(57)【要約】      （修正有）【課題】投射エンジンに用いる照明装置において、スペクトル特性または色特性を容易に制御可能で、且つ信頼できる手法で確立できる照明光の生成方法を提供する。【解決手段】第１及び第２の一次照明光Ｌ１１、Ｌ１２又はこれらの一部又はこれらに由来する光が入射されて、結合又は重畳する光結合部と、光路変更する集光、統合及び光路変更部２０とを設ける。光結合部１５及び集光、統合及び光路変更部２０は、少なくとも部分的に互いに空間的に合体され、混合され、統合され及び／又は重畳されて形成及び／又は構成されている。これにより、第１の及び第２の一次照明光Ｌ１１、Ｌ１２に基づいて、結合され、集光され、統合され、光路変更された一次照明光ＣＬ１をＬＥＤ制御されたスペクトル特性と、本質的に均一な空間的強度分布とを有する二次照明光Ｌ２として得ることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投射エンジンに用いる照明装置において、
それぞれ互いに本質的に相補的な又は補足的なスペクトル及び／又は偏光成分を有する第１及び第２の一次照明光（Ｌ１１、Ｌ１２）を生成及び出射するよう構成された、少なくとも１つの第１の光源装置（１１）及び第２の光源装置（１２）と、
上記第１及び第２の一次照明光（Ｌ１１、Ｌ１２）又はこれらの一部又はこれらに由来する光が入射されて、結合又は重畳する光結合領域（１５）、部（１５）、部分（１５）又は素子（１５）と、
上記第１及び第２の一次照明光（Ｌ１１、Ｌ１２）又はこれらの一部又はこれらに由来する光が入射されて、集光し、統合し、光路変更する集光、統合及び光路変更領域（２０）、部（２０）、部分（２０）又はユニット（２０）とを備え、
上記光結合領域（１５）、部（１５）、部分（１５）又は素子（１５）及び上記集光、統合及び光路変更領域（２０）、部（２０）、部分（２０）又はユニット（２０）又はこれらの一部は、互いに空間的に合体され、混合され、統合され及び／又は重畳されて形成及び／又は構成されており、
上記第１の及び第２の一次照明光（Ｌ１１、Ｌ１２）と連携し及びこれらに基づいて、結合され、集光され、統合され、光路変更された一次照明光（ＣＬ１）をＬＥＤ制御されたスペクトル特性と、本質的に均一な空間的強度分布とを有する二次照明光（Ｌ２）として出射する照明装置。
【請求項２】
上記集光、統合及び光路変更領域（２０）、部（２０）、部分（２０）又はユニット（２０）は、光統合素子（５０）として、プラスチック及びガラスを含む光学的に透明な材料から形成された統合ロッド（５１）、固体ロッド（５１）、中空ロッド、光パイプ（５１）のうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
上記集光、統合及び光路変更領域（２０）、部（２０）、部分（２０）又はユニット（２０）は、光統合素子（５０）として、反射性を有する又は鏡面加工された内壁又は側壁を備える少なくとも１つの中空管を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の照明装置。
【請求項４】
上記集光、統合及び光路変更領域（２０）、部（２０）、部分（２０）又はユニット（２０）は、光統合素子（５０）として、少なくとも１つのフライアイレンズ（１５−１、１５−２、５２）を備えることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の照明装置。
【請求項５】
上記光統合素子（５０）は、正方形、長方形、六角形、又は正三角形の断面を備えることを特徴とする請求項２乃至４いずれか１項記載の照明装置。
【請求項６】
上記第１の光源装置（１１）及び／又は上記第２の光源装置（１２）は、高圧放電ランプを含む単一の又は複数の放電ランプ（３２）を備えることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の照明装置。
【請求項７】
上記第１の光源装置（１１）及び／又は上記第２の光源装置（１２）は、単一の又は複数の固体光源装置（３０）を備えることを特徴とする１乃至６いずれか１項記載の照明装置。
【請求項８】
上記固体光源装置（３０）は、単一の又は複数の固体光源（３１、３３）を備えることを特徴とする請求項７記載の照明装置。
【請求項９】
上記固体光源は、固体光源（３１）のアレー（３３）を備えることを特徴とする請求項８記載の照明装置。
【請求項１０】
上記固体光源（３１、３３）は、単一の又は複数の発光ダイオード（３１）であり又は単一の又は複数の発光ダイオード（３１）を備え、及び／又は
上記固体光源（３１、３３）は、単一の又は複数のレザーダイオードであり又は単一の又は複数のレザーダイオードを備えることを特徴とする請求項７乃至９いずれか１項記載の照明装置。
【請求項１１】
