(57)【要約】【解決課題】アークランプあるいは光ファイバーのような光源から、光源の有用な大部分のエネルギーを保存しながら光の方向を変え、また細い線に集光するための装置および方法を含む光学システムを提供する。【解決手段】点光源からの光は光学的に視準化ビームとなるように導かれ、それから焦点において実質的に線形の照明ビームとなるように、1軸について光学的に集束される。焦点において光学素子がビームの集束角と視準化角とを集束したビームの幅よりも小さいかあるいはそれに等しい範囲で交換する。このように集束したビームの短軸に視準化され、また集束したビームの長軸に拡散している光ビームは、さらに投影、照明、走査に使用可能な、あるいは波長調節用システムに使用可能な細い線に集束するあるいは方向を変えることができる。【選択図】図1
2007534973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光路に沿って光学的に接続された複数の光学素子から成る光学的集光装置であって、
その素子が集光素子の焦点において細長い断面を有するビームを形成するために視準化した光を実質的に1軸のみに集光するように構成した集光素子から成り、
その集光素子が、区分的に少なくともビームの実質的な部分を回転することによって、長軸以外のビームの所望の軸に沿って視準化しかつ短軸以外のビームの第2の所望の軸に沿って集束あるいは拡散するビームを提供するために、ビームの視準化した軸と視準化していない軸の位置を交換するように構成した、区分的回転光学素子の上流に置かれている、光学的集光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学的集光装置であって、さらに集光素子の上流に置かれたコリメーターを含む光学的集光装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光学的集光装置であって、区分的回転光学素子が実質的な部分を約90°回転させるように構成することによって、ビームの短軸に沿って視準化しかつビームの長軸に沿って集束あるいは拡散するビームを提供するために、視準化した軸と視準化していない軸の位置交換する、光学的集光装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光学的集光装置であって、区分的回転光学素子が約90°の逆反射器として構成された表面反射器のアレイからなる、光学的集光装置。
【請求項５】
請求項１に記載の光学的集光装置であって、区分的回転光学素子がポロタイプの約90°の逆反射器として構成されたプリズムのアレイからなる、光学的集光装置。
【請求項６】
請求項3あるいは請求項4に記載の光学的集光装置であって、区分的回転光学素子が約90°の頂角の逆反射器を持ち、この逆反射器がアレイに向けられている集光したビームの視準化軸に対して約45°に設定されている、光学的集光装置。
【請求項７】
請求項１に記載の光学的集光装置であって、反射ビームを光源から離れるように方向づけるために区分的回転光学素子を傾斜させた、光学的集光装置。
【請求項８】
請求項１に記載の光学的集光装置であって、さらに回転光学素子の下流に第2の集光素子を含み、この第2の集光素子が区分的回転光学素子から放射される光ビームを集光して細い線を形成するように構成されている、光学的集光装置。
【請求項９】
請求項１に記載の光学的集光装置であって、さらに回転光学素子の下流に光学整形素子を含み、この光学整形素子が区分的回転光学素子から放射される光ビームを拡大して実質的に細い長方形のビームを形成するように構成されている、光学的集光装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の光学的集光装置であって、さらに区分的回転光学素子から放射される光ビームを走査して目標物を照明するように構成されているスキャナーを含む、光学的集光装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の光学的集光装置であって、さらに区分的回転光学素子から放射される光ビームを別の光学システムに走査するように構成されているスキャナーを含む、光学的集光装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の光学的集光装置であって、区分的回転光学素子が透明プリズムアレイから成り、プリズムの平坦面が光源の方に向いており、プリズムの背面が三角形の表面素子から成る、光学的集光装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の光学的集光装置であって、区分的回転光学素子が実質的に平坦である、光学的集光装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の光学的集光装置であって、区分的回転光学素子が実質的に曲面である、光学的集光装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の光学的集光装置であって、少なくとも2個の光学素子が1個のユニットに組み合わされている、光学的集光装置。
