JP2001523352A - 投写型ディスプレイ用プリズム光ビーム・ホモジナイザー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光源からの光線を一様化するデバイスに関する。このデバイスは、第１のマルチプリズム面と、第２のマルチプリズム面と、前記第１のマルチプリズム面と前記第２のマルチプリズム面とを接続する反射ハウジングとを含む。前記デバイスは、液晶ディスプレイ投写システムに採用してもよい。このシステムは、前記デバイスに加えて、放物形反射コリメータと、この放物形反射コリメータの中央に配置され、放物形反射コリメータにより反射された光線を放射するランプと、前記第１のマルチプリズム面と前記反射ハウジングと前記第２のマルチプリズム面とを通過した光線を受けるように配置された液晶ディスプレイとを含む。

Description

【発明の詳細な説明】 投写型ディスプレイ用プリズム光ビーム・ホモジナイザー 発明の背景技術 本発明は、一般に投写型ディスプレイに関し、より詳しくは、電子弁タイプの 投写型ディスプレイ用のコンパクトなプリズム光ビーム・ホモジナイザーに関す る。 一様で平行な光を生成する高輝度光源の投写型ディスプレイシステムにおける 重要性は、益々増大している。メタルハライドランプなどの高輝度アーク光源か らの光を集める最もありふれた効率的な方法の一つとしては、前記ランプを軸方 向に取り付けた放物形又は楕円形反射器を採用している。このタイプ及びその他 タイプの反射集光器の場合、主な３つの要因により、光弁及び投射された像にお ける明るさが一様でなくなる。１つの要因は、反射器の周囲部では投射された明 るさが減少することである。別の要因は、反射器の中心部近傍におけるランプの 電極、容器及び電線の陰影効果である。３番目の要因は、反射器の頂点孔であり 、この孔を通してランプが通常取り付けられる。 特に投写型ディスプレイの応用における光源及び反射集光器からの光の一様性 を高める技術が幾つか採用されている。技術の一つとしては、光源と光弁との間 に配置された一対の分離式マルチレンズの配列を使用している。この技術は、Sc heringの米国特許第２の，１８３，２４９号、及びRantschの米国特許第２の， １８６，１２３号と第２の，３２６，９７０号に最初記載されていた。より最近 では、前記技術の変更例が、例えば、Lehureauの欧州特許出願第５１２８９３号 、Matsumotoの米国特許第４，７６９，７５０号、Nakayamaの欧州特許出願第６ ４６８２８号、及びMasumotoの米国特許第５，４１８，５８３号に記載されてい る。 別の技術としては、出口で一様化された光ビームを形成するのに非画像の光フ ァイバーや光導波管を使用している。この技術は、SPIE会報の１９７９年版第１ の７６巻の第１の６１〜１６７頁の「逓減光導波管式集光装置：設計アプロー チ」においてMarshallにより記載された。前記技術の非画像反射器は、Duwaerの 米国特許第５，１４６，２５８号、Casioの日本特許第３８０２２１号、Shibata niの米国特許第５，４５９，５９２号、Fujitsuの日本特許第７３０１８００号 、及びDolgoffの欧州特許出願第６７６９０２号に更に記載されている。 別の関連方法としては、光源を完全密閉した空洞内の多重散乱を使用している 。その光は出口から出てくる。前記方法は、ＷＯ第９１／１８３１５号公報に記 載された。 反射型の放物形集光器からより一様な光ビームを生成する更に別の方法では、 中心の傾斜が大きい非球面集光レンズを光源と光弁との間に配置している。前記 方法は、Mitsutakeの欧州特許出願第５４５０５２号に記載された。補償レンズ やビーム偏向プリズムのその他タイプは、Shibataniの米国特許第５，４５９， ５９２号、Ricohの日本特許第７３２１００３号、及びNECの日本特許第８２０１ ７５９号に記載されている。 