(57)【要約】高効率照明システム、スクローリングユニット及びそれを採用したプロジェクションシステムが開示されている。  この開示されたスクローリングユニットは、少なくとも１つのレンズセルを含み、前記少なくとも１つのレンズセルの回転運動が前記少なくとも１つのレンズセルに入射される光を基準としてみる時、レンズアレイの直線運動に転換されて入射光をスクロールすることを特徴とする。プロジェクションシステムは、光源と、前記光源から照射された光を波長によって分離させる光分離器と、入射面と出射面とを有し、入射光をセル単位に分けるための少なくとも１つのレンズセルを有し、前記少なくとも１つのレンズセルの回転運動がセル単位に分けられた光ビームの直線運動を引き起こすようになって入射光をスクロールする少なくとも１つのスクローリングユニットと、前記光源から照射された光が前記光分離器及びスクローリングユニットを経由してカラー別に分離されて結ばれ、入力された画像信号によって処理してカラー画像を形成するライト弁とを含む。
2006503312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を照射するバルブと、
前記バルブから照射された光が反射されて開放部を通じて出射される反射鏡と、
前記開放部の一部に設置される少なくとも１つの反射部と、を具備したことを特徴とする照明システム。
【請求項２】
前記反射鏡が楕円鏡または放物鏡であることを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの反射部が前記開放部に対称的に設置されることを特徴とする請求項１または２に記載の照明システム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの反射部が前記開放部に非対称的に設置されることを特徴とする請求項１または２に記載の照明システム。
【請求項５】
光を照射するバルブと、
前記バルブから照射された光が反射される反射鏡と、
前記バルブの一部面に設置された反射部とを具備したことを特徴とする照明システム。
【請求項６】
前記反射鏡は楕円鏡または放物鏡であることを特徴とする請求項５に記載の照明システム。
【請求項７】
前記反射部が反射鏡と対向するバルブの球面の一部に具備されることを特徴とする請求項５または６に記載の照明システム。
【請求項８】
前記反射部がバルブの球面にコーティングされて形成されたことを特徴とする請求項５に記載の照明システム。
【請求項９】
照明システムから照射された光をライト弁を利用して入力された画像信号によって処理することによって画像を形成し、この画像を投射レンズユニットによりスクリーン側に拡大投射させるプロジェクションシステムにおいて、前記照明システムは、
光を照射するバルブと、
前記バルブから照射された光が反射されて開放部を通じて出射される反射鏡と、
前記開放部の一部に設置される少なくとも１つの反射部とを具備することを特徴とするプロジェクションシステム。
【請求項１０】
前記反射鏡は楕円鏡または放物鏡であることを特徴とする請求項９に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１１】
前記照明システムから照射された光を波長によって分離させる光分離器と、
少なくとも１つのレンズセルを有し、前記照明システムから照射された光をスクロールするように前記少なくとも１つのレンズセルの回転運動を、光が通過されるレンズセルの直線運動に転換させるスクローリングユニットとを含むことを特徴とする請求項９または１０に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１２】
前記スクローリングユニットを通過した光を前記ライト弁の少なくとも２つの領域にカラー別に集束させてカラーバーを形成する少なくとも１つのフライアイレンズアレイを具備することを特徴とする請求項１１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのフライアイレンズアレイを通過した光を前記ライト弁まで伝達するリレーレンズを具備することを特徴とする請求項１２に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１４】
前記光分離器は相異なる角度に傾斜して隣接配列され、入射光を波長によって選択的に透過及び反射させる第１ないし第３ダイクロイックフィルタを具備したことを特徴とする請求項１１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１５】
前記光分離器は平行に配列され、入射光を波長によって選択的に透過及び反射させる第１ないし第３ダイクロイックフィルタを具備したことを特徴とする請求項１１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１６】
前記光分離器の前にプリズムがさらに具備されることを特徴とする請求項１５に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１７】
前記スクローリングユニットの前に第１シリンダーレンズが、前記スクローリングユニットの後に前記第１シリンダーレンズと１対をなす第２シリンダーレンズが配置されて入射光の幅が調節されることを特徴とする請求項１１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１８】
前記スクローリングユニットは少なくとも１つのレンズセルを具備し、前記スクローリングユニットの回転運動が入射光を基準としてみる時、前記レンズセルの直線運動に転換されることを特徴とする請求項１１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのレンズセルは螺旋状に配列されたことを特徴とする請求項１８に記載のプロジェクションシステム。
【請求項２０】
前記レンズセルは円筒形レンズであることを特徴とする請求項１９に記載のプロジェクションシステム。
【請求項２１】
前記スクローリングユニットはディスク型に形成されたことを特徴とする請求項１９または２０に記載のプロジェクションシステム。
【請求項２２】
照明システムから照射された光をライト弁を利用して入力された画像信号によって処理することによって画像を形成し、この画像を投射レンズユニットによりスクリーン側に拡大投射させるプロジェクションシステムにおいて、前記照明システムは、
光を照射するバルブと、
前記バルブから照射された光が反射される反射鏡と、
前記バルブの一部面に設置された反射部とを具備したことを特徴とするプロジェクションシステム。
【請求項２３】
前記反射鏡は楕円鏡または放物鏡であることを特徴とする請求項２２に記載のプロジェクションシステム。
【請求項２４】
前記照明システムから照射された光を波長によって分離させる光分離器と、
少なくとも１つのレンズセルを有し、前記照明システムから照射された光をスクロールするように前記少なくとも１つのレンズセルの回転運動を、光が通過されるレンズセルの直線運動に転換させるスクローリングユニットとを含むことを特徴とする請求項２２または２３に記載のプロジェクションシステム。
【請求項２５】
前記スクローリングユニットを通過した光を前記ライト弁の少なくとも２つの領域にカラー別に集束させてカラーバーを形成する少なくとも１つのフライアイレンズアレイを具備することを特徴とする請求項２４に記載のプロジェクションシステム。
【請求項２６】
前記少なくとも１つのフライアイレンズアレイを通過した光を前記ライト弁まで伝達するリレーレンズを具備することを特徴とする請求項２５に記載のプロジェクションシステム。
【請求項２７】
前記光分離器は相異なる角度に傾斜して隣接配列され、入射光を波長によって選択的に透過及び反射させる第１ないし第３ダイクロイックフィルタを具備したことを特徴とする請求項２４に記載のプロジェクションシステム。
【請求項２８】
前記光分離器は平行に配列され、入射光を波長によって選択的に透過及び反射させる第１ないし第３ダイクロイックフィルタを具備したことを特徴とする請求項２４に記載のプロジェクションシステム。
【請求項２９】
前記光分離器の前にプリズムがさらに具備されることを特徴とする請求項２８に記載のプロジェクションシステム。
【請求項３０】
前記スクローリングユニットの前に第１シリンダーレンズが、前記スクローリングユニットの後に前記第１シリンダーレンズと１対をなす第２シリンダーレンズが配置されて入射光の幅が調節されることを特徴とする請求項２４に記載のプロジェクションシステム。
【請求項３１】
前記スクローリングユニットは少なくとも１つのレンズセルを具備し、前記スクローリングユニットの回転運動がスクローリングユニットに入射する光を基準としてみる時、前記レンズセルの直線運動に転換されることを特徴とする請求項２４に記載のプロジェクションシステム。
【請求項３２】
前記少なくとも１つのレンズセルは螺旋状に配列されたことを特徴とする請求項３１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項３３】
前記レンズセルは円筒形レンズであることを特徴とする請求項３２に記載のプロジェクションシステム。
【請求項３４】
前記スクローリングユニットはディスク型に形成されたことを特徴とする請求項３２または３３に記載のプロジェクションシステム。
【請求項３５】
入射光をスクロールさせるためのスクローリングユニットであって、
回転軸と、
入射面と出射面とを有し、入射光をセル単位に分け、前記スクローリングユニットの回転運動がセル単位に分けられた光ビームの直線運動を引き起こすようになった少なくとも１つのレンズセルと、を含むことを特徴とするスクローリングユニット。
【請求項３６】
前記光ビームの直線運動は前記回転軸に対して近づくか、または遠ざかる方向に行われることを特徴とする請求項３５に記載のスクローリングユニット。
【請求項３７】
前記スクローリングユニットの回転運動は前記光ビームの直線運動を周期的に反復させることを特徴とする請求項３５に記載のスクローリングユニット。
【請求項３８】
前記レンズセルは螺旋状に配列されたことを特徴とする請求項３５ないし３７のうち何れか一項に記載のスクローリングユニット。
【請求項３９】
前記スクローリングユニットはディスク型であることを特徴とする請求項３８に記載のスクローリングユニット。
【請求項４０】
前記レンズセルは円筒形レンズであることを特徴とする請求項３８または３９に記載のスクローリングユニット。
【請求項４１】
少なくとも１つのレンズセルを含み、前記少なくとも１つのレンズセルの回転運動が前記少なくとも１つのレンズセルに入射される光を基準としてみる時、レンズアレイの直線運動に転換されて入射光をスクロールさせるようになったことを特徴とするスクローリングユニット。
【請求項４２】
前記少なくとも１つのレンズセルは螺旋状に配列されたことを特徴とする請求項４１に記載のスクローリングユニット。
【請求項４３】
前記レンズセルは円筒形レンズであることを特徴とする請求項４２に記載のスクローリングユニット。
【請求項４４】
前記スクローリングユニットはディスク型に形成されたことを特徴とする請求項４１ないし４３のうち何れか一項に記載のスクローリングユニット。
【請求項４５】
前記レンズセルが入射光をカラー別に分離させるように回折光学素子またはホログラム光学素子で形成されることを特徴とする請求項４１ないし４３のうち何れか一項に記載のスクローリングユニット。
【請求項４６】
前記レンズセルに対して法線をひいた時に隣接するレンズセル間の間隔が同一であり、隣接するレンズセルの法線ベクトルが同一であるように各レンズセルが配列されたことを特徴とする請求項４１ないし４３のうち何れか一項に記載のスクローリングユニット。
【請求項４７】
前記レンズセルの螺旋状曲線の軌跡（Ｑｋｘ,Ｑｋｙ）は次の条件式を満足することを特徴とする請求項４６に記載のスクローリングユニット。
【数１】
2006503312.tif 000031
ここで、Ｑ１,ｘ及びＱ１,ｙは、１番目のレンズセルのｘ座標及びｙ座標を示し、ｋは、自然数を、θ２は隣接曲線の回転角を示す。
【請求項４８】
前記スクローリングユニットの断面が同じ半径を有する円弧状よりなったことを特徴とする請求項４１ないし４３のうち何れか一項に記載のスクローリングユニット。