【請求項１６】
長軸と短軸を持ち、また長軸以外の所望の軸に沿って視準化しかつ短軸以外の所望の第2の軸に沿って集束あるいは拡散する光ビームを提供する照明システムであって、このシステムが
a)  光ビームを提供するように構成された光源と
b)  視準化された光ビームを提供するために光ビームを受け取り視準化するように配置、構成された第１の光学素子と
c)  実質的に線形のビームを形成するために視準化した光ビームを実質的に1軸のみに集光するように配置、構成された第2の光学素子と
d)  少なくとも実質的に線形のビームの実質的な部分を所望の角度だけ回転して、長軸以外のビームの所望の軸に沿って視準化しかつ短軸以外のビームの所望の第2の軸に沿って集束あるいは拡散するビームを提供するために、視準化した軸と視準化していない軸の位置を交換するように配置、構成された第3の光学素子と
からなる光学的集光装置。
【請求項１７】
請求項15に記載の照明システムであって、第3の光学システムが実質的な部分を約90°回転させるように構成された、照明システム。
【請求項１８】
請求項15に記載の照明システムであって、光源が点光源であるような、照明システム。
【請求項１９】
請求項17に記載の照明システムであって、点光源が開口絞りの上流に配置されたアークランプであるような、照明システム。
【請求項２０】
請求項15に記載の照明システムであって、第3の光学素子が約90°の逆反射器として構成された表面反射器のアレイから成る、照明システム。
【請求項２１】
請求項15に記載の照明システムであって、第3の光学素子がポロタイプの約90°逆反射器として構成されたプリズムのアレイから成る、照明システム。
【請求項２２】
請求項19あるいは20に記載の照明システムであって、第3の光学素子が約90°の頂角の逆反射器を有し、この逆反射器がアレイに向けられた集束ビームの視準化した軸に約45°に設定されている、照明システム。
【請求項２３】
請求項15に記載の照明システムであって、第3の光学素子が反射ビームを光源から離れるように方向づけるために傾斜している、照明システム。
【請求項２４】
請求項15に記載の照明システムであって、さらに第3の光学素子の下流にあって、第3の光学素子から放射される光ビームを集束して細い線を形成するように構成した第４の光学素子を含む、照明システム。
【請求項２５】
請求項15に記載の照明システムであって、さらに第3の光学素子の下流にある光学的整形素子を含み、この光学的整形素子が第３の光学素子から放射される光ビームを拡げて細い実質的に長方形のビームを形成するような、照明システム。
【請求項２６】
請求項15に記載の照明システムであって、さらに第3の光学素子から放射される光ビームを走査して目標物を照明するように構成されているスキャナーを含む、照明システム。
【請求項２７】
請求項15に記載の照明システムであって、さらに第3の光学素子から放射される光ビームを別の光学システムに走査するように構成されているスキャナーを含む、照明システム。
【請求項２８】
請求項15に記載の照明システムであって、第3の光学素子が透明なプリズムアレイから成り、このプリズムの平坦な表面が光源の方を向いており、このプリズムの背面が三角形の表面素子から成る、照明システム。
【請求項２９】
請求項15に記載の照明システムであって、第3の光学素子が実質的に平坦である、照明システム。
【請求項３０】
請求項15に記載の照明システムであって、第3の光学素子が実質的に曲面である、照明システム。
【請求項３１】
請求項15に記載の照明システムであって、少なくとも2個の光学素子が1個のユニットに組み合わされている、照明システム。
【請求項３２】
請求項1から4、6から8、14から20、23から26または30のいずれかに記載されているシステムを用いる光ビーム。
【請求項３３】
光源からの光を処理した光ビームであって、この処理したビームが短い第１の軸と長い第２の軸から成る実質的に細長い断面を持ち、このビームがビームの長軸以外の所望の軸に沿って視準化されており、またビームの短軸以外の所望の第２の軸に沿って集束あるいは拡散し、この光ビームが光ビームに沿って光源から放射される実質的にすべての光から成る、光ビーム。