前述の技術にも拘わらず、従来技術には種々の欠点がある。例えば、屈折ビー ム・ホモジナイザーでは、色分散が更に投写型光学機器で生じることがある。そ の上、反射型光ファイバー・ビーム・ホモジナイザーや光積分器は、伝送効率が 余り良くなく、通常余りコンパクトでもない。同様に、光源と光弁との間に配置 されたビーム偏向プリズムでは、光弁において光の入射角が急激に変化して、そ の結果、前記光を投写レンズに集束させる際に問題が生じることがある。 よって、投写型ディスプレイの適用において、例えば光弁やＬＣＤ光源を有す るプリズム光ビーム・ホモジナイザーが必要となり、そのホモジナイザーは多く の上記欠点を克服できるように設計する必要がある。 発明の開示 このため、本発明の実施形態では、コンパクトで高伝送の非分散型ビーム・ホ モジナイザーを提供して光源からのコリメーション角を保つことにより上記欠点 の克服に傾注している。本発明の実施形態は、光源からの光線を一様化するデバ イスである。このデバイスは、第１のマルチプリズム面と、第２のマルチプリズ ム面と、前記第１のマルチプリズム面と前記第２のマルチプリズム面とを接続す る反射ハウジングとを備える。 本発明の別の実施形態は、光源からの光線を一様化するデバイスである。この デバイスは、入力マルチプリズム面と、共通マルチプリズム面と、出力マルチプ リズム面と、前記入力マルチプリズム面と前記共通マルチプリズム面と前記出力 マルチプリズム面とを接続する反射ハウジングとを備える。 本発明のさらに別の実施形態は、光源からの光線を一様化するデバイスである 。このデバイスは、同心状プリズム屈折溝を有する第１の平面と同心状プリズム 屈折溝を有する第２の平面とを備えた柱体を備える。 本発明の別の実施形態は、液晶ディスプレイ投写システムである。このシステ ムは、放物形反射コリメータと、この放物形反射コリメータの中央に配置され、 放物形反射コリメータにより反射された光線を放射するランプと、前記放物形反 射屈折コリメータにより反射される光線の軌道内に配設された第１のマルチプリ ズム面と、第２のマルチプリズム面と、前記第１のマルチプリズム面と前記第２ のマルチプリズム屈折面とを接続する反射ハウジングと、前記第１のマルチプリ ズム屈折面と前記反射ハウジングと前記第２のマルチプリズム屈折面とを通過し た光線を受けるように配置された液晶ディスプレイとを含む。 図面の簡単な説明 図１は、従来のランプ及び放物形反射器の取付状態の断面図である。 図２は、従来の光弁投写システムの簡易側面説明図である。 図３は、ランプ取付の中心孔を有する放物形集光器から反射された光線を表す 図である。 図４は、ランプ取付の中心孔を有する放物形集光器を用いて、光弁で生じた光 の分布状態を表す図である。 図５は、本発明の実施形態によるプリズム光ビーム・ホモジナイザー・セルの 斜視図である。 図６は、本発明の実施形態による図５の線Ａ−Ａ'で前記ホモジナイザー・セ ルの直径に沿って切断したプリズム光ビーム・ホモジナイザー・セルの断面図で ある。 図７は、本発明の実施形態による図５のプリズム光ビーム・ホモジナイザー・ セルのプリズム要素の拡大断面図であって、前記要素の一面上の数本の円形微小 プリズム溝と前記要素の平坦な他面とを詳細に示す。 図８は、本発明の実施形態による単一セル型プリズム光ビーム・ホモジナイザ ーを用いて、ランプ取付の中心孔を有する放物形集光器から反射された光線を表 す図である。 図９は、本発明の実施形態による単一セル型プリズム光ビーム・ホモジナイザ ーを備え、ランプ取付の中心孔を有する放物形集光器を用いて、光弁で生じた光 の分布状態を表す図である。 図１０は、本発明の実施形態による二重セル型プリズム光ビーム・ホモジナイ ザーの断面図である。 図１１は、本発明の実施形態による二重セル型プリズム光ビーム・ホモジナイ ザーを用いて、ランプ取付の中心孔を有する放物形集光器から反射された光線を 表す図である。 