(57)【要約】照明源と、複数のレンズレットを各々が有する１対の一定間隔で配置されたインテグレータプレートと、間に配置された複数のレンズレットに対応する個々の開口を有し、無反射光吸収壁を有する導管アレイと、前記第２のレンズレットから放射された光を焦点面において統合するリレー光学構造とを具える光学照明装置。レンズレットを有する第１インテグレータプレートを、空間的強度変化を受けて照明し、個々のレンズレットからの光を複数の個々のレンズレットの各々に関する個々の開口を有する細長いバッフルで分離し、各々の開口からの光を、レンズレットを有する第２インテグレータプレートで捕獲し、前記光を焦点面にリレーすることによって本装置を用い、これによって、前記細長いバッフルの壁に衝突する光線を、前記開口を通って伝送させず、実際的に、鋭角を有する光線を減衰させ、前記焦点面を一様に照明する。
2004514166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）照明源と、
（ｂ）前記照明源の照明経路に沿って配置された第１レンズレットアレイと、
（ｃ）前記第１レンズレットアレイの複数のレンズレットに対応する複数の開口を有し、無反射光吸収壁を有する導管アレイと、
（ｄ）第２レンズレットアレイであって、前記第１レンズレットアレイの個々のレンズレットを通過するが、前記無反射光吸収壁を遮らない光線が、前記第２レンズレットアレイの個々のレンズレットと交差しないように前記導管アレイと整列された第２レンズレットアレイと、
（ｅ）前記第２レンズレットアレイから放射された光を焦点面において統合するリレー光学構造とを具えることを特徴とする光学照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学照明装置において、前記照明源が、放物面反射器を有するランプを具えることを特徴とする光学照明装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光学照明装置において、前記第１レンズレットアレイが、平行な軸を有するＮ×Ｍの共面レンズレットを具え、Ｎ及びＭが各々１より大きいことを特徴とする光学照明装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光学照明装置において、Ｎを４、Ｍを５としたことを特徴とする光学照明装置。
【請求項５】
請求項３に記載の光学照明装置において、前記導管アレイが、分離した開口のＮ×Ｍアレイを具えることを特徴とする光学照明装置。
【請求項６】
請求項３に記載の光学照明装置において、前記導管アレイが、開口のＮ×１アレイを具え、各開口が、前記第１レンズレットアレイのＭのレンズレットに対応することを特徴とする光学照明装置。
【請求項７】
請求項３に記載の光学照明装置において、前記第２レンズレットアレイが、前記第１レンズレットアレイの個々のレンズレットと整列された平行軸を有するＮ×Ｍの共面レンズレットを具えることを特徴とする光学照明装置。
【請求項８】
請求項１に記載の光学照明装置において、前記導管アレイを、吸収された照明からの熱を発散させることに適合させたことを特徴とする光学照明装置。
【請求項９】
（ａ）照明領域において空間強度変化を有する照明源である領域を照明するステップと、
（ｂ）前記照明源からの光を、各々がレンズレットを有する複数の区分を有する第１分割インテグレータプレートで受けるステップと、
（ｃ）各々のレンズレットからの光を、複数の個々のレンズレットに対応する複数の開口と、隣接する開口間に光吸収無反射壁とを有する細長いバッフルで分離するステップと、
（ｄ）個々の開口を通過する前記第１分割インテグレータプレートの個々のレンズレットからの光を、各々の区分がレンズレットを有する第２分割インテグレータプレートで受けるステップと、
（ｅ）前記第２インテグレータプレートから放射された光を、光学構造を経て焦点面にリレーするステップとを含み、
