(57)【要約】【課題】効率を高めた照明システムを提供する。【解決手段】本発明は、照明システム（１００）、高圧放電ランプ（８０）および画像投影システムに関する。照明システムは、高圧放電ランプと、この高圧放電ランプによって発生された光を光出口ウィンドー（５０）に向けて反射するバックレフレクタ（３０）とを備える。バックレフレクタは、光軸（５５）を備え、高圧放電ランプは、２つの電極（９８、９９）を備える放電容器（９０）を含み、ランプの作動中、２つの電極の間で放電アークが発生される。放電容器は、放電アークとバックレフレクタの間に少なくとも一部が配置された第１部分（１０）と、放電アークと光出口ウィンドーとの間に少なくとも一部が配置された第２部分（２０）とを備える。第２部分は、第１部分と比較して異なった形状となっており、よって光出口ウィンドーにおける、放電アークから発生され、第２部分によって屈折される光の角分布を小さくするための、第２部分内の屈折要素を形成する。本発明のこのような手段は、光出口ウィンドーにおける角分布を低減したことに起因し、第２部分の固有の屈折特性が照明システムの効率を改善するという効果を生じさせる。【選択図】図１
2011503781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックレフレクタにより少なくとも一部が囲まれた高圧放電ランプを備える照明システムであって、前記バックレフレクタは、前記高圧放電ランプが発生した光を前記照明システムの光出口ウィンドーに向けて反射でき、
前記バックレフレクタは、光軸を有し、
前記高圧放電ランプは、放電スペースを密閉する放電容器と２つの電極を備え、作動中、前記電極の間で放電アークが発生され、この放電アークは、前記光軸上の前記バックレフレクタの焦点に実質的に位置し、
前記放電容器は、前記放電アークと前記バックレフレクタとの間に少なくとも一部が配置された第１部分と、前記放電アークと前記光出口ウィンドーとの間に少なくとも一部が配置された第２部分とを備え、前記第２部分は、前記第１部分とは異なる形状となっており、これにより、前記放電アークから発生され、前記第２部分によって屈折される光の、前記光出口ウィンドーにおける角分布を小さくするための前記第２部分における屈折要素を形成する照明システム。
【請求項２】
前記放電容器の前記第１部分は、前記放電アークの画像のサイズを小さくするための別の屈折要素を形成し、前記画像は、前記第１部分によって屈折され、前記バックレフレクタから反射される光によって発生される、請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記バックレフレクタは、前記焦点および別の焦点を有する楕円バックレフレクタであり、前記楕円バックレフレクタは、前記第２部分および／または前記第１部分を透過する光を前記別の焦点に再指向させるための球面収差を含む、請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項４】
前記球面収差は、一次収差および／または二次収差および／または三次収差を含む、請求項３に記載の照明システム。
【請求項５】
前記放電容器は、外側表面および内側表面を有する壁を備え、前記第２部分の外側表面の形状は、前記第１部分の前記外側表面の形状と実質的に同一であり、前記第２部分の前記内側表面の形状は、前記第１部分の前記内側表面の形状とは異なり、これにより、前記第２部分における屈折要素を形成する、請求項１乃至４の何れか１項に記載の照明システム。
【請求項６】
前記焦点から距離（ｘ）にある前記第２部分の内径（ｄ20）は、前記焦点と反対側の焦点から同じ距離（−ｘ）にある前記第１部分の内径（ｄ10）よりも少なくとも１０％大きく、前記第１部分および前記第２部分の前記内径（ｄ10、ｄ20）は、前記光軸に実質的に垂直な方向に定義された値である、請求項５に記載の照明システム。
【請求項７】
焦点距離からあるレンジ（Δｘ）の距離内にある第２部分の内径（ｄ20−ｄ22）は、焦点と反対側にある焦点からの一致するレンジ（−Δｘ）の距離にある一致する距離における第１部分の内径（ｄ10−ｄ12）よりも少なくとも１０％大きくなっている、請求項６に記載の照明システム。
【請求項８】
前記光軸を含む平面に沿った横断面における前記放電容器の前記第１部分の前記内側壁および／または前記第２部分の前記内側壁は、前記放電アークに向かって凹状形状になっているか、または前記放電アークに向かって凸状形状になっているか、または直線状の形状となっている、請求項１乃至７の何れか１項に記載の照明システム。
【請求項９】
前記バックレフレクタが光軸を有する前記照明システムであって、
前記高圧放電ランプは、放電スペースを密閉する放電容器と２つの電極を備え、作動中、前記電極の間で放電アークが発生され、この放電アークは、前記光軸上の前記バックレフレクタの焦点に実質的に位置し、
前記放電容器は、前記放電アークと前記バックレフレクタとの間に少なくとも一部が配置された第１部分と、前記放電アークと前記光出口ウィンドーとの間に少なくとも一部が配置された第２部分とを備え、前記第２部分は、前記第１部分とは異なる形状となっており、これにより、前記放電アークから発生され、前記第２部分によって屈折される光の、前記光出口ウィンドーにおける角分布を小さくするための前記第２部分における屈折要素を形成する請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載の前記照明システムで使用するための、高圧放電ランプ。
【請求項１０】
請求項１乃至８の何れか１項に記載された照明システムを含む画像投影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも一部がバックレフレクタによって囲まれた高圧放電ランプを含む照明システムに関する。
【０００２】
本発明は、照明システムで使用するための高圧放電ランプおよびこの照明システムを含む画像投影システムにも関する。
【背景技術】
【０００３】
高圧放電ランプを含む照明システムは、それ自体知られている。特にこれら照明システムは、ビーマーおよびプロジェクタテレビのような画像投影システムで使用されている。かかる画像投影システムでは、照明システム内で発生された光が、画像形成ユニット、例えば液晶ディスプレイ（別途ＬＣＤとしても表示される）またはデジタル光処理ユニット（別途ＤＬＰとしても表示される）、または液晶オンシリコン（別途ＬＣｏＳとしても表示される）に入射し、その後、スクリーンまたは壁に画像が投影される。この画像投影システムは、高速プロトタイピングシステム（３Ｄプリンタ）およびリトグラフィシステムとしても使用できる。かかる画像投影システムの品質は、システムが発生できる画像の明るさで表示されることが多い。この画像投影システムの明るさは、照明システムの明るさに直接関連している。
【０００４】
液晶光バルブプロジェクタ内で使用するためのかかる照明システムは、例えば国際特許出願第WO86/00685号から知られている。この文献は、楕円レフレクタと共に使用される放電ランプを備える照明システムについて述べており、一次焦点と二次焦点との間の楕円レフレクタの軸線は、ランプの軸線に対してある角度に傾斜している。更に楕円レフレクタの軸線は、ランプの軸線から所定の距離変位している。このような楕円レフレクタの傾斜と変位との組み合わせにより、アパーチュアにおける照明の均一性と効率性が高められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
公知の照明システムは、その明るさがまだ不充分であるという欠点を有する。
【０００６】
本発明の目的は、明るさが改善された照明システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の様相によれば、この目的は、バックレフレクタにより少なくとも一部が囲まれた高圧放電ランプを備える照明システムであって、前記バックレフレクタは、前記高圧放電ランプが発生した光を前記照明システムの光出口ウィンドーに向けて反射でき、
前記バックレフレクタは、光軸を有し、
前記高圧放電ランプは、放電スペースを密閉する放電容器と２つの電極とを備え、作動中、前記電極の間で放電アークが発生され、この放電アークは、前記光軸上の前記バックレフレクタの焦点に実質的に位置し、
前記放電容器は、前記放電アークと前記バックレフレクタとの間に少なくとも一部が配置された第１部分と、前記放電アークと前記光出口ウィンドーとの間に少なくとも一部が配置された第２部分とを備え、前記第２部分は、前記第１部分とは異なる形状となっており、よって前記放電アークから発生され、前記第２部分によって屈折される光の、前記光出口ウィンドーにおける角分布を小さくするための前記第２部分における屈折要素を形成する照明システムによって達成される。
【０００８】
