説明

スクロールカラー照明のための小型の効率的な集光素子

スクロールカラー照明システムのための光源は、光を生成するランプ(212)と、ランプ(212)からの光の一部を各々受け取る第1及び第2の独立なリフレクタ(220、230)と、前記第1及び第2の独立なリフレクタ(220、230)によって受け取られる前記光の一部によって作られる当該光源の2つの独立な像を受け取るライトガイド(260)とを含む。前記のような配置によって、ライトガイド(260)は、ランプ(212)によって生成される前記光ビームのアスペクト比の2倍であるアスペクト比を有する光ビームを自身の出力部において供給すると共に、該光ビームの元のエテンデュを保持している。有益的には、偏光素子(266)は、ライトガイド(260)からの偏光されていない光ビームを、前記エテンデュの増加を伴わずに偏光し、この過程において前記アスペクト比は更に2倍される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光源の分野に関し、より詳細には、単一のパネル型スクロールカラー投射システムと共に使用されることができるスクロールカラー照明システムのための集光素子に関する。
【背景技術】
【0002】
スクロールカラープロジェクタ(例えば、液晶表示パネル)は、単一の光変調器又はライトバルブからフルカラーの像を生成する。スクロールカラープロジェクタに関する概ねの概念は、Janssenらによる米国特許第5,532,763号公報(以下、「763特許」と称する)において議論されており、この特許公報の全体的な開示は、参照によって本明細書内に組み込まれている。
【0003】
前記763特許において記載されているように、スクロールカラープロジェクタは、液晶表示器LCD上を上から下まで連続的にスクロールする複数のストライプ状の有色光(赤、緑、青)によって、液晶表示(LCD)パネルを照明する。強い白色光源(例えば、アークランプ)からの光が収集され、原色(赤、緑及び青)に分離される。色分離された光は、各ソースが「垂直」方向に狭く、かつ、「水平」方向に広く見えるように、3つの光源に形成される。走査光学機器は、3つのライトバンド(前記色の各々の1つ)がLCDパネル上に位置決めされるように使用される。走査光学機器によって、バンド状の照明はLCDパネル上を移動させられる。バンドが、前記パネルのアクティブ領域の「頂部」を通過する場合、この色のライトバンドは、当該パネルの「底部」に再び出現する。従って、前記パネル上の3色は、連続的に掃引される。
【0004】
図1は、スクロールカラーシステムにおける電気光学光変調器パネルの照明の模式図である。前記のようなパネルは、典型的には、1ラインずつ(a line-at-a time)の態様でアドレス指定されている個々にアドレス指定可能な反射ピクセル電極(図示略)によって規定されているピクセルの行(又はライン)及び列のマトリックスによって構成されている。赤、青及び緑の長方形の有色光バー(32,36,40)は、矢印の方向にマトリックスアレイ(四角形42によって表されている)を連続的にスクロールダウンする。時点tにおいて前記パネルを照明している赤色バー32、青色バー36及び緑色バー40が、示されている。有色バー32,36及び40間の空間は、ガードバー30、34及び38を表している。
【0005】
前記763特許において記載されているシステムは、ソース光ビームを生成するライトボックスを含んでいる。前記ライトボックスは、適切な強度のランプを含んでいる。上述され、図1に見られるように、前記光ビームは、「垂直」方向に狭く、「水平」方向に広い必要がある。典型的なシステムは、10:1のアスペクト比を有する長方形の光ビームを必要とし得る。一方、典型的なUHPアークランプのアスペクト比は、2.5:1である。従って、前記ライトボックスは、光ビームを変形する役目をする一連の光学レンズも含んでおり、この結果、光ビームは、所望のアスペクト比を有する概ね均一な長方形ビームである必要とされる形状をとる。当該システムは、前記ライトボックスからの光ビームを、又は色分離された後の3つの異なる有色の光ビームを更に長方形化するように、1つ以上の垂直に配された長方形のアパーチャも含むことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