図１２は、本発明の実施形態による二重セル型プリズム光ビーム・ホモジナイ ザーを備え、ランプ取付の中心孔を有する放物形集光器を用いて、光弁で生じた 光の分布状態を表す図である。 図１３は、中実屈折材料で形成された、本発明の実施形態による別のプリズム 光ビーム・ホモジナイザー・セルである。 図１４は、微小プリズム溝を外向きに設けた２つの屈折要素で形成された、本 発明の実施形態による更に別のプリズム光ビーム・ホモジナイザー・セルである。 発明の説明 図１について説明する。従来のランプ及び放物形反射器ユニット１０は、放物 形反射コリメータ１６の頂点中心孔１４に取り付けられたメタルハライド型ラン プなどのアーク放電ランプ１２を含む。このユニット１０は、効率的な集光シス テムであり、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）型投写器などの電子投写型ディスプレ イに従来使用されている典型的なシステムである。前記ユニット１０の場合、ラ ンプ容器１８と前記ランプ１２の電線２０を有する前面電極とによって中心部が 暗くなるため、平行な反射ビームの中心に暗点が生じる。前記放物形反射コリメ ータ１６のランプ１２取付用の頂点中心孔１４もまた、前記反射ビームの中心に 暗点が生じる一因となる。さらに、反射光の強さは普通、放物形反射コリメータ １６の周囲部に向かって減少する。これらの影響により、反射ビームが余り一様 でなくなる。 図２について説明する。従来の投写システム３０は、図１の従来のランプ及び 放物形反射器ユニット１０を含む。従来の前記投写システム３０は、光軸３２上 に中心を合わせてある。前記放物形反射コリメータ１６の頂点中心孔１４に軸方 向に取り付けられたアーク放電ランプ１２からの光は、放物形反射コリメータ１ ６により平行にされる。符号３４で示した平行光は、液晶ディスプレイなどの通 過型調節光弁３６を通過し、視野レンズ３８により投写レンズ４０に収束される 。この投写レンズ４０は、投写スクリーン４２上に前記ＬＣＤの拡大像を形成す る。 図２及び図３の双方について説明する。放物形反射コリメータ１６からの光線 ３４が、この光線が前記光弁３６を照らすような形態で簡略化して示してある。 頂点中心孔１４及びランプ１２により光弁３６で直径Ｄの暗点４４が生じる過程 が図３から理解できよう。 図４について説明する。光弁３６における典型的な光度分布状態又は照明パタ ーン４６では、このパターン４６の中心部に暗点４４が示してある。前記暗点４ ４の周縁では光度が最大になり、その光度は前記パターン４６の周囲部に向かっ て減少する。放物形反射コリメータ３４の中央に配置された頂点中心孔１４及び ランプ１２と光源が中央に配置された放物形反射コリメータ３４の特定の反射特 性とから、前記パターン４６が生じる。 図５について説明する。プリズム光ビーム・ホモジナイザー・セル５０は、管 ５２を含む。この管５２は、剛性の中空円筒形であり、２つの平坦な円形端面を 有する。第１の端面には、入力プリズム要素５４が固定されている。第２の端面 には、同一で対向状態の出力プリズム要素５６が固定されている。これらの各入 力プリズム要素５４及び出力プリズム要素５６は、前記要素５４及び５６の一方 の平面上に各々複数本の隣接する同心円形微小プリズム溝を有する。各要素54及 び５６の他方の平面は通常、平坦で滑らかであり、大きな傷や偏りがない。前 記管５２の半径はＲで、長さはＳである。各要素５４及び５６の半径もＲである 。前記管５２の内面５８では、光が反射する。 図６について説明する。前記入力プリズム要素５４は、平滑面５４ａ及び微小 プリズム溝付き面５４ｂを有する。この微小プリズム溝付き面５４ｂには、複数 本の同心円形微小プリズム溝６２が刻設されている。これら微小プリズム溝６２ の各々の頂角は、α＝６０°である。同様に、前記出力プリズム要素５６も、平 滑面５６ａ及び微小プリズム溝付き面５６ｂを有する。