JP2007286608A - ビームコンバイナ及び投影システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、過度なコーティングが反射面に対して引き起こす影響を回避することができるビームコンバイナを提供する。
【解決手段】本発明は投影システムに用いられるビームコンバイナを提供し、前記ビームコンバイナは多数のプリズムを組み合わせて構成される。各プリズムは反射面及び少なくとも１つの結合面を有し、且つ各プリズム間の前記結合面は互いに接合され、前記ビームコンバイナを形成する。
【選択図】図３

Description

本発明はビームコンバイナに関し、特に投影システムに用いられるビームコンバイナである。

現行の光学投影システムは、投影機或いは投影型テレビのように、単一の光から発する光束を光変調装置に投射し、前記変調装置は光学投影システムにおいて、適当な光経路を通して映像信号をスクリーンに投射する。前記変調装置は、例えば米国テキサスインストルメント社（Texas Instruments Inc.）製のデジタルマイクロミラー装置である(digital micromirror device DMD)。図１は、従来の投影照明システムの概略図であり、光源１２から発する光線はリフレクター（反射体）２４を通過し、集光されて光トンネル１４に入リ、さらに光変調装置１０に入る。光線は光変調装置１０におけるレンズ２８、プリズム２６，２７、及びデジタルマイクロミラー装置２０を通過して、映像信号をスクリーン２２に出力する。

現行の投影機或いは背面投影型テレビには高品質が要求されており、これに合わせて、ますます高い照度が必要となっている。従って、消費電力が高い単一光源を採用するか、照度を高め且つコストを抑える二光源（double light source）を採用している。

多光源設計を採用する光学投影システムはビームコンバイナを使用し、複数の光源の光束を光トンネルの入口端に整合させる必要がある。図２の如く、ビームコンバイナはプリズム１３であり、前記プリズム１３は反射面１３ａ，１３ｂを含む。光学投影システムの二つの光源１２１，１２１’から発する光線がそれぞれ前記反射面１３ａ，１３ｂによって屈折され、光トンネル１４の入口端に入射することによって、光トンネル１４を通過する光束がより精確に光変調装置（図２に図示せず）の有効作用エリアに投射され、光の出力強度を増加することができる。

従来技術の前記プリズム１３の反射面１３ａ，１３ｂは、高反射率コーティング（high-reflection coating）を塗布した膜で形成されなければならない。反射面１３ａ，１３ｂから成る夾角はかなり大きく、各反射面のコーティング膜形成時に過度なコーティング（excessive coating）の現象が起こり易い（即ち、コーティング膜を目標としていない表面にコーティングしてしまう）。従って、均一且つ一致する二つの反射面を単一のプリズム上に形成する際、過度なコーティング現象がよく起こり、歩留りが悪くなる。

同時に、二光源から発する光束を反射するために、前記プリズム１３は非常に高い作動温度を受けなければならない。

よって、本発明は、従来技術の欠陥に鑑み、過度なコーティングが反射面に対して引き起こす影響を回避するビームコンバイナを開示する。以下は本発明の簡単な説明である。

本発明の目的は、少なくとも二枚のプリズムを含み、前記二枚のプリズムはそれぞれ高反射率コーティングが塗布された反射面を有し、且つ各プリズム間はプリズムの非反射面で互いに接合するビームコンバイナを提供することである。

本発明の設計に基づけば、仮に各プリズムの反射面に高反射率コーティングの塗布を行う時に過度なコーティング現象が生じても、プリズムの組み合わせ後に、前記過度なコーティング部分は光路に影響しないため、ビームコンバイナの製作の歩留りを高めることができる。

本発明の設計に基づけば、各プリズム間の組み合わせは非反射面の間の接着に限らず、もう１つの平面鏡で各プリズムを接着することもできる。接着材料は前記ビームコンバイナの作動温度に耐えられる材料であれば良い。

なお、各プリズムの結合は、クランプによってプリズムの間を結合させることもできる。

本発明の設計により、異なる光源からの光を結合する時、プリズム内部の屈折を利用して光経路を変える必要はなく、単にプリズムの反射面で光経路の方向を変えるだけで光を結合する効果を達することができる。

