(57)【要約】【課題】良好な光統合系と、成形された均一な光点を生成するための良好な方法とを提供する。【解決手段】この発明は、光統合系（１０）であって、第１の長さ（Ｌ１）を有する中実光統合装置（１）と、光統合系（１０）が第１の長さ（Ｌ１）よりも大きい第２の長さ（Ｌ２）を有するように、光結合によってそれに当接して結合された中空光統合装置（２）とを備える光統合系（１０）に関する。第２の長さと第１の長さとの差は５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内である。光統合系（１０）の端面が仮想面、すなわち物理的には存在しない面によって形成されているので、塵または埃などの障害物は端面に付着できない。この発明に従った光統合系（１０）は投影系、照明系、または投光系で使用されてもよい。この発明はさらに、成形された均一な光点を生成するための方法を提供する。【選択図】図４
2008003593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光統合系（１０）であって、
出射面（３ｂ）および第１の長さ（Ｌ１）を有する中実光統合装置（１）と、
光統合系（１０）が第１の長さ（Ｌ１）よりも大きい第２の長さ（Ｌ２）を有するように、光結合によって中実光統合装置（１）に当接して結合され、中実光統合装置（１）の出射面（３ｂ）を越えて延在する中空光統合装置（２）とを備え、
第２の長さ（Ｌ２）と第１の長さ（Ｌ１）との差が５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内であることを特徴とする、光統合系（１０）。
【請求項２】
中空光統合装置（２）は、中実光統合装置（１）に少なくとも部分的に重複する、請求項１に記載の光統合系（１０）。
【請求項３】
中実光統合装置（１）と中空光統合装置（２）との重複（Ｏ）は１ｍｍ〜５ｍｍである、請求項２に記載の光統合系（１０）。
【請求項４】
光結合は、中実光統合装置（１）の上に中空光統合装置（２）を摺動させることによって行なわれる、請求項２に記載の光統合系（１０）。
【請求項５】
結合は、光が結合を通って光統合系（１０）に入れないようなものである、請求項１〜４のいずれかに記載の光統合系（１０）。
【請求項６】
中実光統合装置（１）は中実ガラス棒である、請求項１〜５のいずれかに記載の光統合系（１０）。
【請求項７】
中空光統合装置（２）は内面を有し、中空光統合装置（２）の内面は光反射コーティングで覆われている、請求項１〜６のいずれかに記載の光統合系（１０）。
【請求項８】
光反射コーティングは、９０％よりも高い、好ましくは９５％よりも高い、さらにより好ましくは９９％よりも高い反射率を有する、請求項７に記載の光統合系（１０）。
【請求項９】
光統合系（１０）は投影系（２０）に取入れられている、請求項１〜８のいずれかに記載の光統合系（１０）。
【請求項１０】
光統合系（１０）は照明系または投光系に取入れられている、請求項１〜９のいずれかに記載の光統合系（１０）。
【請求項１１】
投影系（２０）における、請求項１〜８のいずれかに記載の光統合系（１０）の使用。
【請求項１２】
照明系または投光系における、請求項１〜８のいずれかに記載の光統合系（１０）の使用。
【請求項１３】
光線のビームを提供するステップと、
光線のビームを中実光統合装置（１）内に結合させるステップと、
中実光統合装置（１）から出た光線のビームを、中実光統合装置（１）に当接して光結合された中空光統合装置（２）内に結合させるステップとを備える、成形された均一な光点を生成するための方法であって、
光結合された中実光統合装置（１）および中空光統合装置（２）の全長（Ｌ２）と中実光統合装置（１）の長さ（Ｌ１）との差が５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内であることを特徴とする、成形された均一な光点を生成するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の技術分野
この発明は光統合装置に関し、また、成形された均一な光点を生成するための方法に関する。この発明に従った光統合装置は、たとえば、投影系、照明系、または投光系で使用されてもよい。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
反射型または透過型電気ライトバルブに基づいた投影系では、透過または反射用のライトバルブ上に使用されるライトバルブに依存して投射される成形された均一な光点を生成するために、光統合系が使用される。光点は一般に、光源から発散する光ビームを統合する統合棒、たとえば中実ガラス棒によって作られてもよい。統合棒、たとえば中実ガラス棒から発出する光ビームは、リレー光学装置と呼ばれる光学系に向けられ、それは一般に、ライトバルブのサイズに対応するサイズへと光点をさらに拡大する１組のレンズを備えている。
【０００３】
出射ビームが放出される統合棒の表面は一般に焦点面であり、それは、たとえば埃または塵などのいかなる障害物も光路を通ってターゲットスクリーン上に鮮明に投影され、結果として得られる画像に見える、スクリーン上の邪魔なたとえば光強度の不均一性を発生させる、ということを意味する。
【０００４】