上記固体光源（３１、３３）は、単一の又は複数の端面発光型ダイオード（edge-emitting light emitting diode）であり又は端面発光型ダイオードを備えることを特徴とする請求項７乃至１０いずれか１項記載の照明装置。
【請求項１２】
上記固体光源（３１、３３）は、単一の又は複数の垂直共振器型面発光レザー素子（vertical cavity surface emitting laser device）であり又は単一の又は複数の垂直共振器型面発光レザー素子を備えることを特徴とする請求項７乃至９いずれか１項記載の照明装置。
【請求項１３】
上記固体光源（３１、３３）は、単一の又は複数の空洞共振器型発光ダイオード（resonant cavity light emitting diode）であり又は単一の又は複数の空洞共振器型発光ダイオードを備えることを特徴とする請求項７乃至１０いずれか１項記載の照明装置。
【請求項１４】
上記光結合領域（１５）、部（１５）、部分（１５）又は素子（１５）は、ダイクロイックミラー（１５−３）を含むスペクトル選択反射素子（１５−３）又は複数のスペクトル選択反射素子からなる構成体を備えることを特徴とすることを特徴とする１乃至１３いずれか１項記載の照明装置。
【請求項１５】
上記ダイクロイックミラー（１５−３）を含むスペクトル選択反射素子（１５−３）又は上記複数のスペクトル選択反射素子からなる構成体は、上記光統合素子（５０）としての上記統合ロッド（５１）、固体ロッド（５１）、中空ロッド、光パイプ（５１）内に配設され、及び／又は
上記ダイクロイックミラー（１５−３）を含むスペクトル選択反射素子（１５−３）又は上記複数のスペクトル選択反射素子からなる構成体は、上記フライアイレンズ（１５−１、１５−２、５２）の内部及び／又は周囲に配設されていることを特徴とする請求項１４記載の照明装置。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１５いずれか１項記載の照明装置（１０）を備える投射エンジン。
【請求項１７】
投射エンジン用の照明光を生成及び提供する照明光の生成及び提供生成方法において、
それぞれ互いに本質的に相補的な又は補足的なスペクトル及び／又は偏光成分を有する第１及び第２の一次照明光（Ｌ１１、Ｌ１２）を生成及び出射するステップと、
上記第１及び第２の一次照明光（Ｌ１１、Ｌ１２）又はこれらの一部又はこれらに由来する光を結合するステップと、
上記第１及び第２の一次照明光（Ｌ１１、Ｌ１２）又はこれらの一部又はこれらに由来する光が入射されて、集光し、統合し、光路変更するステップとを有し、
上記第１及び第２の一次照明光（Ｌ１１、Ｌ１２）又はこれらの一部又はこれらに由来する光を結合するステップと、上記第１及び第２の一次照明光（Ｌ１１、Ｌ１２）又はこれらの一部又はこれらに由来する光が入射されて、集光し、統合し、光路変更するステップとは、これらの光を互いに空間的に合体し、混合し、統合し及び／又は重畳することにより行い、
上記集光され、統合され、光路変更された一次照明光（ＣＬ１）をＬＥＤ制御されたスペクトル特性と、本質的に均一な空間的強度分布とを有する二次照明光（Ｌ２）として出射する照明光の生成及び提供方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提条件（preamble）に示す照明装置（illumination unit）に関し、詳しくは、発光（light generation）及び投射（projection）のスペクトルバランスを向上させたハイブリッド照明装置（hybrid illuminator）に関する。更に、本発明は、投射エンジン（projection engine）及び照明光（illumination light）を生成及び提供する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、多くの電子機器において、ユーザ又は視聴者に情報を表示するための表示装置が必要となっている。このような表示装置を有する電子機器は多種に亘り、占有する空間が限られた及び／又は消費電力が限られた表示装置を開発する必要が生じている。更に、当該表示装置においては、照明光の所謂スペクトルバランス又は色バランスに関する問題もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、本発明の目的は、スペクトル特性又は色特性を特に容易で、制御可能で、信頼できる手法で確立することができる照明装置、投射エンジン及び照明光の生成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的は、請求項１記載の照明装置によって達成される。更に、この目的は、請求項１６に記載の特徴によって達成される。更に、この目的は、請求項１７記載の照明光の生成及び提供方法によって達成される。
【０００５】
