(57)【要約】第１および第２の焦点を有する反射体を含む、テーパ光パイプ（７１８）を用いた投影ディスプレイ用の照明エンジン。反射体の第１の焦点に近接して配置される電磁放射源は、反射体から第２の焦点に反射する放射光線を射出する。テーパ光パイプ（７１８）は、第２の焦点（７２２）で集束した放射の実質的にすべてを収集して伝送し、放射の開口数を調整するが、放射の像によって形成された面を湾曲させる。ストレート光パイプ（７２４）またはレンズは、テーパ光パイプによって伝送された放射の実質的にすべてを収集して伝送し、放射の像によって形成された面を平坦化する。コンデンサレンズ（７０７）は、等高線状遅延素子によって伝送された放射のすべてを収集して、偏光ビームスプリッタ（７４０）および投影システム（７３８）に伝送する。
2004519010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に集束された電磁放射の源と、
入力面および出力面を有するＴＬＰとを含み、前記ＴＬＰの前記入力面は、前記放射の実質的にすべてを収集して伝送するように配置され、さらに、
入力面および出力面を有するＳＬＰを含み、前記ＳＬＰの前記入力面は、前記放射の実質的にすべてを収集して伝送するように前記ＴＬＰの前記出力面に近接して配置され、さらに、
前記放射の実質的にすべてを収集して伝送するように前記ＳＬＰの前記出力面に近接して配置されるコンデンサレンズと、
前記放射の実質的にすべてを収集して伝送するように前記コンデンサレンズに近接して配置されるＰＢＳとを含む、照明エンジン。
【請求項２】
前記実質的に集束された電磁放射の源は、
第１および第２の焦点を有する反射体と、
前記反射体の前記第１の焦点に近接して配置されて、前記反射体から反射して実質的に前記第２の焦点で集束する放射光線を射出する電磁放射源とを含む、請求項１に記載の照明エンジン。
【請求項３】
前記ＴＬＰの前記出力面は出力領域をさらに含み、
前記ＳＬＰの前記入力面は入力領域をさらに含み、前記出力領域は前記入力領域よりも大きい、請求項１に記載の照明エンジン。
【請求項４】
前記出力領域は、前記入力領域の実質的に２倍である、請求項３に記載の照明エンジン。
【請求項５】
前記出力領域は、第１の出力ディメンションおよび第２の出力ディメンションを有し、前記第２の出力ディメンションは、前記第１の出力ディメンションに直交し、
前記入力領域は、前記第１の出力ディメンションに近接して配置される第１の入力ディメンションと、前記第２の出力ディメンションに近接して配置される第２の入力ディメンションとを有し、
前記第１の入力ディメンションは、前記第１の出力ディメンションと実質的に等しく、
前記第２の入力ディメンションは、前記第２の入力ディメンションの実質的に２倍である、請求項４に記載の照明エンジン。
【請求項６】
前記電磁放射は、実質的に明るい帯域および暗い帯域で前記ＳＬＰの前記出力面から伝送され、
前記明るい帯域および暗い帯域は、前記ＰＢＳと実質的に合致する、請求項５に記載の照明エンジン。
【請求項７】
前記ＴＬＰは、出力領域を有する出力面をさらに含み、
前記ＳＬＰは、入力領域を有する入力面をさらに含み、
前記出力領域は、前記入力領域と実質的に等しい、請求項１に記載の照明エンジン。
【請求項８】
前記ＳＬＰは、石英、ガラス、プラスチック、またはアクリル樹脂からなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の照明エンジン。
【請求項９】
前記ＴＬＰは、石英、ガラス、プラスチック、またはアクリル樹脂からなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の照明エンジン。
【請求項１０】
前記反射体は、実質的に回転楕円面の少なくとも一部を含む、請求項２に記載の照明エンジン。
【請求項１１】
前記反射体は、実質的に回転球面の少なくとも一部を含む、請求項２に記載の照明エンジン。
【請求項１２】
前記反射体は、実質的に回転円環面の少なくとも一部を含む、請求項１に記載の照明エンジン。
【請求項１３】
前記反射体は、第１の光学軸を有する第１の反射体を含み、前記第１の焦点は前記第１の反射体の焦点であり、前記照明エンジンは、
