(57)【要約】【目的】収差および色差の問題を解決する照明システムの導光装置を提供する。【構成】少なくともライトトンネル１０８および楕円球面リフレクタ２１０を含む。ライトトンネル１０８の出口を楕円球面リフレクタ２１０の焦点に置いて、ライトトンネル１０８本体と楕円球面リフレクタ２１０の長軸２１２との間に角度を形成する。前述の角度と楕円球面リフレクタ２１０の離心率とを利用してライトトンネル１０８が射出する光線を調整することにより、デジタル・マイクロミラー素子チップに到達する光を、デジタル・マイクロミラー素子チップに必要な進入角度と作用面積に合致させる。【選択図】　　図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
一部が楕円球カバー体である第１楕円球面リフレクタと、
ライトトンネルとを少なくとも含む照明システムの導光装置において、
前記ライトトンネルから射出される光線が前記第１楕円球面リフレクタにより反射されてＤＭＤチップに集焦し、前記ライトトンネルと前記第１楕円球面リフレクタの長軸とが第１挟み角を形成し、前記第１挟み角と前記第１楕円球面リフレクタの離心率により前記ライトトンネルから射出される光線を前記ＤＭＤチップに必要な進入角度と作用面積に合致させることを特徴とする照明システムの導光装置。
【請求項２】
前記導光装置がさらに光路屈折装置を含み、前記光路屈折装置を前記第１楕円球面リフレクタと前記ＤＭＤチップとの間の光線経路中に設けて、前記ＤＭＤチップが発生した画像を曲げるのに使用する請求項１記載の照明システムの導光装置。
【請求項３】
前記光路屈折装置が少なくとも全反射楔形プリズムを含む請求項２記載の照明システムの導光装置。
【請求項４】
前記導光装置がさらに光学補償素子を含み、前記光学補償素子を前記第１楕円球面リフレクタと前記光路屈折装置との間の光線経路中に設けて、前記第１楕円球面リフレクタが発生する収差を補償する請求項２記載の照明システムの導光装置。
【請求項５】
前記光学補償素子が少なくとも楔形プリズムを含む請求項４記載の照明システムの導光装置。
【請求項６】
前記光学補償素子が少なくとも補償レンズを含む請求項４記載の照明システムの導光装置。
【請求項７】
前記光学補償素子は第２楕円球面リフレクタであり、前記第２楕円球面リフレクタの一部は楕円球カバー体であり、前記第２楕円球面リフレクタの第３焦点と前記第１楕円球面リフレクタの第２焦点が重なり、前記第１楕円球面リフレクタの長軸と前記光線の経路が前記第３焦点において第２挟み角を形成し、前記第１楕円球面リフレクタの長軸と前記第２楕円球面リフレクタの長軸とが第３挟み角を形成し、前記第１挟み角と、前記第２挟み角と、前記第３挟み角と、前記第１楕円球面リフレクタの離心率と、前記第２楕円球面リフレクタの離心率とが前記ライトトンネルが射出する光線を調整して前記ＤＭＤチップに必要な進入角度および作用面積に合致させる請求項４記載の照明システムの導光装置。
【考案の詳細な説明】
【０００１】
【考案の属する技術分野】
本考案は、投影機の装置に関し、特に照明システムの導光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
投影機はそれがつくられて以来、科学技術の発展に合わせて様々な分野で使用され、消費性製品からハイテク製品に至るまで、その応用範囲は常に広がっている。例えば大規模な会議の講演において投影物を拡大する投影システムへの応用や、或いは商業活動の発表における内容を即座に画面へ映し出す投影式スクリーンあるいはテレビへの応用である。
【０００３】
図１が示すのは、従来の投影機の照明システムおよび導光装置である。図１が示すように、従来の構造は楕円球面の光学反射特性を利用したものであり、光源１０２の光は楕円球面リフレクタ１０４により収集されて反射された後、色環１０６（ｃｏｌｏｒ　ｗｈｅｅｌ）を通過してライトトンネル（ｌｉｇｈｔ　ｔｕｎｎｅｌ）１０８中に入る。ライトトンネル１０８の出口端は方形であるため、光線はライトトンネル１０８内で何度も反射してから、方形に形成された状態で均一に射出される。その後、方形の光線は数枚のレンズにより構成されたリレーレンズ（ｒｅｌａｙ　ｌｅｎｓ）１１０および光路屈折装置１１２によりデジタル・マイクロミラー素子（ｄｉｇｉｔａｌ　ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ　ｄｅｖｉｃｅ＝ＤＭＤ）チップ１１４上に投射される。この例において、光路屈折装置１１２は全反射プリズム（ｔｏｔａｌ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ｐｒｉｓｍ＝ＴＩＲ　ｐｒｉｓｍ）であり、ＤＭＤチップ１１４上で発生した画像信号は光路屈折装置１１２により曲げられた後、投影レンズ（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ　ｌｅｎｓ）１１６を通過してスクリーン１１８上に投射される。
