(57)【要約】【課題】光源システムの構成要素間の結合を改善し、簡素化された構成で光の利用効率の向上を図ることができる光源システム、および、該光源システムを備えた画像投影システムを提供する。【解決手段】光源システム２６は、第１端部３０と第２端部２９とを有する筐体２８を備えた非結像光学素子２６と、上記筐体２８内における上記第１端部側に配置された光源２７とを備え、上記第２端部２９は、開口されており、上記光源２７からの光の出射面２９を形成する。【選択図】図１４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端部と第２端部とを有する筐体を備えた非結像光学素子と、
前記筐体内における前記第１端部側に配置された光源とを備え、
前記第２端部は、開口されており、前記光源からの光の出射面を形成することを特徴とする、光源システム。
【請求項２】
前記非結像光学素子は、前記第１端部が封鎖されていることを特徴とする、請求項１に記載の光源システム。
【請求項３】
前記非結像光学素子が、反射性の光学素子であることを特徴とする、請求項１に記載の光源システム。
【請求項４】
前記非結像光学素子が、前記出射面からの光の出射角度の範囲が、前記光源からの光の出射角度の範囲よりも狭いことを特徴とする、請求項１に記載の光源システム。
【請求項５】
前記非結像光学素子が、テーパ状の光ガイドを構成することを特徴とする、請求項１に記載の光源システム。
【請求項６】
前記非結像光学素子が、複数の平面を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の光源システム。
【請求項７】
前記非結像光学素子の断面が、長方形であることを特徴とする、請求項６に記載の光源システム。
【請求項８】
前記非結像光学素子の縦断面が、放物面を有することを特徴とする、請求項１に記載の光源システム。
【請求項９】
前記非結像光学素子が、複数の放物面を組み合わせてなる集光器であることを特徴とする、請求項１に記載の光源システム。
【請求項１０】
前記第１端部は、縦断面が円弧状に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の光源システム。
【請求項１１】
前記光源が、前記円弧の中央に配置されてなることを特徴とする、請求項９に記載の光源システム。
【請求項１２】
前記非結像光学素子が、さらに波長変換物質を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の光源システム。
【請求項１３】
前記波長変換物質が、第１波長域の光を、該第１波長域よりも短い第２波長域の光に変換することを特徴とする、請求項１１に記載の光源システム。
【請求項１４】
前記波長変換物質が、前記非結像光学素子における前記第１端部の近傍に備えられていることを特徴とする、請求項１２に記載の光源システム。
【請求項１５】
さらに、前記非結像光学素子内における、前記光源から前記筐体の出射面までの光路に配置された反射体を備え、
前記反射体が、前記第１波長の光を反射し、前記第２波長域の光を透過することを特徴とする、請求項１２に記載の光源システム。
【請求項１６】
前記波長変換物質が、前記光源から前記反射体までの光路に配置されてなることを特徴とする、請求項１５に記載の光源システム。
【請求項１７】
前記反射体が、前記光源に対向する第１面を備え、
前記波長変換物質が、前記第１面上に配置されてなることを特徴とする、請求項１５に記載の光源システム。
【請求項１８】
前記非結像光学素子が、少なくとも１つのエッジ反射体を備え、該エッジ反射体が、前記非結像光学素子の縦軸と交差するように設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の光源システム。
【請求項１９】
前記非結像光学素子が、前記出射面から受光する光を、前記筐体の内部で反させ、該出射面から再び出射するように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の光源システム。
【請求項２０】
前記光源が、放電光源であることを特徴とする、請求項１に記載の光源システム。
【請求項２１】
前記光源が、高圧放電光源であることを特徴とする、請求項１９に記載の光源システム。
【請求項２２】
第１非結像光学素子と、
前記第１非結像光学素子内に設けられた第１光源と、
第２非結像光学素子と、
前記第２非結像光学素子内に設けられた第２光源とを備え、
前記第１非結像光学素子における前記第１光源から出射された光の第１出射面と、前記第２非結像光学素子における前記第２光源から出射された光の第２出射面とが、連続して設けられていることを特徴とする、光源システム。
【請求項２３】
前記第１非結像光学素子および第２非結像光学素子とが、それぞれ、第１縦軸、第２縦軸を有し、
前記第１非結像光学素子および第２非結像光学素子とは、前記第１縦軸と第２縦軸とが、平行になるように配置されていることを特徴とする、請求項２２に記載の光源システム。
【請求項２４】
前記第１出射面と前記第２出射面とが共通面であることを特徴とする、請求項２２に記載の光源システム。
【請求項２５】
請求項１記載の光源システムを備えた画像投影システム。
【請求項２６】
請求項２２記載の光源システムを備えた画像投影システム。
【請求項２７】
波長分離器と、
空間光変調器とをさらに備え、
前記波長分離器が、前記光源システムから前記空間光変調器までの光路内に配置されていることを特徴とする、請求項２５に記載の画像投影システム。
【請求項２８】
前記光源システムから前記波長分離器までの光路内に配置された第１レンズをさらに備えていることを特徴とする、請求項２７に記載の画像投影システム。
【請求項２９】
前記第１レンズが、第１焦点距離を持ち、
前記光源システムの前記出射面と前記第１レンズとの距離が、前記第１焦点距離と等しく、
前記第１レンズと前記波長分離器とが、前記第１焦点距離と等しい距離で間隔するように配置されていることを特徴とする、請求項２８に記載の画像投影システム。
【請求項３０】
前記波長分離器から前記空間光変調器までの光路内に配置された第２レンズをさらに備えたことを特徴とする、請求項２７に記載の画像投影システム。
【請求項３１】
前記第２レンズは、第２焦点距離を持ち、
前記波長分離器と前記第２のレンズとが、前記第２焦点距離と等しい距離で離間するように配置されており、
前記第２レンズと前記空間光変調器とが、前記第２焦点距離と等しい距離で離間するように配置されていることを特徴とする、請求項３０に記載の画像投影システム。
【請求項３２】
前記第２焦点距離が、前記第１焦点距離と等しいことを特徴とする、請求項３１に記載の画像投影システム。
【請求項３３】
前記波長分離器が、色環であることを特徴とする、請求項２７に記載の画像投影システム。
【請求項３４】
波長分離器と、
空間光変調器とをさらに備え、
前記波長分離器が、前記光源システムから前記空間光変調器までの光路内に配置されたことを特徴とする、請求項２５に記載の画像投影システム。
【請求項３５】
前記光源システムから前記波長分離器までの光路内に配置された第１レンズをさらに備えていることを特徴とする、請求項３４に記載の画像投影システム。
【請求項３６】
前記第１レンズが、第１焦点距離を持ち、
前記光源システムの前記出射面と前記第１レンズとが、前記第１焦点距離と等しい距離で離間するように設けられており、
前記第１レンズと前記波長分離器とが、前記第１焦点距離と等しい距離で離間するように設けられていることを特徴とする、請求項３５に記載の画像投影システム。
【請求項３７】
前記波長分離器から前記空間光変調器までの光路内に配置された第２レンズをさらに備えたことを特徴とする、請求項３４に記載の画像投影システム。
【請求項３８】
前記第２レンズが、第２焦点距離を持ち、
前記波長分離器と前記第２レンズとが、前記第２焦点距離と等しい距離で離間するように設けられており、
前記第２レンズと前記空間光変調器とが、前記第２焦点距離と等しい距離で離間するように設けられていることを特徴とする、請求項３７に記載の画像投影システム。
【請求項３９】
前記第２焦点距離が、前記第１焦点距離と等しいことを特徴とする、請求項３７に記載の画像投影システム。
【請求項４０】
前記波長分離器は、色環であることを特徴とする、請求項３４に記載の画像投影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、画像投影システムに用いられる光源システムおよび光源システムを備えた画像投影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
画像投影システムは、視聴のために、動画および静止画をスクリーンに投影するシステムとして長年用いられている。マルチメディア投影システムを使用するプレゼンテーションは、販売、デモンストレーション、ビジネスミーティング、および教育などのさまざまな分野において、情報提供に広く用いられている。
【０００３】
投影システムには、一般に、画像を生成するために、光源と組み合わせて非発光型空間光変調器が用いられる。カラー画像投写ディスプレイは、カラー画像が、３原色、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）から作成され、同時にまたは時間的にシーケンシャルにスクリーンに投射されるという原理により作動する。これらの原色に対応する波長域の光は、一般的に、光学フィルタを使用することにより、光源から放たれた広帯域照射から分離される。広帯域照射から分離された光は、次に、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）またはディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）などの、単一または複数の空間光変調器によって調節される。
【０００４】
視聴者は、画像サイズ、解像度、コントラスト比、色の純度、強度均等性、輝度等種々の基準に基づいて、ディスプレイシステムを評価する。中でも、輝度は、投影された画像の画像サイズ、画像の見え方に影響を与えるため、一般に、ディスプレイ市場において、特に重要な評価基準となる。特定の投影エンジンアーキテクチャにおいて、投影された画像の輝度および色再現性を決定する主な要因の１つとして光源を特定できる。
【０００５】
