(57)【要約】  大きな開口数の集光システムにおいて用いるための光結合素子。光結合素子は、テーパを設けた光パイプ（ＴＬＰ）の出力にレンズのような曲面表面を含む。ＴＬＰと曲面表面との組み合わせは、曲面表面を出る光の広がり角および面積を変更する。一次的な反射体が、一次的な反射体から反射して二次的な反射体の第２の焦点で収束する放射線を放出するように、電磁放射のソースを実質的に一次的な反射体の第１の焦点に配置することにより、ソースが発する電磁放射はターゲットに収集および集束される。光結合素子は、その入力端が二次的な反射体の第２の焦点に実質的に近接するように配置される。二次的な反射体から反射した放射収束線は入力端を通過して曲面表面に向かって透過され、そこで広がり角および面積が調節される。
2005512150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集光システムであって、
光結合素子を含み、前記光結合素子は、
ソースから発せられた電磁放射の少なくとも一部によって照射されるべきＴＬＰを含み、前記ＴＬＰは入力端と出力端とを有し、さらに、
前記出力端に固定的に配置される曲面表面と、
第１および第２の焦点を有する反射体と、
前記反射体の前記第１の焦点に近接して配置されて放射線を放出する電磁放射のソースとを含み、前記放射線は前記反射体から反射して実質的に前記第２の焦点で収束し、
前記ＴＬＰの前記入力は、前記反射体の前記第２の焦点に近接して位置決めされる、集光システム。
【請求項２】
前記反射体は第１の光軸を有する１次的な反射体を含み、前記第１の焦点は前記１次的な反射体の焦点であり、前記反射体はさらに、
前記第１および第２の光軸が実質的に共線的になるように前記１次的な反射体に実質的に対称に配置される第２の光軸を有する２次的な反射体を含み、前記第２の焦点は前記２次的な反射体の焦点であり、
前記放射線は前記１次的な反射体から前記２次的な反射体に向かって反射し、実質的に前記第２の焦点で収束する、請求項１に記載の集光システム。
【請求項３】
前記１次的な反射体は実質的に楕円である回転面の少なくとも一部分を含み、
前記２次的な反射体は実質的に双曲的である回転面の少なくとも一部分を含む、請求項２に記載の集光システム。
【請求項４】
前記１次的な反射体は実質的に双曲的である回転面の少なくとも一部分を含み、
前記２次的な反射体は実質的に楕円である回転面の少なくとも一部分を含む、請求項２に記載の集光システム。
【請求項５】
前記１次的な反射体の角は、前記第１の光軸に実質的に平行な平面に沿って切り詰められている、請求項２に記載の集光システム。
【請求項６】
前記２次的な反射体の角は、前記第２の光軸に実質的に平行な平面に沿って切り詰められている、請求項２に記載の集光システム。
【請求項７】
前記反射体は電磁放射スペクトルの予め指定された部分のみを反射するコーティングを有する、請求項１に記載の集光システム。
【請求項８】
前記入力端の断面は、
矩形と、
正方形と、
楕円形と、
円形と、
八角形と、
六角形と、
多角形とからなる群から選択される、請求項１に記載の集光システム。
【請求項９】
前記出力端の断面は、
矩形と、
正方形と、
楕円形と、
円形と、
八角形と、
六角形と、
多角形と、からなる群から選択される、請求項１に記載の集光システム。
【請求項１０】
前記ＴＬＰのプロファイルは、
まっすぐなテーパと、
増大するテーパと、
減少するテーパと
曲がったテーパと、からなる群から選択される、請求項１に記載の集光システム。
【請求項１１】
前記反射体は電放射スペクトルの予め指定された部分のみを反射するコーティングを有する、請求項１に記載の集光システム。
【請求項１２】
前記コーティングは、可視光線放射、放射の予め指定された帯域、または放射の特定の色のみを反射する、請求項１１に記載の集光システム。
【請求項１３】
前記反射体は、
実質的に楕円体である回転面と、
実質的に円環曲面である回転面と
実質的に回転楕円面である回転面と、
実質的に放物面である回転面と、からなる群から選択される回転面の少なくとも一部を含む、請求項１に記載の集光システム。
【請求項１４】
前記反射体の反対側に配置される逆行反射体をさらに含み、前記逆行反射体は、前記反射体に直接的に当たらない電磁放射の少なくとも一部を、前記反射体の第１の焦点を通じて前記反射体に向けて反射させて、収束線の磁束強度を増大させる、請求項１に記載の集光システム。
【請求項１５】
前記逆行反射体は、前記１次的な反射体とは反対側の前記ソースの側に配置される球状逆行反射体を含み、前記球状逆行反射体は、前記ソースから１次的な反射体から離れる方向に発せられた電磁放射を前記１次的な反射体の第１の焦点を通じて前記１次的な反射体に向けて反射させる、請求項１４に記載の集光システム。
【請求項１６】
前記ソースは発光アーク灯を含む、請求項１に記載の集光システム。
【請求項１７】
前記アーク灯は、キセノン灯、ハロゲン化金属ランプ、ＨＩＤランプ、および水銀灯からなる群から選択されるランプを含む、請求項１６に記載の集光システム。
【請求項１８】
前記ソースは白熱電球を含む、請求項１に記載の集光システム。
【請求項１９】
前記放射を受けるよう配置される投射エンジンをさらに含む、請求項１に記載の集光システム。
【請求項２０】
前記光結合素子は、単一コアの光ファイバと、ファイバの束と、溶融されたファイバの束と、多角形ロッドと、中空の反射光パイプとからなる群から選択される導波管をさらに含む、請求項１に記載の集光システム。
【請求項２１】
前記導波管の断面は、円形導波管と、多角形導波管と、テーパが設けられた導波管と、
これらの組み合わせとからなる群から選択される、請求項２０に記載の集光システム。
【請求項２２】
前記光結合素子は、導波管に基づく偏光回復システムをさらに含み、前記偏光回復システムは、
偏光ビームスプリッタを含み、前記偏光ビームスプリッタは前記曲面表面に近接して配置されて、第１の光の偏光ビームを再配向して、第２の光の偏光ビームを通過させ、さらに
前記第２の光の偏光ビームの経路において、前記偏光ビームスプリッタに近接して配置される半波長板と、
前記半波長板に近接して配置されて、前記第２の光の偏光ビームを再配向するプリズムと、
前記第１の光の偏光ビームの経路および前記第２の光の偏光ビームの経路において配置される出力導波管とを含む、請求項１に記載の集光システム。
【請求項２３】
前記光結合素子はさらに光パワースプリッタを含み、前記光パワースプリッタは、
前記曲面表面に近接して配置される第１の出力光ガイドと、
前記曲面表面に近接して配置される第２の出力光ガイドとを含む、請求項１に記載の集光システム。
【請求項２４】
前記ＴＬＰは、水晶、ガラス、プラスチック、およびアクリルからなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の集光システム。
【請求項２５】
光ファイバをさらに含み、前記光ファイバは、前記光結合素子で集光される放射によって照射され、前記光ファイバは集光された放射を放出して所望の場所を照らす、請求項１に記載の集光システム。
【請求項２６】
電磁放射のソースによって発せられた電磁放射を収集し、収集した放射をターゲットに実質的に集束するための方法であって、
前記電磁放射のソースを実質的に反射体の第１の焦点に配置するステップと、
前記ソースによって放射線を生成するステップと、
前記反射体によって前記放射線を実質的に前記反射体の焦点に向けて反射するステップと、
前記放射線を実質的に前記反射体の前記第２の焦点で収束するステップと、
入力端と出力端とを有する実質的なＴＬＰを、前記入力端が反射体の第２の焦点に実質的に近接するように、配置するステップと、
曲面表面を、前記曲面表面の中央がＴＬＰの出力端に実質的に近接するように、配置するステップと、
前記放射線の面積または広がり角を、前記反射体から反射された放射線を前記ＴＬＰの入力端を通じて曲面表面に向けて通過させることにより、調節するステップとを含む、方法。
【請求項２７】
前記反射体は、実質的に放物面である回転面の少なくとも一部を含む、請求項２６に記載の電磁放射を収集するための方法。
【請求項２８】
前記反射体は、実質的に楕円体である回転面の少なくとも一部分を含む、請求項２６に記載の電磁放射を収集するための方法。