残念ながら、これらの光源に関する問題が存在する。ランプによって生成された前記光を最も集光するように、一般的に、(1)小さい開口数(NA)のレンズを多数採用する取り組み方と(2)高いNAのレンズを少数採用する取り組み方とのうちの一方が、採用されている。どちらの取り組み方も、不利な点を被っている。取り組み方(1)の場合、前記不利な点は、多数のレンズの複雑性に関する。取り組み方(2)の場合、高いNAのレンズが、高耐熱性を必要とすることである。どちらの取り組み方も、高コストを被っている。
【0007】
従って、スクロールカラープロジェクタ用のスクロールカラー照明システムのための改良された光源を提供するのが望ましい。ランプからの光を所望の形状因子を有する光ビームに変換する、より小型の光学配置を提供することも望ましい。スクロールカラー照明システムのための効率的な集光素子を提供することが更に望ましい。本発明は、上述の問題の1つ以上に対処するように向けられている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の1つの見地において、光源は、発光するランプと;前記ランプからの反射された光を受け取り、受け取られた前記光をそれぞれ第1及び第2方向に指向するように位置決めされている1対の部分楕円形リフレクタと;前記部分楕円形リフレクタの1つからの光を受け取り、反射するように各々位置決めされている第1及び第2のミラーと;自身の第1端部に配されている2つのプリズムを有するライトガイドであって、各プリズムは前記第1及び第2ミラーの対応するものからの反射された前記光を該ライドガイド内に入力するライトガイドにおいて、自身の第2端部において光ビームを供給するライトガイドと;を有する。
【0009】
本発明の他の見地において、光源は、第1及び第2焦点を各々有する第1及び第2の部分楕円形リフレクタであって、前記第1及び第2の部分楕円形リフレクタの第1焦点が概ね一致するように配されている前記部分楕円形リフレクタと;前記第1及び第2の部分楕円形リフレクタの前記第1焦点に概ね位置決めされているランプと;前記ランプがオンにされた場合、前記ランプによって生成される光の2つの独立な像を、前記部分楕円形リフレクタを介して受け取る場所に配されているライトガイドと;を有する。
【0010】
本発明の更に他の見地において、光源は、光を生成するランプと;前記ランプからの光の一部を各々受け取る第1及び第2の独立なリフレクタと;前記第1及び第2の独立なリフレクタによって受け取られた前記光の一部によって作られる前記光源の2つの独立な像を受け取るライトガイドと;を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
図2は、スクロールカラー照明システムのための光源200の実施例の側断面図を示している。図3は、光源200の正面図を示している。図2及び3に示されているように、光源200は、ランプ212及びリフレクタ216を有するランプアセンブリ210と;独立な第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230と;第1及び第2ミラー240及び250と;ライトガイド260と;を含んでいる。
【0012】
有益的には、ランプ212は、高輝度放電(HID)ランプ又はウルトラハイパフォーマンス(UHP)ランプであっても良く、形状が管状であるのが好ましい。模範的なランプは、長さが約9mmであり得る。
【0013】
ランプリフレクタ216は、有益的には半球形の全体形状を有し、又は、ランプ212の形状に依存して、半円筒状の全体形状を有する。好ましくは、ランプアセンブリ210は、後に詳述されるように、自身の一方の側のみに向かって発光する。ランプアセンブリ210からの光は、概ね、長方形/楕円形であり得る。模範的な実施例において、ランプによって生成される光は、2.5:1のアスペクト比を有する。
【0014】
図4において最も良く見られることができるように、第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230、第1及び第2焦点を有する楕円の部分的表面を各々規定している。有益的には、第1及び第2の部分楕円形リフレクタ220及び230は、前記第1焦点が概ね一致するように配されている。更に、図2において見られることができるように、第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230は、楕円の弧の部分を規定している断面を各々有している。同様に有益的には、図6において最も良く見られることができるように、第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230は、共通縁部を共有しており、この共通縁部において一緒に結合されている。1つの実施例において、前記第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230は、図4ないし6に示されているように、一体構造で一緒に形成されている。