この微小プリズム溝付き 面５６ｂにも、前記同心円形微小プリズム溝６２が刻設されている。一般的に、 Ｓ＝Ｒ ｔａｎ ｄであり、Ｒは前記管５２の各々の入力及び出力プリズム要素５ ４及び５６の半径、ｄは光線が入力プリズム要素５４から出力プリズム要素５６ を通過する際の光線の偏向角である。例えば、α＝６０°の場合、ｄ＝６０°、 Ｒ＝２５ｍｍ、及びＳ＝１４．４ｍｍである。 稼動中、前記プリズム光ビーム・ホモジナイザー・セル５０は、光軸６０上に 中心を合わせてある。この光軸６０は、まず入力プリズム要素５４と接触し、次 に管５２を通過して、最後に出力プリズム要素５６からの光の方向を示す。光軸 ６０の方向に平行な入射光であって、例えば図２に示す従来の投写システム３０ の従来型ランプ及び放物形反射器ユニット１０からの平行光の如く光度が半径方 向に一様でない入射光は、入力プリズム要素５４を通ってプリズム光ビーム・ホ モジナイザー・セル５０に入り、光度の分布状態が半径方向により一様になって 出力プリズム要素５６から出ていく。 図６及び図７の双方について説明する。前記入力プリズム要素５４及び出力プ リズム要素５６の同心円形微小プリズム溝６２は各々、図７に拡大して詳しく示 すように、等辺三角形プリズム６２ａを形成している。前記入力プリズム要素５ ４及び出力プリズム要素５６の微小プリズム溝付き面５４ｂ及び５６ｂは各々、 管５２内で互いに内方へ向かい合っており、管５２の長さの距離Ｓだけ離れてい る。光度が半径方向に一様でない平行光の光線３４は、前記セル５０に入る。各 光線３４は、入力プリズム要素５４内の内面全反射（ＴＩＲ）により、図６及び 図７に示すように、略上方又は略下方の何れかに偏向角ｄ＝６０°で偏向する。 光線３４の一部は、出力プリズム要素５６の方へ直接通過する一方、他の光線３ ４は、出力プリズム要素５６の方へ通過する前に管５２の反射内面５８により反 射される。 前記出力プリズム要素５６からの各光線６４は、光軸６０に平行な元の入力方 向を保つ。前記プリズム要素５４と５６との間隔Ｓは、入力プリズム要素５４の 中心近傍に入る全光線３４を出力プリズム要素５６の端縁の方へ向け、入力プリ ズム要素５４の端縁近傍に入る全光線３４を出力プリズム要素５６の中心の方へ 向けるように選択される。よって、入力プリズム要素５４に入った平行光の照射 分布状態は、その光が出力プリズム要素５６から出ると、半径方向に逆転される 。 完全な平行光に対する全光線の偏向が、前記プリズム要素５４内の内面全反射 又は管５２の反射内面５８からの第１の面の鏡面反射の何れかにより行われるの で、プリズム光ビーム・ホモジナイザー・セル５０で色分散が生じることはない 。よって、光線の偏向は、プリズム要素５４及び５６の屈折率とは無関係である 。入力光の完全な平行線から僅かにずれた場合でさえ、前記溝付き面５４ｂ及び ５６ｂの微小プリズム溝６２を各々形成する偏向角６０°の等辺ＴＩＲの微小プ リズムが非分散プリズムとして作用するので、プリズム要素５４及び５６の何れ かの表面で屈折され、溝付き面５４ｂ及び５６ｂで内面反射された光線に対して 色分散は生じない。 図７及び図８の双方について説明する。前記プリズム光ビーム・ホモジナイザ ー・セル５０は、光弁３６を照らす光線３４をより一様に分散させる。図８は、 光弁３６の平面に生じた光度分散パターン６４を示す。図４と比較すると、前記 パターン６４の中心部に暗点４４がなく、光度がパターン６４全面で略一様であ ることに留意すべきである。プリズム光ビーム・ホモジナイザー・セル５０が、 入力プリズム要素５４に入った平行光の照射分布をその光が出力プリズム要素５ ６からのときに半径方向に逆転させるため、前記パターン６４が生じる。 前記プリズム光ビーム・ホモジナイザー・セル５０を用いたＬＣＤ投写システ ムの実施例を以下に説明する。 ＬＣＤ投写システムは、次の具体的な構成要素を用いて構成することができる 。