これによって、前記細長いバッフルの壁に衝突する光線が、前記開口を経て伝送されず、鋭角を有する光線が実際的に減衰し、前記焦点面における照明が実際的に一様であることを特徴とする照明方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の照明方法において、前記照明源が、放物面反射器を有するランプを具えることを特徴とする照明方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の照明方法において、前記第１分割インテグレータプレートが、平行な軸を有するＮ×Ｍの共面レンズレットを具え、Ｎ及びＭが各々１より大きいことを特徴とする照明方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の照明方法において、前記細長いバッフルが、分離した開口のＮ×Ｍアレイを具えることを特徴とする照明方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の照明方法において、前記細長いバッフルが、開口のＮ×１アレイを具え、各開口が、前記第１分割インテグレータプレートのＭのレンズレットに対応することを特徴とする照明方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の照明方法において、前記第２分割インテグレータプレートが、前記第１分割インテグレータプレートの個々のレンズレットと整列された平行軸を有するＮ×Ｍの共面レンズレットを具えることを特徴とする照明方法。
【請求項１５】
請求項９に記載の照明方法において、前記細長いバッフルを対流式に冷却するステップをさらに含むことを特徴とする照明方法。
【請求項１６】
（ａ）発散性の光線を有し、強度において空間的変化を有するランプから光を受けるステップと、
（ｂ）前記ランプからの光に、軸を有するレンズレットを各々が有する複数の区分を有する第１分割インテグレータプレートを通過させ、前記第１分割インテグレータプレートの個々のレンズレットからの光を、前記軸に沿って第２分割インテグレータプレートの個々のレンズレットにリレーし、前記ランプからの光の一部を、前記第１分割インテグレータプレートのレンズレットに、前記第２分割インテグレータプレートの非対応レンズレットに向かって屈折するように入射させるステップと、
（ｃ）光吸収無反射バッフルを配置し、前記第１及び第２分割インテグレータプレートの個々の対応するレンズレットを分離し、前記第１分割インテグレータプレートのレンズレットによって屈折され、前記第２分割インテグレータプレートの非対応レンズレットに向かう光を吸収するステップと、
（ｄ）前記第２インテグレータプレートから伝送された光を、光学構造を経て共通焦点面にリレーするステップとを含むことを特徴とする、照明の一様な領域を与える方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、前記第１分割インテグレータプレートが、平行な軸を有するＮ×Ｍの共面レンズレットを具え、Ｎ及びＭが各々１より大きいことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、前記バッフルが、分離した開口のＮ×Ｍアレイを具えることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の方法において、Ｎのレンズレットの隣接する行を、共通バッフルによって互いに分離することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、光学照明システムと、光学装置を照明する方法とに関する。
【０００２】
発明の背景
インテグレータレンズレットアレイを用いて、例えば画像投影システム用の、高強度で一様な照明を与えることは既知である。一般において、高強度ランプは、代表的に、一般的に単一の軸に沿って照明を指向させる放物面反射器によって与えられる。この光は、空間強度において、前記ランプに対する位置に応じて変化するので、対応するレンズレットのアレイで各々構成された一対の一定間隔で配置されたインテグレータプレートを与える。レンズセットの個々の組を通過する光は、次に、光学リレーレンズシステムを通じて像面の方に向けられる。このようにして、前記インテグレータプレートは、種々の有利な位置からの前記ランプを結像する役目をし、これらは足し合わされ、結果として一様な照明が生じる。
【０００３】
この構成から生じる１つの問題は、直接光及び反射光の双方を含む前記ランプから出るある割合の光は平行にされず、したがって、それた角度に向けられることである。これは、今度は、いわゆるサイドローブを引き起こし、このサイドローブにおいて、第１インテグレータプレートのあるレンズセットに入る光は、第２インテグレータプレートの対応しないレンズセットに向かって屈折される。これは、今度は、結果として、前記像面にぶつからないか、急な角度に向けられる光を生じる。いずれの場合においても、この迷光は、前記システムの性能に悪影響を及ぼすおそれがある。特に、これらのサイドローブによって形成された迷光は、光経路における種々の物体から散乱され、前記システムのコントラストを落とすおそれがある。これらのレンズセットアレイは、ランプから一様な像を発生するきわめてポピュラーな方法になってきており、これらのサイズが減少するにつれて、前記サイドローブの強度も増加する。