第２の光学軸を有して前記第１および第２の光学軸が実質的に同一線上にあるように前記第１の反射体と実質的に対称に配置された第２の反射体をさらに含み、前記第２の焦点は前記第２の反射体の焦点であり、
前記放射光線は、前記第１の反射体から前記第２の反射体に反射して、前記第２の焦点で実質的に集束する、請求項２に記載の照明エンジン。
【請求項１４】
前記第１および第２の反射体は、実質的に回転楕円面の少なくとも一部を含む、請求項１３に記載の照明エンジン。
【請求項１５】
前記第１および第２の反射体は、実質的に回転円環面の少なくとも一部を含む、請求項１３に記載の照明エンジン。
【請求項１６】
前記第１および第２の反射体は、実質的に回転球面の少なくとも一部を含む、請求項１３に記載の照明エンジン。
【請求項１７】
前記第１および第２の反射体は、実質的に回転放物面の少なくとも一部を含む、請求項１３に記載の照明エンジン。
【請求項１８】
前記第１の反射体は、実質的に回転楕円面の少なくとも一部を含み、
前記第２の反射体は、実質的に回転双曲面の少なくとも一部を含む、請求項１３に記載の照明エンジン。
【請求項１９】
前記第１の反射体は、実質的に回転双曲面の少なくとも一部を含み、
前記第２の反射体は、実質的に回転楕円面の少なくとも一部を含む、請求項１３に記載の照明エンジン。
【請求項２０】
前記反射体は、電磁放射スペクトルの予め指定された部分のみを反射する被覆を有する、請求項２に記載の照明エンジン。
【請求項２１】
前記被覆は、可視光放射、予め指定された波長帯域の放射、または特定の色の放射のみを反射する、請求項２０に記載の照明エンジン。
【請求項２２】
前記電磁放射源によって射出された電磁放射の或る部分は前記反射体に直接当たり、前記電磁放射の或る部分は前記反射体に直接当たらず、前記システムは、前記反射体に直接当たらない前記電磁放射の前記部分の少なくとも一部を、前記反射体の前記第１の焦点を通して前記反射体に反射して、集束する光線の線束強度を高めるように構成されかつ配置される追加の反射体をさらに含む、請求項２に記載の照明エンジン。
【請求項２３】
前記追加の反射体は、前記源の、前記反射体とは反対の側に配置されて、前記反射体から離れる方向に前記源から射出された電磁放射を、前記反射体の前記第１の焦点を通して前記反射体に反射する球面逆反射体を含む、請求項２２に記載の照明エンジン。
【請求項２４】
前記電磁放射源はアークランプを含む、請求項２に記載の照明エンジン。
【請求項２５】
前記アークランプは、キセノンランプ、金属ハロゲン化物ランプ、ＨＩＤランプ、または水銀ランプを含む群から選択されるランプを含む、請求項２４に記載の照明エンジン。
【請求項２６】
前記電磁放射源は、ハロゲンランプおよびフィラメントランプからなる群から選択される、請求項２に記載の照明エンジン。
【請求項２７】
前記ＰＢＳの出力面に近接して配置される集束レンズと、
前記集束レンズの出力側に近接して配置される像投影システムと、
前記集束レンズにおいて収集されて集束された放射によって照明される像とをさらに含み、前記投影システムは、前記像を表示するために、前記収集されて集束された放射を開放する、請求項１に記載の照明エンジン。
【請求項２８】
前記ＰＢＳは一次元アレイを含む、請求項１に記載の照明エンジン。
【請求項２９】
前記ＰＢＳは二次元アレイを含む、請求項１に記載の照明エンジン。
【請求項３０】
実質的に集束された電磁放射を生成するステップと、
入力面および出力面を有するＴＬＰを、前記ＴＬＰの前記入力面が前記実質的に集束された電磁放射の焦点に実質的に近接するように位置付けるステップと、
前記実質的に集束された電磁放射を前記入力面において収集するステップと、
前記電磁放射を前記ＴＬＰに通すことによって前記電磁放射の開口数を調節するステップと、
前記ＴＬＰの前記出力面から前記電磁放射を出力するステップと、
入力面および出力面を有するＳＬＰを、前記ＳＬＰの前記入力面が前記ＴＬＰの前記出力面と実質的に近接するように位置付けるステップと、
前記電磁放射を前記ＳＬＰに通すことによって前記電磁放射の輪郭を平坦化するステップと、
