継光学部品、ＴＩＲプリズム、ＰＢＳ、偏光子および折返しミラーのうちの１つまたは複数をさらに備える、請求項１９に記載の照明システム。
【請求項２７】
前記インテグレータの前記出口端に光学的に接続された照明対象と、前記照明対象と前記インテグレータの前記出口端との間に配置された中継光学部品とをさらに備え、前記中継光学部品が前記インテグレータの前記出口端を前記照明対象上に結像するように構成されている、請求項１９に記載の照明システム。
【請求項２８】
ある形状を有するとともに前記インテグレータの前記出口端に光学的に接続された照明対象をさらに備え、前記インテグレータの前記出口端が前記照明対象の前記形状と実質的に一致する形状を有する、請求項１９に記載の照明システム。
【請求項２９】
前記群の光源のうちの少なくとも１群が異なる色階調の光源を含む、請求項１９に記載の照明システム。
【請求項３０】
前記群の光源のうちの少なくとも１群が、複数の第１の階調の光源と、複数の第２の階調の光源と、前記第１および第２の階調の光を合成するダイクロイックコンバイナとを含む、請求項１９に記載の照明システム。
【請求項３１】
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するとともに前記第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、さらに前記第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３０に記載の照明システム。
【請求項３２】
前記群の光源が異なる色の照明を生成するとともに、前記照明システムが前記異なる色の照明を前記インテグレータの前記入口端に合成するように構成されたダイクロイックコンバイナをさらに備える、請求項１９に記載の照明システム。
【請求項３３】
前記ダイクロイックコンバイナが、前記インテグレータの前記入口端と実質的に平行な回転軸を中心に回転されるダイクロイックミラーを備える、請求項３２に記載の照明システム。
【請求項３４】
前記開口の前記長い寸法と、前記回転軸と、前記インテグレータの前記出口端の前記長い寸法とが実質的に位置合わせされている、請求項３３に記載の照明システム。
【請求項３５】
非放射対称開口を有する光源と、
前記光源に光学的に接続された入口端、出口端、および前記入口端から前記出口端に向けて増加する寸法部分を有するインテグレータとを備え、
前記開口がより長い寸法およびより短い寸法を有し、前記光源がより大きい角度寸法およびより小さい角度寸法を有する非放射対称角度強度分布を有する照明を生成し、
前記インテグレータが、前記増加する寸法が前記インテグレータの前記入口端における前記光源により生成された照明の前記より大きい角度寸法と実質的に位置合わせされるように配置されている照明システム。
【請求項３６】
非放射対称開口を有する一群の光源と、
前記一群の光源に光学的に接続された入口端、出口端、および前記入口端から前記出口端に向けて増加する寸法部分を有するインテグレータとを備え、
前記開口がより長い寸法およびより短い寸法を有し、前記光源がより大きい角度寸法およびより小さい角度寸法を有する非放射対称角度強度分布を有する照明を生成し、
前記インテグレータが、前記増加する寸法が前記インテグレータの前記入口端における前記一群の光源により生成された照明の前記より大きい角度寸法と実質的に位置合わせされるように配置されている照明システム。
【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得る照明システムに関する。特に本開示はインテグレータの前の非放射対称角度強度分布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、それを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例には、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）、液晶オンシリコンデバイス（ＬＣｏＳ）、および高温ポリシリコン液晶デバイス（ＨＴＰＳ−ＬＣＤ）がある。一般的投影システムの照明光学部品はインテグレータを含むことが多い。インテグレータは通例、それらの入力端に供給された光をインテグレータの壁での反射により均一化するのに役立つ。現在既知のインテグレータ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および全内部反射により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。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示は非放射対称開口を有する光源または一群の光源を含む照明システムに関する。開口はより長い寸法とより短い寸法とを有し、光源または一群の光源が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角度強度分布を有する照明を生成するようになっている。照明システムは、光源または一群の光源に光学的に接続された入口端と、出口端と、入口端から出口端に向けて増加する寸法部分とを有するインテグレータも含む。インテグレータは、増加するインテグレータの寸法部分がインテグレータの入口端における生成された照明のより大きい角度寸法と実質的に位置合わせされるように配置されている。
【０００５】
