(57)【要約】【課題】楕円ランプのＦナンバーを調整するための反射性アイリスを提供すること【解決手段】球面の凸型ミラー部分と、球面の凸型ミラー部分を通る光学開口部とを有しており、球面の凸型ミラー部分は焦点合わせされた光ビームの高い光錐角度の部分を逆反射して、楕円ランプを通って戻し、高い光錐角度の部分は逆反射の後で、より低い光錐角度で楕円ランプから出射し、光学開口部を通って、焦点合わせされた光ビームの低い光錐角度の部分および逆反射された高い光錐角度の部分が伝達され、楕円ランプの有効光錐角度が所与の光錐角度よりも低くなる反射性アイリス。【選択図】図２
2009206082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
楕円ランプのＦナンバーを調整するための反射性アイリスであって、
当該楕円ランプは、所定の光錐角度を有し、所定の焦点で焦点合わせされる光ビームを生成し、
前記反射性アイリスは、一般的に球面の凸型ミラー部分と、当該一般的に球面の凸型ミラー部分を通る光学開口部とを有しており、
・前記一般的に球面の凸型ミラー部分が一般的に長手方向で楕円ランプの光出射開口部とアライメントされ、前記一般的に球面の凸型ミラー部分の中心が一般的に前記所定の焦点とアライメントされている場合に、前記一般的に球面の凸型ミラー部分は前記焦点合わせされた光ビームの高い光錐角度の部分を逆反射して前記楕円ランプを通って戻し、当該高い光錐角度の部分は逆反射の後で、より低い光錐角度で楕円ランプから出射し、
・前記光学開口部は前記一般的に球面の凸型ミラー部分の長手軸の周りに配置され、当該光学開口部を通って、前記焦点合わせされた光ビームの低い光錐角度の部分および逆反射された高い光錐角度の部分が伝達され、前記楕円ランプの有効光錐角度は所与の光錐角度よりも低くなる、
ことを特徴とする反射性アイリス。
【請求項２】
前記有効光錐角度は前記より低い光錐角度を含んでいる、請求項１記載の反射性アイリス。
【請求項３】
前記光学開口部の領域は一般的に円形である、請求項１記載の反射性アイリス。
【請求項４】
前記光学開口部の領域を調整するための調整可能開口部装置を含んでいる、請求項１記載の反射性アイリス。
【請求項５】
紫外光が前記光学開口部を通過するのを阻止する紫外フィルタを含んでいる、請求項１記載の反射性アイリス。
【請求項６】
前記一般的に球面の凸型ミラー部分の形状は一般的に円形であり、前記一般的に球面の凸型ミラーが、前記焦点合わせされた光ビームの前記高い光錐角度の部分の最も高い角度の光線と相互作用を可能にする直径を有している、請求項１記載の反射性アイリス。
【請求項７】
基体を有しており、当該基体は少なくとも１つの球面を有しており、
前記一般的に球面の凸型ミラー部分は前記少なくとも１つの平らな面に設けられている、請求項１記載の反射性アイリス。
【請求項８】
楕円ランプのＦナンバーを効果的に調整するための光学デバイスであって、
当該楕円ランプは、所定の光錐角度を有し、所定の焦点で焦点合わせされる光ビームを生成し、
前記光学デバイスは、光相互作用部分と光出射部分とを有しており、
・当該光相互作用部分は、光相互作用部分が一般的に楕円ランプの光出射開口と長手方向にアライメントされている場合に、当該焦点合わせされた光ビームと光学的に相互作用し、当該光相互作用部分は、前記焦点合わせされた光ビームの少なくとも高い光錐角度部分の光錐角をより低い光錐角度に光学的に調整させ；
・前記光出射部分は前記光相互作用部分と結合されており、少なくとも、焦点合わせされた光ビームの前記高い光錐角度部分の光錐角度がより低い光錐角度に調整された後に、焦点合わせされた光ビームが所与の光錐角度を下回る有効光錐角度を伴って光学デバイスから出ることを可能にする、
ことを特徴とする光学デバイス。
【請求項９】
さらに反射性アイリスを有しており、
・前記光相互作用部分は、前記反射性アイリスの一般的に球面の凸型ミラー部分を有しており、一般的に球面の凸型ミラー部分が一般的に長手方向で楕円ランプの光出射開口部とアライメントされ、一般的に球面の凸型ミラー部分の中心が一般的に所定の焦点とアライメントされている場合に、前記一般的に球面の凸型ミラー部分は前記焦点合わせされた光ビームの前記高い光錐角度の部分を逆反射して、楕円ランプを通って戻し、前記高い光錐角度の部分は逆反射の後で、より低い光錐角度で楕円ランプから出射し、
・前記光出射部分は、前記一般的に球面の凸型ミラーを通る、前記反射性アイリスの光学開口部を有しており、当該光学開口部は前記一般的に球面の凸型ミラー部分の長手軸の周りに配置され、当該光学開口部を通って、前記焦点合わせされた光ビームの低い光錐角度の部分および逆反射された高光錐角度の部分が伝達され、楕円ランプの有効光錐角度は所与の光錐角度よりも低くなる、
ことを特徴とする、請求項８記載の光学デバイス。
【請求項１０】
さらにメニスカスレンズを含んでおり、
前記光相互作用部分は、第１の曲率半径を有している当該メニスカスレンズのランプ側表面を含んでおり、前記光出射部分は、第１の曲率半径よりも小さい第２の曲率半径を有している当該メニスカスレンズのインテグレータ側表面を含んでおり、前記焦点合わせされた光ビームが前記ランプ側表面に入射し、前記インテグレータ側表面から出る場合、焦点合わせされた光ビームは所与の光錐角度よりも低い光錐角度へ収れんされる、請求項８記載の光学デバイス。
【請求項１１】
光生成システムであって、
・第１のFナンバーを有する、焦点合わせされた光ビームを生成する、長手軸を中心に対称の楕円ランプと、
・前記楕円ランプの第１のFナンバーを第２のFナンバーに調整する手段とを有しており、当該手段は前記楕円ランプの第１のFナンバーを効果的に、前記楕円ランプの光出射開口部の前に位置付けされた、第２のFナンバーに効果的に調整する、
ことを特徴とする光生成システム。
【請求項１２】
前記楕円ランプの第１のFナンバーを第２のFナンバーに効果的に調整する手段は前記光出射開口部と長手方向にアライメントされた光学デバイスを含んでおり、当該光学デバイスは前記楕円ランプの前記第１のＦナンバーを調整し、光相互作用部分と光出射部分とを含んでおり、
・前記光相互作用部分は前記焦点合わせされた光ビームと光学的に相互作用し、焦点合わせされた光ビームの少なくとも高い光錐角度の部分の光錐角度をより低い光錐角度に光学的に調整し、
・前記光出射部分は前記光相互作用部分と結合されており、少なくとも、焦点合わせされた光ビームの前記高い光錐角度の部分の光錐角度がより低い光錐角度に調整された後に、当該焦点合わせされた光ビームが所与の光錐角度を下回る有効光錐角度を伴って、光学デバイスから出ることを可能にし、前記楕円ランプの有効Ｆナンバーは前記第２のＦナンバーを有し、前記第２のＦナンバーは前記第１のＦナンバーよりも小さい、請求項１１記載の光生成システム。
【請求項１３】
前記光学デバイスは反射性アイリスを含んでおり、
前記光相互作用部分は前記反射性アイリスの一般的に球面の凸型ミラー部分を含んでおり、一般的に球面の凸型ミラー部分が一般的に長手方向で前記光出射開口部とアライメントされ、一般的に球面の凸型ミラー部分の中心が一般的に所定の焦点とアライメントされる場合に前記焦点合わせされた光ビームの前記高い光錐角度の部分を逆反射して楕円ランプを通じて戻し、前記高い光錐角度の部分は逆反射の後に楕円ランプから前記より低い光錐角度で出射し；前記光出射部分は、前記一般的に球面の凸型ミラー部分を通る前記反射性アイリスの光学開口部を含んでおり、当該光学開口部は前記一般的に球面の凸型ミラー部分の長手軸の周りに配置されており、前記焦点合わせされた光ビームの低い光錐角度の部分および逆反射された高い光錐角度の部分の当該光学開口部を通る通過を可能にし、前記楕円ランプの有効光錐角度は所与の光錐角度よりも低くなる、請求項１１記載の光生成システム。
【請求項１４】
前記光学デバイスはメニスカスレンズを含んでおり、
前記光相互作用部分は、第１の曲率半径を有しているメニスカスレンズのランプ側表面を含んでおり、
前記光出射部分は、第１の曲率半径よりも小さい第２の曲率半径を有しているメニスカスレンズのインテグレータ側表面を含んでおり、
前記焦点合わせされた光ビームが前記ランプ側表面に入射し、前記インテグレータ側表面から出る場合には、前記焦点合わせされた光ビームは所与の光錐角度よりも低い光錐角度へ収れんされる、請求項１１記載の光生成システム。
【請求項１５】
前記光生成システムは投影器のコンポーネントであり、