【請求項２９】
ＴＬＰであって、
入力端と、
前記入力端に実質的に透過的に接続される実質的に凸状の出力端とを含み、
前記入力端は電磁放射によって照射され、
前記放射の第１のＮＡは前記ＴＬＰによって第２のＮＡに変換され、
前記第１のＮＡは前記第２のＮＡと実質的に等しくない、ＴＬＰ。
【請求項３０】
前記入力端の断面は、
矩形と、
正方形と、
楕円形と、
円形と、
八角形と、
六角形と、
多角形と、からなる群から選択される、請求項２９に記載のＴＬＰ。
【請求項３１】
前記出力端の断面は、
矩形と、
正方形と、
楕円形と、
円形と、
八角形と、
六角形と、
多角形と、からなる群から選択される、請求項２９に記載のＴＬＰ。
【請求項３２】
前記ＴＬＰのプロファイルは、
まっすぐなテーパと、
増大するテーパと、
減少するテーパと
曲がったテーパと、からなる群から選択される、請求項２９に記載のＴＬＰ。
【請求項３３】
前記電磁放射のソースをさらに含み、前記ソースは
第１および第２の焦点を有する反射体を含み、
前記ソースは、前記反射体の前記第１の焦点に近接して配置されて放射線を発し、前記放射線は前記反射体から反射して実質的に前記第２の焦点で収束し、
前記ＴＬＰの前記入力端は前記２次的な反射体の前記第２の焦点に近接して配置される、請求項２９に記載のＴＬＰ。
【請求項３４】
前記反射体は、電磁放射スペクトルの予め指定された部分のみを反射するコーティングを有する、請求項３３に記載のＴＬＰ。
【請求項３５】
前記コーティングは可視光線放射、放射の予め指定された帯域、または放射の特定の色のみを反射する、請求項３３に記載のＴＬＰ。
【請求項３６】
前記反射体は、
実質的に楕円である回転面と、
実質的に円環曲面である回転面と
実質的に回転楕円面である回転面と、
実質的に放物面である回転面と、からなる群から選択される回転面の少なくとも一部を含む、請求項３３に記載のＴＬＰ。
【請求項３７】
前記反射体は第１の光軸を有する１次的な反射体を含み、前記第１の焦点は前記１次的な反射体の焦点であり、前記反射体はさらに、
前記第１および第２の光軸が実質的に共線的であるように前記１次的な反射体に実質的に対称に配置される第２の光軸を有する２次的な反射体を含み、前記第２の焦点は前記２次的な反射体の焦点であり、
前記放射線は前記１次的な反射体から前記２次的な反射体に向かって反射し、実質的に前記第２の焦点で収束する、請求項３３に記載のＴＬＰ。
【請求項３８】
前記１次的な反射体は実質的に楕円である回転面の少なくとも一部分を含み、
前記２次的な反射体は実質的に双曲的である回転面の少なくとも一部分を含む、請求項３７に記載のＴＬＰ。
【請求項３９】
前記１次的な反射体は実質的に双曲的である回転面の少なくとも一部分を含み、
前記２次的な反射体は実質的に楕円である回転面の少なくとも一部分を含む、請求項３７に記載のＴＬＰ。
【請求項４０】
前記１次的な反射体の角は、前記第１の光軸に実質的に平行な平面に沿って切り詰められている、請求項３７に記載のＴＬＰ。
【請求項４１】
前記２次的な反射体の角は、前記第２の光軸に実質的に平行な平面に沿って切り詰められている、請求項３７に記載のＴＬＰ。
【請求項４２】
前記反射体の反対側に配置される逆行反射体をさらに含み、前記逆行反射体は、前記反射体に直接的に当たらない電磁放射の少なくとも一部を、前記反射体の第１の焦点を通じて前記反射体に向けて反射させて、収束線の磁束強度を増大させる、請求項３３に記載のＴＬＰ。
【請求項４３】
前記逆行反射体は、前記１次的な反射体の反対側の前記ソースの側に配置される球状逆行反射体を含み、前記球状逆行反射体は、前記ソースから１次的な反射体から離れる方向に発せられた電磁放射を前記１次的な反射体の第１の焦点を通じて前記１次的な反射体に向けて反射させる、請求項４２に記載のＴＬＰ。
【請求項４４】
前記ソースは発光アーク灯を含む、請求項３３に記載のＴＬＰ。
【請求項４５】
前記アーク灯は、キセノン灯、ハロゲン化金属ランプ、ＨＩＤランプ、および水銀灯からなる群から選択されるランプを含む、請求項４４に記載のＴＬＰ。
【請求項４６】
前記ソースは白熱電球を含む、請求項３３に記載のＴＬＰ。
【請求項４７】
ＮＡ変換装置であって、
多角形の入力端と、
前記多角形の入力端に実質的に透過的に接続される出力端とを含み、
前記多角形の入力端は電磁放射によって照射され、
前記放射の第１のＮＡは前記ＴＬＰによって第２のＮＡに変換され、
前記第１のＮＡは前記第２のＮＡと実質的に等しくない、ＮＡ変換装置。
【請求項４８】
前記多角形の入力端の断面は、
矩形と、
正方形と、
楕円形と、
円形と、
八角形と、
六角形と、
多角形と、からなる群から選択される、請求項４７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項４９】
前記出力端の断面は、
矩形と、
正方形と、
楕円形と、
円形と、
八角形と、
六角形と、
多角形と、からなる群から選択される、請求項４７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項５０】
前記ＴＬＰのプロファイルは、
まっすぐなテーパと、
増大するテーパと、
減少するテーパと
曲がったテーパと、からなる群から選択される、請求項４７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項５１】
前記出力端は平坦である、請求項４７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項５２】
前記出力端は凸状である、請求項４７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項５３】
前記電磁放射のソースをさらに含み、前記ソースは、
第１および第２の焦点を有する反射体を含み、
前記ソースは、前記反射体の前記第１の焦点に近接して配置されて放射線を発し、前記放射線は前記反射体から反射して実質的に前記第２の焦点で収束し、
前記ＴＬＰの前記入力端は前記２次的な反射体の前記第２の焦点に近接して配置される、請求項４７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項５４】
前記反射体は、電磁放射スペクトルの予め指定された部分のみを反射するコーティングを有する、請求項５３に記載のＮＡ変換装置。
【請求項５５】
前記コーティングは可視光線放射、放射の予め指定された帯域、または放射の特定の色のみを反射する、請求項５３に記載のＮＡ変換装置。
【請求項５６】
前記反射体は、
実質的に楕円体である回転面と、
実質的に円環曲面である回転面と
実質的に回転楕円面である回転面と、
実質的に放物面である回転面と、からなる群から選択される回転面の少なくとも一部を含む、請求項５３に記載のＮＡ変換装置。
【請求項５７】
前記反射体は第１の光軸を有する１次的な反射体を含み、前記第１の焦点は前記１次的な反射体の焦点であり、前記反射体はさらに、
前記第１および第２の光軸が実質的に共線的であるように前記１次的な反射体に実質的に対称に配置される第２の光軸を有する２次的な反射体を含み、前記第２の焦点は前記２次的な反射体の焦点であり、
前記放射線は前記１次的な反射体から前記２次的な反射体に向かって反射し、実質的に前記第２の焦点で収束する、請求項５３に記載のＮＡ変換装置。
【請求項５８】
前記１次的な反射体は実質的に楕円である回転面の少なくとも一部分を含み、
前記２次的な反射体は実質的に双曲的である回転面の少なくとも一部分を含む、請求項５７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項５９】
前記１次的な反射体は実質的に双曲的である回転面の少なくとも一部分を含み、
前記２次的な反射体は実質的に楕円である回転面の少なくとも一部分を含む、請求項５７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項６０】
前記１次的な反射体の角は、前記第１の光軸に実質的に平行な平面に沿って切り詰められている、請求項５７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項６１】