前記電磁放射を偏光させるステップとを含む、照明方法。
【請求項３１】
実質的に集束された電磁放射を生成する前記ステップは、
電磁放射源を反射体の第１の焦点に位置付けるステップと、
前記源によって放射光線を生成するステップと、
前記反射体によって前記放射光線を第２の焦点に反射するステップとを含む、請求項３０に記載の照明方法。
【請求項３２】
実質的に集束された電磁放射の源と、
入力面および出力面を有するＴＬＰとを含み、前記ＴＬＰの前記入力面は、前記電磁放射の実質的にすべてを収集して伝送するように、前記実質的に集束された電磁放射の焦点に近接して配置され、さらに、
入力面および出力面を有する等高線状遅延素子を含み、
前記等高線状遅延素子の前記入力面は、前記電磁放射の実質的にすべてを収集して伝送するように、前記ＴＬＰの前記出力面に近接して配置され、さらに、
前記電磁放射の実質的にすべてを収集して伝送するように、前記等高線状遅延素子の前記出力面に近接して配置されるコンデンサレンズと、
前記電磁放射の実質的にすべてを収集して伝送するように、前記コンデンサレンズに近接して配置されるＰＢＳとを含む、照明エンジン。
【請求項３３】
前記実質的に集束された電磁放射の源は、
第１および第２の焦点を有する反射体と、
前記反射体の前記第１の焦点に近接して配置されて、前記反射体から反射して実質的に前記第２の焦点で集束する放射光線を射出する電磁放射源とを含む、請求項１に記載の照明エンジン。
【請求項３４】
前記等高線状遅延素子はレンズである、請求項３２に記載の照明エンジン。
【請求項３５】
前記レンズは、第１のディメンションに放射を遅延させるための第１のレンズであり、前記照明エンジンは、第２のディメンションに放射を遅延させるための第２のレンズをさらに含む、請求項３４に記載の照明エンジン。
【請求項３６】
前記第１のディメンションは、前記第２のディメンションと実質的に直交する、請求項３５に記載の照明エンジン。
【請求項３７】
前記レンズは、石英、ガラス、プラスチック、またはアクリル樹脂からなる群から選択される材料を含む、請求項３４に記載の照明エンジン。
【請求項３８】
前記ＴＬＰは、石英、ガラス、プラスチック、またはアクリル樹脂からなる群から選択される材料を含む、請求項３２に記載の照明エンジン。
【請求項３９】
前記反射体は、実質的に回転楕円面の少なくとも一部を含む、請求項３３に記載の照明エンジン。
【請求項４０】
前記反射体は、実質的に回転球面の少なくとも一部を含む、請求項３３に記載の照明エンジン。
【請求項４１】
前記反射体は、実質的に回転円環面の少なくとも一部を含む、請求項３３に記載の照明エンジン。
【請求項４２】
前記反射体は、第１の光学軸を有する第１の反射体であり、前記第１の焦点は、前記第１の反射体の焦点であり、前記照明エンジンは、
第２の光学軸を有して前記第１および第２の光学軸が実質的に同一線上にあるように前記第１の反射体と実質的に対称に配置された第２の反射体をさらに含み、前記第２の焦点は前記第２の反射体の焦点であり、
前記放射光線は、前記第１の反射体から前記第２の反射体に反射して、前記第２の焦点において実質的に集束する、請求項３３に記載の照明エンジン。
【請求項４３】
前記第１および第２の反射体は、実質的に回転楕円面の少なくとも一部を含む、請求項４２に記載の照明エンジン。
【請求項４４】
前記第１および第２の反射体は、実質的に回転円環面の少なくとも一部を含む、請求項４２に記載の照明エンジン。
【請求項４５】
前記第１および第２の反射体は、実質的に回転球面の少なくとも一部を含む、請求項４２に記載の照明エンジン。
【請求項４６】
前記第１および第２の反射体は、実質的に回転放物面の少なくとも一部を含む、請求項４２に記載の照明エンジン。
【請求項４７】
前記第１の反射体は、実質的に回転楕円面の少なくとも一部を含み、
前記第２の反射体は、実質的に回転双曲面の少なくとも一部を含む、請求項４２に記載の照明エンジン。
【請求項４８】
前記第１の反射体は、実質的に回転双曲面の少なくとも一部を含み、
前記第２の反射体は、実質的に回転楕円面の少なくとも一部を含む、請求項４２に記載の照明エンジン。
【請求項４９】