【請求項４９】
前記レンズセルがバイナリタイプ、連続的リリーフタイプ、マルチスタッフタイプ、マルチオーダー屈折レンズタイプ、薄いホログラムタイプ及びボリュームホログラムタイプのうち何れか１つのタイプで形成されることを特徴とする請求項４８に記載のスクローリングユニット。
【請求項５０】
入射光をスクロールさせるためのスクローリングユニットであって、
少なくとも１つのレンズセルを含み、前記少なくとも１つのレンズセルの位置が入射光を基準としてみる時、前記スクローリングユニットが所定の回転軸を中心として回転することによって変わることを特徴とするスクローリングユニット。
【請求項５１】
前記レンズセルの位置が変わる方向は前記回転軸から近づくか、または遠ざかる方向であることを特徴とする請求項５０に記載のスクローリングユニット。
【請求項５２】
前記スクローリングユニットの回転運動は前記レンズセルの位置を周期的に反復させることを特徴とする請求項５０または５１に記載のスクローリングユニット。
【請求項５３】
前記レンズセルは螺旋状に配列されたことを特徴とする請求項５０または５１に記載のスクローリングユニット。
【請求項５４】
前記スクローリングユニットはディスク型であることを特徴とする請求項５３に記載のスクローリングユニット。
【請求項５５】
前記レンズセルは円筒形レンズであることを特徴とする請求項５０または５１に記載のスクローリングユニット。
【請求項５６】
光源と、
前記光源から照射された光を波長によって分離させる光分離器と、
少なくとも１つのレンズセルを具備し、前記少なくとも１つのレンズセルの回転運動をレンズセルを通過する光を基準としてみる時、レンズアレイの直線運動に転換させることによって入射光をスクロールする少なくとも１つのスクローリングユニットと、
前記光源から照射された光が前記光分離器及びスクローリングユニットを経由してカラー別に分離されて結ばれ、入力された画像信号によって処理してカラー画像を形成するライト弁とを含むことを特徴とするプロジェクションシステム。
【請求項５７】
前記少なくとも１つのレンズセルは螺旋状に配列されたことを特徴とする請求項５６に記載のプロジェクションシステム。
【請求項５８】
前記レンズセルは円筒形レンズであることを特徴とする請求項５７に記載のプロジェクションシステム。
【請求項５９】
前記スクローリングユニットはディスク型であることを特徴とする請求項５６ないし５８のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項６０】
前記スクローリングユニットとライト弁間の光路上に少なくとも１つのフライアイレンズアレイが具備されることを特徴とする請求項５６ないし５８のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項６１】
前記少なくとも１つのフライアイレンズアレイを通過した光を前記ライト弁に結ばせるためのリレーレンズが具備されることを特徴とする請求項６０に記載のプロジェクションシステム。
【請求項６２】
前記光分離器は相異なる角度に傾斜して隣接配列され、入射光を波長によって選択的に透過及び反射させる第１ないし第３ダイクロイックフィルタを具備し、前記光分離器の次に前記スクローリングユニットが配置されることを特徴とする請求項５６ないし５８のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項６３】
前記光分離器は平行に配列され、入射光を波長によって選択的に透過及び反射させる第１ないし第３ダイクロイックフィルタを具備し、前記光分離器の前に前記スクローリングユニットが配置されることを特徴とする請求項５６ないし５８のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項６４】
前記光分離器の前にプリズムがさらに具備されることを特徴とする請求項６３に記載のプロジェクションシステム。
【請求項６５】
前記スクローリングユニットの前に第１シリンダーレンズが、前記スクローリングユニットの後に前記第１シリンダーレンズと１対をなす第２シリンダーレンズが配置されて入射光の幅が調節されることを特徴とする請求項５６ないし５８のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項６６】
前記スクローリングユニットの前に第１シリンダーレンズが、前記スクローリングユニットの後に前記第１シリンダーレンズと１対をなす第２シリンダーレンズが配置されて入射光の幅が調節されることを特徴とする請求項６１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項６７】
前記レンズセルが回折光学素子またはホログラム光学素子で形成されることを特徴とする請求項５６ないし５８のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項６８】
前記レンズセルに対して法線をひいた時、隣接するレンズセル間の間隔が同一であり、隣接するレンズセルの法線ベクトルが同一であるように各レンズセルが配列されたことを特徴とする請求項５６ないし５８のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項６９】
前記レンズセルの螺旋状曲線の軌跡（Ｑｋｘ,Ｑｋｙ）は次の条件式を満足することを特徴とする請求項６８に記載のプロジェクションシステム。
【数２】
2006503312.tif 000032
ここで、Ｑ１,ｘ及びＱ１,ｙは、１番目のレンズセルのｘ座標及びｙ座標を示し、ｋは、整数を、θ２は、隣接曲線の回転角を示す。
【請求項７０】
前記スクローリングユニットの断面が同じ半径を有する円弧状よりなったことを特徴とする請求項５６ないし５８のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項７１】
前記レンズセルがバイナリタイプ、連続的リリーフタイプ、マルチスタッフタイプ、マルチオーダー屈折レンズタイプ、薄いホログラムタイプ及びボリュームホログラムタイプのうち何れか１つのタイプで形成されることを特徴とする請求項６７に記載のプロジェクションシステム。
【請求項７２】
前記スクローリングユニットのレンズセルの数は前記ライト弁の動作周波数と同期を合わせるように決定されることを特徴とする請求項５６ないし５８のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項７３】
前記スクローリングユニットの回転周波数は前記ライト弁の動作周波数と同期とを合わせるように調節されることを特徴とする請求項５６ないし５８のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項７４】
光源と、
少なくとも１つのセルが具備され、前記少なくとも１つのセルの回転運動を入射光を基準としてセルアレイの直線運動に転換させることによって入射光をスクロールし、前記光源から照射された光を波長によって分離させるように回折光学素子型またはホログラム光学素子型で製作された少なくとも１つのユニットと、
前記光源から照射された光が前記少なくとも１つのユニットを経由してカラー別に分離されて結ばれ、入力された画像信号によって処理されてカラー画像を形成するライト弁とを含むことを特徴とするプロジェクションシステム。
【請求項７５】
前記少なくとも１つのセルは螺旋状に配列されたことを特徴とする請求項７４に記載のプロジェクションシステム。
【請求項７６】
前記セルアレイの直線運動は回転軸に対して近づくか、または遠ざかる方向に行われることを特徴とする請求項７５に記載のプロジェクションシステム。
【請求項７７】
前記ユニットはディスク型であることを特徴とする請求項７４ないし７６のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項７８】
前記ユニットとライト弁間の光路上に少なくとも１つのフライアイレンズアレイが具備されることを特徴とする請求項７４ないし７６のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項７９】
前記少なくとも１つのフライアイレンズアレイを通過した光を前記ライト弁に結ばせるためのリレーレンズが具備されることを特徴とする請求項７８に記載のプロジェクションシステム。
【請求項８０】
前記ユニットの前に第１シリンダーレンズが、前記スクローリングユニットの後に前記第１シリンダーレンズと１対をなす第２シリンダーレンズが配置されて入射光の幅が調節されることを特徴とする請求項７４ないし７６のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項８１】
前記ユニットの前に第１シリンダーレンズが、前記スクローリングユニットの後に前記第１シリンダーレンズと１対をなす第２シリンダーレンズが配置されて入射光の幅が調節されることを特徴とする請求項７８に記載のプロジェクションシステム。
【請求項８２】
光源と、
前記光源から照射された光を波長によって分離させる光分離器と、
入射面と出射面を有し、入射光をセル単位に分けるための少なくとも１つのレンズセルを有し、前記少なくとも１つのレンズセルの回転運動がセル単位に分けられた光ビームの直線運動を引き起こすようになって入射光をスクロールする少なくとも１つのスクローリングユニットと、
前記光源から照射された光が前記光分離器及びスクローリングユニットを経由してカラー別に分離されて結ばれ、入力された画像信号によって処理してカラー画像を形成するライト弁を含むことを特徴とするプロジェクションシステム。
【請求項８３】
前記少なくとも１つのレンズセルは螺旋状に配列されたことを特徴とする請求項８２に記載のプロジェクションシステム。
【請求項８４】
前記レンズセルは円筒形レンズであることを特徴とする請求項８３に記載のプロジェクションシステム。
【請求項８５】
前記スクローリングユニットはディスク型であることを特徴とする請求項８２ないし８４のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項８６】
前記直線運動はレンズセルの回転軸に対して近づくか、または遠ざかる方向に行われることを特徴とする請求項８２ないし８４のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項８７】
前記スクローリングユニットとライト弁間の光路上に少なくとも１つのフライアイレンズアレイが具備されることを特徴とする請求項８２ないし８４のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項８８】
前記少なくとも１つのフライアイレンズアレイを通過した光を前記ライト弁に結ばせるためのリレーレンズが具備されることを特徴とする請求項８７に記載のプロジェクションシステム。
【請求項８９】
前記光分離器は相異なる角度に傾斜して隣接配列され、入射光を波長によって選択的に透過及び反射させる第１ないし第３ダイクロイックフィルタを具備し、前記光分離器の次に前記スクローリングユニットが配置されることを特徴とする請求項８２ないし８４のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項９０】
前記光分離器は相異なる角度に傾斜して隣接配列され、入射光を波長によって選択的に透過及び反射させる第１ないし第３ダイクロイックフィルタを具備し、前記光分離器次に前記スクローリングユニットが配置されることを特徴とする請求項８７に記載のプロジェクションシステム。
【請求項９１】
前記光分離器は平行に配列され、入射光を波長によって選択的に透過及び反射させる第１ないし第３ダイクロイックフィルタを具備し、前記光分離器の前に前記スクローリングユニットが配置されることを特徴とする請求項８２ないし８４のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項９２】
前記光分離器の前にプリズムがさらに具備されることを特徴とする請求項９１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項９３】