また本開示は複数群の光源を含み、各群の光源がより長い寸法とより短い寸法とを有する非放射対称開口を有する照明システムに関する。上記群の光源は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角度強度分布を有する照明を生成する。このような照明システムは上記群の光源に光学的に接続された入口端と、より長い寸法とより短い寸法とを有する出口端とを有するインテグレータも含む。インテグレータおよび上記群の光源は、インテグレータの出口端のより長い寸法がインテグレータの入口端における生成された照明の各より大きい角度寸法と実質的に位置合わせされるように配置されている。
【０００６】
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。
【０００７】
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】
【０００８】
ここで同様な参照番号が同様な要素を示す図を参照すると、従来の照明システム１０が図１に示されている。照明システム１０は略円対称開口１３を有する光源１２と、集光光学部品１４と、インテグレータ１６と、中継光学部品１８と、画像形成装置などの照明対象１７とを含む。いくつかの従来の照明システムにおいて、インテグレータ１６は例えば略方形入口端１６ａと略矩形出口端１６ｂとを有する台形形状を有する。このような台形インテグレータ１６は通過する光の角度強度分布を整形して、１３ａとして図示される入口端１６ａにおける略円対称角度強度分布を、１３ｂとして図示されるインテグレータの出口端１６ｂにおける非放射対称の通例楕円角度強度分布に変形する。１つまたは複数のレンズなどの共通投影光学部品（図示せず）は円形であるため、インテグレータの出口端における光の非放射対称角度強度分布は投影光学部品によるクリッピングを生じさせるため、本来は観察者、投影スクリーン等に向けられ得る光の損失につながる恐れがある。
【０００９】
台形インテグレータの出口端における略円対称角度強度分布が望ましいとすると、逆光線追跡を行って、出口端におけるこのような角度強度分布につながるインテグレータの入口端における角度強度分布を決定できる。例えば約６．１×６．１ｍｍの略方形入口端と約１６．０×１３．０ｍｍの略矩形出口端とを有する中空インテグレータの場合、入口端における角度強度分布が概して図２Ａ〜２Ｃとして示される場合には、約±１２．７度の角度範囲を有する略円対称角度強度分布が生成されることになる。図はより大きい角度寸法とより小さい角度寸法を有し、より大きい角度寸法がインテグレータの出口端のより長い寸法と実質的に位置合わせされるような非放射対称（ここでは略楕円）形状を示している。図２Ａは長さ約７５ｍｍのインテグレータの場合の逆光線追跡の結果を示し、より大きい角度寸法が約±３５度であるとともに、より小さい角度分布が約±２８度であることが分かった。図２Ｂおよび２Ｃはそれぞれ長さ約１００ｍｍおよび約２００ｍｍであるインテグレータの場合の逆光線追跡の結果を示す。
【００１０】
図３は本開示により構成された例示的照明システム２０の概略的斜視図を表わしており、光がインテグレータの入口端における図２Ａ〜２Ｃに示す形状により表わされる角度間隔を満たすようになっている。例示的照明システム２０は光源または一群の光源２２と、インテグレータ２６と、画像形成装置などの照明対象２７とを含む。いくつかの実施形態において照明システムは任意の集光光学部品２４および任意の中継光学部品２８の一方または両方をさらに含む。
【００１１】
図３に図示したインテグレータ２６は略方形の入口端２６ａと略矩形の出口端２６ｂとを有するが、入口および出口端の形状は変わり得る。例えば入口端２６ａは、出口端２６ｂの少なくとも１つの寸法より小さい少なくとも１つの寸法を有する略矩形形状を有することができるとともに、出口端２６ｂはいくつかの実施形態では入口端２６ａの少なくとも１つの寸法より大きい辺を有する略方形形状を有することができる。図３に図示した構成は１つまたは複数の光源が方形出射面を有する場合であって画像形成装置などの照明対象が矩形形状を有する場合、特に有用である。このようにインテグレータの入口の形状が出射面の１つまたは複数の形状に一致することができる一方で、出口端の形状は照明対象の形状に一致することができる。
【００１２】
多くの実施形態において出口端２６ｂのより長い寸法を画像形成装置２７のより長い寸法と実質的に位置合わせしなければならない。当業者には折返しミラーまたは他の方向変更光学部品を用いた場合など、それらの寸法を照明対象付近で所望の位置合わせ状態にすることができることは容易に理解できよう。いくつかの実施形態において出口端２６ｂは照明対象２７、例えばＬＣｏＳまたはＤＬＰなどの典型的な画像形成装置の場合約１６：９、と実質的に同じアスペクト比を有する。中継光学部品２８を含む例示的実施形態において、中継光学部品をインテグレータ２６ｂの出口端を照明対象２７上に結像するように構成することができる。通例照明システム２０は、照明対象２７に落ちる照明が例えば面積で約３％〜約１０％だけオーバーフィルするように構成されている。いくつかの例示的実施形態では、インテグレータ２６の前に配置された光学素子を、１つまたは複数の光源２２の１つまたは複数の発光面をインテグレータ２６の入口端２６ａ上に結像するように構成し得る。
【００１３】