【0015】
ライトガイド260は、第1及び第2プリズム262及び264を第1(光入射口)端部に備えている。プリズム262及び264は低屈折率接合剤によって、ライトガイド260の前記第1端部に接合されることができ、又は、オプション的には、ライトガイド260に一体化されて形成されても良い。プリズム262及び264は、対応する光入射面262a、264aと、光反射面262b、264bと、光出射面262c、264cとを有する。反射面262b、264bは、有益的には、反射又はミラーコーティングを備えている。
【0016】
同様に、図5において最も良く見られることができるように、ライトガイド260は、有益的には、偏光素子266を第2(光出射)端部に備えている。偏光素子266は、偏光ビームスプリッタ266a及び移相子(phase retarder)266bを含んでおり、移相子266bの動作は、後に詳述される。ビームスプリッタ266aは、低屈折率接合剤によってライトガイド260の端部に接合されることができ、又はオプション的には、ライトガイド260に一体化されて形成されても良い。
【0017】
光源200内で、ランプアセンブリ210は、概ね、部分楕円形リフレクタ220及び230の第1焦点に位置されている。一方、第1及び第2ミラー240及び250は、それぞれ、第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230と、これらの対応する第2焦点との間の光路内に各々位置されている。更に、プリズム262及び264の光入射面262a、264aが各々位置決めされており、第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230の対応するものからのアーク像は、対応するミラー240、250によって中継される。即ち、例えば、第1部分楕円形リフレクタ220とミラー240との間の距離「x」と、ミラー240と入射面262aとの間の距離「y」との和は、第1部分楕円形リフレクタ220の前記第2焦点の焦点距離f2に等しい。
【0018】
ここで、光源200の動作を記載する。ランプ212は、光を放射する。ランプ212からの光の第1部分は、ランプリフレクタ216に向かって放射する。ランプリフレクタ216は、第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230に向かってランプ212からの光の前記第1部分を反射する。一方で、ランプ212からの光の残部(第2部分)は、第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230に向かって直接的に放射する。有益的には、ランプアセンブリ210と第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230とは、ランプアセンブリ210からの光のほぼ全てが第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230の内側表面上に当たるように、配されている。即ち、第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230は、ランプ212及びランプリフレクタ216からの光のほぼ全てを受け取るように、対応して規定された楕円に沿って十分に遠くまで、各々延在している。
【0019】
有利には、ランプ212は、概ね、第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230の各々の第1焦点に位置されている。
【0020】
第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230は、ランプ212からの光を(直接的に又はランプリフレクタ216によって反射されてのいずれかで)受け取り、それぞれの第2焦点に指向される独立なアーク像を生成する。
【0021】
ミラー240及び250は、第1及び第2部分楕円形リフレクタ220及び230の対応するものと、対応する部分楕円形リフレクタ220/230の第2焦点との間の光路内に各々位置されている。ミラー240及び250各々は、前記対応する部分楕円形リフレクタ220/230からの光を受け取り、受け取られた前記光を、2つのプリズム262及び264の対応するものに向けて反射する。2つのプリズム262及び264の光入射面262a及び264aは、ミラー240及び250によって中継されるように、前記対応する部分楕円形リフレクタ220/230の前記像の位置に各々配されている。