【請求項３４】
請求項32または33の光ビームであって、その軸が互いに90°を成し、このビームが短軸に沿って視準化され、また長軸に沿って集束あるいは拡散する、光ビーム。
【請求項３５】
請求項32または33の光ビームであって、長軸と短軸の比が少なくとも約10以上である、光ビーム。
【請求項３６】
請求項32または33の光ビームであって、長軸と短軸の比が少なくとも約100以上である、光ビーム。
【請求項３７】
アレイの前面に当たる光が区分的ミラー素子のアレイによって区分的に回転され、それからアレイの前面から放射されるような区分的回転ミラー素子から成る光学的区分的回転ミラーアレイ。
【請求項３８】
光学的区分的透過性回転アレイであって、区分的回転素子のアレイから成り、このアレイがその前面に当たる光が区分的素子によって区分的に回転され、それから少なくともそのアレイの背面と側面の1つから放射されるように構成された、光学的区分的透過性回転アレイ。
【請求項３９】
請求項38に記載の光学的区分的回転アレイであって、光がアレイの背面から放射される光学的区分的回転アレイ。
【請求項４０】
請求項39に記載の光学的区分的回転アレイであって、区分的回転素子が第１の表面ミラーから成る光学的区分的回転アレイ。
【請求項４１】
請求項39に記載の光学的区分的回転アレイであって、区分的回転素子が透過性プリズムから成る光学的区分的回転アレイ。
【請求項４２】
請求項39に記載の光学的区分的回転アレイであって、区分的回転素子が表面ミラーと透過性プリズムの両方から成る光学的区分的回転アレイ。
【請求項４３】
請求項38あるいは39に記載の光学的区分的回転アレイであって、区分的素子が実質的に線形である光学的区分的回転アレイ。
【請求項４４】
請求項38あるいは39に記載の光学的区分的回転アレイであって、区分的素子が実質的に長方形である光学的区分的回転アレイ。
【請求項４５】
請求項38あるいは39に記載の光学的区分的回転アレイであって、区分的素子が実質的に正方形である光学的区分的回転アレイ。
【請求項４６】
請求項38あるいは39に記載の光学的区分的回転アレイであって、区分的素子が実質的に三角形あるいは六角形である光学的区分的回転アレイ。
【請求項４７】
請求項38あるいは39に記載の光学的区分的回転アレイであって、区分的素子が非対称である光学的区分的回転アレイ。
【請求項４８】
請求項38あるいは39に記載の光学的区分的回転アレイであって、区分的素子が保護コーティングを含む光学的区分的回転アレイ。
【請求項４９】
請求項38あるいは39に記載の光学的区分的回転アレイであって、区分的素子がフィルター・コーティングを含む光学的区分的回転アレイ。
【請求項５０】
請求項49に記載の光学的区分的回転アレイであって、フィルター・コーティングが実質的に電磁放射の短波長を阻止するように構成された光学的区分的回転アレイ。
【請求項５１】
請求項49に記載の光学的区分的回転アレイであって、フィルター・コーティングが実質的に電磁放射の長波長を阻止するように構成された光学的区分的回転アレイ。
【請求項５２】
請求項49に記載の光学的区分的回転アレイであって、フィルター・コーティングが実質的に電磁放射の単一波長のみあるいは波長帯域を通過させるように構成された光学的区分的回転アレイ。
【請求項５３】
請求項38あるいは39に記載の光学的区分的回転アレイであって、区分的回転アレイが区分的に光を約90°回転する光学的区分的回転アレイ。
【請求項５４】
請求項38あるいは39に記載の光学的区分的回転アレイであって、区分的素子が傾斜可能な光学的区分的回転アレイ。
【請求項５５】
請求項38あるいは39に記載の光学的区分的回転アレイであって、区分的素子内の表面が互いに対して調節できる光学的区分的回転アレイ。
【請求項５６】
請求項38あるいは39に記載の光学的区分的回転アレイであって、アレイがコンピュータで作成されたプログラミングを含むコンピュータに操作できるように接続されており、そのプログラミングが区分的素子を少なくとも1個を単位として個別にあるいはパターンにより制御するように構成された光学的区分的回転アレイ。
【請求項５７】
請求項56に記載の光学的区分的回転アレイであって、そのパターンが順次的、相補的パターンである光学的区分的回転アレイ。
【請求項５８】
請求項56に記載の光学的区分的回転アレイであって、そのパターンが固定パターンである光学的区分的回転アレイ。
【請求項５９】