光学装置上、たとえば統合棒の出射面上への塵、埃、および排気煙からの油などの物質の堆積は、多くの用途において避けられないため、統合棒を含む系全体は、系への損傷を回避し、またはスクリーン上の気になる妨害物を回避するために、周囲から密封される必要がある。
【０００５】
しかしながら、光学装置の封止は実現が困難な場合があり、費用がかかる場合があるため、特に大量の熱放散が発生する系では、できるだけ避ける必要がある。なぜなら、密封された区画から熱を排出することが困難な場合があるためである。これらの場合、追加の冷却対策が必要とされ、それによっても、装置はより高価になり、製造がより困難になる。
【０００６】
ＵＳ６，３４１，８７６は、空間光変調器に光を当てるための投光系を提供している。この投光系は、光源と空間光変調器との間の光路に介在された統合棒を備える。そのような統合棒の一実施例を図１に示す。統合棒２５の出力にガラス板６１が設けられている。ガラス板６１の厚さは、ガラス板６１の自由面上に付いたいかなる埃または他の破片も、色収差補正リレーレンズ系の対象複合体になく、このためたとえばデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）またはディスプレイスクリーンにおいてピントが外れて見えるよう選択される。ガラス板６１の横方向寸法は、統合棒２５の出力面の横方向寸法を上回るよう、特に統合棒２５の出力面から放出される光錐６３の横方向寸法を上回るよう選択される。
【０００７】
しかしながら、ＵＳ６，３４１，８７６に従った装置におけるガラス板６１は、統合棒２５とガラス板６１との組合せによって次に形成される統合系の端に埃が付着することを防止していない。このため、ガラス板６１に沢山の埃が付いた場合、埃にはピントが合わないものの、統合系から発散して空間光変調器に到達する光強度の低下という問題が依然
として存在する。さらに、統合棒２５から来た光は、異なる光界面、すなわち統合棒材料／接着剤、接着剤／ガラス、ガラス／空気を通らなければならず、このため、異なる光遷移が発生し、それは光の損失に繋がり得る。
【特許文献１】ＵＳ６，３４１，８７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
発明の概要
この発明の実施例の一目的は、良好な光統合系と、成形された均一な光点を生成するための良好な方法とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的は、この発明の実施例に従った系および方法によって達成される。
第１の局面では、この発明は、光統合系であって、出射面および第１の長さを有する中実光統合装置と、光統合系が第１の長さよりも大きい第２の長さを有するように、光結合によって中実光統合装置に当接して結合され、中実光統合装置の出射面を越えて延在する中空光統合装置とを備え、第２の長さと第１の長さとの差が５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内であることを特徴とする、光統合系を提供する。
【００１０】
「光結合される」とも言われる、「光結合によって当接して結合される」ということは、光線が中実光統合装置と中空光統合装置との結合を通って光統合系から出射する可能性なく、光が中実光統合装置から中空光統合装置に結合されるように、中実光統合装置が中空光統合装置に隣接して位置すること、または中空光統合装置に取付られ、もしくは結合されることを意味する。光学的当接は物理的当接を必要とせず、たとえば中空光統合装置は中実統合装置に重複可能である。
【００１１】
この発明の実施例に従った装置の一利点は、仮想の、すなわち非物理的な端面が作り出されることである。光統合系の仮想端面により、塵および埃などの障害物は、光統合系の焦点面を形成する端面が仮想のものであるため光統合装置の端に付着できず、このため、光統合系が投影系で使用される場合、きちんと整列された構成を形成することによって結果として得られる画像を妨害することができない。さらに、光界面は１つしかなく、すなわち、中実光統合装置、たとえば中実ガラス棒の中実材料から直接、中空光統合装置内の空気に向かう光界面のみである。このため、たとえば反射による光の損失に繋がり得る光遷移は１回しかない。存在する光界面が少ないほど光の損失が少ないことは公知である。上述の理由により、光統合系から出射する光強度の低下は全くまたは実質的に全くない。
【００１２】
この発明の実施例に従った装置のさらに別の利点は、第１の長さと第２の長さとの差が５ｍ〜１０ｍｍであるために、中実光統合装置、たとえば中実ガラス棒の利点が残り、すなわち光の損失が全くまたは実質的に全くなく、また、焦点面が中実光統合装置、たとえば中実ガラス棒の物理的に存在する出射面から中空光統合装置の出射面、すなわち仮想出射面に動かされる、ということである。
【００１３】
この発明の実施例によれば、中空光統合装置（２）は、長手方向において中実光統合装置（１）に少なくとも部分的に重複している。
【００１４】
これらの実施例の一利点は、より密な構造が形成されること、および中空光統合装置を移動させて、これにより中実光統合装置、たとえば中実ガラス棒と中空光統合装置との間に間隙を形成する可能性がより少ないことである。
【００１５】