前記２次的な反射体の角は、前記第２の光軸に実質的に平行な平面に沿って切り詰められている、請求項５７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項６２】
前記反射体の反対側に配置される逆行反射体をさらに含み、前記逆行反射体は、前記反射体に直接的に当たらない電磁放射の少なくとも一部を、前記反射体の第１の焦点を通じて前記反射体に向けて反射させて、収束線の磁束強度を増大させる、請求項５３に記載のＮＡ変換装置。
【請求項６３】
前記逆行反射体は、前記１次的な反射体の反対側の前記ソースの側に配置される球状逆行反射体を含み、前記球状逆行反射体は、前記ソースから１次的な反射体から離れる方向に発せられた電磁放射を前記１次的な反射体の第１の焦点を通って前記１次的な反射体に向けて反射させる、請求項６２に記載のＮＡ変換装置。
【請求項６４】
前記ソースは発光アーク灯を含む、請求項５３に記載のＮＡ変換装置。
【請求項６５】
前記アーク灯は、キセノン灯、ハロゲン化金属ランプ、ＨＩＤランプ、および水銀灯からなる群から選択されるランプを含む、請求項６４に記載のＮＡ変換装置。
【請求項６６】
前記ソースは白熱電球を含む、請求項５３に記載のＮＡ変換装置。
【請求項６７】
入力表面と出力表面とを有する第２の光パイプをさらに含み、前記第２の光パイプの前記入力表面は、前記ＴＬＰの前記出力端に近接して配置されて前記放射の実質的にすべてを収集して透過し、
前記第２の光パイプの前記出力表面に近接して配置される１次的な反射体をさらに含み、前記１次的な反射体は前記放射の第１の帯域を透過させ、前記放射の第２および第３の帯域を反射させ、
前記第２の光パイプの前記出力表面に近接して配置される２次的な反射体をさらに含み、前記２次的な反射体は前記放射の前記第２の帯域を透過させて前記放射の前記第１および第３の帯域を反射させ、
前記第２の光パイプの前記出力表面に近接して配置される第３の反射体をさらに含み、前記第３の反射体は前記放射の第３の帯域を透過させて前記放射の第１および第２の帯域を反射させる、請求項５３に記載のＮＡ変換装置。
【請求項６８】
前記入力表面は前記出力端よりも実質的に大きい、請求項６７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項６９】
前記入力表面は前記出力端の実質的に２倍である、請求項６８に記載のＮＡ変換装置。
【請求項７０】
前記入力表面は、前記出力端と同一の広がりを持つ第１の面積と、
前記出力端と同一の広がりを持たない第２の面積とを含み、
前記第２の面積は反射コーティングで被覆される、請求項６８に記載のＮＡ変換装置。
【請求項７１】
前記入力表面は前記出力端と同一の同一の広がりを持つ第１の面積と、
前記出力端と同一の広がりを持たない第２の面積とを含み、
前記第２の面積に近接して波長板が配置され、
前記波長板は反射コーティングで被覆される、請求項６８に記載のＮＡ変換装置。
【請求項７２】
前記出力端は第１のダイメンションと第２のダイメンションとを有し、前記第２のダイメンションは前記第１のダイメンションに対して実質的に直交し、
前記入力表面は第３のダイメンションと第４のダイメンションとを有し、前記第３のダイメンションは前記第４のダイメンションに対して実質的に直交し、
前記第１のダイメンションは前記第３のダイメンションと実質的に等しく、
前記第４のダイメンションは前記第２のダイメンションの実質的に２倍である、請求項６７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項７３】
前記出力表面は第１、第２、および第３の面積を含み、
前記１次的な反射体は前記第１の面積を覆う第１の反射コーティングであり、
前記２次的な反射体は前記第２の面積を覆う第２の反射コーティングであり、
前記第３の反射体は前記第３の面積を覆う第３の反射コーティングである、請求項６７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項７４】
シャフトに回動可能に搭載され、前記シャフトを中心としてらせん状に配置される第１、第２および第３の面積を含む表面を有する色相環をさらに含み、
前記入力表面のすべては実質的に透過的であり、
前記１次的な反射体は前記第１の面積を覆う第１の反射コーティングであり、
前記２次的な反射体は前記第２の面積を覆う第２の反射コーティングであり、
前記第３の反射体は前記第３の面積を覆う第３の反射コーティングである、請求項６７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項７５】
前記第２の光パイプは、水晶、ガラス、プラスチック、およびアクリルからなる群から選択される材料からなる、請求項６７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項７６】
前記第２の光パイプは、
ＳＬＰと、
ＴＬＰとからなる群から選択される、請求項６７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項７７】
前記第２の光パイプは実質的に中空である、請求項６７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項７８】
実質的に反射を防止するコーティングが前記入力表面に配置される、請求項６７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項７９】
実質的に反射を防止するコーティングが前記出力表面に配置される、請求項６７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項８０】
前記入力表面の断面は、
矩形と、
正方形と、
楕円形と、
円形と、
八角形と、
六角形と、
多角形と、からなる群から選択される、請求項６７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項８１】
前記出力表面の断面は、
矩形と、
正方形と、
楕円形と、
円形と、
八角形と、
六角形と、
多角形と、からなる群から選択される、請求項６７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項８２】
前記出力表面は実質的に凸状である、請求項６７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項８３】
前記第１の帯域は、
赤外と、
赤と、
橙色と、
黄色と、
緑と、
青と、
藍色と、
紫と、
ピンクと、
白と、
マゼンタと、
紫外と、からなる群から選択される、請求項６７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項８４】
前記第２の帯域は、
赤外と、
赤と、
橙色と、
黄色と、
緑と、
青と、
藍色と、
紫と、
ピンクと、
白と、
マゼンタと、
紫外と、からなる群から選択される、請求項６７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項８５】
前記第３の帯域は、
赤外と、
赤と、
橙色と、
黄色と、
緑と、
青と、
藍色と、
紫と、
ピンクと、
白と、
マゼンタと、
紫外と、からなる群から選択される、請求項６７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項８６】
前記出力表面に近接して配置される反射偏光子をさらに含み、前記反射偏光子は前記放射の実質的にすべてを収集して第１の偏光と第２の偏光とに偏光し
前記第１の偏光の前記放射が透過され、
前記第２の偏光の放射が前記出力表面に向かって反射される、請求項６７に記載のＮＡ変換装置。
【請求項８７】
前記反射偏光子は、ワイヤグリッド偏光子を含む、請求項８６に記載の光回復装置。
【請求項８８】
可搬前面投射システムであって、
光結合素子を含み、前記光結合素子は、
前記ソースによって発せられる電磁放射の少なくとも一部で照射されるべきＴＬＰをさらに含み、前記ＴＬＰは入力端と出力端とを有し、さらに、
前記出力端に固定的に配置される曲面表面と、
第１の焦点と第１の光軸とを有する１次的な反射体と、