一般的に用いられる電子投影器の概略構成を、図２７に示す。放電ランプ１からの光は、反射体２により、インテグレータロッド３に焦点を合わせられる。インテグレータロッド３の入射面３ａは、中央で光の強度が、最大となるように形成されている。放電ランプ１から出射される光は、インテグレータロッド３に沿って伝搬される。そして、インテグレータロッド３内の多重反射により、光ビームが均一化される。このため、出射面３ｂでの光強度を、出射面３ｂの全域で略均一にすることができる。集光光学系５は、一定の強度プロフィルを有し、インテグレータロッド３を出る光を、光変調器６に投影する。光変調器６は、入射光を、投影レンズ７側（明るいピクセル用）またはビームダンプ８（暗いピクセル用）側に導くように構成されている。さらに、色環（波長セレクタ）４を、光路上に配置し、１の原色光を選択するように構成してもよい。
【特許文献１】米国特許第６，５６１，６５４号（２００３年５月１３日公開）
【特許文献２】米国特許第６，３９８，３８９号（２００２年６月４日公開）
【特許文献３】国際公開第２００２／１０１４５９号公報（２００２年１２月１９日公開）
【特許文献４】米国特許第６，６２３，１２２号（２００３年０９月２３日公開）
【特許文献５】米国特許第５，５８５，６４０号（１９９６年１２月１７日公開）
【特許文献６】米国特許第６，２０７，２２９号（２００１年３月２７日公開）
【特許文献７】欧州特許公開第０１９９４０９号（１９８６年１０月２９日公開）
【特許文献８】日本特許公開第２００１／２６４８８０号公報（平成１３年０９月２６日公開）
【特許文献９】日本特許公開第２００２／９０８８３号公報（平成１４年０３月２７日公開）
【特許文献１０】国際公開第２００４／０４６８０９号公報（２００４年０６月０３日公開）
【特許文献１１】国際公開第２００１／２７９６２号公報（２００１年０４月１９日公開）
【特許文献１２】米国特許第６，２２７，６８２号（２００１年０５月０８日公開）
【非特許文献１】D.Dewald, S.Penn and M.Davis,「Sequential Colour Recapture and Dynamic Filtering: a Method of Scrolling Colour」SID2000 Digest, 40.2
【非特許文献２】F.Auzel et al, “Rare earth doped vitroceramic: new efficient, blue and green materials for infrared Up-Conversion”, J.Electrochem.Soc.: Solid State Science and Technology, Vol. 122, No. 1, pp101-107, 1975
【非特許文献３】W.Miniscaico, “Optical and Electronic Properties of rare earth ions in glasses”in “Rare earth doped fiber lasers and amplifiers”, ed. by M.Digonnet, NY, 1993
【非特許文献４】M.S. Brennesholtz et al, in 'A single panel LCoS engine with a rotating drum and wide colour gamut', SID Digest 2005, paper 64.3
【非特許文献５】Welford and Winston in “High collection nonimaging optics”, Academic Press (1989)
【非特許文献６】Projection displays, by Stupp and Brennesholtz (Wiley 1999)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の画像投影システムでは、構成要素間の結合が弱いため、例えば、放電ランプ１から出射される光の５０％以上が、放電ランプ１からインテグレータロッド３へ伝搬される間に失われるといった問題がある。
【０００７】
画像投影システムには、一般に高強度超高圧水銀灯（ＵＨＰランプ）が用いられるが、該ランプは、スペクトルの可視領域において、発光効率が高い。図１は、ＵＨＰランプの典型的な発光スペクトルを示している。同図に示すように、ＵＨＰランプは、青色および緑色のスペクトル領域において、十分な光強度を確保することができる。しかしながら、「赤い欠損」として知られているように、６００ｎｍ以上のスペクトルの赤い波長域においては、光強度は、不十分である。このため、ＵＨＰランプを使いた投影器では、赤い波長スペクトル領域にある光強度とのバランスを調整し、適切な色再現性を確実にするために、青色および緑色の波長スペクトル領域の光強度を下げる必要がある。しかしながら、例えば、ＧおよびＢチャネルを薄暗くして青色および緑色の波長域の光強度を下げたり、色環の赤色セグメントの角度サイズを大きくしたりして、各色間での光強度のバランスを実現すると、ＵＨＰランプからの照射の一部が、無駄になってしまう。
【０００８】
色の不均衡の問題を解決する１つの方法として、光源に、ＵＨＰランプのものより良い強度均等性を有する発光スペクトルを持つキセノンランプを用いることが考えられる。しかしながら、キセノンランプの視感度効率は、ＵＨＰランプのものより低い。このため、キセノンランプの電力消費は同等な明るさのＵＨＰランプのものより著しく高く、これが種々の分野での適用の障害となっている。
【０００９】
赤いスペクトル領域と、緑色および青色スペクトル領域との間の強度不均衡を減らすことにより投影システムのカラーバランスを改良する他の方法としては、ＵＨＰランプが低い出力強度を持つ領域において、高い出力照度を持つ追加光源と、ＵＨＰランプとを組み合わせる方法が知られている。この方法を用いた例を以下に示すが、追加光源に追加の電力が必要となるという共通の欠点がある。さらに、投影システムに光源を追加する場合、システムの入り口の開口をより大きくするか（光の使用効率が低くなる）、スペクトル選択反射体または角度選択反射体を使用しなければならない（ＵＨＰランプからの光は幾分失われる）。
【００１０】
特許文献１では、スペクトル選択反射体を使用して、半導体レーザからの光を、ＵＨＰランプからの光と組み合わせている。この手法には、多くの欠点がある。システムの費用に加えて、冷却システムとさらなる電力が要求され、大出力レーザを用いる必要がある。狭帯域レーザ線は、投影された画像の上に、小さな斑点を作ってしまう。また、スペクトル選択反射体は、レーザからの光を投影システムに挿入するが、投影システムから、ＵＨＰランプからの同じ波長帯域の光を取り除いてしまう。
【００１１】
追加光源としてソリッドステートの光源を用いた同種の方法が、特許文献２に開示されている。
【００１２】
また、特許文献３は、追加光源からの光が、プリズムまたは格子によりインテグレータロッドに導入される、同様の構成が開示されている。特許文献３は、また、メインランプのアークへ、補助的な光を直接入射する構成を開示している。
【００１３】
特許文献４は、互いに異なったスペクトル分布を持つ、２個以上のランプと、複数の光源からの光を合成する集光光学系とを備えた投影器用照射システムを開示している。特許文献４では、２個のランプ、特にハロゲンランプと高圧水銀ランプの組合せを使用する実施形態について開示している。この照射システムは、大型であり、画像投影器のサイズが大きくなるため、効率が悪い。
【００１４】
画像投影器の輝度を向上させる他の方法が、非特許文献１および特許文献４に開示されている。これらの文献に記載の従来のディスプレイ装置は、図２に示すように、光源１、リサイクルインテグレータロッド３、シーケンシャルカラーフィルタとして機能するらせん状の色環４、およびＤＭＤチップ６を備えている。
【００１５】
インテグレータロッド３は、図２に示すように、被膜されていない透明の円形領域を残して、入射面３ａの一部がミラーコーティング１０されている。上記透明の円形領域は、光をインテグレータロッド３に導入させるために設けられている。例えば、小さいアークランプなどの光源１からの光が、レンズ９または他の手段により、ミラーコーティング１０によりコートされていない、インテグレータロッド３の入射面３ａの部分に導かれるように構成されている。入射された光は、インテグレータロッド３を通過するときに均一化され、インテグレータロッド３の出射面の全域で均一な強度で出射される。赤色光のみを透過するすくなくとも１つのストライプ（赤色ストライプ）、青色光のみを透過する少なくとも１つのストライプ（青色ストライプ）、および緑色光のみを透過する少なくとも１つのストライプ（緑色ストライプ）を持つ色環４が、インテグレータロッド３からの光路に設けられている。赤色、緑色、および青色ストライプは、一般に、集光光学系５により、ＤＭＤなどの光変調器６上に像を描き、色環４のゆっくりした回転に伴い、上記ＤＭＤの全域に渡りスクロールする。
【００１６】
図３は、インテグレータロッド３を用いた照射システムの動作原理を図式的に示している。図４は、投影システムの斜視図である。図５は、色環４の端面図を示す。
【００１７】
図５の色環は、３または４セットのカラーフィルタのセットを持ち、それらカラーフィルタの境界は、「アルキメデスのらせん」を形成している。各フィルターセットは、それぞれの原色用の一のフィルタと、すべての可視光を透過させる透明または白色セグメントを含んでいる。それぞれの原色セグメントは、一の原色を透過させ、他の二原色を反射するように構成されている。図５において、それぞれ４個のフィルタ、２セットを持つ色環を示す。各フィルターセットは、１つの透明フィルタ（Ｗ）、１つの赤色透過フィルタ（Ｒ）、１つの緑色透過フィルタ（Ｇ）、および１つの青色透過フィルタ（Ｂ）を含んでいる。尚、各フィルタは、いずれのセットに属するかを示すため、「１」または「２」とラベルされている。らせんは、隣接するストライプ間の境界の接線が空間光変調器の列とほとんど平行になるように、設計され、空間光変調器と位置合わせされている。ＲＧＢストライプの数は、色環の回転数を決定する。
【００１８】