前記光分離器は平行に配列され、入射光を波長によって選択的に透過及び反射させる第１ないし第３ダイクロイックフィルタを具備し、前記光分離器の前に前記スクローリングユニットが配置されることを特徴とする請求項８７に記載のプロジェクションシステム。
【請求項９４】
前記スクローリングユニットの前に第１シリンダーレンズが、前記スクローリングユニットの後に前記第１シリンダーレンズと１対をなす第２シリンダーレンズが配置されて入射光の幅が調節されることを特徴とする請求項８２ないし８４のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項９５】
前記スクローリングユニットの前に第１シリンダーレンズが、前記スクローリングユニットの後に前記第１シリンダーレンズと１対をなす第２シリンダーレンズが配置されて入射光の幅が調節されることを特徴とする請求項８７に記載のプロジェクションシステム。
【請求項９６】
光源と、
前記光源から照射された光を波長によって分離させる光分離器と、
少なくとも１つのレンズセルを有し、前記少なくとも１つのレンズセルの位置が入射光を基準としてみる時、前記少なくとも１つのレンズセルが所定の回転軸を中心として回転するにつれて変わることによって入射光をスクロールする少なくとも１つのスクローリングユニットと、
前記光分離器及びスクローリングユニットを経由してカラー別に分離されて結ばれる光を入力された画像信号によって処理してカラー画像を形成するライト弁とを含むことを特徴とするプロジェクションシステム。
【請求項９７】
前記少なくとも１つのレンズセルは螺旋状に配列されたことを特徴とする請求項９６に記載のプロジェクションシステム。
【請求項９８】
前記レンズセルは円筒形レンズであることを特徴とする請求項９７に記載のプロジェクションシステム。
【請求項９９】
前記スクローリングユニットはディスク型であることを特徴とする請求項９６ないし９８のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１００】
前記レンズセルの移動が前記回転軸に対して近づくか、または遠ざかる方向に行われることを特徴とする請求項９６ないし９８のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１０１】
前記光分離器とスクローリングユニットとを通過した光をカラー別に前記ライト弁の相異なる領域に結ばせてカラーバーを形成するための手段を含むことを特徴とする請求項９６ないし９８のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１０２】
前記カラーバー形成手段は少なくとも１つのフライアイレンズアレイを具備することを特徴とする請求項１０１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１０３】
前記カラーバー形成手段は前記少なくとも１つのフライアイレンズアレイを通過した光を前記ライト弁に結ばせるためのリレーレンズが具備されることを特徴とする請求項１０２に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１０４】
前記光分離器は相異なる角度に傾斜して隣接配列され、入射光を波長によって選択的に透過及び反射させる第１ないし第３ダイクロイックフィルタを具備し、前記光分離器の次に前記スクローリングユニットが配置されることを特徴とする請求項９６ないし９８のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１０５】
前記光分離器は相異なる角度に傾斜して隣接配列され、入射光を波長によって選択的に透過及び反射させる第１ないし第３ダイクロイックフィルタを具備し、前記光分離器の次に前記スクローリングユニットが配置されることを特徴とする請求項１０１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１０６】
前記光分離器は平行に配列され、入射光を波長によって選択的に透過及び反射させる第１ないし第３ダイクロイックフィルタを具備し、前記光分離記の前に前記スクローリングユニットが配置されることを特徴とする請求項９６ないし９８のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１０７】
前記光分離記の前にプリズムがさらに具備されることを特徴とする請求項１０６に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１０８】
前記光分離器は平行に配列され、入射光を波長によって選択的に透過及び反射させる第１ないし第３ダイクロイックフィルタを具備し、前記光分離記の前に前記スクローリングユニットが配置されることを特徴とする請求項１０１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１０９】
前記スクローリングユニットの前に第１シリンダーレンズが、前記スクローリングユニットの後に前記第１シリンダーレンズと１対をなす第２シリンダーレンズが配置されて入射光の幅が調節されることを特徴とする請求項９６ないし９８のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１１０】
前記スクローリングユニットの前に第１シリンダーレンズが、前記スクローリングユニットの後に前記第１シリンダーレンズと１対をなす第２シリンダーレンズが配置されて入射光の幅が調節されることを特徴とする請求項１０１に記載のプロジェクションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高効率照明システム、入射光のスクローリングのためのスクローリングユニット及びそれを採用したプロジェクションシステムに係り、さらに詳しくは、単板式構造で光効率を増加させ、コンパクト化できるように光源のエテンデュを減らした高効率照明システム、スクローリング方式を改善したスクローリングユニット及びそれらを採用したプロジェクションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクションシステムは高出力ランプを光源から出射された光を画素単位でオン／オフ制御して画像を形成するライト弁の数によって３板式と単板式とに分けられる。単板式プロジェクションシステムは、３板式に比べて光学系構造を小さくできるが、白色光をシーケンシャル方式で赤色光Ｒ、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）カラーに分離して使用するので、３板式に比べて光効率が１／３に落ちる問題点がある。したがって、単板式プロジェクションシステムの場合には光効率を増加させるための努力が進んできた。
【０００３】
従来の単板式スクローリングプロジェクションシステムが米国特許２００２／１９１１５４  Ａ１号に開示されている。このプロジェクションシステムは図１に示すように、光源１００から照射された白色光が第１及び第２レンズアレイ１０２、１０４と偏光ビームスプリッターアレイ１０５とを経由して第１ないし第４ダイクロイックフィルタ１０９、１１２、１２２、１３９によりＲ、Ｇ、Ｂの三色光に分離される。まず、前記第１ダイクロイックフィルタ１０９により、例えばＲとＧとは透過されて第１光路Ｉ１を進み、Ｂは反射されて第２光路Ｉ２に進む。そして、前記第１光路Ｉ１を進むＲとＧとは前記第２ダイクロイックフィルタ１１２によりさらに分離される。前記第２ダイクロイックフィルタ１１２によりＲは透過されて第１光路Ｉ１を直進し続け、Ｇは反射されて第３光路Ｉ３を進む。
【０００４】
前記のように前記光源１００から照射された光がＧ、Ｇ、Ｂに分離されてそれぞれに対応する第１ないし第３プリズム１１４、１３５、１４２を通過しつつスクロールされる。前記第１ないし第３プリズム１１４、１３５、１４２は前記第１ないし第３光路Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３にそれぞれ配置されて均一な速度で回転されることによってＲ、Ｇ、Ｂの三色のカラーバーがスクロールされる。第２及び第３光路Ｉ２、Ｉ３に沿ってそれぞれ進んでいたＧとＢとが第３ダイクロイックフィルタ１３９により反射及び透過されて合成され、最終的に第４ダイクロイックフィルタ１２２によりＲ、Ｇ、Ｂの三色光が合成されて偏光ビームスプリッター１２７を通過し、ライト弁１３０により画像を形成する。ここで、説明していない符号の１２５は偏光器を、１１８及び１３３は光路変換器をそれぞれ示す。
【０００５】
第１ないし第３プリズム１１４、１３５、１４２の回転によりＲ、Ｇ、Ｂのカラーバーがスクロールされる過程が図２に示されている。それは各カラーに対応するプリズムを同期を合わせて回転させる時にライト弁１３０面に形成されたカラーバーの周期的な移動を示したものである。例えば、ライト弁１３にＲ、Ｇ、Ｂのカラーバーが形成されるとする時、図２に示すようにＲ、Ｇ、Ｂのカラーバーが一回循環した時に一フレームのカラー画像が形成される。
【０００６】
ライト弁１３０で各画素に対するオン／オフ信号によって処理してカラー画像が形成され、そのカラー画像は投射レンズユニット（図示せず）を経て拡大されてスクリーンに結ばれる。
【０００７】
前記のような方法は各カラー別に光路をそれぞれ使用するので、各カラー別にレンズをそれぞれ具備せねばならず、分離された光をさらに集めるための部品が必要なので、体積が大きくなり、組立てが難しいだけでなく光路が複雑で、光軸の整列が難しい問題点がある。また、色分離をした後、さらに集める過程で光線のエテンデュ値も大きくなる。エテンデュＥとは、任意の光学系で光学的保存物理量を示すものであって、次のような式により求められる。
【０００８】
【数３】
2006503312.tif 000003
ここで、Ａは、エテンデュを測定しようとする対象体の面積であり、Ｆｎｏは、レンズのＦナンバーを示す。式（１）によれば、エテンデュは対象体の面積とＦナンバーにより決定され、光学系の幾何学的な構成による物理量であって、光学系の出発点でのエテンデュと終点でのエテンデュとが同じで初めて光効率の側面で最適と言える。例えば、出発点でのエテンデュより終点でのエテンデュが大きければ、光学系の体積が大きくなり、出発点でのエテンデュより終点でのエテンデュが小さくなれば、光損失が発生しうる。光源のエテンデュが大きければ、後続のレンズに入射する光線の角度が大きくなってシステムの全体的な体積が大きくなるので、それを満足する光学系の構成が難しくなる。したがって、エテンデュを減らすことが光学系の構成を容易にできる一方法になりうる。
【０００９】
ところが、従来の単板式スクローリングプロジェクションディスプレー装置の場合、カラーを三色に分離した後、さらに集めることによって発散角度が大きくなるので、エテンデュが増加するようになる。したがって、エテンデュが増加するにつれて光学系の構成が難しくなる問題点が発生する。
【００１０】
また、一般的な単板式プロジェクション光学系の場合、白色光源からフィルタを利用してＲ、Ｇ、Ｂの各カラーを順次にライト弁に送る。そして、このカラー順序に合わせてライト弁を動作させて映像を具現する。単板式光学系はこのようにカラーをシーケンシャルに利用するために光効率が３板式に比べて１／３に落ちる。このような問題を解決するためにスクローリング方法が提案された。カラースクローリング方法は白色光をＲ、Ｇ、Ｂの三色光に分離し、それを同時にライト弁の相異なる位置に送る。そして、一画素当たりＲ、Ｇ、Ｂカラーが全て到達することによって映像具現が可能であるので、特定な方法で各カラーを一定速度で動かす。
【００１１】
既存の方式でスクローリングのためにプリズムを回転させるのにおいて、各カラー別に独立的なプリズムを使用するので、ライト弁の駆動と同期を合わせ難く、プリズムの円運動によりカラースクローリングの速度も一定にならない場合がある。また、各カラー別に部品を個別に準備しなければならないので、光学系の体積が大きくなり、製造及び組立ての工程が複雑で、かつ収率が落ちる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は前記問題点を解決するために案出されたものであって、光源のエテンデュを減らすことによって光学系の構成を容易にでき、小型化でき、光効率を高めうる照明システム及びそれを採用したプロジェクションシステムを提供するのにその目的がある。