中実光統合装置と中空光統合装置との重複は１ｍｍ〜５ｍｍであってもよい。
中空光統合装置は、結合を介して中実光統合装置、たとえば中実ガラス棒に当接して光学結合されてもよく、結合は、最も好ましくは、光が結合を通って光統合系に入れないようになっていてもよい。
【００１６】
この発明の実施例によれば、中空光統合装置は、中実光統合装置、たとえば中実ガラス棒に当接して光結合されてもよく、中実光統合装置および中空光統合装置は同じ材料で形成されてもよい。
【００１７】
この発明の他の実施例によれば、中実光統合装置および中空光統合装置は異なる材料で形成されてもよい。
【００１８】
中空光統合装置は内面を有していてもよく、中空光統合装置の内面は光反射コーティングで覆われていてもよい。
【００１９】
光反射コーティングは、９０％よりも高い、好ましくは９５％よりも高い、さらにより好ましくは９９％よりも高い反射率を有していてもよい。
【００２０】
光統合系は、たとえば、投影系、照明系、または投光系に取入れられてもよい。
この一利点は、光統合装置の端面が仮想面であるために、塵および埃などの障害物が光統合装置の端に付着できないということである。そのため、光統合系への入射光に対する光統合系からの出射光の光強度の低下はなく、光統合系が投影系で使用される場合、塵および埃などの障害物はもはやターゲットスクリーン上に鮮明に投影されず、画像を妨害しない。
【００２１】
この発明に従った光統合系は、たとえば、投影系、照明系、または投光系において使用されてもよい。
【００２２】
第２の局面では、この発明は、光線のビームを提供するステップと、光線のビームを中実光統合装置、たとえば中実ガラス棒内に結合させるステップと、中実光統合装置から出た光線のビームを、中実光統合装置、たとえば中実ガラス棒に当接して光結合された中空光統合装置内に結合させるステップとを備える、成形された均一な光点を生成するための方法であって、光結合された中実光統合装置および中空光統合装置の全長と中実光統合装置の長さとの差が５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内であることを特徴とする、成形された均一な光点を生成するための方法も提供する。
【００２３】
「光結合によって当接して結合される」とも言われる、「当接して光結合される」ということは、光線が中実光統合装置と中空光統合装置との結合を通って光統合系から出射する可能性なく、光が中実光統合装置から中空光統合装置に結合されるように、中実光統合装置が中空光統合装置に隣接すること、または中空光統合装置に取付られ、もしくは結合されることを意味する。光学的当接は物理的当接を必要とせず、たとえば２つの統合装置は重複可能である。
【００２４】
この発明の実施例に従った方法の一利点は、光線が仮想の、すなわち非物理的な端面から出て結合されることである。光統合系の仮想端面により、塵および埃などの障害物は、光統合系の焦点面を形成する端面が仮想のものであるため光統合装置の端に付着できず、このため、塵および埃などの障害物が光点においてきちんと整列されることなく、成形された均一な光点が得られる。さらに、光線は、中実光統合装置と中空光統合装置との結合にあるたった１つの光界面、すなわち、中実光統合装置、たとえば中実ガラス棒の中実材料から直接、中空光統合装置内の空気に向かう光界面を通過すればよい。このため、たとえば反射による光の損失に繋がり得る光遷移は１回しかない。上述の理由により、光統合
系から出射する光強度の低下は全くまたは実質的に全くない。
【００２５】
この発明の実施例に従った光統合系の一利点は、埃および塵に対する感度が低くなっていることである。
【００２６】
この発明の特定の、および好ましい局面を、添付する独立請求項および従属請求項に提示する。従属請求項からの特徴は、独立請求項の特徴と、また、他の従属請求項の特徴と、請求項に明示的に提示されているものにとどまらず、適宜組合されてもよい。
【００２７】
この分野では、装置の絶え間ない改良、変更および進化があるが、この発明の概念は、従来技術からの逸脱を含む実質的に新しく新規の改良を表わすものと思われ、結果として、この性質のより効率的で安定した、信頼性の高い装置の提供をもたらす。
【００２８】
この発明の上述の、および他の特性、特徴および利点は、以下の詳細な説明を、この発明の原理を例示する添付図面とともに検討すれば明らかとなるであろう。この説明は、この発明の範囲を制限することなく、例示のためにのみ提供されている。以下に引用される参照図は添付図面を示す。
【００２９】
異なる図面では、同じ参照符号は同じまたは類似した要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
例示的な実施例の説明
この発明を特定の実施例に関して図面を参照して説明するが、この発明はそれに限定されず、請求項によってのみ言及される。説明される図面は単に概略的であり、非限定的である。図面では、要素によっては例示のために、サイズが誇張されて縮尺通りに描かれていない場合がある。寸法および相対寸法は、この発明の実際の具体化に対応していない。
【００３１】