本発明による手段は、高圧放電ランプの放電容器の第２部分の形状が屈折要素、すなわちレンズを形成するという効果を有する。第２部分を透過する光は、この第２部分の屈折特性に起因し、再び向きが定められる。第２部分の形状は、この第２部分の屈折特性が光出口ウィンドーに入射する光の角分布を減少するように選択される。公知の照明システムでは、高圧放電ランプは、２つの実質的に同一の部分によって構成されている。これら２つの部分は、一般に形状が円錐形であり、製造モールドが使用される製造プロセスの精度パラメータ内で同一となるように、同じ製造モールドを使用することによって製造される。円錐形の狭いほうの端部において、電極が放電容器の部分の壁を貫通するように突出する。公知の高圧放電ランプは、放電容器の２つの円錐形部分の広いほうの端部を接続することにより製造される。公知の高圧放電ランプによって発生され、光軸からある距離においてバックレフレクタに入射する光は、一般に光出口ウィンドーの垂直軸に対して比較的大きい角度で光出口ウィンドーに向かって伝搬し、よって実質的に大きい角度で光出口ウィンドーに入射する。これによって、この出口ウィンドーの垂直軸のまわりで光出口ウィンドーに入射する光の比較的大きい角分布が形成される。このような入射光の比較的大きい角度に起因し、光の一部は、一般に限られたレンジの入射角しか受け入れないようになっている光学的システムのうちの他の部分を伝搬できない。このことは、公知の照明システムの効率を低下させる。本発明に係わる照明システムでは、第１部分と第２部分とは、形状が異なっている。第２部分の形状は、放電アークによって発生される光をバックレフレクタに再指向させ、よって再指向された光が、このレフレクタの垂直軸に対してより近い角度でバックレフレクタに入射するようにする屈折要素を形成するように選択される。その後、反射された光は、光出口ウィンドーに向かって伝搬し、このウィンドーの垂直軸に対して、より近い角度で光出口ウィンドーに入射し、よって光出口ウィンドーに入射する光の角分布を小さくする。光出口ウィンドーに入射する光の角分布を小さくしたことに起因し、少ない量の反射光しか失われず、このことは本発明に係わる照明システムの明るさを強化する。
【０００９】
第２部分の最適形状は、例えば光学的モデル化ソフトウェア、例えばＡＳＡＰ（登録商標）、ｌｉｇｈｔｔｏｏｌｓ（登録商標）などを使用して決定できる。
【００１０】
照明システムの一実施形態では、放電容器の第１部分は、放電アークの画像のサイズを低減するための別の屈折要素を形成し、この第１部分によって屈折され、バックレフレクタによって反射された光によって画像が形成される。高圧放電ランプは、放電アークから光を発光する。この放電アークは、点光源ではないが、特定の寸法を有する。可能な場合には、別の光学的要素と共に、バックレフレクタは放電アークの画像を発生する。公知の照明システムでは、放電容器の第１部分を介して放電アークから発生される光によって生じる画像が比較的大きくなり、かつこの照明システムの光を使用する光学的システムのダイヤフラムよりも大きくなることがある。このような比較的大きい画像に起因し、第１部分を透過する光の一部が失われ、公知の照明システムの効率および明るさを低減し得る。本発明に係わる照明システムは、放電容器の第１部分の形状が別の屈折要素となるようになっている。第１部分におけるこの別の屈折要素の形状は、放電アークの画像のサイズが低減されるように選択されている。照明システムの効率は、第１部分によって屈折される光によって生じる画像の拡大を低減することによって高められる。放電容器の第１部分は、第１部分によって屈折され、バックレフレクタから反射される実質的にすべての光が光学的システムのダイヤフラムを透過し、光の損失を実質的に解消するような形状とすることができる。
【００１１】
放電容器の第１部分の最適形状も、光学的モデル化ソフトウェア、例えばＡＳＡＰ（登録商標）、ｌｉｇｈｔｔｏｏｌｓ（登録商標）などを使用して決定できる。
【００１２】
本発明者たちは、公知の照明システムの効率が主に２つの異なる作用によって制限されることを発見した。第１の作用は、光出口ウィンドーにおける角分布が比較的大きいことであり、このことは主に放電容器の第２部分を透過する光によって生じる。第２の作用は、光出口ウィンドーにおいて、放電アークの画像が比較的大きく拡大されることであり、この拡大は光の損失を生じさせ得る。この第２の作用は、放電容器の第１部分を透過する光によって主に生じるものである。本発明に係わる照明システムの高圧放電ランプの放電容器の第１部分と第２部分の双方の特定の形状を選択することにより、光出口ウィンドーにおける角分布と放電アークの画像の拡大の双方が制限される。この結果、本発明に係わる照明システムの効率が高められる。
【００１３】
照明システムの一実施形態では、バックレフレクタは、前記焦点および別の焦点を有する楕円バックレフレクタであり、楕円バックレフレクタは、第２部分および／または第１部分を透過する光を別の焦点に再指向させるための球面収差を含む。この楕円バックレフレクタは、一般に２つの焦点を有する。一般に焦点のうちの一方に光源が位置し、他方の焦点に光学系の他の部分のダイヤフラムが位置する。第１部分および／または第２部分が屈折要素となっていることに起因し、楕円バックレフレクタを使用しても、高圧放電ランプから発生されるすべての光を焦点から別の焦点に位置するダイヤフラムに向けて反射できるわけではない。従って、放電容器の屈折の性質に起因し、実質的に完全な楕円のバックレフレクタでも最適とは言えない。楕円バックレフレクタに球面収差を加えることにより、第１部分および第２部分を介して発生され、別の焦点に向かうすべての光を、楕円バックレフレクタが実質的に反射するようにできる。追加される球面収差は、放電容器の第１部分および／または第２部分の屈折の性質を組み合わせた場合に、放電アークによって発生される実質的にすべての光が別の焦点に位置するダイヤフラムを透過するように選択できる。
【００１４】
照明システムの一実施形態では、球面収差は、一次収差および／または二次収差および／または三次収差を含む。本発明に係わる照明システムの効率を更に改善するのに必要な球面収差は、一次収差と二次収差と三次収差との任意の組み合わせとすることができる。照明システムのバックレフレクタの最適形状を得るために選択できる球面収差は、光学的モデル化ソフトウェア、例えばＡＳＡＰ（登録商標）、ｌｉｇｈｔｔｏｏｌｓ（登録商標）などを使用して決定できる。
【００１５】
照明システムの一実施形態では、放電容器は、外側表面および内側表面を有する壁を備え、第２部分の外側表面の形状は、第１部分の外側表面の形状と実質的に同一であり、第２部分の内側表面の形状は、第１部分の内側表面の形状とは異なり、よって第２部分における屈折要素を形成する。この実施形態には、製造が比較的容易であるという利点がある。一般に放電容器が実質的に円筒形の内側壁を各々が有する２つの半分割体によって構成される。放電容器が得られるように高温でこれら半分割体をプレスすることにより、内側壁が外側に押され、カーブした内側壁を形成する。従って、製造プロセス中に２つの半分割体をプレスする圧力を変えるだけで、内側壁の曲率を適応させ、制御できる。
【００１６】
照明システムの一実施形態では、焦点からある距離にある第２部分の内径は、焦点と反対側にある焦点からの同じ距離にある第１部分の内径よりも少なくとも１０％大きく、第１部分と第２部分の内径は、実質的に光軸に垂直な方向に定められる。
【００１７】
照明システムの一実施形態では、焦点距離からあるレンジの距離内にある第２部分の内径は、焦点と反対側にある焦点からの一致するレンジの距離にある一致する距離における第１部分の内径よりも少なくとも１０％大きい。少なくとも１０％の非対称の結果、効率が測定できる程度に改善され、一般に現在の製造プロセスの製造プロセスウィンドーの値を超える。
【００１８】
照明システムの一実施形態では、光軸を含む平面に沿った横断面における放電容器の第１部分の内側壁および／または第２部分の内側壁は、放電アークに向かって凹状形状になっているか、または放電アークに向かって凸状形状になっているか、または直線状の形状となっている。第１部分および／または第２部分の形状が凸形状であるとき、放電容器の壁は、放電アークから比較的遠くに離間するので、この結果、放電容器の壁の温度は、比較的低くなり、よって高圧放電ランプがオンに切り換えられているときの状況と高温放電ランプがオフに切り換えられているときの状況との間の、放電容器材料の歪みを制限できる。第１部分および／または第２部分の形状の実質的に直線状となっていることは、比較的容易に非対称の放電容器を製造できるという利点を有する。その理由は、成形前の石英チューブの初期の形状が直線状の内側壁を有する実質的に中空の円筒形状となるからである。放電容器の製造中に放電容器の内側壁は、凸状または凹状形状を製造するのに充分高温な状態となることはできない。
【００１９】
本発明は、請求項９に記載の高温放電ランプ、および請求項１０に記載の画像投影システムにも関する。
【００２０】
以下説明する実施形態を参照すれば、本発明の上記およびそれ以外の特徴について詳細に説明するので、これら特徴が明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係わる照明システムの略図である。
【図２Ａ】本発明に係わる非対称の放電容器を有する高温放電ランプの異なる実施形態のうちの１つを示す。
【図２Ｂ】本発明に係わる非対称の放電容器を有する高温放電ランプの異なる実施形態のうちの１つを示す。
【図２Ｃ】本発明に係わる非対称の放電容器を有する高温放電ランプの異なる実施形態のうちの１つを示す。
【図２Ｄ】本発明に係わる非対称の放電容器を有する高温放電ランプの異なる実施形態のうちの１つを示す。
