JP2556895B2 - ライトバルブ投影装置 - Google Patents
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- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は投影装置に関するものであって、投影装置は
少なくとも、一個の光チャネルを備え、各チャネルは照
明装置と、前記照明装置により放射された光の経路に設
けた長方形変調装置と、前記変調装置の像を投影するた
めの投影レンズとを備えている。
少なくとも、一個の光チャネルを備え、各チャネルは照
明装置と、前記照明装置により放射された光の経路に設
けた長方形変調装置と、前記変調装置の像を投影するた
めの投影レンズとを備えている。
投影テレビジョンに液晶デスプレイを使用する可能性
は十分に認められており、幾つかの装置が提示されてい
る。情報デスプレイ学会ダイジェストの1986年発行の37
5−377頁にある論文において、セイコーエプソンは照明
サブ装置、照明サブ装置から放射された光の経路に設け
た変調装置、及び変調装置の像を投影する投影レンズを
含む投影システムを開示している。より特定的に言え
ば、ハロゲンランプと球形反射体を備えて構成される照
明サブ装置は集光レンズを通して光を一組のダイクロイ
ックミラーに投射する。ダイクロイックミラーは光を
赤、青、緑成分に分解する。各ビーム成分は液晶デスプ
レイ（LCD）の形をとるそれぞれの変調装置に衝突す
る。２色性プリズムは３個の単色の像を単一のカラー画
像に結合し、カラー画像と投影レンズによりスクリーン
に投影される。論文はその装置がコンパクト、低コス
ト、及び輝きの利点を提供すると説明している。そうは
言っても、装置の総集光効率は尚１％より小さい。即
ち、タングステンハロゲン化ランプは8800ルーメンを発
生するが、投影スクリーンに到達するのは60ルーメンよ
り少ない。この低効率は主に次の事実に因る。それは、
光線のほんの小さな割合のみが集光され、変調装置と投
影レンズの入射瞳の方に方向ずけられるという事実によ
る。
は十分に認められており、幾つかの装置が提示されてい
る。情報デスプレイ学会ダイジェストの1986年発行の37
5−377頁にある論文において、セイコーエプソンは照明
サブ装置、照明サブ装置から放射された光の経路に設け
た変調装置、及び変調装置の像を投影する投影レンズを
含む投影システムを開示している。より特定的に言え
ば、ハロゲンランプと球形反射体を備えて構成される照
明サブ装置は集光レンズを通して光を一組のダイクロイ
ックミラーに投射する。ダイクロイックミラーは光を
赤、青、緑成分に分解する。各ビーム成分は液晶デスプ
レイ（LCD）の形をとるそれぞれの変調装置に衝突す
る。２色性プリズムは３個の単色の像を単一のカラー画
像に結合し、カラー画像と投影レンズによりスクリーン
に投影される。論文はその装置がコンパクト、低コス
ト、及び輝きの利点を提供すると説明している。そうは
言っても、装置の総集光効率は尚１％より小さい。即
ち、タングステンハロゲン化ランプは8800ルーメンを発
生するが、投影スクリーンに到達するのは60ルーメンよ
り少ない。この低効率は主に次の事実に因る。それは、
光線のほんの小さな割合のみが集光され、変調装置と投
影レンズの入射瞳の方に方向ずけられるという事実によ
る。
従来型の照明装置について更に説明するのは有用であ
る。よく知られていることであるが、放物線の焦点に点
光源を有する放物線反射体は視準された光ビームを出
し、従って潜在的に高集光効率である。しかし、ランプ
は有限の寸法の光源であって、放物線反射体の出射開口
における偏角は大きくなる。たとえ、非常に小さいラン
プを使用したとしても、焦点から僅かに動いても偏角は
付加される。更に、ライトバルブと従って反射体が小さ
いと、有限の外被寸法のためランプを焦点に位置決めす
るのは不可能である。もっと効率の良い屈折レンズ集光
装置もそれほど効率的でなく（その効率が典型的には43
％より小さく）、かつ偏角を制限するために高価な複数
素子レンズを必要とする、これらの屈折レンズ集光装置
において、ランプの外被寸法はそれほど重要でない。
る。よく知られていることであるが、放物線の焦点に点
光源を有する放物線反射体は視準された光ビームを出
し、従って潜在的に高集光効率である。しかし、ランプ
は有限の寸法の光源であって、放物線反射体の出射開口
における偏角は大きくなる。たとえ、非常に小さいラン
プを使用したとしても、焦点から僅かに動いても偏角は
付加される。更に、ライトバルブと従って反射体が小さ
いと、有限の外被寸法のためランプを焦点に位置決めす
るのは不可能である。もっと効率の良い屈折レンズ集光
装置もそれほど効率的でなく（その効率が典型的には43
％より小さく）、かつ偏角を制限するために高価な複数
素子レンズを必要とする、これらの屈折レンズ集光装置
において、ランプの外被寸法はそれほど重要でない。
更に、放物線反射体又は屈折レンズ集光装置のいずれ
かをTV映像用LCDのような長方形ライトバルブと共に使
用したとき“充満因子（Fill Factor）”が更に効率を
小さくする。例えば、４対３のアスペクトレシオを有す
るLCDでは、光ビームを表示する境界円の61％のみがLCD
により充満される。高精細度テレビジョンに対して提示
されている。5.33対３のアスペクトレシオでは、充満因
子は唯の54％である。
かをTV映像用LCDのような長方形ライトバルブと共に使
用したとき“充満因子（Fill Factor）”が更に効率を
小さくする。例えば、４対３のアスペクトレシオを有す
るLCDでは、光ビームを表示する境界円の61％のみがLCD
により充満される。高精細度テレビジョンに対して提示
されている。5.33対３のアスペクトレシオでは、充満因
子は唯の54％である。