さらに、説明および請求項における第１、第２、第３などの用語は、類似する要素を区別するために使用されており、必ずしも起こった順番または時系列を説明するために使用されてはいない。そのように使用される用語は適切な状況下で交換可能であること、およびここに説明するこの発明の実施例は、ここに説明または例示されているもの以外の順序で動作可能であることが理解されるべきである。
【００３２】
なお、請求項で使用されている「備える」という用語は、後述される手段に制約されるとして解釈されるべきではなく、それは他の要素またはステップを除外しない、ということに留意されたい。それはこのため、言及されたような提示された特徴、整数、ステップまたは構成要素の存在を特定するものの、１つ以上の他の特徴、整数、ステップまたは構成要素、もしくはそれらの群の存在または追加を妨げないとして解釈されるべきである。このため、「手段Ａおよび手段Ｂを備える装置」という表現の範囲は、構成要素Ａおよび構成要素Ｂだけからなる装置に限定されるべきではない。それは、この発明に関して、装置の単なる関係構成要素がＡおよびＢであることを意味する。
【００３３】
この発明での「光」とは、波長が３７５〜１０００ｎｍの電磁放射、すなわち、可視光、赤外放射、近赤外放射、および紫外放射を意味する。
【００３４】
ここで、この発明を、この発明のいくつかの実施例の詳細な説明によって説明する。この発明の他の実施例が、この発明の真の精神または技術的教示から逸脱することなく、当業者の知識に従って構成可能であることは明らかであり、この発明は、添付された請求項の条件によってのみ制限される。
【００３５】
この発明は、中実光統合装置と、光結合によって中実光統合装置に当接して結合され、その端面を越えて延在する中空光統合装置とを備える光統合系を提供し、端面は中実光統合装置から出る光を結合させるためのものである。
【００３６】
さらなる説明において「光結合される」としても記述される、「光結合によって当接して結合される」ということは、光線が中実光統合装置と中空光統合装置との結合を通って光統合系から出射する可能性なく、光が中実光統合装置から中空光統合装置に結合されるように、中実光統合装置が中空光統合装置に取付られ、隣接し、または結合されることを意味する。光学的当接は物理的当接を必要とせず、たとえば２つの統合装置は重複可能である。
【００３７】
光が中実光統合装置と中空光統合装置との間の開口部またはスリットを通って光統合系に入射できないように、中空光統合装置は中実光統合装置に当接して光結合されている。中実光統合装置および中空光統合装置は光路に沿って連続して配置されており、「光を通さない」ように光結合されている。光統合系の光出射面は中空光統合装置の出射面によって形成され、それは空中に位置し、すなわち、装置が中空なので「仮想面」である。出射面には、物理的な、または実体のある表面は存在しない。この発明に従った光統合系を用いる投影装置または投影系では、中空光統合装置の出射面が焦点面として作用することが好ましい。
【００３８】
この発明はさらに、塵または埃などの障害物が光点においてきちんと整列されることなく、ひいては、光点がたとえば投影系で使用される際に、スクリーン上の妨害物を生じさせることなく、数時間の使用の後でも良好な光強度を有する、成形された均一な光点を生成するための方法を提供する。良好な光強度とは、この発明の実施例に従った光統合系を光ビームが通った場合に光の損失が全くない、またはほとんどない、実質的に全くないということを意味する。特に、この発明の実施例に従った光統合系を使用した場合の光強度の低下、すなわち、光統合系の入射口での光強度とその出射口での光強度との差は、５％未満、より好ましくは３％未満である。
【００３９】
図２および図４に、この発明の異なる実施例に従った光統合系１０を例示する。双方の実施例において、光統合系１０は、中実光統合装置１を備え、それに中空光統合装置２が当接して光結合されている。中実光統合装置１および中空光統合装置２は、たとえば梁、円筒の形状、または任意の他の好適な形状を有していてもよい。この発明の実施例によれば、中実光統合装置１および中空光統合装置２は、たとえば、円形、楕円形、矩形、または正方形の断面を有していてもよい、それらに限定されない。中実光統合装置１および中空光統合装置２は双方とも一定形状の断面を有していてもよい。この発明の実施例によれば、中実光統合装置１および中空光統合装置２は、図２および図４に示されているような線Ａ−Ａに沿った、すなわち長手方向軸に沿った方向において均一な断面を有していてもよく、その断面は線Ａ−Ａまたは長手方向軸に対して実質的に垂直に取られる。長手方向軸は、統合装置の光軸である。この発明の他の実施例によれば、中実光統合装置１および／または中空光統合装置２は、図２および図４の線Ａ−Ａに沿った方向に沿って不均一な断面を有していてもよい。そのような不均一な断面は、たとえば装置１の入射面３ａまたは出射面３ｂへと向かう、もしくは装置２の入射面４ａまたは出射面４ｂへと向かうテーパ付き形状といった、単調に減少または増加する断面積であり得る。不均一な断面は、装置１の入射面３ａまたは出射面３ｂへと向かう、もしくは装置２の入射面４ａまたは出射面４ｂへと向かう段付き形状であり得る。
【００４０】
中実光統合装置１は、好ましくは、中実光誘導体、たとえばガラスまたはプラスチックなどの透明材料で形成される。好ましくは、材料は光学的に澄んでいる。最も好ましくは、中実光統合装置１は中実ガラス棒によって形成されてもよい。「ガラス」という用語は