【図３Ａ】公知の照明システムにおける、放電アークから生じたいくつかの光線を示す。
【図３Ｂ】本発明に係わる照明システムにおける、放電アークから生じたいくつかの光線を示す。
【図４】本発明に係わる照明システムを含む画像投影システムを示す。
【００２２】
これら図は、単に略図であって、寸法どおりには描かれていない。特に明瞭にするため、一部の寸法については誇張されている。これら図における同様な部分に対しては、できるだけ同じ参照番号をつけている。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明に係わる照明システム１００の略図である。この照明システム１００は、高圧放電ランプ８０と、高圧放電ランプ８０が発生した光の一部をてぃ仮の出口ウィンドー５０に向けて反射するバックレフレクタ（後方反射器）３０とを備える。この高圧放電ランプ８０は、２つの電極９８、９９を有する放電容器９０を備え、作動中、これら２つの電極９８と９９との間に放電アークが発生する。高圧放電ランプ８０は、１〜３ｍｍのレンジ内の代表的な電極距離を有するショートアーク高圧放電ランプとしても知られている。図１に示された実施形態では、電極９８と９９とは光軸５５に対して平行に配置されている。これとは異なり、これら電極を光軸５５に対して実質的に垂直状態（図示せず）に配置してもよい。図１に示されるような放電容器９０は、放電アークとバックレフレクタ３０との間に少なくとも一部が配置された第１部分１０と、放電アークと光出口ウィンドー５０との間に少なくとも一部が配置された第２部分２０とによって構成されている。第２部分２０は第１部分１０と比較して異なった形状となっており、これによって放電容器９０は非対称の形状となっている。
【００２４】
第２部分２０の形状は、放電容器９０のうちの第２部分２０が屈折要素を形成するように選択されており、この屈折要素は、第２部分２０を透過してバックレフレクタ３０により光出口ウィンドー５０に向けて反射された光を屈折し、光出口ウィンドー５０に入射する光の角分布を小さくするようになっている。第２部分２０の屈折特性に起因し、第２部分２０を通して放出された光は、バックレフレクタ３０の垂直軸線（図示せず）により近い角度でバックレフレクタ３０に入射する。その後、反射された光は、光出口ウィンドー５０に向かって伝搬し、垂直軸線（図示せず）に近い角度でこのウィンドー５０に入射するので、光出口ウィンドー５０に入射する光の角分布が小さくなっている。光出口ウィンドー５０に入射する光の角分布を小さくすることにより、光出口ウィンドー５０の前後に存在し得る光学システム（図示せず）をより多くの光が透過し、よって照明システム１００の効率を改善できる。
【００２５】
一般に、バックレフレクタ３０は、高圧放電ランプ８０の放電アークが位置する焦点４０と、例えば別の光学システム８２（図４参照）のダイヤフラム４７（図３参照）が位置する別の焦点４５（図３参照）とを備える楕円バックレフレクタ３０（図３参照）となっている。
【００２６】
照明システム１００の効率を更に改善するために、別の屈折要素を形成するように、放電要素９０の第１部分１０の形状を定めることができる。この別の屈折要素は、放電アークの画像のサイズを小さくするような形状とすることができる。高圧放電ランプ８０は、放電アークから光を発生する。この放電アークは、点光源ではなく、特定の寸法を有する。バックレフレクタ３０は、可能な場合に他の光学要素と共に、別の焦点４５に放電アークの画像を発生する。この放電アークの画像は、ダイヤフラム４７と比較して過度に大きくなり得る（この画像は図３Ａでは光線１、１’で示されている）。このようなケースは、公知の照明システムの場合で起こる。画像がこのように比較的大きいことに起因し、第１部分１０を透過する光の一部が失われることがあり、このことは公知の照明システムの効率および明るさを低下させる。本発明に係わる照明システム１００では、放電容器９０の第１部分１０の形状は、屈折要素を構成するようになっている。第１部分１０における屈折要素の形状は、放電アークの画像のサイズが小さくなるように選択されている。バックレフレクタ３０が楕円であるとき、このレフレクタは、別の焦点４５に放電アークの画像を形成する。別の焦点４５にある放電アークの画像がダイヤフラム４７の寸法以上となることが理想的である。従って、第１部分１０によって屈折される光が形成する画像の拡大を低減すると、照明システム１００の効率が更に高まる。
【００２７】
楕円バックレフレクタ３０が球面収差を含むときに、本発明に係わる照明システム１００の効率の更なる改善することも達成できることを、本発明者たちは発見した。球面収差は、第２部分２０によって屈折され、および／または第１部分１０によって屈折される光を、別の焦点４５に向けて再指向できるような値に選択できる。高圧放電ランプ９０を点光源と見なすと、完全な楕円バックレフレクタは点光源（一般に楕円バックレフレクタの焦点４０に位置する）によって発光される実質的にすべての光を、別の焦点４５に反射する。しかしながら、放電容器９０が非対称の形状となっていることに起因し、第１部分１０と第２部分２０とは、第１部分１０および第２部分２０を透過した光を再指向させるレンズ要素として働く。この結果、完全な楕円バックレフレクタは、第１部分１０および／または第２部分２０を介して別の焦点４５に向けて発光される実質的にすべての光を反射させるのに理想的とは言えない。本発明者たちは、球面収差を楕円バックレフレクタ３０へ加えると、本発明に係わる照明システム１００の効率を更に高めることができることを発見した。
【００２８】
特殊な形状の第２部分２０、特殊な形状の第１部分１０およびバックレフレクタ３０の球面収差を利用すると、本発明に係わる照明システムの効率は１０％より多く増加できる。
【００２９】
光学的モデル化ソフトウェアを使用することにより、放電容器９０の第１部分１０および第２部分２０の最適形状を決定できる。更に、この光学的モデル化ソフトウェアにより、最適効率を提供できる球面収差も決定できる。各特定の目的に対して最良の組み合わせを見つけるには若干の経験が必要となることもある。
【００３０】
一般に、公知の高圧放電ランプは、実質的に同一の円錐形状をした２つの半分割体によって構成される。放電容器の円錐形状をした２つの半分割体の大きい端部を接続することにより、公知の高圧放電ランプが製造される。第２部分２０は、例えば光出口ウィンドー５０における角分布を小さくするように、２つの半分割体の一方を再付形することによって得ることができる。第１部分１０は、例えば放電アークの画像のサイズを小さくするように、２つの半分割体のうちの他方を再付形することによって得ることができる。第１部分１０と第２部分２０とを接続すると、本発明に係わる高圧放電ランプ８０の放電容器９０が得られる。これについては図１に示されており、この図では、焦点４０と交差する一点鎖線は放電容器９０を形成するよう第１部分１０と第２部分２０が接続されている箇所を示している。光軸５５に対して２つの電極９８と９９とは、実質的に平行に配置されている、図１に示された構造とは異なり、２つの電極９８、９９は、光軸に対して実質的に垂直に配置されるよう、高圧放電ランプ８０を９０°回転した状態に配置してもよい。かかる実施形態（図示せず）では、例えば放電アークと光出口ウィンドー５０との間に少なくとも一部が位置する２つの半分割体の各々の一部を再付形することによって、第２部分２０を得ることもできる。また、例えば放電アークとバックレフレクタ３０との間に少なくとも一部が位置する、２つの半分割体の各々の別の部分を再付形することによって、第１部分１０を得ることもできる。  
【００３１】
図１に示された実施形態では、第１部分１０の壁の内側表面７０と比較して、第２部分２０の壁の内側表面７２だけが異なる形状となっている。これとは異なり、第２部分２０の外側表面６２を第１部分１０の外側表面６０と比較して異なるような形状としてもよい（図示せず）。更に、上記とは異なり、第２部分２０の内側表面７２および外側表面６２の双方を、第１部分１０の内側表面７０および外側表面６０とそれぞれ異なるような形状としてもよい（図示せず）。
【００３２】
図２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄは、本発明に係わる非対称の放電容器９０、９２、９４、９６を有する高圧放電ランプ８０、８２、８４、８６の異なる実施形態を示す。図２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄの異なる実施形態は光軸５５を含む平面に沿った横断面図で示されている。図２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄのいずれも、バックレフレクタ３０、２つの電極９８、９９および光軸５５の一部を示す。各図２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄでは、第１部分１０、１４の外側表面６０は、第２部分２０、２２、２４の外側表面６２と比較して実質的に同一の形状となっている。
【００３３】