【０００４】
本発明の目的は、一様で効率的な照明を与え、同時にサイドローブ照明を除去する光学照明システムを提供することである。この目的は、請求項１において記載した本発明による光学照明システムによって達成される。本発明の他の有利な実施形態を、従属項において記載した。
【０００５】
特開平１１−１１６０７９１号公報は、投影表示装置用照明光学装置に関する。このシステムは、凹面反射器を有するランプと、光ガイドによって一定間隔をおいて配置された１対のインテグレータレンズレットアレイと、リレーレンズシステムとを含む。このシステムにおいて、光のロスを減少し、効率を増すために、光ガイドを与え、第１レンズアレイプレートのレンズレットから第２レンズアレイのレンズレットまで光を導く。このようにして、軸を外れた光を、吸収せずに、前記第２レンズレットアレイに明らかに導く。
【０００６】
欧州特許出願公開明細書０７７３４５６号は、レンズ対をチューブラ構造によって個々の位置において保持する拡大レンズ及び表示装置を与える。前期レンズ対の組の軸は、一般的に収束し、前記チューブラ構造は、黒く着色された樹脂によって形成される。したがって、この構造は、人間の可視化に関する複式拡大レンズとして用いられる。
【０００７】
発明の要約
本発明は、一実施形態により、前記インテグレータプレートの個々のレンズレット間又はレンズレットのアレイ間に光吸収壁を有し、サイドローブ光線の伝播を遮断する、例えば導管又はシートであるバッフルの組を与える。
【０００８】
これらのサイドローブ抑制光インテグレータサブシステムは、迷光がコントラストを減少し、結果としてアーティファクトと低い画質とを生じるおそれがある画像投影システムにおいて特に有用である。前記光インテグレータサブシステムを、例えば、ランプと結像パネルとの間に挿入する。
【０００９】
光の一部は、前記導管又はバッフルアレイにおいて損失されるが、この損失は、前記システムの効率を実際的に減少するとは考えられないことに注意されたい。したがって、これらの寄生光線を除去又は減少することによって、性能は、高い画像コントラストとより少ないアーティファクトとを確保することによって改善される。
【００１０】
前記導管又はバッファアレイを、反射によるこれらの光線の保存がこれらの伝播軸を補正せず、したがって、これらの光線が依然として前記インテグレータシステムから、望まれない散乱光を形成する望まれない角度において出るため、好適には無反射性とする。
【００１１】
好適実施形態によれば、前記結像装置を長方形とし、したがって、インテグレータ光学を、これらの焦点面において一様な長方形照明を発生するように設計する。前記レンズレットを水平及び垂直間隔が等しくない長方形アレイにおいて配置したこのようなシステムにおいて、サイドローブの量に関する影響は異方性であり、その結果、前記サイドローブの強度は、前記レンズレットのより小さい次元においてより強くなる。したがって、図２に示すように、Ｙ軸ローブは、Ｘ軸ローブより強い強度を有する。したがって、前記問題には、非対称に取り組むことができる。したがって、例えば、平行シートの組を、Ｙ軸に沿ったレンズレットの連続する行の間に設けてもよい。これは、Ｘ軸サイドローブ強度を実質上変えないが、Ｙ軸サイドローブは、実質上減衰する。導管又はチューブの代わりにシートを設けることによって、放熱が増大し、構造が簡単になり、光損失が減少し、いくらかの迷光が残る。
【００１２】
導管又はチューブの場合において、双方の軸に沿ったサイドローブは抑制される。前記アレイを、好適には、長方形チューブラ構造で構成する。空間的効率を与えるために、隣接するインテグレータ構造の壁を、好適には共通にする。前記壁を、好適には、無反射黒コーティングで覆い、これらに入射する光を吸収する。前記レンズレットアレイと導管アレイとの間に、受動又は強制対流のためのエアスペースを設けてもよい。前記導管アレイの外部部分に、対流又は放射冷却用の表面領域を設けてもよい。前記導管を、好適には、他の材料が好適であるかもしれなくても、銅又はアルミニウムのような耐熱性熱導電性材料によって形成する。
【００１３】
したがって、本発明の目的は、一定間隔で配置された１対のインテグレータレンズレットアレイを有するレンズレットインテグレータシステムにおいて、導管を前記インテグレータの個々のレンズレット要素間に配置し、迷光を吸収することを特徴とするレンズレットインテグレータシステムを提供することである。