本発明に係る照明装置は、例えば投射エンジン等に用いる照明装置であり、少なくとも１つの第１の光源装置及び第２の光源装置を備える。この第１の光源装置及び第２の光源装置は、それぞれ第１の一次照明光及び第２の一次照明光を生成及び出射する。この第１の光源装置及び第２の光源装置は、それぞれ、互いに本質的に相補的な又は補足的なスペクトル及び／又は偏光成分を有する第１及び第２の一次照明光を生成することができる。更に、照明装置は、第１及び第２の一次照明光又はこれらの一部又はこれらに由来する光が入射されて、集光し、統合し、光路変更する集光、統合及び光路変更領域、部、部分又はユニットを備える。
【０００６】
従来の照明装置では、一次照明光及び／又は結合された一次照明光を更なる処理のため及び例えば光弁素子等に供給するために出射するが、本発明では、集光、統合及び光路変更領域、部、部分又はユニットを設ける。この集光、統合及び光路変更領域、部、部分又はユニットは、第１及び第２の一次照明光又はこれらの一部又はこれらに由来する光が入射されて、集光し、統合し、光路変更する。
【０００７】
本発明に係る照明装置では、この光結合領域、部、部分又は素子及び集光、統合及び光路変更領域、部、部分又はユニット又はこれらの一部は、互いに空間的に合体され、混合され、統合され及び／又は重畳されて形成及び／又は構成されている。これにより、光結合領域、部、部分又は素子及び集光、統合及び光路変更領域は、第１の及び第２の一次照明光と連携し及びこれらに基づいて、結合され、集光され、統合され、光路変更された一次照明光をＬＥＤ制御されたスペクトル特性と、本質的に均一な空間的強度分布とを有する二次照明光として出射する。
【０００８】
このように、本発明では、集光、統合及び光路変更ユニットを用いて、第１及び第２の一次照明光を集光し、統合し、光路変更する。これにより、第１及び第２の一次照明光は、更なる処理を施される前に、結合又は重畳され、エネルギ及び／又は強度分布について均一にされる。
【０００９】
これにより、光結合領域、部、部分又は素子及び集光、統合及び光路変更領域、部、部分又はユニット又はその一部を空間的に合体し、混合し、統合し及び／又は重畳する構成の占める空間を削減することができる。
【００１０】
以下の説明では、集光領域、部、部分又は素子を交換可能な用語として用いる。更に、集光、統合及び光路変更領域、部、部分又はユニットも交換可能な用語として用いる。
【００１１】
本発明に係る照明装置の好ましい実施例においては、集光、統合及び光路変更ユニットは、光統合素子として、例えば、プラスチック及びガラス等を含む光学的に透明な材料から形成された統合ロッド、固体ロッド、中空ロッド、光パイプのうちの少なくとも１つを備える。
【００１２】
これに加えて又はこれに代えて、集光、統合及び光路変更領域、部、部分又はユニットは、光統合素子として、少なくとも１つの中空管を備えていてもよい。この中空管は、特に、反射性を有する又は鏡面加工された内壁又は側壁を備えていてもよい。
【００１３】
更に、これに加えて又はこれに代えて、この集光、統合及び光路変更領域、部、部分又はユニットは、光統合素子として、少なくとも１つのフライアイレンズを備えていてもよい。
【００１４】
本発明の更なる変形例においては、光統合素子は、正方形、長方形、六角形、又は正三角形の断面を備えていてもよい。
【００１５】
この第１及び第２の光源装置は、様々な手法で実現することができる。
【００１６】
本発明の好ましい一実施例においては、第１の光源装置及び／又は第２の光源装置は、例えば高圧放電ランプ等を含む単一の又は複数の放電ランプを備えていてもよい。
【００１７】
これに代えて又はこれに加えて、固体光源装置は、単一の又は複数の固体光源を備えていてもよい。
【００１８】
これらの固体光源は、固体光源のアレーを備えていてもよい。
【００１９】
これらの固体光源は、様々な手法で実現することができる。
【００２０】
まず、固体光源は、単一の又は複数の発光ダイオードであってもよく又は単一の又は複数の発光ダイオードを備えていてもよい。これに加えて又はこれに代えて、固体光源は、単一の又は複数のレザーダイオードであってもよく又は単一の又は複数のレザーダイオードを備えていてもよい。
【００２１】
更に、固体光源は、単一の又は複数の端面発光型発光ダイオード（edge-emitting light emitting diode）であり又は端面発光型発光ダイオードを備えていてもよい。
【００２２】
これに加えて又はこれに代えて、固体光源は、単一の又は複数の垂直共振器型面発光レザー素子（vertical cavity surface emitting laser device）であり又は単一の又は複数の垂直共振器型面発光レザー素子を備えていてもよい。
【００２３】
更に、単一の又は複数の空洞共振器型発光ダイオード（resonant cavity light emitting diode）を固体光源として用いてもよい。