図２Ａは、高圧放電ランプ８２の一実施形態の横断面図であり、ここでは、第１部分１０の内側表面７０と第２部分２２の内側表面７４の双方が放電アークに向かって凸状形状となっている。第１部分１０の内側表面７０の凸状形状は、第１部分１０を透過する光によって発生される放電アークの画像のサイズを小さくする。第２部分２２の内側表面７４の凸状形状は、光出口ウィンドー５０における角分布を小さくする。
【００３４】
図２Ａに示されるように、バックレフレクタの焦点４０から距離ｘにある第２部分２２の直径ｄ20は、光軸５５に沿った焦点４０の反対側にある焦点４０から同じ距離−ｘにある第１部分１０の直径ｄ10よりも、少なくとも１０％大きい。放電容器９２の直径は、光軸５５に実質的に垂直な方向に測定され、放電容器９２の内径として測定される。放電容器９２の内側表面７０、７４の形状は、弾丸の形状に類似したものである。
【００３５】
図２Ｂは、第１部分１４の内側表面７６と第２部分２４の内側表面７８の双方が放電アークに向かって凹状形状となっている、高圧放電ランプ８４の一実施形態の横断面図である。第１部分１４における直径ｄ10、ｄ12と比較して、放電容器９４の第２部分２４における直径ｄ20、ｄ22が大きくなっていることに起因し、第２部分が、焦点４０と交差し、実質的に光軸５５に垂直に配置された一点鎖線によって表示された平面で鏡像関係にある、実質的に第１部分の鏡となっている放電容器と比較すると、光出口ウィンドー５０における角分布が小さくなっている。屈折第１部分１４と屈折第２部分２４との特定の組み合わせは、光出口ウィンドー５０における特定の光分布を生じさせる。
【００３６】
図２Ｂに示されるように、焦点４０から所定のレンジΔｘの距離にある第２部分２４の直径ｄ20−ｄ22は、焦点４０と反対側にある焦点４０からの一致するレンジ−Δｘにある一致する距離における第１部分の直径ｄ10−ｄ12よりも少なくとも１０％大きい。また、放電容器９４の直径は、光軸５５に実質的に垂直な方向に測定し、放電容器９４の内径として測定される。
【００３７】
図２Ｃは、第１部分１０の内側表面７０が放電アークに向かって凸状形状となっており、第２部分２４の内側表面７８が放電アークに向かって凹状形状となっている高圧放電ランプ８６の一実施形態の横断面図である。第１部分１０の内側表面７０の凹状形状は、第１部分１０によって透過される光によって生じる放電アークの寸法を小さくし、第２部分２４の内側表面７８の凹状形状は、光出口ウィンドー５０における角分布を小さくし、このウィンドー５０における固有の光分布を生じさせることができる。
【００３８】
図２Ｄは、第１部分１０の内側表面７０が放電アークに向かって凸状形状となっており、第２部分２０の内側表面７２が放電アークに向かって実質的に直線形状となっている高圧放電ランプ８０の一実施形態の横断面図である。第１部分１０の内側表面７０の凹状形状は、第１部分１０を透過する光によって生じる放電アークの寸法を小さくする。第２部分２０の内側表面７２の直線形状は、第２部分２０を透過する光が屈折され、光出口ウィンドー５０における角分布を小さくするように選択されている。
【００３９】
第１部分１０、１４および第２部分２０、２２、２４の内側表面７０、７２、７４、７６、７８の異なる形状の各々は、光出口ウィンドー５０において異なる光分布を発生し、公知の表面システムよりも効率が良好な、本発明に係わる照明システム１００を得るために、楕円バックレフレクタ３０において、異なる組の球面収差を必要とし得る。
【００４０】
図３Ａは、公知の表面システムにおいて、放電アークから生じるいくつかの光線１、１’、２、２’を示し、図３Ｂは、本発明に係わる照明システム１００において、放電アークから生じるいくつかの光線３、３’、４、４’を示す。
【００４１】
図３Ｂに示されるような本発明に係わる照明システム１００では、バックレフレクタ３０は、楕円バックレフレクタ３０となっている。楕円バックレフレクタ３０の焦点４０と別の焦点４５との間に光軸５５が配置されている。放電容器９０の第２部分２０（図１参照）は、光出口ウィンドー５０における角分布が小さくなるように、第１部分１０（図１参照）と比較して異なった形状となっている。角分布は、このウィンドー５０に入射する光出口ウィンドー５０の垂直軸（光軸５５に平行）に対する角度によって決定される。図３Ａに示されるような公知の照明システムでは、放電容器の第１部分と第２部分とは、実質的に同じ形状となっている。図３Ａに示されるような光線２、２’は放電アークから生じ、バックレフレクタ３２によって反射され、光出口ウィンドー５０を介して別の焦点４５に向かう。光出口ウィンドー５０に光線が入射する角度は、第１角度α1および第２角度α2によって表示されている。図３Ａから分かるように、光線は別の焦点４５に配置されたダイヤフラム４７に同じ第１角度α1および第２角度α2で入射する。これと比較し、図３Ｂに示される放電容器９０は、光出口ウィンドー５０における角分布が小さくなるように再付形された第２部分２０（図１参照）を備える。図３Ｂは、放電アークから発生し、バックレフレクタ３０によって反射される光線４、４’も示す。放電容器９０の第２部分２０の再付形に起因し、放電アークによって発生され、第２部分２０によって屈折される光は、バックレフレクタ３０に対する垂直軸により近い角度でバックレフレクタ３０に入射する。その後反射された光は、光出口ウィンドー５０に向かって伝搬し、図３Ａに示される公知の照明システムと比較し、小さい角度β1、β2でこのウィンドー５０に入射する。このことは、β1＜α1およびβ2＜α2となっている図３Ｂに示されている。図３Ｂから分かるように、光線が小さい角度β1、β2でダイヤフラム４７にも入射する。光出口ウィンドー５０（およびダイヤフラム４７）における角分布のこのような低減に起因し、本発明に係わる照明システム１００の効率は、公知の照明システムと比較して改善されている。
【００４２】
更に、図３Ａは、放電アークとバックレフレクタ３２との間に配置された放電容器の一部を透過する光を使って発生される、公知の照明システムにおける放電アークの画像の拡大部Ｍ1を示す。この拡大部が別の焦点４５におけるダイヤフラム４７よりも大きいとき、公知の照明システムでは光が失われる。図３Ｂに示されるような本発明に係わる照明システム１００では、放電容器９０の第１部分１０（図１参照）は、放電容器９０の第１部分１０を透過し、バックレフレクタ３０から反射される光に対する放電アークの拡大部Ｍ2を小さくするように再付形されている。図３Ｂでは、この小さくされた拡大部は、拡大部Ｍ2によって表示されている。この拡大部Ｍ2は、第１部分１０による屈折およびバックレフレクタ３０からの反射によって生じる放電アークの実質的に全体の画像は、サイズがダイヤフラム４７以下となるように選択することが好ましい。
【００４３】
図３Ｂは、第１部分１０および／または第２部分２０によって屈折される光が別の焦点４５に戻るように反射されるような球面収差を含む、バックレフレクタ３０を示す。公知の照明システムでは、バックレフレクタ３２は実質的に完全な楕円形状となっている。バックレフレクタ３２の焦点４０に放電アークが位置し、バックレフレクタ３２の別の焦点４５にダイヤフラム４７が位置するとき、放電アークによって発生される実質的にすべての光がダイヤフラム４７に入射する。しかしながら、本発明に係わる放電容器９０内の第１部分１０および／または第２部分２０の再付形に起因し、（図３Ｂ内で破線で示されている）公知のバックレフレクタ３２の実質的に完全な楕円形状は、放電アークによって発生される実質的にすべての光を別の焦点４５に向けて反射するわけではない。第１部分１０および／または第２部分２０の屈折特性を補正するために、楕円バックレフレクタ３０は球面収差を含む。
【００４４】
図４は、本発明に係わる照明システム１００を示す画像投影システム１１０を示す。この画像投影システム１１０は、ビーム分割器１１４を介してデジタル光プロセッサ１２０を照明するよう照明システム１００によって発生される光の形状を定めるためのシェーピング（付形）レンズ１１２を含む。デジタル光プロセッサ１２０からの、反射され、変調された光は、投影レンズ１１６を介してスクリーン１２５上で画像形成される。これとは異なり、画像投影システムは、送信時の光バルブとして使用される液晶ディスプレイモジュール（図示せず）を使用できる。
【００４５】
画像投影システム１１０は、例えばビーマーまたはプロジェクタテレビでもよいし、これとは異なり、画像投影システム１１０は高速プロトタイピングシステム（３Ｄプリンタ）またはリトグラフィシステムでもよい。
【００４６】
これまで説明した実施形態は、本発明を限定するものではなく、本発明を説明するものであり、当業者であれば、特許請求の範囲から逸脱することなく、多くの別の実施形態を想到できると理解すべきである。
【００４７】
特許請求の範囲において、括弧の間に挿入した参照符号は、請求の範囲を限定するものと見なしてはならない。動詞「備える」および「含む」並びにその活用語の使用は、特許請求の範囲に記載した要素またはステップ以外の要素またはステップが存在することを否定するものではない。ある要素に先行する「ある」または「１つの」なる用語は、かかる要素が複数存在すること否定するものではない。本発明は、いくつかの異なる要素を含むハードウェアによって実現できる。いくつかの手段を列挙するデバイスのクレームでは、これら手段のいくつかは、１つの同じアイテムのハードウェアによって実現できる。互いに異なる従属項に所定の手段が記載されている事実は、これら手段の組み合わせを有利に使用できないことを示すものではない。