さらに図３を参照すると光源または一群の光源２２が、好適に略楕円形状の非放射対称開口２３を有し、実質的にシステム２０のＹ軸に沿って位置合わせされたより短い寸法と、実質的にシステム２０のＸ軸に沿って位置合わせされたより長い寸法とを有するように構成されている。この例示的実施形態では、インテグレータ出口端２６ｂおよび画像形成装置などの照明対象２７のより長い寸法は、実質的にシステム２０のＸ軸に沿って位置合わせされている一方で、それらのより短い寸法は実質的にシステム２０のＹ軸に沿って位置合わせされている。しかし当業者には光源または一群の光源２２およびインテグレータ２６の適当な寸法を適切に位置合わせして、インテグレータの入口端における所望の角度強度分布を生成しなければならないことは理解できよう。これが折返しミラーまたは他の方向変更光学部品を用いる場合であろう。
【００１４】
図３に示すものと同様な各群の光源の構成は、インテグレータの入口端２６ａの空間内で２３ａとして図示する非放射対称角度強度分布を有するビームを生成する。角度強度分布２３ａは開口２３のより長い寸法Ｂに対応するより大きい角度寸法と、開口２３のより短い寸法Ａに対応するより小さい角度寸法とを有する。図示の例示的実施形態において、照明角度強度分布のより大きい角度寸法はインテグレータ２６の出口端２６ｂのより長い寸法と実質的に位置合わせされている。折返しミラーまたは他の方向変更構成要素を用いた場合など、これらの寸法をインテグレータ２６の入口端２６ａで位置合わせさせることもできる。インテグレータ２６はビームを、出口端２６ｂから２３ｂとして図示するようにより放射対称角度強度分布のビームとして出射するように処理する。
【００１５】
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場合の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角度強度分布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実質的に平面に沿って位置合わせしなければならない。図３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、インテグレータ２６の略方形の入口端２６ａの辺はインテグレータ２６の略矩形の出口端２６ｂのより長い辺に遷移する。
【００１６】
図３に図示したシステムで用いるのに適した、一群の光源１２２および台形インテグレータ１２６に対するその位置決めの例示的構成が図３Ａに提示されている。一群の光源１２２は光源１７２、１７２’、１７２”などの一組の光源１１２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１１４と、平凸レンズまたは両凸レンズ１７６、１７６’、１７６”などの第２の組の屈折素子１１６とを含む。いくつかの例示的実施形態において、屈折光学素子の第１の組の素子１１４は略円形外形のレンズを含み得る一方、屈折光学素子の第２の組の素子１１６は略方形または六角形外形を有する少なくともいくつかのレンズを含み得るため、それらを隙間領域を最小限に抑えるように稠密にすることもできる。図３Ａに示すように一組の光源１１２、第１の組の屈折素子１１４、および第２の組の屈折素子１１６は、インテグレータ１２６の略方形入口端１２６ａの前に配列された略楕円外形を有する開口を形成するように配置され、略楕円開口のより長い寸法が実質的にインテグレータの略矩形の出口端１２６ｂのより長い寸法に沿って位置合わせされて、この例示的実施形態において入口端１２６ａから出口端１２６ｂへより大きく増加するインテグレータ１２６の寸法にも対応するようになっている。
【００１７】
またいくつかの例示的実施形態において各群の光源１２２は個々の内向チャネルを形成するように構成されており、内向チャネルは光源の発光の少なくとも一部をインテグレータの入口端１２６ａ上に方向付けるとともに焦点を合わせる１つまたは複数のレンズなどの、各光源に関連する１つまたは複数の光学素子を含む。このような各群の光源の例示的構成は、「異なる色チャネル用分離光路を有する照明システム（Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｗｉｔｈ  Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐａｔｈｓ  ｆｏｒ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ  Ｃｏｌｏｒ  Ｃｈａｎｎｅｌｓ）」と題された代理人整理番号第５９６３７ＵＳ００２号の、同一出願人が所有し且つ同時出願中のマガリル（Ｍａｇａｒｉｌｌ）らの米国特許出願に記載されており、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。具体的には一群の光源１２２において、１７４および１７６、１７４’および１７６’、ならびに１７４”および１７６”などの各対の屈折光学素子は、それぞれ１７２、１７２’、１７２”などの一組の光源１１２の光源の各々と関連している。個々のチャネルは例えば一組の光源１１２を、インテグレータの入口端に中心がある球面などの曲面に対して接線方向に且つ沿って配列することによって規定され、各組の屈折素子１１４および１１６がその構成を実質的に表している。
【００１８】