前述のことから次のことが明らかである。それは、よ
り効率の良い照明システム、即ちランプのルーメン出力
の割合として反射体の出射部で遥かに大きいルーメン出
力を有する装置を持つことは望ましいことである。全体
として装置の効率を改善するために、それはランプのル
ーメン出力の割合として投影スクリーンでの光束である
が、照明装置により放射された光の最大偏角を最小に保
持するのは同じく必要である。広い開口のF/2.0投影レ
ンズでは、最大偏角は15°である。最後に、LCDの形で
長方形ライトバルブを使用することもできるし、100％
充満因子を持つことは望ましいことである。照明装置は
LCDの形状に対応する長方形出射開口を有するべきであ
る。
り効率の良い照明システム、即ちランプのルーメン出力
の割合として反射体の出射部で遥かに大きいルーメン出
力を有する装置を持つことは望ましいことである。全体
として装置の効率を改善するために、それはランプのル
ーメン出力の割合として投影スクリーンでの光束である
が、照明装置により放射された光の最大偏角を最小に保
持するのは同じく必要である。広い開口のF/2.0投影レ
ンズでは、最大偏角は15°である。最後に、LCDの形で
長方形ライトバルブを使用することもできるし、100％
充満因子を持つことは望ましいことである。照明装置は
LCDの形状に対応する長方形出射開口を有するべきであ
る。
本発明は次の特徴を有する照明装置を提供することで
ある。その特徴とは、照明装置は非結像性反射体を備
え、この非結像性反射体は入射開口と、長方形出射開口
とXYZ座標軸系の中心軸Ｚ軸とを備え、照明装置は更に
非結像性反射体の外側に位置する光源を備え、かつ少な
くともほぼ均質に変調装置を照明するためにその入射開
口を照明し、非結像反射体は次の関係、 Dixnisinθix＝Doxnosinθox及び Diynisinθiy＝Doynosinθoy ここで、DixとDiyは前記入射開口の寸法であり、θix
とθiyは最大入射角であり、DoxとDoyは出射開口の寸法
であり、θoxとθoyは最大出射角であり、niは前記入射
開口での屈折率であり、並びにnoは前記出射開口での屈
折率である、関係を満足する。
ある。その特徴とは、照明装置は非結像性反射体を備
え、この非結像性反射体は入射開口と、長方形出射開口
とXYZ座標軸系の中心軸Ｚ軸とを備え、照明装置は更に
非結像性反射体の外側に位置する光源を備え、かつ少な
くともほぼ均質に変調装置を照明するためにその入射開
口を照明し、非結像反射体は次の関係、 Dixnisinθix＝Doxnosinθox及び Diynisinθiy＝Doynosinθoy ここで、DixとDiyは前記入射開口の寸法であり、θix
とθiyは最大入射角であり、DoxとDoyは出射開口の寸法
であり、θoxとθoyは最大出射角であり、niは前記入射
開口での屈折率であり、並びにnoは前記出射開口での屈
折率である、関係を満足する。
ソーラーエネルギーの利用において、太陽光線を効率
的に集光する為に非結像性光学系を使用するのは既知で
ある。例えば、アカデミック プレスにより1978年に発
行されたウエルフォードとウインストンによる共著の
“ノン イメイジング コンセントレータの光学”
（“The Optics of Non Imaging Concentrators",Welfo
rd and Winston,Academic Press,1978）を参照せよ。典
型的非結像性コンセントレータは入射開口と、小さな出
口開口と、その間に延在する対向側壁とを有するトラフ
形状の反射体である。予め設定した角度を越えて入射開
口を通じて受け取られた入射エネルギーのほぼ全部がエ
ネルギー受容体にある側壁により反射される。エネルギ
ー受容体には反射体の外側に位置し出射開口に隣接する
光起電力セル又は流体の入った管等がある。このような
コンセントレータは米国特許第4,003,638に開示されて
いる。この特許はトラフ状の反射体を教示する。同反射
体は複合放物線形状の断面を有し、即ち各側壁は出射開
口にある対向側壁にその焦点を有する放物線の一部とし
て構成されている。
的に集光する為に非結像性光学系を使用するのは既知で
ある。例えば、アカデミック プレスにより1978年に発
行されたウエルフォードとウインストンによる共著の
“ノン イメイジング コンセントレータの光学”
（“The Optics of Non Imaging Concentrators",Welfo
rd and Winston,Academic Press,1978）を参照せよ。典
型的非結像性コンセントレータは入射開口と、小さな出
口開口と、その間に延在する対向側壁とを有するトラフ
形状の反射体である。予め設定した角度を越えて入射開
口を通じて受け取られた入射エネルギーのほぼ全部がエ
ネルギー受容体にある側壁により反射される。エネルギ
ー受容体には反射体の外側に位置し出射開口に隣接する
光起電力セル又は流体の入った管等がある。このような
コンセントレータは米国特許第4,003,638に開示されて
いる。この特許はトラフ状の反射体を教示する。同反射
体は複合放物線形状の断面を有し、即ち各側壁は出射開
口にある対向側壁にその焦点を有する放物線の一部とし
て構成されている。
本発明は次のことを認識している。非結像性反射体は
ソーラーエネルギーのコンセントレータにおいて従来主
に使用してきたが、光投影装置に対しても理想的であ
る。光投影装置はコンセントレータの入射開口に相当す
る出射開口を又その反対を有する集光体を有する。この
ような集光体の出射開口での光の偏角には十分に定義さ
れた限界値がある。それは、丁度コンセントレータにお
ける入射が十分に定義された分野であるように、集光体
は、投影装置で使用したとき効率を最大にすることが可
能であるように、偏角を最小にするために、与えられた
ランプと関連して指定される。普通そうであるように、