【符号の説明】
【００４８】
１０、１４  第１部分
２０、２２、２４  第２部分
３０  バックレフレクタ
４０  焦点
４５  別の焦点
５０  光出口ウィンドー
５５  光軸
６０、６２  外側表面
７０、７２、７４、７６、７８  内側表面
８０、８２、８４、８６  高圧放電ランプ
９０、９２、９４、９６  放電容器
１００  照明システム  
１１０  画像投影システム
【図１】
2011503781.tif 000003
【図２Ａ】
2011503781.tif 000004
【図２Ｂ】
2011503781.tif 000005
【図２Ｃ】
2011503781.tif 000006
【図２Ｄ】
2011503781.tif 000007
【図３Ａ】
2011503781.tif 000008
【図３Ｂ】
2011503781.tif 000009
【図４】
2011503781.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月10日(2010.5.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも一部がバックレフレクタにより囲まれた高圧放電ランプを含む照明システムであって、前記バックレフレクタは、高圧放電ランプが発生した光を照明システムの光出口ウィンドーに向けて反射でき、
バックレフレクタは、光軸を有し、
高圧放電ランプは、放電スペースを密閉する放電容器と２つの電極を備え、作動中、電極の間で放電アークが発生され、この放電アークは、光軸上のバックレフレクタの焦点に実質的に位置し、
放電容器は、放電アークとバックレフレクタとの間に少なくとも一部が配置された第１部分と、放電アークと光出口ウィンドーとの間に少なくとも一部が配置された第２部分とを備え、第２部分は、第１部分とは異なる形状となっており、これにより、前記放電アークから発生され且つ前記第２部分によって屈折される光の光出口ウィンドーにおける角分布を小さくするための第２部分における屈折要素を形成する照明システムに関する。
【０００２】
本発明は、照明システムで使用するための高圧放電ランプおよびこの照明システムを含む画像投影システムにも関する。
【背景技術】
【０００３】
高圧放電ランプを含む照明システムは、それ自体知られている。特にこれら照明システムは、ビーマーおよびプロジェクタテレビのような画像投影システムで使用されている。かかる画像投影システムでは、照明システム内で発生された光が、画像形成ユニット、例えば液晶ディスプレイ（別途ＬＣＤとしても表示される）またはデジタル光処理ユニット（別途ＤＬＰとしても表示される）、または液晶オンシリコン（別途ＬＣｏＳとしても表示される）に入射し、その後、スクリーンまたは壁に画像が投影される。この画像投影システムは、高速プロトタイピングシステム（３Ｄプリンタ）およびリトグラフィシステムとしても使用できる。かかる画像投影システムの品質は、システムが発生できる画像の明るさで表示されることが多い。この画像投影システムの明るさは、照明システムの明るさに直接関連している。
【０００４】
液晶光バルブプロジェクタ内で使用するためのかかる照明システムは、例えば国際特許出願第WO86/00685号から知られている。この文献は、楕円レフレクタと共に使用される放電ランプを備える照明システムについて述べており、一次焦点と二次焦点との間の楕円レフレクタの軸線は、ランプの軸線に対してある角度に傾斜している。更に楕円レフレクタの軸線は、ランプの軸線から所定の距離変位している。このような楕円レフレクタの傾斜と変位との組み合わせにより、アパーチュアにおける照明の均一性と効率性が高められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
公知の照明システムは、その明るさがまだ不充分であるという欠点を有する。
【０００６】
本発明の目的は、明るさが改善された照明システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の様相によれば、この目的は、バックレフレクタが、焦点および別の焦点を有する楕円バックレフレクタであり、楕円バックレフレクタが、第２部分および／または第１部分を透過する光を別の焦点に再指向させるための球面収差を含むことを特徴とする、冒頭の章に記載のタイプの照明システムによって達成される。
【０００８】
本発明による手段は、高圧放電ランプの放電容器の第２部分の形状が屈折要素、すなわちレンズを形成するという効果を有する。第２部分を透過する光は、この第２部分の屈折特性に起因し、再び向きが定められる。第２部分の形状は、この第２部分の屈折特性が光出口ウィンドーに入射する光の角分布を減少するように選択される。公知の照明システムでは、高圧放電ランプは、２つの実質的に同一の部分によって構成されている。これら２つの部分は、一般に形状が円錐形であり、製造モールドが使用される製造プロセスの精度パラメータ内で同一となるように、同じ製造モールドを使用することによって製造される。円錐形の狭いほうの端部において、電極が放電容器の部分の壁を貫通するように突出する。公知の高圧放電ランプは、放電容器の２つの円錐形部分の広いほうの端部を接続することにより製造される。公知の高圧放電ランプによって発生され、光軸からある距離においてバックレフレクタに入射する光は、一般に光出口ウィンドーの垂直軸に対して比較的大きい角度で光出口ウィンドーに向かって伝搬し、よって実質的に大きい角度で光出口ウィンドーに入射する。これによって、この出口ウィンドーの垂直軸のまわりで光出口ウィンドーに入射する光の比較的大きい角分布が形成される。このような入射光の比較的大きい角度に起因し、光の一部は、一般に限られたレンジの入射角しか受け入れないようになっている光学的システムのうちの他の部分を伝搬できない。このことは、公知の照明システムの効率を低下させる。本発明に係わる照明システムでは、第１部分と第２部分とは、形状が異なっている。第２部分の形状は、放電アークによって発生される光をバックレフレクタに再指向させ、よって再指向された光が、このレフレクタの垂直軸に対してより近い角度でバックレフレクタに入射するようにする屈折要素を形成するように選択される。その後、反射された光は、光出口ウィンドーに向かって伝搬し、このウィンドーの垂直軸に対して、より近い角度で光出口ウィンドーに入射し、よって光出口ウィンドーに入射する光の角分布を小さくする。光出口ウィンドーに入射する光の角分布を小さくしたことに起因し、少ない量の反射光しか失われず、このことは本発明に係わる照明システムの明るさを強化する。
【０００９】
第２部分の最適形状は、例えば光学的モデル化ソフトウェア、例えばＡＳＡＰ（登録商標）、ｌｉｇｈｔｔｏｏｌｓ（登録商標）などを使用して決定できる。
【００１０】
照明システムの一実施形態では、放電容器の第１部分は、放電アークの画像のサイズを低減するための別の屈折要素を形成し、この第１部分によって屈折され、バックレフレクタによって反射された光によって画像が形成される。高圧放電ランプは、放電アークから光を発光する。この放電アークは、点光源ではないが、特定の寸法を有する。可能な場合には、別の光学的要素と共に、バックレフレクタは放電アークの画像を発生する。公知の照明システムでは、放電容器の第１部分を介して放電アークから発生される光によって生じる画像が比較的大きくなり、かつこの照明システムの光を使用する光学的システムのダイヤフラムよりも大きくなることがある。このような比較的大きい画像に起因し、第１部分を透過する光の一部が失われ、公知の照明システムの効率および明るさを低減し得る。本発明に係わる照明システムは、放電容器の第１部分の形状が別の屈折要素となるようになっている。第１部分におけるこの別の屈折要素の形状は、放電アークの画像のサイズが低減されるように選択されている。照明システムの効率は、第１部分によって屈折される光によって生じる画像の拡大を低減することによって高められる。放電容器の第１部分は、第１部分によって屈折され、バックレフレクタから反射される実質的にすべての光が光学的システムのダイヤフラムを透過し、光の損失を実質的に解消するような形状とすることができる。バックレフレクタは、焦点および別の焦点を有する楕円バックレフレクタであり、楕円バックレフレクタは、第２部分および／または第１部分を透過する光を別の焦点に再指向させるための球面収差を含む。この楕円バックレフレクタは、一般に２つの焦点を有する。一般に焦点のうちの一方に光源が位置し、他方の焦点に光学系の他の部分のダイヤフラムが位置する。第１部分および／または第２部分が屈折要素となっていることに起因し、楕円バックレフレクタを使用しても、高圧放電ランプから発生されるすべての光を焦点から別の焦点に位置するダイヤフラムに向けて反射できるわけではない。従って、放電容器の屈折の性質に起因し、実質的に完全な楕円のバックレフレクタでも最適とは言えない。楕円バックレフレクタに球面収差を加えることにより、第１部分および第２部分を介して発生され、別の焦点に向かうすべての光を、楕円バックレフレクタが実質的に反射するようにできる。追加される球面収差は、放電容器の第１部分および／または第２部分の屈折の性質を組み合わせた場合に、放電アークによって発生される実質的にすべての光が別の焦点に位置するダイヤフラムを透過するように選択できる。