【０００４】
図１中のリレーレンズ１１０は導光装置であり、ライトトンネル１０８からＤＭＤチップ１１４まで光を伝達する装置である。従来の導光装置は多数枚のレンズで構成されたリレーレンズ１１０を使用し、ライトトンネル１０８から射出された方形の光線を調節し、ＤＭＤチップ１１４に必要な角度と面積サイズに合致させる。リレーレンズ１１０は三枚以上のレンズにより構成されるが、レンズ自体に収差の問題があるため、通過後の方形光線の辺縁がねじれたり或いはぼやけたりして、光点は不均一となった。また、光源１０２の光は異なった波長の光により構成されていたため、これら異なった波長の光がレンズを通過すると色差の問題が発生した。
【０００５】
これらの収差および色差を光学設計により減らして、画像形成の品質を一定レベルまで引き上げることはできるが、多数枚のレンズ設計は複雑である上、コストも高かった。また、リレーレンズ１１０中に収差あるいは色差を補償するレンズをさらに加えると、光強度の損失は避けられなく、これら損失のために投影機の性能が著しく低下した。
【０００６】
【考案が解決しようとする課題】
したがって、本考案の目的は、従来の投影機における照明システムの導光装置の収差および色差の問題を解決することができる照明システムの導光装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本考案は照明システムの導光装置を提供する。ライトトンネルの出口を楕円球面リフレクタの焦点に設置し、ライトトンネル本体と楕円球面リフレクタの長軸との間に角度を形成する。前述の角度と楕円球面リフレクタの離心率とを利用してライトトンネルから射出される方形光線を調整し、光線がＤＭＤチップに到達する際、ＤＭＤチップに必要な進入角度と作用面積に合致させることができる。
【０００８】
本考案の好適な実施形態は、楕円球面リフレクタが一部の楕円球カバー体であり、その面積を光線の発散角が楕円球面リフレクタ上に投射される面積よりも大きくすることにより、光線は完全に反射される。また、楕円球面リフレクタとＤＭＤチップの光路間に加えられる光学補償素子は楔形プリズムおよび補償レンズを含み、楕円球面リフレクタが発生する不対称の収差を補償する。
【０００９】
本考案の好適な実施形態は、２枚の楕円球面リフレクタを使用して導光し、楕円球形リフレクタの相対角度と離心率とを調整することにより、不対称の収差を減少させて、光点を均一にする目的を達成する。また、この実施形態では楕円球面リフレクタを使用して光線を反射するため、色差の問題は完全になくなる。
【００１０】
本考案は楕円球面リフレクタを従来のリレーレンズの替わりに使用するため、従来のリレーレンズで発生していた色差などの問題の発生を防止することができる。さらに色差に対する影響が非常に小さい光学補償素子を加えることにより、収差の問題も同時に解決することができる。そして、上述した２枚の楕円球面リフレクタの組み合わせにより、色差が無く収差が最小である光点分布を得ることができる。
【００１１】
本考案は反射原理を利用して導光をおこなうため、光強度を大幅に向上して、導光装置の効率を高めることができる。従来の多数枚レンズを組み合わせたリレーレンズと較べ、本考案の導光装置は設計が簡単で、組み合わせ部品が少なく、修理が容易となるだけでなく、生産コストを下げることもできる。
【００１２】
【考案の実施の形態】
以下、本考案の実施形態を図面に基づいて説明する。本考案の目的は従来の投影機で発生していた照明システムの導光装置の収差および色差問題を改善することができる照明システムの導光装置を提供することである。
【００１３】
本考案は従来のリレーレンズ１１０の替わりに楕円球面リフレクタを利用する。ライトトンネルの出口を楕円球面リフレクタの焦点上に設置して、ライトトンネル自身と楕円球面リフレクタの長軸との間に角度を形成する。この角度と楕円球面リフレクタの離心率とを利用してライトトンネルから射出された方形光線を調整し、ＤＭＤチップに到達した時の光線を、ＤＭＤチップに必要な進入角度および作用面積に合致させることができる。
【００１４】