、たとえば鉛ガラス、石英ガラスといったあらゆる形態のガラスを包含するよう意図されている。したがって、この発明を中実ガラス棒を用いてさらに説明する。これはこの発明を多少なりとも限定するよう意図されるものではないことが理解されるべきである。
【００４１】
中空統合装置２は、たとえば金属、プラスチック、またはガラスなどの任意の好適な材料で形成されてもよい。この発明の実施例によれば、中空統合装置２の少なくとも内面は反射率が高い。反射率が高いコーティングとは、光統合系によって誘導される光について内面がある反射率を有しており、その反射率が９０％よりも高く、より好ましくは９５％よりも高いかまたは９７％よりも高く、最も好ましくは９９％よりも高いことを意味する。このレベルの反射率に達するために、中空光統合装置は、後で高度に研磨される金属で作られてもよい。
【００４２】
この発明の他の実施例によれば、中空統合装置２の内面は反射率が高いコーティングで覆われていてもよい。反射率が高いコーティングとは、光統合系によって誘導される光についてそのコーティングが好ましくはある反射率を有していてもよく、その反射率が９０％よりも高く、より好ましくは９５％よりも高いかまたは９７％よりも高く、最も好ましくは９９％よりも高いことを意味する。たとえば、中空統合装置２は、反射率が高いコーティングで内面５が覆われた、または、言い換えれば、内面５上に形成された鏡を備える中空棒によって形成されてもよい。たとえば、中空統合装置２が、図２および図４に示すような正方形の梁の形状を有する中空棒で形成されている場合、中空光統合装置２は、反射率が高いコーティングで覆われた４つの内面５を備えていてもよく、または、言い換えれば、２つずつ互いに面し、これにより光統合装置として機能する４つの鏡を備えていてもよい。この発明の他の実施例に従って、中空光統合装置２が円筒形状を有する場合、その内面は反射率が高いコーティングによって覆われてもよく、これにより、同様に光統合装置として機能する湾曲した単一の鏡を形成する。
【００４３】
この発明の一実施例によれば、中実光統合装置１および中空光統合装置２は同じ材料で形成されてもよい。この発明の他の実施例によれば、中実光統合装置１および中空光統合装置２は異なる材料で形成されてもよい。
【００４４】
この発明によれば、中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒が長さＬ１を有する場合に、この発明に従った組合された光統合系１０がＬ１よりも大きい長さＬ２を有するように、中空光統合装置２は中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒に当接して光結合されている。言い換えれば、中実光統合装置１の長手方向において中空光統合装置２が中実光統合装置１から突き出るように、中空光統合装置２は中実光統合装置１に当接して光結合されている。
【００４５】
図２に示すこの発明の一実施例によれば、中空光統合装置２は、中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒に重複することなく、中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒に当接して光結合されてもよい。この場合、中空光統合装置２を中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒に光結合することは、中実統合装置１、たとえば中実ガラス棒に隣接して中空統合装置２を配置することによって行なわれてもよい。これは精密に行なわなければならず、また、中空統合装置２の内径ｄ2が中実統合装置１、たとえば中実ガラス棒の直径ｄ1に実質的に整合し、統合装置１、２の双方がそれらの長手方向に沿って位置付けられるように、および結合位置で双方の統合装置１、２間に間隙が存在しないように行なわれなければならない。これを、中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒と中空光統合装置２との結合の断面を示す図３に例示する。
【００４６】
装置１、２の互いへの光結合のために、光または塵が中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒と中空光統合装置２との結合を通って光統合系１０に入れないよう、注意を払う
必要がある。
【００４７】
この発明の別の実施例によれば、中空光統合装置２が長手方向において中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒に少なくとも部分的に重複するように、中空光統合装置２が中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒に当接して光結合されてもよい。このため、中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒と中空光統合装置２との間に重複「Ｏ」が存在する（図４参照）。好ましくは、中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒と中空光統合装置２との重複「Ｏ」は１ｍｍ〜５ｍｍであってもよいが、それより短くても長くてもよい。