前記第１および第２の光軸が実質的に共線的になるように前記１次的な反射体に対して実質的に対称に配置される、第２の焦点と第２の光軸とを有する２次的な反射体とを含み、さらに、
前記第１の焦点に近接する電磁放射のソースを含み、前記ソースは放射線を発し、前記放射線は前記１次的な反射体から反射して前記２次的な反射体に向かって実質的に前記第２の焦点で収束し、前記ソースは固定具において取り外し可能に配置され、さらに、
前記ソースの近傍に固定的に配置されるソースのための電源を含み、
前記ＴＬＰの前記入力は前記第２の焦点に近接して配置される、可搬前面投射システム。
【請求項８９】
前記１次的な反射体の角は、前記第１の光軸に実質的に平行な平面に沿って切り詰められている、前記１次的な反射体、請求項８８に記載の可搬前面投射システム。
【請求項９０】
前記２次的な反射体の角は、前記第１の光軸に実質的に平行な平面に沿って切り詰められている、請求項８８に記載の可搬前面投射システム。
【請求項９１】
前記反射体の反対側に配置される逆行反射体をさらに含み、前記逆行反射体は、前記反射体に直接的に当たらない電磁放射の少なくとも一部を、前記反射体の第１の焦点を通じて前記反射体に向けて反射させて、収束線の磁束強度を増大させる、請求項８８に記載の可搬前面投射システム。
【請求項９２】
前記逆行反射体は、前記１次的な反射体の反対側の前記ソースの側に配置される球状逆行反射体を含み、前記球状逆行反射体は、前記ソースから１次的な反射体から離れる方向に発せられた電磁放射を前記１次的な反射体の第１の焦点を通じて前記１次的な反射体に向けて反射させる、請求項９１に記載の可搬前面投射システム。
【請求項９３】
前記放射を受けるよう配置される投射エンジンをさらに含む、請求項８８に記載の可搬前面投射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
本願は２００１年５月２５日出願の仮出願連続番号第６０／２９３，１８１号、２００１年６月１日出願の第６０／２９４，５９０号、２００１年６月７日出願の第６０／２９６，１４６の優先権を主張する。これらの開示はここに引用により援用される。
【０００２】
発明の分野
この発明は、最小限の輝度の損失で入力から出力までの光の面積および広がり角を変換し、光源からの光を集光する導波管に関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術の説明
たとえば単一ファイバまたはファイバの束などの標準的導波管のようなターゲットに電磁放射を集光および結合するシステム、または投射エンジンの入力へ電磁放射を出力するシステムの目的は、電磁放射の輝度をターゲットで最大化することである。そのような照明および投射用途のためのランプからの光を集光するためのいくつかの一般的なシステムがある。
【０００４】
集光システムの１つである米国特許出願連続番号第０９／６０４，９２１号は、その開示をここに引用により援用するが、双放物面反射体システムを提供する。図１（ａ）に示すこの集光システムは、２つの総じて対称的な放物面反射体１０，１１を用い、これらは第１の反射体１０から反射した光が第２の反射体１１の対応の部分で受けられるように配置される。特に、アーク灯のような光源１２から発せられた光は、第１の放物面反射体１０によって収集されて第２の放物線反射体１１への光軸に沿ってコリメートされる。第２の反射体１１はコリメートされた光のビームを受けて、この光を焦点に配置されるターゲット１３に集束させる。
【０００５】
図１（ａ）の光システムは、第１の放物面反射体１０と併せて逆行反射体１４を用いて、光源１２から第１の放物面反射体１０から遠ざかる方向に発せられた放射を捕捉して、捕捉した放射を光源１２を通って戻るよう反射する。特に、逆行反射体１４は、総じて球形であって、焦点が光源１２の実質的に近傍に（すなわち、第１の放物面反射体に）第１の放物面反射体に向かって位置し、これによりここから反射したコリメートされた光線を増大させる。
【０００６】
図１（ａ）に示すのは、ランプ軸に垂直な方向から見た光源１２から発せられる３つの異なった光線の光路（ａ，ｂおよびｃ）である。ランプから出力された光は、図１（ａ）の光線ａおよびｃによって示すようにランプに垂直な軸を中心として約９０°をなす。
【０００７】
一方、ランプから出力された光は、図１（ｂ）の光線ａ’およびｃ’によって示すようにランプ軸に沿って平行な方向から見た場合には、１８０°近くの円錐角をなす。
【０００８】
上述のオンアクシス（on-axis）双放物面光システムの１つの欠点は、ターゲットで光線ａおよびｃならびに光線ａ’およびｃ’の間で大きな角度が生じることである。その結果、光線はターゲット表面に対して大きな入射角でターゲット１３に当たり得る。こうして、ターゲット１３の入力における開口数（ＮＡ）は非常に大きくなり、しばしば１．０の大きさになる一方、光が集束される面積は小さい。大きな開口数と小さな面積との組み合わせはシステムからの光が結合し得る光コンポーネントに対して不適切であり得る。も
し、異なった、たとえばより小さな、開口数が所望であれば、光の面積および広がり角を最小限の輝度損失で変換する何らかの手段が装置に組み入れられ得る。
【０００９】
入力面積および光の広がり角を変換する代表的な手段は、レンズおよび、テーパを設けた光パイプ（tapered light pipe、ＴＬＰ）としても知られるテーパを設けた光導波管である。レンズは光の入力面積および広がり角を変換する効果的な手段を提供する一方で、動作するための相当量の空間を必要とする。また、これらは大きな開口数によく適合していない。したがって、テーパを設けた光パイプはしばしばレンズの代わりに用いられる。しかしながらテーパを設けた光パイプは光を効率的に変換するには比較的長くなければならない。
【００１０】
米国特許出願連続番号第０９／６６９，８４１号には、その開示をここに引用により援用するが、小さな光源ターゲットに対して１：１倍率を提供する双楕円反射体が記載される。図２に示すこの集光システムは、２つの総じて対称的な楕円反射体２０，２１を用い、これらは第１の反射体２０から反射した光が第２の反射体２１の対応の部分で受けられるように配置される。特に、光源２２から発せられた光は、第１の楕円反射体２０によって収集されて、第２の楕円反射体２１に向かう光軸２５に集束される。第２の反射体２１は集束された光のビームを受けて、この光を焦点に配置されるターゲット２３に再集束させる。
【００１１】
図２からわかるように、双楕円反射体システムは双放物面システムと同様の不利点を有するが、それはターゲットで光線ａおよびｃの間で大きな角度が生じることである。その結果、光線ａおよび光線ｃはまたターゲット表面に対して大きな入射角でターゲットにあたり、光の入力面積および広がり角のさらなる変換が必要になる。
【００１２】
別の双楕円システムの実施例を図３に示す。この双楕円反射体システムは、上述の双放物面および双楕円システムと同様の不利点を有するが、それはターゲットで光線ａおよびｃの間で大きな角度が生じることである。ここでも、光線ａおよび光線ｃはまたターゲット表面に対して大きな入射角でターゲットにあたり、光の入力面積および広がり角のさらなる変換が必要になる。
【００１３】
実務においては、そのような大きなＮＡを有する光は、輝度の原則にしたがってＮＡが小さくなり面積が大きくなるように変換される。変換はたとえばテーパを設けた光パイプによって行われ得る。
【００１４】
上述のシステムと併せて用いるための平坦入力表面４１ａを備えた標準の長尺のテーパを設けた光パイプ４０ａを図４（ａ）に示す。上述のシステムと併せて用いるための平坦入力表面４１ｂを備えた標準の短尺のテーパを設けた光パイプ４０ｂを図４（ｂ）に示す。長尺および短尺のテーパを設けた光パイプの両方とも、入力４１で小さな面積ｄ１および大きな開口数ＮＡ1を有する光を、出力４２でより大きな面積ｄ2およびより小さな開口数ＮＡ2に変換するために用い得る。もし光４３が図４に示す大きな入射角４４でテーパを設けた光パイプ４０にあたれば、光パイプ４０のテーパは大きな入力角４４をより小さな出力角４５に変換する。角度が変換される程度はテーパの程度に依存する。理想的なテーパを設けたパイプのために、輝度は節約される。したがって、理想的なテーパを設けた光パイプのために、入力４１での開口数ＮＡ１および光の面積ｄ1の積は、出力４２での開口数ＮＡ2および光の面積ｄ2の積と等しい。