【0022】
独立な光像は、プリズム262及び264に光入射面262a及び264aを介して入射し、これによって対応する光反射面262b及び264bに渡される。前記光は、光反射面262b及び264bによって反射され、プリズム262及び264の光出射面262c及び264cを介して、ライトガイド260の前記第1端部に入射する。従って、前記2つの独立な光像は、ランプ212からの元の光ビームの2倍のアスペクト比を有する結合された光ビームを生成するように、互いに隣接して長手方向に「突合せ(end to end)」に配されている前記ライトガイドに入射する。前記光は、ライトガイド260によって内部的にガイドされ、該ライドガイドの前記第2端部から出射する。
【0023】
上述の実施例は、ミラー240及び250と、2つのプリズム262及び264とを含んでいるが、前記独立な光像を受け取り、該光像をライトガイド260に結合する他の手段が設けられても良い。
【0024】
有利には、上述の過程の結果として、ランプ212によって生成された前記光ビームのアスペクト比は、前記光ビームのエテンデュ(etendue)の対応する増加を伴わずに、比較的わずかな光損失又は効率の低下を伴い、効果的に2倍にされている。例えば、典型的なUHPアークランプからの前記光ビームのアスペクト比が2.5:1である場合、上述のシステム及び過程によってライトガイド260の前記第2端部から発するライトストライプのアスペクト比は、5:1である。
【0025】
スクロールカラープロジェクタにおける動作の場合、LCDパネルは、線形偏光された光を必要とする。しかしながら、ランプ212からの前記光ビームは、偏光されていない。
【0026】
従って、上述のように、ライドガイド260は、有益的には、自身の第2端部に偏光素子266を備えており、該偏光素子から、前記光ビームが出射する。図6において最も良く見られることができるように、ライトガイド260からの偏光されていない光ビームは、偏光ビームスプリッタ266aに入射する。前記光ビームの第1(例えば、水平)偏光を有する部分は、偏光ビームスプリッタ266aを通過する一方で、第2(例えば、垂直)偏光を有する前記光ビームの残部は、移相子266bに反射される。前記第2(例えば、垂直)偏光を有する光は、移相子266bによって位相が90度回転され、これによって、前記第2偏光を有する光の偏光は、偏光ビームスプリッタ266aを通過する前記第1(例えば、水平)偏光を有する前記光の経路と、隣接、かつ、平行である経路に沿って反射される前に、前記第1(例えば、水平)偏光に変化される。
【0027】
有利には、上述の偏光過程の結果として、偏光素子266から出射する線形偏光された前記光ビームのアスペクト比は、前記光ビームのエテンデュの対応する増加を伴わずに、かつ、非常にわずかな光損失又は効率の低下を伴って、偏光素子266に入射した偏光されていない前記光ビームのアスペクト比に対して2倍にされている。即ち、偏光素子266を通過する前記光ビームは、ランプ212によって元々生成された前記光のアスペクト比の4倍であるアスペクト比を有する。
【0028】
従って、例えば、典型的なUHPアークランプからの光ビームのアスペクト比が2.5:1である場合、ライトガイド260の前記第1端部に入射するライトストライプのアスペクト比は5:1であり、ライトガイド260の前記第2端部における偏光素子266から出射する前記ライトストライプのアスペクト比は、10:1である。
【0029】
従って、前記ランプからのアークの独立な像を各々作成する2つの独立なリフレクタを設け、前記2つの独立な像の光を結合することによって、前記光ビームのエテンデュが保持されることができると同時に、多数の小さい開口数(NA)のレンズ、又は少数の高いNAのレンズの使用と関連したコスト及び複雑性を伴わずに、ビームのアスペクト比を調整することができる。
【0030】
図1ないし6に示されている実施例に関して詳細に説明された原理は、以下のように拡張することもできる。先ず、二重リフレクタによって生成された前記像は、図1ないし6に示されている折りたたみミラー240、250及び対応するプリズム262、264を介する以外の様々な仕方で、収集及び結合されても良い。例えば、前記2つの独立なリフレクタの像点に位置決めされている2つの入射面を有する「Y字状」ライトガイドが使用されることができ、結合された前記光ビームは、該Y字状ライトガイドの単一の共通出射面から出射する。この場合、ミラーもプリズムも必要ではない。