前記反射体は、電磁放射スペクトルの予め指定された部分のみを反射する被覆を有する、請求項３３に記載の照明エンジン。
【請求項５０】
前記被覆は、可視光放射、予め指定された波長帯域の放射、または特定の色の放射のみを反射する、請求項４９に記載の照明エンジン。
【請求項５１】
前記電磁放射源によって射出された電磁放射の或る部分は前記反射体に直接当たり、前記電磁放射の或る部分は前記反射体に直接当たらず、前記システムは、前記反射体に直接当たらない前記電磁放射の前記部分の少なくとも一部を、前記反射体の前記第１の焦点を通して前記反射体に反射して、集束する光線の線束強度を高めるように構成されかつ配置される追加の反射体をさらに含む、請求項３３に記載の照明エンジン。
【請求項５２】
前記追加の反射体は、前記源の、前記反射体とは反対の側に配置されて、前記反射体から離れる方向に前記源から射出された電磁放射を、前記反射体の前記第１の焦点を通して前記反射体に反射する球面逆反射体を含む、請求項５１に記載の照明エンジン。
【請求項５３】
前記電磁放射源はアークランプを含む、請求項３３に記載の照明エンジン。
【請求項５４】
前記アークランプは、キセノンランプ、金属ハロゲン化物ランプ、ＨＩＤランプ、または水銀ランプを含む群から選択されるランプを含む、請求項５３に記載の照明エンジン。
【請求項５５】
前記電磁放射源は、ハロゲンランプおよびフィラメントランプからなる群から選択される、請求項３３に記載の照明エンジン。
【請求項５６】
前記ＰＢＳの出力面に近接して配置される集束レンズと、
前記集束レンズの出力側に近接して配置される像投影システムと、
前記集束レンズにおいて収集されて集束された放射によって照明される像とをさらに含み、前記投影システムは、前記像を表示するために、前記収集されて集束された放射を開放する、請求項３２に記載の照明エンジン。
【請求項５７】
前記ＰＢＳは一次元アレイを含む、請求項３２に記載の照明エンジン。
【請求項５８】
前記ＰＢＳは二次元アレイを含む、請求項３２に記載の照明エンジン。
【請求項５９】
実質的に集束された電磁放射を生成するステップと、
入力面および出力面を有するＴＬＰを、前記ＴＬＰの前記入力面が前記実質的に集束された電磁放射の焦点に実質的に近接するように位置付けるステップと、
前記実質的に集束された電磁放射を前記入力面において収集するステップと、
前記電磁放射を前記ＴＬＰに通すことによって前記電磁放射の開口数を調節するステップと、
前記ＴＬＰの前記出力面から前記電磁放射を出力するステップと、
入力面および出力面を有する等高線状遅延素子を、前記等高線状遅延素子の前記入力面が前記ＴＬＰの前記出力面と実質的に近接するように位置付けるステップと、
前記電磁放射を前記等高線状遅延素子に通すことによって前記電磁放射の輪郭を平坦化するステップと、
前記電磁放射を偏光させるステップとを含む、照明方法。
【請求項６０】
実質的に集束された電磁放射の前記源は、
第１および第２の焦点を有する反射体と、
前記反射体の前記第１の焦点に近接して配置されて、前記反射体から反射して実質的に前記第２の焦点で集束する放射光線を射出する電磁放射源とを含む、請求項５９に記載の照明エンジン。
【請求項６１】
前記等高線状遅延素子はレンズを含む、請求項６０に記載の照明エンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
【０００２】
【関連出願の相互参照】
この出願は、仮出願である、２００１年２月５日に出願された連続番号第６０／２６５，８８９号、２００１年４月３０日に出願された連続番号第６０／２８６，９８２号、２００１年８月２０日に出願された連続番号第６０／３１３，１０６号、および２００１年１０月１６日に出願された連続番号第６０／３２９，３２０号に優先権を主張し、これらの開示内容は、引用により援用される。
【０００３】
【発明の分野】
この発明は、投影システムにおけるテーパ光パイプ（ＴＬＰ）からの光の偏光に関する。
【０００４】
【関連技術の説明】