当該投影器はさらにインテグレータと、イメージングコンポーネントと、少なくとも１つの投影コンポーネントを含んでおり、
・前記インテグレータの入り口は一般的に、前記楕円ランプの第１のＦナンバーを第２のＦナンバーに効果的に調整する手段の中心および前記楕円ランプの第１のＦナンバーを第２のＦナンバーに効果的に調整する手段の焦点の少なくとも１つに位置付けされており、
・前記イメージングコンポーネントは前記インテグレータからの光を受光し、前記インテグレータからの光をイメージに形成し、前記インテグレータは当該イメージングコンポーネントへ光を向けるように配置されており、
・前記投影コンポーネントは前記イメージングコンポーネントからのイメージを受容し、当該イメージを投影する、請求項２１記載の光生成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に光学システム、特に、楕円ランプのＦナンバーを調整するための光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
投影装置、例えばデジタル式投影装置内には２つの主要光路、すなわち照明光路と投影光路がある。照明光路は一般的に楕円ランプ（例えば楕円ハロゲンランプ）等の光源と、光源からの光のより均一なビームを形成するためのインテグレータ（すなわちインテグレータロッド）と、インテグレータからの光を投影光路へと伝達するための照明リレー光学系を有している（デジタルマルチミラーデバイス（ＤＭＤ）等のイメージ形成光変調器を含む）。楕円ランプは一般的に、バーナーアーク等の光源と楕円形の反射器とから成る。
【０００３】
しかし、楕円ランプと照明リレー光学系と光変調装置との間のＦナンバーが一致しないという一般的な問題が生じている。例えば市販されている楕円ランプのＦナンバーは一般的には０．８〜１．０であり、市販されている光変調器のＦナンバーは一般的に約２．５である（例えば３チップ式投影器において）。照明リレー光学系に対して選択されているＦナンバーを無視しても、楕円ランプからインテグレータへ、および照明リレー光学系を通って光変調器へ伝播するときに光が失われる。これは、高いＦナンバーの光変調器に入射する際に、低いＦナンバーの楕円ランプからの高い光錐角度の光（high cone angle light）が失われるからである。
【０００４】
この問題を解決するための１つのアプローチは、照明リレー光学系の入力Ｆナンバーを楕円ランプと一致させ、２．５／０．８＝３．１２５の倍率を伴う照明リレー光学系を提供することである。これによって、アウトプットＦナンバーは光変調器のＦナンバーと一致する。しかし、このような高い倍率の場合には、インテグレータの断面が極めて小さくなければならず、従って、インテグレータ上の楕円ランプからの大きい焦点スポットが過剰充填されてしまい、システムの集光効率が低下する。この問題に対する部分的な解決策は、照明リレー光学系のインプットＦナンバーを高め、大きい照明ロッドを使用することである。例えば、インプットＦナンバーが１．３で、アウトプットＦナンバーが２．５である場合、照明リレー光学系の倍率は上述したような３．１２５ではなく、僅か１．９２３である。しかし、楕円ランプのＦナンバーは小さいままであり、高い入射角を伴う光は、インテグレータの入力面でのＦナンバー不一致のために失われる。これによって同じようにシステムの総体的な集光効率が低くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
楕円ランプのＦナンバーを調整するための反射性アイリスを提供すること、および楕円ランプのＦナンバーを効果的に調整するための光学デバイスを提供すること、および第１のＦナンバーを有する、焦点合わせされた光ビームを生成する楕円ランプと、楕円ランプの第１のＦナンバーを第２のＦナンバーに調整する手段と、楕円ランプの第１のＦナンバーを効果的に、楕円ランプの光出射開口部の前に位置付けされた、第２のＦナンバーに調整する手段とを含む光生成システムを提供すること。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題は楕円ランプのＦナンバーを調整するための反射性アイリスであって、当該楕円ランプは、所定の光錐角度を有し、所定の焦点で焦点合わせされる光ビームを生成し、前記反射性アイリスは、一般的に球面の凸型ミラー部分と、当該一般的に球面の凸型ミラー部分を通る光学開口部とを有しており、・前記一般的に球面の凸型ミラー部分が一般的に長手方向で楕円ランプの光出射開口部とアライメントされ、前記一般的に球面の凸型ミラー部分の中心が一般的に前記所定の焦点とアライメントされている場合に、前記一般的に球面の凸型ミラー部分は前記焦点合わせされた光ビームの高い光錐角度の部分を逆反射して前記楕円ランプを通って戻し、当該高い光錐角度の部分は逆反射の後で、より低い光錐角度で楕円ランプから出射し、・前記光学開口部は前記一般的に球面の凸型ミラー部分の長手軸の周りに配置され、当該光学開口部を通って、前記焦点合わせされた光ビームの低い光錐角度の部分および逆反射された高い光錐角度の部分が伝達され、前記楕円ランプの有効光錐角度は所与の光錐角度よりも低くなる、ことを特徴とする反射性アイリスによって解決される。さらに、上述の課題は、楕円ランプのＦナンバーを効果的に調整するための光学デバイスであって、当該楕円ランプは、所定の光錐角度を有し、所定の焦点で焦点合わせされる光ビームを生成し、前記光学デバイスは、光相互作用部分と光出射部分とを有しており、・当該光相互作用部分は、光相互作用部分が一般的に楕円ランプの光出射開口と長手方向にアライメントされている場合に、当該焦点合わせされた光ビームと光学的に相互作用し、当該光相互作用部分は、前記焦点合わせされた光ビームの少なくとも高い光錐角度部分の光錐角をより低い光錐角度に光学的に調整させ；・前記光出射部分は前記光相互作用部分と結合されており、少なくとも、焦点合わせされた光ビームの前記高い光錐角度部分の光錐角度がより低い光錐角度に調整された後に、焦点合わせされた光ビームが所与の光錐角度を下回る有効光錐角度を伴って光学デバイスから出ることを可能にする、ことを特徴とする光学デバイスによって解決される。さらに、上述の課題は、光生成システムであって、・第１のFナンバーを有する、焦点合わせされた光ビームを生成する、長手軸を中心に対称の楕円ランプと、・前記楕円ランプの第１のFナンバーを第２のFナンバーに調整する手段とを有しており、当該手段は前記楕円ランプの第１のFナンバーを効果的に、前記楕円ランプの光出射開口部の前に位置付けされた、第２のFナンバーに効果的に調整する、ことを特徴とする光生成システムによって解決される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】従来技術の、楕円ランプからの光をインテグレータの入り口に焦点合わせするための光学システム
【図２】本願を制限しない実施形態の、楕円ランプとアライメントされている反射性アイリスの斜視図
【図３】本願を制限しない実施形態の、楕円ランプとアライメントされている反射性アイリスの側面図
【図４】本願を制限しない実施形態の、楕円ランプとアライメントされている反射性アイリスの断面図
【図５】本願を制限しない実施形態の、矩形開口部とアライメントされた楕円ランプから放出された光の光線追跡図
【図６】本願を制限しない実施形態の、楕円ランプおよび矩形開口部とアライメントされた反射性アイリスから放出された光の光線追跡図
【図７】従来技術の投影器
【図８】本願を制限しない実施形態の投影器
【図９】本願を制限しない実施形態の、楕円ランプとアライメントされた、可変光学開口部を有する反射性アイリスの断面図
【図１０】本願を制限しない実施形態の、楕円ランプとアライメントされた、楕円ランプのＦナンバーを効果的に調整するレンズの断面図
【図１１】本願を制限しない実施形態の、楕円ランプとアライメントされた、楕円ランプのＦナンバーを効果的に調整するレンズの斜視図
【図１２】本願を制限しない実施形態の、楕円ランプとアライメントされた、楕円ランプのＦナンバーを効果的に調整するレンズの側面図
【図１３】本願を制限しない実施形態の、楕円ランプとアライメントされた、楕円ランプのＦナンバーを効果的に調整するレンズから放射された光の光線追跡図
【図１４】本願を制限しない実施形態の、楕円ランプとアライメントされた、楕円ランプのＦナンバーを効果的に調整するレンズを有している、および有していない、角度の関数としての、矩形開口部を通じて光る楕円ランプからの光の光分布