すなわち、
ｄ１：ＮＡ１＝ｄ２＊ＮＡ２      （１）
実際の実現例においては、最適化を行なって、最適化されたダイメンションが理想的な構成から離れるようにすることが必要である。
【００１５】
出力角４５は、テーパを設けた光パイプと出力装置とをマッチングさせることにより特定のシステムに対して設計される。テーパを設けた光パイプの設計において、３つの変数がしばしば既知であり、４つめは計算することができる。一実施例においては、長さ７５．０ｍｍのテーパを設けた光パイプは、ｄ1＝３．０２ｍｍ、ＮＡ1＝０．７、およびｄ2＝９．０ｍｍで設計された。出力開口数ＮＡ2はこうして０．２３になると予測された、しかしながら、テーパを設けた光パイプの製作において、出力での実際の開口数は０．２６であることが見出され、予測された０．２３よりも大きかった。そのような大きな開口数は、次の光学素子における結合効率の損失をもたらす。しかしながら、もし入力面積が減じられて出力で開口数を減じていれば、そもそも、より少ない光がテーパを設けた光パイプに結合されて、システムの全体的な収集効率を減じる。
【００１６】
出力での開口数が予測されたよりも大きかったことの理由は、理想的なテーパを設けた光パイプは無限の長さを有するという趣旨の、方程式（１）の基礎をなす仮定による。無限の長さのテーパを設けた光パイプについては、テーパの角度はゼロになるであろう。しかしながら実際には、テーパの角度はゼロよりも大きな何らかの数字でなくてはならないが、これはテーパを設けた光パイプが有限の長さであるからであり、したがって実際の開口数は方程式によって予測されたものとは異なる。テーパを設けた光パイプが長くなるにしたがって、実際の開口数は予測された開口数に収束する。しかしながら、より長いテーパを設けた光パイプはより大きなスペースを必要とする。
【００１７】
さらに、出力面に抗してピンホールを配置することにより図４に示すようなテーパを設けた光パイプの出力開口数を測定した場合に、角度ずれ（angle shift）が観察されたがこれは出力光がテレセントリックではない可能性があることを示唆する。
【００１８】
図５に典型的なアーク灯の放射包絡線を示す。放射は、ランプの軸に平行な平面（図５のｚ軸）において±９０°の角度をなし、ランプの軸を中心として３６０°のパターンでアーク灯から発せられる傾向がある。もし包絡線がｚ軸に沿って平坦表面に投射されれば、これは円形を示すだろう。そのようなランプからの、逆行反射体を備えた双放物面または双楕円反射体構成のターゲットで集束した光は、たとえばｚ方向の１．０からたとえばｘ方向の０．７まで変動する楕円開口数（ＮＡ）を有し得る。
【００１９】
しかしながら図１（ａ）に示す双放物面システムのようなシステムの開口数（ＮＡ）は、円形または楕円形よりも図６に示すような矩形であり得る。入力表面の断面の対角線に沿ったＮＡは、こうしてｘまたはｚ方向のいずれかにおけるＮＡよりも大きくなり得る。たとえばＴＬＰによって光が変換される場合、同様の矩形のまたは正方形の角分布が出力で得られる。これを図７に示すが、この例においては正方形である。しかしながら、システムへの放射入力が円形または楕円分布を有するので、図８に示すような円形ＮＡ、または楕円形ＮＡが一般的な光学システムにはより適切である。
【００２０】
図９は、ターゲットに対する入力開口のさまざまな構成を示す。入力開口は、一般的に１よりも大きなアスペクト比を有する。こうして、入力開口のアスペクト比は、側面から見たアーク灯の放出面積のアスペクト比と同様にされ得る。しかしながら、ターゲットで入力開口をアークに一致させることは、最終的な出力装置、たとえばファイバまたは投射エンジンと必ずしもそれを適合させない。したがって、変換装置がアスペクト比および入力光のＮＡを出力装置に対して満足するアスペクト比およびＮＡに変換することが望ましい。
【００２１】
したがって、光の入力面積と広がり角とを、比較的短いスペースで変換して、出力がテレセントリックになり対称的であろう円形または楕円形ＮＡ分布を有するようにする、効
率的な手段を提供する必要性が残る。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２２】
要約
大きな開口数の集光システムにおいて用いるための光結合素子。光結合素子は、入力端を備えたテーパを設けた光パイプと出力側にレンズとを含む。入力端は八角形であり得る。光結合素子は、ファイバ、ファイバの束、または投射エンジンの入力端に配置され得る。テーパを設けた光パイプおよびレンズは、光の面積およびその開口数を調節してファイバ、ファイバの束、または投射エンジンを適合させる。レンズはまた、光を平行にまたはコリメートさせて、テレセントリックな出力を生成し得る。
【００２３】
特に、集光システムは、電磁放射のソース、ソースによって発せられた電磁放射の少なくとも一部で照射されるべき光結合素子を含み、光結合素子は、その出力に曲面表面を備えたテーパを設けた光パイプと、第１および第２の焦点を有する反射体とを含み、ソースは反射体の第１の焦点に近接して配置されて放射線を生成し、放射線は第１の焦点から反射して第２の焦点へ向かい、実質的に第２の焦点で収束し；テーパを設けた光パイプの入力端は、反射体の第２の焦点に近接して配置されて電磁放射を収集する。
【００２４】
電磁放射のソースによって発せられた電磁放射は、電磁放射のソースを実質的に反射体の第１の焦点に配置して、ソースが発した放射線が反射体で反射して実質的に反射体の第２の焦点で収束するようにすることにより、テーパを設けた光パイプの入力端に収集されて集束される。曲面出力表面を有するテーパを設けた光パイプを含む光結合素子は、テーパを設けた光パイプの入力端が実質的に反射体の第２の焦点に近接するように配置され、それにより、反射体から反射した収束放射線は、光の広がり角と面積とが光ファイバ、導波管、偏光ビームスプリッタ、または投射エンジンのようなさらなる素子に適合されるように、テーパを設けた光パイプおよび曲面表面を通過する。
【００２５】
この発明の上述のおよび他の利点は、添付の図面と併せて、以下に記載するその好ましい実施例の説明からさらに理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
好ましい実施例の詳細な説明
図１０ａおよび１０ｂは集光システム１０００を示し、これは電磁放射１００１を光結合素子１００２に発射するために用いられるが、該光結合素子１００２は、テーパを設けた光パイプ（ＴＬＰ）１００４の出力端１０１５における曲面表面１００３を含む。ＴＬＰ１００４は、たとえば図２０ａに示すようなまっすぐな光パイプ（ＳＬＰ）、または図２０ｂに示すような増大するテーパ、図２０ｃに示すような減少するテーパ、または図２０ｄおよび２０ｅに示す曲ったテーパなどのプロファイルを有し得る。
【００２７】
図２１に出力端１０１５のさまざまな断面を示す。出力端１０１５は、たとえば図２１ａに示すような矩形断面、図２１ｂに示すような正方形断面、図２１ｃに示すような楕円形断面、図２１ｄに示すような円形断面、図２１ｅに示すような八角形断面、図２１ｆに示すような六角形断面、または多角形断面を有し得る。曲面表面１００３は、たとえばＴＬＰ１００４の一体化された部分またはＴＬＰ１００４の出力端１０１５に固定的に装着された別個のレンズであり得る。
【００２８】
ＴＬＰ１００４は入力端１００７を有する。入力端１００７のさまざまな断面を図２２に示す。入力端１００７はたとえば、図２２ａに示すような矩形断面、図２２ｂに示すような正方形断面、図２２ｃに示すような楕円形断面、図２２ｄに示すような円形断面、図
２２ｅに示すような八角形断面、図２２ｆに示すような六角形断面、または多角形断面、または放射を効率的にＴＬＰ１００４に結合するのに好適な別の断面であり得る。
【００２９】
図１０ａに示す第１の実施例においては、集光システム１０００は、電磁放射１００１のソース１００６の周りに配置される第１の焦点１０１０と第２の焦点１０１１とを有する反射体１００８を有するので、ソース１００６は実質的に反射体１００８の第１の焦点１０１０に近接して配置される。反射体１００８は、たとえば、実質的に、楕円の、円環曲面の、回転楕円面の、または放物面の、回転面であり得る。ソース１００６は電磁放射線１００１を発し、これは反射体１００８によって第２の焦点１０１１に反射され、実質的に第２の焦点１０１１で集束する。