【００１４】
本発明の目的は、レンズレットインテグレータシステム用導管アレイであって、レンズレットアレイ構成に対応する長方形開口の組と、無反射表面とを有する導管アレイを提供することでもある。
【００１５】
本発明の他の目的は、照明源と、前記照明源の照明経路に沿って配置されたレンズレットの第１アレイと、前記レンズレットの第アレイの複数のレンズレットに対応する個々の開口を有すると共に無反射光吸収壁を有する導管アレイと、レンズレットの第２アレイであって、前記レンズレットの第１アレイの個々のレンズレットを通過すると共に前記無反射光吸収壁に妨げられない光が前記レンズレットの第２アレイの個々のレンズレットと交差するように前記導管アレイと整列されたレンズレットの第２アレイと、前記レンズレットの第２アレイから放射された光を焦点面において統合するリレー光学構造とを具える光学照明装置を提供することである。
【００１６】
本発明の他の目的は、サイドローブ照明を除去すると同時に、光学装置を一様かつ効率的に照明する方法を提供することである。この目的は、請求項９に記載した本発明による方法によって達成される。
【００１７】
これら及び他の目的は、好適実施形態の図面及び詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１８】
好適実施形態の詳細な説明
図１−３に示すのは、プロジェクタランプ１から放射された光の一部は、インテグレータレンズレットアレイ２に対して比較的軸から外れており、結果としてサイドローブ３を発生させることである。これらのサイドローブ３は、アレイの対２、４の対応しないレンズレット間で伝播し、光経路における種々の散乱表面から散乱された光線を含み、スクリーンへのこれらの構成の道を作り、システムのコントラスト比における劣化を引き起こす。さらに、一部は、結像装置６に急な角度で入射し、結果として、アーティファクトを発生させる。
【００１９】
図１は、サイドローブ３の原因の図式的な図を示す。平行にされていない光線１０は、あるレンズセット１１から、このレンズセットに直接整列されていない第２インテグレータプレート４のこれらのレンズセット１２、１３に進む。これらのサイドローブ３の強度は、レンズレット１１、１２、１３、１４（図２参照）のサイズのきわめて強い関数である。これらのレンズレット１１、１２、１３、１４のサイズがより小さくなると、これらのサイドローブ３は、強度において増加し、したがって、光学システムにおける散乱光も増加する。
【００２０】
図３は、ＡＳＡＰにおいてシミュレートされたインテグレータレンズ２、４からの散乱光によるサイドローブ３を示し、結像装置６の照明メインイメージを中央の正方形において示す。レンズ１１、１４のｙ方向における寸法がより小さいため、ｙローブ２１がｘローブ２２よりきわめて強いことに注意されたい。
【００２１】
本発明によれば、インテグレータプレート２、４におけるレンズレットの各対を、導管１００によって分離する。このようにして、第１アレイ２からの軸を外れた光線１０１を遮断し、向かい合ったアレイ４の他のレンズレットに達するのを防ぐ。したがって、代表的に結果としてコントラストの損失を生じる迷光は減少する。チューブラ構造１０２を（図４に示す）２つのインテグレータプレート２、４の間に置くことによって、２つのプレート２、４のレンズレット１１、１２、１３、１４間のクロストークは除去される。このようにして、平行にされていない光線１０１を、導管アレイ１００の壁によって遮断及び吸収し、対応しないインテグレータレンズレット１２、１３と相互作用するのを防ぐ。この方法において、第１インテグレータアレイ２の各々のレンズレット１１からの開口は、第２インテグレータアレイ４の対応するレンズレット１４にのみ中継され、光学アレイ１０４の主な面１０３において結像する。
【００２２】
図５は、図２に示す先行技術の実施例と比較して、軸を外れた光線１０１がどのように除去され、結果として少ない迷光を生じるかを詳細に示す。
【００２３】
図６は、導管アレイ１００の斜視図をより詳細に示す。この導管アレイ１００は、長方形であり、代表的に、前記システムの機能及びサイズによって決定される寸法及び比率を有する。例えば、４：３のアスペクト比を有するシリコン投影システムにおける液晶において、レンズアレイ２、４を、例えば、各々が４：３の比を有する平凸レンズレットの５×４アレイとして設ける。導管アレイ１００を、レンズレット１１、１４の各対のサイズと等しい間隔で配置し、好適には、各々の末端のエッジの近くに開口１０５を有し、空気循環を可能にする。光漏れを防ぐために、バッフル構造（図示せず）を設けてもよい。