図２は本考案の好適な一実施形態を示す図である。ライトトンネル１０８の出口端は楕円球面リフレクタ２１０の第１焦点２２２に位置し、ライトトンネル１０８と楕円球面リフレクタ２１０の長軸２１２とが挟み角２１４を形成する。楕円球面の光学反射特性を利用し、楕円球面リフレクタ２１０は第１焦点２２２に位置するライトトンネル１０８から射出された光を収集した後、楕円球面リフレクタ２１０のもう一つの焦点の接収端へ反射する。但し光線はもう一つの焦点に到達する前に、先ず光路屈折装置１１２を先に通過しなければならなく、この光路屈折装置１１２が光路を少し変化させるため、光線を接収する役割を担うＤＭＤチップ１１４と楕円球面リフレクタのもう一つの焦点とは重ならない。
【００１５】
ライトトンネル１０８の出口端の発散角２１６と開口面積は固定値であるため、本実施形態では挟み角２１４と楕円球面リフレクタ２１０の離心率とを利用してライトトンネル１０８から射出される光線を調整し、ＤＭＤチップ１１４に必要な進入角度および作用面積に合致させる。楕円球面リフレクタ２１０の一部は楕円球カバー体であり、その面積を発散角２１６から楕円球面リフレクタ２１０上に射出される光線の面積よりも大きくして、光線を完全に反射する。この好適な実施形態中で使用される光路屈折装置１１２は全反射プリズムであるが、その他の光路屈折装置も本考案中に適用することができ、本実施形態だけに限定されるわけではない。
【００１６】
本実施形態では、楕円球面リフレクタ２１０を従来のリレーレンズ１１０（図１に示す）の替わりに使用し、光線が楕円球面リフレクタ２１０により直接反射されるため、異なる波長光がレンズの誘電体を透過する際に発生する色差を防ぎ、光が多数枚のレンズを通過する際の光強度の損失を減少させる。但し、ライトトンネル１０８の光線は楕円球面リフレクタ２１０に対して軸はずし（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）で画像を形成するものであり、楕円球面リフレクタ２１０の対称軸から入射されるわけではないので、ＤＭＤチップ１１４上に投射された光点には不対称分布の収差がある。この場合、楕円球面リフレクタ２１０とＤＭＤチップ１１４の光路間に光学補償素子を加えて、光点を均一化してもよい。
【００１７】
図３（Ａ）は本考案の好適な一実施形態を示す図である。この好適な実施形態では図２中に楔形プリズム（ｗｅｄｇｅ　ｐｒｉｓｍ）３０２を加えて、楕円球面リフレクタ２１０により発生する不対称の収差を補償する。光線はライトトンネル１０８から射出され、楕円球面リフレクタ２１０により反射された後、楔形プリズム３０２に到達する。異なる誘電体中を通過する光の速度は異なるため、楔形プリズム３０２の厚みに変化を持たせて経路を補償し、楔形プリズム３０２の異なる領域中を通過する経路長を調整する。このように、ＤＭＤチップ１１４上に投射される光点の不対称収差は減少される。
【００１８】
図３（Ｂ）は本考案の好適な一実施形態を示す図である。この好適な実施形態は図３（Ａ）に類似しており、図２中に１枚の補償レンズ（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｌｅｎｓ）３０４を加えたものである。補償レンズ３０４の２個の軸向を不対称にして補償を行い、補償レンズ３０４中を通過する光線の経路長を調整して、楕円球面リフレクタ２１０が形成する不対称の収差を無くす。
【００１９】
上述した二つの好適な実施形態はライトトンネル１０８とＤＭＤチップ１１４の光路間に、例えば楔形プリズム３０２あるいは補償レンズ３０４などの光学補償素子を加えることにより、光学補償素子の誘電体中を通過する光線経路の長短の違いにより楕円球面リフレクタ２１０が発生する不対称収差を補償する。光学補償素子を加えても色差の問題は発生するが、ここで利用する１枚の光学補償素子の厚みはとても薄く（楔形プリズム３０２）、その曲率も小さいため（補償レンズ３０４）、色差に対する影響は従来の多数枚を組み合わせたリレーレンズ１１０よりも遥かに小さい。
【００２０】
図４は本考案のもう一つの好適な一実施形態を示す図である。この実施形態では２枚の楕円球面リフレクタを使用して導光し、楕円球面リフレクタの相対角度と離心度とを調整することにより、不対称の収差を減少して光点を均一にする目的を達成する。また、この実施形態では楕円球面リフレクタにより光線を反射するため、色差の問題が完全になくなる。
【００２１】