【００３０】
図１０ｂに示す第２の実施例においては、反射体１００８は一次的な反射体１００８ａを含み、該一次的な１００８ａは、第１の光軸１００９ａおよび実質的に第１の光軸１００９ａ上にある第１の焦点１０１０を有し、該反射体１００８はさらに一次的な反射体１００８ａと実質的に対称的である二次的な反射体１００８ｂを含み、該二次的な反射体１００８ｂは、第２の光軸１００９ｂおよび実質的に第２の光軸１００９ｂ上にある第２の焦点１０１１を有する。一次的な反射体１００８ａは、ソース１００６が実質的に一次的な反射体１００８ａの第１の焦点１０１０に近接して配置されるように、ソース１００６の周りに配置され得る。第１の光軸１００９ａは第２の光軸１００９ｂに対して実質的に共線的であり得る。ソース１００６は電磁放射線１００１を発し、これは一次的な反射体１００８ａによって二次的な反射体１００８ｂに向かって反射されて、実質的に第２の焦点１０１１で収束する。
【００３１】
反射体１００８ａおよび１００８ｂの両方が、たとえば実質的に楕円のまたは放物面の回転面であってもよい。これに代えて、反射体１００８ａおよび１００８ｂの一方がたとえば実質的に楕円の回転面であって、他方が実質的に双曲面の回転面であってもよい。
【００３２】
上述のいずれの実施例においても、光結合素子１００２は、ソース１００６が発した電磁放射１００１の少なくとも一部が入力端１００７に結合されるように、入力端１００７が第２の焦点１０１１の実質的に近接するように、配置される。
【００３３】
電磁放射１００１はＴＬＰ１００４によって曲面表面１００３に透過され、ＴＬＰ１００４の長さに沿って光の面積および広がり角を変更する。曲面表面１００３は次いで、光の広がり角がより予測された値と一致するようにさらに調節する。曲面表面１００３はまた、光ビームを点から点により均一な角分布を有するように配向して、出力を実質的にテレセントリックにする。一実施例においては、ＴＬＰ１００４の入力端１００７は、図２５に示すように出力ＮＡ分布がより円形になるように八角形であり得る。
【００３４】
ＴＬＰ１００４のテーパ遷移は、特定の用途に依存してまっすぐであるか曲がっている。曲面表面１００３およびＴＬＰ１００４は一体型に作られるか、または別々に作られて組み立てられてもよい。もし曲面表面１００３およびＴＬＰ１００４が別々の部品であれば、曲面表面１００３とＴＬＰ１００４との屈折率は一致させなければならない。ＴＬＰ１００４はクラッディングを設けても設けなくてもよい。ＴＬＰ１００４の出力表面もまた、特定のレンズに対して適切に一致するように曲がっていてもよい。
【００３５】
反射体１００８は、電磁放射スペクトルの予め指定された部分のみを反射するコーティングで被覆されていてもよい。たとえば、コーティングは可視光線放射、放射の予め指定された帯域、または放射の特定の色のみを反射し得る。反射体１００８はさらに、実質的に楕円の、円環曲面の、回転楕円の、または放物面の、回転面の一部であり得る。
【００３６】
図２６に示す第１５の実施例においては、反射体２６０８ａおよび２６０８ｂが実質的に対称的な関係で互いに対向して配置される。
【００３７】
一次的な反射体２６０８ａの角２６６２ａは、第１の光軸２６０９ａに実質的に平行である面２６６０に沿って切り詰められてもよい。この態様で、一次的な反射体２６０８ａの全体的な幅は、一次的な反射体２６０８ａの出力側によって形成される半円の直径以下になり得る。
【００３８】
平面２６６０は、第２の光軸２６０９ｂに対して実質的に平行でもあるが、これは第１の光軸２６０９ａが第２の光軸２６０９ｂに対して実質的に共線的であるからである。二次的な反射体２６０８ｂの角２６６２ｂは、第１の光軸２６０９ａに実質的に平行である面２６６０に沿って切り詰められてもよい。この態様で、二次的な反射体２６０８ｂの全体的な幅は、二次的な反射体２６０８ｂの出力側によって形成される半円の直径以下になり得る。
【００３９】
失われた角２６６２ａおよび２６６２ｂによる放射の損失は１０％または２０％のオーダであると推定される。一次的な反射体２６０８ａおよび二次的な反射体２６０８ｂをわかりやすくするためにそれらの間に間隙があるように示すが、これらは互いに隣接して配置されてもよい。これにより、一次的な反射体２６０８ａおよび二次的な反射体２６０８ｂが、たとえばガラス成型により一体に作られることを可能になる。
【００４０】
図２７および図２８は、この発明の第１６の実施例に従った可搬前面投射システム２７００を示す。切り詰められた角を有し得る一次的な反射体２７０８ａおよび二次的な反射体２７０８ｂは、互いに対して対称的に配置される。一次的な反射体２７０８ａの第１の焦点２７１０に実質的に近接して配置されるソース２７０６は、ソース２７０６からの放射２７０１を二次的な反射体２７０８ｂに向かって、それから二次的な反射体２７０８ｂの第２の焦点２７０７に反射させる。テーパを設けた光パイプ（ＴＬＰ）２７０４の出力端２７１５に曲面表面２７０３を含む光結合素子２７０２は、入力端２７１１が第２の焦点２７０７に近接して配置されて、放射２７０１を収集してたとえば投射システムに転送するように、配置されてもよい。
【００４１】
ソース２７０６は、たとえばソース２７０６を寿命の終わりに取り外しまたは交換できるように固定具２７７０に取り外し可能に配置される。固定具は、たとえばここに引用により開示を援用する米国特許番号第５，５９８，４９７号に記載される「３：２：１」種類の固定具であり得る。
【００４２】
ソース２７０６のための電源２７７２が、ソース２７０６に近接して、必要に応じて電子部品２７７４および安定器２７７６とともに配置され得る。
【００４３】
図１０ａにやはり示す第３の実施例においては、逆行反射体１０１２が配置されて、直接反射体１００８に当たらない電磁放射１００１の一部を反射させて第１の焦点１０１０を通じて反射体１００８に戻し、収束線の磁束強度を増大させる。好ましい実施例においては、付加的な反射体１０１２は反射体１００８とは反対側のソース１００６の側に配置される球形逆行反射体であって、ソース１００６が反射体１００８から遠ざかる方向に発する電磁放射１００１を反射させて、反射体１００８の第１の焦点１０１０を通じて反射体１００８に戻してもよい。
【００４４】
一実施例においては、ソース１００６は発光アーク灯である。ソース１００６はたとえば、キセノン灯、ハロゲン化金属ランプ、ＨＩＤランプ、または水銀灯であり得る。代替的な実施例においては、ソース１００６は白熱電球である。
【００４５】
やはり図１０ａに示す第４の実施例においては、光結合素子１００２によって集光された電磁放射１００１は、単一コア光ファイバ、ファイバの束、溶融されたファイバの束、多角形のロッド、または中空の反射光パイプのような中間導波管１０１３に結合され得る。中間導波管１０１３の断面は、円形、多角形、テーパ付き、またはこれらの組み合わせであり得る。光結合素子１００２および導波管１０１３は、たとえば水晶、ガラス、プラスチック、またはアクリルから作られ得る。光ファイバ１０１４は、光結合素子１００２に集光される電磁放射１００１によって照射され得る。
【００４６】
図１１に示す第５の実施例においては、光結合素子１１０２に集光される電磁放射１１０１は、投射エンジン１１１６に結合され得る。
【００４７】
図１２に示す第６の実施例においては、光ファイバ１２１４は光結合素子１２０２に集光される電磁放射１２０１によって直接照射され得る。光ファイバ１２１４は集光された電磁放射１２０１を透過させて放出し、所望の位置を照射する。
【００４８】
図１３に示す第７の実施例においては、導波管に基づく偏光回復システム１３００が、曲面表面１３０３から出る光を受けるために設けられる。偏光フィルム１３９５と接触するたとえば２つのプリズム１３９０、１３９２からなる偏光ビームスプリッタ１３９１が、曲面表面１３０３からたとえば偏光していない光を受け、それを直交偏波ビーム１３９８ｐおよび１３９８ｓの対に分解する。偏光ビーム１３９８ｐは、たとえばＴＥの偏光であって、これは出力光ガイド１３９９に再配向されるのに対して、偏光ビーム１３９８ｓはたとえばＴＭの偏光であって、そうはされない。そのかわりに偏光ビーム１３９８ｓはその速い軸をＴＭ面に４５°にして半波長板１３９４を通過し、こうして１３９８ｓの偏光を９０°回転させて偏光ビーム１３９８ｐの偏光と一致させる。偏光ビーム１３９８ｓは次いでやはりプリズム１３９６によって出力光ガイド１３９９に再配向される。出力光ガイド１３０９９内の光はこうして実質的に同様の偏光となる。