【００２４】
本発明に係る照明装置は、第１の光源装置として、放電ランプを備え、更に、第２の光源装置として、放電ランプにおいて、強度又はエネルギ分布が弱いスペクトル領域を補償する固体光源装置を備えていてもよい。
【００２５】
本発明の更なる実施例においては、光結合領域、部、部分又は素子は、例えばダイクロイックミラー等を含むスペクトル選択反射素子又は複数のスペクトル選択反射素子からなる構成体を備えていてもよい。
【００２６】
ダイクロイックミラーを含むスペクトル選択反射素子又は複数のスペクトル選択反射素子からなる構成体は、光統合素子としての統合ロッド（５１）、固体ロッド（５１）、中空ロッド、光パイプ（５１）内に配設されていてもよく、及び／又はダイクロイックミラーを含むスペクトル選択反射素子又は複数のスペクトル選択反射素子からなる構成体は、フライアイレンズの内部及び／又は周囲に配設されていてもよい。
【００２７】
更に、本発明の更なる側面として、本発明は、上述した照明装置を備える投射エンジンを提供する。
【００２８】
更に、本発明の更なる側面として、本発明は、投射エンジン用の照明光を生成及び提供する照明光の生成及び提供生成方法を提供する。この照明光の生成及び提供方法は、それぞれ互いに本質的に相補的な又は補足的なスペクトル及び／又は偏光成分を有する第１及び第２の一次照明光を生成及び出射するステップと、第１及び第２の一次照明光又はこれらの一部又はこれらに由来する光を結合するステップと、第１及び第２の一次照明光又はこれらの一部又はこれらに由来する光が入射されて、集光し、統合し、光路変更するステップとを有し、第１及び第２の一次照明光又はこれらの一部又はこれらに由来する光を結合するステップと、第１及び第２の一次照明光（Ｌ１１、Ｌ１２）又はこれらの一部又はこれらに由来する光が入射されて、集光し、統合し、光路変更するステップとは、これらの光を互いに空間的に合体し、混合し、統合し及び／又は重畳することにより行い、集光され、統合され、光路変更された一次照明光（ＣＬ１）をＬＥＤ制御されたスペクトル特性と、本質的に均一な空間的強度分布とを有する二次照明光（Ｌ２）として出射する。
【００２９】
上述した及び更なる本発明の側面については、以下の説明により更に明らかとなる。
【００３０】
本発明は、特に、ホワイトバランスの投射（white balance projection）を向上させたハイブリッド照明装置に関する。
【００３１】
周知の投射装置においては、従来より用いられている高圧ランプのスペクトルが不適切であるという問題がある。これにより、スペクトルバランス、特にホワイトバランスが悪くなる従来の手法では、１つ又は２つの色チャンネルのエネルギの一部をカットすることによって、ホワイトバランスを向上させているが、しかしながら、この手法は、明るさを著しく低下させるため望ましくない。更に、高圧ランプの所定の色チャンネルの不足を補償するための追加的な単色光源を組み合わせるという手法もある。
【００３２】
本発明は、例えば、固体光源（solid state light source）（すなわち、ＬＥＤ又はレザーダイオード）のアレーを投射光エンジン（projector light engine）に組み込む従来とは異なる光学的設計を提案する。
【００３３】
高圧ランプ自体のスペクトルが投射機の要求に完全には適合しないという事実は周知である。ホワイトバランスが不完全になり、これは、プレゼンテーション用の投射機（presentation projector）では許容範囲内であるが、高品質な映写機（high quality cinema projector）では、許容できない問題である。
【００３４】
赤、緑、青のチャンネルのバランスは、ダイクロイックフィルタ（dichroic filter）のスペクトル応答を適切に選択することによって最適化できるが、この手法は、完全なホワイトバランスを実現するには不十分である。
【００３５】
１つ又は２つの色チャンネルのエネルギの一部をカットする簡単な手法もある。この場合、完全なホワイトバランスが実現できるが、明るさが犠牲になる（通常、３０％となる）。したがって、この手法も受け入れ難い。
【００３６】
本発明では、追加的な光源を用いるこの実際的な手法において、例えば、高圧ランプの赤色の不足を補償するために、高圧ランプの異なるチャンネル間のエネルギを均衡させる概念を用いる。
【００３７】
更に、本発明では、１つ又はアレー状の発光体（emitter）を投射機の光エンジンに組み込む光学的設計を提案する。複数の発光体又は発光体のアレーは、単一のＬＥＤ及び／又はレザーダイオードの発光力の限界を克服するために必要となる。
【００３８】
投射エンジン又は投射機は、多くの場合、４個の主要な部品、すなわち、光源と、光エンジンと、光弁又はマイクロディスプレイと、映写レンズ（projection lens）とを備える。画面上に明るく均一な画像を表示するためには、光源から出射された光を集め、投射機の光学系（projection optics）の限られた角度のアパーチャφ２内で光弁又は表面Ｓ２に均一な照射を行うという課題がある。
