(57)【要約】      （修正有）【課題】出力光の発散角を大幅に縮小する光均一化装置を提供する。【解決手段】光均一化装置は、拡張角度を有する楔形構造体であり、前記構造体の入社面及び射出面を有する光均一化装置において、入射面は正方形であり、射出面は矩形であることを特徴とし、光均一化装置２００を光源と光ゲートとの間に設けて、当該装置２００が入射面２０４および射出面２０６を有する。そのうち、入射面２０４の形状は正方形であり、射出面２０６の形状は光ゲートの能動領域の形状と対応する。【選択図】    図１
2004318025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡張角度を有する楔形構造体であり、前記楔形構造体が入射面および射出面を有する光均一化装置において、
前記入射面の形状は正方形であると共に前記射出面の形状は矩形であることを特徴とする光均一化装置。
【請求項２】
前記入射面の辺長と前記射出面の最小辺長がほぼ等しいことを特徴とする請求項１記載の光均一化装置。
【請求項３】
光源と光ゲートの間に位置し、入射面および射出面を有する光均一化装置において、
前記入射面の形状は正方形であると共に前記射出面の形状は前記光ゲートの能動領域の形状に対応することを特徴とする光均一化装置。
【請求項４】
光を均一に光マスクへ伝送する光均一化装置を有する光学装置において、
前記光を提供する光源と、
入射面および射出面を有し、前記光源からの前記光を受けとって前記光を均一に出力する前記光均一化装置と、
能動領域を有して、前記光均一化装置からの前記光を受けとる前記光ゲートとを具備し、
前記入射面の形状は正方形であると共に前記射出面の形状は前記光ゲートの能動領域の形状に対応することを特徴とする光均一化装置を有する光学装置。
【請求項５】
前記入射面が前記光源の集焦光点付近に位置し、前記集焦光点は所定の直径を有して、前記集光焦点内の光エネルギーが所定エネルギーよりも高いことを特徴とする請求項４記載の光均一化装置を有する光学装置。
【請求項６】
前記入射面の辺長は前記所定直径とほぼ等しいことを特徴とする請求項５記載の光均一化装置を有する光学装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は光を受けとって均一な光を伝送する光均一化装置に関し、特に、非均一な光を受けとって均一な光を伝送し、光発散角を減少することができる光均一化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、世界はデジタル化の方向へ向かって邁進しており、映像技術もこの趨勢にあわせ徐々にデジタル化の方向に向かって発展してきている。デジタルデータを処理するのに使用するデジタル表示（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）装置と現在の表示装置を比較すると、デジタル表示装置はもとの映像色彩をそのまま精確に再現するこができ、映像、輝度、信頼性においてダメージを与えないため、デジタル表示装置の重要性は徐々に高まってきている。
【０００３】
デジタル表示装置の重要な技術は、爪ほどの大きさの半導体光スイッチであるデジタルマイクロミラーデバイス（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ、以下単にＤＭＤとする）にあり、ＤＭＤは１，０００個以上の極小の鏡（マイクロミラー）で構成され、各ミラーの後ろには回転装置があり、それらはひとつひとつ動かすことができる。ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）の基本原理を次に述べる。光源をＤＭＤのマイクロミラー（投影後画面上の点に相当する）上に投射してから、映像ソースを基にして画面上の各点をオン（ｏｎ）にするかオフ（ｏｆｆ）にするかを決定し、オンの時にはマイクロミラーを正確な屈折位置まで回転させて光を反射させ、オフの時にはマイクロミラーは光をその他の場所へ屈折させて、画面上に現さない。
【０００４】
従来のデジタル表示装置中において、光は発光源（ｌｉｇｈｔ  ｓｏｕｒｃｅ）からリフレクター（ｌａｍｐ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を経由して集光され、色環（ｃｏｌｏｒ  ｗｈｅｅｌ）を通して色彩を選択した後、ライトトンネル（ｌｉｇｈｔ  ｔｕｎｎｅｌ）を通過させて光を均一化し、リレーレンズ（ｒｅｌａｙ  ｌｅｎｓ）の作用によりＤＭＤチップの適当な面積上に投射する。
【０００５】
