JPH10283821A - 照明装置 - Google Patents
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- JPH10283821A JPH10283821A JP10060206A JP6020698A JPH10283821A JP H10283821 A JPH10283821 A JP H10283821A JP 10060206 A JP10060206 A JP 10060206A JP 6020698 A JP6020698 A JP 6020698A JP H10283821 A JPH10283821 A JP H10283821A
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- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
- G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
- G02F1/133526—Lenses, e.g. microlenses or Fresnel lenses
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
- G02B27/0927—Systems for changing the beam intensity distribution, e.g. Gaussian to top-hat
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-
- H—ELECTRICITY
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- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N5/00—Details of television systems
- H04N5/74—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor
-
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-
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 照明される面のフォーマットに対応し、高度
に均一な照明を実現する照明の形を得ることを可能にす
る新たな照明装置を提供する。 【解決手段】 光源と光源から出射された光線を合焦さ
せる反射器とを含む少なくとも一つの面を照明する装置
であって、反射器の焦点面は光源と該面との間にあり、
反射器の焦点面に近接して位置する第二の光源を形成す
る手段を含む。
に均一な照明を実現する照明の形を得ることを可能にす
る新たな照明装置を提供する。 【解決手段】 光源と光源から出射された光線を合焦さ
せる反射器とを含む少なくとも一つの面を照明する装置
であって、反射器の焦点面は光源と該面との間にあり、
反射器の焦点面に近接して位置する第二の光源を形成す
る手段を含む。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は照明装置に関し、よ
り詳細には投影又は表示装置用の照明装置、特に液晶ス
クリーンのような光学的バルブの照明装置に関する。
り詳細には投影又は表示装置用の照明装置、特に液晶ス
クリーンのような光学的バルブの照明装置に関する。
【0002】
【従来の技術】投影装置は本質的には光学的バルブ、よ
り詳細には液晶スクリーンにより形成されるような少な
くとも一つの像を投影することを可能にする照明装置か
らなる。この場合に像は投影光学系によりスクリーン上
に投影される。表示装置の場合には像は液晶スクリーン
上に直接表示される。この種の装置に対して用いられる
知られている照明装置は図1に示されるようにアークラ
ンプ、ハロゲンランプ、ネオンランプ、又はフィラメン
トランプであるランプ1と、光を反射し、光線を液晶ス
クリーン3のような面上に合焦するために好ましくはパ
ラボラ反射器である反射器2とからなる。この種の照明
装置は多くの欠点を有する。これはパラボラ反射器によ
り反射された光線の形がそれが向けられた光学的バルブ
の形と異なるためである。しかしながら光学的バルブは
均一で強力な照明を必要とする。パラボラ反射器では特
に16/9型のバルブでは長方形の形を照明するのに少
なくとも45%の顕著な光の損失がある。更にまた光学
的バルブが液晶スクリーンであるときには光源が偏光さ
れていないので偏光子及び偏光アナライザーを設けなけ
ればならない。これにより60から70%にのぼる付加
的な損失が生ずる。従って、この種の照明装置では、図