【００３９】
なお、光弁は、透過性を有していても反射性を有していてもよい。このような特性は、本発明の目的である色管理の原理には影響しない。
【００４０】
多くの場合、光源は、高圧アークランプである。キセノン及びハロゲン化金属ランプを用いてもよい。ランプのスペクトルは、赤、緑、青の３つの色光路において空間的に分離され、３個の分離されたマイクロディスプレイに向けられてもよく、カラーホイール又は電子色スイッチ（electronic color switch）によって時系列的に分離され、単一のパネルを用いてもよい。色域は、３つの色成分を空間的に又は時間的に変調し、再結合することによって実現される。空間的再結合は、例えば、色立体（color cube）を用いて実現できる。時間的再結合は、例えば、人間の目の約３０Ｈｚに対応する、周波数解像度が制限された検出器を用いて実現される。高速の色変調は、人間には認識されず、異なる色成分が追加されたとも知覚されない。
【００４１】
例えば、後述する図６の曲線Ｔで示すような、超高圧ランプ（ultra-high pressure discharge lamp：ＵＨＰランプ）の赤チャンネルＲ、緑チャンネルＧ、青チャンネルＢにおける完全な又は全体的なスペクトル分布では、各色の所定の割合の部分のみしか望ましいホワイトバランスを実現しない。各チャンネルにおけるエネルギ量は、ランプの完全な又は全体的な色分布Ｔ及び、光エンジンによって後に為される赤チャンネルＲ、緑チャンネルＧ、青チャンネルＢへの分割の処理の種類によって定まる。多くの場合、各チャンネル内のエネルギの相対的比率は、良好なホワイトバランスを実現するために必要な比率に対応していない。
【００４２】
図７に示すスペクトルに対応する色度座標は、「実現された色度座標（achieved chromaticity coordinate）」点によって表現される。ここで、望ましい白色点色度座標が移動していることが観察される。色域を表す三角形の内部は、映写機が表示できる色パレットの色度座標を示している。この三角形の各角は、それぞれ赤、緑、青を文字Ｒ、Ｇ、Ｂによって示されている各色チャンネルの色座標に対応する。
【００４３】
映写機の白色点の座標は、異なるチャンネル内に存在するエネルギを変調（modulating）することによって変更することができる。正確なエネルギバランスの収集（exact energy balance correction）は、ＵＨＰランプの種類と、光エンジンのスペクトル応答とに依存する。所望のホワイトバランスを実現するために可能な基本的な選択肢を以下に示す。
１．緑チャンネル及び青チャンネル内のエネルギを減衰させる。この減衰は、光弁によって直接行うことができる。ここでは、明るさを大きく犠牲にしないと（通常、３０％程度）、理想的な白色点が得られないという問題がある。
２．青チャンネル及び赤チャンネル内のエネルギを増加させる。これ手法では、補足的な光源を用いる必要がある。青色の固体光源は、明るさが限られているため、この手法は、少なくとも当面は、非現実的である。エネルギが追加されると、投射機の明るさも増す。
３．緑チャンネルのエネルギを減衰させ、赤チャンネルのエネルギを増加させる。この手法は、良好な折衷案であり、白色点の明るさは、僅かに（通常、１０％程度）減少するのみである。
【００４４】
本発明では、少なくとも１つの又は複数の補足的な光源を用いる。次のような異なる再結合スキームが可能である。
ケースＡ）：高圧ランプの１つの色チャンネルをカットする。この色チャンネルは、光エンジン内において独立した光路を有する補完ランプ（complementary lamp）によって代用される。この手法は、補完的な光源の特性を考慮して照明光学系（illumination optics）を最適化できるという利点がある。ここで、対応するスペクトル域内のＵＨＰランプのエネルギ又は各波長におけるエネルギが用いられないため、補完的な光源は、大きなエネルギを発する必要がある。
ケースＢ）：光エンジンより前で、高圧ランプ及び補完ランプの光を加算する。光結合には、ダイクロイック帯域通過フィルタ（dichroic pass-band filter）を用いる。この場合、狭スペクトル放射特性を有する補完的な光源が必要となる。この手法は、光エンジンのアーキテクチャを変更する必要がないという利点がある。これは、好ましい構成である。
ケースＣ）：色分離の後に再結合を行ってもよい。これにより、２つのチャンネルが影響を受けず、したがって、帯域通過フィルタの設計が容易になるという利点がある。但し、再結合チャンネルのためのコリメーション及び均質化のための光学系（collimation and homogenization optics）を特別に設計する必要がある。