ＬＣＤ型投影ディスプレイにおいてＬＣＤイメージャを照明するために、偏光を用いることができる。ＬＣＤイメージャは、たとえば透過性または反射性であり得る。ＬＣＤイメージャに入力された光は、ＬＣＤ画素を変調する際に、選択した画素の偏光を変更し得るように偏光させることができ、イメージャから出力された光が別の偏光子によって分析されると、選択された画素が暗くなる。画素が所望の情報によって変調されると、その情報が画面上に投影される。
【０００５】
しかしながら、光を偏光させると、光の半分しか適切に偏光されない。他の半分は、不適切に偏光する。不適切に偏光した光の中には、或る効率で偏光を回転させることによって復元できるものがあり、５０％を超える全体効率をもたらす。不適切に偏光した光の中には、たとえば、それを半波長板に通すことによって復元できるものもあり、後にそれを適切に偏光した光と再び組合せることができる。
【０００６】
図１ａに示される偏光技術の１つでは、フライアイレンズと呼ばれるレンズのアレイ１０６を用いることによって、放物面反射体からの光の平行なビーム１０２を多重ビーム１０４に集束させることができる。レンズの別のアレイ１０７によって、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０８のアレイ上に、各ビーム１０４を集束させることができる。ＰＢＳはストライプを有する一次元アレイでである。図１ｂでは、ＰＢＳアレイ１０８のセルが詳細に示される。ＰＢＳ１０８上の被覆１０８ａは、入力ビーム１０４を平行および垂直な光のビーム１１１および１１２に分割する。ビーム１１１は、反射体１０８ｂによって出力方向に再び方向付けられる。射出ビーム１１０がビーム１１２と同じ偏光となるように、半波長板１０８ｃによってビーム１１１の偏光を回転させる。
【０００７】
図２に示される別の偏光技術では、楕円反射体２０２を用いて光を集束させることができる。このような集束光システムでは、その開示内容が引用によって援用される、米国特許第６，１３９，１５７号に記載されるように、ビームプロファイルを収集して均質化するために、ストレート光パイプ（ＳＬＰ）２０４がしばしば用いられる。ＳＬＰ２０４の出力から見た場合に、光パイプの側壁による集束光の多重反射により、集束光の多重像２０６が形成される。次に、これらの多重像２０６を、レンズ２０７によってＰＢＳアレイ２０８上に結像させることができる。ＳＬＰ２０４によって形成された像の二次元アレイは、フライアイレンズと同様の態様で像の各行をＰＢＳアレイの各ストライプ上に結像させることにより、ＰＢＳアレイ２０８に合致して、同じ偏光の光２１０および２１２を生成する。
【０００８】
性能を改良するために１：１結像システムを必要とする光学システムでは、光を集束させるためにデュアル放物面反射体システムを用いることができる。しかしながら、デュアル放物面反射体システムでは、集束光が極めて高い開口数（ＮＡ）を有することが考えられる。図３に示されるように、大きなＮＡをより小さなものに変換して光をさらに処理するために、テーパ光パイプ（ＴＬＰ）３１８を用いることができる。
【０００９】
ＴＬＰ３１８の出力から見た場合に、ＳＬＰと同様の態様で集束光の多重像が形成されるが、集束光の反射は、ＴＬＰの出力において平面を形成しない。むしろ、集束光は、ＴＬＰの多重反射によって湾曲面３１９を形成する。面３１９の曲率は、ＴＬＰ３１８のテーパ角度α（アルファ）に依存し得る。テーパ角度αは、システム要件を満たすように水平方向および垂直方向で異なり得る。この湾曲面３１９を平面のＰＢＳアレイに集束することは、費用がかかって難しいことが考えられる。したがって、ＴＬＰからの光の偏光を行なうために、このような湾曲面を平面に変換することのできるシステムが必要とされる。
【００１０】
【発明の概要】
一実施例において、ＴＬＰを用いた投影ディスプレイ用の照明エンジンが開示される。この照明エンジンは、第１および第２の焦点を有する反射体と、反射体の第１の焦点に近接して配置されて、反射体から反射して実質的に第２の焦点で集束する放射光線を射出する電磁放射源と、入力面および出力面を有するＴＬＰとを含み、ＴＬＰの入力面は、実質的にすべての放射を収集して伝送するように第２の焦点に近接して配置される。照明エンジンはさらに、入力面および出力面を有するＳＬＰを含み、ＳＬＰの入力面は、実質的にすべての放射を収集して伝送するようにＴＬＰの出力面に近接して配置され、照明エンジンはさらに、実質的にすべての放射を収集して伝送するようにＳＬＰの出力面に近接して配置されるコンデンサレンズと、実質的にすべての放射を収集して伝送するようにコンデンサレンズに近接して配置されるＰＢＳとを含む。