【００１１】
放電容器の第１部分の最適形状も、光学的モデル化ソフトウェア、例えばＡＳＡＰ（登録商標）、ｌｉｇｈｔｔｏｏｌｓ（登録商標）などを使用して決定できる。
【００１２】
本発明者たちは、公知の照明システムの効率が主に２つの異なる作用によって制限されることを発見した。第１の作用は、光出口ウィンドーにおける角分布が比較的大きいことであり、このことは主に放電容器の第２部分を透過する光によって生じる。第２の作用は、光出口ウィンドーにおいて、放電アークの画像が比較的大きく拡大されることであり、この拡大は光の損失を生じさせ得る。この第２の作用は、放電容器の第１部分を透過する光によって主に生じるものである。本発明に係わる照明システムの高圧放電ランプの放電容器の第１部分と第２部分の双方の特定の形状を選択することにより、光出口ウィンドーにおける角分布と放電アークの画像の拡大の双方が制限される。この結果、本発明に係わる照明システムの効率が高められる。
【００１３】
照明システムの一実施形態では、球面収差は、一次収差および／または二次収差および／または三次収差を含む。本発明に係わる照明システムの効率を更に改善するのに必要な球面収差は、一次収差と二次収差と三次収差との任意の組み合わせとすることができる。照明システムのバックレフレクタの最適形状を得るために選択できる球面収差は、光学的モデル化ソフトウェア、例えばＡＳＡＰ（登録商標）、ｌｉｇｈｔｔｏｏｌｓ（登録商標）などを使用して決定できる。
【００１４】
照明システムの一実施形態では、放電容器は、外側表面および内側表面を有する壁を備え、第２部分の外側表面の形状は、第１部分の外側表面の形状と実質的に同一であり、第２部分の内側表面の形状は、第１部分の内側表面の形状とは異なり、よって第２部分における屈折要素を形成する。この実施形態には、製造が比較的容易であるという利点がある。一般に放電容器が実質的に円筒形の内側壁を各々が有する２つの半分割体によって構成される。放電容器が得られるように高温でこれら半分割体をプレスすることにより、内側壁が外側に押され、カーブした内側壁を形成する。従って、製造プロセス中に２つの半分割体をプレスする圧力を変えるだけで、内側壁の曲率を適応させ、制御できる。
【００１５】
照明システムの一実施形態では、焦点からある距離にある第２部分の内径は、焦点と反対側にある焦点からの同じ距離にある第１部分の内径よりも少なくとも１０％大きく、第１部分と第２部分の内径は、実質的に光軸に垂直な方向に定められる。
【００１６】
照明システムの一実施形態では、焦点距離からあるレンジの距離内にある第２部分の内径は、焦点と反対側にある焦点からの一致するレンジの距離にある一致する距離における第１部分の内径よりも少なくとも１０％大きい。少なくとも１０％の非対称の結果、効率が測定できる程度に改善され、一般に現在の製造プロセスの製造プロセスウィンドーの値を超える。
【００１７】
照明システムの一実施形態では、光軸を含む平面に沿った横断面における放電容器の第１部分の内側壁および／または第２部分の内側壁は、放電アークに向かって凹状形状になっているか、または放電アークに向かって凸状形状になっているか、または直線状の形状となっている。第１部分および／または第２部分の形状が凸形状であるとき、放電容器の壁は、放電アークから比較的遠くに離間するので、この結果、放電容器の壁の温度は、比較的低くなり、よって高圧放電ランプがオンに切り換えられているときの状況と高温放電ランプがオフに切り換えられているときの状況との間の、放電容器材料の歪みを制限できる。第１部分および／または第２部分の形状の実質的に直線状となっていることは、比較的容易に非対称の放電容器を製造できるという利点を有する。その理由は、成形前の石英チューブの初期の形状が直線状の内側壁を有する実質的に中空の円筒形状となるからである。放電容器の製造中に放電容器の内側壁は、凸状または凹状形状を製造するのに充分高温な状態となることはできない。
【００１８】
本発明は、請求項８に記載の高温放電ランプ、および請求項９に記載の画像投影システムにも関する。
【００１９】
米国特許第６２４６１７０Ｂ１号は、請求項１の前文記載の照明システムについて開示している。
【００２０】
以下説明する実施形態を参照すれば、本発明の上記およびそれ以外の特徴について詳細に説明するので、これら特徴が明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係わる照明システムの略図である。
【図２Ａ】本発明に係わる非対称の放電容器を有する高温放電ランプの異なる実施形態のうちの１つを示す。
【図２Ｂ】本発明に係わる非対称の放電容器を有する高温放電ランプの異なる実施形態のうちの１つを示す。
【図２Ｃ】本発明に係わる非対称の放電容器を有する高温放電ランプの異なる実施形態のうちの１つを示す。
【図２Ｄ】本発明に係わる非対称の放電容器を有する高温放電ランプの異なる実施形態のうちの１つを示す。
【図３Ａ】公知の照明システムにおける、放電アークから生じたいくつかの光線を示す。
【図３Ｂ】本発明に係わる照明システムにおける、放電アークから生じたいくつかの光線を示す。
【図４】本発明に係わる照明システムを含む画像投影システムを示す。
【００２２】
これら図は、単に略図であって、寸法どおりには描かれていない。特に明瞭にするため、一部の寸法については誇張されている。これら図における同様な部分に対しては、できるだけ同じ参照番号をつけている。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明に係わる照明システム１００の略図である。この照明システム１００は、高圧放電ランプ８０と、高圧放電ランプ８０が発生した光の一部をてぃ仮の出口ウィンドー５０に向けて反射するバックレフレクタ（後方反射器）３０とを備える。この高圧放電ランプ８０は、２つの電極９８、９９を有する放電容器９０を備え、作動中、これら２つの電極９８と９９との間に放電アークが発生する。高圧放電ランプ８０は、１〜３ｍｍのレンジ内の代表的な電極距離を有するショートアーク高圧放電ランプとしても知られている。図１に示された実施形態では、電極９８と９９とは光軸５５に対して平行に配置されている。これとは異なり、これら電極を光軸５５に対して実質的に垂直状態（図示せず）に配置してもよい。図１に示されるような放電容器９０は、放電アークとバックレフレクタ３０との間に少なくとも一部が配置された第１部分１０と、放電アークと光出口ウィンドー５０との間に少なくとも一部が配置された第２部分２０とによって構成されている。第２部分２０は第１部分１０と比較して異なった形状となっており、これによって放電容器９０は非対称の形状となっている。
【００２４】
第２部分２０の形状は、放電容器９０のうちの第２部分２０が屈折要素を形成するように選択されており、この屈折要素は、第２部分２０を透過してバックレフレクタ３０により光出口ウィンドー５０に向けて反射された光を屈折し、光出口ウィンドー５０に入射する光の角分布を小さくするようになっている。第２部分２０の屈折特性に起因し、第２部分２０を通して放出された光は、バックレフレクタ３０の垂直軸線（図示せず）により近い角度でバックレフレクタ３０に入射する。その後、反射された光は、光出口ウィンドー５０に向かって伝搬し、垂直軸線（図示せず）に近い角度でこのウィンドー５０に入射するので、光出口ウィンドー５０に入射する光の角分布が小さくなっている。光出口ウィンドー５０に入射する光の角分布を小さくすることにより、光出口ウィンドー５０の前後に存在し得る光学システム（図示せず）をより多くの光が透過し、よって照明システム１００の効率を改善できる。
【００２５】
一般に、バックレフレクタ３０は、高圧放電ランプ８０の放電アークが位置する焦点４０と、例えば別の光学システム８２（図４参照）のダイヤフラム４７（図３参照）が位置する別の焦点４５（図３参照）とを備える楕円バックレフレクタ３０（図３参照）となっている。
【００２６】
照明システム１００の効率を更に改善するために、別の屈折要素を形成するように、放電要素９０の第１部分１０の形状を定めることができる。この別の屈折要素は、放電アークの画像のサイズを小さくするような形状とすることができる。高圧放電ランプ８０は、放電アークから光を発生する。この放電アークは、点光源ではなく、特定の寸法を有する。バックレフレクタ３０は、可能な場合に他の光学要素と共に、別の焦点４５に放電アークの画像を発生する。この放電アークの画像は、ダイヤフラム４７と比較して過度に大きくなり得る（この画像は図３Ａでは光線１、１’で示されている）。このようなケースは、公知の照明システムの場合で起こる。画像がこのように比較的大きいことに起因し、第１部分１０を透過する光の一部が失われることがあり、このことは公知の照明システムの効率および明るさを低下させる。本発明に係わる照明システム１００では、放電容器９０の第１部分１０の形状は、屈折要素を構成するようになっている。第１部分１０における屈折要素の形状は、放電アークの画像のサイズが小さくなるように選択されている。バックレフレクタ３０が楕円であるとき、このレフレクタは、別の焦点４５に放電アークの画像を形成する。別の焦点４５にある放電アークの画像がダイヤフラム４７の寸法以上となることが理想的である。従って、第１部分１０によって屈折される光が形成する画像の拡大を低減すると、照明システム１００の効率が更に高まる。