【００４５】
上述のように、光エンジンの役割は、１又は複数の光源から光を集め、映写レンズ（projection lens）の受光角度内で、光弁に均一な照射を行うことである。ここでは、この目的で、フライアイレンズ構成（fly-eye lens configuration）及び統合ロッド構成（integration rod configuration）の２つのスキームを用いることができる。補完的光源を用いた色チャンネルは、既存のアーキテクチャに適合する必要がある。補完的光源を光エンジンに統合することが、本発明の目的である。
【００４６】
半導体光源又はレザーダイオード又はＬＥＤは、これらが有するスペクトル放射特性のために、補完的光源として用いる好ましい候補である。光源が１つの色チャンネルについて代用され、及び、光源がＵＨＰランプに加えられた場合光源のコリメーション及び均質化（collimation and homogenization）を行う必要がある。特定の色チャンネル（赤及び／又は青）に加えるべきエネルギ量が大きい場合、この要求を満たすために、単一の発光体では不十分な場合がある。このような場合は、レザーダイオードアレー又はＬＥＤアレーを用いる。なお、レザーダイオードアレーの使用は、スクリーンスペックル干渉（screen speckle interference）を防止する観点からも有益である。光エンジンには、アレー用のコリメーション及び均質化のための光学系も組み込まれる。
【００４７】
補完的な光源が１つの色チャンネルに代用される場合、このチャンネルの光学系は、光エンジンの残りの部分からは独立して動作する。この手法は、空間的な色分離に基づくエンジンにのみ適用される。
【００４８】
補完的な光源が既存のチャンネルに追加される場合、既存の光チャンネルには、集光、コリメーション及び結合のための光学系（collection, collimation and combination optics）を組み込む必要がある。
【００４９】
フライアイレンズ構成では、エネルギ分布は、第１のフライアイレンズの光軸に対して、対称的である必要がある。投射機の具体的な構成のため、２つの光源を結合する場合は、このような分布は不可能である。そこで、本発明では、２つのフライアイレンズ間にダイクロイック帯域通過フィルタを設ける手法を提案し、これにより、２つの光源からの光を再結合することができる。
【００５０】
図６は、２つの光源からの光の再結合の結果を示している。
【００５１】
統合ロッド構成（integration rod configuration）の場合、ロッドの限られた断面において光を結合させる必要がある。単一の発光体を用いる構成では、フライアイレンズ構成の場合と同様に、ダイクロイック帯域通過フィルタを用いることができる。しかしながら、発光体アレーからの光の結合は、パイプの断面が限定されているために困難である。そこで、本発明では、統合ロッドに一連のダイクロイック帯域通過フィルタを組み込む手法を提案する。各発光体及び対応するフィルタは、それぞれ少しずつ異なる波長を有している。
【発明の効果】
【００５２】
従来の技術に対する本発明の主な利点は、最小限の変更で既存の投射機のアーキテクチャに第２の光源を統合できるという点である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
以下、本発明について、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００５４】
以下の説明では、同じ又は等価の機能及び構造を有する要素及びコンポーネントには、共通の符号を付している。これらの要素及びコンポーネントについては、詳細な説明を繰り返さない。
【００５５】
図１は、本発明に基づく照明装置１０を備える投射エンジン１の構成を示している。図１に示す実施例では、照明装置１０は、第１の光源装置１１と、第２の光源装置１２とを備える。第１の光源装置１１は、第１の一次照射光（first primary illumination light）Ｌ１１を生成（generate）し、準備し（provide）、出射する（emit）。第２の光源装置１２は、第２の一次照明光Ｌ１２を生成し、準備し、出射する。これら第１及び第２の一次照明光Ｌ１１、Ｌ１２は、図１に示す実施例においては、例えばダイクロイック帯域通過フィルタ１５−３である光結合領域（area）１５、部（section）１５、部分（portion）１５又は素子（device）１５に入射され、空間的な関係において、集光（light collecting）、統合（integrating）及び光路変更（redirecting）領域２０、部２０、部分２０、ユニット２０、特にその光統合領域５０、部５０、部分５０又は素子５０において結合される。この光結合素子１５において、第１及び第２の一次照明光Ｌ１１、Ｌ１２は、結合され及び／又は重畳（superposed）され、重畳光（superposition）又は結合光（combination）として、すなわち、結合された一次照明光（primary illumination light）ＣＬ１として、光結合素子１５から出射される。