【００４９】
図１４に示す第８の実施例においては、光パワースプリッタ１４９０が曲面表面１４０３を出る光を受けるために配置される。光パワースプリッタ１４９０は、２つ以上の光学光ガイドを含み得る。特に、２つの光ガイドに対して、第１および第２の出力光ガイド１４９２および１４９４が配置されて、ほぼ同じ割合で曲面表面１４０３を出る光を受ける。
【００５０】
図１５に示す第９の実施例においては、入力表面１５１８および出力表面１５２０を有する第２の光パイプ１５１６が、入力表面１５１８がＴＬＰ１５０４の曲面表面１５０３に近接して該放射１５０１の実質的にすべてを収集し透過させるように、配置される。一実施例においては、入力表面１５１８は曲面表面１５０３よりも実質的に大きい。好ましい実施例においては、入力表面１５１８は曲面表面１５０３の実質的に２倍である。
【００５１】
図１５ａに示すように、一実施例においては、入力表面１５１８は曲面表面１５０３と同一の広がりを持つ（coextensive）第１の面積１５５０および該曲面表面１５０３と同一の広がりを持たない第２の面積１５５２からなる。別の実施例においては、第２の面積１５５２は反射するコーティングで被覆されて放射を反射して出力表面１５２０に戻す。
【００５２】
図１５ｂに示す別の実施例においては、波長板１５５４がその外側表面に反射コーティングを備えて第２の面積１５５２に近接して配置されて、反射放射を波長板１５５４を通じて出力表面１５２０に向けて反射させる。この態様で、特定の偏光を備えてたとえば偏光子から戻った放射は、たとえば円偏波に再偏光されて、再利用される。
【００５３】
図１５ｃに示すさらなる実施例においては、曲面表面１５０３は第１のダイメンション１５５８と、第２のダイメンション１５６０とを有し、第２のダイメンション１５６０は第１のダイメンション１５５８と実質的に直交する。入力表面１５１８は第３のダイメンション１５６２と第４のダイメンション１５６４とを有し、第３のダイメンション１５６２は第４のダイメンション１５６４と実質的に直交する。第１のダイメンション１５５８は第３のダイメンション１５６２と実質的に平行であって等しいのに対し、第４のダイメンション１５６４は第２のダイメンション１５６０と実質的に平行であって第２のダイメンション１５６０の２倍である。もちろん、第１、第２、第３および第４の指定は任意であって、発明の精神から逸脱することなく交換可能である。
【００５４】
第２の光パイプ１５１６はたとえば、水晶、ガラス、プラスチック、またはアクリルのような材料で作られる。第２の光パイプ１５１６はたとえば、ＳＬＰまたはＴＬＰである。第２の光パイプ１５１６は、たとえば実質的に中空である。
【００５５】
第２の光パイプ１５１６の入力表面１５１８は、たとえば図２３ａに示す矩形の断面、図２３ｂに示す正方形の断面、図２３ｃに示す楕円形の断面、図２３ｄに示す円形の断面、図２３ｅに示す八角形の断面、図２３ｆに示す六角形の断面、または多角形の断面を有する。
【００５６】
出力表面１５２０は、たとえば図２４ａに示す矩形の断面、図２４ｂに示す正方形の断面、図２４ｃに示す楕円形の断面、図２４ｄに示す円形の断面、図２４ｅに示す八角形の断面、図２４ｆに示す六角形の断面、または多角形の断面を有する。出力表面１５２０は、たとえば実質的に凸状である。
【００５７】
図１６に示すように、第１０の実施例においては、一次的な反射体１６２２が光パイプ１６１６の出力表面１６２０に近接して配置される。一次的な反射体１６２２は放射１６２４の第１の帯域１６２４を透過させる一方、放射の第２および第３の帯域１６２６、１６２８を反射する。二次的な反射体１６３０もまた出力表面１６２０に近接して、一次的な反射体１６２２の近くに配置される。二次的な反射体１６３０は放射の第２の帯域１６２６を透過させる一方、放射の第１および第３の帯域１６２４、１６２８を反射する。第３の反射体１６３２もまた出力表面１６２０に近接して、第１および第２の反射体１６２２、１６３０の近くに配置される。第３の反射体１６３２は放射の第３の帯域１６２８を透過させる一方、放射の第１および第２の帯域１６２４、１６２６を反射する。
【００５８】
放射の第１、第２、および第３の帯域１６２４、１６２６、１６２８は、たとえば、赤、橙色、黄、緑、青、藍色、紫、ピンク、白、マゼンタ、赤外、または紫外放射であり得る。好ましい実施例においては、放射の第１、第２、および第３の帯域１６２４、１６２６、１６２８は、赤、緑、および青の放射であり、順序は特に指定されない。
【００５９】
図１６に示すように、第１、第２、および第３の反射体１６２２、１６３０、１６３２は、いくらか重なり得るが互いに対して平行に配置される。一実施例においては、出力表面１６２０は、たとえば第１、第２、第２の面積１６３４、１６３６、１６３８に分割され得る。この場合、一次的な反射体１６２２は、たとえば第１の面積１６３４を覆う反射コーティング１６４０であり得る。二次的な反射体１６３０は、たとえば第２の面積１６３６を覆う反射コーティング１６４２であり得る。第３の反射体１６３２は、たとえば第３の面積１６３８を覆う反射コーティング１６４４であり得る。
【００６０】
図１７に示す第７の実施例においては、第１、第２および第３の反射体１７２２、１７３０、１７３２は、たとえば色相環１７４８の態様でシャフト１７４６の周りに分布する。色相環１７４８はたとえばシャフト１７４９に回動可能に搭載されて、シャフト１７４
６を中心としてらせん状に配置される第１、第２、第３の面積１７５０、１７５２、１７５４からなる表面を有する。この場合、一次的な反射体１７２２は、たとえば第１の面積１７５０を覆う第１の反射コーティング１７４０であり得る。二次的な反射体１７３０は、たとえば第２の面積１７５２を覆う第２の反射コーティング１７４２であり得る。第３の反射体１７３２は、たとえば第３の面積１７５４を覆う第３の反射コーティング１７４４であり得る。
【００６１】
図１８に示す第１２の実施例においては、色相環１８４８はたとえば電動モータ回転シャフト１８４６によって回転され、色相環１８４８に入る放射１８０１は色相環１８４８が回転するにつれて一続きになり（go through a sequence）、スクロールする色帯域（scrolling color bands）を生成する。スクロールする色帯域は収集されて映像投射システム１８６４に集束される。撮像器は色相環に同期されて変調され、こうしてスクリーンに投射され得る画像を生成する。
【００６２】
図１９に示す第１３の実施例において、反射偏光子１９６６は出力表面１９２０に近接して配置されて、放射１９１０の実質的にすべてを第１の偏光１９６８および第２の偏光１９７０に偏光する。たとえば、第１の偏光１９６８の放射は、たとえばｐ−偏光放射であり得るのに対し、第２の偏光１９７０の放射は、たとえばｓ−偏光放射であり得る。偏光の順序は、もちろん逆でもよい。一実施例においては、反射偏光子１９６６は、たとえばワイヤグリッド（wire-grid）偏光子である。
【００６３】
反射偏光子１９６６は、もしたとえば画像投射システム１９６４が偏光された光を必要とする種類、たとえば、反射型液晶（Liquid crystal on silicon, ＬＣＯＳ）撮像器であれば、用いてもよい。この場合、もし撮像投射システム１９６４がたとえば第１の偏光１９６８の放射を用いるよう構成され配置されていれば、撮像投射システム１９６４が直接的に用いることができないｐ−偏光放射１９７０は実質的に入力に向かって反射される。
【００６４】
ｓ−偏光放射１９７０は、第２の焦点１９１１を通じて反射体１９０８に戻り、最終的に第１の焦点１９１０に戻る。いくらかのｓ−偏光放射１９７０は第１の焦点１９１０を通過して逆行反射体１９１２によって反射される。エタンデュの損失は実質的にないが、これは回復されたｓ−偏光放射１９７０が第１の焦点１９１０を通る経路をたどり、こうしてソース１９０６から放射されて現れるからである。