【0031】
更に、前記二重の独立なリフレクタは、部分楕円形以外の形状をとっていても良い。例えば、放物面又は球面リフレクタが使用されることができる。
【0032】
図7は、図1ないし6の部分楕円形リフレクタ220及び230の代わりに、2つの独立な放物面リフレクタ720、730を使用している光源700の代替的な配置を示している。光源700は、独立な放物面リフレクタ720及び730によって2組の平行な光線として反射されたランプ710からの光の対応する独立な像を生成する拡大レンズ725及び735も含んでいる。説明されている前記実施例において、拡大レンズ725及び735の各々は、拡大係数「4」を有している。同様に、ライトガイド760は、該ライトガイド760が前記2つの独立な光像を受け取るように配されている。光源700の残りの構造及び動作は、上述の光源200の構造及び動作と類似しているので、簡潔さのために、ここでは省いてある。
【0033】
前記ランプリフレクタも、前記光源から省かれても良い。この場合、前記ランプからのいくらかの光は損失されるが、前記のような配置は、前記ランプリフレクタが著しい量の発熱をしている光を当該ランプに反射し戻し得る図1ないし6に示されている場合と比較して、ランプの寿命及び信頼度を向上させることができる。
【0034】
最後に、当該原理は、異なるアスペクト比を有する、エテンデュ保持光ビームを生成するのに拡張されることができる。例えば、前記光像を「長手方向」に結合する代わりに、前記光像が隣接して受信され、より「正方形」状の光ビームを生成すると同時に、元のビームのエテンデュも保持することができるように、前記ライトガイドを構成することもできる。付加的には、又は代替的には、前記ライトガイドの前記第2(出射)端部における前記偏光素子は、前記偏光ビームスプリッタと、前記偏光された光ビームのアスペクト比が、前記偏光素子に入射する偏光されていない光ビームに対して、2倍ではなく半分に削減されるように向けられた移相子とによって構成されることもできる。
【0035】
好適実施例が本明細書に記載されているが、本発明の考え方及び範囲内に残っている多くの変更が可能である。前記変更は、通常の当業者の者にとって、本明細書、添付図面及び添付請求項を閲覧した後、明らかになるであろう。従って、本発明は、添付請求項の精神及び範囲内を除いて、制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】スクロールカラーシステムにおける電気光学光変調器パネルの照明の模式図を示している。
【図2】スクロールカラー照明システムのための光源の実施例の模式的な断面図を示している。
【図3】図2のスクロールカラー照明システムのための前記光源の模式的な正面図を示している。
【図4】スクロールカラー照明システムのための光源の実施例の側面図を示している。
【図5】図4のスクロールカラー照明システムのための光源の実施例の正面図を示している。
【図6】図4のスクロールカラー照明システムのための光源の実施例の斜視図を示している。
【図7】スクロールカラー照明システムのための光源の他の実施例の模式的な断面図を示している。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
光源であって、
― 光を生成するランプと、
― 前記ランプからの前記光の一部を受け取り、受け取られた該光を対応する第1及び第2方向に指向するように各々位置決めされている第1及び第2部分楕円形リフレクタであって、前記ランプによって生成された前記光の独立な像を各々生成する第1及び第2部分楕円形リフレクタと、
― 前記部分楕円形リフレクタの1つからの前記光を受け取り、反射するように各々位置決めされている、第1及び第2ミラーと、
― 自身の第1端部に配されている2つのプリズムを有するライトガイドであって、各プリズムは、前記部分楕円形リフレクタによって生成された前記独立な像の対応するものを前記ライトガイド内に入力するライトガイドであって、自身の第2端部において光ビームを供給するライトガイドと、
を有する光源。
【請求項2】
前記ライトガイドの前記第2端部に配されている偏光素子であって、前記ライトガイドの前記第2端部において前記光ビームを受け取り、該光ビームを偏光された光ビームに変換する偏光素子を更に有し、前記偏光された光ビームのアスペクト比は、前記偏光素子によって受け取られた前記光ビームのアスペクト比の2倍である、請求項1に記載の光源。
【請求項3】
前記偏光素子は、偏光ビームスプリッタ及び移相子を含んでいる、請求項2に記載の光源。