【００５６】
結合された一次照明光ＣＬ１は、集光、統合及び光路変更ユニット２０又は光統合素子５０の働きにより、そのエネルギ分布又は密度に関して均一になり、二次照明光Ｌ２として、集光、統合及び光路変更領域２０、部２０、部分２０又はユニット２０又はその光統合素子５０から光出射面（light output surface）５０Ｏを介して出射される。
【００５７】
この二次照明光Ｌ２は、照射領域（illumination area）Ｓ２を有する光入射面（light input surface）４０Ｉを介して光弁素子（light valve device）４０に入射し、照射領域Ｓ２を有する光出射面４０Ｏを介して、光弁素子４０から出射され、投射光学系（projection optics）７０及び表示画面８０からなる表示光学系（display optics）６０に入射する。ここで、光弁素子４０は、条件に応じて適切に二次照明光Ｌ２と相互の作用することによって、表示画面８０に表示すれる画像を制御可能に生成する。
【００５８】
図２は、本発明の更なる好ましい実施例である照明装置１０の側断面図である。図２に示す実施例では、第１の光源装置１１は、発光ダイオード（light emitting diode）、すなわちＬＥＤ３１からなり、ＬＥＤ３１の後段にはコンデンサ素子１１ｃが設けられている。第２の光源装置１２は、超高圧放電ランプ（ultra-high pressure discharge lamp）、すなわちＵＨＰランプ３２からなり、この第２の光源装置１２の光は、放物面反射器３２ｒを用いて集光され、向きを変更される。図２に示す実施例の光結合素子１５は、発光ダイオード３１及びＵＨＰランプ３２に割り当てられた第１のフライアイレンズ（fly-eye lense）１５−１、１５−２を備える。更に、ダイクロイック帯域通過フィルタ１５−３も設けられている。
【００５９】
第１及び第２の一次照明光Ｌ１１及びＬ１２は、それぞれコンデンサ素子１１ｃ及び放物面反射器１２ｒとの相互作用を経て、それぞれ割り当てられた第１のフライアイレンズ１５−１、１５−２を通過し、ダイクロイック帯域通過フィルタ１５−３の働きによって結合される。これにより、結合された一次照明光ＣＬ１が生成され、光結合素子１５から出射される。この結合された一次照明光ＣＬ１は、光結合素子１５から第２のフライアイレンズ５２からなる光統合素子５０を備える集光、統合及び光路変更ユニット２０に入射する。この結合された一次照明光ＣＬ１は、第２のフライアイレンズ５２の働きに基づき、その空間的なエネルギ分布に関して均一になり、二次照明光Ｌ２に変換され、集光、統合及び光路変更ユニット２０から出射される。この二次照明光Ｌ２は、照射及び投射の目的で用いることができる。
【００６０】
図３に示す実施例は、図２に示す実施例と略同様であるが、第１の光源装置１１が発光ダイオード３１からなる、複数の固体光源３１のアレー３３を備えている点が第２に示す実施例と異なっている。これに応じて、第１の光源装置１１の後段には、第１のインテグレータロッド（integrator rod）１１ｕ−１の構成体又はアレーと、これに続く単一の第２の統合ロッド１１ｕ−２によって構成されたコリメータ及び均一化素子（collimator and uniformer device）１１ｕが設けられている。第１の統合ロッド１１ｕ−１のそれぞれは、アレー３３の発光ダイオード３１の１つに固有に割り当てられている。
【００６１】
図３に示す実施例の残りのコンポーネントは、図２に示す実施例と同様である。ここでも集光、統合及び光路変更ユニット２０の光統合素子５０として第２のフライアイレンズ５２を用いている。
【００６２】
集光、統合及び光路変更ユニット２０のための光統合素子５０としてフライアイレンズ５２を用いている図２及び図３に示す実施例とは異なり、図５に示す実施例は、集光、統合及び光路変更ユニット２０用の光統合素子５０として、所謂統合ロッド５１又は光パイプ（light pipe）５１を用いている。
【００６３】
図４は、２つの異なるスペクトル域に対して、光源装置の一部として高圧ランプ１２を用いている本発明に基づく照明装置１０のハイブリッド状態（hybrid situation）を示している。更に、図４に示す実施例では、混合処理を行った後の光混合素子５５から出射される混合光の色特性を向上させるために、固体光源装置１１が設けられてており、固体光源装置１１は、高圧ランプ１２の光に余り含まれていない色又はスペクトル領域の光を一次照明光Ｌ１、したがって二次照明光Ｌ２に加える。この混合処理の間に、均一化（uniformization）も同時に行われる