【００１３】
また、本発明はカラーバーのスクローリングをあらゆるカラーに対して１つの部品で実行できるスクローリングユニットを提供することを目的とする。
【００１４】
本発明の他の目的は、スクローリングを具現できるスクローリングユニットを採用して光効率を向上し、体積を小型化した単板式プロジェクションシステムを提供するところにある。
【００１５】
前記目的を解決するために、本発明による照明システムは、光を照射するバルブと、前記バルブから照射された光が反射されて開放部を通じて出射される反射鏡と、前記開放部の一部に設置される少なくとも１つの反射部とを具備したことを特徴とする。
【００１６】
前記反射鏡は、楕円鏡または放物鏡でありうる。
【００１７】
前記目的を解決するために本発明による照明システムは、光を照射するバルブと、前記バルブから照射された光が反射される反射鏡と、前記バルブの一部面に設置された反射部とを具備したことを特徴とする。
【００１８】
前記反射部は前記反射鏡に対向するバルブの球面の一部に具備されることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記目的を解決するために、本発明によるプロジェクションシステムは、照明システムから照射された光をライト弁を利用して入力された画像信号によって処理することによって画像を形成し、この画像を投射レンズユニットによりスクリーン側に拡大投射させるプロジェクションシステムにおいて、前記照明システムは、光を照射するバルブと、前記バルブから照射された光が反射されて開放部を通じて出射される反射鏡と、前記開放部の一部に設置される少なくとも１つの反射部とを具備することを特徴とする。
【００２０】
前記目的を解決するために本発明によるプロジェクションシステムは、照明システムから照射された光をライト弁を利用して入力された画像信号によって処理することによって画像を形成し、この画像を投射レンズユニットによりスクリーン側に拡大投射させるプロジェクションシステムにおいて、前記照明システムは、光を照射するバルブと、前記バルブから照射された光が反射される反射鏡と、前記バルブの一部面に設置された反射部とを具備したことを特徴とする。
【００２１】
前記目的を解決するために本発明によるスクローリングユニットは、入射光をスクロールさせるためのスクローリングユニットであって、回転軸と、入射面と出射面とを有し、入射光をセル単位に分け、前記スクローリングユニットの回転運動がセル単位で分けられた光ビームの直線運動を引き起こすようになった少なくとも１つのレンズセルとを含むことを特徴とする。
【００２２】
前記光ビームの直線運動は前記回転軸に対して近づくか、または遠ざかる方向に行われる。
【００２３】
ここで、前記スクローリングユニットの回転運動は前記光ビームの直線運動を周期的に反復させる。
【００２４】
前記レンズセルは螺旋状に配列され、円筒形レンズであることが望ましい。
【００２５】
前記目的を解決するために本発明によるスクローリングユニットは、少なくとも１つのレンズセルを含み、前記少なくとも１つのレンズセルの回転運動が前記少なくとも１つのレンズセルに入射される光を基準としてみる時、レンズアレイの直線運動に転換されて入射光をスクロールさせることを特徴とする。
【００２６】
前記レンズセルが入射光をカラー別に分離させるように回折光学素子またはホログラム光学素子で形成されうる。
【００２７】
前記レンズセルに対して法線をひいた時に隣接するレンズセル間の間隔が同一であり、隣接するレンズセルの法線ベクトルが同一であるように各レンズセルが配列されたことを特徴とする。
【００２８】
前記レンズセルの螺旋状曲線の軌跡（Ｑｋｘ,Ｑｋｙ）は次の条件式を満足することを特徴とする。
【００２９】
【数４】
2006503312.tif 000004
ここで、Ｑ１,ｘ及びＱ１,ｙは１番目のレンズセルのｘ座標及びｙ座標を示し、ｋは、整数を、θ２は、隣接曲線の回転角を示す。
【００３０】
前記目的を解決するために、本発明によるスクローリングユニットは、入射光をスクロールさせるためのスクローリングユニットであって、少なくとも１つのレンズセルを含み、前記少なくとも１つのレンズセルの位置が入射光を基準としてみる時に前記スクローリングユニットが所定の回転軸を中心として回転することによって変わることを特徴とする。
【００３１】
前記目的を解決するために本発明によるプロジェクションシステムは、光源と、前記光源から照射された光を波長によって分離させる光分離器と、少なくとも１つのレンズセルを具備し、前記少なくとも１つのレンズセルの回転運動をレンズセルを通過する光を基準としてみる時にレンズアレイの直線運動に転換させることによって入射光をスクロールする少なくとも１つのスクローリングユニットと、前記光源から照射された光が前記光分離器及びスクローリングユニットを経由してカラー別に分離されて結ばれ、入力された画像信号によって処理してカラー画像を形成するライト弁とを含むことを特徴とする。
【００３２】
前記スクローリングユニットとライト弁間の光路上に少なくとも１つのフライアイレンズアレイが具備されることが望ましい。
【００３３】
前記少なくとも１つのフライアイレンズアレイを通過した光を前記ライト弁に結ばせるためのリレーレンズが具備される。
【００３４】
前記光分離器は異なる角度に傾斜して隣接配列され、入射光を波長によって選択的に透過及び反射させる第１ないし第３ダイクロイックフィルタを具備し、前記光分離器の次に前記スクローリングユニットが配置されることを特徴とする。
【００３５】
前記光分離器は平行に配列され、入射光を波長によって選択的に透過及び反射させる第１ないし第３ダイクロイックフィルタを具備し、前記光分離器の前に前記スクローリングユニットが配置されることを特徴とする。
【００３６】
前記スクローリングユニットの前に第１シリンダーレンズが、前記スクローリングユニットの後に前記第１シリンダーレンズと１対をなす第２シリンダーレンズが配置されて入射光の幅が調節されることが望ましい。
【００３７】
前記スクローリングユニットのレンズセルの数は前記ライト弁の動作周波数と同期を合わせるように決定されうる。
【００３８】
前記目的を解決するために本発明によるプロジェクションシステムは、光源と、少なくとも１つのセルが具備され、前記少なくとも１つのセルの回転運動を入射光を基準としてセルアレイの直線運動に転換させることによって入射光をスクロールし、前記光源から照射された光を波長によって分離させるように回折光学素子型またはホログラム光学素子型に製作された少なくとも１つのユニットと、前記光源から照射された光が前記ユニットを経由してカラー別に分離されて結ばれ、入力された画像信号によって処理されてカラー画像を形成するライト弁とを含むことを特徴とする。
【００３９】
前記目的を解決するために本発明によるプロジェクションシステムは、光源と、前記光源から照射された光を波長によって分離させる光分離器と、入射面と出射面とを有し、入射光をセル単位に分けるための少なくとも１つのレンズセルを有し、前記少なくとも１つのレンズセルの回転運動がセル単位に分けられた光ビームの直線運動を引き起こすようになって入射光をスクロールする少なくとも１つのスクローリングユニットと、前記光源から照射された光が前記光分離器及びスクローリングユニットを経由してカラー別に分離されて結ばれ、入力された画像信号によって処理してカラー画像を形成するライト弁とを含むことを特徴とする。
【００４０】
前記目的を解決するために本発明によるプロジェクションシステムは、光源と、前記光源から照射された光を波長によって分離させる光分離器と、少なくとも１つのレンズセルを有し、前記少なくとも１つのレンズセルの位置が入射光を基準としてみる時、前記少なくとも１つのレンズセルが所定の回転軸を中心として回転するにつれて変わりことによって入射光をスクロールするスクローリングユニットと、前記光分離器及びスクローリングユニットを経由してカラー別に分離されて結ばれる光を入力された画像信号によって処理してカラー画像を形成するライト弁とを含むことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明の望ましい実施例による照明システム、スクロールのためのスクローリングユニット及びそれを採用したプロジェクションシステムに対して図面を参照して詳細に説明する。
【００４２】
本発明の第１実施例によるプロジェクションシステムは、図３を参照するに、光源１０と、この光源１０から照射された光を波長によって分離させる光分離器１５、光分離器１５により分離されたカラー光をスクロールするための少なくとも１つのスクローリングユニット２０、少なくとも１つのスクローリングユニット２０によりスクロールされる光を画像信号によって処理してカラー画像を形成するライト弁４０を含む。
【００４３】
また、少なくとも１つのスクローリングユニット２０とライト弁４０間の光路上には少なくとも１つのフライアイレンズアレイ２５、２６と複数のレンズで構成されたレンズ群３０をさらに具備できる。図３では第１及び第２フライアイレンズアレイ２５、２６が具備された場合を例示した。ライト弁４０により形成されたカラー画像は投射レンズユニット（図示せず）によりスクリーンに拡大投射される。
【００４４】
光源１０は白色光を照射するものであって、光を生成する放電チップ１を有するバルブ３から出射された光が反射鏡５により反射される構造よりなったランプ光源である。ここで、前記エテンデュＥを減らすために図４Ａに示すように光源１０の開放部２の一部に少なくとも１つの反射部７が設置される。反射鏡５は放電チップ１の位置を第１焦点とし、光が集束される地点を第２焦点とする楕円鏡で構成されうる。または、反射鏡５は放電チップ１の位置を焦点とし、この放電チップ１から出射され、反射鏡５から反射された光が平行光になるようにした放物鏡で構成されうる。ここでは反射鏡５として放物鏡を採用した場合を例に挙げて説明する。
【００４５】
図４Ｂを参照するに、放電チップ１を有するバルブ３から出射された光が反射鏡５により反射された後、一部は開放部２を通じて光源の外に出射され、反射部７側に反射された光は反射部７で反射鏡５側にさらに反射される。そして、反射鏡５でその対向側に反射されて開放部２を通じて出射される。
【００４６】
前記少なくとも１つの反射部７は光源のエテンデュを減らせるように適当な位置に、適当な数で多様な形態に配置されうる。例えば、反射部７が反射鏡５の開放部２の一側に配置されうる。図４Ｂに示すように反射鏡５の開放部２の上部半円部に反射部７が配置されうる。この他に反射部７が開放部２の下部半円部に配置されるか、または左側半円部または右側半円部に配置されることが可能である。このような場合、何れも同じエテンデュを有する。
【００４７】
さらに他の方法として図５に示すように第１及び第２反射部８ａ、８ｂを具備し、第１及び第２反射部８ａ、８ｂを開放部２に対称的に配置できる。ここでは第１及び第２反射部８ａ、８ｂを開放部２の上下に対称的に配置する例を示したが、開放部の左右に対称的に配置することも可能である。開放部２の全体直径をＤとし、第１及び第２反射部８ａ、８ｂの幅をＲとし、（Ｄ−２Ｒ）＝Ｄ’という。
【００４８】
前記のように反射鏡５の開放部２の一部に少なくとも１つの反射部を設置することによってエテンデュを減らす作用関係について説明すると、次の通りである。
【００４９】
図４Ｂを参照するに、バルブ３からの光は放射形に出射される。この時、反射鏡５を反射部７が設置されていない側の第１反射鏡５ａと、反射部７が設置された側の第２反射鏡５ｂとに分けて説明する。そして、反射部７が設置されていない側の第１反射鏡５ａに向かって出射された光をＡと表示し、反射部７が設置された側の第２反射鏡５ｂに向かって出射された光をＢと表示する。まず、第１反射鏡５ａに向かって照射されたＡ光は第１反射鏡５ａから反射されて直ちに外に出射される。一方、第２反射鏡５ｂに向かって出射されたＢ光は第２反射鏡５ｂから反射されて反射部７でさらに第２反射鏡５ｂの方に反射された後、反対側の第１反射鏡５ａから反射されて外部に出射されて行く。
【００５０】