【００２４】
さらに、各導管１００の壁を、好適には無反射性かつ吸収性とし、結果として、インテグレータセル１１、１００、１４内の軸を外れた光１０１を減衰させる。出口レンズレット１４から放射された軸を外れた光１０１も、結果として迷光を生じ、コントラストの減少を生じる。
【００２５】
導管アレイ１００の壁を、好適には熱導電性とし、前記アレイの周囲における放熱を可能にする。したがって、エレクトロディックで黒の粗い上塗りを、前記長方形アレイ中に形成されたアルミニウム又は銅のシート状に設けてもよい。
【００２６】
図７は、より小さい（垂直）寸法において前記レンズレットの行を分離する薄い平面プレート２００を設けた、本発明の一実施形態を示す。しかしながら、前記インテグレータプレートは、レンズレットの完全なアレイ、例えば、５×５非対称アレイを具えることが理解される。
【００２７】
上記で注意したように、サイドローブ３の強度は、前記レンズレットのより小さい寸法の側において、きわめてより強くなる。例えば、前記サイドローブは、Ｘ軸２２と比べてＹ軸２１に沿って極めてより強いことがわかる図２を参照されたい。したがって、この実施形態によれば、例１において用いた導管１００の代わりに、薄い平面プレート２００を用い、隣接するレンズレット１２、１３、１４を、これらレンズレットのより小さい方向（すなわち、図２に示すＹ軸２１の方向）においてのみ光学的に分離するようにする。これらの平行プレート２００を、無反射の暗色のコーティングで覆い、これらに入射するどのような光線も吸収する。図７は、平面プレート２００のこのアレイ前面斜視図を図式的に示す。例えば、プレート２００を、比較的粗く無反射性表面を有する黒く陽極処理されたアルミニウムシートによって形成してもよい。
【００２８】
この実施形態は、一方の側が他方の側よりきわめて小さいレンズレット１１、１２、１３、１４の場合において、導管構造１００と比較して２つの利点を有する。第１に、実際に構成するのに設計が極めてより簡単であり、第２に、より大きい開空間のため、冷却の目的のため、この構造内で空気がきわめてより容易に循環する。
【００２９】
本発明は、当業者によって理解される変形及び修正も含む。例えば、特に、代わりの用途のための、六角形タイルアレイのような他のレンズ構成を用いてもよく、このような場合において、前記導管を、例えば、円又は楕円チューブとしてもよい。このように、本願の範囲は、添付した請求項によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】１対の個々のレンズレットアレイを有する先行技術のインテグレータを示す。
【図２】サイドローブ経路を示す、図１のインテグレータを通る光経路光線追跡を示す。
【図３】先行技術による長方形インテグレータアレイに関するサイドローブ光線分布を示す。
【図４】分離された光伝送チャネルを与える、レンズレットインテグレータプレート間に置かれた導管アレイを有する本発明の第１実施形態によるインテグレータを示す。
【図５】サイドローブ経路の妨害を示す、図３のインテグレータを通る光経路光線追跡を示す。
【図６】本発明による導管アレイの前面斜視図を示す。
【図７】非軸上の分離された光伝送チャネルを与える、インテグレータプレートのレンズレットの行間に置かれたシートのアレイを有する本発明の第２実施形態によるインテグレータを示す。
【国際公開パンフレット】
2004514166.tif 000003
2004514166.tif 000004
2004514166.tif 000005
2004514166.tif 000006
2004514166.tif 000007
2004514166.tif 000008
2004514166.tif 000009
2004514166.tif 000010
2004514166.tif 000011
2004514166.tif 000012
2004514166.tif 000013
2004514166.tif 000014
2004514166.tif 000015
2004514166.tif 000016
2004514166.tif 000017
2004514166.tif 000018
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004514166.tif 000019
【国際調査報告】
2004514166.tif 000020
2004514166.tif 000021
2004514166.tif 000022