【図１５】本願を制限しない実施形態の、楕円ランプとアライメントされた、楕円ランプのＦナンバーを効果的に調整するレンズを有している、および有していない、角度の関数としての、矩形開口部を通じて光る楕円ランプからの光の累積スループット
【図１６】従来技術の投影器
【図１７】本願を制限しない実施形態の投影器
【発明を実施するための形態】
【０００８】
要約
実施形態の第１の大まかなアスペクトは、楕円ランプのＦナンバーを調整するための反射性アイリスを提供することを課題とする。楕円ランプは所定の光錐角度を有する、所定の焦点で焦点合わせされた光ビームを生成する。反射性のアイリスは一般的に球面の凸型ミラー部分を含み、これによって、次のような場合に、焦点合わせされた光ビームの高い光錐角部分が逆反射されて、楕円ランプを通って戻される。すなわち、一般的に球面の凸型ミラー部分が一般的に長手方向で楕円ランプの光出射開口部とアライメントされ、一般的に球面の凸型ミラー部分の中心が一般的に所定の焦点とアライメントされる場合である。これによって、高い光錐角の部分は、逆反射の後で、より小さい光錐角度で楕円ランプから離れる。反射性アイリスはさらに、一般的に球面の凸型ミラー部分を通る光学開口部を有しており、これは一般的に球面の凸型ミラー部分の長手軸の周りに配置されており、これを通って、焦点合わせされた光ビームの低い光錐角部分および逆反射された高光錐角部分が伝達される。従って、楕円ランプの有効光錐角度は所定の光錐角度よりも小さくなる。
【０００９】
この第１の大まかなアスペクトの幾つかの実施形態では、有効光錐角度はより低い光錐角度を含んでいる。
【００１０】
この第１の大まかなアスペクトの別の実施形態では、光学開口部の領域は一般的に円形である。
【００１１】
この第１の大まかなアスペクトの別の実施形態では、反射性アイリスはさらに、調整可能な開口部装置を有しており、これによって光学開口部の領域が調整される。幾つかのこれらの実施形態では、この調整可能な開口部装置はアイリス絞りを含んでいる。
【００１２】
この第１の大まかなアスペクトのさらに別の実施形態では、反射性アイリスはさらに紫外線フィルタを含んでおり、これによって、紫外光が光学開口部を通過することが阻止される。
【００１３】
この第１の大まかなアスペクトの幾つかの実施形態では、一般的に球面の凸型ミラー部分の形状は一般的に円形であり、一般的に球面の凸型ミラー部分が、焦点合わせされた光ビームの高い光錐角度の最も高い角度の光線と相互作用することを可能にする直径を有している。
【００１４】
この第１の大まかなアスペクトの別の実施形態では、反射性アイリスはさらに基体を有しており、この基体は少なくとも１つの球面を有している。ここで一般的に球面の凸型ミラー部分は少なくとも１つの平らな面に設けられている。
【００１５】
この第１の大まかなアスペクトの別の実施形態では、この基体はさらに長手軸を通る穿孔部を有しており、光学開口部はこの穿孔部を含んでいる。幾つかのこのような実施形態では基体は反射性金属を含んでいる。別の実施形態では、反射性アイリスはさらに反射性フィルムを含んでおり、この反射性フィルムは少なくとも１つの球面に加えられる。さらに一般的に球面の凸型ミラー部分は反射性フィルムを含んでいる。さらなる実施形態では、この基体は一般的な透明材料を含んでいる。反射性フィルムを含んでいる、この一般的に球面の凸型ミラー部分は少なくとも１つの球面の第１の領域に加えられ、反射性フィルムは、反射性フィルムを有していない少なくとも１つの球面の第２の領域を取り囲んでいる。光学開口部はこの第２の領域を含んでいる。幾つかの実施形態では、反射性フィルムは少なくとも１つの反射性金属フィルムと光学的に薄いフィルム構造を含んでいる。別の実施形態では一般的に透明の材料は高温ガラスを含んでいる。幾つかの実施形態ではこの耐熱ガラスはＶｙｃｏｒＴＭとＰｙｒｅｘＴＭとのうちの少なくとも１つを含んでいる。
【００１６】
幾つかの実施形態では基体は、少なくとも１つの、楕円ランプとレンズとの間に取り付け可能であり、楕円ランプ上に取り付け可能な基体である。
【００１７】
実施形態の第２の大まかなアスペクトは、楕円ランプのＦナンバーを効果的に調整するための光学デバイスを提供することを課題とする。楕円ランプは所定の光錐角度を有する、所定の焦点で焦点合わせされた光ビームを生成する。この光学デバイスは光相互作用部分を含んでおり、これは、この光相互作用部分が一般的に、楕円ランプの光出射開口部と長手方向にアライメントされている場合に、焦点合わせされた光ビームと光学的に相互作用する。この光相互作用部分によって、焦点合わせされた光ビームの少なくとも高い光錐角度部分の光錐角度がより低い光錐角度に光学的に調整される。この光学デバイスはさらに光出射部分を有している。この光出射部分は光相互作用部分と結合されている。これによって、少なくとも、焦点合わせされた光ビームの高い光錐角度部分の光錐角度が、より低い光錐角度に調整された後に、焦点合わせされた光ビームが所与の光錐角度を下回る有効光錐角度を伴って、光学デバイスから出ることができる。
【００１８】
この第２の大まかなアスペクトの幾つかの実施形態では、光学デバイスはさらに反射性アイリスを有しており、光相互作用部分は反射性アイリスの一般的に球面の凸型ミラーを含み、これによって、次のような場合に、焦点合わせされた光ビームの高い光錐角の部分が逆反射されて、楕円ランプを通って戻される。すなわち、一般的に球面の凸型ミラー部分が一般的に長手方向で楕円ランプの光出射開口部とアライメントされ、一般的に球面の凸型ミラー部分の中心が一般的に所与の焦点とアライメントされる場合である。これによって、高い光錐角の部分は逆反射の後で、より小さい光錐角度で楕円ランプから離れる；光出射部分は、一般的に球面の凸型ミラー部分を通る、反射性アイリスの光学開口部を有しており、これは一般的に球面の凸型ミラー部分の長手軸の周りに配置され、これを通って、焦点合わせされた光ビームの低い光錐角部分および逆反射された高い光錐角部分が伝達される。これによって、楕円ランプの有効光錐角度は所与の光錐角度よりも小さくなる。
【００１９】
この第２の大まかなアスペクトの別の実施形態では、光学デバイスはさらにメニスカスレンズを含んでいる。光相互作用部分は、第１の曲率半径を有しているメニスカスレンズのランプ側表面を含んでおり、光出射部分は、第１の曲率半径よりも小さい第２の曲率半径を有しているメニスカスレンズのインテグレータ側表面を含んでいる。これによって、焦点合わせされた光ビームがランプ側表面に入射し、インテグレータ側表面から出る場合には、焦点合わせされた光ビームは所与の光錐角度よりも低い光錐角度へ収れんされる。
【００２０】
実施形態の第３の大まかなアスペクトは、第１のＦナンバーを有する、焦点合わせされた光ビームを生成する楕円ランプと；楕円ランプの第１のＦナンバーを第２のＦナンバーに効果的に調整する手段と、楕円ランプの第１のＦナンバーを効果的に、楕円ランプの光出射開口部の前に位置付けされた、第２のＦナンバーに調整する手段とを含む光生成システムを提供することを課題とする。
【００２１】
この第３のアスペクトの幾つかの実施形態では、楕円ランプの第１のＦナンバーを第２のＦナンバーに効果的に調整する手段は、光出射開口部と長手方向にアライメントされている光学デバイスを含んでいる。ここでこの光学デバイスは楕円ランプの第１のＦナンバーを調整し、焦点合わせされた光ビームと光学的に相互作用するための相互作用部分を含んでおり、この光相互作用部分によって、焦点合わせされた光ビームの少なくとも高い光錐角部分の光錐角度がより低い光錐角度に光学的に調整される。この光学デバイスはさらに光出射部分を有している。この光出射部分は光相互作用部分と結合されている。これによって、少なくとも、焦点合わせされた光ビームの高い光錐角度部分の光錐角度が、より低い光錐角度に調整された後に、焦点合わせされた光ビームが所与の光錐角度を下回る有効光錐角度を伴って光学デバイスから出ることができる。これによって、楕円ランプの有効Ｆナンバーが第２のＦナンバーを含み、この第２のＦナンバーは第１のＦナンバーよりも小さい。
【００２２】