結局、バルブ３から出射された光に対して光損失なしに光が出射される面積を縮められる。言い換えれば、反射部７がない時には光が開放部２全体を通じて出射されるのに比べて、反射部７を具備することによって同一光量に対して反射鏡５の開放部２のうち一部のみを通じて光を出射させた。このように光が出射される実質的な面積を縮めることによって光源のエテンデュを減らす効果を出しうる。
【００５１】
次は、図５に示すように開放部２に対称的に第１反射部８ａと第２反射部８ｂとを設置した場合に対して説明する。ここでは、反射鏡５を第１反射部８ａが設置された側の第３反射鏡５ｃ、反射部が設置されていない側の第４反射鏡５ｄ及び第２反射部８ｂが設置された側の第５反射鏡５ｅに分けて説明する。
【００５２】
バルブ３から出射された光は放射型に広まって一部光は第４反射鏡５ｄから反射されて外部に直ちに出射され、残りの一部光は第３及び第５反射鏡５ｃ、５ｅから反射された後、第１及び第２反射部８ａ、８ｂの側に向かう。その次、第１及び第２反射部８ａ、８ｂから反射されてそれぞれの対向する反射鏡と反対側の反射鏡を経て反射部のない開放部を通じて外部に出射される。このようにして同一光量に対して出射面積を縮めることによって光損失なしにエテンデュを減らせる。
【００５３】
具体的にみれば、第３反射鏡５ｃの側に照射された光は第１反射部８ａから反射されて第３反射鏡５ｃ及び第４反射鏡５ｄを経て反射鏡のない開放部を通じて外部に出射される。また、第５反射鏡５ｅの側に照射された光は第２反射部８ｂから反射されて第５反射鏡５ｅ、第４反射鏡５ｄを経て反射部のない開放部を通じて外部に出射される。このようにして第１及び第２反射部８ａ、８ｂのない場合に比べて光の出射面積を縮めることによってエテンデュを減らせる。
【００５４】
次に、光源のエテンデュを減らす方法として図６を参照するに、放電チップ１を有したバルブ３と、反射鏡５を具備した光源において、バルブ３の一部面に反射コーティングをするか、または反射部９を設置する方法がある。例えば、反射鏡５と対向するバルブ面に反射コーティングをするか、または反射部９を具備する。バルブ３から放射型に出射された光のうち反射コーティングまたは反射部９のない側を通じて照射された光は反射鏡５から反射されて外側に出射され、反射コーティングまたは反射部９に向かって出射された光は反射コーティングまたは反射部９から反射鏡５の側に反射された後、反射鏡から反射されて開放部２の外側に進む。
【００５５】
ここで、反射鏡５の開放部２の全体直径をＤ、前記反射コーティングまたは反射部９により光が出射できない領域の直径をＥ、開放部２のうち光が出射される領域の直径をＤ”と表示した。図６では前記反射コーティングまたは反射部９がバルブ３のほぼ半球面に具備された場合を例示したが、前記反射コーティングまたは反射部９の設置面積及び位置を多様に変更でき、こりにより光源のエテンデュを所望通りに調節できる。
【００５６】
前記幾つかの方法により光源のエテンデュを減少させた後、光源から出射された光を光分離器１５により少なくとも２つのカラー光に分離させる。例えば、光分離器１５は第１、第２及び第３ダイクロイックフィルタ１５ａ、１５ｂ、１５ｃを適当な角度に分離配置することによって構成されうる。第１ないし第３ダイクロイックフィルタ１５ａ、１５ｂ、１５ｃにより光源からの光が、例えばＲ、Ｇ、Ｂの三色光に分離され、このように分離された各カラーがスクローリングユニット２０を通じてスクロールされる。
【００５７】
ここで、スクローリングユニット２０が１つ具備された場合を例示したが、２つ以上のスクローリングユニットが具備されることもある。
【００５８】
図７Ａを参照するに、スクローリングユニット２０は少なくとも１つのレンズセル２０ａが螺旋状に配列されて形成され、その断面形状を見れば、図７Ｂに示すように円筒形レンズアレイ構造を有し、曲率半径ｒａｒｃを有する均一な円弧状よりなる。レンズセル２０ａは、例えば円筒形レンズである場合もあり、スクローリングユニット２０の全体的な形状は、例えばディスク型、すなわち円板型でありうる。しかし、スクローリングユニット２０の形状はディスク型に限定されず、円筒形も可能である。円筒形の外周面にレンズセル２０ａを螺旋状に配列できる。
【００５９】
スクローリングユニット２０はインボリュート関数を利用してレンズセル２０ａを螺旋状に配列することによって製作される。インボリュート関数はギア設計などに頻繁に使われる関数であって、糸巻きから糸を解いた時に糸の先が過ぎ行く跡といえる。図６Ｃを参照してさらに具体的に説明するに、スクローリングユニット２０の中心円２１の何れか１つの接点Ｐから任意の点Ｑまで接線をひき、線分
【００６０】
【数５】
2006503312.tif 000005
を等分して仮想の等分点ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４を仮定する。これら各点を同じ糸巻きで一定長さほど短く巻かれた糸の先点と見る時に次の式が得られる。
【００６１】
【数６】
2006503312.tif 000006
前記式で、ｒは、中心円２１の半径を、ｌは、線分
【００６２】
【数７】
2006503312.tif 000007
の長さを、θはｌの長さを有する糸が中心円２１に巻かれている角度を、
【００６３】
【数８】
2006503312.tif 000008
は原点Ｏから点Ｐまでのベクトルを示す。ここで、
【００６４】
【数９】
2006503312.tif 000009
は点Ｐから接線方向に引いたベクトルであるので、
【００６５】
【数１０】
2006503312.tif 000010
のタンゼンシャルベクトルであり、そのサイズはｌであるので、次のように示しうる。
【００６６】
【数１１】
2006503312.tif 000011
式（２）及び（３）によれば、
【００６７】
【数１２】
2006503312.tif 000012
は次のように求められる。
【００６８】
【数１３】
2006503312.tif 000013
次に、
【００６９】
【数１４】
2006503312.tif 000014
のタンゼンシャルベクトルを
【００７０】
【数１５】
2006503312.tif 000015
とし、そのサイズをｌとすれば、
【００７１】
【数１６】
2006503312.tif 000016
は次の通りである。
【００７２】
【数１７】
2006503312.tif 000017
ここで、前記点ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４によるベクトル
【００７３】
【数１８】
2006503312.tif 000018
を考慮する時に中心円２１での接点Ｐが同一であり、各ベクトルに対してｒとθとが同一なので、式（５）によれば、各点でのタンゼンシャルベクトル
【００７４】
【数１９】
2006503312.tif 000019
が同一であることが分かる。
【００７５】
また、螺旋状の隣接した曲線ｓ１とｓ２、ｓ２とｓ３、ｓ３とｓ４は前にある曲線を原点Ｏを中心として所定角度θ２に回転移動したものと認められ、スクローリングユニットをｎ個のセルに等分したことと仮定する時に隣接曲線間の回転角θ２は次のように求められうる。
【００７６】
【数２０】
2006503312.tif 000020
式（２）によれば、
【００７７】
【数２１】
2006503312.tif 000021
のサイズｌはθに比例するので、
【００７８】
【数２２】
2006503312.tif 000022
上にある各点ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４間の間隔ｄも所定角度θ２に比例する。したがって、各点ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４間の間隔は隣接曲線ｓ１とｓ２、ｓ２とｓ３、ｓ３とｓ４間の最短間隔ｄと同一であり、この間隔ｄは次のように求められうる。
【００７９】
【数２３】
2006503312.tif 000023
式（７）によれば、ｎとｒが一定しているので、隣接曲線間の最短距離ｄは一定することが分かる。一方、ｋ番目曲線ｓｋの座標Ｑｋは１番目の曲線ｓ１を（ｋ−１）＊θ２ほど回転させた時の座標である。したがって、ｋ番目の曲線の座標は次のように求められうる。
【００８０】
【数２４】
2006503312.tif 000024
ここで、Ｒｏｔは、ある点を任意の角度に回転させる回転単位ベクトルを示す。式（８）を行列式に示すと、次の通りである。
【００８１】
【数２５】
2006503312.tif 000025
式（９）を利用してｋ番目の曲線のｘ座標及びｙ座標をそれぞれ示せば、次の通りである。
【００８２】
【数２６】
2006503312.tif 000026
レンズセルの曲線は式（１０）による軌跡に沿って形成でき、曲線式でスクローリングユニットの断面形状は曲率半径ｒａｒｃで同一に形成され、そのサイズにおいては特別な制限がない。また、隣接する曲線間の距離ｄは式（８）を利用して計算することによって全体形状を設計できる。また、スクローリングユニットの内径は糸巻き、すなわち中心円２１の内径ｒより大きくならねばならず、外径には制限がない。前記のように本発明によるスクローリングユニットは糸巻き、すなわち中心円２１の任意の接線に対して同じ間隔で法線をひき、前記接線と法線との交点ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４でのタンゼンシャルベクトルが同じ条件を満足する螺旋状を有するように製作される。ここで、ｄがスクローリングユニットで隣接するレンズセル間の最短距離になり、前記交点ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４でのタンゼンシャルベクトルが同一なので、各レンズセルは同じ曲率を有する。
【００８３】
図３を参照するに、本発明の第１実施例によるプロジェクションシステムでは光源１０に反射部８が具備されていて光損失なしに光源のエテンデュを減少させうる。光源１０から出射された光は光分離器１５によりカラー別に分離される。例えば、光分離器１５は入射光軸に対して相異なる角度に傾斜して配置された第１、第２及び第３ダイクロイックフィルタ１５ａ、１５ｂ、１５ｃを具備して構成されうる。光分離器１５は入射光を所定波長領域によって分離し、この分離された光を相異なる経路に進行させる。例えば、第１ダイクロイックフィルタ１５ａは白色の入射光のうち赤色波長領域の光Ｒは反射させ、他の波長領域の光Ｇ、Ｂは透過させる。第２ダイクロイックフィルタ１５ｂは第１ダイクロイックフィルタ１５ａを透過した光のうち緑色波長領域の光Ｇは反射させ、残りの青色波長領域の光Ｂは透過させる。そして、第３ダイクロイックフィルタ１５ｃは第１及び第２ダイクロイックフィルタ１５ａ、１５ｂを透過した青色波長領域の光Ｂを反射させる。
【００８４】
ここで、第１ないし第３ダイクロイックフィルタ１５ａ、１５ｂ、１５ｃにより波長別に分離されたＲ、Ｇ、Ｂの三色光は相異なる角度で反射され、例えばＲとＢそれぞれがＧを中心として集束される。このように分離された各カラーがスクローリングユニット２０を通じてスクロールされる。このスクローリング作用については後述する。
【００８５】
一方、スクローリングユニット２０の前に、例えば光分離器１５の前に第１シリンダーレンズ１３が具備され、スクローリングユニット２０の後に第２シリンダーレンズ２２がさらに具備されることが望ましい。第１シリンダーレンズ１３はスクローリングユニット２０に入射される光の幅を狭める一方、第２シリンダーレンズ２２はスクローリングユニット２０を通過した後で発散する光を平行光にする。図８を参照するに、光源１０から出射された光が第１シリンダーレンズ１３を通過せずにそのままスクローリングユニット２０に入射した時と、第１シリンダーレンズ１３により光の幅を狭めた状態でスクローリングユニット２０に入射した時とを比較したものである。
【００８６】
スクローリングユニット２０を通過する時の光が比較的広い時には螺旋状のレンズアレイ形状と光の形状とが一致しないので、一致しない程の光損失を引き起こす。これに、光損失を最小化するために第１シリンダーレンズ１３を利用して光の幅を狭めることによって光の形状を相対的に螺旋状のレンズアレイ形状と一致させることが望ましい。
【００８７】