視準化光ビームを回転する方法であって、集束素子の焦点において細長い断面を有する視準化ビームを形成するために視準化した光ビームを実質的に1軸のみに集束し、それから細長い断面の長軸以外の所望のビームの軸に沿って視準化しかつ細長い断面の短軸以外の所望のビームの軸に沿って集束あるいは拡散する回転視準化ビーム提供するために視準化した軸と視準化していない軸の位置を交換するように光ビームを区分的に回転する、ことを含む方法。
【請求項６０】
請求項59に記載の方法であって、回転した視準化ビームが少なくとも視準化ビームの光の約90%を含む、方法。
【請求項６１】
請求項59に記載の方法であって、回転した視準化ビームが実質的に視準化ビームのすべての光を含む、方法。
【請求項６２】
請求項59に記載の方法であって、さらに視準化した光ビームを提供するために視準化していない光ビームを視準化することを含む、方法。
【請求項６３】
請求項59に記載の方法であって、さらに光ビームを提供するために光源から光を供給することを含む、方法。
【請求項６４】
請求項59に記載の方法であって、さらに光ビームを提供するために点光源から光を供給することを含む、方法。
【請求項６５】
請求項59に記載の方法であって、さらに光ビームを提供するためにレーザーから光を供給することを含む、方法。
【請求項６６】
請求項59に記載の方法であって、さらに光ビームを提供するために少なくとも1個のアークランプあるいはLEDから光を供給することを含む、方法。
【請求項６７】
ビームが角度θで折り曲げられるとき第１の表面反射器反射性区分的回転アレイの性能を増強する方法であって、次式によってマイクロアレイの角αを計算することによりアレイの反射面の最適角度を決定することを含む、方法。
【数１】
2007534973.tif 000027
【請求項６８】
ビームが角度θで折り曲げられるとき内部全反射プリズムタイプ反射性区分的回転アレイの性能を増強する方法であって、次式によってマイクロアレイの角αを計算することによりアレイの反射面の最適角度を決定することを含む、方法であって、
【数２】
2007534973.tif 000028
ここに角θは計算において次式
【数３】
2007534973.tif 000029
によって決定される、このプリズムに対する実効角θ’で置き換えられる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明あるいはイメージングシステムの領域あるいは他の部品を照明するのに好都合な大きい光強度の細い線に整形した光を供給することができる照明システムおよび照明装置に関わる。
【０００２】
本出願書は、ここにその全体とまたその教示するところおよび開示を参照することによって組み込んでいる特許出願書No.60/488,130 2003.7.16に対し優先権を主張する。
【背景技術】
【０００３】
照明を効果的に行うためには、光を光源から照明する領域に効率的に導く必要がある。この導き方は蛍光管の後ろの金属製反射板のような簡単なものからディジタル映画投射機の光学系のような複雑なものまでいろいろな光学部品によって行われる。
【０００４】
蛍光管や大きな白熱フィラメントランプのような大きな光源はその寸法が大きいので、スポットライト、投影システムあるいは診療用の内視ミラー照明システムのような光学系に焦点を合わせるのが困難なため、効果的に導くのが難しいことが知られている。このような照明システム用の光源として、多くの場合非常に小さな体積から強い照明光を発生するアークランプが使われる。
【０００５】
小さな体積あるいは表面から強いエネルギーの光線を出す光源は、点光源として知られている。点光源の例としては光ファイバーから放射する光あるいはアークランプから放射される光がある。
【０００６】
多くの照明装置については、小さなほぼ球形のエネルギー源を作るアークランプが適しているが、応用によっては球形でない形の光源の方が適している場合がある。たとえば、イメージング装置および印刷装置の中には広い面積の照明ではなく強い線形の光として形成された照明の方が好適なものがある。波長分散を用いて照明光をスペクトル的に調整するような応用ではこの線形の光が特に適している。
【０００７】
強い光源の形を球形からほぼ円筒形あるいは細長い楕円形の形に変更するためには、光源からの光の焦点を合わせ、また向きを変える光学部品と、効果的に伝達できない集束から外れている光を阻止するための開口および絞りとが必要である。このような光学系を用いると照度およびエネルギー効率が低下し、有効なエネルギーの損失が発生することがしばしば起こる。
【０００８】
分光科学においても光の整形および方向変換が行われるが、それは光源から放射あるいは反射される光を構成する光子のエネルギーの分布を測定するという別の目的のためである。分光計は通常測定しようとする光を線形にできるだけ拘束し、それからそれをスペクトルとして分散して測定する。その際にスリットとして知られる幅の狭い開口をしばしば用いる。