幾つかの実施形態では、光学デバイスは反射性アイリスを有しており、光相互作用部分は反射性アイリスの一般的に球面の凸型ミラー部分を含み、これによって、次のような場合に、焦点合わせされた光ビームの高い光錐角部分が逆反射されて、楕円ランプを通って戻される。すなわち、一般的に球面の凸型ミラー部分が一般的に長手方向で光出射開口部とアライメントされ、一般的に球面の凸型ミラー部分の中心が一般的に所与の焦点とアライメントされる場合である。これによって、高い光錐角の部分は逆反射の後で、より低い光錐角で楕円ランプから離れる；さらに、光出射部分は、一般的な球面凸型ミラー部分を通る、反射性アイリスの光学開口部を有しており、これは一般的に球面の凸型ミラー部分の長手軸の周りに配置され、これを通って、焦点合わせされた光ビームの低い光錐角の部分および逆反射された高い光錐角の部分が伝達される。これによって、楕円ランプの有効光錐角度は所与の光錐角度よりも低くなる。
【００２３】
別の実施形態では、光学デバイスはさらにメニスカスレンズを含んでいる。ここで光相互作用部分は、第１の曲率半径を有している、メニスカスレンズのランプ側表面を含んでおり、光出射部分は、第１の曲率半径よりも小さい第２の曲率半径を有しているメニスカスレンズのインテグレータ側表面を含んでいる。これによって、焦点合わせされた光ビームがランプ側表面に入射し、インテグレータ側表面から出る場合には、焦点合わせされた光ビームは所与の光錐角度よりも低い光錐角度へ収れんされる。
【００２４】
第３の大まかなアスペクトの別の実施形態では、光生成システムは、投影器のコンポーネントである。この投影器はさらに：インテグレータと、イメージングコンポーネントと、少なくとも１つの投影コンポーネントを含んでおり、インテグレータの入り口は一般的に、楕円ランプの第１のＦナンバーを第２のＦナンバーに効果的に調整する手段の中心および楕円ランプの第１のＦナンバーを第２のＦナンバーに効果的に調整する手段の焦点の少なくとも１つに位置付けされており、イメージングコンポーネントはインテグレータからの光を受光し、インテグレータからの光をイメージに形成し、インテグレータはイメージングコンポーネントへ光を向けるように配置されており、投影コンポーネントはイメージングコンポーネントからのイメージを受容し、このイメージを投影する。
【００２５】
実施形態を以下の図面を参照して説明する。
【実施例】
【００２６】
実施形態の詳細な説明
以降に記載する実施形態を理解するために、はじめに図１を考察するのは有効である。図１は、従来技術の、楕円ランプ１１０からの光をインテグレータ１２５の入り口１２６に焦点合わせするためのシステムを示している。楕円ランプ１１０およびインテグレータ１２５は、楕円ランプ１１０の長手軸１１５に沿って、軸方向にアライメントされている。楕円ランプ１１０は断面で示されており、一般的には長手軸１１５を中心に対称である。インテグレータ１２５は概略的に示されている。当業者には公知であるように、投影器内では、インテグレータ１２５は入り口１２６に入射する光を集光し、これを別の光学コンポーネント、例えば照明リレー光学系（図示されていない）へ、最終的には光変調器（図示されていない）へ伝える。これは同時に光を内部で散乱させ、より均一な光ビームが形成される。
【００２７】
楕円ランプ１１０は楕円形反射器１１２と光源１１４とを有する。楕円形反射器は直径Ｄの開口部を有している。光源１１４は一般的に、長手軸１１５上の、楕円形反射器１１４の第１の焦点Ｆ１に位置する。幾つかの実施形態では、楕円ランプ１１０は楕円ハロゲンランプを含む。従って光源１１４はバーナーアークを含んでいてよい。しかし、別のタイプの楕円ランプもこの実施形態の範囲内に含まれている。当業者に公知であるように、楕円形反射器１１２から反射された、光源１１４から放射された光線、例えば光線１５０ａおよび１５０ｂ（集合的に光線１５０および一般的に光線１５０）は、楕円形反射器１１２の第２の焦点Ｆ２で焦点合わせされる。従って、インテグレータ１２５の入り口１２６は一般的にＦ２に位置付けされている。また光源１１４は図２および後続の図においては、点光源としてモデリングされているが、光源１１４は一般的には面光源であり、入り口１２６で、大きい焦点が過剰充填されてしまう（すなわち面光源の結像が入り口１２６で生じる）。
【００２８】
当業者は、光源１１４が一般的に全ての方向において光を出射していることを理解するであろう（光源１１４の一部分を阻止する、光源１１４の電気的接続部分等を含む光源部分は除いて）。さらに当業者は、光線１５０ａが、高い光錐角度で楕円ランプ１１０から出て、光線１５０ａは一般的に、楕円ランプ１１０から出る、一般的に長手軸１１５に対して対称の高い角度の光錐を定める（図５および６参照）ことを理解するであろう。同じようにさらに、当業者は光線１５０ｂが低い光錐角度で楕円ランプから出ることを理解しているであろう。
【００２９】
楕円ランプ１１０のＦナンバーは開口部直径Ｄに対する焦点長さＦ２の比によって定められ、またはＦ２／Ｄであり、これは一般的に楕円ランプ１１０から出る、最も高い角度の光錐の光錐角度を定める。この実施例では光線１５０ａによって定められた光錐である。これは、インテグレータ１２５、照明リレー光学系および／または光変調器によって捕捉するのが特に困難な高い光錐角度である。実際には、高い光錐角度の光は、照明リレー光学系および／または光変調器の受光光学系の外側へ散乱する傾向があり、これによってシステムの全体的な集光効率が低減してしまう。これは特に、楕円ランプ１１０と照明リレー光学系（および／または光変調器）のＦナンバーの間に不一致が生じている場合である。照明リレー光学系のＦナンバーは一般的には、楕円ランプ１１０のＦナンバーよりも大きい。入り口１２６上での大きい焦点が過剰充填されてしまうことによってさらに、システムの集光効率が低減される。
【００３０】
次に図２を参照されたい。図２は、楕円ランプのＦナンバーを調整する光学デバイスの実施形態を示している。特に図２は、楕円ランプ、例えば楕円ランプ１１０のＦナンバーを効果的に調整する反射性アイリス２１０の斜視図を示している。本願はこの実施形態に制限されない。図２には、楕円ランプ１１０が部分的に除去された図で示されている。反射性アイリス２１０は一般的に球面の凸型ミラー部分２１１を含んでおり、これによって、次のような場合に、焦点合わせされた光ビームの高い光錐角度部分が逆反射されて、楕円ランプ１１０を通って戻る。すなわち、一般的に球面の凸型ミラー部分２１１が一般的に軸方向で楕円ランプ１１０と長手軸方向１１５に沿ってアライメントされ、一般的に球面の凸型ミラー部分２１１の中心ＦＳが一般的に焦点Ｆ２とアライメントされている場合である。高い光錐角部分はその後、逆反射の後で、より低い光錐角度で楕円ランプから離れる。これは図４に示されており、以降で詳細に説明する。反射性アイリス２１０はさらに、上述した一般的に球面の凸型ミラー部分２１１を通る光学開口部２１３を有している。これは一般的に球面の凸型ミラー部分２１１の長手軸の周りに配置され、これを通って、焦点合わせされた光ビームの低い光錐角部分および逆反射された高い光錐角部分が伝達される。これによって、楕円ランプの有効光錐角度は所定の光錐角度よりも小さくなる。
【００３１】
反射性アイリス２１０はさらに、一般的に球面の凸型ミラー部分２１１と反対側に内側部分２１２を有している。一般的に球面の凸型ミラー部分２１１は一般的に反射性であり、かつ一般的に球面であり、内側部分２１２の特性は、内側部分２１２が楕円ランプ１１０を通って戻る、焦点合わせされた光ビームの反射と干渉せず、焦点合わせされた光ビームの低い光錐角部分および逆反射された高い光錐角部分が光学開口部２１３を通る限りは、一般的には制限されない。実際には反射性アイリス２１０は一般的に図２および以降の図において球面部分のシェルとして示されている。他の実施形態では反射性アイリス２１０は中実の球面部分であり、焦点合わせされた光ビームの低い光錐角度の部分および逆反射された高い光錐角度の部分がそれを通って伝達されるのを可能にするのに適した形状の光学開口部２１３を有する。
【００３２】
光学開口部２１３は円形として示されているが、光学開口部２１３の形状は特に制限されていない。実際には、光学開口部２１３の形状は用途に依存する。例えば、楕円ランプ１１０および反射性アイリス２１０が、矩形のインテグレータを備えた投影器内で使用される場合には、光学開口部２１３は矩形であり、インテグレータおよび／または光変調器と同じアスペクト比である。
【００３３】
さらに、反射性アイリス２１０は一般的に円形として記載されているが、反射性アイリス２１０の形状は一般的に、楕円ランプ１１０の形状によってのみ制限される。例えば、楕円形反射器１１２が一般的に円形でない場合、しかしながら統一された基体を形成するような角度で交差する一般的に楕円の領域が提供されるように設計され、一般的に球面の凸型ミラー部分２１１は結果として生じる楕円ランプの形状を反映する。