２５０Ｗのメタルハライド型アーク放電ランプ（Ｕｓｈｉｏ ＵＭＩ−２５０ −ＤＣ）が、焦点距離＝５．１ｍｍ及び出力アパーチュア＝７２ｍｍを有する電 気 鋳造された放物形反射器（Ｏｐｔｉ−Ｆｏｒｍｓ ＰＯＦ５−４−ＡＦ）に軸方 向に取り付けられている。熱反射性二色被膜を有する７５ｍｍ×７５ｍｍ片の低 膨張硼珪酸ガラスが、前記放物形反射器の出力アパーチュアと前記ビーム・ホモ ジナイザー・セルとの間に挿入されている。このビーム・ホモジナイザー・セル は、４９ｍｍの直径と２ｍｍの厚さを各々有するアクリルプラスチック製微小プ リズム要素を備えた単一セル型ビーム・ホモジナイザーである。前記要素の等辺 三角形微小プリズムの各面の長さは、０．２５ｍｍである。前記ビーム・ホモジ ナイザー・セルの銀被膜ガラス製反射筒体の直径は４９ｍｍ、長さは１４ｍｍで ある。対角長が１.３インチのＶＧＡ互換性ＬＣＤモジュール（Ｓｅｉｋｏ Ｅ ｐｓｏｎ ♯Ｐ１３ＶＭ１１５／１２５）は、ビーム・ホモジナイザー・セルか ら出た平行光によって照らされる。平凸視野レンズは、前記ＬＣＤモジュールか ら出た平行光の焦点を、焦点距離が７５ｍｍでｆ／２．５のコーティング・アナ スチグマート投写レンズ（ＪＭＬ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）に 合わせる。 図１０について説明する。二重セル型ビーム・ホモジナイザー７０は、第１の セル７２及び第２のセル７４を含み、各々が図５及び図６の前記プリズム光ビー ム・ホモジナイザー・セル５０と略同タイプである。しかし、この二重セル型ビ ーム・ホモジナイザー７０は、前記第１のセル７２と第２のセル７４との間に共 通プリズム要素７６を含んでもよい。この共通プリズム要素７６は、要素７６の 各面上に微小プリズム溝６２を有する。前記第１のセル７２は、２つの端面を有 する管７８を含む。この管７８の一方の端面には、平滑面８２ａ及び微小プリズ ム溝付き面８２ｂを有する入力プリズム要素８２が固定されている。前記管７８ の他方の端面には、前記共通プリズム要素７６が固定されている。管７８の半径 はＲ₁、長さはＳ₁である。前記第２のセル７４も、２つの端面を有する管８４を 含む。この管８４の一方の端面には共通プリズム要素７６が固定されており、他 方の端面には出力プリズム要素８６が固定されている。この出力プリズム要素８ ６は、平滑面８６ａ及び微小プリズム溝付き面８６ｂを有する。前記管７８の半 径はＲ₂、長さはＳ₂である。 図１０及び図１１の双方について説明する。稼動中、前記二重セル型ビーム・ ホモジナイザー７０は、中心部の暗さや光線３４を出す光源における放物形反射 器の頂点孔の影響を除去する。二重セル型ビーム・ホモジナイザー７０は、光軸 ９０上に中心を合わせてある。共通プリズム要素７６と第２のセル７４の出力プ リズム要素８６との間隔Ｓ₂及び管８４の反射筒体の半径Ｒ₂は、直径Ｄの放物形 反射器の頂点中心孔１４（図１及び図２に示す）の周囲部近傍の平行光線３４が 第２のセル７４を出て光線８８が光軸９０に接近するように調節される。よって 、中心部における直径Ｄの暗さや放物形反射器の頂点孔からの光の消失から生じ る暗点４４が除去される。また、第１のセル７２の周囲部近傍に入った平行光線 ３４は、第２のセル７４の周囲部近傍の平行光線８８として出る。こうして出た ビームの光線８８の半径Ｒ₂は、入力ビーム光線３４の半径Ｒ₁よりも小さい。こ こで、Ｒ₂》Ｒ₁−Ｄ、Ｓ₁＝Ｒ₁ ｔａｎ ６０°、及びＳ₂＝Ｒ₂ ｔａｎ ６０°で ある。 二重セル型ビーム・ホモジナイザー７０を用いて頂点中心孔１４を有する放物 形反射コリメータ１６から出た光の経路が、図１１に概念的に示してある。出力 ビームの光線８８の光度分布又は照明パターン９２は、図１２に示すように光弁 ３６を照らす。 