【請求項4】
1対の前記部分楕円形リフレクタは、自身の共通縁部に沿って一緒に結合されている、請求項1に記載の光源。
【請求項5】
光源であって、
― 第1及び第2焦点を各々有する第1及び第2部分楕円形リフレクタであって、該第1及び第2部分楕円形リフレクタの前記第1焦点が概ね一致するように配されている、第1及び第2部分楕円形リフレクタと、
― 前記第1及び第2部分楕円形リフレクタの前記第1焦点に概ね位置決めされているランプと、
― 前記ランプがオンにされた場合、前記ランプによって生成された光の2つの独立な像を前記部分楕円形リフレクタを介して受け取る場所に配されているライトガイドと、
を有する光源。
【請求項6】
前記第1及び第2部分楕円形リフレクタの対応するものと、該第1及び第2部分楕円形リフレクタそれぞれの第2焦点との間の光路内に配されている、第1及び第2ミラーを更に有する、請求項5に記載の光源。
【請求項7】
前記ライトガイドの端部に配されている第1及び第2プリズムを更に含んでいる、請求項5に記載の光源。
【請求項8】
前記ランプがオンにされた場合、前記ランプによって生成された前記光の一部を、前記第1及び第2部分楕円形リフレクタに向かって反射するように配されているランプリフレクタを更に有する、請求項5に記載の光源。
【請求項9】
前記ライトガイドの前記第2端部に配されている偏光素子を更に含む、請求項5に記載の光源。
【請求項10】
前記偏光素子が、偏光ビームスプリッタ及び移相子を更に含む、請求項9に記載の光源。
【請求項11】
前記偏光素子は、前記ライトガイドの前記第2端部において供給される前記光のアスペクト比を2倍にする、請求項9に記載の光源。
【請求項12】
前記第1及び第2部分楕円形リフレクタは、共通縁部を共有している、請求項5に記載の光源。
【請求項13】
光源であって、
― 光を生成するランプと、
― 前記ランプからの前記光の一部を各々受け取る第1及び第2の独立なリフレクタと、
― 前記第1及び第2の独立なリフレクタによって受け取られた前記光の一部によって作られる前記光源の2つの独立な像を受け取るライトガイドと、
を有する光源。
【請求項14】
前記第1及び第2の独立なリフレクタは、部分楕円形の形状を各々有している、請求項13に記載の光源。
【請求項15】
前記第1及び第2の独立なリフレクタは、放物面の形状を各々有している、請求項13に記載の光源。
【請求項16】
放物面状の前記リフレクタの対応するものからの反射された光を各々受け取り、反射された前記光から前記像の一方を作る、1対のレンズを更に有する、請求項15に記載の光源。
【請求項17】
前記レンズの対応するものと該レンズの像との間の光路内に各々配されている1対のミラーを更に有し、前記ミラーの各々は前記ライトガイドに向かって前記レンズからの光を指向する、請求項16に記載の光源。
【請求項18】
前記ライトガイドは、自身の出力部において光ビームを供給し、前記光ビームは前記ランプによって生成される前記光のアスペクト比の2倍であるアスペクト比を有する、請求項13に記載の光源。
【請求項19】
前記独立なリフレクタの対応するものから反射された光を各々受け取り、反射された前記光を前記ライトガイドに向かって指向する、1対のミラーを更に有する、請求項13に記載の光源。
【請求項20】
前記ライトガイドの第2端部に配されている偏光素子であって、前記ライトガイドの前記第2端部において前記光ビームを受け取り、該光ビームを線形偏光された光ビームに変換する偏光素子を更に有し、前記線形偏光された光ビームのアスペクト比は、前記偏光素子によって受け取られた前記光ビームのアスペクト比の2倍である、請求項13に記載の光源。

【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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【公表番号】特表2007−505476(P2007−505476A)
【公表日】平成19年3月8日(2007.3.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−530695(P2006−530695)
【出願日】平成16年5月17日(2004.5.17)
【国際出願番号】PCT/IB2004/001731
【国際公開番号】WO2004/106996
【国際公開日】平成16年12月9日(2004.12.9)
【出願人】(501344315)コニンクリユケ フィリップス エレクトロニクス エヌ.ブイ. (174)
【Fターム(参考)】