【００３４】
図３は、一般的にアライメントされた楕円ランプ１１０と反射性アイリス２１０の側面図を示している。これは、非制限実施形態に従った、断面図で示された楕円ランプ１１０を伴っている。
【００３５】
図４は、一般的にアライメントされた反射性アイリス２１０と楕円ランプ１１０の側面図を示している。これは、図１に示されているような、非制限実施形態に従った、断面図で示された楕円ランプ１１０を伴っている。ここで同じ参照番号は同じ部材を示している。一般的に球面の凸型ミラー部分２１１は概略的に示されており、光学開口部２１３は断面図で示されている。光学開口部２１３はさらに、直径Ｄｏを伴って示されており、Ｄｏは楕円形反射器１１２の開口の直径Ｄを下回る。図４はさらに、反射性アイリス２１１および楕円ランプ１１０と軸方向にアライメントされたインテグレータ１２５を示している。
【００３６】
図４はさらに、光線１５０ａを示している。この光線は一般的に球面の凸型のミラー部分２１１に入射する。一般的に球面の凸型のミラー部分２１１の球面特性および楕円形反射器１１２と反射性アイリス２１０の一般的な軸方向アライメントによって、一般的に球面の凸型のミラー部分２１１に入射する光線１５０ａは一般的に垂直である（すなわち一般的に直角で）。従って、反射された光線４６０は、光線１５０ａと同じ光路に沿って直接的に戻り、一般的に光源１１４を通って戻り、楕円形反射器１１２から再び反射する。しかし、これが再び楕円形反射器１１２から反射する場合には、光線４６０は今度は光線１５０ａに対して１８０°の角度で伝搬し、光線４６０は楕円ランプ１１０から、光線１５０ｂよりも低い光錐角度で出る。従って光線４６０は光学開口部２１３を通過し、より低い光錐角度でインテグレータ１２５に入射する。
【００３７】
これとは反対に、光線１５０ｂは、楕円形反射器１１２から反射された後に、光学開口部２１３を通過する。図示されているように光線１５０ｂは、一般的に球面の凸型のミラー２１１によって反射されていない、楕円ランプ１１０から放出された最も高い角度の光線を含んでいる。光線１５０ｂの光錐角度よりも高い光錐角度を有する、楕円ランプ１１０から出た光線は、一般的に球面の凸型ミラー２１１によって、楕円形反射器１１２を通って戻るように逆反射される。反射性アイリス２１０が一般的に楕円ランプ１１０と軸方向にアライメントされており、反射性アイリス２１０の中心ＦＳが一般的に第２の焦点Ｆ２とアライメントされている場合には、総体的な結果として、楕円ランプ１１０のＦナンバーは効果的にＦ２／ＤからＦＳ／Ｄｏへと調整される。ここでこの特別なＦナンバーは直径Ｄｏおよび反射性アイリス２１０の中央ＦＳによって定められる。
【００３８】
従って、反射性アイリス２１０は、楕円ランプ１１０のＦナンバーを、投影システムのインテグレータ１２５、照明リレー光学系および／または光変調器とのより良い併用可能性のために異なるＦナンバーに効果的に調整することが可能である。これによって、システムの全体的な集光効率が高まる。これは適切な直径Ｄｏおよび反射性アイリス２１０の適切な中央ＦＳを選択することによって行われる。
【００３９】
反射性アイリス２１０は一般的に適切な材料または材料の組み合わせから成り、これによって所望のような反転が可能になり、一般的に熱耐性である：これは反射性アイリス２１０が楕円ランプ１１０とアライメントされ、反射性アイリス２１０が、作動中に高温になる楕円ランプ１１０（例えば楕円ハロゲンランプ）に近接している場合である。従って反射性アイリス２１０は、楕円ランプ１１０の熱に耐える材料、または材料の組み合わせから成り、さらに一般的に球面の凸型ミラー部分２１１は適切な一般的な反射性材料、または、楕円ランプ１１０から放出された光を反射する材料の組み合わせから成る。
【００４０】
幾つかの非制限実施形態では、反射性アイリス２１０は、適切な形状の適切な金属を含む。これは、一般的に、楕円ランプ１１０から放射された光を反射する、一般的に球面の凸型ミラー部分２１１を伴う。例えば反射性アイリス２１０はアルミニウムから成る。これは、楕円ランプ１１０から放出された光を反射するように研磨、処理および／またはコーティングされた一般的に球面の凸型ミラー部分２１１を伴う。この実施形態では、光学開口部２１３は金属内に開口部を有する。
【００４１】
別の非制限実施形態では、反射性アイリス２１０は適切な形状の適切な材料を含んでいる。一般的に球面の凸型ミラー部分２１１は適切な材料上にコーティングを含む。非制限実施例では、適切な材料は適切な透明材料を含んでいる。これは例えば、適切な形状の耐熱ガラス（例えばＶｙｃｏｒＴＭ、ＰｙｒｅｘＴＭ、Ｎ−ＢＫ７、石英ガラス等である）である。さらに一般的に球面の凸型ミラー部分２１１は適切な一般的に反射性のコーティングをガラス上に含んでいる。これは例えば薄いフィルム金属または絶縁性コーティングである。さらに幾つかの実施形態では、ガラス自体が一般的に球面部分である場合には、このコーティングはガラスの外側上またはガラスの内側上にある（すなわち、内側面２１２上にデポジットされている）。幾つかの実施形態では、光学開口部２１３は適切な材料内に開口部を有している。反射性アイリス２１０が適切な透明材料から成り、一般的に球面の凸型ミラー部分２１１が適切な一般的に反射性のコーティングを含んでいる実施形態では、光学開口部２１３は一般的に反射性のコーティング内に開口部を有している（すなわち一般的に反射性のコーティングによってコーティングされていない反射性アイリス２１０の領域）。この実施形態では、適切な透明材料はさらに、不所望の光（例えばＵＶ光および／または赤外光）をフィルタリングするための光学フィルタを含んでいる。この光学フィルタは、適切な透明材料上に、あらゆる適切な面または領域に、光学コーティングを含むことができる。択一的に、適切な透明材料が固有の光フィルタリング特性を含んでいてもよい（例えばＵＶ光を吸収するガラス）。
【００４２】
反射性アイリス２１０の外径は一般的に、反射性アイリス２１０が、最も高い光錐角度を有している、楕円ランプ１１０から放出された光線（例えば光線１５０ａ）を逆反射するように構成されている。さらに反射性アイリス２１０の外径は一般的に、インテグラータ１２５上の光学開口部２１３を通って伝達された光の入射と相互作用しないように構成されている。
【００４３】
反射性アイリス２１０は、楕円ランプ１１０のＦナンバーを効果的に、インテグレータ１２５、投影器の照明光線光学系および／または光変調器とのより良い併用可能性のための特別のＦナンバーに調整することができ、システムの全体的な集光効率を上昇させることができることを再度思い出されたい。さらに楕円ランプ１１０のＦナンバーは効果的かつ自由に調整可能である。これは各アプリケーションに対して光学開口部２１３の適切なＤｏおよび適切な中央ＦＳを選択することによって行われる。さらに反射性アイリス２１０とアライメントされているインテグレータ１２５に入射する焦点合わせされた光ビームの光錐角は（大きいＦナンバーによって）低いので（すなわち図４対図１）、反射性アイリス２１０を用いた投影器のコントラスト比は、光変調器（たとえばデジタルマイクロミラーデバイスまたはＤＭＤ）からのオン状態光路とオフ状態光路との間の光の重畳が低減されることによって、改善される。
【００４４】
非制限実施例では、楕円ランプ１１０のＦナンバーは調整され、照明リレー光学系のインプットＦナンバーと一致する。特別な非制限実施形態では、インプットＦナンバーは１．３であり、楕円ランプ１１０のＦナンバーは０．８である。従って、反射性アイリス２１０は、楕円ランプ１１０のＦナンバーを１．３に効果的に調整するように構成される。これは適切なＤｏおよび適切な中央ＦＳを選択することによって行われる。これを行うことによって、光のスループットは増大し、この結果、投影器の輝度が高くなる。これと並んで、反射性アイリス２１０の使用は、楕円ランプ１１０と光変調器とを仲介する照明リレー光学系のためのインプットＦナンバーの使用を改善する。なぜならインテグレータ１２５での集光効率が改善されるからである。
【００４５】
反射性アイリス１１０の性能を示すために、２つの非制限モデルが作成された。図５は、図１に示されたシステムのモデルの光線ダイヤグラムを示しており、ここでは楕円ランプ１１０は、インテグレータ１２５の入り口１２６をあらわす矩形開口部５１０とアライメントされている。しかし反射性アイリス２１０を有していない。図６は、図４に示されたシステムのモデルの光線ダイヤグラムを示している。これは図５のそれと類似しているが、反射性アイリス２１０を有している。それぞれの図では、図１および４の光源１１４は、点光源よりも面光源としてモデリングされている。