変調装置の寸法が予め決められている場合、出射開口は
反射体の形状を決定する。
ソーラーエネルギーのコンセントレータにおいて従来主
に使用してきたが、光投影装置に対しても理想的であ
る。光投影装置はコンセントレータの入射開口に相当す
る出射開口を又その反対を有する集光体を有する。この
ような集光体の出射開口での光の偏角には十分に定義さ
れた限界値がある。それは、丁度コンセントレータにお
ける入射が十分に定義された分野であるように、集光体
は、投影装置で使用したとき効率を最大にすることが可
能であるように、偏角を最小にするために、与えられた
ランプと関連して指定される。普通そうであるように、
変調装置の寸法が予め決められている場合、出射開口は
反射体の形状を決定する。
本発明の好適実施例によると、入射開口は同じように
少なくともほぼ長方形で、各開口の平行な縁部の各組は
他の開口の平行な縁部の組に平行である。これにより反
射体の構成が可能となり、出射開口は長方形ライトバル
ブの形状と一致し、充満因子は100％である。好適に
は、開口の最大幅の寸法を横切る平行縁部に直交する反
射体の中心軸を通る断面は複合放物線である。反射体の
長さ、入射開口の寸法、及び側壁の輪郭は所望の偏角に
対して数学的に決定される。しかし、幅狭い寸法を横切
って入射開口から出射開口に延在する最適の複合放物線
を得ることは可能ではない。輪郭を変形することはでき
るが、こうすると偏角が増大する。
少なくともほぼ長方形で、各開口の平行な縁部の各組は
他の開口の平行な縁部の組に平行である。これにより反
射体の構成が可能となり、出射開口は長方形ライトバル
ブの形状と一致し、充満因子は100％である。好適に
は、開口の最大幅の寸法を横切る平行縁部に直交する反
射体の中心軸を通る断面は複合放物線である。反射体の
長さ、入射開口の寸法、及び側壁の輪郭は所望の偏角に
対して数学的に決定される。しかし、幅狭い寸法を横切
って入射開口から出射開口に延在する最適の複合放物線
を得ることは可能ではない。輪郭を変形することはでき
るが、こうすると偏角が増大する。
更に、好適実施例によると、開口の最も幅狭の寸法を
横切って中心軸を通る断面は複合放物線と出射開口に隣
接する平行境界面とを備える。複合放物線は入射開口と
平行境界面との間に延在する。最も幅狭の寸法における
出射開口のこの延長は偏角を変更するのには役に立たな
いが、内部反射の数を増大する。従って長方形出射開口
の各寸法を横切る、予め設定した偏角を維持することは
可能である。本発明の好適実施例についての改変例によ
ると、出射開口は平行境界面により最小幅と最大幅の双
方で延長される。
横切って中心軸を通る断面は複合放物線と出射開口に隣
接する平行境界面とを備える。複合放物線は入射開口と
平行境界面との間に延在する。最も幅狭の寸法における
出射開口のこの延長は偏角を変更するのには役に立たな
いが、内部反射の数を増大する。従って長方形出射開口
の各寸法を横切る、予め設定した偏角を維持することは
可能である。本発明の好適実施例についての改変例によ
ると、出射開口は平行境界面により最小幅と最大幅の双
方で延長される。
効率のためには、光源は２次元の出射開口を有するべ
きである。好適実施例では、これは非結像性反射体の入
射開口と一致する出射開口を有する反射式集光体にある
ランプにより実現される。集光体は非結像性反射体であ
ってもよいし、なくてもよい。このような光源は光源の
周りに反射式集光体を有するアーク燈を使用して実現す
ることができる。そこから出る光線の総ては、90°に上
る偏角でも、予め設定した偏角内で非結像性反射体の出
射開口から出る。別の可能性として陰極線管のような平
らな燐光物質系ランプがある。
きである。好適実施例では、これは非結像性反射体の入
射開口と一致する出射開口を有する反射式集光体にある
ランプにより実現される。集光体は非結像性反射体であ
ってもよいし、なくてもよい。このような光源は光源の
周りに反射式集光体を有するアーク燈を使用して実現す
ることができる。そこから出る光線の総ては、90°に上
る偏角でも、予め設定した偏角内で非結像性反射体の出
射開口から出る。別の可能性として陰極線管のような平
らな燐光物質系ランプがある。
本発明の投影装置はカラーテレビジョンの投影装置に
おいて大いに利用される。この投影装置は３個の非結像
性反射体と好適実施例について前述した３個の光源を有
する。ランプは可視スペクトルの赤、青、及び緑部分に
スペクトル的に同調されている。かつそれぞれの変調装
置は出射開口に直に隣接して配置されている長方形ライ
トバルブである。更に、装置は投影手段により投影の為
のライトバルブの像を結合する手段を有する。好適結合
手段は、スペクトル的に広域に同調されているランプの
場合、カラーテレビジョン カメラに対して既知の種類
の２色性プリズム装置である。例えば、フィリップス技
術レビュー24巻1962/63,第９号記載のラングとブーウイ
ス共著の“カラーテレビジョン カメラの色分解”
（“Colour Separation in Colour−Television Camer
a",Lang and Bouwhuis,Philip Techical Review,Volume
24,1962/63, No.9）を参照せよ。装置が出射開口で最大
偏角15°で構成される場合、投影手段はF/2.0レンズで
ある。
おいて大いに利用される。この投影装置は３個の非結像
性反射体と好適実施例について前述した３個の光源を有
する。ランプは可視スペクトルの赤、青、及び緑部分に
スペクトル的に同調されている。かつそれぞれの変調装
置は出射開口に直に隣接して配置されている長方形ライ
トバルブである。更に、装置は投影手段により投影の為
のライトバルブの像を結合する手段を有する。好適結合
手段は、スペクトル的に広域に同調されているランプの
場合、カラーテレビジョン カメラに対して既知の種類