なお、均一化は、フライアイレンズ及び統合ロッドのいずれかを用いて、光混合素子５５の前段で行ってもよい。
【００６４】
図５に示す実施例では、アレー３３及び第１の光源装置１１を構成し、異なるスペクトル特性又は色特性を有する異なる発光ダイオード３１又はレザーダイオードからの第１の一次照明光Ｌ１をＵＨＰランプ３２からの一次照明光Ｌ１２に結合して、結合された一次照明光ＣＬ１及び二次照明光Ｌ２を生成する。
【００６５】
図５に示す実施例では、第２の光源装置１２を構成するＵＨＰランプ３２からの第２の一次照明光Ｌ１２は、光入射部（light entrance section）５０Ｉ、５１Ｉの前面又は主光入射領域（main light entrance area）５０Ｉ、５１Ｉを直接通って、集光、統合及び光路変更ユニット２０の光統合素子５０を構成する統合ロッド５１に入射する。
【００６６】
これに対し、異なる発光ダイオード３１からの第１の一次照明光Ｌ１１は、統合ロッド又はインテグレータロッド５１の側壁又は側面５０ｓ、５１ｓを介して、統合ロッド又はインテグレータロッド５１に入射する。
【００６７】
更に、統合ロッド５１は、その構造内に、ダイクロイック帯域通過フィルタ１５−３からなる複数の光結合素子１５を備える。したがって、結合された一次照明光ＣＬ１は、集光、統合及び光路変更ユニット２０の構造によって、異なる種類の一次照明光Ｌ１１及びＬ１２を統合し、均一化する処理と同時に生成される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の動作原理を説明するブロック図である。
【図２】本発明に基づく照明装置及び投射システムの好ましい実施例を示す側断面図である。
【図３】本発明に基づく照明装置及び投射システムの好ましい実施例を示す側断面図である。
【図４】本発明に基づく照明装置及び投射システムの好ましい実施例を示す側断面図である。
【図５】本発明に基づく照明装置及び投射システムの好ましい実施例を示す側断面図である。
【図６】本発明によって実現される幾つかのスペクトル特性及び特徴を説明するための図である。
【図７】本発明によって実現される幾つかのスペクトル特性及び特徴を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  投射エンジン、１０  照明装置、１１  第１の光源装置、１１ｃ  コリメータ、コンデンサ素子、１１ｕ  均一化器、１１ｕ−１  第１の均一化統合ロッド、第１の均一化光パイプ、１１ｕ−２  第２の均一化統合ロッド、第２の均一化光パイプ、１２  第２の光源装置、１５  光結合領域、部、部分又は素子、１５−１  第１のフライアイレンズ系、１５−２  第１のフライアイレンズ系、１５−３  ダイクロイック帯域通過フィルタ、２０  集光、統合及び光路変更領域、部、部分又はユニット、３１  固体光源、ＬＥＤ、３２  放電ランプ、ＵＨＰランプ、ＨＩＤランプ、３２ｒ  反射器、３３  固体光源のアレー、４０  光弁素子又はユニット、４０Ｉ  光入射部、光入口、４０Ｏ  光出射部、光出口、５０  光統合素子、５０Ｉ  光入射部、光入口、５０Ｏ  光出射部、光出口、５０ｓ  内壁側壁、５１  インテグレータ又は統合ロッド、固体ロッド、光パイプ、５１Ｉ  光入射部、光入口、５１Ｏ  光出射部、光出口、５１ｓ  内壁側壁、５２  フライレンズ系、６０  表示光学系、７０  投射光学系、８０  表示画面、Ｌ１１  第１の一次照明光、Ｌ１２  第２の一次照明光、Ｌ２  二次照明光、ＣＬ１  結合された一次照明光、Ｌ２  照射又は放射面、Ｌ  ランプ構成体
【図１】
2005049851.tif 000003
【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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【外国語明細書】
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2005049851.tif 000023
2005049851.tif 000024
2005049851.tif 000025
【請求項１】
2005049851.tif 000026
2005049851.tif 000027
2005049851.tif 000028
2005049851.tif 000029
2005049851.tif 000030
【図１】
2005049851.tif 000031
【図２】
2005049851.tif 000032
【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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