【００４６】
各モデルでは、楕円ランプ１１０のＦナンバーは０．８である。また矩形開口部５１０は６．８×５．８５ｍｍの直径を有している。ここで集光Ｆナンバーは１．３である。矩形開口部は楕円ランプ１１０の第２の焦点Ｆ２に配置されている。図６では、光学開口部２１３の直径Ｄｏは２４ｍｍである。
【００４７】
図５はさらに、楕円ランプ１１０を出るときの焦点合わせされた光錐５２０および矩形開口部５１０を出る光錐５３０を示している。焦点合わせされた光錐５２０は矩形開口部５１０に入射する。これとは反対に、図６も楕円ランプ１１０を出るときの焦点合わせされた光錐５２０を示しているが、図６はさらに反射性アイリス２１０がアライメントされているものを示しており、焦点合わせされた光錐５２０の高い光錐角部分は逆反射されて、楕円ランプ１１０および反射性アイリス２１０を通って戻る。この結果、（楕円ランプ１１０と組み合わされた）反射性アイリス２１０から出る焦点合わせされた光錐６２０は、楕円ランプ１１０から出る焦点合わせされた光錐５２０よりも低い光錐角度を有する。焦点合わせされた光錐６２０は矩形開口部５１０に入射し、矩形開口部５１０から出る光錐６３０は、図５のシステムにおいて矩形開口部５１０から出る光錐５３０よりも低い光錐角度を有している。
【００４８】
表１はさらに、図６に示されたシステムと図５に示されたシステムにおける集光効率におけるゲインを記録している。ここではレイトレーシング照明ソフトウェアが使用されている。これは例えばＬａｍｂｄａ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社（２５
Ｐｏｒｔｅｒ  Ｒｄ、Ｌｉｔｔｌｅｔｏｎ、ＭＡ  ０１４６０−１４３４、ＵＳＡ）から出されているＴｒａｃｅＰｒｏである。楕円ランプ１１０から放出された光は２１９２８ルーメンとしてモデリングされている。反射性アイリス１１０とアライメントされていない（図５参照）矩形開口部５１０を通って放出された光は、１２９３７ルーメンであった。また反射性アイリス１１０とアライメントされている（図６参照）矩形開口部５１０を通って放出された光は１３９５７ルーメンであった。換言すれば、図６に示されているような、アライメントされている反射性アイリス２１０によって、８パーセントの集光効率の上昇が得られた。
【００４９】
【表１】
2009206082.tif 000003
【００５０】
図７は、２つの楕円ランプ７１０を含んでいる投影システムの集光システムを概略的に示している。ここでこれらの楕円ランプは楕円ランプ１１０と類似している。これはインテグレータロッド１２５と実質的に同じように、実質的に同じ機能をするインテグレータロッド７２５の２つの入り口上に焦点合わせされる。インテグレータ７２５は、各楕円ランプ７１０からの光を、各楕円ランプ７１０の光出力路に対して垂直に、照明リレー光学系７５０へ向ける。これはその後、光を増長し、光変調器７５５へ向ける。これとは反対に、図８は、反射性アイリス２１０と類似している反射性アイリス８１０がどのように図７のシステムに組み込まれ、投影器の集光効率を改善させるのかを示している。
【００５１】
次に、図４と類似した図９を参照されたい。ここでは図示されている同じ部材には同じ参照番号が付与されている。しかし光線１５０は分かりやすくするために省かれている。図９は反射性アイリス２１０の別の非制限実施形態を示している。ここでは反射性アイリス２１０はさらに装置８２０を有しており、これは光学開口部２１３の直径を変化させる。従って、この実施形態では、光学開口部２１３は可変直径Ｄｏ’を有している。幾つかの実施形態ではこの装置８２０は光学開口部２１３内に設けられている（図示されているように）。別の実施形態では、装置８２０は反射性アイリス２１０のランプ側に取り付けられ、さらに別の実施形態では、装置８２０は反射性アイリス２１０のインテグレータ側に取り付けられる。さらに別の実施形態では、装置８２０は反射性アイリス２１０とは別個の部材であり、反射性アイリス２１０とインテグレータ１２５の間か、または反射性アイリス２１０と楕円ランプ１１０の間に取り付けられる。
【００５２】
幾つかの実施形態では装置８２０は一般的に球面部分であり（図示されているように）、一般的にそれぞれ反射性アイリス２１０の半径および中心ＦＳと類似の半径および中心を有している。幾つかの実施形態では、楕円ランプ側の面８２５は一般的に反射性であり、一般的に球面の凸型ミラー部分２１１と同じように光を逆反射して、楕円ランプ１１０へと戻す。
【００５３】
別の実施形態では、装置８２０は一般的に平面状である。
【００５４】
幾つかの実施形態では装置８２０は一般的に、可変直径Ｄｏ'を調整するための、図８のシステムのユーザのためのデバイスも含んでいる。幾つかの実施形態では。装置８２０のランプに面した面は反射性である。幾つかの非制限実施形態では、装置８２０はアイリス絞りを含んでいる。幾つかの実施形態では、このアイリス絞りは一般的に球面部分である。
【００５５】
光学開口部２１３の可変直径Ｄｏ’を変えることによって、図８のシステムのＦナンバーがＦ＝Ｆ２／Ｄｏ’に従って変化する。従って、より小さいＤｏ’開口部によって、より大きいＦナンバーが得られる。これは、入り口１２６へ入射する光の光錐角度を狭くする作用を有している。この結果、インテグレータ１２５は光を向ける光学コンポーネントに対してより良いコントラスト比が得られる。これは例えば光変調器（例えばＤＭＤ）である。
【００５６】
１つの非制限実施例では、図２、３、４、６および９のシステムは、光学投影器に対する光生成システムを含む。これの幾つかの実施形態では、光学投影器はアナログ光学投影器を含む、別の実施形態では、光学投影器はデジタル光学投影器を含む。これは例えば、Ｃｈｒｉｓｔｉｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｃａｎａｄａ,Ｉｎｃ（８０９  Ｗｅｌｌｉｎｇｔｏｎ  Ｓｔ．Ｎ、Ｋｉｔｃｈｅｎｅｒ、Ｏｎｔａｒｉｏ、Ｃａｎａｎｄａ  Ｎ２Ｇ  ４Ｙ７）によって製造されているデジタル光学投影器である。
【００５７】
幾つかの実施形態では、反射性アイリス２１０は楕円ランプ１１０とインテグレータ１２５との間に取り付けるのに適応している。別の実施形態では、反射性アイリス２１０は、楕円ランプ１１０に取り付けるのに適応している。これは例えば反射性アイリス６４０を楕円ランプ１１０の開口部に接着することによって行われる。幾つかの実施形態では、楕円ランプ１１０の熱から反射性アイリス２１０を守り、光線１５０の適切な光路を保証するのに適切な空間が設けられる。
【００５８】
次に図１０では、楕円ランプのＦナンバーを調整するための光学デバイスの択一的な実施形態が示されている。図１０は図１の楕円ランプ１１０およびインテグレータを、光線１５０に沿って概略的に示している。同じ部材には同じ参照番号が付与されている。図１０はさらに、Ｆナンバーレンズ（ＦＮＬ）１０１０を示している。これは楕円ランプ１１０から出る焦点合わせされた光ビームの高い角度の部分の損失を補償する。重要なのは、ＦＮＬ１０１０が楕円ランプ１０１０と軸方向にアライメントされている場合（ここで楕円ランプ側の面１０１１が楕円ランプ１１０の方を向いている）、ＦＮＬ１１０が楕円ランプ１１０から出る、焦点合わせされた光ビームを屈折、発散させ、インテグレータの入り口１２６上に焦点合わせするということである。従って、楕円ランプ１１０のＦナンバーは効果的に調整される（例えば上述のように０．８から１．３へ）。これによって投影器内で照明リレーシステムのインプットＦナンバーが一致する。これを行うことによって集光効率が増大し、投影器の輝度が高くなる。
【００５９】
ＦＮＬ１０１０は一般的にメニスカスまたは凹部を含んでおり、これは曲率半径Ｒ１を有するランプ側表面１０１１および曲率半径Ｒ２を有するインテグレータ側表面１０１２を含んでいる。図示の実施形態ではＲ２はＲ１を下回る。従ってＦＮＬ１０１０はさらに角部１０１３を含み、これによってランプ側表面１０１１とインテグレータ側表面１０１２とが接続される。しかし、この実施形態は特に角部１０１３によって制限されず、ランプ側表面１０１１とインテグレータ側表面１０１２は、あらゆる適切な構造によって接続される。さらにＦＮＬ１０１０は厚さＴＬを有している。