本発明の上記に述べた目的、特徴、長所等をさらに分り易くするため、図面を参照して下記の通り説明を行う。

図３は、本発明の実施形態に係るビームコンバイナ１３０を示す立体図である。前記ビームコンバイナ１３０はプリズム１３１とプリズム１３２とを組み合わせたものである。本実施形態で好ましいプリズムは直角プリズム（rectangular prism）であり、且つプリズムの各表面すべてが研磨処理され、滑らかな表面を形成するものである。プリズム１３１及びプリズム１３２はそれぞれ高反射率コーティングが塗布された反射面１３１１及び反射面１３２２を有する。プリズム１３１の反射面１３１１を塗布する時、過度なコーティングにより他の平面が影響されることを考慮しなくても良い。本実施形態のプリズム１３１及びプリズム１３２は平面鏡（plane glass）１３３に貼り付けられる。前記平面鏡１３３の材料はガラスに限らず、金属或いはその他のケイ素化合物で形成される平面を使用しても良く、プリズム１３１及びプリズム１３２との間の結合を達成することができれば良い。

続いて図４を参照すると、これは図３のビームコンバイナ１３０の断面図である。プリズム１３１及びプリズム１３２の間に接合面１３５が形成され、且つ、平面鏡１３３とプリズム１３１及びプリズム１３２との間に接合面１３４が形成される。前記接合面１３４はＵＶ硬化形接着材のような接着材料を塗布することによって接着することができ、またハンダ付けや溶接で結合を行うことができる。接合面１３４を接着、ハンダ付け或いは溶接することでプリズム１３１とプリズム１３２との間を結合する時、接合面１３５は何らの結合処理をしなくても良い。

図５は、本発明の別の実施形態に係るビームコンバイナ１３０Ａを示す立体図である。前記ビームコンバイナ１３０Ａはプリズム１３１とプリズム１３２とを組み合わせたものである。プリズム１３１とプリズム１３２とはそれぞれ高反射率コーティングが塗布された反射面１３１１及び反射面１３２２を有する。本実施形態のプリズム１３１及びプリズム１３２は非反射面を有し、それらの非反射面は互いに接合面１３５を形成する。本実施形態において、前記接合面１３５に接着、ハンダ付け或いは溶接の方式を用いて、プリズム１３１及びプリズム１３２との間を結合させることができる。

図６は、本発明のさらに別の実施形態に係るビームコンバイナ１３０を示す断面図である。前記ビームコンバイナ１３０Ｂはプリズム１３１とプリズム１３２とを組み合わせたものであり、且つクランプ２００でプリズム１３１とプリズム１３２とを結合させる。プリズム１３１とプリズム１３２とはそれぞれ反射面１３１１，１３２２を有している。本実施形態のクランプ２００は金属弾性部材であってもよく、反射面１３１１及び１３２２の機能の妨げにならない大きさであれば良い。プリズム間の結合方式は結合面間の接着、ハンダ付け、及び溶接に限定されないだけでなく、何らの結合処理をしなくても良い。

図７は本発明のさらに別の実施形態のビームコンバイナの上面図である。図７の実施形態は複数のプリズムから成る三面の錐体（三角錐）１３０Ｃである。各錐面は高反射率コーティングが塗布された反射面であり、三つの光源からの光を反射し且つ集光させることができる。各プリズム間の結合は、接着、ハンダ付け、及び溶接に限定されないだけでなく、クランプ（図示せず）で結合することもできる。

本発明のすべての実施形態においては、反射面１３１１，１３２２が成す前記夾角には限定はなく、異なる光源の光線を反射面より反射させ光トンネル１４に進入させることができる角度であれば良い。

図８は本発明のビームコンバイナを適用したビームコンバイナシステムの概略図である。この図は図３のビームコンバイナ１３０を適用した例である。光源１２１及び１２１’はビームコンバイナ１３０の反射面１３１１，１３２２により光束を屈折・集光させ光トンネル１４に入れることで、光出力の強度を増加させる。

以上、好適な実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれら実施例に限定はされないと解されるべきであり、つまり本発明は、（当業者であれば自明であるような）各種変更および均等な構成を包含するものである。上に掲げた実施例は、本発明の原理を説明するための最良の態様を提示すべく選択し記載したものである。即ち、添付の特許請求の範囲は、かかる各種変更および均等な構成が全て包含されるように、最も広い意味に解釈されるべきである。