の２色性プリズム装置である。例えば、フィリップス技
術レビュー24巻1962/63,第９号記載のラングとブーウイ
ス共著の“カラーテレビジョン カメラの色分解”
（“Colour Separation in Colour−Television Camer
a",Lang and Bouwhuis,Philip Techical Review,Volume
24,1962/63, No.9）を参照せよ。装置が出射開口で最大
偏角15°で構成される場合、投影手段はF/2.0レンズで
ある。
本発明の別の実施例では、１個の非結像性反射体と１
個の白色光光源がダイクロイックミラーと中間レンズと
を使用する既知の色分解方法と関連して使用されてい
る。
個の白色光光源がダイクロイックミラーと中間レンズと
を使用する既知の色分解方法と関連して使用されてい
る。
添付図面を参照して本発明を以下に説明する。
第１図を参照して、本発明に係る理論を説明する。投
影装置の集光光学系は大きい範囲の入射角２θiを有す
る寸法Diの入射開口12を通って光源２から来る光線を集
光する。目的は小さな範囲の出射角２θoを有する寸法D
oの大きい出射開口20を均等に照明することである。エ
ネルギーの損失がない理想的な場合、集光器に流入する
エネルギーは集光器から流出する。これは、光ビームに
障害物がなく、かつ伝導、吸収、後方散乱による損失が
ない場合に生ずる。この場合、開口20に隣接したライト
バルブ26が光源２のエネルギーの全てを受け取る。
影装置の集光光学系は大きい範囲の入射角２θiを有す
る寸法Diの入射開口12を通って光源２から来る光線を集
光する。目的は小さな範囲の出射角２θoを有する寸法D
oの大きい出射開口20を均等に照明することである。エ
ネルギーの損失がない理想的な場合、集光器に流入する
エネルギーは集光器から流出する。これは、光ビームに
障害物がなく、かつ伝導、吸収、後方散乱による損失が
ない場合に生ずる。この場合、開口20に隣接したライト
バルブ26が光源２のエネルギーの全てを受け取る。
いずれの光学系のラグランジェ不変量、すなわちエタ
ンデュも伝播の方向に直交する光ビームの面積と光ビー
ムが伸びる立体角との積として定義されている（前記の
“非結像性コンセントレータの光学”（The Optics of
Non Imaging Concentrators）を参照せよ）。従って、
面積Aiを有する入射開口と面積Aoを有する出射開口とを
有する集光器については、次の関係を満足するとき、エ
タンデュが保存される。
ンデュも伝播の方向に直交する光ビームの面積と光ビー
ムが伸びる立体角との積として定義されている（前記の
“非結像性コンセントレータの光学”（The Optics of
Non Imaging Concentrators）を参照せよ）。従って、
面積Aiを有する入射開口と面積Aoを有する出射開口とを
有する集光器については、次の関係を満足するとき、エ
タンデュが保存される。
AiniΩi＝AonoΩo ここで、ΩiとΩoは夫々入射ビームと出射ビームの立
体角を表わし、niとnoは夫々入射空間及び出射空間の屈
折率を表わす。
体角を表わし、niとnoは夫々入射空間及び出射空間の屈
折率を表わす。
第１図に示すように、一次元系では、 Dinisinθi＝Donosinθo 回転対称系では、 （Dinisinθi）2＝（Donosinθo）2 ここで、DiとDoは入射開口と放射開口の直径である。
同様に、入射開口と出射開口が、長方形であれば、エ
タンデュは次の場合に保存される。すなわち、 ni 2DixDiysinθixsinθiy＝no 2DoxDoysinθoxsinθoy ここで、開口の寸法はDix，DiyとDox，Doyで表示さ
れ、入射角はθix，θiy、出射角はθox，θoyで与えら
れている。
タンデュは次の場合に保存される。すなわち、 ni 2DixDiysinθixsinθiy＝no 2DoxDoysinθoxsinθoy ここで、開口の寸法はDix，DiyとDox，Doyで表示さ
れ、入射角はθix，θiy、出射角はθox，θoyで与えら
れている。
長方形入射及び出射角のアスペクトレシオが等しいな
らば、 niDixsinθix＝noDoxsinθox niDiysinθiy＝noDoysinθoy Dix＝Doxsinθox Diy＝Doysinθoy 光源２の出口孔が、集光器の入射開口12と一致し（D
1x＝DixかつD1y＝Diy）、かつ集光器の出射開口20とラ
イトバルブ26と一致するとき（Dox＝DvxかつDoy＝Dvy） D1x＝Dvxsinθox D1y＝Dvysinθoy 第2A図及び第2B図を参照すると、最大集光効率をあげ
かつエタンデュが保存されるX,Y2次元の各々に対する反
射体形状は複合放物線状反射器である。その形状は次の
要求により決定される。その要求とは、最大角θoを有
する出射開口からでる全ての光線は入射開口の対向する
縁部から発出するようにするというものである。第2A図
に示すように、これは方向θoに平行な軸を有し、かつ
対向する縁部にその焦点Ｆを有する放物線形状により実
現される。第2B図に示すように、回転対称物線反射器は
反射器の軸の周りに放物線を回転させることにより得る
ことができる（放物線の軸の周りではない）。第2B図の
複合放物線は一次元反射器（米国特許4,003,638にある
トラフのように）又は長方形反射器の各次元の断面を表
示している。
らば、 niDixsinθix＝noDoxsinθox niDiysinθiy＝noDoysinθoy Dix＝Doxsinθox Diy＝Doysinθoy 光源２の出口孔が、集光器の入射開口12と一致し（D
1x＝DixかつD1y＝Diy）、かつ集光器の出射開口20とラ
イトバルブ26と一致するとき（Dox＝DvxかつDoy＝Dvy） D1x＝Dvxsinθox D1y＝Dvysinθoy 第2A図及び第2B図を参照すると、最大集光効率をあげ