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１７２ならびに屈折光学素子１７４および１７６は、各内向チャネルを形成する。いくつかの実施形態では各組の屈折光学素子１１４および１１６は光源の発光面、例えばＬＥＤの発光面をインテグレータ１２６の入口端１２６ａ上に結像するように構成されている。しかし多様な異なる適当な光源および異なる形状およびサイズの多様な屈折光学素子を、本開示の適当な実施形態で用い得る。屈折光学素子の数も、各光源に関連する屈折光学素子の数のように変わり得る。代替的には光源を屈折光学素子のアセンブリに組み込んで、本明細書に記載する非放射対称開口を形成することができる。
【００１９】
本開示により構成された照明システムの他の例示的実施形態が図４に図示されており、例示的照明システム３００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す。照明システム３００は赤色チャネル３０５と、緑色チャネル３１５と青色チャネル３２５として図４に図示した異なる原色に対応するチャネルを含む。特定の用途に適した他の色の光源およびチャネルならびに異なる数のチャネルを用いた照明システムも本開示の範囲内にある。
【００２０】
赤色チャネル３０５は赤色ＬＥＤなどの一群の赤色光源３０２と、ダイクロイックミラーなどのダイクロイックコンバイナ３３２とを含む。緑色チャネル３１５は緑色ＬＥＤなどの一群の緑色光源３１２と、ダイクロイックミラーなどのダイクロイックコンバイナ３３２および３３４とを含む。同様に青色チャネル３２５は青色ＬＥＤなどの一群の青色光源３２２と、ダイクロイックコンバイナ３３２および３３４とを含む。ダイクロイックコンバイナ３３４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。このようにダイクロイックコンバイナ３３４は一群の緑色光源３１２から出射する緑色光を透過する一方で、一群の青色光源３２２から出射する光を反射してダイクロイックコンバイナ３３２に入射する緑色および青色光の合成ビームを形成する。
【００２１】
同様にダイクロイックコンバイナ３３２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。このようにダイクロイックコンバイナ３３２は各群の光源３１２および３２２から入射する緑色および青色光を透過するが、一群の赤色光源３０２から出射する赤色光を反射して、共通インテグレータ３５２の入口端に入射する緑色、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、各群の光源３０２、３１２、および３２２は図３Ａに図示し且つ参照して説明したように構成されていることが好ましく、その場合光源群のより長い寸法が図面の平面内を指す矢印で図４に示すように、ダイクロイックミラーの回転（傾斜）軸Ｒに実質的に平行に配列されるように配置しなければならない。一群の光源のより長い寸法が光の楕円錐のより大きい角度寸法に対応するため、図４Ａにより詳細に図示するこのような配向および配列が望ましい。ダイクロイック部品への入射角度の変動を低減することが色ずれを低減するのに役立つ。
【００２２】
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３５２の入口端に中心があることが好ましい。いくつかの例示的実施形態において光学素子を、１つまたは複数の光源の１つまたは複数の発光面をインテグレータの入口端上に結像するように構成することができる。しかし光源群の他の好適な構成を本開示のこのおよび他の実施形態と共に用い得る。台形インテグレータ３５２を用いた例示的実施形態において、インテグレータ３５２の出口端のより長い寸法を実質的に各群の光源のより長い寸法に沿って位置合わせすることができるが、入口端における所望の角度強度分布を生成する他の配向も本開示の範囲内である。
【００２３】
投影システム５０の照明システム３００は中継レンズ５５ａおよび５５ｂなどの中継光学部品と、それらのレンズ間に配置された折返しミラー５７と、画像形成装置５６と、以下の要素、すなわちＴＩＲプリズムアセンブリ５４、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）および１つまたは複数の偏光子のうちの１つとをさらに含むことができる。投影システム５０は投影光学部品５８をさらに含むことができる。本開示のいくつかの実施形態において、システムを中継光学部品がインテグレータ３５２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は中継光学部品を出射する光を、例えばファセット５４ａにおける反射により画像形成装置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を通過して、１つまたは複数のレンズなどの投影光学部品５８によって集光され、スクリーン（図示せず）もしくは更なる処理のための他の光学素子または装置へ送出される。
【００２４】
このような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。本開示により構成された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または回折光学部品、例えば回折格子で合成され得る。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。
【００２５】
図５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。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６は図５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。