インテグレータロッド３の中で伝播される白色光が色環４に達するとき、色環４の特定のストライプを通して特定の色（例えば、赤色）の光を透過する。特定のストライプは、インテグレータロッド３の入射面３ａに向かって、緑色光および青色光を反射する。光は、インテグレータロッド３に沿って伝播する間に均一化されるので、インテグレータロッド３の入射面３ａに達するときインテグレータロッド３の領域にわたり実質的に均一の光強度を持つ。ミラーコーティング１０によりコートされている、インテグレータロッド３の入射面３ａの部分に入射した青色光または緑色光は、何れも反射され、インテグレータロッド３に沿って伝播されるが、ミラーコーティング１０によりコートされていないインテグレータの入射面３ａの部分に入射した光は、ずべてインテグレータロッド３から放出される。（通常、ミラーコーティング１０における開口は、ミラーコーティング１０がＧ光とＢ光の約２／３をインテグレータ３に反射して戻すように、大きさが決められる。）反射したＧ光とＢ光とは、インテグレータロッド３を通して出射面３ｂに向かって伝播するとき再び均一化され、上述の通り、色環４の対応するＧまたはＢストライプにより透過され得る。このプロセスは、図２に示すように、ランプから入射面に入るすべての光が、変調器を透過するか、失われるか、または散乱するまで繰り返される。
【００１９】
インテグレータロッド３の入射面３ａに上記のサイズの透明な領域を設けるこの手法には、多くの欠点がある。インテグレータロッド３の入射面３ａの小さい面積だけが透明であると、再循環される光は、効率的にインテグレータロッド３の出射面３ｂに向かって反射される。しかしながら、この場合、ランプからインテグレータロッド３に光を効率的に導入することができない。実際には、インテグレータロッド３の直径を拡大するので、入射面３ａの透明な部分は、通常の（リサイクルしない）インテグレータロッド３とほとんど同じ断面積があり、ロッド全体の断面積は通常の（リサイクルしない）インテグレータロッド３の断面積より約３倍大きい。従って、インテグレータロッド３から放射された光の照射範囲は、３倍に増加するが、投影器のデザインはより難しくなり、光効率は低下する。また、インテグレータロッド３のサイズがより大きくなると、投影器もより大きくなってしまう。
【００２０】
上記の従来のカラーリキャプチャ方法では、光のスループットは向上するが、照明器の赤色欠損を抑制することができないため、投影された画像のカラーバランスの向上を図ることができない。
【００２１】
また、ＵＨＰランプからの多色光は、図１に示すように、可視スペクトルの、紫外線（ＵＶ）および赤外線（ＩＲ）スペクトル領域における放射を含む。この光は、投影された画像を生成するのに使用されず、画像投影器の下流側の光学素子の劣化効果を減らすために、しばしばランプ直後に置かれたＵＶ／ＩＲカットフィルタにより取り除かれる。
【００２２】
目に見えないＵＶおよびＩＲ放射の可視光へのスペクトル変換は、知られており、例えば、非特許文献２、３および特許文献５ないし１２に記載されている。
【００２３】
特許文献５は、活性化発光性ナノ結晶粒子が添加されたガラスマトリクスを開示している。
【００２４】
特許文献６は、高発光性の色選択物質とその製造方法を開示している。
【００２５】
特許文献７は、放電ランプまたは陰極線管内の発光スクリーン用希土類金属により活性化された発光性アルミノホウ酸そして／またはアルミノけい酸ガラスについて開示している。特許文献７の発光性ガラスは、活性剤として、Ｔｂ３＋またはＣｅ３＋を含有しており、ＵＶ励起に際し、高い量子効率を持っている。
【００２６】
また、投影器内の波長変換素子において、アークランプのＵＶまたはＩＲ光の一部分を使用することが提案されている。例えば、特許文献７に、３パネルＬＣＤ画像投影器のカラーバランスを改良するために、アークランプによって放たれたＵＶ放射を青色光に変え、ＩＲ放射を赤色光に変える波長変換素子の使用について開示されている。
【００２７】
従来の波長変換素子を用いた構成について図６および図７を参照し以下に説明する。
【００２８】
波長変換フィルタ（波長変換素子）１４、１７、および１８は、フィルタタイプであって、色分解光学系に配置される。図６に模式的に示すように、波長変換素子１４は、放電ランプ１とコンデンサレンズ１６との間に配置される。波長変換素子１４は、ＵＶ放射を青色光に変えて、ＩＲ放射を赤色光に変える希土類添加ガラス素子として記載されている。
【００２９】
図７に示す実施形態において、波長変換フィルタ１７および１８は、透過的なＬＣＤ１９、２０の前面に置かれる。波長変換フィルタ１７は、放電ランプ１から放射されたＩＲ放射を赤色光に変え、また光源から出射された黄色光（ランプの出力スペクトルは、スペクトルの黄色領域にピークを持っている）も赤色光に変える。特許文献７では、フィルタの実装の詳細に言及していない。波長変換フィルタ１８は、放電ランプ１により放射されたＵＶ放射を青色光に変換する。
【００３０】
上記の従来の波長変換フィルタは、蛍光物質が、フィルタにより境界が示された全立体角に渡り放射する際、投影システムは照射光の限定的な角円錐のために設計されている。このため、変換されたスペクトル成分の収集効率は非常に低い。例えば、投影器のＬＣＤパネルの典型的な許容半角はｑ＝３度のオーダであろう。波長変換フィルタなどの等方性源からの光の１％よりも遙かに少ない量が、この円錐に放射され、波長変換フィルタの出力の９９％以上が浪費されるだろう。この従来技術のＬＣＤ投影器は、また、偏光変換と均質化光学系を使用せず、光利用の低い効率と輝度の不均一性に欠点がある。その上、波長変換素子の前に置かれたいかなるな偏光変換光学系も、放電ランプ１により放射されたＵＶおよびＩＲ放射により破壊されるだろう。
【００３１】
特許文献９は、ランプからのＵＶ照射を赤色または緑色光に変えることにより、画像投影器のアークランプの赤色欠損を減らす波長変換素子としてインテグレータロッドを使用することが示唆されている。特許文献９のインテグレータロッドを用いた構成を図８に示す。図８に示すように、アークランプ（光源）２１からの出射されたビームは、Ｅｕ２＋、Ｅｕ３＋、Ｔｂ３＋、またはＥｒ３＋を添加したガラスのインテグレータロッド２２の入射面２４に焦点が合わされ、インテグレータロッドとして動作するロッドの壁の多重反射により均一化される。ガラス・ロッド２２は反射ミラー２３に囲まれている。アークランプ２１からのＵＶとＩＲ放射の一部分が、ロッド２２内において、可視領域内の波長を持つ光に変換され、赤色または緑色のスペクトル成分の増加に応じて、ロッド２２を出射面２５を通って出射される光のＵＶ／ＩＲ放射の割合は減少する。
【００３２】
しかしながら、インテグレータロッド２２の蛍光物質が出射面２５によって境界を示された全立体角に渡り発光するので、そのような波長変換素子を有する投影システムにおけるカラーバランスの総合的な改良は、やはり非常に小さい。インテグレータロッド２２内における性能は、ＬＣＤパネルに隣接よりも、わずかに良い。それは、表示パネル上に像を描くとき、インテグレータロッドの出射面は、投影器内の集光光学系により拡大されるからである。しかしながら、集光レンズは、少なくとも１のＦ値を持つが、これは、等方性の光源からの出射光の３％未満しか集めることができないことを意味する。
【００３３】
その上、希土類イオンの低い広帯域吸収断面積のため、ＵＶおよびＩＲ放射のかなりの部分が  換されないまま、インテグレータロッド２２を通して伝播し、システムから失われている。
【００３４】
波長変換インテグレータロッド用いた投影システムにおいて出射光の利用効率を高めるために、特許文献１０では、図９に示すように、放物面または楕円の反射体３ｃとしてインテグレータロッド３の入射面３ａを形成することが示唆されている。蛍光物質はそのような反射体の焦点Ｆ２に置かれる。放電ランプ１からの光は、焦点Ｆ２に焦点を合わせられる、そして、インテグレータロッド３の形成端は、投影器内の役に立つ経路に、結果として起こる蛍光を反射する（反射コーティング３ｅは、反射をエンハンスするためにロッド３の入射面部分に渡り、適用されてもよい）。特許文献８および特許文献９において低い効率をもたらす、減らされる等方性光源からのわずかな許容角度の選択の問題は、従って、低減される。
【００３５】
しかしながら、インテグレータロッド３へ放電ランプ１からの光を導入するために、ミラーコーティング３ｅが存在しない非反射性の開口３ｄは、焦点を合わせられたスポットサイズよりも、はるかに大きく形成しなければならない。このため、インテグレータロッド３のサイズが大きくなり、システム全体の大型化を招く。上記の構成における更なる問題は、ガラス・ロッド３と統合された蛍光物質の小さい吸収断面積である。ＵＶから赤色への波長変換に示された無機Ｅｕ３＋化合物の断面積は、極めて小さいため、インテグレータロッド３の端部の反射体が有効に作動する小さい領域では、ＵＶ光がほとんど吸収されず、ＵＶ光の利用効率は低い。また、蛍光物質を、濃縮させても、光ルミネセンスの効率は、濃縮消光のために低下する。
【００３６】
特許文献１１では、「漏斗」構造１１（図１０に示す）が、無電極の放電ランプ１からの光を導く構成を開示している。放電ランプ１は、筐体１２内に配置され、漏斗構造１１が筐体１２に連結されている。
【００３７】
特許文献１２では、投影用高効率照射システムを提供するために、独立した再帰反射器１５と共に使用されるテーパ状のインテグレータロッド１３が開示されている。さらに、上記テーパ状の構造は、光源１（アーク管）分離して設けられている。このため、光源からの出射光を、テーパ状インテグレータロッド１３に入射させた場合、光の損失は避けられない。特許文献１２の構成を、図１１に示す。
【００３８】
特許文献１２では、一定の断面積を有するインテグレータロッドではなく、テーパ状インテグレータロッド３が用いられている。このため、拡大または縮小することなく（１：１  イメージング）、放電ランプ１のアークにより、インテグレータロッド３内に像を形成することができる。したがって、インテグレータロッド３の入射面１３ａに生成された画像は、比較的小さく、さまざまな光線角度（大きい発散）を持っている。しかしながら、光変調器に入射する光に対して要求されるのは、より小さい光線角度範囲、および広く照射領域である。テーパ状のインテグレータロッド３は、強度パターンを均一にすると同時に、高発散を有する小さな面積からの光学的強度を、小さい発散を有する大きな面積に変える機能を持っている。
【００３９】
しかしながら、従来のインテグレータを用いた投影システムでは、システムを構成する部材間で伝搬される間に光を損失することととなり、光の利用効率の改善は困難であった。
【００４０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光源システムの構成要素間の結合を改善し、簡素化された構成で光の利用効率の向上を図ることができる光源システム、および、該光源システムを備えた画像投影システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４１】