その後、スクローリングユニット２０を通過した光を第２シリンダーレンズ２２によりさらに平行光にする。このように１対のシリンダーレンズ１３、２２により光の幅を調節することによって光損失を減らすと同時にカラー画像の質を向上させる。
【００８８】
スクローリングユニット２０を通過した光は光路変換器２３により経路が変換され、第１及び第２フライアイレンズアレイ２５、２６に入射される。ここで、第１及び第２フライアイレンズアレイ２５、２６に入射された光は各レンズセル２５ａ、２６ａ別に分けられ、レンズ群３０によりカラー別に相異なる領域にそれぞれ重畳されて結ばれることによってカラーバーが形成される。すなわち、カラー光がライト弁４０に結ばれる時にカラー毎に相異なる領域に結ばれる。レンズ群３０はコンデンサーレンズとリレーレンズとで構成されうる。
【００８９】
レンズ群３０とライト弁４０間にはプリズム３５がさらに具備されて光路が選択的に変更されうる。例えば、レンズ群３０を通じてライト弁４０の側に向かう光は通過させ、ライト弁４０から反射されて出るビームは反射させて投射レンズユニット（図示せず）の側に送りうる。ライト弁４０により形成された画像は投射レンズユニットにより拡大されてスクリーンに結ばれることによってカラー画像を具現する。ライト弁４０としては、ＬＣＤ、ＬＣＯＳ、ＤＭＤなどを使用できる。
【００９０】
次に、本発明の第２実施例によるプロジェクションシステムは、図９を参照するに、光源５０と、この光源５０から照射された光を波長によって分離させる光分離器５５、光分離器５５により分離されたカラー光をスクロールさせるための少なくとも１つのスクローリングユニット６０、前記少なくとも１つのスクローリングユニット６０によりスクロールされる光を画像信号によって処理してカラー画像を形成するライト弁６７を含む。そして、このライト弁６７で形成された画像を投射レンズユニット６８を利用してスクリーン７０に拡大投射させる。
【００９１】
光源５０は白色光を照射するものであって、光を生成するランプ５１と、このランプ５１から出射された光を反射させてその進行経路を案内する反射鏡５３を含む。反射鏡５３はランプ５１の位置を第１焦点ｆ１とし、光が集束される地点を第２焦点ｆ２とする楕円鏡で構成されうる。または、反射鏡５３をランプ５１の位置を一焦点とし、このランプ５１から出射されて反射鏡５３から反射された光を平行光にした放物鏡で構成されうる。図９は、反射鏡５３として楕円鏡を採用した場合を例に挙げた図である。一方、反射鏡５３として放物鏡を採用する場合には光源の次に光を集束させるためのレンズがさらに具備されねばならない。
【００９２】
一方、光源５０と光分離器５５間の光路上に入射光を平行光として作るコリメートレンズ５４が具備される。このコリメートレンズ５４は、ランプ５１とこのランプ５１から出射された光が集束される第２焦点ｆ２間の距離をｐとする時、前記第２焦点ｆ２からｐ／５ほど離れた位置に配置されることが望ましい。このように配置することによって光学系の構成を小型化できる。
【００９３】
光源５０から出射された光は光分離器５５により少なくとも２つのカラー光に分離される。光分離器５５は入射光軸に対して相異なる角度に傾斜して配置された第１、第２及び第３ダイクロイックフィルタ５５ａ、５５ｂ、５５ｃを具備して構成されうる。光分離器５５は入射光を所定波長領域によって分離し、この分離された光を相異なる角度で進行させる。例えば、第１ダイクロイックフィルタ５５ａは白色の入射光のうち赤色波長領域の光Ｒは反射させ、他の波長領域の光Ｇ、Ｂは透過させる。第２ダイクロイックフィルタ５５ｂは第１ダイクロイックフィルタ５５ａを透過した光のうち緑色波長領域の光Ｇは反射させ、残りの青色波長領域の光Ｂは透過させる。そして、第３ダイクロイックフィルタ５５ｃは第１及び第２ダイクロイックフィルタ５５ａ、５５ｂを透過した青色波長領域の光Ｂを反射させる。
【００９４】
ここで、第１ないし第３ダイクロイックフィルタ５５ａ、５５ｂ、５５ｃにより波長別に分離されたＲ、Ｇ、Ｂの三色光が相異なる角度で反射され、例えばＲとＢそれぞれがＧを中心として集束されてスクローリングユニット６０に入射される。
【００９５】
スクローリングユニット６０は回転可能であり、スクローリングユニット６０の回転運動が入射光の直線運動に転換されるように少なくとも１つのレンズセル６０ａが配列されることが望ましい。例えば、スクローリングユニット６０は少なくとも１つのレンズセル６０ａが螺旋状に配列されて構成される。前記少なくとも１つのレンズセル６０ａは入射光を各セル毎に複数のビームに分ける。ここで、レンズセル６０ａは円筒形レンズでありうる。
【００９６】
スクローリングユニット６０の前後には第１シリンダーレンズ５６と第２シリンダーレンズ５７とが具備され、スクローリングユニット６０とライト弁６７間の光路上には第１及び第２フライアイレンズアレイ６３、６４とリレーレンズ６５とが具備される。
【００９７】
第１シリンダーレンズ５６によりスクローリングユニット６０に入射される光の幅が狭まることは前記の通りである。
【００９８】
次に、スクローリングユニット６０のスクローリング作用について図１１Ａないし図１１Ｃを参照して説明する。
【００９９】
まず、図１０を参照するに、第１ないし第３ダイクロイックフィルタ５５ａ、５５ｂ、５５ｃにより入射光が波長によって相異なる角度でスクローリングユニット６０に向かって入射される。光分離器５５により分離された少なくとも２つのカラー光がレンズセル６０ａ毎に反復的に形成される。ここで、スクローリングユニット６０を通過する光をＬと表示した。スクローリングユニット６０を通過した少なくとも２つ以上のカラー光、例えばＲ、Ｇ、Ｂの三色光はそれぞれ異なる位置に焦点を結ぶ。スクローリングユニット６０が一定速度に回転する時、相対的に入射光Ｌが直線運動するような効果を得られる。この直線運動はスクローリングユニット６０の回転軸に対して遠ざかるか、または近づく方向に行われる。図１０ではスクローリングユニット６０が矢印Ｊ方向に回転する時、スクローリングユニット６０に入射される光がスクローリングユニット６０の回転軸に対して遠ざかる方向に直線運動するような効果を出す場合を図示した。
【０１００】
または、入射光Ｌを基準とすれば、スクローリングユニット６０が回転する時に入射光Ｌが通過する領域にあるレンズアレイが直線運動するような効果を得られる。すなわち、スクローリングユニット６０が回転するにつれて入射光Ｌがスクローリングユニット６０を通過する位置が変わる。この位置変化はスクローリングユニット６０の回転軸に対して遠ざかるか、または近づく方向に直線的に行われることを特徴とする。しかし、例えば、スクローリングユニット６０が円筒形である場合にはレンズアレイの直線運動が回転軸を沿って移動する方向に行われる。
【０１０１】
図１１Ａに示すように光分離器５５によりカラー別に分離された光がスクローリングユニット６０により各レンズセル６０ａ別に分けられ、第１及び第２フライアイレンズアレイ６３、６４によりカラー別に重畳されてリレーレンズ６５によりライト弁６７にカラーバーを形成する。第１及び第２フライアイレンズアレイ６３、６４とリレーレンズ６５とは入射光をカラー別にそれぞれ他の領域に重畳させて結ばせてカラーバーを形成するカラーバー形成手段である。
【０１０２】
最初には、スクローリングユニット６０、第１及び第２フライアイレンズアレイ６３、６４、リレーレンズ６５を経由してライト弁６７に、例えばＲ、Ｇ、Ｂの順にカラーバーが形成される。次いで、スクローリングユニット６０が回転するにつれて光が前記スクローリングユニットを通過する時のレンズ面が漸進的に上下に移動する。したがって、スクローリングユニット６０を通過するカラー光それぞれの焦点位置がスクローリングユニット６０の回転によって変わって図１１Ｂに示すように、Ｇ、Ｂ、Ｒの順にカラーバーが形成されうる。継続的にスクローリングユニット６０が回転するにつれて入射光がスクロールされて図１１Ｃに示すようにＢ、Ｒ、Ｇの順にカラーバーが形成される。言い換えれば、スクローリングユニット６０の回転運動によって光が入射されるレンズの位置が変わり、スクローリングユニット６０の回転運動がスクローリングユニット２０の断面でのレンズアレイの直線運動に転換されることによってスクロールが行われる。このようなスクローリングが周期的に反復されて進む。
【０１０３】
特に、本発明ではスクローリングユニット６０の回転運動が入射光またはレンズアレイの直線運動に転換されることによってカラースクローリングができるようにスクローリングユニットの全体的な形状は多様に変形可能である。また、レンズセルを螺旋状に配列するだけでなく、他の形態に配列して構成することも可能である。例えば、円筒形の外周面にレンズセルを螺旋状に配列することがあるが、レンズセルを円筒形の長手方向に配列することも可能である。
【０１０４】
前記のように本発明では各カラーに対しそれぞれスクローリング手段を具備する必要なく、あらゆるカラーに対してスクローリングユニット６０を共通的に使用できるので、システムを小型化でき、各カラーに対して同期を合わせるのにも有利である。スクローリングユニット６０の各レンズセル６０ａ毎にカラーラインが形成され、これに対応して第１フライアイレンズアレイ６３の各レンズセル毎にカラーラインが形成される。したがって、スクローリングユニット６０を通過する光が占めるレンズセルと第１及び第２フライアイレンズアレイ６３、６４のローアレイとが１：１対応することが望ましい。すなわち、スクローリングユニット６０を通過する光が占めるレンズセルの数が４個である時に第１及び第２フライアイレンズアレイ６３、６４のローアレイの数が４個であることが良い。
【０１０５】
前記のようにスクローリングユニット６０の回転によってカラーバーが反復的にスクロールされる。特に、スクローリングユニット６０の回転方向を変更する必要なく、一方向に回転し続けてスクローリングを具現するので、連続性及び一貫性を維持でき、スクローリングユニット６０を各カラーに対して共通的に使用してスクローリングを具現するので、カラーバーの速度を一定に維持し、各カラーバーの同期制御が容易である。
【０１０６】
スクローリングユニット６０はレンズセル６０ａの回転運動をレンズアレイの直線運動に転換して入射光をスクロールする機能をする。すなわち、スクローリングユニット６０が回転する時、スクローリングユニット６０の断面を見れば、レンズアレイが回転軸に対して遠ざかるか、または近づく方向に直線移動されることが分かる。ここで、光がスクローリングユニット６０を通過する時には狭い幅を有して通過されるので、直線運動するレンズアレイを通過するような効果を出しうる。
【０１０７】
一方、スクローリングユニット６０のレンズセル６０ａの数はライト弁６７の動作周波数と同期を合わせるために調節されうる。すなわち、ライト弁６７の動作周波数が速ければ速いほどさらに多くのレンズセルを具備することによってスクローリングユニットの回転速度は一定にしつつスクローリング速度をさらに速く調節できる。
【０１０８】
さらに他の方法として、スクローリングユニットのレンズセルの数は同一に維持し、スクローリングユニットの回転周波数を高めることによってライト弁の動作周波数と同期を合わせうる。例えば、ライト弁６７の動作周波数が９６０Ｈｚである時、すなわち１フレーム当たり１／９６０秒で動作し、１秒に９６０フレームを再生する時、スクローリングユニットは次のように構成されうる。螺旋状シリンダーレンズアレイの最外周直径は１４０ｍｍであり、最内周直径は６０ｍｍであり、各螺旋状レンズセルの数は３２個であり、その幅は５.０ｍｍであり、その曲率半径は２４.９ｍｍでありうる。ここで、スクローリングユニット６０が１回回転時に３２フレームを再生するとする時、１秒に９６０フレームを再生するためには１秒に３０回を回転させねばならない。このような速度ではスクローリングユニットを６０秒に１８００回回転させなければならないので、１８００ｒｐｍの回転速度を有するように回転される。また、ライト弁の動作周波数が０.５倍に増加して１４４０Ｈｚで動作する時には、この動作周波数と同期を合わせるためにスクローリングユニットを２７００ｒｐｍの回転速度で回転させる。
【０１０９】
一方、図９ではスクローリングユニット６０が１枚で構成された例を示したが、スクローリングユニットの設計条件によって複数枚で構成される場合もある。
【０１１０】