【００２６】
図７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８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８はＬＥＤスペクトルのピーク間隔の関数として、図６および７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。
【００２７】
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。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。さらに、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。
【００２８】
本開示のいくつかの例示的照明システムで用いるのに適した例示的構成要素には、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ＬＥＤ光源がある。ＬＥＤを図３Ａに図示し且つ参照して説明したように配列することができる。例えば１３個のＬＥＤをインテグレータ１２６の入口端１２６ａに中心がある球面に沿って配置することができる。レンズ１７４および１７６などの第１および第２の屈折光学素子を、これも図３Ａに図示するように各ＬＥＤの前に配置することができるため、第２の組の屈折光学素子１１６の各第２のレンズの頂点からインテグレータ入口端１２６ａの中心までの距離が約５０．０ｍｍになる。好適な光源群と好適なインテグレータの他の例示的パラメータは表１に示されている。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
関連する屈折素子を有するＬＥＤをインテグレータ入口端の中央を中心に回転することにより、各群の光源を球面に沿って配列することができる。ＸＺおよびＹＺ平面における回転角度は度単位で表２に示されている。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
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光源を組み込むことができる。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彩度を提供する。
【００３３】
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。例えば本開示の実施形態で用いられる屈折または好適な場合反射素子などの光学素子の寸法、構成、種類および数は、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。特定の用途に適するような他の色の光源およびチャネルならびに異なる数のチャネルを用いた照明システムも本開示の範囲内にある。本開示の例示的実施形態を、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などの様々な光源と共に用い得る。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】概して台形インテグレータを含む既知の照明システムの概略斜視図である。
【図２Ａ】インテグレータの異なる長さに対する逆光線追跡により生成される、出口端における円形角度強度分布に対応する台形インテグレータの入口端における角度光分布を示す図である。
【図２Ｂ】インテグレータの異なる長さに対する逆光線追跡により生成される、出口端における円形角度強度分布に対応する台形インテグレータの入口端における角度光分布を示す図である。
【図２Ｃ】インテグレータの異なる長さに対する逆光線追跡により生成される、出口端における円形角度強度分布に対応する台形インテグレータの入口端における角度光分布を示す図である。
【図３】本開示により構成された例示的照明システムの概略的斜視図である。
【図３Ａ】図３に図示した例示的照明システムで用いるのに適した一群の光源の例示的構成の斜視図である。
【図４】本開示により構成された他の例示的照明システムの概略的断面図である。
【図４Ａ】図４に示したものと同様なシステムにおけるダイクロイックミラーに対して非放射対称開口を有する例示的光源群の配置を示す図である。
【図５】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示す図である。
【図６】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である。
【図７】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である。
【図８】ＬＥＤスペクトルのピーク間隔の関数として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である。
【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３Ａ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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