本発明の光源システムは、上記の課題を解決するために、第１端部と第２端部とを有する筐体を備えた非結像光学素子と、上記筐体内における上記第１端部側に配置された光源とを備え、上記第１端部と反対側の上記第２端部は、開口されており、上記光源からの光の出射面を形成することを特徴としている。
【００４２】
上記の構成によれば、上記光源が、上記筐体内における上記第１端部側に配置されており、上記第１端部と反対側の第２端部は、開口されており、上記光源からの光の出射面を形成している。このため、光学素子の出射面からの光の強度を、出射面全域で均一化することができる。さらに、上記光源が非結像光学素子内に配置されている。このため、光源と非結像光学素子の出射面との良好な連結を実現することができ、光の利用効率の向上を図ることができる。さらに、従来の構成におけるインテグレータロッドと光源との位置あわせを要しないため、製造工程を簡素化することができる。
【００４３】
非結像光学系の分野は、非特許文献５に開示されているようによく知られた技術分野である。非結像光学系は、例えば、日光または高エネルギー粒子の衝突による照射を集光し、光集光器の入り口の開口部より小さい出口開口部に出射光を集光させる光集光器として開発されたものである。
【００４４】
図２７の照射システムなど、光源に隣接して反射体を配置する従来の照射システムは、光源の直接画像を生成する。光源は、一般に、光源領域で異なる強度の光を発し、これらの強度変化は、反射体によって作成された光源の直接画像に再生される。このため、このような光強度のばらつきを排除するために、インテグレータ２２を設け、インテグレータ２２の出射面２５において、インテグレータ２２の出射面全体で均一の光強度の光を出射する構成が要求される。ここで、インテグレータ２２の出射面での光強度のいかなるばらつきも、投影された画像領域の光強度のばらつきをもたらしてしまう。
【００４５】
また、光源（ランプ）と、反射体と、インテグレータとを備えた従来のシステムでは、光源とインテグレータロッドとの間の結合損失は避けられない。さらに、光を可能な限りインテグレータに導入するために、光源および反射体とをインテグレータロッドに対して一直線に並べる必要があるが、これは、難しく手間のかかる作業である。
【００４６】
上記の構成において、上記非結像光学素子の第１端部が封鎖されていることが望ましい。
【００４７】
上記の構成によれば、上記非結像光学素子の第１端部から光が漏れ利用されずに無駄に消費されることを防止することができる。
【００４８】
上記の構成において、上記非結像光学素子が、反射性の光学素子であることが望ましい。
【００４９】
非結像光学素子として、反射性の光学素子を用いた場合、製造し易く、可視スペクトルにおける波長域で光学特性が実質的に変化しないという利点がある。
【００５０】
上記の構成において、上記非結像光学素子が、上記出射面からの光の出射角度の範囲が、上記光源からの光の出射角度の範囲よりも狭い構成とすることが望ましい。
【００５１】
上記の構成によれば、上記非結像光学素子からの出射光を、入射角範囲が制限されているプロジェクションシステム等の光学系に用いる場合、集光効率の向上を図ることができる。
【００５２】
上記の構成において、上記非結像光学素子が、テーパ状の光ガイドを構成してもよい。
【００５３】
上記の構成において、上記非結像光学素子が、複数の平面を備えていることが望ましい。さらに、上記非結像光学素子の断面が、長方形であることが望ましい。
【００５４】
上記の構成によれば、一般的なインテグラーロッドと同様に、出射光の均一化を図ることができる。また、光源は、複数の平面からの反射により再結像するように構成されている。このため、出射面におけるビューアーには、広範囲に位置する光源の複数の画像からの発光に見える。これにより、光源からの出射光の不均一性を改善する効果を奏する。
【００５５】
上記の構成において、上記非結像光学素子の縦断面が、放物面を有することが望ましい。
【００５６】
上記の構成において、上記非結像光学素子が、放物面を組み合わせた集光器であることが望ましい。
【００５７】
上記の構成によれば、高い放散率で出射される光と、狭い領域（放電ランプの放物領域）との間、低い放散率で出射される光と、広い領域（出射面）との間で、光学結合の効率を最大限にすることができる。
【００５８】
上記の構成において、上記第１端部は、縦断面が円弧状に形成されていることが望ましい。また、上記の構成において、上記光源が、上記円弧の中央に配置されてなることが望ましい。
【００５９】
上記の構成によれば、上記第１端部の曲率半径および上記光源からの位置により、該第１端部の内周面から、光源または光源近傍を通過する光を反射させることができる。これにより、非結像光学素子の形状を最適化し、所望の角度で上記光源からの光を出射面である上記第２端部に導くことができる。出光される光のほとんどは一点から出射されるため、筐体における出射面での光分布を把握しやすい。このため、設計が容易となる。
【００６０】
上記の構成において、上記非結像光学素子が、さらに波長変換物質を備えていることが望ましい。
【００６１】
光源からの出射光は、通常、可視スペクトルの帯域外の光成分を含んでおり、これらの光成分は、可視スペクトル帯域での明度に貢献しない。しかしながら、上記の構成によれば、非結像光学素子が、さらに波長変換物質を備えているため、光源からの出射光における可視スペクトルの帯域外の光成分を、可視スペクトルの帯域内の光成分に変換することができる。これにより、可視スペクトル帯域での出射光を増加することができる。
【００６２】
上記波長変換物質として、ＵＶ光を赤色光に変換する波長変換物質を用いた場合、光源からの出射光のうち、緑色光と青色光の強度に対して赤色光の強度を向上することができる。その結果、赤色欠損を抑制し、カラーバランスの向上を図ることができる。
【００６３】
上記の構成において、上記波長変換物質が、第１波長域の光を、該第１波長域よりも長い第２波長域の光に変換することが望ましい。
【００６４】
光源からの出射光は、一般に、紫外線帯域のスペクトルの光成分を含んでいる。上記の波長変換物質によれば、出射光におけるこれらの紫外線帯域の光成分を可視スペクトル帯域の光成分に変換することができる。
【００６５】
上記の構成において、上記波長変換物質が、上記非結像光学素子における上記第１端部の近傍に備えられていることが望ましい。
【００６６】
上記の構成によれば、波長変換物質は、上記筐体の第１端部またはその近傍に配置される。このため、上記第１端部の近傍に設けられた波長変換物質により生成された光は、光源からの可視光と同様に、筐体の内周面から反射され、均一な強度プロフィルで狭い出射角範囲から出射される。この結果、光の利用効率の向上を図ることができる。
【００６７】
上記の構成において、さらに、上記非結像光学素子内における、上記光源から上記筐体の出射面までの光路に配置された反射体を備え、上記反射体が、上記第１波長の光を反射し、上記第２波長域の光を透過する構成とすることが望ましい。
【００６８】
上記反射体は、例えば、ＵＶ光を反射させ、可視光を透過し、さらに、該反射体が設けれていなければ波長変換物質に吸収されていたであろうＵＶ光を波長変換物質に反射させる位置に設けてもよい。これにより、上記波長変換物質により、ＵＶ光をより効率的に可視光に変換することができる。
【００６９】
上記の構成において、上記波長変換物質が、上記光源から上記反射体までの光路に配置されてなる構成としてもよい。
【００７０】
上記の構成によえば、例えば、ＵＶ光等のうち、波長変換物質によって、可視光に変換されなかったものを、再び波長変換物質に導くことにより、再度、可視光に変換する機会が得られる。これにより、ＵＶ光等の非可視光をより効率的に可視光に変換することができる。
【００７１】
上記の構成において、上記反射体が、上記光源に対向する第１面を備え、上記波長変換物質が、上記第１面上に配置されてなる構成とすることが望ましい。
【００７２】
さらに、反射体の表面に波長変換物質を配置した場合、光源から十分離れているため、光源の高温と光学強度に起因する波長変換物質の劣化を防止することができる。さらに、波長変換物質が反射性の筐体への熱伝導により、冷却されるという利点がある。
【００７３】
上記の構成において、上記非結像光学素子が、少なくとも１つのエッジ反射体を備え、該エッジ反射体が、上記非結像光学素子の縦軸と交差するように設けられていることが望ましい。
【００７４】
上記エッジ反射体により、筐体により反射された光ビームの輪郭が「切り取り」され、出力ビームの周辺部において、光を反射し、再循環させることができる。一般に、出力ビームのエッジ部分の均一化が、最も難しい。そして、出射面では、出力光の強度のばらつきが生じやすく、出射面の周辺部において、最もばらつきが大きくなる。このため、出力ビームのエッジを均一化するには、通常、より長い筐体を必要とし、一般的には、出射面の幅の約３倍の長さに形成される。これにより、出射面の全域で、出力強度を均一化することができる。筐体の長さに対し、出射面の幅の割合を大きくすると、均一化の度合いおよび出力光照射野角の有向性を高くなるが、かなり長く形成しない限り、完全な均一化を実現することは困難である。一方、エッジ反射体を備えることにより、ビームの最も均一化され難い部分が除かれ、より短い筐体で均一化を実現することができる。
【００７５】
上記の構成において、上記非結像光学素子が、上記出射面から受光する光を、上記筐体の内部で反させ、該出射面から再び出射するように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の光源システム。
【００７６】
上記の構成によれば、例えば、波長分離器により遮断された光を、再び光学素子へ導き再利用することができる。
【００７７】
上記光源として、放電光源を用いてもよく、また、高圧放電光源を用いてもよい。
【００７８】
本発明の他の光源システムは、上記の課題を解決するために、第１非結像光学素子と、上記第１非結像光学素子内に設けられた第１光源と、第２非結像光学素子と、上記第２非結像光学素子内に設けられた第２光源とを備え、上記第１非結像光学素子における上記第１光源から出射された光の第１出射面と、上記第２非結像光学素子における上記第２光源から出射された光の第２出射面とが、連続して設けられていることを特徴としている。
【００７９】