【００１１】
第２の実施例では、投影ディスプレイでＴＬＰを用いるための方法が開示される。この方法は、反射体の第１の焦点に電磁放射源を位置付けるステップと、源によって放射光線を生成するステップと、反射体によって放射光線を第２の焦点に反射するステップと、入力面および出力面を有するＴＬＰを、ＴＬＰの入力面が第２の焦点と実質的に近接するように位置付けるステップと、ＴＬＰの入力面において放射光線を収集するステップと、放射光線をＴＬＰに通すことによって放射の開口数を調節するステップと、ＴＬＰの出力面から放射光線を出力するステップと、入力面および出力面を有するＳＬＰを、ＳＬＰの入力面がＴＬＰの出力面と実質的に近接するように位置付けるステップと、放射光線をＳＬＰに通すことによって放射の輪郭を平坦化するステップと、放射を偏光させるステップとによって、実施することができる。
【００１２】
第３の実施例では、ＴＬＰを用いた、投影ディスプレイ用の照明エンジンが開示される。この照明エンジンは、第１および第２の焦点を有する反射体と、反射体の第１の焦点に近接して配置されて、反射体から反射して実質的に第２の焦点で集束する放射光線を射出する電磁放射源と、入力面および出力面を有するＴＬＰとを含み、ＴＬＰの入力面は、実質的にすべての放射を収集して伝送するように第２の焦点に近接して配置される。照明エンジンはさらに、入力面および出力面を有するレンズを含み、レンズの入力面は、実質的にすべての放射を収集して伝送するようにＴＬＰの出力面に近接して配置され、照明エンジンはさらに、実質的にすべての放射を収集して伝送するようにレンズの出力面に近接して配置されるコンデンサレンズと、実質的にすべての放射を収集して伝送するようにコンデンサレンズに近接して配置されるＰＢＳとを含む。レンズまたはレンズ系は、当業者には公知であるように、等高線状遅延素子の一例である。
【００１３】
第４の実施例では、投影ディスプレイにおいてＴＬＰを用いるための方法が開示される。この方法は、反射体の第１の焦点に電磁放射源を位置付けるステップと、源によって放射光線を生成するステップと、反射体によって放射光線を第２の焦点に反射するステップと、入力面および出力面を有するＴＬＰを、ＴＬＰの入力面が第２の焦点と実質的に近接するように位置付けるステップと、ＴＬＰの入力面において放射光線を収集するステップと、放射光線をＴＬＰに通すことによって放射の開口数を調節するステップと、ＴＬＰの出力面から放射光線を出力するステップと、入力面および出力面を有するレンズを、レンズの入力面がＴＬＰの出力面と実質的に近接するように位置付けるステップと、放射光線をレンズに通すことによって放射の輪郭を平坦化するステップと、放射を偏光させるステップとによって、実施することができる。
【００１４】
【好ましい実施例の詳細な説明】
図４に、この発明の第１の実施例に従った照明エンジン４００を示す。照明エンジン４００は、第１の焦点４０４および第１の光学軸４０６を有する第１の反射体４０２と、第２の焦点４１０および第２の光学軸４１２を有して第１および第２の光学軸４０６および４１２が実質的に同一線上にあるように第１の反射体４０２と実質的に対称に配置された第２の反射体４０８とを含む。
【００１５】
第１および第２の反射体４０２および４０８は、一般に、第１および第２の焦点４０４および４１０が１つの光学軸によって接続された１つの反射体であり得る。たとえば、第１および第２の反射体４０２および４０８が１つの楕円反射体である場合がこれに当てはまる。したがって、以下の説明は、１つの反射体、２つの別個の反射体、または当業者に公知の、放射を集束するあらゆる手段を含む照明エンジン４００に適用される。
【００１６】