2に示されるように低い照明均一性と約30%の光の効
率が得られる。平均照明開口は約±5゜であり、立体角
は最適化されていない。これは光の分布が立体角内で均
一でないことを意味する。
り詳細には液晶スクリーンにより形成されるような少な
くとも一つの像を投影することを可能にする照明装置か
らなる。この場合に像は投影光学系によりスクリーン上
に投影される。表示装置の場合には像は液晶スクリーン
上に直接表示される。この種の装置に対して用いられる
知られている照明装置は図1に示されるようにアークラ
ンプ、ハロゲンランプ、ネオンランプ、又はフィラメン
トランプであるランプ1と、光を反射し、光線を液晶ス
クリーン3のような面上に合焦するために好ましくはパ
ラボラ反射器である反射器2とからなる。この種の照明
装置は多くの欠点を有する。これはパラボラ反射器によ
り反射された光線の形がそれが向けられた光学的バルブ
の形と異なるためである。しかしながら光学的バルブは
均一で強力な照明を必要とする。パラボラ反射器では特
に16/9型のバルブでは長方形の形を照明するのに少
なくとも45%の顕著な光の損失がある。更にまた光学
的バルブが液晶スクリーンであるときには光源が偏光さ
れていないので偏光子及び偏光アナライザーを設けなけ
ればならない。これにより60から70%にのぼる付加
的な損失が生ずる。従って、この種の照明装置では、図
2に示されるように低い照明均一性と約30%の光の効
率が得られる。平均照明開口は約±5゜であり、立体角
は最適化されていない。これは光の分布が立体角内で均
一でないことを意味する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は照明さ
れる面のフォーマットに対応し、高度に均一な照明を実
現する照明の形を得ることを可能にする新たな照明装置
を提供することにより上記の欠点を克服することにあ
る。
れる面のフォーマットに対応し、高度に均一な照明を実
現する照明の形を得ることを可能にする新たな照明装置
を提供することにより上記の欠点を克服することにあ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的は光源と光源か
ら出射された光線を合焦させる反射器とを含み少なくと
も一つの面を照明する装置であって、反射器の焦点面は
光源と該面との間にあり、反射器の焦点面に近接して位
置する第二の光源を形成する手段を含むことを特徴とす
る装置により達成される。
ら出射された光線を合焦させる反射器とを含み少なくと
も一つの面を照明する装置であって、反射器の焦点面は
光源と該面との間にあり、反射器の焦点面に近接して位
置する第二の光源を形成する手段を含むことを特徴とす
る装置により達成される。
【0005】特定の実施例によれば反射器は楕円体の形
を有し、照明を受ける面は液晶スクリーンのような光学
的バルブからなり、光学的バルブは好ましくは入射側で
視野レンズと関連し、これは第二の光源から放射される
ビームをコリメートする。第一の実施例によれば第二の
光源を形成する手段は厚いレンズが選択的に後に続くマ
イクロレンズ配列からなる。
を有し、照明を受ける面は液晶スクリーンのような光学
的バルブからなり、光学的バルブは好ましくは入射側で
視野レンズと関連し、これは第二の光源から放射される
ビームをコリメートする。第一の実施例によれば第二の
光源を形成する手段は厚いレンズが選択的に後に続くマ
イクロレンズ配列からなる。
【0006】第二の実施例によれば第二の光源を形成す
る手段は厚いレンズが選択的に後に続くデフューザから
なる。
る手段は厚いレンズが選択的に後に続くデフューザから
なる。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の他の特徴及び利点は以下
に図を参照した幾つかの実施例の詳細な説明により明ら
かとなる。説明を簡潔にするために図の同一の要素は同
一の符号で表される。図3は第二の光源を形成する手段
の第一の実施例を提供する装置の概略を示す。図3では
符号10はランプを示し、これは実施例に示されるよう
にハロゲン化金属型のランプである。符号11は反射器
を示し、より詳細には光線rを焦点面Pにある焦点に集
める楕円体形反射器である。
に図を参照した幾つかの実施例の詳細な説明により明ら
かとなる。説明を簡潔にするために図の同一の要素は同
一の符号で表される。図3は第二の光源を形成する手段
の第一の実施例を提供する装置の概略を示す。図3では
符号10はランプを示し、これは実施例に示されるよう
にハロゲン化金属型のランプである。符号11は反射器
を示し、より詳細には光線rを焦点面Pにある焦点に集
める楕円体形反射器である。
【0008】本発明によればマイクロレンズ配列12は
この焦点面に近接して配列される。本明細書を通してマ