上記のように、光源を複数設けることにより、所望の出射光強度を得ることができる。しかしながら、一般に、これらの複数の光源は、各光源から発せられる熱を離散し、光源システムの温度上昇を抑えるために、互いに離間して配置しなければならない。しなしながら、本発明の上記の構成によれば、システムの照射範囲を各光源の照射範囲の総和よりも小さくすることができる。
【００８０】
上記の構成において、上記第１非結像光学素子および第２非結像光学素子とが、それぞれ、第１縦軸、第２縦軸を有し、上記第１非結像光学素子および第２非結像光学素子とは、上記第１縦軸と第２縦軸とが、平行になるように配置されている構成としてもよい。
【００８１】
上記の構成において、上記第１出射面と上記第２出射面とが共通面、すなわち、上記第１第１出射面と第２出射面とで共通の出力面を形成する構成としてもよい。
【００８２】
本発明の画像投影システムは、上記の課題を解決するために、第１端部と第２端部とを有する筐体を備えた非結像光学素子と、上記筐体内における上記第１端部側に配置された光源とを備え、上記第２端部は、開口されており、上記光源からの光の出射面を形成する光源システムを備えていることを特徴とする。
【００８３】
本発明の他の画像投影システムは、上記の課題を解決するために、第１非結像光学素子と、上記第１非結像光学素子内に設けられた第１光源と、第２非結像光学素子と、上記第２非結像光学素子内に設けられた第２光源とを備え、上記第１非結像光学素子における上記第１光源から出射された光の第１出射面と、上記第２非結像光学素子における上記第２光源から出射された光の第２出射面とが、連続して設けられている光源システムを備えていることを特徴とする。
【００８４】
上記の構成において、波長分離器と、空間光変調器とをさらに備え、上記波長分離器が、上記光源システムから上記空間光変調器までの光路内に配置されていることが望ましい。
【００８５】
上記の構成によれば、タイムシーケンスでフルカラー画像を投影することができる。
【００８６】
上記の構成において、上記光源システムから上記波長分離器までの光路内に配置された第１レンズをさらに備えていることが望ましい。
【００８７】
上記の構成によれば、第１レンズにより、光源からの出射光の像を形成し、上記波長分離器に到達する光の幅および分散を、該波長分離器の機能に適するように選択することができる。
【００８８】
上記の構成において、上記第１レンズが、第１焦点距離を持ち、上記光源システムの上記出射面と上記第１レンズとの距離が、上記第１焦点距離と等しく、上記第１レンズと上記波長分離器とが、上記第１焦点距離と等しい距離で間隔するように配置されていることがのぞましい。
【００８９】
上記の構成によれば、上記波長分離器に到達する光の幅および分散を、第１レンズの第１焦点距離に基づいて選択し、第１レンズの第１焦点距離を、上記波長分離器に到達する光の特性を最適化するように選択することができる。
【００９０】
上記の構成において、上記波長分離器から上記空間光変調器までの光路内に配置された第２レンズをさらに備えていることが望ましい。
【００９１】
上記の構成によれば、第２レンズが、上記波長分離器により透過する光を再結像し、上記波長分離器に到達する光の幅および分散を該空間光変調器の機能に適するように選択することができる。
【００９２】
上記の構成において、上記第２レンズは、第２焦点距離を持ち、上記波長分離器と上記第２のレンズとが、上記第２焦点距離と等しい距離で離間するように配置されており、上記第２レンズと上記空間光変調器とが、上記第２焦点距離と等しい距離で離間するように配置されていることが望ましい。
【００９３】
上記の構成によれば、上記波長分離器に到達する光の幅および分散を、第２レンズの第２焦点距離に基づいて選択し、第２レンズの第２焦点距離を、上記空間光変調器に到達する光の特性を最適化するように選択することができる。
【００９４】
上記の構成において、上記第２焦点距離が、上記第１焦点距離と等しく、上記空間光変調器に到達する光が、上記光学素子の出射面に到達する光と同様の特性を有する構成とすることが望ましい。
【００９５】
上記の構成において、上記波長分離器として、色環を用いることができる。
【発明の効果】
【００９６】
本発明の光源システムは、以上の構成により、光学素子の出射面から出射される光の強度を、出射面全域に渡り均一化することができる。さらに、簡素化された構成で、光源と非結像光学素子の出射面との良好な連結を実現することができ、光の利用効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９７】
本発明の実施形態について、一例として図面を参照しながら以下に説明する。
【００９８】
本発明の第１の実施形態における光源システム２６は、図２３ないし図２６に示すように、光源２７と、望ましくは閉じらた第１端部および出射面２９を定めるために開かれた第２端部を持った反射性の筐体（光学素子）２８とを備えている。光源２７は、筐体２８内に、光学素子の第１端部またはその近傍に取り付けられて、その結果、出射面２９から一定の間隔が空けられている。光源２７は、例えば、放電管で構成されていてもよく、例えば、現在投影器で一般に用いられる公知の高圧放電管で構成されていてもよい。図１２（ａ）（ｂ）は、光源システムの透視図であり、図１２（ｃ）は、光源システム２６の側面図であり、そして、図１２（ｄ）は、出射面から光学素子見た、光源システム２６の端面図である。
【００９９】
本実施の形態では、光学素子として、非結像光学素子を用いている。非結像光学素子は、光源２７の実像を生成しないが、出射面２９で出力光照射野を形成する。この出力光照射野は、実質的に均一である。すなわち、出力光照射は、出射面の領域に渡り実質的に一定の光強度を持つ。従って、光源システムからの出力波フィールドは、投影器の光学系に直接連結されてもよく、また、インテグレータロッドを備える必要はない。
【０１００】
本実施の形態の非結像光学素子は、筐体２８を備えている。光源２７は、非結像光学素子の筐体２８内に設けられる。非結像光学素子は、筐体２８の出射面へ、光源２７からの出射光を導くように形成されるため、光源２７と筐体２８の出射面２９との間の良好な結合を実現することができる。
【０１０１】
光源２７は、望ましくは、筐体２８中の所定の位置に固定され、安定して取り付けられる。光源２７の取り付け方法については、適宜選択することができる。ここで、光源２７が、光源システムの使用中に発生する、光源２７と筐体２８との間のいかなる熱膨張差にも耐えるような方法により取り付けられることが重要である。また、光源２７から発生する熱が、適切に逃がすことも重要である。
【０１０２】
本実施の形態の筐体２８として、反射性の筐体、すなわち、筐体の壁面が、筐体２８内で伝播される光を反射する筐体を用いることが望ましい。この場合、反射性の筐体２８内を伝播する光は、筐体２８の単一または複数の壁からの反射を受けることにより、均一化される。筐体２８は、ガラスなどの非反射性の物質から構成され、銀またはアルミニウムなどの反射性物質によりその外部表面がコーティングされている構成としてもよい。また、反射体は反射性の物質（アルミニウムなど）から形成されていてもよい。また、反射体は、銅などの適切な熱特性（体積膨張係数、熱伝導率など）を持つ金属から作られ、反射性の物質でコーティングされてもよい。
【０１０３】
図１２（ａ）ないし（ｄ）において、アーク放電光源による使用に適した反射性の筐体の一例を示す。この反射体は、５つの平面的な表面を持つ。１つの長方形の表面（第１端部）３０があり、それは、筐体２８の出射面（第２反部）２９から一定の間隔が空けられ、かつ出射面２９に平行な筐体２８の端面を形成する。筐体２８の他の４つの表面３１から３４は、それぞれ台形であり、筐体２８は、中心軸に沿って対称に形成させている。筐体２８の縦軸に直角をなす、筐体２８の断面は、長方形であり、そして、断面の面積は、筐体２８の出射面２９に向かって光源２７から遠ざかる方向に大きくなる。この形状の筐体２８は、「テーパ状光ガイド」、またはマイクロ波ホーンからの類推により「ホーン」と称されることもある。
【０１０４】
この筐体２８の形状の１つの利点は、標準的なインテグレータロッドと同じ理由から、筐体２８の出射面の全域に渡り、非常に均一化された光出力を提供するということである。光源からの光は、筐体２８の反射面からの多重反射により再度像が形成される。このため、出射面２９の面におけるビューアからは、広範囲に位置する光源の複数の画像からの発光に見える。これにより、出射面２９の全域で、光分布を均一化することができる。
【０１０５】
図１３において、この効果を示す。光源Ｘは、筐体２８の表面の多重反射を通して像が描かれるので、位置Ｏのビューアは、ビューアに向かって直接に発された、光源Ｘにより放射された光を見ることに加えて、筐体２８の表面３１から３４での反射の結果として、光源の多くの虚像Ｘ１、Ｘ２、…を見ることになる。画像Ｘ１およびＸ５は、筐体２８表面での１回の反射によるものであり、画像Ｘ２およびＸ６は、２回の反射によるものであり、以下同じように繰り返される。ビューアによって観察される虚像の数は、反射体の形状に依存する。
【０１０６】
図１３からはまた、光源の画像Ｘ１、Ｘ２…は、ビューアの位置Ｏから観察されるように、限定的な角度を限定する（図の破線で描かれた円により境界が示された）領域内に、すべて含まれているように見え得る。従って、光の光線角度の範囲は、光が狭い端からより広い端まで、反射性の筐体２８を伝わるのに応じて、減らされる。光源は、あらゆる方向に光を放つが、光が筐体２８に沿って伝播するに従い、光ビームの角度の広がりは減少するので、光は、制限された出射角度範囲で、反射性の筐体２８の出射面２９から出力される。
【０１０７】
本発明の他の実施の形態では、光源システム３５は、さらに波長変換物質を備えている。反射性の筐体２８内に、波長変換物質が備えられる。この実施形態による光源システム３５を、図１４に示す。
【０１０８】
図１４の光源システム３５では、光源２７は、非結像の反射性の筐体２８内に配置される。図１４の筐体２８は、図１２（ａ）ないし（ｄ）の筐体２８と同様であり、第１の閉じられた端と出射面を定めるために開いている第２端部とを持ち、そして、光源は筐体２８の第１端部の近傍に置かれる。波長変換物質３６は、筐体２８内の第１端部またはその近傍に備えられる。波長変換物質３６は、第１周波数帯域の光成分を、第２周波数帯域の光成分に変換することができる。すなわち、波長変換物質３６が、第１周波数帯域の光により照射されると、波長変換物質３６は、第２周波数帯域の光を再度出射する。
【０１０９】