ＤＭＤチップのオン／オフの回転角度の差は約１０度から１２度であるため、ＤＭＤチップに到達した光の発散角がこの微小な回転角度を超えると、この角度を超えた光は投影端に入り、出力信号に僅かな輝度を持たせる（本発明中ではこの現象を漏光現象と呼ぶ）。そのため投影システムのコントラスト比（ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｒａｔｉｏ）（すなわち明／暗の間の輝度を比較した値）が低下した。
【０００６】
図６ないし図９は従来技術を示し、ライトトンネル１００は切面が長方形でソリッド透明柱体であるか、あるいは反射鏡１０２により構成された長方形の中空柱体である。光が入口部位からライトトンネルへ入射し、ライトトンネル内で何度も全反射あるいは反射された後、長方形を形成する出力光を出口端から出力する。この出力光の発散角は図９から分かるように約３８度である。この発散角はＤＭＤチップの回転角度とほぼ同じなため、ライトトンネル、リレーレンズセットとＤＭＤチップの間の相対位置は精確に制御されなければならなく、さもなければ前述の漏光現象が容易に発生した。
【０００７】
またライトトンネル、リレーレンズセットおよびＤＭＤチップの間の相対位置を精確に制御しなければならないため、その他の装置および環境の影響を容易に受けて前述の漏光現象が発生した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、出力光の発散角を大幅に縮小して前述の漏光現象を防ぐことができる光均一化装置を提供することである。
【０００９】
本発明のもう一つの目的は、光を伝送する途中で起きる漏光現象を防ぐ、光均一化装置を有する光学装置を提供することである。
【００１０】
本発明のさらにもう一つの目的は、光学装置のコントラスト比が大幅に向上する光均一化装置を有する光学装置を提供することである。
【００１１】
【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、本発明の光均一化装置は、拡張角度を有する楔形構造体であり、前記楔形構造体が入射面および射出面を有する光均一化装置において、前記入射面の形状は正方形であると共に前記射出面の形状は矩形であることを特徴とする。また、本発明にあっては、前記入射面の辺長と前記射出面の最小辺長がほぼ等しいことを特徴とする。本発明に係る光均一化装置は、光源と光ゲートの間に設けられて、入射面と射出面を有する。そのうち、入射面の形状は正方形であり、射出面の形状は光ゲートの能動領域の形状に対応する。
【００１２】
上述した光均一化装置中の入射面のサイズは射出面のサイズよりも小さい。また、射出面の形状は矩形でもよく、入射面の辺長は射出面の最小辺長とほぼ等しい。
【００１３】
また、上述した光均一化装置において、入射面は光源の集焦光点付近に位置させてもよく、集焦光点は所定直径を有し、集焦光点内の光エネルギーは所定エネルギーよりも高い。また入射面の辺長は前述の所定直径とほぼ等しいか、あるいは入射面が集光焦点内に位置してもよい。
【００１４】
そして、上述した光均一化装置は楔形ソリッド透明体あるいは楔形中空体でもよく、そのうち楔形中空体の内表面を反射層で覆う。
【００１５】
本発明の光均一化装置は、その入射面の形状が正方形であり、射出面の形状が矩形（つまり長方形でもよい）であるため、光が入射面から光均一化装置へ入る際、光量が微量ながらロスするが、装置本体の楔形構造の傾斜側壁を反射角度に対して調整することにより、射出面から射出される際、光の発散角を大幅に縮小して漏光現象の発生を防ぐことができる。
【００１６】
また、均一に光マスクへ伝送して、光源、光均一化装置および光ゲートを備えた光均一化装置を有する光学装置を提供する。
即ち、本発明にあっては、光を均一に光マスクへ伝送する光均一化装置を有する光学装置において、前記光を提供する光源と、入射面および射出面を有し、前記光源からの前記光を受けとって前記光を均一に出力する前記光均一化装置と、
能動領域を有して、前記光均一化装置からの前記光を受けとる前記光ゲートとを具備し、前記入射面の形状は正方形であると共に前記射出面の形状は前記光ゲートの能動領域の形状に対応することを特徴とする光均一化装置を有することを特徴とする。
また、本発明にあっては、前記入射面が前記光源の集焦光点付近に位置し、前記集焦光点は所定の直径を有して、前記集光焦点内の光エネルギーが所定エネルギーよりも高いことを特徴とする。更に、本発明にあっては、前記入射面の辺長は前記所定直径とほぼ等しいことを特徴とする。
上記光源は光を提供する。光均一化装置は入射面および射出面を有し、光源からの光を受けとりその光を均一に出力する。光ゲートは能動領域を有し、光均一化装置からの光を受けとる。この光学装置の特徴は入射面の形状が正方形であり、射出面の形状が光ゲートの能動領域の形状に対応していることである。