イクロレンズ配列は規則的又は不規則な配列に配列され
る小さなレンズからなり、マイクロレンズ及びその無数
の開口の形は特に液晶スクリーンのフォーマット、光源
10の特性、照明の均一性である照明される面のフォー
マットのようなパラメータに適合される。マイクロレン
ズの寸法は2mmから50μmの間である。マイクロレ
ンズ配列12は以下にその機能を説明する厚いレンズ1
3と関連する。この組合せは第二の光源として作動し、
この光源により出射された光線は示された実施例で光学
的バルブ、より詳細には液晶スクリーンからなる表面を
照明する。図3の実施例では視野レンズ15は液晶スク
リーン14の前に位置し、この視野レンズの機能はマイ
クロレンズ配列12とレンズ13の組合せから発生する
光を液晶スクリーン14上にコリメートすることであ
る。液晶スクリーンがテレビジョン型の投影システムで
用いられるときにこれは長方形の形を有する。従って、
マイクロレンズ配列は好ましくは長方形マイクロレンズ
からなる。
この焦点面に近接して配列される。本明細書を通してマ
イクロレンズ配列は規則的又は不規則な配列に配列され
る小さなレンズからなり、マイクロレンズ及びその無数
の開口の形は特に液晶スクリーンのフォーマット、光源
10の特性、照明の均一性である照明される面のフォー
マットのようなパラメータに適合される。マイクロレン
ズの寸法は2mmから50μmの間である。マイクロレ
ンズ配列12は以下にその機能を説明する厚いレンズ1
3と関連する。この組合せは第二の光源として作動し、
この光源により出射された光線は示された実施例で光学
的バルブ、より詳細には液晶スクリーンからなる表面を
照明する。図3の実施例では視野レンズ15は液晶スク
リーン14の前に位置し、この視野レンズの機能はマイ
クロレンズ配列12とレンズ13の組合せから発生する
光を液晶スクリーン14上にコリメートすることであ
る。液晶スクリーンがテレビジョン型の投影システムで
用いられるときにこれは長方形の形を有する。従って、
マイクロレンズ配列は好ましくは長方形マイクロレンズ
からなる。
【0009】図3に示されるシステムの動作の原理を以
下にもう少し詳細に説明する。斯くして長方形マイクロ
レンズ配列は反射器11のような楕円体形反射器の焦点
面に近接して置かれ、厚いレンズ13がそれに続き、こ
れは正確なフォーマット及び良い均一性で液晶スクリー
ン14を照明する。これは好ましくはマイクロレンズ配
列の液晶スクリーンよりも若干大きい長方形フォーマッ
トが光整形素子として作用するからである。各マイクロ
レンズの像は液晶スクリーンの大きな領域にわたり増幅
される。各マイクロレンズの寄与は液晶スクリーンのフ
ォーマットに対応するフォーマットで均一に照明するよ
う重ね合わされ、及び/又は並べられる。更にまた光の
損失を回避するために本発明の他の特徴によればマイク
ロレンズ配列のf数(ナンバー)は液晶スクリーン14
の前に設けられ、新たな点光源から入来する光をコリメ
ートする視野レンズ15のf数と同じオーダーになるよ
う選択される。加えてマイクロレンズに投射される照明
の円錐角はまたマイクロレンズ配列のf数内の光損失を
回避するためにアークランプの像を減少しうる限り小さ
くすることと照明円錐角の減少との間の最良の妥協を得
るように調整される。これらの2つの条件は光源の像の
形に依存して、また所望の均一性及び効率に依存して若
干変更される。
下にもう少し詳細に説明する。斯くして長方形マイクロ
レンズ配列は反射器11のような楕円体形反射器の焦点
面に近接して置かれ、厚いレンズ13がそれに続き、こ
れは正確なフォーマット及び良い均一性で液晶スクリー
ン14を照明する。これは好ましくはマイクロレンズ配
列の液晶スクリーンよりも若干大きい長方形フォーマッ
トが光整形素子として作用するからである。各マイクロ
レンズの像は液晶スクリーンの大きな領域にわたり増幅
される。各マイクロレンズの寄与は液晶スクリーンのフ
ォーマットに対応するフォーマットで均一に照明するよ
う重ね合わされ、及び/又は並べられる。更にまた光の
損失を回避するために本発明の他の特徴によればマイク
ロレンズ配列のf数(ナンバー)は液晶スクリーン14
の前に設けられ、新たな点光源から入来する光をコリメ
ートする視野レンズ15のf数と同じオーダーになるよ
う選択される。加えてマイクロレンズに投射される照明
の円錐角はまたマイクロレンズ配列のf数内の光損失を
回避するためにアークランプの像を減少しうる限り小さ
くすることと照明円錐角の減少との間の最良の妥協を得
るように調整される。これらの2つの条件は光源の像の
形に依存して、また所望の均一性及び効率に依存して若
干変更される。
【0010】例として90mm x 50mmの寸法を
有する16/9フォーマットの液晶スクリーンに対して