次は、本発明の第３実施例によるプロジェクションシステムに対して図１２を参照して説明する。
【０１１１】
第３実施例によるプロジェクションシステムは第２実施例と比較して光分離器の構造が異なる点で区別される。第２実施例では光分離器が相異なる角度で分離配置された第１ないし第３ダイクロイックフィルタ５５ａ、５５ｂ、５５ｃを具備したのに反して、第３実施例では光分離器７５が平行に配置された第１ないし第３ダイクロイックフィルタ７５ａ、７５ｂ、７５ｃを具備して構成される。
【０１１２】
図１２を参照して、第３実施例によるプロジェクションシステムは光源７０、スクローリングのためのスクローリングユニット７３、スクローリングユニット７３を通過した光をカラー別に分離する光分離器７５、光分離器７５から分離されたカラー光をカラー別に重畳的に結ばせるカラーバー形成手段、入力された信号によって処理してカラー画像を形成するライト弁８０を含む。スクローリングユニット７３が光分離器７５の前に配置され、スクローリングユニット７３と光分離器７５間にプリズム７４がさらに具備されうる。また、光源７０が楕円鏡で構成された場合、光源７０とスクローリングユニット７３間にコリメーティングレンズ７２がさらに具備されることが望ましい。
【０１１３】
光源７０から照射された光がスクローリングユニット７３を通過した後、プリズム７４を経て光分離器７５に入射される。スクローリングユニット７３は第２実施例の説明と同一なので、ここではその詳細なる説明を省略する。光分離器７５は第１、第２及び第３ダイクロイックフィルタ７５ａ、７５ｂ、７５ｃで構成され、第１ないし第３ダイクロイックフィルタ７５ａ、７５ｂ、７５ｃは相互平行に配置される。
【０１１４】
スクローリングユニット７３を通過した光はレンズセル７３ａ毎に、相異なる角度の収斂光に進む複数のビームに分けられ、第１ないし第３ダイクロイックフィルタ７５ａ、７５ｂ、７５ｃにより相異なる位置で反射される。以後、第１ないし第３ダイクロイックフィルタ７５ａ、７５ｂ、７５ｃから反射された各カラー光はカラーバー形成手段に入射される。カラーバー形成手段は第１及び第２フライアイレンズアレイ７６、７７及びレンズ群７９を含む。ここで、レンズ群７９はコンデンシングレンズとリレーレンズとを含んで構成されうる。光分離器７５により分離された少なくとも２つ以上のカラー光は第１フライアイレンズアレイ７６に各レンズセル毎に結ばれ、第２フライアイレンズアレイ７７はこのカラー光をカラーによって重畳的に進ませる。そして、レンズ群７９はカラーによって重畳的に進行する光をライト弁８０に伝達してカラー別にそれぞれ他の領域に結ばせることによってカラーバーを形成する。ここで、レンズ群７９は少なくとも１枚のリレーレンズに代替されうる。
【０１１５】
前記のように構成されたプロジェクションシステムでスクローリングユニット７３を一定速度で回転させることによってライト弁８０に形成されたカラーバーをスクロールする。このようなスクローリング作用によりカラー画像が具現される。ここで、スクローリング作用は前記と同一なので、詳細なる説明を省略する。
【０１１６】
一方、図１３は第３実施例によるプロジェクションシステムでスクローリングユニット７３に入射される光の幅を調節するための第１シリンダーレンズ７１と、スクローリングユニット７３を通過した光を平行光にするための第２シリンダーレンズ７６をさらに具備した場合を示した図である。例えば、光源７０とスクローリングユニット７３間の光路上に第１シリンダーレンズ７１を具備し、光分離器７５と第１フライアイレンズアレイ７７間の光路上に第２シリンダーレンズ７６を具備する。
【０１１７】
光源７０から出射された光がスクローリングユニット７３に結ばれる時に第１シリンダーレンズ７１によりその幅が狭まって結ばれる。このようにスクローリングユニット７３に結ばれる光の幅を狭めることによってレンズセル７３ａの螺旋状と、ここに結ばれる光の形状との不一致による光損失を減らせる。すなわち、光の幅が狭まるほど螺旋状の曲率形状による差を減らせる。次いで、第２シリンダーレンズ７６は第１シリンダーレンズ７１により幅が狭まった光をさらに元の状態に復帰させて平行光にする。
【０１１８】
次に、本発明の第４実施例によるプロジェクションシステムは図１４Ａを参照すれば、光源８１と、光源８１から出射された光を波長によって分離してスクロールするように形成されたＤＯＥ型スクローリングユニット８２と、このＤＯＥ型スクローリングユニット８２を通過した光を入力信号によって処理してカラー画像を形成するライト弁９０とを含む。ＤＯＥ型スクローリングユニット８２とライト弁９０間に第１及び第２フライアイレンズアレイ８７、８８及びレンズ群８９が配置される。第１及び第２フライアイレンズアレイ８７、８８及びレンズ群８９はＤＯＥ型スクローリングユニット８２を通過した光をカラーによって相異なる領域に結ばせてカラーバーを形成する。
【０１１９】
また、ＤＯＥ型スクローリングユニット８２の前後に第１及び第２シリンダーレンズ９１、９２が配置されることが望ましい。
【０１２０】
ＤＯＥ型スクローリングユニット８２は光源８１から照射された光を波長によって分離する光分離作用と共にスクローリング作用を実現できるように少なくとも１つのセル８２ａが螺旋状に配列された回折光学素子型に形成されることを特徴とする。ＤＯＥ型スクローリングユニット８２はセルが螺旋状に配列されていてユニットが回転されるにつれて所定領域でのセルアレイが回転軸に対して遠ざかるか、または近づく方向に移動する。ＤＯＥ型ユニット８２が回転される時に図１４Ｂに示すように入射光が通過されるセルの位置が移動するので、ライト弁９０に結ばれる各カラーバーの位置が移動する。
【０１２１】
ライト弁９０に形成されるカラーバーの位置が循環されつつこのライト弁９０に入力された画像信号によってカラー画像が形成される。光源８１から照射された光がＤＯＥ型スクローリングユニット８２を通過する時、カラー別に焦点が結ばれる位置が分離されることによって光分離作用がおきる。ここで、前記ＤＯＥ型スクローリングユニットの代わりにＨＯＥ（Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）型スクローリングユニットに代替して使用することも可能である。
【０１２２】
このようにスクローリングユニットをＤＯＥ型またはＨＯＥ型に製造することによって製造コストを減らせ、大量生産が容易であり、特に、１つのユニットを利用して光分離作用及びスパイラル作用を共に実現するので、システム軽量化及び部品数の減少を解決できる。一方、光源８１と第１シリンダーレンズ９１間には光源８１から出射される光を集束させるためのレンズがさらに具備されうる。
【０１２３】
次は、本発明による第５実施例によるプロジェクションシステムは図１５に示すように、光源８１と、この光源８１から出射された光をスクロールするためのＤＯＥ型スクローリングユニット８３と、ＤＯＥ型スクローリングユニット８３を通過した光を波長によって分離する光分離器８５と、入力された画像信号によって処理して画像を形成するライト弁９０と、を含む。また、ＤＯＥ型スクローリングユニット８３と光分離器８５間にプリズム８４がさらに具備され、光分離器８５とライト弁９０間の光路上に第１及び第２フライアイレンズアレイ８７、８８とレンズ群８９とがさらに具備される。
【０１２４】
ＤＯＥ型スクローリングユニット８３は少なくとも１つのセル８３ａが螺旋状に配列された回折光学素子で形成される。これと違って、ＤＯＥ型スクローリングユニット８３の代わりにＨＯＥ型に代替しても同じ効果を得られる。第４実施例でＤＯＥ型スクローリングユニット８２がカラースクローリング作用とカラー分離作用を具現するのに反して、ＤＯＥ型スクローリングユニット８３はカラースクローリング作用のみを具現する。
【０１２５】
一方、光源８１とＤＯＥ型スクローリングユニット８３間に第１シリンダーレンズ９１が、光分離器８５と第１フライアイレンズアレイ８７間に第２シリンダーレンズ９２が具備されることが望ましい。また、ＤＯＥ型スクローリングユニット８３と光分離器８５間にプリズム８４がさらに具備される。
【０１２６】
前記構成によるプロジェクションシステムの作用を見れば、光源８１から出射された光がＤＯＥ型スクローリングユニット８３を通過した後、プリズム８４を経て光分離器８５に入射される。ＤＯＥ型スクローリングユニット８３が一定速度で回転されるにつれてライト弁９０に形成されるカラーバーがスクロールされ、カラー画像が具現される。光分離器８５は、例えば第１、第２及び第３ダイクロイックフィルタ８５ａ、８５ｂ、８５ｃで構成され、第１ないし第３ダイクロイックフィルタ８５ａ、８５ｂ、８５ｃは相互平行に配置される。ＤＯＥ型スクローリングユニット８３を通過した光は各セル８３ａ毎に相異なる経路に進む複数のビームに分けられ、第１ないし第３ダイクロイックフィルタ８５ａ、８５ｂ、８５ｃにより相異なる位置から反射される。以後、第１ないし第３ダイクロイックフィルタ８５ａ、８５ｂ、８５ｃで反射された光は第１及び第２フライアイレンズアレイ８７、８８及びレンズ群８９によりライト弁９０にカラーによって相異なる領域に結像されてカラーバーが形成される。
【０１２７】
ここでは光分離器８５を第１ないし第３ダイクロイックフィルタ８５ａ、８５ｂ、８５ｃを相互平行に配置して構成したが、図９に示すようにダイクロイックフィルタを相異なる角度に配置して構成することも可能である。このようにダイクロイックフィルタを相異なる角度に配置する場合にはＤＯＥ型スクローリングユニット８３を光分離器の次に配置することが望ましい。
【０１２８】
第４及び第５実施例のようにスクローリングのためのユニットをＤＯＥ型またはＨＯＥ型に製作することによって製作コストを節減できる。
【０１２９】
ＤＯＥ型スクローリングユニット８２、８３とライト弁９０との動作周波数の同期を合わせるためにユニットの各セル８２ａ、８３ａの数を変更させるか、またはユニットの回折速度を調節できる。例えば、ライト弁９０の動作周波数がさらに速くなれば、ＤＯＥ型スクローリングユニット８２、８３の回転速度はそのまま維持し、さらに多くのセルを具備することによって相対的にスクローリング速度をさらに速く調節できる。さらに他の方法で、ユニットのセル数は同一に維持し、ユニットの回転速度を高めることによってライト弁の動作周波数と同期を合わせうる。
【０１３０】
一方、第４実施例で使われたＤＯＥ型スクローリングユニット８２はカラー分離作用とスクローリング作用とを共に具現するように設計されているのに反して、第５実施例で使われたＤＯＥ型スクローリングユニット８３はスクローリング作用のみを具現するように設計されており、別途の光分離器８５によりカラー分離作用を行う。
【０１３１】
次は、ＤＯＥ型スクローリングユニット８２のカラー分離作用を説明するためにモノカラーに対するグレーティング理論を先に説明する。
【０１３２】
図１６Ａを参照するに、所定間隔ｓでグレーティングが形成され、このグレーティングを通過したｍ次回折光の光路差（０ＰＤ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐａｔｈ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）による干渉パターンが形成される。この時、ｍ次回折光の光路差が次の式を満足すれば、明るいイメージが観測される。
【０１３３】
【数２７】
2006503312.tif 000027
ここで、ｄ０は、入射光の光路差を、ｄｍは、回折光の光路差を、θ０は、光の入射各を、θｍは、光の回折角を、ｍは、回折された光の回折次数を、ｓは、グレーティング間隔を、λは、入射光の波長をそれぞれ示す。前記式でグレーティングに向かって平行した光が入射されるとする時、θ０は、０°であるので、次のような式が成立する。
【０１３４】
【数２８】
2006503312.tif 000028
入射光が平行に入射される時、＋１次光と−１次光の光路を図１６Ｂに示す。式で回折角θｍが極めて小さいとする時、ｓｉｎ  θｍ≒θｍの近似式で示しうる。したがって、グレーティングの間隔ｓは次のように整理されうる。
【０１３５】
【数２９】
2006503312.tif 000029