【００１７】
上述した光学装置中において、入射面のサイズは射出面のサイズよりも小さい。また、射出面の形状は矩形でもよく、入射面の辺長は射出面の最小辺長にほぼ等しい。
【００１８】
さらに、上述の光学装置中において、光ゲートはデジタルマイクロ反射鏡装置あるいは液晶表示装置でもよい。
【００１９】
本発明の光学装置は、その光均一化装置の入射面の形状が正方形であり、射出面の形状が矩形（つまり長方形でもよい）であるため、光が入射面から光均一化装置へ入射する際、光量が微量ながらロスするが、装置本体の楔形構造の傾斜側壁を反射角度に対して調整することにより、射出面から射出される際、光の発散角を大幅に縮小して漏光現象の発生を防ぐことができる。
【００２０】
また、本発明の光均一化装置は、発散角を小さくして、光均一化装置からデジタルマイクロ反射鏡装置などのようなリフレクターへ入る入射角を小さくすることができるため、この光均一化装置に適用する光学装置のコントラスト比は大幅に向上する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の好適な一実施形態の光均一化装置を示す斜視図である。図２は、本発明のもう一つの好適な一実施形態の光均一化装置を示す斜視図である。
【００２３】
図１に示すように、本発明の光均一化装置２００は楔形構造体であり、例えばこの楔形構造体は楔形でソリッド透明体であり、この楔形構造体の材質はガラスなどである。この光均一化装置２００は入射面２０４および射出面２０６を有し、入射面２０４のサイズ（或いは面積）は射出面２０６のサイズ（或いは面積）よりも小さい。そして、入射面２０４の形状は正方形である（即ち長さと幅の比率が１）。射出面２０６の形状は、後述するデジタルマイクロ反射鏡装置３１２などの光ゲートの能動領域の形状に対応し、それは例えば矩形（すなわち長さと幅の比率が１以上）である。
【００２４】
本発明の光均一化装置２００中で、入射面２０４の辺長がｂで、射出面２０６の短辺長さ（すなわち最小辺長さ）がａの時、辺長ｂは辺長ａとほぼ等しく、射出面２０６は一般的に矩形であるため、その幅辺の辺長がａ’だと幅辺辺長ａ’は入射面２０４の辺長ｂよりも大きくなり、光均一化装置２００は拡張角度を有する楔形結合体へと自然に形成される。
【００２５】
また図２に示すように、本発明の光均一化装置は４枚の反射壁２０２から構成される楔形空心構造体でもよく、この楔形空心構造体の内層表面に反射層を一層塗布して反射面を形成する。
【００２６】
他に、本発明の光均一化装置２００を光源の光が集中する焦点近くに設置し、この集光焦点は、例えば所定直径内で所定エネルギーよりも高いエネルギーを有する光点のとき、実際の必要にあわせて本発明の光均一化装置２００の入射面２０４の辺長ｂをこの所定直径と等しくするか、或いは入射面２０４を前述の集光焦点内に位置させる。
【００２７】
図４は、本発明の好適な一実施形態の光学装置を示した図である。図４が示すように、本発明の光学装置３００は光源３０２、リフレクター３０４、色環３０６、光均一化装置３０８、リレーレンズセット３１０、デジタルマイクロ反射鏡装置３１２、投射レンズセット３１４、表示スクリーン３１６等から構成される。
【００２８】
本発明の光学装置３００中で、光均一化装置３０８は光源３０２とデジタルマイクロ反射鏡装置３１２との間に位置し、本発明の光均一化装置３０８の前述の特殊構造を利用して、受けとった入射光を発散角が比較的小さい射出光に変換するとともに、精確にデジタルマイクロ反射鏡装置３１２へ伝送する。そのうちデジタルマイクロ反射鏡装置３１２は液晶表示装置などの光ゲート装置に替えることができる。
【００２９】
図５は入射光が光均一化装置３０８に入った後の光線の反射状況と光線角度の変化状況を示したものであり、図中の光均一化装置３０８は拡張角ｘ、入射光の入射角ｙを有して、反射の法則から分かるように、光線は反射する度に角度が２ｘ減少するため、適当な拡張角ｘの設計により効果的に射出光の角度を減らす。比較的小さい光線角度は光学装置全体の迷光に対する処理がより容易となり、光学装置のコントラスト比が向上する。
【００３０】
続いて、図１および図４において、本発明の光学装置３００の作動方式を説明する。
【００３１】
本発明の光学装置３００中、例えば点光源の光源３０２が発光すると、リフレクター３０４の集焦および色環の色彩のフィルターにより、前述した本発明の光均一化装置３０８の入射面２０４上に焦点が合わせる。図６は、この時の集焦部位の集焦光点の光強度分布である。
【００３２】