好ましい実施形態では、波長変換物質３６は、可視スペクトル外の周波数帯における放射により照射されるとき、可視スペクトル内の周波数帯における光を再度放射する波長変換物質である。従って、光源２７から出射された、スペクトルの可視領域外の光は、波長変換物質３６により、可視光に変換される。その結果、スペクトルの可視領域での光源システムの出力強度を向上させることができる増強される。波長変換物質３６により再度出射された可視光は、光源２７から出射された可視光と同様に、筐体２８の内部の表面で反射するので、低い角度範囲で筐体２８から出射される。
【０１１０】
特に好ましい実施形態では、波長変換物質３６は、ＵＶ（紫外線）の放射により照射されると、可視スペクトル内の周波数帯の光を再度出射する波長変換物質である。このような波長変換物質は、照射された波長よりも長い波長の光を再度出射するので、波長下方変換物質（ＷＤＣＭ）として知られている。
【０１１１】
原則的に、波長変換物質３６は、ＩＲ（赤外線）の放射で照らされると、可視スペクトル内の周波数帯の光を再度出射する波長上方変換物質であってもよい。一般に、波長上方変換物質の変換効率は低い。そのうえ、現在利用可能な放電ランプは、スペクトルのＩＲ領域では、ほとんど出力放射を生成しない。
【０１１２】
波長変換物質３６は、望ましくは筐体２８の第１端部またはその近傍に配置されるので、波長変換物質により再度出射された可視光は、反射性の筐体２８の出射面２９に達する前に、筐体２８の内周面により、反射される。この配置の利点は、筐体２８の第１端部（すなわち、閉塞端）の近傍に設けられた波長変換物質３６により生成された光は、光源からの可視光と同様に、筐体２８の内周面からの反射され、均質な強度プロフィルで狭い出射角範囲から出射される。一方、波長変換物質３６が筐体２８の出射面２９またはその近傍に配置された場合、波長変換物質３６により再度生成される可視光は、筐体２８の出射面２９から出射される際、広い出射角範囲で出射されてしまう。
【０１１３】
さらに、反射体の表面に波長変換物質３６を配置した場合、光源２７から十分離れているため、光源２７の高温と光学強度に起因する波長変換物質３６の劣化を防止することができる。さらに、波長変換物質３６が反射性の筐体２８への熱伝導により、冷却されるという利点がある。
【０１１４】
図１４に示す実施例では、筐体２８として、図１２（ａ）ないし（ｄ）に示す筐体を用いられる。波長変換物質３６は、望ましくは、端の表面３０側、および端の表面３０近くの４つの台形の表面３１から３４に配置される。
【０１１５】
好適な波長変換物質の一例として、略６１０ｎｍの波長周辺を中心とする放射帯域においてＵＶ光を赤色光に変換するユーロピウムベースの蛍光体を用いることができる。ＵＶ光を赤色光に変換する波長変換物質の使用には、光源システムから光出力内で、緑色光と青色光の強度に対して赤色光の強度を向上する利点がある。その結果、赤色欠損を抑制し、カラーバランスの向上を図ることができる。しかしながら、本発明は、特定の波長変換物質に限定さるものでななく、例えば、赤色発光蛍光体を用いてもよい。蛍光物質がインテグレータロッドに組み込まれる例えば、特許文献９に開示されている従来のシステムと異なり、波長変換物質は、可視光に対して透明である必要はない。
【０１１６】
また、例えば、ＺｎＳ、ＣｄＳｅ、またはＣｄＴｅ蛍光体など、無機の蛍光体を、波長変換物質として使用してもよい。無機の蛍光体は、エビデントテクノロジーズ社から入手出来るような、量子ドットの形状であってもよい。
【０１１７】
ＵＶ光を反射し可視光を透過するウィンドウ(反射体)３８が、反射性の筐体２８内の、波長変換物質により吸収されないかったＵＶ光を波長変換物質に反射し返す位置に置かれてもよい。これにより、波長変換物質によって可視光に変換される、光源２７からＵＶ光の割合が増加するので、筐体２８からの可視光出力の強度が増大する。図１５において、本発明のこの実施形態による光源システム３７を示す。
【０１１８】
一般に、さらに光源２７と筐体２８の出射面２９の間の筐体２８の第１端部またはその近傍に提供されたＵＶ反射体３８を含むのを除いて、図１５の光源システム３７は図１４の光源システム３５と同様である。ＵＶ反射体３８は、ＵＶ光を反射するが、実質的に可視光に対しては透明である。ＵＶ反射体３８は、望ましくは、筐体２８の全体の断面積に広がり、筐体２８の軸に交差する。
【０１１９】
図１４の光源システムでは、光源により放射されたいくらかのＵＶ光は、波長変換物質には入射しない。しかしながら、図１５の実施形態では、光源により放射されたいかなるなＵＶ光も、波長変換物質３６またはＵＶ反射体３８へ入射する。ＵＶ反射体３８に入射したＵＶ光は何れも、波長変換物質３６により可視光の波長域に波長変換され、筐体２８の内部に反射する。従って、ＵＶ反射体３８を備えると、放射され、可視光に変換された、ＵＶ光の割合が増加するので、筐体２８から反射される可視光の強度を向上させることができる。
【０１２０】
図１６において、本発明の更なる光源システム３７ａを示す。このシステムは、波長変換物質３６が、筐体２８の第１端部に面したＵＶ反射体３８の表面の少なくとも一部に配置され、望ましくは、筐体２８の第１端部に面しているＵＶ反射体３８の表面全域に渡り配置されることを除いて、一般的に、図１５の光源システム３７と同様である。ＵＶ反射体から遠ざかる方向に、光源２７から出射されたＵＶ光は、図１６の破線の光路により示すように、筐体２８により反射され、最終的にＵＶ反射体に配置された波長変換物質３６に入射する。ＵＶ反射体３８に入射した、光源２７からのＵＶ光は、（例えば、波長変換物質３６が備えられていない、ＵＶ反射体３８の部分に入射したので）筐体２８に向かって反射され、従って反射体３８に向って反射し返され、最終的に、波長変換物質３６に入射する。
【０１２１】
図１６の実施形態では、波長変換物質３６は、望ましくは、実質的に可視光に対し透明である。
【０１２２】
図１７に示す発明の更なる実施形態においては、筐体２８の内部表面上と光源２７に面している反射体の面上との両方に、波長変換物質３６が備えられる。この実施形態では、波長変換物質３６は、さらに、望ましくは実質的に可視光に対して透明である。
【０１２３】
図１２（ａ）ないし（ｄ）、図１３、図１４ないし図１７において、第１端部に平坦な端面を持ち、平面的な側面と、平面的な上面と、平面的な下面とを持つ、反射性の筐体２８を示す。しかしながら、本発明では、筐体２８は、この特定の形に限定されない。
【０１２４】
図１８は、本発明の更なる実施形態における光源システム３９の断面図である。光源システム３９は、光源２７と、第１端部が閉じており、第２端部が出射面２９を定めるために開いている、非結像光学素子の筐体２８’とを備える。光源２７は、非結像の筐体２８’の第１端部またはその近傍に固定され、その結果、出射面２９から一定間隔が空けられている。本実施形態では、非結像光学素子の筐体２８の第１端部４０は、実際上例えば半円などの、円の一部である縦断面（すなわち、筐体２８の軸と平行な面）を持っている。光源２７は、円の中央またはその近傍に置かれる。筐体２８の第１端部が円形の形状なので、光源２７に対する曲率半径および位置により、筐体２８の第１端部の内部表面から反射されたいかなるな光も、光源２７またはその近傍に反射される。これにより、非結像光学素子の筐体２８の形状を、前方方向（すなわち出射面に向かって）へ光源２９から出射された光に出射面２９において所望の角度範囲を与えるために、最適化できる。ほとんどの光が単一点から発していることが知られているが、これは、筐体２８の出射面の光の分配が、より簡単になり、よりモデル化し易くなり、より理解し易くなることを意味する。
【０１２５】
図１８の光源システムは、図１６を参照して説明したように、波長変換物質３６が備えられたＵＶ反射体３８を備えるように示されている。しかしながら、図１８の非結像光学素子は、図１２（ａ）、図１４、図１５、図１７の実施形態を含む、発明の実施形態のいずれに適用されてもよい。
【０１２６】
図１８の光源システム３９は、さらに単一または複数のエッジ反射体４１を備える。それぞれのエッジ反射体４１は、筐体２８ａの縦軸と交差し、望ましくは筐体２８ａの縦軸と直角をなす。各エッジ反射体４１は、筐体２８ａの第２端部またはその近傍に備えられ、そして、望ましくは筐体２８ａの出射面の平面にある。
【０１２７】
各エッジ反射体４１は、筐体２８ａにより放射された出力ビームの輪郭を「切り取り」、出力ビームの周辺部において、光を反射し、再循環させるために、備えられる。出力ビームのエッジは、出力ビームの均質化が、最も難しい。そして、出射面２９の領域においては、出力光の強度のばらつきが生じやすく、出射面２９の周辺部において、最もばらつきが大きくなる。このため、出力ビームのエッジを均質化するには、通常、より長い筐体を必要とし、一般的には、出射面の幅の約３倍の長さに形成される。これにより、出射面の全域で、出力強度を均質化することができる。筐体２８の長さに対し、出射面の幅を大きくすると、均質化の度合いおよび出力光照射野角の有向性を高くなるが、かなり長く形成しない限り、完全な均質化を実現することは困難である。一方、エッジ反射体を備えることにより、ビームの最も均質化され難い部分が除かれ、より短い筐体２８で均一化を実現することができる。
【０１２８】
筐体２８の断面は、望ましくは照射される対象物の断面に合うように選択される。一般に、光源システムは、長方形の空間光変調器など、長方形の断面を有する対象物を照らすのに使用される。この場合、筐体２８は、望ましくは、長方形の断面積を持ち、特に望ましくは、照らされる対象物の縦横比と等しい縦横比を有する長方形の断面を持つ。エッジ反射体が備えられる場合、エッジ反射体によって生成された開口は、照射される対象物の断面に、さらに望ましくは、合致している。
【０１２９】
エッジ反射体は、本発明のいずれの光源システムに適用されてもよく、例えば、図１２、図１４ないし図１７の何れかの光源システムに適用されてもよい。
【０１３０】
本発明は、平面的な表面を有する反射性の筐体や、図１８に示すような反射性の筐体に限定されるものではない。例えば、「高集光非結像光学系」（上述）において、ウェルフォードとウィンストンが記述したように、反射性の筐体は、放物面の形状を組み合わせた集光器の形であってもよい。知られているように、放物面の形状を組み合わせた集光器は、縦断面（すなわち、縦軸と平行な面）において、傾斜角を持ち互いに向かって傾けられた２つの放物面の構成要素の形となる。この形は、高い発散と小さな面積を有する光分布（放電ランプのアークのように）と、低い発散とより広い面積を有する光分布（筐体２８の出射面において所望されるように）との間において、最高に効率的な光結合を提供する利点を持っている。（ウェルフォードとウィンストンは、太陽エネルギー収集デバイスへの太陽光の収集に、これらの反射体を適用することを述べている。この場合、システムを通した光の流れの方向は逆になる。太陽からの光は、低い発散を持って、反射体の開口面に届き、高い発散を持つ小さな面積に集められる。）