かつエタンデュが保存されるX,Y2次元の各々に対する反
射体形状は複合放物線状反射器である。その形状は次の
要求により決定される。その要求とは、最大角θoを有
する出射開口からでる全ての光線は入射開口の対向する
縁部から発出するようにするというものである。第2A図
に示すように、これは方向θoに平行な軸を有し、かつ
対向する縁部にその焦点Ｆを有する放物線形状により実
現される。第2B図に示すように、回転対称物線反射器は
反射器の軸の周りに放物線を回転させることにより得る
ことができる（放物線の軸の周りではない）。第2B図の
複合放物線は一次元反射器（米国特許4,003,638にある
トラフのように）又は長方形反射器の各次元の断面を表
示している。
本発明に係る投影装置の好適実施例においては、第４
図に部分的に図解されているように、照明サブ装置10は
２個の直交した複合放物線反射体形状を使用している。
そのため、出射開口20で反射器を出る光線が鮮明に輪郭
を付けて分布されながら最大限の集光が達成されてい
る。光源はこの反射器の要求に合致するようにできてい
る。このようなサブ装置を断面で見ると、光源２は反射
器の入射開口と一致する２次元開口から光線を発出す
る。反射器10の入射開口12に入る光はほぼ±θox，θoy
より大きい角分布を有するべきである。そうすれば、出
射開口20の均等な照明をすることができる。好適には、
θix，θiyは±75°に制限される。それは、フレネル損
失がこの値を越すと急激に増大するからである。“光学
の基礎（Funclametals of Optics）”ジェンキンスとホ
ワイト（Jenkins and White）の共著、マグローヒル（M
cGraw−Hill）（1976年）の525頁を参照せよ。反射集光
器７は現実の光源の近辺に設けられている。光源は一般
に1mmの直径のアーク５を有し、電極４間の長さが３−6
mmであるハロゲン化金属ランプである。ランプ２の外被
６の内側、又はその上に、又はその外側に反射表面７を
設けてもこれは実現できる。
図に部分的に図解されているように、照明サブ装置10は
２個の直交した複合放物線反射体形状を使用している。
そのため、出射開口20で反射器を出る光線が鮮明に輪郭
を付けて分布されながら最大限の集光が達成されてい
る。光源はこの反射器の要求に合致するようにできてい
る。このようなサブ装置を断面で見ると、光源２は反射
器の入射開口と一致する２次元開口から光線を発出す
る。反射器10の入射開口12に入る光はほぼ±θox，θoy
より大きい角分布を有するべきである。そうすれば、出
射開口20の均等な照明をすることができる。好適には、
θix，θiyは±75°に制限される。それは、フレネル損
失がこの値を越すと急激に増大するからである。“光学
の基礎（Funclametals of Optics）”ジェンキンスとホ
ワイト（Jenkins and White）の共著、マグローヒル（M
cGraw−Hill）（1976年）の525頁を参照せよ。反射集光
器７は現実の光源の近辺に設けられている。光源は一般
に1mmの直径のアーク５を有し、電極４間の長さが３−6
mmであるハロゲン化金属ランプである。ランプ２の外被
６の内側、又はその上に、又はその外側に反射表面７を
設けてもこれは実現できる。
更に、第４図を参照すると、光源２の出口開口12の最
大寸法は照明されるライトバルブの寸法とθox及びθoy
に対する最大許容値により決定される（第２図では共通
してθoで表示されている）。幅広開口であるF/2.0投影
レンズは、赤、緑、及び青チャネルに対する特別な色結
合又は分解装置と組合せたとき、テレビジョン信号に対
して秀れた性能を発揮することができる。上記の“カラ
ーテレビジョン カメラの色分解（Color Separation i
n Color Television Cameras）”を参照せよ。F/2.0レ
ンズはθo＝θox＝θoy＝±15°空気中に相当する。
大寸法は照明されるライトバルブの寸法とθox及びθoy
に対する最大許容値により決定される（第２図では共通
してθoで表示されている）。幅広開口であるF/2.0投影
レンズは、赤、緑、及び青チャネルに対する特別な色結
合又は分解装置と組合せたとき、テレビジョン信号に対
して秀れた性能を発揮することができる。上記の“カラ
ーテレビジョン カメラの色分解（Color Separation i
n Color Television Cameras）”を参照せよ。F/2.0レ
ンズはθo＝θox＝θoy＝±15°空気中に相当する。
アスペクトレシオが4:3である長方形ライトバルブを
使用し、ライトバルブが反射器10の出射開口20と一致
し、かつF/2.0レンズを使用すると、ランプの出口開口
の所要対角線長D1′とライトバルブの対角線長Dv′は D1′＝Dv′sin15°＝.259Dv′ これは上に導いたようにエタンデュに由来し、第３図
にプロットされる。典型的ライトバルブ対角線長は48mm
（1.8in）であるから、これは次の事を要求する。すな
わち、光源の出口開口の対角線長は、エネルギー損失を
最小限にするためには、すなわちエタンデュが保存され
るには12mmであるべきである。
使用し、ライトバルブが反射器10の出射開口20と一致
し、かつF/2.0レンズを使用すると、ランプの出口開口
の所要対角線長D1′とライトバルブの対角線長Dv′は D1′＝Dv′sin15°＝.259Dv′ これは上に導いたようにエタンデュに由来し、第３図
にプロットされる。典型的ライトバルブ対角線長は48mm
（1.8in）であるから、これは次の事を要求する。すな
わち、光源の出口開口の対角線長は、エネルギー損失を
最小限にするためには、すなわちエタンデュが保存され
るには12mmであるべきである。
第４図を再び参照すると、非結像性反射器10は開口12