図４が示すように、ライトトンネル１０８の出口端が第１楕円球面リフレクタ２１０の第１焦点４２２に位置し、第１楕円球面リフレクタ２１０の第２焦点４２４と第２楕円球面リフレクタ４０２の第１焦点とが重なる。ライトトンネル１０８から射出された光線は先ず第１楕円球面リフレクタ２１０により収集されてから、第２焦点４２４に反射される。そして、第２焦点４２４を通過してから第２楕円球面リフレクタ４０２で収集して、第２楕円球面リフレクタ４０２のもう一つの焦点の接収端へ反射する。図２の実施形態と同様に、この接収端は光路屈折装置１１２を有して、この光路屈折装置１１２が光の経路を僅かに変化させるため、光線接収の役割を担うＤＭＤチップ１１４と第２楕円球面リフレクタ４０２のもう一つの焦点は重ならない。
【００２２】
ライトトンネル１０８と第１楕円球面リフレクタ２１０の第１長軸４１２とが第１挟み角４０４を形成し、第１長軸４１２と主要な光線経路４１６とが第２焦点４２４において第２挟み角４０６を形成し、第１長軸４１２と第２楕円球面リフレクタ４０２の第２長軸４１４とが第３挟み角４０８を形成する。この実施形態では第１挟み角４０４、第２挟み角４０６、第３挟み角４０８および第１楕円球面リフレクタ２１０の離心率と第２楕円球面リフレクタ４０２の離心率とを利用してライトトンネル１０８から射出された光線を調整し、ＤＭＤチップ１１４に必要な進入角度と作用面積に合致させる。
【００２３】
第１楕円球面リフレクタ２１０と第２楕円球面リフレクタ４０２はともにその一部が楕円球のカバー体であり、その面積を楕円球面リフレクタ上に投射される光線面積よりも大きくして、楕円球面リフレクタにより光線が完全に反射されるようにする。さらに好適な実施形態中において、上述した第３挟み角４０８の角度は第１挟み角４０４と第２挟み角４０６との角度の総和である。この条件下における、ＤＭＤチップ１１４が接収する光点の収差は最小となる。
【００２４】
本考案では好ましい実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本考案に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本考案の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本考案の保護範囲は、実用新案登録請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【００２５】
【考案の効果】
上述した本考案の好適な実施形態から分かるように、本考案には次に述べるような長所がある。
【００２６】
１．本考案では、従来のリレーレンズの替わりに楕円球面リフレクタを使用して、従来のリレーレンズで発生していた色差などを防止することができる。そして色差に対する影響がとても小さい光学補償素子を加えることにより、収差の問題も同時に解決することができる。また、上述した実施形態中の２枚の楕円球面リフレクタの組み合わせを利用することにより、色差が無く且つ収差が最小である光点分布が得られる。
【００２７】
２．従来のリレーレンズの方式では、光線がレンズを必ず通過しなければならなかったため、光強度の損失が避けられず、収差と色差が発生していた。しかし、本考案では反射原理により導光して、光強度の大幅な向上と、導光装置の効率向上を達成する。
【００２８】
３．従来の多数枚のレンズを組み合わせたリレーレンズと較べ、本考案の導光装置は設計が簡単で、構成部品が少なく、修理が容易であるだけでなく、生産コストを下げることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術にかかる投影機中の照明システムおよび導光装置を示す図である。
【図２】本考案の好適な一実施形態を示す図である。
【図３】（Ａ）は、他の好適な一実施形態を示す図である。（Ｂ）はもう一つの好適な一実施形態を示す図である。
【図４】さらにもう一つの好適な一実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１０２　　光源
１０４、２１０、４０２　　楕円球面リフレクタ
１０６　　色環
１０８　　ライトトンネル
１１０　　リレーレンズ
１１２　　光路屈折装置
１１４　　ＤＭＤチップ
１１６　　投影レンズ
１１８　　スクリーン
２１２　　長軸
２１４　　挟み角
２１６　　発散角
２２２　　第１焦点
３０２　　楔形プリズム
３０４　　補償レンズ
４０４　　第１挟み角
４０６　　第２挟み角
４０８　　第３挟み角
４１２　　第１長軸
４１４　　第２長軸
４１６　　光線経路
４２２　　第１焦点
４２４　　第２焦点
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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