図１９は、本発明の更なる実施形態における光源システム５０の縦断面である。光源システム５０は、光源２７と、閉じた第１端部および出射面２９を定めるために開いている第２端部を持つ非結像の筐体２８ｂとを備える。光源２７は、端非結像の筐体２８ｂの、第１端部またはその近傍に固定され、その結果、出射面２９から一定間隔が空けられている。この実施形態においては、反射性の筐体２８ｂは、図１９に示すように、放物面を組み合わせた集光器を構成している。筐体２８の上面５１は、放物面を含んでおり、筐体２８の下面５２も、放物面を含んでいる。筐体２８ｂの端面５３は平面である。
【０１３１】
ここで、上面５１と下面５２は、同じ放物面を構成しない。上面５１を定める放物面を延長しても、下面５２を定める放物面とは、なめらかには交わらない。
【０１３２】
図１９の光源システム５０の筐体２８の断面積は、望ましくは、照射される対象物の断面に合うように選択される。（これは、本発明の光源システムのすべての実施形態に適用される。）
図１９の光源システム５０は、例えば、図１４ないし図１７のいずれかを参照して述べたように、波長変換物質を備えていてもよい。
【０１３３】
本発明のいずれの光源システムも、光源システムの筐体２８の形にかかわらず、１つ以上のエッジ反射体４１を備えていてもよい。
【０１３４】
図２０ないし図２２において、本発明の光源システムが、光源の効率と輝度をさらに向上させる色の再循環システムにおいて、どのように使用できるかを示す。
【０１３５】
上述したように、典型的な画像投影システムは、１つの原色光を選択できるように光路に置かれてもよい波長セレクタを含んでいる。図２０において、波長セレクタの一例である色環４を示す。色環は、赤色を透過する部分４２Ｒ、緑色を透過する部分４２Ｇ、および青色を透過する部分４２Ｂに分割される。隣接する２つの部分の間の境界は、アルキメデスのらせんの形状となる。各部分４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂは、透過させない波長の光を反射する。これは、上述のようにデワルト他による著作に用いられた色環と同じタイプである（図２０の破線で描いた長方形は、ＳＬＭを示す）。
【０１３６】
図２１は、図２０に示す色環４に隣接して、筐体２８の出射面２９を配置した、本発明の光源システムの断面図である。図２１は、色環４の青色を透過する部分は４２Ｂに入射し、そして反射された、緑色の光線の経路パスを示す。本発明の光源システムの非結像光学素子は、出射面２９から筐体２８に入る光が、筐体２８の中で反射し、筐体２８の出射面２９から再度出射されるように、形成される。従って、色環４の青色を透過する部分４２Ｂによって反射された緑色光は、筐体２８の内部を通り、反射体により反射された後に、筐体２８の出射面２９から再度出射される。緑色光は、最終的に筐体２８の出射面２９から再度出射されるとき、図２１に示すように、色環４の緑色を透過する部分４２Ｇに入射し、色環を通過することは、可能である。慣用的な設計と比べ、光源システムの輝度はこのようにして増強される。従来の画像投影システムでは、例えば、色環の青色を透過する部分に入射した、赤色および緑色光は、色環で反射され、失われるので、少なくとも光の２／３は色セレクタにおいて失われる。本発明では、しかしながら、色環４で反射される光は、筐体２８によって再循環されてもよく、そして、投影器により使用されるように、色環４を最終的に透過してもよい。
【０１３７】
図２１に示す実施の形態は、色セレクタとして色環を使用するものに制限されず、他の色セレクタとともに適用されてもよい。上記色セレクタとして、例えば、非特許文献４に開示されている回転シリンダ型色セレクタを用いることができる。
【０１３８】
本発明の光源システムはまた、光がインテグレータロッド内において再循環される、デワルト他の著作中で述べられた「シーケンシャル・カラー・リキャプチャ」（ＳＣＲ）システムと、好意的に比べられる。これは、従来のＳＣＲシステムでは、インテグレータロッドへ反射し返された光は、インテグレータロッドの入り口の開口部において光が失われるので、インテグレータロッドの入り口の開口部に入射した光は失われる。本発明の光源システムでは、筐体２８へ反射し返された光は、光源２７自体にぶつかると、失われるだろう。しかしながら、通常、光源２７のサイズは、インテグレータロッド内にアークの像を描けるように十分大きい必要があるインテグレータロッドの入り口の開口領域より、はるかに小さい。従って、本発明の光源システムにおいては、損失はデワルト他の「シーケンシャル・カラー・リキャプチャ」（ＳＣＲ）システムより、かなり小さい。
【０１３９】
図２２は、図２１の光源システム２６と色環４とを組み込んだ画像投影システムの概略ブロック図である。一般的に５に示される集光光学系は、一般的に６に示される光変調器上に色環により透過された光の像を描く。光変調器は、光を投影レンズ７（明るいピクセル用）、または、ビームダンプ８（暗いピクセル用）のいずれかに導く。光路を「折り重ね」て、その結果、画像投影システムのサイズを減らすために、ミラー４９を光路に備えてもよい。
【０１４０】
これまでに説明した本発明の光源システムは、単一の光源２７を持つ。しかしながら、本発明は、単一光源を備えた光源システムに限定されるものではなく、複数の光源を備えた構成としてもようい。特に、本発明の光源システムは、アレイ形状に配された複数の光源を持っても良い。
【０１４１】
画像投影システムの光源として、重要なパラメータは「照射範囲」である。照射範囲の計算の詳細は、非特許文献６に開示されている。光源の照射範囲は、光源の領域と、そして、光源から放たれた光によって境界を示された立体角にも比例している。大きい照射範囲を有する光源からの光をは、投影器の光学系に有効に集めることができない、そして、その結果、大きい照射範囲を有する光源の使用は、効率の悪い投影システムにつながる。
【０１４２】
現在、白色光を放つＬＥＤが商業的に利用可能であるので、光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）の使用が増えている。しかしながら、画像投影システム用および他の多くの用途には、単一のＬＥＤの光出力は一般に低過ぎるので、多くのＬＥＤのアレイを使用しなければならない。例えば、典型的な高輝度ＬＥＤチップ４３は、１００ルーメンを生成し、１ｘ１ｍｍ２の領域を持つ正方形の形状であったりする。従って、２５００ルーメンの総光出力を出せて５ｘ５ｍｍの領域を持っている５ｘ５個のＬＥＤチップのアレイが考えられ得る。そのようなアレイ４４を、図２３に示す。そして、投影器の光変調器上に、この光源に像を描くのに従来の光学系を使用しうる。残念ながら、ＬＥＤチップによって生成された熱を消散しなければならないので、このようなアレイの使用は可能でない。これにより、隣接しているＬＥＤチップの間隔を増やさなければならないので、ＬＥＤアレイのピッチは、１ｍｍよりむしろ５ｍｍであり、図２４に示すＬＥＤアレイ４５のようになる。図２４のＬＥＤアレイ４５は、２１ｘ２１ｍｍ２の領域を持つ。
【０１４３】
単一のＬＥＤ４３の照射範囲は、領域Ａ＝１ｍｍ２であるランバーティアンエミッタとしてそれを扱うことにより、見積もることができる。そのようなエミッタの照射範囲は、πＡｎ２である。ここで、ｎはＬＥＤが光を放射する物質の屈折率である。図２３の５ｘ５ＬＥＤアレイ４４の照射範囲は、単純に２５πＡｎ２である。しかしながら、図２４の間隔を空けたＬＥＤアレイ４５の照射範囲は、４４１πＡｎ２である。アレイの全面積ＡＴ＝２１２Ａが、この計算に使用されている。従来の光学系を使用して図２４のＬＥＤアレイ４５を、投影システムへ像を描くには、アレイ全域の像を描くことが必要だからである。
従って、図２４の間隔を空けたＬＥＤアレイ４５の照射範囲は、図２３のコンパクトなＬＥＤアレイ４４の照射範囲の１７倍よりも、大きい。その結果、投影システムの光源として間隔を空けたＬＥＤアレイ４５を使用することは、アレイの広い照射範囲とは、アレイからの光が効率的に投影システムに導入されないことを意味するので、効率が悪いであろう。
【０１４４】
図２５および図２６において、本発明の更なる実施形態における光源システム４６の正面図および側面図それぞれを示す。この実施形態では、効率的に放熱できるように間隔を空ける必要から、照射範囲を増加する問題が克服されている。この実施形態の光源システムでは、図１２の間隔を空けたＬＥＤアレイ４５の各光源４３は、それ自身の非結像の筐体２８に取り付けられる。筐体２８自体がアレイを形成し、筐体２８の出射面２９が同一の面にあり、望ましくは、１つの筐体２８の出射面は、隣接しているそれぞれの筐体２８の出射面２９を繋がるように、望ましくは配置される。それぞれの非結像の筐体２８は、本発明の上述のいずれの実施形態に記載された筐体であってもよい。
【０１４５】
光源システム４６の各筐体２８は、単一のＬＥＤ４３に合わされていて、上述の通り、高い発散と小さい面積とを持つ光源からの光を、低い発散とより広大な面積とを持つ光源へ変換する機能を実行する。このプロセスで、ＬＥＤの照射範囲は、保存またはほとんど保存される。従って、光源システム４６の単一の筐体２８から出射される光照射野の照射範囲は、単一のＬＥＤの照射範囲πＡｎ２とほとんど等しく、光源システム４６の総合的な照射範囲は、およそ２５πＡｎ２である。これは、図２３のコンパクトなＬＥＤアレイ４４の照射範囲と同じであり、図２４の間隔を空けたＬＥＤアレイ４５の照射範囲４４１πＡｎ２よりはるかに低い。従って、熱が消散するようにＬＥＤの間隔を空ける必要から生じる照射範囲の増加は、解消される。光源システム４６の照射範囲がより低いと、投影システムにより効率的に光を集め、より明るく、より効率的な投影器となる。
【０１４６】
各狂態２８が、複数のＬＥＤを備えた構成としてもよい。しかしながら、減らされた照射範囲の利点を最大限得るために、各筐体内のＬＥＤは互いに非常に近接して設置される必要があり、これにより、動作時にＬＥＤによって生成される熱を適切に消散させることが難しくなるかもしれない。
【０１４７】