重要なことは、中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒と中空光統合装置２との間に間隙がないということである。言い換えれば、光または塵が中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒と中空光統合装置２との結合を通って光統合系１０に実質的に入れないように、中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒と中空光統合装置２とが互いに当接して光結合されるということが重要である。したがって、中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒と中空光統合装置２との結合は「光を通さない」と記述されてもよい。第２の実施例によれば、中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒への中空光統合装置２の光結合は、中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒の上に中空光統合装置２を摺動させることによって行なわれてもよい。したがって、中空光統合装置２の内径ｄ2は、中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒の直径ｄ1と若干異なっていても、すなわち若干小さめであってもよい。若干小さめとは、中実統合装置１、たとえば中実ガラス棒の直径ｄ1と中空統合装置２の内径ｄ2との差が約１０分の数ミリメートル、好ましくは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ、より好ましくは０．１ｍｍ〜０．３ｍｍであることを意味する。最も好ましくは、直径ｄ1とｄ2との差はできるだけ小さい。ｄ1とｄ2との差が小さいほど、光統合系はより効率的である。これを、この発明に従った光統合系１０のための中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒と中空光統合装置２との結合を示す図５に例示する。結合は、好ましくは、中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒の全反射（ＴＩＲ）などの特性が保たれるようになっていてもよい。
【００４８】
図４に示す実施例は、図２に示す実施例と比較してより密な構成を中実統合装置１と中空統合装置２との間に有するかもしれず、ひいては、たとえば中空光統合装置２を移動させてこれにより中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒と中空光統合装置２との間に間隙を形成することによる損傷をより受けにくい、光統合系１０を提供している。
【００４９】
上述の双方の実施例において、中空光統合装置２は、中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒の出射面３ｂを、組合された光統合系１０の全長Ｌ２と中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒の長さＬ１との差に等しい距離Ｅだけ越えて延在している。距離Ｅは５ｍｍ〜１０ｍｍである。
【００５０】
中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒の出射面３ｂに位置する表面が焦点面を形成することは公知である。したがって、中実ガラス棒などの中実光統合装置１がたとえば投影系で使用される場合、装置の出射面３ｂに位置する表面に存在する埃または塵などの障害物が光路を通ってターゲットスクリーン上に鮮明に投影されるということも公知である。
【００５１】
この発明に従って、上述のように中空光統合装置２が中実光統合装置１を、Ｌ２−Ｌ１に等しく、５ｍｍ〜１０ｍｍの値を有する距離Ｅだけ越えて延在するように、中空光統合装置２を中実光統合装置１に光結合することにより、光統合系１０の焦点面もこの距離Ｅだけ移動する。
【００５２】
特定の用途にとっては、光統合系１０のある特定の長さＬ２が必要とされ、先行技術の系に従って、そのような長さを有し、光を内部結合させるための平面３ａと焦点面である
出射面３ｂとを有する中実光統合装置１、たとえば中軸ガラス棒が使用されるであろう。この発明によれば、光統合系１０の全長が長さＬ２に等しくなるような長さおよび出射面４ｂを有する中空光統合装置２に、中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒の一部がいわば置き換えられ、光を内部結合させるための平面３ａと焦点面３ｂとの間に配置される。
【００５３】