と20の直交する次元の最大寸法を横断して中心軸18を通
る断面を有する。それは反射器の対向する側壁15により
境界が付される複合放物線である。これはXZ平面であ
る。開口12,20の寸法の最小寸法を横断して中心軸18を
通る断面は対向する側壁17により境界が付けられる。こ
れはYZ平面である。しかし、15°出射角に必要な複合放
物線の形状は、開口12,20の間でそれを含めて延在する
複合放物線によりこの部分で実現されることはできな
い。それは、長さがXZ平面における複合放物線反射器の
長さより小さくなるからである。この問題は側壁17を出
射開口20に向って平行に延在させることにより容易に解
決される。これにより出射角θoを大きくすることなく
反射機能が追加されることになる。出射開口20の寸法を
大きくすることなく、より長い反射器が所望の場合、側
壁15を同じく平行に延長し、本質的に光の管を形成す
る。
と20の直交する次元の最大寸法を横断して中心軸18を通
る断面を有する。それは反射器の対向する側壁15により
境界が付される複合放物線である。これはXZ平面であ
る。開口12,20の寸法の最小寸法を横断して中心軸18を
通る断面は対向する側壁17により境界が付けられる。こ
れはYZ平面である。しかし、15°出射角に必要な複合放
物線の形状は、開口12,20の間でそれを含めて延在する
複合放物線によりこの部分で実現されることはできな
い。それは、長さがXZ平面における複合放物線反射器の
長さより小さくなるからである。この問題は側壁17を出
射開口20に向って平行に延在させることにより容易に解
決される。これにより出射角θoを大きくすることなく
反射機能が追加されることになる。出射開口20の寸法を
大きくすることなく、より長い反射器が所望の場合、側
壁15を同じく平行に延長し、本質的に光の管を形成す
る。
反射器10を誘電体で充填することもでき、かつランプ
の外被に光学的に連結させることもできる。こうする
と、光源出射開口12の外被／空気境界面での全内部反射
（TIR）により発生する損失を排除する。出射開口20
で、角度は臨界角より小さくしてある。そうすれば、TI
Rは発生しない。高い反射効果を有するコーティングを
反射器10の選定した部品に施すこともできる。そうすれ
ば、小さな入射角で入射開口12に接近する光線に対して
TIRが存在しないために生ずる損失を減少させることが
できる。反射器10は相互の光学的連結を有する２個の部
品からなる。第１の部品はランプ外被６に付着し、かつ
耐高温性にするため石英で作られている。第２の部品は
低コストの材料である。勿論、誘電体で充填された反射
器は次の式で与えられる角θo′を有するように構成さ
れなければならない。
の外被に光学的に連結させることもできる。こうする
と、光源出射開口12の外被／空気境界面での全内部反射
（TIR）により発生する損失を排除する。出射開口20
で、角度は臨界角より小さくしてある。そうすれば、TI
Rは発生しない。高い反射効果を有するコーティングを
反射器10の選定した部品に施すこともできる。そうすれ
ば、小さな入射角で入射開口12に接近する光線に対して
TIRが存在しないために生ずる損失を減少させることが
できる。反射器10は相互の光学的連結を有する２個の部
品からなる。第１の部品はランプ外被６に付着し、かつ
耐高温性にするため石英で作られている。第２の部品は
低コストの材料である。勿論、誘電体で充填された反射
器は次の式で与えられる角θo′を有するように構成さ
れなければならない。
sinθo′＝（sinθo）／nc ここでncは誘電体の屈折率である。
照明装置が出射開口20において輝度分布を変化させる
手段を含むこともできる。この手段には、拡散体及び追
加反射面、又はレンズ等がある。
手段を含むこともできる。この手段には、拡散体及び追
加反射面、又はレンズ等がある。
第５図は第４図に示す種類のランプ／反射器装置を３
個有するカラーテレビジョン装置を示す。３個のランプ
30,40,50は夫々緑、赤、及び青チャネルに同調されてい
る。光の集光は屈折ではなく反射に基づいているので、
ライトバルブ36,46,56を照明する反射器34,44,54は同一
のものにすることができる。プリズム38,48,58は前記参
照した本にあるフィリップスカラー組合せプリズム系を
備え、これは空気において±15°の角度を許容すること
ができる。集合システムとF/2.0投影レンズ60の双方が
この角度に対し適合するように構成されている。各緑、
赤、及び青の光ビームの中心軸32,42,52が示されてい
る。
個有するカラーテレビジョン装置を示す。３個のランプ
30,40,50は夫々緑、赤、及び青チャネルに同調されてい
る。光の集光は屈折ではなく反射に基づいているので、
ライトバルブ36,46,56を照明する反射器34,44,54は同一
のものにすることができる。プリズム38,48,58は前記参
照した本にあるフィリップスカラー組合せプリズム系を
備え、これは空気において±15°の角度を許容すること
ができる。集合システムとF/2.0投影レンズ60の双方が
この角度に対し適合するように構成されている。各緑、
赤、及び青の光ビームの中心軸32,42,52が示されてい
る。
反射器と関連したランプを例として説明したが、他の
光源でも可能である。例えば、反射器の入射開口と一致
するスクリーンを有する陰極線管は本発明を実施するに
適当な均一性と強さを提供することができる。同じく、
複合放物線以外の他の型式の非結像性反射器を使用する
こともできる。各型式の非結像性反射器はそれ自身特有
の特性を有する。例えば、出射開口の均一照明が所望の
とき、複合放物線形状は特に適する。変調装置が出射開
口にあるときの場合がこれに相当する。しかし、非結像
性反射器の中には、より遠隔の平面でほぼ均質の照明を
行うことができる。複合長方形反射器は、例えば出射開
口から遠い平らな場所をほぼ均質に照明することができ