大きいサイズの光源により生じるコリメーションの角度偏向状態は、プリズム 光ビーム・ホモジナイザー・セル５０又は二重セル型ビーム・ホモジナイザー７ ０の何れを使用しても各場合で前記ビーム・ホモジナイザーを通過する個々の光 線に対して保持されることに留意すべきである。しかし、単一セル型ホモジナイ ザー５０の場合、出力光線の傾斜が逆になるのに対して、二重セル型ビーム・ホ モジナイザー７０の場合、前記出力傾斜が保持される。 図１３について説明する。別のプリズム光ビーム・ホモジナイザー・セル１０ ０の実施形態は、ガラスやプラスチックなどの透明光学材料から成る柱体１０２ である。この柱体１０２は、同一の連続した同心円形微小プリズム溝６２を各平 面端に有する。前述の実施形態で説明したように、前記微小プリズム溝６２は、 底角ａの二等辺三角形を連続させて構成してある。平行な入射光線３４は、微小 プリズム溝６２のプリズム面で屈折され、偏向角ｄで前記柱体１０２の内部にお いて偏向される。隣接するプリズム面により屈折された内部光線１０４同士の妨 害を最小にするために、次のような関係式を満たす必要がある。 ｄ＝ｐ／２−ａ さらに、出力光線１０６を入射光線３４と同一方向に屈折させて平行度を維持す る場合、微小プリズム溝６２の各面において次のような関係式を満たす必要があ る。 ａ＝ａｒｃｔａｎ（ｎ ｓｉｎ（ｄ）／（ｎ ｃｏｓ（ｄ）−１）） ここで、ｎは柱体１０２を形成する光学材料の屈折率である。柱体１０２の端縁 から反射された内部屈折光線１０４は通常、入射角ｑ＝ａを有することになり、 この入射角は、前記光線１０４が内面全反射するように周囲空気境界面に対する 臨界角ｑ_c＝ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）を超える。よって、前記プリズム光ビーム ・ホモジナイザー・セル１００の柱体１０２の表面に反射膜を追加して付着する 必要はない。 柱体半径Ｒの別のプリズム光ビーム・ホモジナイザー・セル１００の長さＳを 調節することにより、光軸１１０近傍の入射光線３４は、柱体１０２の端縁部又 は周囲部近傍の光線１０６として前記ビーム・ホモジナイザー・セル１００を出 る。同様に、前記ビーム・ホモジナイザー・セル１００の周囲部近傍の入射光線 ３４は、光軸１１０近傍の光線１０６として出る。一般に、Ｓ＝Ｒ／ｔａｎ（ｄ ）である。例えば、前記ビーム・ホモジナイザーの材料が屈折率ｎ＝１．４９２ のアクリルプラスチックである場合、ａ＝６３．４°、ｄ＝２６．６°、及びＲ ＝２５ｍｍに対してＳ＝４９．９ｍｍである。前記ビーム・ホモジナイザーの材 料が屈折率ｎ＝１．５２３の光学クラウンガラスである場合、ａ＝６２．９°、 ｄ＝２７．１°、及びＲ＝２５ｍｍに対してＳ＝４８．８ｍｍである。前記微小 プリズム溝６２の屈折プリズムによりその入口面で色分散が生じるけれども、光 線の偏向が生じないので、出口面での対向する屈折によりその色分散は相殺され る。よって、別のプリズム光ビーム・ホモジナイザー・セル１００は色分散を示 さない。 図１４について説明する。さらに別のプリズム光ビーム・ホモジナイザー・セ ル１２０の実施形態は、入力屈折プリズム要素１２２及び出力屈折プリズム要素 １２４を含む。これら要素１２２及び１２４は、筒体１２６に囲まれた空隙１２ ５により分離されている。反射膜が前記筒体１２６の内面１２６ａに張ってある 。微小プリズム溝６２は、前記要素１２２及び１２４の外面上に刻設されている 。平面１２８は、前記微小プリズム溝６２の二等辺三角形の底面を成している。 平行な入射光線３４は、微小プリズム溝６２の表面で屈折され、さらに前記平面 １２８で屈折される。前記微小プリズム溝６２の二等辺三角形は、底角ａを有す る。平行な入射光線３４は、前記溝６２のプリズム面で屈折され、偏向角ｂで入 力屈折プリズム要素１２２の内部において偏向される。隣接するプリズム面によ り屈折された内部光線１０４同士の妨害を最小にするために、次のような関係式 を満たす必要がある。 