第１および第２の反射体４０２および４０８は、たとえば、実質的に楕円、円環、球、または放物面の回転面の部分であってよい。また、第１の反射体４０２がたとえば実質的に回転楕円面の一部であり得、第２の反射体４０８が実質的に回転双曲面の一部を含む。または、第１の反射体４０２がたとえば実質的に回転双曲面の一部であり得、第２の反射体４０８が実質的に回転楕円面の一部を含む。
【００１７】
第１および第２の反射体４０２および４０８は、電磁放射スペクトルの予め指定された部分のみを反射する被覆を有し得る。さまざまな実施例において、被覆は、たとえば可視光放射、予め指定された波長帯域の放射、または特定の色の放射のみを反射する。
【００１８】
第１の反射体４０２から第２の反射体４０８に反射して実質的に第２の焦点４１０で集束する放射光線４１６を射出するために、電磁放射源４１４を第１の反射体４０２の第１の焦点４０４付近に配置することができる。電磁放射源４１４は、たとえば、キセノンランプ、金属ハロゲン化物ランプ、ＨＩＤランプ、または水銀ランプ等のアークランプであってよい。電磁放射源４１４はまた、ハロゲンランプまたはフィラメントランプであってよい。
【００１９】
第２の焦点４１０で集束する放射光線４１６は、大きな開口数を有し得る。開口数を低減または調節するために、入力面４２０および出力面４２２を有するＴＬＰ４１８を、ＴＬＰ４１８の入力面４２０が第２の焦点４１０に近接するように位置付けることができる。したがって、ＴＬＰ４１８は、第２の焦点４１０で集束する放射４１６の実質的にすべてを収集して伝送し、入力面４２０に入る放射４１６の開口数も調節する。たとえば、ＴＬＰ４１８が入力面４２０から出力面４２２に拡張する場合は、出力面４２２における放射４１６の開口数が低減される。
【００２０】
入力面４２０に入る放射４１６の開口数を調節することに加え、ＴＬＰ４１８の壁の内面反射によって焦点の多重像が生成されて像のアレイ４１９を生じる。像４１９は湾曲面を有し、湾曲面の曲率は、ＴＬＰ４１８のテーパ角度α（アルファ）に依存する。
【００２１】
ＴＬＰ４１８の断面は、好ましくは矩形であり、テーパプロファイルは好ましくは線形である。ＴＬＰ４１８は、たとえば石英、ガラス、プラスチック、またはアクリル樹脂で形成されてよい。
【００２２】
図５に示されるように、同じく入力面５２６および出力面５２８を有する等高線状遅延素子５２４は、入力面５２６がＴＬＰ５１８の出力面５２２に近接して、像５１９に構成される放射５１６の実質的にすべてを収集して伝送するように配置され得る。一実施例において、等高線状遅延素子５２４の目的は、さまざまな放射光線５１６がＴＬＰ５１８の出力面５２２から出て行くのに伴なって、それらの進行距離を等化することであると考えられる。遅延の輪郭は、たとえば等高線状遅延素子５２４の中心から外側に、半径方向に分散し得る。像５１９によって形成された湾曲面５１９がたとえば凸状である場合に、等高線状遅延素子５２４は、縁に沿った光のビームよりも中央部の光を相対的により多く遅延させることができ、それによって像５１９の周辺部に沿った光のビームが追いつくことにより、等高線状遅延素子５２４の出力において湾曲面５１９を平坦化することができる。
【００２３】
一実施例において、等高線状遅延素子５２４はレンズ系である。レンズ系は、球凸面、球凹面、円筒凸面、および円筒凹面を含むタイプの１つ以上のレンズを有し得る。凸面および凹面は、球面および非球面の湾曲を含む。レンズ系は、等高線状遅延素子の出力が平坦なプロファイルを有して、それがＰＢＳアレイに光を効率良く結合するように設計される。
【００２４】
等高線状遅延素子５２４は所望の結果を生じるが、実際のＴＬＰのほとんどは、水平方向および垂直方向に異なったテーパプロファイルを有する。その結果、等高線状遅延素子５２４はこれらの２方向に異なるパワーを有するため、環状光学構成要素を用いなければならない。
【００２５】
図６に示される別の実施例では、等高線状遅延素子６２４が一連のレンズである。環状光学構成要素を用いる代わりに、第１のレンズ６２４ａが、第１の、たとえば水平なディメンションに放射６１６を遅延させることができ、第２のレンズ６２４ｂは、第２の、たとえば垂直なディメンションに放射６１６を遅延させる。各々が特定のディメンション専用である別個のレンズは、１つのレンズよりも生産しやすく、または、設計の柔軟性をより多く提供することができる。