る。だから、変調装置が出射開口から遠い場合に、それ
は適当すると云える。
光源でも可能である。例えば、反射器の入射開口と一致
するスクリーンを有する陰極線管は本発明を実施するに
適当な均一性と強さを提供することができる。同じく、
複合放物線以外の他の型式の非結像性反射器を使用する
こともできる。各型式の非結像性反射器はそれ自身特有
の特性を有する。例えば、出射開口の均一照明が所望の
とき、複合放物線形状は特に適する。変調装置が出射開
口にあるときの場合がこれに相当する。しかし、非結像
性反射器の中には、より遠隔の平面でほぼ均質の照明を
行うことができる。複合長方形反射器は、例えば出射開
口から遠い平らな場所をほぼ均質に照明することができ
る。だから、変調装置が出射開口から遠い場合に、それ
は適当すると云える。
上記の記載は説明のためのもので、特許請求の範囲を
制限するものではない。
制限するものではない。
第１図は光集光器の入射及び出射開口の図解図、 第2A図は放物線の一部の図解図、 第2B図は対応する複合放物線の図解図、 第３図は光源の出口開口の対角線長と理想的集光器のラ
イトバルブの対角線長を対比したプロット、 第４図は本発明に係るライトバルブ照明装置の一実施例
の図解的斜視図、 第５図は３個の光源を有するカラー投影装置の図解的平
面図である。 ２…光源 ４…電極 ５…アーク ６…外被 ７…集光器 10…反射器、照明サブ装置 12…入射開口 15…側壁 17…側壁 18…中心軸 20…出射開口 26…ライトバルブ 30,40,50…ランプ 32,42,52…中心軸 34,44,54…反射器 36,46,56…ライトバルブ 38,48,58…プリズム 60…投影レンズ
イトバルブの対角線長を対比したプロット、 第４図は本発明に係るライトバルブ照明装置の一実施例
の図解的斜視図、 第５図は３個の光源を有するカラー投影装置の図解的平
面図である。 ２…光源 ４…電極 ５…アーク ６…外被 ７…集光器 10…反射器、照明サブ装置 12…入射開口 15…側壁 17…側壁 18…中心軸 20…出射開口 26…ライトバルブ 30,40,50…ランプ 32,42,52…中心軸 34,44,54…反射器 36,46,56…ライトバルブ 38,48,58…プリズム 60…投影レンズ
Claims (11)
- 【請求項１】少なくとも、一個の光チャネルを備え、各
チャネルは照明装置と、前記照明装置により放射される
光の経路に設けた長方形変調装置と、前記変調装置の像
を投影するための投影レンズとを備えた、投影装置にお
いて、前記照明装置は非結像性反射体を備え、この非結
像性反射体は入射開口と、長方形出射開口と、中心Ｚ軸
とを備え、前記照明装置は更に前記非結像性反射体の外
側に位置する光源を備え、かつ少なくともほぼ均質に前
記変調装置を照明するためにその入射開口を照明し、前
記非結像性反射体は次の関係、 Dixnisinθix＝Doxnosinθox及び Diynisinθiy＝Doynosinθoy ここで、DixとDiyは前記入射開口の寸法であり、θixと
θiyは最大入射角であり、DoxとDoyは出射開口の寸法で
あり、θoxとθoyは最大出射角であり、niは前記入射開
口での屈折率であり、並びにnoは前記出射開口での屈折
率である、関係を満足する、投影装置。 - 【請求項２】前記入射開口は少なくともほぼ長方形で、
前記入射開口は３次元座標系（XYZ）のXY平面を形成
し、各開口の平行な縁部の各組は他の開口の一組の縁部
に平行である、ことを特徴とする請求項１に記載の投影
装置。 - 【請求項３】XZ平面における前記反射体の断面は前記長
方形開口の直交する寸法のうち最大幅のものを横切り、
かつ複合放物線を備える、ことを特徴とする請求項２に
記載の投影装置。 - 【請求項４】XZ平面における前記反射体の断面は同じく
複合放物線を備え、かつ更に前記出射開口に隣接する平
行境界面を備え、YZ平面における前記断面の前記複合放
物線は前記入射開口と前記平行平面との間に延在する、
ことを特徴とする請求項３に記載の投影装置。 - 【請求項５】前記光源は反射式集光器を備え、この反射
式集光器はそこにランプを備え、かつ前記非結像性反射
体の前記入射開口と一致する出射開口を有する、ことを
特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項に記載の
投影装置。 - 【請求項６】前記出射開口から出る光の偏角は15°より
小か又は15°に等しいことを特徴とする請求項１から５
のうちいずれか１項に記載の投影装置。 - 【請求項７】前記変調装置は前記出射開口に直くに隣接
し、前記出射開口は少なくともほぼ均一に照明されるこ
とを特徴とする請求項１から６のうちいずれか１項に記
載の投影装置。 - 【請求項８】色彩付像の投影用であって、３個の光チャ
ネルを備え、各チャネルは赤、緑及び青の原色の一つに
対するものである、請求項１から７のうちいずれか１項
に記載の投影装置において、３個のチャネルの変調装置
の像を１個の共通の投影レンズにより結合する手段を特
徴とする投影装置。 - 【請求項９】前記変調装置の像を結合する前記手段は２
色性プリズム装置を備えることを特徴とする請求項８に
記載の投影装置。 - 【請求項１０】前記光チャネルの各々は反射式集光器を
備える別個の光源を有し、この反射式集光器はそこにラ
ンプを有し、かつ前記非結像性反射体の前記入射開口と
一致する出射開口を有し、前記ランプは可視スペクトル
の赤、青及び緑部分にそれぞれスペクトル的に同調して
いる、ことを特徴とする請求項８又は９に記載の投影装
置。 - 【請求項１１】前記投影レンズはF/2投影レンズである
ことを特徴とする請求項１から10のうちいずれか１項に
記載の投影装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US13704987A | 1987-12-23 | 1987-12-23 | |