従来の投影システムの説明図である。 従来二光源システムのビームコンバイナの説明図である。 本発明の一実施形態に係るビームコンバイナの立体図である。 図３のビームコンバイナの断面図である。 本発明の別の実施形態に係るビームコンバイナの立体図である。 本発明のさらに別の実施形態に係るビームコンバイナの断面図である。 本発明のビームコンバイナの異なる実施形態に係る上面図である。 本発明のビームコンバイナを適用したビームコンバイナシステムの図である。

符号の説明

１０ 光変調装置
１２ 光源
１３ プリズム
１３ａ 反射面
１３ｂ 反射面
１４ 光トンネル
２０ デジタルマイクロミラー装置
２２ スクリーン
２４ リフレクター
２６ プリズム
２７ プリズム
２８ レンズ
１２１ 光源
１２１’ 光源
１３０ ビームコンバイナ
１３０Ａ ビームコンバイナ
１３０Ｂ ビームコンバイナ
１３０Ｃ ビームコンバイナ
１３１ プリズム
１３２ プリズム
１３３ 平面鏡
１３４ 接合面
１３５ 接合面
２００ クランプ
１３１１ 反射面
１３２２ 反射面

Claims (14)

1. 各々が反射面及び少なくとも１つの結合面を有し、前記反射面は高反射膜がコーティングされている複数のプリズムを含み、
   各プリズムは前記少なくとも１つの結合面で互いに結合されることを特徴とするビームコンバイナ。
2. 前記少なくとも１つの結合面は、ＵＶ硬化接着、糊付け、ハンダ付け或いは溶接によって前記プリズム間を結合させることを特徴とする請求項１に記載のビームコンバイナ。
3. 前記ビームコンバイナはさらに平面鏡を含み、前記平面鏡と前記プリズムとをＵＶ硬化接着、糊付け、ハンダ付け或いは溶接によって結合させることで前記プリズム間を結合させることを特徴とする請求項１に記載のビームコンバイナ。
4. 前記平面鏡はガラス、金属或いはケイ素化合物で構成されることを特徴とする請求項３に記載のビームコンバイナ。
5. 前記プリズムは直角プリズム或いは二等辺三角形のプリズムであることを特徴とする請求項１に記載のビームコンバイナ。
6. 前記各プリズムを結合させるためのクランプをさらに含む請求項１に記載のビームコンバイナ。
7. 前記クランプは金属弾性部材であることを特徴とする請求項６に記載のビームコンバイナ。
8. 少なくとも二つの光源と、
   少なくとも二つのプリズムを含み、各プリズムは反射面及び少なくとも１つの結合面を有し、前記反射面は高反射膜がコーティングされ、各プリズムは前記少なくとも１つの結合面で互いに結合されるビームコンバイナと、
   光トンネルと、
   映像信号を発生させる光変調装置と、
   スクリーンと、
   を含み、かつ、
   前記少なくとも二つの光源が発する光線が前記ビームコンバイナで反射されて前記光トンネルに進入し、さらに前記光変調装置に進入した後、前記映像信号がスクリーンに出力されることを特徴とする投影システム。
9. 前記少なくとも１つの結合面は、ＵＶ硬化接着、糊付け、ハンダ付け或いは溶接によって前記プリズム間を結合させることを特徴とする請求項８に記載の投影システム。
10. 前記ビームコンバイナはさらに平面鏡を含み、前記平面鏡と前記プリズムとをＵＶ硬化接着、糊付け、ハンダ付け或いは溶接によって結合させることで前記プリズム間を結合させることを特徴とする請求項８に記載の投影システム。
11. 前記平面鏡はガラス、金属或いはケイ素化合物で構成されることを特徴とする請求項１０に記載の投影システム。
12. 前記プリズムは直角プリズム或いは二等辺三角形のプリズムであることを特徴とする請求項８に記載の投影システム。
13. 前記ビームコンバイナは前記各プリズムを結合させるためのクランプをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の投影システム。
14. 前記クランプは金属弾性部材であることを特徴とする請求項１３に記載の投影システム。

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