【００２６】
図７ａに示される別の実施例において、等高線状遅延素子７２４はＳＬＰである。入力光をＴＬＰの入力において結像させずに、代わりにＴＬＰの出力が用いられる。ＴＬＰ７１８の出力端７２２における放射７１６は、像のアレイ７０６が生成されるようにＳＬＰ７２４の側壁によって反射される。ＴＬＰ７１８が光出力を均質化するため、出力端７２２における強度プロファイルは均一である。
【００２７】
図７ｂに示される好ましい実施例では、入力面７２６の面積が、出力面７２２の面積のたとえば２倍であり得る。長さ７３６は、長さ７３２のたとえば２倍であり得る。この実施例の改良例において、出力面７２２は第１の出力ディメンション７３０および第２の出力ディメンション７３２を有し、第２の出力ディメンション７３２は、第１の出力ディメンション７３０と実質的に直交する。入力面７２６は、第１の出力ディメンション７３０に対応する第１の入力ディメンション７３４と、第２の出力ディメンション７３２に対応する第２の入力ディメンション７３６とを有する。第１の入力ディメンション７３０は第１のディメンション７３４と実質的に等しいと考えられ、第２の入力ディメンション７３６は第２の出力ディメンション７３２の実質的に２倍であると考えられるため、出力面７２２の面積の２倍である入力面７２６の面積を生じる。
【００２８】
ＴＬＰ７１８の出力端７２２を光源として用いることにより、像のアレイ７０６が形成される。像のアレイ７０６は、可視域内の明るい帯域および暗い帯域として出現する。次に、ＰＢＳアレイ７０８上に、結像システム７０７によってこれらの帯域が結像され、ＰＢＳアレイ上の入力ストライプと合致することによって偏光を効率良く生成する。
【００２９】
図７ａに示されるように、集束レンズ７３８をＰＢＳ７０８アレイの出力面７４０付近に配置して、放射の偏光されたビーム７４２を受取ることができる。次に、集束レンズ７３８は、それらを像投影システム７４４に伝送し、像７４６は、集束レンズ７３８において収集されて集束された放射によって照明され得る。投影システム７４４は、収集されて集束された放射７４２を開放して像７４６を表示する。一実施例において、ＰＢＳ７０８は一次元アレイを含む。別の実施例において、ＰＢＳ７０８は二次元アレイを含む。
【００３０】
図８に示される代替的一実施例では、追加の反射体８３６を配置して、第１の反射体８０２に直接当たらない、源８１４からの電磁放射の部分の少なくとも一部を、第１の反射体８０２の第１の焦点８０４を通して第１の反射体８０２に反射して返し、集束する光線の線束強度を高めることができる。好ましい一実施例において、追加の反射体８３６は、球面逆反射体であってよい。
【００３１】
この発明を上で詳細に説明してきたが、この発明は、説明された特定の実施例に限定されることを意図されない。当業者が、この発明の概念から逸脱することなく、この明細書に記載された特定の実施例の多数の使途および変更例ならびにそれらからの発展例を生じ得ることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】偏光システムと共に用いるための、フライアイレンズを用いた放物面反射体システムの概略図である。
【図２】偏光システムと共に用いるための、楕円反射体システムおよびＳＬＰの概略図である。
【図３】デュアル放物面反射体およびＴＬＰ照明エンジンの概略図である。
【図４】この発明の一実施例と共に用いるための、デュアル放物面反射体およびＴＬＰ偏光システムの図である。
【図５】図４の実施例と共に用いるための、等高線状遅延素子の図である。
【図６】この発明の第２の実施例に従った、レンズ系の図である。
【図７ａ】この発明の第３の実施例に従った、ＴＬＰ／ＳＬＰを組合せた図である。
【図７ｂ】図７ａのＳＬＰの詳細を示す図である。
【図８】この発明の一実施例と共に用いるための、逆反射体の図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004519010.tif 000038
【国際調査報告】
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