| US137049 | 1987-12-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH021818A JPH021818A (ja) | 1990-01-08 |
| JP2556895B2 true JP2556895B2 (ja) | 1996-11-27 |
Family
ID=22475607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63323775A Expired - Fee Related JP2556895B2 (ja) | 1987-12-23 | 1988-12-23 | ライトバルブ投影装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0322069B1 (ja) |
| JP (1) | JP2556895B2 (ja) |
| KR (1) | KR970006205B1 (ja) |
| DE (1) | DE3884171T2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4956759A (en) * | 1988-12-30 | 1990-09-11 | North American Philips Corporation | Illumination system for non-imaging reflective collector |
| JPH03210548A (ja) * | 1990-01-16 | 1991-09-13 | Ushio Inc | 投光器 |
| US5142387A (en) * | 1990-04-11 | 1992-08-25 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Projection-type display device having light source means including a first and second concave mirrors |
| US6123436A (en) * | 1997-08-05 | 2000-09-26 | Vari-Lite, Inc. | Optical device for modifying the angular and spatial distribution of illuminating energy |
| TW472491B (en) * | 1999-03-19 | 2002-01-11 | Seiko Epson Corp | Projection system and projector |
| CA2366802A1 (en) | 2001-01-17 | 2002-07-17 | Bayer Corporation | Method and apparatus for using infrared readings to detect misidentification of a diagnostic test strip in a reflectance spectrometer |
| US7131736B2 (en) * | 2002-05-17 | 2006-11-07 | Bierhuizen Serge J A | Efficient illumination systems for reduced étendue color video projection systems |
| US7234820B2 (en) * | 2005-04-11 | 2007-06-26 | Philips Lumileds Lighting Company, Llc | Illuminators using reflective optics with recycling and color mixing |
| US20070165186A1 (en) * | 2006-01-13 | 2007-07-19 | Copner Nigel J | Light source system and an image projection system |
| JP2007264339A (ja) * | 2006-03-29 | 2007-10-11 | Seiko Epson Corp | 変調装置及びプロジェクタ |
| DE102006050880A1 (de) | 2006-06-30 | 2008-04-17 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelektronisches Bauteil und Beleuchtungseinrichtung |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2588669B1 (fr) * | 1985-03-19 | 1990-11-09 | Malifaud Pierre | Projecteur de rayonnement produisant un flux a haut rendement utile et a haute homogeneite dans des angles d'ouvertures controles, notamment a partir d'une source ponctuelle ou quasi-ponctuelle |
| EP0258927A3 (en) * | 1986-08-22 | 1991-01-09 | North American Philips Corporation | Display system |
-
1988
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