【００２７】
楕円バックレフレクタ３０が球面収差を含むときに、本発明に係わる照明システム１００の効率の更なる改善することも達成できることを、本発明者たちは発見した。球面収差は、第２部分２０によって屈折され、および／または第１部分１０によって屈折される光を、別の焦点４５に向けて再指向できるような値に選択できる。高圧放電ランプ９０を点光源と見なすと、完全な楕円バックレフレクタは点光源（一般に楕円バックレフレクタの焦点４０に位置する）によって発光される実質的にすべての光を、別の焦点４５に反射する。しかしながら、放電容器９０が非対称の形状となっていることに起因し、第１部分１０と第２部分２０とは、第１部分１０および第２部分２０を透過した光を再指向させるレンズ要素として働く。この結果、完全な楕円バックレフレクタは、第１部分１０および／または第２部分２０を介して別の焦点４５に向けて発光される実質的にすべての光を反射させるのに理想的とは言えない。本発明者たちは、球面収差を楕円バックレフレクタ３０へ加えると、本発明に係わる照明システム１００の効率を更に高めることができることを発見した。
【００２８】
特殊な形状の第２部分２０、特殊な形状の第１部分１０およびバックレフレクタ３０の球面収差を利用すると、本発明に係わる照明システムの効率は１０％より多く増加できる。
【００２９】
光学的モデル化ソフトウェアを使用することにより、放電容器９０の第１部分１０および第２部分２０の最適形状を決定できる。更に、この光学的モデル化ソフトウェアにより、最適効率を提供できる球面収差も決定できる。各特定の目的に対して最良の組み合わせを見つけるには若干の経験が必要となることもある。
【００３０】
一般に、公知の高圧放電ランプは、実質的に同一の円錐形状をした２つの半分割体によって構成される。放電容器の円錐形状をした２つの半分割体の大きい端部を接続することにより、公知の高圧放電ランプが製造される。第２部分２０は、例えば光出口ウィンドー５０における角分布を小さくするように、２つの半分割体の一方を再付形することによって得ることができる。第１部分１０は、例えば放電アークの画像のサイズを小さくするように、２つの半分割体のうちの他方を再付形することによって得ることができる。第１部分１０と第２部分２０とを接続すると、本発明に係わる高圧放電ランプ８０の放電容器９０が得られる。これについては図１に示されており、この図では、焦点４０と交差する一点鎖線は放電容器９０を形成するよう第１部分１０と第２部分２０が接続されている箇所を示している。光軸５５に対して２つの電極９８と９９とは、実質的に平行に配置されている、図１に示された構造とは異なり、２つの電極９８、９９は、光軸に対して実質的に垂直に配置されるよう、高圧放電ランプ８０を９０°回転した状態に配置してもよい。かかる実施形態（図示せず）では、例えば放電アークと光出口ウィンドー５０との間に少なくとも一部が位置する２つの半分割体の各々の一部を再付形することによって、第２部分２０を得ることもできる。また、例えば放電アークとバックレフレクタ３０との間に少なくとも一部が位置する、２つの半分割体の各々の別の部分を再付形することによって、第１部分１０を得ることもできる。
【００３１】
図１に示された実施形態では、第１部分１０の壁の内側表面７０と比較して、第２部分２０の壁の内側表面７２だけが異なる形状となっている。これとは異なり、第２部分２０の外側表面６２を第１部分１０の外側表面６０と比較して異なるような形状としてもよい（図示せず）。更に、上記とは異なり、第２部分２０の内側表面７２および外側表面６２の双方を、第１部分１０の内側表面７０および外側表面６０とそれぞれ異なるような形状としてもよい（図示せず）。
【００３２】
図２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄは、本発明に係わる非対称の放電容器９０、９２、９４、９６を有する高圧放電ランプ８０、８２、８４、８６の異なる実施形態を示す。図２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄの異なる実施形態は光軸５５を含む平面に沿った横断面図で示されている。図２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄのいずれも、バックレフレクタ３０、２つの電極９８、９９および光軸５５の一部を示す。各図２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄでは、第１部分１０、１４の外側表面６０は、第２部分２０、２２、２４の外側表面６２と比較して実質的に同一の形状となっている。
【００３３】
図２Ａは、高圧放電ランプ８２の一実施形態の横断面図であり、ここでは、第１部分１０の内側表面７０と第２部分２２の内側表面７４の双方が放電アークに向かって凸状形状となっている。第１部分１０の内側表面７０の凸状形状は、第１部分１０を透過する光によって発生される放電アークの画像のサイズを小さくする。第２部分２２の内側表面７４の凸状形状は、光出口ウィンドー５０における角分布を小さくする。
【００３４】
図２Ａに示されるように、バックレフレクタの焦点４０から距離ｘにある第２部分２２の直径ｄ20は、光軸５５に沿った焦点４０の反対側にある焦点４０から同じ距離−ｘにある第１部分１０の直径ｄ10よりも、少なくとも１０％大きい。放電容器９２の直径は、光軸５５に実質的に垂直な方向に測定され、放電容器９２の内径として測定される。放電容器９２の内側表面７０、７４の形状は、弾丸の形状に類似したものである。
【００３５】
図２Ｂは、第１部分１４の内側表面７６と第２部分２４の内側表面７８の双方が放電アークに向かって凹状形状となっている、高圧放電ランプ８４の一実施形態の横断面図である。第１部分１４における直径ｄ10、ｄ12と比較して、放電容器９４の第２部分２４における直径ｄ20、ｄ22が大きくなっていることに起因し、第２部分が、焦点４０と交差し、実質的に光軸５５に垂直に配置された一点鎖線によって表示された平面で鏡像関係にある、実質的に第１部分の鏡となっている放電容器と比較すると、光出口ウィンドー５０における角分布が小さくなっている。屈折第１部分１４と屈折第２部分２４との特定の組み合わせは、光出口ウィンドー５０における特定の光分布を生じさせる。
【００３６】
図２Ｂに示されるように、焦点４０から所定のレンジΔｘの距離にある第２部分２４の直径ｄ20−ｄ22は、焦点４０と反対側にある焦点４０からの一致するレンジ−Δｘにある一致する距離における第１部分の直径ｄ10−ｄ12よりも少なくとも１０％大きい。また、放電容器９４の直径は、光軸５５に実質的に垂直な方向に測定し、放電容器９４の内径として測定される。
【００３７】
図２Ｃは、第１部分１０の内側表面７０が放電アークに向かって凸状形状となっており、第２部分２４の内側表面７８が放電アークに向かって凹状形状となっている高圧放電ランプ８６の一実施形態の横断面図である。第１部分１０の内側表面７０の凹状形状は、第１部分１０によって透過される光によって生じる放電アークの寸法を小さくし、第２部分２４の内側表面７８の凹状形状は、光出口ウィンドー５０における角分布を小さくし、このウィンドー５０における固有の光分布を生じさせることができる。
【００３８】
図２Ｄは、第１部分１０の内側表面７０が放電アークに向かって凸状形状となっており、第２部分２０の内側表面７２が放電アークに向かって実質的に直線形状となっている高圧放電ランプ８０の一実施形態の横断面図である。第１部分１０の内側表面７０の凹状形状は、第１部分１０を透過する光によって生じる放電アークの寸法を小さくする。第２部分２０の内側表面７２の直線形状は、第２部分２０を透過する光が屈折され、光出口ウィンドー５０における角分布を小さくするように選択されている。
【００３９】
第１部分１０、１４および第２部分２０、２２、２４の内側表面７０、７２、７４、７６、７８の異なる形状の各々は、光出口ウィンドー５０において異なる光分布を発生し、公知の表面システムよりも効率が良好な、本発明に係わる照明システム１００を得るために、楕円バックレフレクタ３０において、異なる組の球面収差を必要とし得る。
【００４０】
図３Ａは、公知の表面システムにおいて、放電アークから生じるいくつかの光線１、１’、２、２’を示し、図３Ｂは、本発明に係わる照明システム１００において、放電アークから生じるいくつかの光線３、３’、４、４’を示す。
【００４１】