ｂ＝ｐ／２−ａ 前記空隙１２５内の偏向角ｂは、さらに平面１２８での屈折により決定され、次 の式で得られる。 ｄ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ ｓｉｎ(ｂ)） さらに、出力光線１３０を入射光線３４と同一方向に屈折させて、即ち平行度を 維持する場合、各要素１２２及び１２４に関して次のような関係式を満たす必要 がある。 ａ＝ａｒｃｔａｎ（ｎ ｓｉｎ（ｂ）／（ｎ ｃｏｓ（ｂ）−１）） ここで、ｎは前記要素１２２及び１２４を形成する光学材料の屈折率である。 筒体半径Ｒのさらに別のプリズム光ビーム・ホモジナイザー・セル１２０の長 さＳを調節することにより、光軸１３２近傍の入射光線３４は、前記出力プリズ ム要素１２４の周囲部近傍の平行光線１３０として前記ビーム・ホモジナイザー ・セル１２０を出る。同様に、前記入力プリズム要素１２２の周囲部近傍の入射 光線３４は、光軸１３２近傍の光線１３０として出力プリズム要素１２４を出る 。一般に、Ｓ＝Ｒ／ｔａｎ（ｄ）である。例えば、前記プリズム要素１２２及び １２４が屈折率ｎ＝１．４９２のアクリルプラスチックである場合、ａ＝６３． ４°、ｄ＝４１．９°、及びＲ＝２５ｍｍに対してＳ＝２７．８ｍｍである。前 記プリズム要素１２２及び１２４が屈折率ｎ＝１．５２３の光学クラウンガラス である場合、ａ＝６２．９°、ｄ＝４３．９°、及びＲ＝２５ｍｍに対してＳ＝ ２６．０ｍｍである。前記入力プリズム要素１２２の微小プリズム溝６２の 屈折プリズムにより色分散が生じるけれども、入力プリズム要素１２４での対向 する屈折によりその色分散は相殺される。よって、さらに別のプリズム光ビーム ・ホモジナイザー・セル１２０は色分散を示さない。 以上、本発明の実施形態を説明してきたが、広範囲な修正、変更及び置換えを 前述の開示内容において考慮することができ、例えば、他の特徴を対応させて用 いることなく、本発明の特徴の一部を採用可能である。よって、特許請求の範囲 を本発明の範囲と矛盾しないように広く解釈することは適切であろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 第１のマルチプリズム面（５４）と、 第２のマルチプリズム面（５６）と、 前記第１のマルチプリズム面と前記第２のマルチプリズム面とを接続する反射 ハウジング（５２）とを備える、光源（１２）からの光線（３４）を一様化する デバイス(５０)。 ２． 前記第１のマルチプリズム面が、平滑面（５４ａ）及びマルチプリズム溝 付き面（５４ｂ）を有する略透明なディスクを含む、請求項１に記載のデバイス 。 ３． 前記マルチプリズム溝付き面が複数本の同心状プリズム溝（６２）を有す る、請求項２に記載のデバイス。 ４． 前記複数本の同心状プリズム溝の断面形状が、それぞれ、６０°の頂角を 有する二等辺三角形（６２ａ）である、請求項３に記載のデバイス。 ５． 前記第２のマルチプリズム面が前記第１のマルチプリズム面と互いに同一 であり、前記第２のマルチプリズム面が、前記第１のマルチプリズム面と平行で 、かつ前記第１のマルチプリズム面の方へ向いている、請求項１乃至４のいずれ か１項に記載のデバイス。 ６． 前記光源からの光線が、前記第１のマルチプリズム面及び前記第２のマル チプリズム面を通過するときに前記反射ハウジング内で半径方向に逆転される、 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のデバイス。 ７． 前記反射ハウジングが、筒形で内面反射タイプであり、前記第１のマルチ プリズム面と前記第２のマルチプリズム面とをＲ ｔａｎ ｄ（前記第１及び第２ のマルチプリズム面の各々の半径がＲ、光線偏向角がｄである）だけ隔てている 、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のデバイス。 ８． 