【００６０】
さらに、ＦＮＬ１０１０上の基準点は、楕円ランプ１１０の開口部に関連する位置ＤＬに位置付けされている。幾つかの実施形態では、ＦＮＬ上のこの基準点はＦＮＬ１０１０の中心に位置付けされている（図示のように）。しかし基準点は、ＦＮＬ１０１０上のあらゆる適切な位置に配置可能であり、例えばランプ側表面１０１１またはインテグレータ側表面１０１２上に配置可能である。
【００６１】
ＦＮＬ１０１０はあらゆる適切な光学材料または材料の組み合わせを含むことができる。一般的にはＦＮＬ１０１０は楕円ランプ１１０によって生成された熱に耐えることができるべきである。適切な光学材料の非制限実施例は石英ガラス、Ｎ−ＢＫ７、ＶｙｃｏｒＴＭおよびＰｙｒｅｘＴＭを含むが、これに制限されない。幾つかの実施形態では、高い光透過のために、システムの設計がＮ‐ＢＫ７が楕円ランプ１１０から生成された熱に耐えることを可能にする限り、Ｎ‐ＢＫ７が用いられる。幾つかの実施形態では、レンズ側面１０１１の表面はＵＶコーディングによってコーティングされ、ＦＮＬ１０１０を通るＵＶ光の透過を阻止する。これによってシステム内に別個のＵＶフィルタを設ける必要がなくなる。幾つかの実施形態では、インテグレータ側面１０１２の表面および／またはランプ側面１０１１の表面は、多層反射防止コーティングによってコーティングされており、これによってＦＮＬ１０１０を通る透過が増大する。
【００６２】
実際には、楕円ランプ１１０の所与のＦナンバーおよび楕円ランプの所望の効果的なＦナンバー、図１０のシステムの特性とＤＬ、ＴＬ、Ｒ１、Ｒ２等のパラメータとの間の関係は光学設計ソフトウェアを用いて定められる。これは例えばＺＥＭＡＸ（Ｒ）（ＺＥＭＡＸ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（３００１  １１２ｔｈ  Ａｖｅｎｕｅ  ＮＥ、Ｓｕｉｔｅ  ２０２、Ｂｅｌｌｅｖｕｅ、ＷＡ  ９８００４−８０１７  ＵＳＡ）から）、ＣＯＤＥ  Ｖ（Ｒ）（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ（３２８０  Ｅａｓｔ  Ｆｏｏｔｈｉｌｌ  Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ、Ｓｕｉｔｅ  ３００  Ｐａｓａｄｅｎａ、ＣＡ  ９１１０７−３１０３）から）、ＯＳＬＯ（Ｒ）（Ｌａｍｂｄａ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（２５  Ｐｏｒｔｅｒ  Ｒｄ、Ｌｉｔｔｌｅｔｏｎ、ＭＡ  ０１４６０−１４３４、ＵＳＡ）から）等である。このような光学設計ソフトウェアを用いてＦＮＬ１０１０のＤＬ、Ｒ１およびＲ２およびＴＬが定められる場合、入力として楕円ランプ１１０のＦナンバーと楕円ランプ１１０の所望の効果的なＦナンバー（ここではＦＮＬ１０１０は楕円ランプ１１０とアライメントされている）並びに入り口１２６と楕円ランプ１１０との間の距離が使用される。さらに、幾つかのパラメータまたは全てのパラメータに制限が設けられる。ＤＬは例えば、ＦＮＬ１０１０が楕円ランプ１１０から離れて熱損傷から保護される最小距離に制限される。さらにＤＬ、ＴＬ、Ｒ１およびＲ２が制限され、システムにおける空間考察を反映する。例えば入り口１２６とＦＮＬ１０１０との間に有利な最大距離があり、およびまたは入り口１２６と楕円ランプ１１０との間に有利な最大距離がある。このような入力によって、光学ソフトウェアは、図１０に示されたシステムを自由に設計することができる。ＦＮＬ１０１０はその後、必要なように製造される。
【００６３】
幾つかの実施形態では、ランプ側表面１０１１のＲ１は一般的に、楕円ランプ１１０から出る焦点合わせされた光ビームが、図示されているように、ランプ側表面１０１１に、垂直またはほぼ垂直な角度で入射するように選択される。これによって焦点合わせされた光ビームの屈折が一般的にインテグレータ側表面１０１２で生じる。
【００６４】
さらに図１０を調べると、図示された実施形態において、入り口１２６が、楕円ランプ１１０の第２の焦点Ｆ２に配置されていないことがわかる。むしろ入り口はＮＦＬ１０１０の焦点に配置されている。これは楕円ランプ１１０からの距離ＦＬとして示されている。入り口１２６の視点から、距離ＦＬは楕円ランプ１１０の効果的な焦点距離である。図１０においては、第２の焦点距離Ｆ２は、長手軸１１５に沿った楕円ランプ１１０からの距離Ｆ２としてあらわされていることに留意されたい。
【００６５】
さらに図１０は、図１の光線１５０ａおよび光線１５０ｂを示している。図１に示されているように、光線１５０ｂは低い光錐角度光線をあらわし、光線１５０ａは楕円ランプ１１０から到来する高い光錐角度光線をあらわしている。しかしこの実施形態では、各光線はＦＮＬ１１０によって屈折、発散および焦点合わせされている。実際には図１０は、各光線１５０に対する２つの光路を示しており、ＦＮＬ１０１０が無い場合の光線１５０の光路（破線）およびＦＮＬ１０１０がある場合の光線１５０ａの光路である（実線）。例えば、ＦＮＬ１０１０が無い場合、各光線１５０は第２の焦点Ｆ２に焦点合わせされる（図示されているように破線の交差点で）。ＦＮＬ１０１０がある場合には、各光線１５０の反射された部分が入り口１２６で、楕円ランプ１１０からの距離ＦＬで焦点合わせされる。光線１５０ａは屈折された部分１５０’ａを含み、光線１５０ｂは屈折された部分１５０’ｂを含む。
【００６６】
屈折された部分１５０’ａは、ＦＬ１０１０から出る高い光錐角度光線をあらわし、光線１５０ａは、ＦＬ１０１０のランプ側表面１０１１に入射する高い光錐角度光線をあらわす。さらに、屈折された部分１５０’ａは一般的に高い角度の光錐を定める。これは、ＦＮＬ１０１０から出て、一般的に長手軸１１５を中心にして対称である（図１３に示されているように）。しかし、屈折された部分１５０’ａの光路１０５０が直接的に楕円ランプ１１０へと戻る場合には、この光路１０５０の交差および楕円ランプ１１０の開口部が、長手軸１１５からの距離Ｄ’／２を定める。再び、入り口１２６の視点に戻ると、屈折された部分１５０’ａによって定められたこの光錐は、楕円ランプ１１０から出るために効果的である。しかし楕円ランプ１１０の開口は、距離Ｄよりも距離Ｄ’を有するのに効果的である。従って、楕円ランプ１１０／ＦＮＬ１１０システムの効果的なＦナンバーはＦＬ／Ｄ’である。
【００６７】
従ってＦＮＬ１０１０は楕円ランプ１１０のＦナンバーをＦ２／ＤからＦＬ／Ｄ’へと調整することができ、これによって投影器システム内でのインテグレータ１２５、照明リレー光学系および／または光変調器との併用可能性が改善され、システムの全体的な集光効率が増大する。さらに楕円ランプ１１０のＦナンバーは効果的かつ自由に調整可能である。これはＦＮＬ１０１０と同様の適切なＦＮＬを各アプリケーションに対して選択することによって行われる。これに加えて、ＦＮＬ１０１０とアライメントされて（すなわち図４対図１）、インテグレータ１２５に入射する焦点合わせされた光ビームの光錐角度がより低くなるので（すなわち大きいＦナンバーによって）、ＦＮＬ１０１０を用いた投影器のコントラスト比は改善される。これは、光変調器（例えばデジタルマイクロミラーデバイスまたはＤＭＤ）からのオン状態光路とオフ状態光路の間の光の重畳が低減されるからである。
【００６８】
非制限実施形態では、楕円ランプ１１０のＦナンバーが調整され、照明リレー光学系の入力Ｆナンバーと一致する。特定の非制限実施形態ではインプットＦナンバーは１．３であり、楕円ランプ１１０のＦナンバーは０．８である。従って、ＦＮＬ１０１０は、楕円ランプ１１０のＦナンバーを１．３へ、効果的に調整するように構成される。これは適切なＲ１、Ｒ２および適切なＦＬを選択することによって行われる。これを行うことによって光のスループットは増大し、この結果、投影器の輝度が高くなる。これと並んで、ＦＮＬ１０１０の使用によって、楕円ランプ１１０と光変調器とを仲介する照明リレー光学系のためのインプットＦナンバーの使用が改善される。なぜなら、インテグレータ１２５での集光効率が改善されるからである。
【００６９】
次に図１１を参照されたい。図１１は、非制限実施形態に相応するＦＮＬ１０１０と楕円ランプの斜視図を示している。これらは一般的にアライメントされている。図１１では楕円ランプ１１０は部分的に除去されて示されている。
【００７０】