図３Ｂに示されるような本発明に係わる照明システム１００では、バックレフレクタ３０は、楕円バックレフレクタ３０となっている。楕円バックレフレクタ３０の焦点４０と別の焦点４５との間に光軸５５が配置されている。放電容器９０の第２部分２０（図１参照）は、光出口ウィンドー５０における角分布が小さくなるように、第１部分１０（図１参照）と比較して異なった形状となっている。角分布は、このウィンドー５０に入射する光出口ウィンドー５０の垂直軸（光軸５５に平行）に対する角度によって決定される。図３Ａに示されるような公知の照明システムでは、放電容器の第１部分と第２部分とは、実質的に同じ形状となっている。図３Ａに示されるような光線２、２’は放電アークから生じ、バックレフレクタ３２によって反射され、光出口ウィンドー５０を介して別の焦点４５に向かう。光出口ウィンドー５０に光線が入射する角度は、第１角度α1および第２角度α2によって表示されている。図３Ａから分かるように、光線は別の焦点４５に配置されたダイヤフラム４７に同じ第１角度α1および第２角度α2で入射する。これと比較し、図３Ｂに示される放電容器９０は、光出口ウィンドー５０における角分布が小さくなるように再付形された第２部分２０（図１参照）を備える。図３Ｂは、放電アークから発生し、バックレフレクタ３０によって反射される光線４、４’も示す。放電容器９０の第２部分２０の再付形に起因し、放電アークによって発生され、第２部分２０によって屈折される光は、バックレフレクタ３０に対する垂直軸により近い角度でバックレフレクタ３０に入射する。その後反射された光は、光出口ウィンドー５０に向かって伝搬し、図３Ａに示される公知の照明システムと比較し、小さい角度β1、β2でこのウィンドー５０に入射する。このことは、β1＜α1およびβ2＜α2となっている図３Ｂに示されている。図３Ｂから分かるように、光線が小さい角度β1、β2でダイヤフラム４７にも入射する。光出口ウィンドー５０（およびダイヤフラム４７）における角分布のこのような低減に起因し、本発明に係わる照明システム１００の効率は、公知の照明システムと比較して改善されている。
【００４２】
更に、図３Ａは、放電アークとバックレフレクタ３２との間に配置された放電容器の一部を透過する光を使って発生される、公知の照明システムにおける放電アークの画像の拡大部Ｍ１を示す。この拡大部が別の焦点４５におけるダイヤフラム４７よりも大きいとき、公知の照明システムでは光が失われる。図３Ｂに示されるような本発明に係わる照明システム１００では、放電容器９０の第１部分１０（図１参照）は、放電容器９０の第１部分１０を透過し、バックレフレクタ３０から反射される光に対する放電アークの拡大部Ｍ２を小さくするように再付形されている。図３Ｂでは、この小さくされた拡大部は、拡大部Ｍ２によって表示されている。この拡大部Ｍ２は、第１部分１０による屈折およびバックレフレクタ３０からの反射によって生じる放電アークの実質的に全体の画像は、サイズがダイヤフラム４７以下となるように選択することが好ましい。
【００４３】
図３Ｂは、第１部分１０および／または第２部分２０によって屈折される光が別の焦点４５に戻るように反射されるような球面収差を含む、バックレフレクタ３０を示す。公知の照明システムでは、バックレフレクタ３２は実質的に完全な楕円形状となっている。バックレフレクタ３２の焦点４０に放電アークが位置し、バックレフレクタ３２の別の焦点４５にダイヤフラム４７が位置するとき、放電アークによって発生される実質的にすべての光がダイヤフラム４７に入射する。しかしながら、本発明に係わる放電容器９０内の第１部分１０および／または第２部分２０の再付形に起因し、（図３Ｂ内で破線で示されている）公知のバックレフレクタ３２の実質的に完全な楕円形状は、放電アークによって発生される実質的にすべての光を別の焦点４５に向けて反射するわけではない。第１部分１０および／または第２部分２０の屈折特性を補正するために、楕円バックレフレクタ３０は球面収差を含む。
【００４４】
図４は、本発明に係わる照明システム１００を示す画像投影システム１１０を示す。この画像投影システム１１０は、ビーム分割器１１４を介してデジタル光プロセッサ１２０を照明するよう照明システム１００によって発生される光の形状を定めるためのシェーピング（付形）レンズ１１２を含む。デジタル光プロセッサ１２０からの、反射され、変調された光は、投影レンズ１１６を介してスクリーン１２５上で画像形成される。これとは異なり、画像投影システムは、送信時の光バルブとして使用される液晶ディスプレイモジュール（図示せず）を使用できる。
【００４５】
画像投影システム１１０は、例えばビーマーまたはプロジェクタテレビでもよいし、これとは異なり、画像投影システム１１０は高速プロトタイピングシステム（３Ｄプリンタ）またはリトグラフィシステムでもよい。
【００４６】
これまで説明した実施形態は、本発明を限定するものではなく、本発明を説明するものであり、当業者であれば、特許請求の範囲から逸脱することなく、多くの別の実施形態を想到できると理解すべきである。
【００４７】
特許請求の範囲において、括弧の間に挿入した参照符号は、請求の範囲を限定するものと見なしてはならない。動詞「備える」および「含む」並びにその活用語の使用は、特許請求の範囲に記載した要素またはステップ以外の要素またはステップが存在することを否定するものではない。ある要素に先行する「ある」または「１つの」なる用語は、かかる要素が複数存在すること否定するものではない。本発明は、いくつかの異なる要素を含むハードウェアによって実現できる。いくつかの手段を列挙するデバイスのクレームでは、これら手段のいくつかは、１つの同じアイテムのハードウェアによって実現できる。互いに異なる従属項に所定の手段が記載されている事実は、これら手段の組み合わせを有利に使用できないことを示すものではない。
【符号の説明】
【００４８】
１０、１４  第１部分
２０、２２、２４  第２部分
３０  バックレフレクタ
４０  焦点
４５  別の焦点
５０  光出口ウィンドー
５５  光軸
６０、６２  外側表面
７０、７２、７４、７６、７８  内側表面
８０、８２、８４、８６  高圧放電ランプ
９０、９２、９４、９６  放電容器
１００  照明システム  
１１０  画像投影システム
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックレフレクタにより少なくとも一部が囲まれた高圧放電ランプを備える照明システムであって、前記バックレフレクタは、前記高圧放電ランプが発生した光を前記照明システムの光出口ウィンドーに向けて反射でき、
前記バックレフレクタは、光軸を有し、
前記高圧放電ランプは、放電スペースを密閉する放電容器と２つの電極（９８、９９）を備え、作動中、前記電極の間で放電アークが発生され、この放電アークは、前記光軸上の前記バックレフレクタの焦点に実質的に位置し、
前記放電容器は、前記放電アークと前記バックレフレクタとの間に少なくとも一部が配置された第１部分と、前記放電アークと前記光出口ウィンドーとの間に少なくとも一部が配置された第２部分とを備え、前記第２部分は、前記第１部分とは異なる形状となっており、よって前記放電アークから発生され、前記第２部分によって屈折される光の、前記光出口ウィンドーにおける角分布を小さくするための前記第２部分における屈折要素を形成する照明システムにおいて、
前記バックレフレクタは、前記焦点および別の焦点を有する楕円バックレフレクタであり、前記楕円バックレフレクタは、前記第２部分および／または前記第１部分を透過する光を前記別の焦点（４５）に再指向させるための球面収差を含むことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記放電容器の前記第１部分は、前記放電アークの画像のサイズを小さくするための別の屈折要素を形成し、前記画像は、前記第１部分によって屈折され、前記バックレフレクタから反射される光によって発生される、請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記球面収差は、一次収差および／または二次収差および／または三次収差を含む、請求項１に記載の照明システム。
【請求項４】
前記放電容器は、外側表面および内側表面を有する壁を備え、前記第２部分の外側表面の形状は、前記第１部分の前記外側表面の形状と実質的に同一であり、前記第２部分の前記内側表面の形状は、前記第１部分の前記内側表面の形状とは異なり、よって前記第２部分における屈折要素を形成する、請求項１乃至３の何れか１項に記載の照明システム（１００）。
【請求項５】
前記焦点から距離（ｘ）にある前記第２部分の内径（ｄ20）は、前記焦点と反対側の焦点から同じ距離（−ｘ）にある前記第１部分の内径（ｄ10）よりも少なくとも１０％大きく、前記第１部分および前記第２部分の前記内径（ｄ10、ｄ20）は、前記光軸に実質的に垂直な方向に定義された値である、請求項４に記載の照明システム。
【請求項６】
焦点距離からあるレンジ（Δｘ）の距離内にある第２部分の内径（ｄ20−ｄ22）は、焦点と反対側にある焦点からの一致するレンジ（−Δｘ）の距離にある一致する距離における第１部分の内径（ｄ10−ｄ12）よりも少なくとも１０％大きくなっている、請求項５に記載の照明システム。
【請求項７】
前記光軸を含む平面に沿った横断面における前記放電容器の前記第１部分の前記内側壁および／または前記第２部分の前記内側壁は、前記放電アークに向かって凹状形状になっているか、または前記放電アークに向かって凸状形状になっているか、または直線状の形状となっている、請求項１乃至６の何れか１項に記載の照明システム。
【請求項８】
請求項５又は６に記載の前記照明システムに定められる前記高圧放電ランプの特性のすべてを含む高圧放電ランプ。
【請求項９】
請求項１乃至７の何れか１項に記載された照明システムを含む画像投影システム。
【国際調査報告】
2011503781.tif 000011
2011503781.tif 000012