このため、この発明によれば、この発明に従った光統合系１０の出射面は、「仮想面」である中空光統合装置２の出射面４ｂによって形成される。「仮想面」とは、物理的な、または実体のある表面は存在しないものの、中空光統合装置２の出射面４ｂが、光統合系１０の、光が系１０から出射する部分として、ひいては焦点面として作用する、ということを意味する。それは存在しない仮想の表面であるため、埃、塵、または他の物体もしくは材料などの障害物はそれに付着できず、したがって光統合系１０から出射する光に干渉できず、ひいては光統合系１０から出射する光の強度を限定したりまたは減少させることができない。さらに、埃、塵、または他の物体などの障害物は、光統合系１０によって形成された均一な光点を妨害しない。なぜなら、それらが中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒の出射面３ｂに付着している場合、それらにピントは合わず、それらが光点においてきちんと整列されないためであり、または、光統合系１０が投影系で使用される場合、それらが結果として得られる画像にきちんと整列された特徴を生じさせないためである。さらに、光線が中実光統合装置から中空光統合装置へと進む際に、すなわち、中実光統合装置、たとえば中実ガラス棒の中実材料から直接、中空光統合装置内の空気へと進む際に通過される光界面は１つしかない。このため、たとえば反射による光の損失に繋がり得る光遷移は１回しかない。
【００５４】
上述の理由により、Ｌ２−Ｌ１に等しく、中空光統合装置２が中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒を越えて延在する距離Ｅは、一方では、物理的に存在する表面、すなわち中実統合装置１の出射面３ｂから焦点面を十分に離すために、小さ過ぎてはいけない。他方では、Ｌ２−Ｌ１に等しい距離Ｅは、大き過ぎてはいけない。なぜなら、その場合、当業者には公知であるように、中空光統合装置２の効率が通常、中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒の効率よりも低いために光の損失が起こり得るからである。距離Ｅは５ｍｍ〜１０ｍｍである。そのようにして、この発明の実施例に従った光統合系１０は依然として、光の損失の点で中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒の利点を有し、塵または埃などの障害物が付着できない仮想面によって形成される焦点面を有するという利点を有し、ひいては、塵または埃などの障害物にピントが合わないためにこれらの障害物から生じる妨害を受けない均一な光点をもたらす。
【００５５】
中空光統合装置２の長さは、中空光統合装置２と中実光統合装置１との重複「Ｏ」があればそれに依存し、また、中空光統合装置２が中実光統合装置１を越えて延在する距離Ｅに依存している。好ましくは、中空光統合装置２の長さは５ｍｍ〜１０ｍｍであってもよい。
【００５６】
上述の実施例に従った光統合系１０は、光の統合が必要とされ、または均一な光点が必要とされるあらゆる種類の用途において使用されてもよい。たとえば、光統合系１０は、投影系、照明系、または投光系で使用されてもよい。
【００５７】
以下に、投影系におけるこの発明の実施例に従った光統合系１０の使用のいくつかの例を、より詳細に説明する。これらは単なる例であり、この発明を多少なりとも限定しないこと、およびこの発明に従った光統合系１０が照明系または投光系でも使用されてもよいことが理解されるべきである。
【００５８】
図６〜図８に、投影系２０におけるこの発明の実施例に従った光統合系１０の使用の例
を示す。これらは、投影系におけるこの発明の実施例に従った光統合系１０の可能な用途の単なる例であること、およびこの発明の実施例に従った光統合系１０が、図６〜図８に示したものよりも多い、または少ない構成要素を備える、もしくは別の順序で構成要素を備える他の投影系でも使用可能であることが理解されるべきである。
【００５９】
図６および図７に示す投影系２０は、光源１１と、この発明の実施例に従った光統合系１０と、第１のレンズ系１２、第２のレンズ系１３、および第３のレンズ系１５と、ライトバルブ１４と、ターゲットスクリーン１６とを備えていてもよい。光源１１は、投影系で使用され、当業者には公知の任意の好適な光源であってもよい。レンズ系１２、１３、１５は、当業者には公知であるような１つ以上のレンズを備えていてもよい。ライトバルブ１４は、たとえば透過型ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）などの透過型ライトバルブ（図６参照）であってもよく、または、たとえば反射型ＬＣＤもしくはＤＭＤなどの反射型ライトバルブ（図７参照）であってもよい。
【００６０】
図６および図７に示した投影系では、光源１１から発散する光が第１のレンズ系１２を通って光統合系１０に送られる。図６および図７では、光統合系１０は、中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒と、中実光統合装置１に当接して光結合され、中実光統合装置１に部分的に重複している中空光統合装置２とを備える。好ましくは、中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒と中空光統合装置２との重複は１ｍｍ〜５ｍｍであってもよいが、それより短くても長くてもよい。しかしながら、この発明の他の実施例では、上に提示されたようなこの発明の他の実施例に従った光統合系１０も、図６および図７に示す投影系２０において使用されてもよい。たとえば、統合系１０は、中実光統合装置１、たとえば中実ガラス棒と、それに当接して光結合された中空光統合装置２とを、中実光統合装置１と中空光統合装置２との間に重複がない状態で備えていてもよい。