入力マルチプリズム面（８２）と、 共通マルチプリズム面（７６）と、 出力マルチプリズム面（８６）と、 前記入力マルチプリズム面と前記共通マルチプリズム面と前記出力マルチプリ ズム面とを接続する反射ハウジングとを備える、光源からの光線を一様化するデ バイス(７０)。 ９． 前記共通マルチプリズム面が、対向する平行関係で第１のマルチプリズム 溝付き面と第２のマルチプリズム溝付き面とを有する略透明なディスクを含む、 請求項８に記載のデバイス。 １０． 前記入力マルチプリズム面及び前記出力マルチプリズム面の各々が平滑 面とマルチプリズム溝付き面を有し、前記入力マルチプリズム面及び前記出力マ ルチプリズム面の前記平滑面が各々、前記第１のマルチプリズム溝付き面及び前 記第２のマルチプリズム溝付き面と平行で、かつこれらの溝付き面の方へ向いて いる、請求項９に記載のデバイス。 １１． 前記反射ハウジングが、前記入力マルチプリズム面と前記共通マルチプ リズム面とを接続する第１の内面反射筒体（７８）と、前記共通マルチプリズム 面と前記出力マルチプリズム面とを接続する第２の内面反射筒体（８４）とを含 む、請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のデバイス。 １２． 前記マルチプリズム溝付き面が各々、断面形状がそれぞれ６０°の頂角 を有する二等辺三角形である同心状溝を有する、請求項８乃至１１のいずれか１ 項に記載のデバイス。 １３． 前記光源からの光線を、前記入力マルチプリズム面及び前記第２のマル チプリズム面を通過するときに前記反射ハウジング内で半径方向に逆転し、再度 半径方向に逆転して、元の向きと同一でより一様性に優れ暗点のない光線を得る 、請求項８乃至１２のいずれか１項に記載のデバイス。 １４． 前記第１の内面反射筒体が、前記入力マルチプリズム面と前記共通マル チプリズム面とをＲ₁ ｔａｎ ｄ₁だけ隔て、前記入力及び共通マルチプリズム面 の各々の半径がＲ₁、光線偏向角がｄ₁であり、前記第２の内面反射筒体が前記出 力マルチプリズム面と前記共通マルチプリズム面とをＲ₂ ｔａｎ ｄ₂だけ隔て、 前記入力及び共通マルチプリズム面の各々の半径がＲ₂、光線偏向角がｄ₂である 、請求項１１に記載のデバイス。 １５． 同心状プリズム溝（６２）を有する第１の平面端と同心状プリズム溝（ ６２）を有する第２の平面端とを備えた柱体（１０２）を備える、光源からの光 線を一様化するデバイス(１００)。 １６． 前記柱体が略透明なガラス又はプラスチックから成る、請求項１５に記 載のデバイス。 １７． 前記同心状プリズム溝の各々の断面形状が、底角ａ及び光線偏向角ｄを 有する二等辺三角形であり、ｄはｐ／２−ａに等しく、ａはａｒｃｔａｎ（ｎ ｓｉｎ（ｄ）／(ｎ ｃｏｓ （ｄ）−１)）に等しい、請求項１５または１６に 記載のデバイス。 １８． 前記柱体の長さがＲ／ｔａｎ（ｄ）であり、Ｒは柱体の半径である、請 求項１５乃至１７のいずれか１項に記載のデバイス。 １９． 放物形反射コリメータ（１６）と、 この放物形反射コリメータの中央に配置され、放物形反射コリメータにより反 射された光線を放射するランプ（１２）と、 前記放物形反射屈折コリメータにより反射される光線の軌道内に配設された第 １のマルチプリズム屈折面（５４）と、 第２のマルチプリズム面（５６）と、 前記第１のマルチプリズム面と前記第２のマルチプリズム屈折面とを接続する 反射ハウジング（５２）と、 前記第１のマルチプリズム屈折面と前記反射ハウジングと前記第２のマルチプ リズム屈折面とを通過した光線を受けるように配置された液晶ディスプレイ（３ ６）とを備える、液晶ディスプレイ投写システム。 ２０． 前記反射ハウジングが、筒形で内面反射タイプであり、前記第１のマル チプリズム面と前記第２のマルチプリズム面とをＲ ｔａｎ ｄ（前記第１及び第 ２のマルチプリズム面の各々の半径がＲ、光線偏向角がｄである）だけ隔ててい る、請求項１９に記載のシステム。