球の曲率のマイクロレンズ配列が用いられ、マイクロレ
ンズは長方形であり、210x80μmの寸法と、空気
中で約300μmの焦点距離を有する。マイクロレンズ
配列の次には厚いレンズが続き、例えば約10mmの厚
さと50mmの焦点距離を有する。視野レンズは非球面
レンズで約160mmの焦点距離を有する。
有する16/9フォーマットの液晶スクリーンに対して
球の曲率のマイクロレンズ配列が用いられ、マイクロレ
ンズは長方形であり、210x80μmの寸法と、空気
中で約300μmの焦点距離を有する。マイクロレンズ
配列の次には厚いレンズが続き、例えば約10mmの厚
さと50mmの焦点距離を有する。視野レンズは非球面
レンズで約160mmの焦点距離を有する。
【0011】上記システムのシミュレーションは図4に
示される曲線を与える。この図は液晶スクリーンの面の
光分布を示す。約40%の効率が得られる。この場合に
は立体角内の光の分布は最適化され、これは立体角が光
ビームにより完全に満たされ、死角となる領域を有さな
いことを意味する。本発明の第二の実施例によれば第二
の光源を形成する手段を作るためにマイクロレンズ配列
の代わりに図5に示されるようなデフューザ20が用い
られる。このデフューザはホログラフィー型である。こ
の場合にはホログラムは体積ホログラム又は表面ホログ
ラムである。コスト的な理由に対して表面ホログラムを
用いることが好ましい。更にまたデフューザはマイクロ
レンズのランダムな配列又は知られている巨視的な散乱
ローブを有する微細構造により作られうる。この場合に
は散乱ローブはビームの範囲を劣化させないように入射
ビームの開口に近い開口値を有さなければならないが、
デフューザは照明フォーマットを変更しないように線対
称であるローブを有してはならない。好ましくは散乱ロ
ーブは楕円体形であり、散乱角は16/9に非常に似て
いる液晶スクリーンの面の照明フォーマットを得るため
に水平に約±20゜であり、垂直に約±10゜である。
示される曲線を与える。この図は液晶スクリーンの面の
光分布を示す。約40%の効率が得られる。この場合に
は立体角内の光の分布は最適化され、これは立体角が光
ビームにより完全に満たされ、死角となる領域を有さな
いことを意味する。本発明の第二の実施例によれば第二
の光源を形成する手段を作るためにマイクロレンズ配列
の代わりに図5に示されるようなデフューザ20が用い
られる。このデフューザはホログラフィー型である。こ
の場合にはホログラムは体積ホログラム又は表面ホログ
ラムである。コスト的な理由に対して表面ホログラムを
用いることが好ましい。更にまたデフューザはマイクロ
レンズのランダムな配列又は知られている巨視的な散乱
ローブを有する微細構造により作られうる。この場合に
は散乱ローブはビームの範囲を劣化させないように入射
ビームの開口に近い開口値を有さなければならないが、
デフューザは照明フォーマットを変更しないように線対
称であるローブを有してはならない。好ましくは散乱ロ
ーブは楕円体形であり、散乱角は16/9に非常に似て
いる液晶スクリーンの面の照明フォーマットを得るため
に水平に約±20゜であり、垂直に約±10゜である。
【0012】上記の照明装置は多くの利点を有する;特
に数個の要素で形成され、これはフレネル損失が小さい
ことを意味する。加えて得られる均一性が約95%であ
り、この均一性は光源の分布、マイクロレンズの数、マ
イクロレンズのf数に依存する。スクリーン全体にわた
り得られるカラー均一性はまた高い。更にまた照明開口
は光源の像の遮断により制御可能である。
に数個の要素で形成され、これはフレネル損失が小さい
ことを意味する。加えて得られる均一性が約95%であ
り、この均一性は光源の分布、マイクロレンズの数、マ
イクロレンズのf数に依存する。スクリーン全体にわた
り得られるカラー均一性はまた高い。更にまた照明開口
は光源の像の遮断により制御可能である。
【0013】図6の(a),(b)に示されるように本
発明の照明装置は図6の(a)に示されるように単一の
液晶スクリーン(単一のバルブ)を用いた投影システム
で用いられる。この場合には図5で符号20で示された
装置が光線を投影レンズ22に向け、更に投影スクリー
ン23に向ける合焦レンズ21と関連して用いられる。
発明の照明装置は図6の(a)に示されるように単一の
液晶スクリーン(単一のバルブ)を用いた投影システム
で用いられる。この場合には図5で符号20で示された
装置が光線を投影レンズ22に向け、更に投影スクリー
ン23に向ける合焦レンズ21と関連して用いられる。
【0014】本発明の照明装置は図6の(b)に示され
るように幾つかの液晶スクリーン(3つのバルブ)を用
いた投影システムでまた用いられる。この場合には3つ
のスクリーン14a,14b,14cが視野レンズ15
の出射側に当業者に知られている方法で配置された鏡1