式（１３）によれば、入射光の波長が定められている時、グレーティングの間隔ｓを調節することによって所望の回折角θｍを得られる。一方、例えば緑色に対して動作するように設計されたＤＯＥの半径によるグレーティング間隔ｓを図１７に示した。このグラフによれば、グレーティング間隔がＤＯＥの半径に対して反比例関係にあることが分かる。このような原理を利用して図１８に示すように円形状にグレーティングが形成されたゾーンプレートを製作できる。このゾーンプレートの外周方向へ行くほどグレーティング間隔が狭くなり（ｓ１＞ｓ２＞ｓ３＞ｓ４＞ｓ５＞ｓ６）、グレーティング間隔が狭くなるほど回折角（θ１＜θ２＜θ３＜θ４＜θ５＜θ６）が大きくなるので、ゾーンプレートを通過した光は何れか１つの点に収斂される。
【０１３６】
このような回折理論によって本発明の一実施例によるＤＯＥ型スクローリングユニットを製作する。
【０１３７】
まず、図１９Ａを参照して緑色に対して動作するように設計された回折光学素子を見れば、回折角θｇｒｅｅｎ＝２.２゜、λｇｒｅｅｎ＝５８７ｎｍである時、＋１次回折光に対してｓｇｒｅｅｎ＝λ／θｇｒｅｅｎにより計算された回折光学素子の最小グレーティング間隔ｓｇｒｅｅｎは１５μmであり、グレーティンググルーブ深さは、例えば１ウェーブ（１λｇｒｅｅｎ）として５８７ｎｍである。
【０１３８】
次に、図１９Ｂを参照して赤色に対して動作するように設計された回折光学素子を見れば、回折角θｒｅｄ＝３.７゜、λｒｅｄ＝６７０ｎｍである時、＋１次回折光に対してｓｒｅｄ＝λ／θｒｅｄにより計算された回折光学素子の最小グレーティング間隔ｓｒｅｄは１０.４μmであり、グレーティンググルーブ深さは、例えば１λｒｅｄとして６７０ｎｍである。
【０１３９】
図１９Ａ及び図１９Ｂに示す緑色回折光学素子と赤色回折光学素子の設計条件を利用して１つの回折光学素子で形成することによって入射光を緑色と赤色とに分光させうる。例えば、図１９Ｃに示すように１つの回折光学素子に緑色に対するグレーティング間隔ｓｇｒｅｅｎと赤色に対するグレーティング間隔ｓｒｅｄとでグレーティングを形成する。入射光がこのような回折光学素子を通過する時にＲとＧとに分離された後でイメージ面に相異なる位置に焦点を結ぶ。ここでは、緑色と赤色に対して説明したが、青色に対しても同じ方法でグレーティング間隔ｓｂｌｕｅを求められうる。言い換えれば、緑色波長λｇｒｅｅｎ、赤色波長λｒｅｄ、青色波長λｂｌｕｅと緑色、赤色及び青色の回折角θｇｒｅｅｎ、θｒｅｄ、θｂｌｕｅに対する各カラー別のグレーティング間隔ｓｇｒｅｅｎ、ｓｒｅｄ、ｓｂｌｕｅは次のように整理されうる。
【０１４０】
【数３０】
2006503312.tif 000030
１つの回折光学素子に前記ｓｇｒｅｅｎ、ｓｒｅｄ、ｓｂｌｕｅをそれぞれ適用することによって白色光をＲ、Ｇ、Ｂの三色光に分離させてイメージ面に相異なる位置に結ばせることができる。このように回折光学素子を利用して光分離作用を具現させ、このような回折光学素子を螺旋状に配置してスクローリングのためのユニットを形成することによってスクローリング作用も共に具現させる。
【０１４１】
一方、本発明によるスクローリングユニットは回折光学素子で製作できるが、ホログラム光学素子でも製作可能である。ＨＯＥ型ユニットを製作するために、例えば図２０に示すように螺旋状の乾板に物体光と参照光とを照射して干渉パターンを形成する。物体光としてＲ、Ｇ、Ｂの三色光を相異なる角度で入射させる。このように形成されたホログラムをボリュームホログラムタイプといい、この他にも薄いホログラムタイプでも製作可能である。
【０１４２】
また、ＤＯＥ型ユニットが幾つかの方法で製作されうる。例えば、図２１Ａに示すような連続的ブレーズプロファイルを有する連続的リリーフタイプまたは回折フレネルレンズタイプ、図２１Ｂに示すようなＭＯＤタイプまたはディープブレーズド表面タイプがある。このマルチオーダー回折レンズタイプは連続的リリーフタイプに比べてグルーブ深さが深い代わりにグルーブ数が相対的に少ないことを特徴とする。したがって、マルチオーダー回折レンズタイプが製作し易く、回折効率の側面でも有利である。回折効率については図２２を参照して後述する。
【０１４３】
次に、図２１Ｃに示すようなバイナリタイプ、図２１Ｄに示すようなマルチスタッフタイプがある。このマルチスタッフタイプは複数の階段型に形成されており、ここでは、例えば３レベルのスタッフで構成された例を示した。特に、スタッフの数が多くなるほど回折効率が増加する利点がある。この他に、屈折フレネルレンズタイプ（図示せず）もある。
【０１４４】
図２２は、一般的な回折光学素子製作方法で製作されたレンズとＭＯＤタイプとで製作されたＭＯＤレンズに対する回折効率をシミュレーションした結果を示した図面である。この結果によれば、既存の回折光学素子の製作方法に比べてＭＯＤ製作方法により製作されたレンズが相対的により広い波長帯域でほぼ均一に回折効率が高いと現れた。したがって、ＭＯＤ製作方法によって製作されたスクローリングユニットを使用することによって、より広い波長帯域で高効率の回折光を利用でき、さらに回折効率が全体可視光線の領域で均等に分布されるので、カラー画像の質が向上しうる。
【０１４５】
一方、前記第２ないし第５実施例で光源に少なくとも１つの反射部を設置することによって光源のエテンデュを減少させうる。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
前記のように本発明による照明システムは光源のエテンデュを減らすことによって光効率を増加させ、全体システムの製作を容易にできる。具体的に、スクローリング方法によりカラー画像を具現するプロジェクションシステムにおいて、Ｆナンバーが３.０である既存の投射レンズをそのまま使用する場合、既存の単板式光学系に比べて光効率が約１.５倍増加し、投射レンズのＦナンバーを２.５に使用する場合には光効率を約２倍に増加させうる。このように投射レンズのＦナンバーをさらに減らす場合、さらに大きい光効率の増加を期待できる。
【０１４７】
したがって、既存の単板式光学系よりは光効率が増大し、３板式光学系よりはコンパックな光学系の構成が可能になるので、プロジェクションシステムの競争力を向上させうる。
【０１４８】
また、スクローリングユニットの回転運動を光が通過する部分のレンズアレイの直線運動に転換させることによって、１つのスクローリングユニットを利用してあらゆるカラーに対するスクローリングを行えるので、スクローリング作用を制御し易く、部品数を減らせ、こりによりプロジェクションシステムの軽量化及び低コスト化を達成できる。スクローリングユニットは円形だけでなく円筒形も可能であり、スクローリングユニットの回転運動を光が過ぎ行く部分のレンズアレイの直線運動に転換させる構造を有するようにその全体的な形状は変形可能である。さらに、スクローリングユニットを回折光学素子タイプまたはホログラム光学素子タイプに製作すれば、低コストで大量生産が可能であり、１つのユニットによりスクローリング作用及び光分離作用が行われるように設計が可能であるので、システム構成が単純化される。また、製作上のエラーが減ってスクローリングユニットの性能が向上するので、それを採用したプロジェクションシステムの画質が改善される。
【０１４９】
また、従来の単板式プロジェクションシステムは白色光を順次にＲ、Ｇ、Ｂに分離してカラー画像を具現するので、ライト弁で使われる光の効率が３板式に比べて１／３に落ちる問題がある。しかし、本発明によるスクローリング方式を採用した単板式プロジェクションシステムでは白色光を順次的でない同時に分離し、このように分離されたカラー光をスクロールしてカラー画像を具現するので、３板式と同じ光効率を得られる。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】米国特許２００２／１９１１５４  Ａ１号に開示されたプロジェクションシステムを示した図である。
【図２】プロジェクションシステムのカラースクローリング方式を説明するための図である。
【図３】本発明の第１実施例によるプロジェクションシステムを示した図である。
【図４Ａ】本発明の一実施例による照明システムを示した図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施例による照明システムを示した図である。
【図５】本発明の他の実施例による照明システムを示した図である。
【図６】本発明の他の実施例による照明システムを示した図である。
【図７Ａ】本発明によるプロジェクションシステムに採用されるカラースクローリングのためのスクローリングユニットの正面図である。
【図７Ｂ】VII−VII線に沿って切断した断面図である。
【図７Ｃ】本発明によるプロジェクションシステムに採用されるカラースクローリングのためのスクローリングユニットの設計過程を説明するための図である。
【図８】本発明によるプロジェクションシステムでシリンダーレンズを具備した場合と具備していない場合にスクローリングユニットを通過させる時の光の形状を比較して示した図である。
【図９】本発明の第２実施例によるプロジェクションシステムの構成図である。
【図１０】本発明によるスクローリングユニットの回転によるカラースクローリング作用を説明するための図である。
【図１１Ａ】本発明によるプロジェクションシステムでカラースクローリング過程を示した図である。
【図１１Ｂ】本発明によるプロジェクションシステムでカラースクローリング過程を示した図である。
【図１１Ｃ】本発明によるプロジェクションシステムでカラースクローリング過程を示した図である。
【図１２】本発明の第３実施例によるプロジェクションシステムの正面図である。
【図１３】本発明の第３実施例によるプロジェクションシステムの斜視図である。
【図１４Ａ】本発明の第４実施例によるプロジェクションシステムの正面図である。
【図１４Ｂ】本発明の第４実施例によるプロジェクションシステムでのカラースクローリング過程を示した図である。
【図１５】本発明の第５実施例によるプロジェクションシステムの正面図である。
【図１６Ａ】本発明の第４実施例によるプロジェクションシステムに使われるディスク型回折光学素子（ＤＯＥ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）型ユニットの回折作用を説明するための図である。
【図１６Ｂ】本発明の第４実施例によるプロジェクションシステムに使われるディスク型回折光学素子（ＤＯＥ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）型ユニットの回折作用を説明するための図である。
【図１７】グレーティングの半径に対するグレーティング間隔の変化を示したグラフである。
【図１８】ゾーンプレートによるビームの収斂を説明するための図である。
【図１９Ａ】本発明の第４実施例によるプロジェクションシステムに使われるＤＯＥ型ユニットの製作過程を説明するための図である。
【図１９Ｂ】本発明の第４実施例によるプロジェクションシステムに使われるＤＯＥ型ユニットの製作過程を説明するための図である。
【図１９Ｃ】本発明の第４実施例によるプロジェクションシステムに使われるＤＯＥ型ユニットの製作過程を説明するための図である。
【図２０】ボリュームホログラムタイプユニットの製作図である。
【図２１Ａ】連続的リリーフタイプのＤＯＥ型ユニットの構造図である。
【図２１Ｂ】マルチオーダー回折レンズタイプ（ＭＯＤ：ｍｕｌｔｉｏｒｄｅｒ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  ｌｅｎｓ  ｔｙｐｅ）のＤＯＥ型ユニットの構造図である。
【図２１Ｃ】バイナリタイプのＤＯＥ型ユニットの構造図である。
【図２１Ｄ】マルチスタッフタイプのＤＯＥ型ユニットの構造図である。
【図２２】一般的なＤＯＥ型レンズとＭＯＤレンズでの波長に対する回折効率を対比して示したグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
2006503312.tif 000059
【図１９Ｃ】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２１Ｄ】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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