本発明のいずれの実施の形態にかかる光源システムも、画像投影システム、例えば、図２７に示すような画像投影システムに用いることができる。本発明の光源システムは、図２７の画像投影システムの、放電ランプ１、反射体２、およびインテグレータロッド３に置き換て用いることができる。
【０１４８】
また、画像投影システムへ他の変更も、本発明の光源システムの出力特性に影響を与えてる可能性がある。特に、本発明の光源システムの筐体２８の出射面は、既存の画像投影システムのインテグレータロッドの出射面よりも大きく、光線角度（発散）の範囲はより小さい。領域の増加と、より小さい発散とにより、お互いがほぼ相殺されるため、従来のインテグレータロッドと本発明の光源システムとは、ともにほとんど同じ照射範囲を持つ。
【０１４９】
従来の画像投影システムのインテグレータロッドと本発明の光源システムとの違いにより、以下の変更を要する。第一に、光源システムの筐体２８の出射面の上を通過する際の色環の着色されたセグメントのタイミングが、図２７のシステムのインテグレータロッドの出射面上を通過する際の、着色されたセグメントのタイミングと同じになるように、図２７の色環４をより大きく設計する必要がある。第二に、光変調器６上に、光源システム３５の筐体２８の出射面の像を正しい倍率により描くように、集光光学系５を調整しなければならない。
【０１５０】
図２８は、本発明の光源システムを組み込む画像投影システムの概略ブロック図である。図２８において、上記の図１２（ａ）ないし（ｄ）を参照して説明した、光源システム２６を示すが、図２８の画像投影システムにおいて、本発明のいずれの光源システムも使用できる。図２８において、図２８の画像投影システムの色環４’の直径が図２８の画像投影システムの色環４の直径より大きいことを図式的に示す。
また、図２７の画像投影システムの集光光学系５と比べて、図２８の画像投影システムの集光光学系５’は、調整されているので、光変調器６上に、正しい倍率により、光源システム２６の筐体２８の出射面の像を描く。ミラー４９は、投影システムの物理的なサイズを減らすために、光路を「折り重ねる」。
【０１５１】
図２８に示す従来の画像投影システムを、上記のように若干変更すると、投影器として正しく機能する。しかしながら、本発明を利用する最も効果的な方法ではないかもしれない。図２８に示す画像投影システムの１つの欠点は、拡大した色環４’により、画像投影システムの全体が、大型化することである。これにより、従来のランプとインテグレータロッドとを、本発明の光源システムに取り替えることによって得られた、サイズを縮小する効果が、部分的に取り除かれてしまう。
【０１５２】
この欠点を克服する１つの方法は、上述し、図２０および図２１に示すように、色環の異なった色の領域は、らせん形状の境界により分離されて、色のリサイクルを提供する、色環を使用することである。図２２において、このタイプのカラーマネジメントを使用する画像投影システムを図式的に示す。このタイプの画像投影システムの利点は、色のリサイクルの結果として、輝度を大幅に向上できるということである。しかしながら、簡単な色環デザインを使用する投影システムより、光変調器上において、画像を切り替えるタイミングにおける制約は厳しい。
【０１５３】
本発明の光源システムを備えた第３画像投影システムは、筐体の出射面に隣接しない、光学系の他の場所に配置される色環２備えている。集光光学系は、光源システムからの光線が色環４の面を透過する際に、ビームの角度の範囲と幅を最適化し、色環４の直径をできるだけ小さく維持しつつ、色環４により良いスペクトル性能が得られるように設計されている。
【０１５４】
上記の光学系の構成例を、図２９に示す。それぞれの焦点距離ｆ１、ｆ２を持つ、第１レンズ４７および第２レンズ４８は、画像投影システムにおいて、色環４の各側面に配置されている。第１レンズ４７および第２レンズ４８は、焦点距離と等しい距離だけ色環４から離間して設けられている。また、第１レンズ４７は、その焦点距離ｆ１と等しい距離だけ、光源システム２６の出射面から離間して設けられている。その結果、光源システム２６の出射面は、第１レンズ４７の第１フォーカス面にあり、色環４は、第１レンズ４７の他方のフォーカス面である第２フォーカス面にある。そして、第２レンズ４８は、第１フォーカス面に色環４がきて、第２フォーカス面に光変調器６がくるように配置される。
【０１５５】
上記図２９の配置において、第１レンズ４７は、効果的に、発散の角度とビーム幅の役割を逆にすることができる。光源システム２６から出射されたビームが、幅ｗと発散の角度θとを持っているなら、色環４の面におけるビームは、幅θｆ１と発散の角度ｗ／ｆ１とを持っている。従って、調整できる第１レンズ４７の焦点距離ｆ１は、色環４にビームの特性を最適化するように調整できる。例えば、入射角ａの範囲に、所望の透過／反射特性を備えた色環４にコーティングできるなら、第１レンズ４７の焦点距離ｆ１により、色環面において、ｆ１＝ｗ／ａとなるように設定して、光源システム２６からの光の発散の角度が、ａに合うように、焦点距離ｆ１を選択することができる。
【０１５６】
第２レンズ４８は、色環４によって通過された光の像を再び形成する。また、第２レンズ４８の焦点距離ｆ２は、第１レンズの焦点距離ｆ１と等しくした場合、光変調器６に到着する光照射野は、光源システム２６の出射面における光照射野と同じ特性を持つ。従って、光源システムは、所望の大きさで、光変調器６が機能する出射角範囲に設計することができる。
【０１５７】
市販の投影器の設計では、光学系は、図２９のように直線的に伸びる必要性はなく、空間を節約するためにミラーを使用することで折り重ねられてもよい。図３０において、そのような画像投影システムを図式的に示す。ミラー４９は、光路を折り重ね、その結果、画像投影システムのサイズを減らすために、光源システム２６からＳＬＭ（Spatial light modulator：空間光変調器）６まで光路に置かれる。図３０において、色環４から空間光変調器６までの光路に置かれたミラー４９を示す。また、ミラーを、例えば、第1のレンズ４７と色環４との間、または、光源システム２６と色環４との間など、光源システム２６から色環４までの光路に置くこともできる。
【０１５８】
図２８、図２９、および図３０の画像投影システムは、波長セレクタとして色環４を持つ。しかしながら、本発明の画像投影システムは、この特定の波長セレクタに制限されるものではなく、適宜選択されるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１５９】
本発明は、動画および静止画をスクリーンに投影する画像投影システムに広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
【図１】ＵＨＰランプの典型的なスペクトルを示すグラフである。
【図２】シーケンシャルカラーリキャプチャを行う従来の照射システムの概略構成を示す説明図である。
【図３】図２の照射システムの動作原理を説明する説明図である。
【図４】図２の照射システムの透視図である。
【図５】図２の照射システムの色環の端面図である。
【図６】波長変換フィルタを備えた従来のＬＣＤ投影器を示す平面図である。
【図７】波長変換フィルタを備えた従来のＬＣＤ投影器を示す平面図である。
【図８】希土類イオンを添加したガラス・ロッドインテグレータを備えた従来の画像投影器を示す平面図である。
【図９】修正された蛍光ロッドを備えた従来の照射システムを示す平面図である。
【図１０】従来のランプシステムの概略構造を示す説明図である。
【図１１】テーパ状のインテグレータロッドを備えた投影器用の従来の照射システムの概略構成を示す説明図である。
【図１２】（ａ）ないし（ｄ）は、本発明の一実施の形態に係る光源システムを示す説明図である。
【図１３】図１２の光源システムの動作を説明する説明図である。
【図１４】本発明の他の実施の形態に係る光源システムを示す説明図である。
【図１５】本発明の他の実施の形態に係る光源システムを示す説明図である。
【図１６】本発明の他の実施の形態に係る光源システムを示す説明図である。
【図１７】本発明の他の実施の形態に係る光源システムを示す説明図である。
【図１８】本発明の他の実施の形態に係る光源システムの一部を示す部分説明図である。
【図１９】本発明の他の実施の形態に係る光源システムの一部を示す部分説明図である。
【図２０】本発明の光源システムの使用に適した色環を示す説明図である。
【図２１】本発明の光源システムにおける色の再循環を示す図である。
【図２２】本発明の画像投影システムを示す説明図である。
【図２３】本発明の発光ダイオードの配列を示す図である。
【図２４】本発明の発光ダイオードの配列を示す図である。
【図２５】本発明の他の実施の形態に係る光源システムを示す正面図である。
【図２６】本発明の他の実施の形態に係る光源システムを示す側面図である。
【図２７】従来の投影器の構成を示す説明図である。
【図２８】本発明の画像投影システムを示す説明図である。
【図２９】本発明の他の画像投影システムを示す説明図である。
【図３０】本発明の他の画像投影システムを示す説明図である。元気に復帰
【符号の説明】
【０１６１】
１    放電ランプ（アーク菅光源）
２    反射体
３    インテグレータロッド
３ａ  入射面
３ｂ  出射面
３ｅ  反射コーティング
４    色環（波長セレクタ、波長分離器）
５    集光光学系
６    光変調器
７    投影レンズ
８    ビームダンプ
９    レンズ
１０    ミラーコーティング
１１    漏下構造
１２    筐体
１３    インテグレータロッド
１４    波長変換素子
１６    コンデンサレンズ
１７    波長変換フィルタ（波長変換素子）
１８    波長変換フィルタ（波長変換素子）
２１    アークランプ（光源）
２２    インテグレータロッド
２３    反射ミラー
２５    出射面
２６    光源システム
２７    光源
２８    非結像光学素子
２９    出射面
３５    光源システム
３６    波長変換物質
３７    光源システム
３８    ＵＶ反射体（反射体）
４１    エッジ反射体
４３    ＬＥＤ
４４    ＬＥＤアレイ
４５    ＬＥＤアレイ
４６    光源システム
４７    第１レンズ
４８    第２レンズ
４９    ミラー
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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