【００６１】
光統合系１０内に結合される光はまず、中実光統合装置１内に結合され、中実光統合装置１から出て、中実光統合装置１に当接して光結合された中空光統合装置２内に結合される。
【００６２】
光統合系１０を通って伝わる光は次に、第２のレンズ系１３を通ってライトバルブ１４に送られ、それは図４では透過型ライトバルブであり、図５では反射型ライトバルブである。透過型ライトバルブ１４の場合、光はライトバルブ１４を通過し、第３のレンズ系１５を通ってターゲットスクリーン１６上に投影される。反射型ライトバルブ１４の場合、光はライトバルブ１４によって反射され、第３のレンズ系１５を通ってターゲットスクリーン１６上に投影される。
【００６３】
この発明に従い、上述の実施例において説明された光統合系１０の構成により、光統合系１０の端における塵または埃などの障害物の存在は「仮想出射面」の存在によって回避され、したがって、光が光統合系１０を通過する際に光の損失が全く、または実質的に全く起こらない。さらに、塵または埃などの障害物にピントがもはや合っていないため、これらの障害物から生じるきちんと整列された構成に悩まされない均一な光点を得ることができる。さらに、光線が中実光統合装置から中空光統合装置へと進む際に、すなわち中実光統合装置、たとえば中実ガラス棒の中実材料から直接、中実光統合装置内の空気へと進む際に通過しなければならない光界面は１つしかない。このため、たとえば反射による光の損失に繋がり得る光遷移は１回しかない。この発明の実施例に従った光統合系１０を備える投影系２０の別の例を、図８に概略的に示す。この投影系２０では、好適な光源１１によって光が生成され、反射体３１およびおそらくは１組の１つ以上の追加レンズ（図示せず）の使用によってこの発明の実施例に従った光統合系１０に送られる。光源１１からの光は、光統合系１０の内部で均質化される。
【００６４】
光統合系１０内に結合される光はまず、中実光統合装置１内に結合され、中実光統合装置１から出て、中実光統合装置１に当接して光結合された中空光統合装置２内に結合される。
【００６５】
中空光統合装置２の出射面、ひいては光統合系１０の出射面にある光は、１組のレンズ３２および鏡３３によって、１つ以上のライトバルブ３４、たとえばＬＣＤ装置上に結像され、図８には複数の透過型ライトバルブ３４が示されている。ライトバルブ装置が単一である場合（図には表わさず）、ライトバルブの全体または一部に異なる色の光を交互に、たとえば赤、緑、および青の光を交互に当てるために、順次カラー方式が使用されてもよい。図８のようにライトバルブが３つの投影系２０の場合、投影系２０の光路は、各々異なる光路をたどる異なる三原色へと光を分割する色分離および再結合系３３、３５を含む。どの色チャネルも、ライトバルブ３４、たとえばＬＣＤ装置を含む。たとえば再結合プリズム３５における色形成の再結合の後で、光は投影レンズ３６を通り、それは１つまたは３つのライトバルブ３４、たとえばＬＣＤ装置の情報をスクリーン（図示せず）上に結像する。
【００６６】
ここでも、この発明に従い、上述の実施例において説明された光統合系１０の構成により、光統合系１０の端における塵または埃などの障害物の存在は「仮想出射面」の存在によって回避され、光が光統合系１０を通過している際に光の損失が全く、または実質的に全く起こらない。さらに、塵または埃などの障害物にピントがもはや合っていないため、これらの障害物から生じるきちんと整列された構成に悩まされない均一な光点を得ることができる。さらに、光線が中実光統合装置から中空光統合装置へと進む際に、すなわち中実光統合装置、たとえば中実ガラス棒の中実材料から直接、中実光統合装置内の空気へと進む際に通過しなければならない光界面は１つしかない。このため、たとえば反射による光の損失に繋がり得る光遷移は１回しかない。
【００６７】
この発明に従った装置について、好ましい実施例、特定の構成および構造、ならびに材料がここに説明されてきたが、形態および詳細におけるさまざまな変更または修正が、この発明の範囲および精神から逸脱することなく行なわれてもよいことが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】先行技術に従った投影系で使用される、ガラス板を備える統合棒を示す図である。
【図２】この発明の一実施例に従った光統合系を示す図である。
【図３】図２に示された光統合系のための中実光統合装置と中空光統合装置との結合を示す図である。
【図４】この発明の別の実施例に従った光統合系を示す図である。
【図５】図４に示された光統合系のための中実光統合装置と中空光統合装置との結合を示す図である。
【図６】投影系におけるこの発明の実施例に従った光統合系の使用の例を示す図である。
【図７】投影系におけるこの発明の実施例に従った光統合系の使用の例を示す図である。
【図８】投影系におけるこの発明の実施例に従った光統合系の使用の例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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