図１２は、非制限実施形態に相応するＦＮＬ１０１０と楕円ランプ１１０の斜視側面図を示している。これらは一般的にアライメントされている。ここでは楕円ランプ１１０は断面図で示されている。
【００７１】
ＦＮＬ１０１０の性能を示すために、２つの非制限モデルが作成された。第１のモデルは図５に示されたモデルと類似しており、ここでは楕円ランプ１１０は、インテグレータ１２５の入り口１２６をあらわす矩形開口部５１０とアライメントされている。しかしＦＮＬ１０１０を有していない。しかしこのモデルでは、ＵＶフィルタが楕円ランプの前に設けられており、これによって楕円ランプからのＵＶ光が拒否される。図１３はＦＮＬ１０１０とアライメントされた楕円ランプ１１０の光線ダイヤグラムの斜視図を示している。第２のモデルは図１３と類似しており、矩形開口部５１０は焦点にある。第１のモデルと比較すると、ＦＮＬ１０１０が各モデルにおけるＵＶフィルタの代わりに設けられており、（例えば図１および１０における）光源１１４は、点光源よりもむしろ面光源としてモデリングされている。
【００７２】
各モデルにおいて、楕円ランプ１１０のＦナンバーは０．８であり、また矩形開口部５１０は６．８×５．８５ｍｍの直径を有している。ここで集光Ｆナンバーは１．３である。各モデルにおいて、矩形開口部５１０は適切な焦点に配置されており、インテグレータ１２５の入り口１２６をあらわしている。
【００７３】
図１３はさらに、楕円ランプ１１０を出るときの焦点合わせされた光錐５２０およびＦＮＬ１０１０から出る焦点合わせされた光錐１３２０を示している（楕円ランプ１１０と組み合わされている）。焦点合わせされた光錐１３２０は、楕円ランプ１１０から出る、焦点合わせされた光錐５２０よりも低い光錐角度を有している。
【００７４】
１つの非制限実施例では、図１０から１３のシステムは、光学投影器に対する光生成システムを含む。こ幾つかの実施形態では、光学投影器はアナログ光学投影器を含む。別の実施形態では、光学投影器はデジタル光学投影器を含む。これは例えば、Ｃｈｒｉｓｔｉｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｃａｎａｄａ,Ｉｎｃ（８０９  Ｗｅｌｌｉｎｇｔｏｎ  Ｓｔ．Ｎ、Ｋｉｔｃｈｅｎｅｒ、Ｏｎｔａｒｉｏ、Ｃａｎａｎｄａ  Ｎ２Ｇ  ４Ｙ７）によって製造されているデジタル光学投影器である。
【００７５】
図１４は、２つのモデルに対する、矩形開口部５１０を通る角度の関数としての光分布を示している。楕円ランプ１１０とアライメントされたＦＮｌ１０１０では、光分布は楕円ランプ１１０単独と比べて低い角度の方へシフトする。従って、１．３のインプットＦナンバーを有する照明光学システムにおいて、平均してより多くの光が集められる。図１５は角度の関数として、２つのモデルの累積スループットをあらわしている（すなわち、図１４の曲線の積分）。楕円ランプ１１０とアライメントされたＦＮＬ１０１０によって、楕円ランプ１１０の有効ハーフアングルは、ＦＮＬ１０１０が無い場合に３０°を上回るハーフアングルから、約２１°に調整される。従って、楕円ランプ１１０から放出される光の光錐角度はより高い光錐角度（＞３０°）からより低い光錐角度（〜２１°）へ調整され、これは、楕円ランプ１１０のＦナンバーがより低いＦナンバー（０．８）からより高いＦナンバー（１．３）へ調整されたことを示す。
【００７６】
表２はさらに、モデルの間の集光効率におけるゲインを記録している（すなわち楕円ランプ１１０とアライメントされたＦＮＬ１０１０が無いモデルと、楕円ランプ１１０とアライメントされたＦＮＬ１０１０があるモデル）。ここではレイトレーシング照明ソフトウェアが使用されている。これは例えばＬａｍｂｄａ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（２５  Ｐｏｒｔｅｒ  Ｒｄ、Ｌｉｔｔｌｅｔｏｎ、ＭＡ  ０１４６０−１４３４、ＵＳＡ）からのＴｒａｃｅＰｒｏである。楕円ランプ１１０から放出された光は２１２５１ルーメンとしてモデリングされている。アライメントされたＦＮＬ１０１０を有していない矩形開口部５１０を通って放出された光は１２４６０ルーメンであった。またアライメントされたＦＮＬ１０１０を伴う矩形開口部５１０を通って放出された光は１５１４０ルーメンであった。換言すれば、図１０〜１３に示されているように、アライメントされているＦＮＬ１０１０によって、２１．５％の集光効率の上昇が得られた。
【００７７】
【表２】
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【００７８】
さらに、この高い集光効率に加えて、投影器のコントラスト比が改善される。図１４はさらに、ＦＮＬ１０１０がアライメントされている場合に、楕円ランプ１１０から放出された光のピークが１５°から１３°へシフトされたことを示している。従ってここではより多くの光がより低い光錐角度であり、投影器内のオン状態光とオフ状態光との間の光の重畳の量が最小にされる。
【００７９】
図１６は２つの楕円ランプ１６１０を含んでいる投影器の集光システムを概略的に示している。ここでこの楕円ランプは楕円ランプ１１０と類似しており、インテグレータロッド１２５と実質的に同じように、実質的に同じ機能をするインテグレータロッド１６２５の２つの入り口上に焦点合わせされている。インテグレータ１６２５は、各楕円ランプ１６１０からの光を、各楕円ランプ１６１０の光出力路に対して垂直に、照明リレー光学系１６５０へ向ける。これは次に光を増長させ、光変調器１６５５へ伝える。これとは反対に、図１７は、ＦＮＬ１０１０  ２１０と類似しているＦＮＬ１７１０がどのように図１６のシステムに組み込まれ、投影器の集光効率を改善させるのかを示している。各システムのモデリングにおいて、図１６のデュアルランプ投影器が７７３９ｌｍにしか達しないことが判明した。これに対して図１７において示されているように、ＦＮＬ１７１０が楕円ランプ１６１０のＦナンバーを１．３へ効果的に調整するために使用される場合、全体的なスクリーンスループットは９４８２ｌｍになり、従来よりも２２．５％明るくなった。
【００８０】
１つの非制限実施形態では、図１０〜１３のシステムは光学投影器に対する光生成システムを含む。幾つかの実施形態では、光学投影器はアナログ光学投影器を含む。別の実施形態では、光学投影器はデジタル光学投影器を含む。これは例えば、Ｃｈｒｉｓｔｉｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｃａｎａｄａ,Ｉｎｃ（８０９  Ｗｅｌｌｉｎｇｔｏｎ  Ｓｔ．Ｎ、Ｋｉｔｃｈｅｎｅｒ、Ｏｎｔａｒｉｏ、Ｃａｎａｎｄａ  Ｎ２Ｇ  ４Ｙ７）によって製造されているデジタル光学投影器である。
【００８１】
幾つかの実施形態では、ＦＮＬ１０１０は楕円ランプ１１０とインテグレータ１２５との間に取り付けるのに適している。別の実施形態では、ＦＮＬ１０１０は、楕円ランプ１１０に取り付けるのに適している。これは例えばＦＮＬ１０１０を楕円ランプ１１０の開口部に接着することによって行われる。幾つかの実施形態では、楕円ランプ１１０の熱からＦＮＬ１０１０を保護し、光線１５０の適切な光路を保証するのに適切な空間が設けられる。
【００８２】
当業者は、さらなる択一的な実装および修正がこれらの実施形態の実現に対して可能であり、上述した実装および実施例は、１つまたは複数の実施形態の例に過ぎないということを理解するであろう。従って本発明の範囲は添付された特許請求の範囲によってのみ制限される。
【符号の説明】
【００８３】
１１０、７１０、１６１０  楕円ランプ、  １１２  楕円形反射器、  １１４  光源、  １１５  長手軸、  １２５、１６２５  インテグレータ、  １５０ａ、１５０ｂ、４６０  光線、  ２１０  アイリス、  ２１１  球面凸型ミラー部分、  ２１３  光学開口部、  ５１０  矩形開口部、  ５２０、５３０、６２０、６３０  光錐、  ７２５  インテグレータ、  ７５５  光変調器、  ７５０、１６５０  照明リレー光学系、  １０１０、１７１０  Ｆナンバーレンズ（ＦＮＬ）
【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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【外国語明細書】
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