6と関連して用いられ、上記実施例のように投影レンズ
22に光線を向ける。
るように幾つかの液晶スクリーン(3つのバルブ)を用
いた投影システムでまた用いられる。この場合には3つ
のスクリーン14a,14b,14cが視野レンズ15
の出射側に当業者に知られている方法で配置された鏡1
6と関連して用いられ、上記実施例のように投影レンズ
22に光線を向ける。
【0015】本発明は請求項の範囲から離れることなく
変更されうる。マイクロレンズ配列又はデフューザのい
ずれかによりなる第二の光源を形成する手段は視野レン
ズなしに用いられ得る。
変更されうる。マイクロレンズ配列又はデフューザのい
ずれかによりなる第二の光源を形成する手段は視野レン
ズなしに用いられ得る。
【図1】従来技術による照明システムの概略図である。
【図2】図1の照明装置の液晶スクリーンの面の光の分
布を計算する光学的レイトレーシングシミュレーション
に関する曲線である。
布を計算する光学的レイトレーシングシミュレーション
に関する曲線である。
【図3】本発明による照明装置の概略を示す断面図であ
る。
る。
【図4】図3の照明装置の液晶スクリーンの面の光の分
布を計算する光学的レイトレーシングシミュレーション
に関する曲線である。
布を計算する光学的レイトレーシングシミュレーション
に関する曲線である。
【図5】第二の光源を形成する第二の手段を示す。
【図6】図3の実施例による照明装置を用いたモノクロ
ーム投影装置(a)、及び三色型投影装置(b)をそれ
ぞれ示す概略図である。
ーム投影装置(a)、及び三色型投影装置(b)をそれ
ぞれ示す概略図である。
10 ランプ 11 反射器 12 マイクロレンズ配列 13 厚いレンズ 15 視野レンズ 14 液晶スクリーン 14a,14b,14c スクリーン 20 デフューザ 21 合焦レンズ 22 投影レンズ 23 投影スクリーン r 光線 P 焦点面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリック マルセラン−ディボン イギリス国,サリー,シーアール5 2エ スイー,コールスドン,コールスドン・ラ イズ 11 (72)発明者 カールドゥ サライェディン フランス国,35410 ヌヴワトゥ,リュ・ デュ・ドゥウェル 12
Claims (13)
- 【請求項1】 光源(10)と光源から出射された光線
を合焦させる反射器(11)とを含み少なくとも一つの
面(14)を照明する装置であって、反射器の焦点面
(P)は光源と該面(14)との間にあり、反射器の焦
点面に近接して位置する第二の光源を形成する手段(1
2)を含むことを特徴とする装置。 - 【請求項2】 反射器(11)は楕円体の形を有するこ
とを特徴とする請求項1記載の装置。 - 【請求項3】 照明を受ける面(14)は液晶スクリー
ンのような光学的バルブからなることを特徴とする請求
項1記載の装置。 - 【請求項4】 光学的バルブは入射側で視野レンズ(1
5)と関連していることを特徴とする請求項3記載の装
置。 - 【請求項5】 第二の光源を形成する手段はマイクロレ
ンズ配列(12)からなることを特徴とする請求項1乃
至4のうちいずれか1項記載の装置。 - 【請求項6】 マイクロレンズ配列の後に厚いレンズ
(13)が続くことを特徴とする請求項5記載の装置。 - 【請求項7】 マイクロレンズ配列は照明される面に適
合されたフォーマットを有することを特徴とする請求項
5記載の装置。 - 【請求項8】 マイクロレンズ配列のf数は視野レンズ
のf数と同じオーダーであることを特徴とする請求項5
乃至7のうちいずれか1項記載の装置。 - 【請求項9】 第二の光源を形成する手段はデフューザ
(20)からなることを特徴とする請求項1乃至4のう
ちいずれか1項記載の装置。 - 【請求項10】 デフューザの後に厚いレンズが続くこ
とを特徴とする請求項9記載の装置。 - 【請求項11】 デフューザは入射ビームの開口値に近
い開口値を有する散乱ローブを有する請求項9記載の装
置。 - 【請求項12】 デフューザは体積ホログラム、表面ホ
ログラム、マイクロレンズのランダムな配列又は知られ
ている巨視的な散乱ローブを有する微細構造から選択さ
れた素子からなる請求項8又は9記載の装置。 - 【請求項13】 単一バルブ又は3バルブ型の投影装置
で用いられることを特徴とする請求項1乃至12のうち
いずれか1項記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
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| FR9702978 | 1997-03-13 | ||
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