次に、光は光均一化装置３０８の傾斜側壁上で全反射あるいは反射されて、射出面から光均一化装置３０８を射出する。図３はこの時の射出面の光線角度分布結果を示した図である。図が示すデータから分かるように、本発明の光均一化装置３０８を使用して得られる光の発散角は約２８度である。これと従来のライトトンネルを比較すると分かるように、本発明の光均一化装置３０８の発散角（約２８度）は、従来のライトトンネルの発散角（約３８度）よりも約１０度小さい。
【００３３】
続いて、光均一化装置３０８から射出された光は、リレーレンズセット３１０を通過してデジタルマイクロ反射鏡装置３１２上に伝送される。この際、光の発散角は大幅に低下するため、デジタルマイクロ反射鏡装置３１２がオン／オフ切換をおこなっても従来発生していた漏光現象は起きない。
【００３４】
その後、光はデジタルマイクロ反射鏡装置３１２により切り換えられ、投射レンズセット３１４を通過して表示スクリーン３１６上に投射され、明／暗を表示する。
【００３５】
本発明では好適な実施形態を前述の通り示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知するものなら誰でも、本発明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、従って本発明の保護の範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【００３６】
【発明の効果】
上で述べたことをまとめると、本発明の光均一化装置は、その入射面の形状が正方形であり、射出面の形状が矩形（つまり長方形でもよい）であるため、光が入射面から光均一化装置へ入る際、光量が微量ながらロスするが、装置本体の楔形構造の傾斜側壁を反射角度に対して調整することにより、射出面から射出される際、光の発散角を大幅に縮小して漏光現象の発生を防ぐことができる。
【００３７】
本発明の光学装置は、光均一化装置の入射面の形状が正方形であり、射出面の形状が矩形（つまり長方形でもよい）であるため、光が入射面から光均一化装置へ入る際、光量が微量ながらロスするが、装置本体の楔形構造の傾斜側壁を反射角度に対して調整することにより、射出面から射出される際、光の発散角を大幅に縮小して漏光現象の発生を防ぐことができる。
【００３８】
また、本発明の光均一化装置は、発散角を小さくして、光均一化装置からデジタルマイクロ反射鏡装置などのようなリフレクターへ入る入射角を小さくすることができるため、この光均一化装置に適用する光学装置のコントラスト比が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の好適な一実施形態によるライトトンネルを示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の他の好適な一実施形態によるライトトンネルを示す斜視図である。
光源の集光焦点の光強度分布を示す図である。
【図３】本発明の好適な一実施形態によるライトトンネルの出口端の光発散角と光量の関係を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の光学装置の一実施の形態を示す概略図である。
【図５】図５は、本発明の光均一化装置の光線反射の概略を示す図である。
【図６】図６は、本発明における光均一化装置の光線反射の概略を示す図である。
【図７】図７は、従来技術の一実施形態による、ライトトンネルを示す斜視図である。
【図８】従来技術のもう一つの一実施形態による、ライトトンネルを示す斜視図である。
【図９】図９は、従来のライトトンネルの出口端の光発散角と光量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１００    ライトトンネル
１０２    反射鏡
１０４    入射面
１０６    射出面
２００    光均一化装置
２０２    反射壁
２０４    入射面
２０６    射出面
３００    光学装置
３０２    光源
３０４    リフレクター
３０６    色環
３０８    光均一化装置
３１０    リレーレンズセット
３１２    デジタルマイクロ反射鏡装置
３１４    投射レンズセット
３１６    表示スクリーン
ａ、ａ’、ｂ    辺長
ｘ    拡張角
ｙ    入射角
【図１】
2004318025.tif 000003
【図２】
2004318025.tif 000004
【図３】
2004318025.tif 000005
【図４】
2004318025.tif 000006
【図５】
2004318025.tif 000007
【図６】
2004318025.tif 000008
【図７】
2004318025.tif 000009
【図８】
2004318025.tif 000010
【図９】
2004318025.tif 000011