【００６５】
電磁放射のソースが発した電磁放射を収集し、収集された放射をターゲット上に集束するためのステップは、この発明の第１４の実施例に従うと、以下のとおりである：電磁放射のソースを実質的に一次的な反射体の第１の焦点に配置するステップと；ソースによって放射線を発するステップと；一次的な反射体によって放射線を実質的に二次的な反射体に反射するステップと；二次的な反射体の第２の焦点で放射線を実質的に収束するステップと；実質的なＴＬＰを、その入力端（これは、たとえば矩形、円形、または八角形の断面を有し得る）が二次的な反射体の第２の焦点に実質的に近接するように、配置するステップと；曲面表面を、曲面表面の中央がＴＬＰの出力端に実質的に近接するように、配置するステップと；反射体によって反射された放射線を光結合素子の実質的なＴＬＰを通じて曲面表面に向けるステップと；光結合素子の実質的なＴＬＰを通じて曲面表面に向かう光の面積または広がり角を調節するステップ。
【００６６】
この発明を上に詳細に説明してきたが、この発明は記載される特定の実施例に限定されるものではない。特に上記の実施例は標準のオンアクシス楕円および放物面反射体に適用可能である。当業者が、発明の概念から離れることなくここに説明した特定の実施例からさまざまな用途およびその変更例および発展例を作成することが今や可能であることは明
らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１（ａ）】この発明の実施例と用いるための集光システムの概略図である。
【図１（ｂ）】反射体軸に沿って見た、図１（ａ）に示す実施例のランプおよび第１の反射体の詳細を示す図である。
【図２】この発明の実施例と用いるための集光システムの概略図である。
【図３】図２に示す集光システムの変形例の概略図である。
【図４（ａ）】従来のテーパを設けた光パイプの概略図である。
【図４（ｂ）】従来のテーパを設けた光パイプの概略図である。
【図５】この発明の実施例と用いるためのランプの代表的な放射包絡線を示す。
【図６】代表的な開口数の図である。
【図７】代表的な開口数の図である。
【図８】代表的な開口数の図である。
【図９】入力開口のさまざまな構成を示す図である。
【図１０ａ】この発明の第１、第３、および第４の実施例に従った集光システムを示す図である。
【図１０ｂ】この発明の第２の実施例に従った集光システムを示す図である。
【図１１】この発明の第５の実施例に従った集光システムを示す図である。
【図１２】この発明の第６の実施例に従った集光システムを示す図である。
【図１３】この発明の第７の実施例に従った集光システムを示す図である。
【図１４】この発明の第８の実施例に従った集光システムを示す図である。
【図１５】この発明の第９の実施例に従った集光システムを示す図である。
【図１６】この発明の第１０の実施例に従った集光システムを示す図である。
【図１７】この発明の第１１の実施例に従った集光システムを示す図である。
【図１８】この発明の第１２の実施例に従った集光システムを示す図である。
【図１９】この発明の第１３の実施例に従った集光システムを示す図である。
【図２０】この発明の実施例と用いるためのいくつかの代表的なテーパを示す図である。
【図２１】この発明の実施例と用いるためのいくつかの代表的な出力端の断面を示す図である。
【図２２】この発明の実施例と用いるためのいくつかの代表的な入力端の断面を示す図である。
【図２３】この発明の実施例と用いるためのいくつかの代表的な入力表面の断面を示す図である。
【図２４】この発明の実施例と用いるためのいくつかの代表的な出力表面の断面を示す図である。
【図２５】この発明の実施例と用いるためのＴＬＰを示す図である。
【図２６】この発明の第１５の実施例に従った集光システムを示す図である。
【図２７】この発明の第１６の実施例に従った可搬前面投射システムの上面図である。
【図２８】図２７に示す実施例の側面図である。
【図１（ａ）】
2005512150.tif 000003
【図１（ｂ）】
2005512150.tif 000004
【図２】
2005512150.tif 000005
【図３】
2005512150.tif 000006
【図４（ａ）】
2005512150.tif 000007
【図４（ｂ）】
2005512150.tif 000008
【図５】
2005512150.tif 000009
【図６】
2005512150.tif 000010
【図７】
2005512150.tif 000011
【図８】
2005512150.tif 000012
【図９（ａ）】
2005512150.tif 000013
【図９（ｂ）】
2005512150.tif 000014
【図９（ｃ）】
2005512150.tif 000015
【図１０（ａ）】
2005512150.tif 000016
【図１０（ｂ）】
2005512150.tif 000017
【図１１】
2005512150.tif 000018
【図１２】
2005512150.tif 000019
【図１３】
2005512150.tif 000020
【図１４】
2005512150.tif 000021
【図１５】
2005512150.tif 000022
【図１５（ａ）】
2005512150.tif 000023
【図１５（ｂ）】
2005512150.tif 000024
【図１５（ｃ）】
2005512150.tif 000025
【図１６】
2005512150.tif 000026
【図１７】
2005512150.tif 000027
【図１８】
2005512150.tif 000028
【図１９】
2005512150.tif 000029
【図２０（ａ）】
2005512150.tif 000030
【図２０（ｂ）】
2005512150.tif 000031
【図２０（ｃ）】
2005512150.tif 000032
【図２０（ｄ）】
2005512150.tif 000033
【図２０（ｅ）】
2005512150.tif 000034
【図２１（ａ）】
2005512150.tif 000035
【図２１（ｂ）】
2005512150.tif 000036
【図２１（ｃ）】
2005512150.tif 000037
【図２１（ｄ）】
2005512150.tif 000038
【図２１（ｅ）】
2005512150.tif 000039
【図２１（ｆ）】
2005512150.tif 000040
【図２２（ａ）】
2005512150.tif 000041
【図２２（ｂ）】
2005512150.tif 000042
【図２２（ｃ）】
2005512150.tif 000043
【図２２（ｄ）】
2005512150.tif 000044
【図２２（ｅ）】
2005512150.tif 000045
【図２２（ｆ）】
2005512150.tif 000046
【図２３（ａ）】
2005512150.tif 000047
【図２３（ｂ）】
2005512150.tif 000048
【図２３（ｃ）】
2005512150.tif 000049
【図２３（ｄ）】
2005512150.tif 000050
【図２３（ｅ）】
2005512150.tif 000051
【図２３（ｆ）】
2005512150.tif 000052
【図２４（ａ）】
2005512150.tif 000053
【図２４（ｂ）】
2005512150.tif 000054
【図２４（ｃ）】
2005512150.tif 000055
【図２４（ｄ）】
2005512150.tif 000056
【図２４（ｅ）】
2005512150.tif 000057
【図２４（ｆ）】
2005512150.tif 000058
【図２５】
2005512150.tif 000059
【図２６】
2005512150.tif 000060
【図２７】
2005512150.tif 000061
【図２８】
2005512150.tif 000062
【国際調査報告】
2005512150.tif 000063
2005512150.tif 000064
2005512150.tif 000065