【０００９】
従来の照明方法においては通常一方向に非常に集束した光は必要でないが、輪転印刷機のラインスキャナーあるいは波長分散素子を用いるスペクトル的に調整可能な光源のような新しいイメージング技術がそのような照明システムに対する新しい需要を作り出している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このように照明あるいはイメージングシステムの領域あるいは他の部品を照明するのに好都合な大きい光強度の細い線に整形した光を供給することができる照明システムおよび照明装置に対する需要は満たされていなかった。本発明はこのような利点およびその他の利点を与える装置および方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は大きい光強度を持ち実質的に細い線で投射される光を供給する光学システムから成る。このような大きい光度の光の線はいろいろな目的に使用できる。特に有効な応用は特許出願PCT/CA02/00124に記載する照明の波長調整である。
【００１２】
光ビームを45°に偏向するように配置し、設定した従来のプロプリズムは分光計用に一般の分散照明を集光するのには有効であるが、このタイプの光学的配置は明るい点光源を用いた大きい光強度の照明に対して適当ではない。
【００１３】
ポロプリズムは光を2個の内部全反射により反射するプリズムである。内部全反射は光学的媒体を透過する光の大部分の光学的媒体と外部媒体の物質間の屈折率の差による光学的境界面での反射である。
【００１４】
屈折率は空気に対して光を屈折する物質の能力の尺度である。通常ポロプリズムは90°の角をなす表面を有し、180°の全角度で光線を反射できる45-90-45°反射プリズムであるが、ポロプリズムは30-90-60°のように90°の頂角を有するどのような組合せであってもよい。このようなプリズムは一般に双眼ミラープリズムに使用される。
【００１５】
マルチプリズムは組立により1次元か2次元アレイに組合せる、あるいは機械加工あるいは鋳型により1個の形に製作することができる。これはガラス、結晶、プラスチックあるいは液体のような光を透過するどのような物質で作ってもよい。
【００１６】
プリズムは拡散する光源に対して光の向きを変えるのに確かに有用である一方で、アークランプのような光源に対して逆反射子を作る適当な方法のひとつに表面逆反射子がある。
【００１７】
逆反射子は一般に入射光を逆向きに光源の方向へ、入射の角度と実質的に平行の経路を通って伝送する反射子で、たとえば2個の平面反射子を順番に約45°に設定することにより形成できる。反射面の角度は、自転車や速度の遅い車両によく見られる反射器の安全反射刻面のように、他の角度で光の方向を変えるように調整することができる。
【００１８】
表面逆反射子は、一般にポロプリズムのように表面の屈折による入射の角度変更ではないので各反射面における臨界角に起因する損失がなく反射効率が良いので、実施例によっては有利なことがあり、また3個の高品質な透過性あるいは反射性の表面を必要とするプリズムと違って表面逆反射子は通常2個の高品質表面を使用するのでより容易に作ることができる。また表面逆反射子は光が構造を横断せず表面で跳ね返るのでエネルギー損失が少ない。さらに反射性アレイは、臨界角損失によるシステム中の迷光として分散する光の処理の問題がない。臨界角損失は、光がプリズムについて内部全反射に対する入射角度を大きく超え、プリズムの外に所定の光学経路を外れて迷光としてシステム中に伝送され始めるときに発生する損失である。
【００１９】
アークランプあるいはその他の望ましい光源から得られる高度な視準を利用する別の光学システムを用いることができる。逆反射子を作る表面の相対角に充分な注意を払うことにより照明システムの光学的効率を向上することができる。
【００２０】
ある態様において本発明は、円形、楕円形あるいはその他の形状をした光源を有するランプの光を線の形になるように導くとき、いろいろな入射角について光学的効率を上げるように強化した反射ミラーアレイを提供する。本発明はさらに、所望の入射角度および所望の方向転換の角度あるいはそのいずれかに対して、反射ミラーの角度設計を選択する方法を提供する。さらに大きな光強度のアークランプおよびその他の熱い光源による照明を扱う光学システムを作る際には、システムの熱に耐える能力を考慮する必要がある。透過光学系は通常熱の形でエネルギーをいくらか吸収するが、エネルギーが特定の光学部品に集中するときにはこのことが特に問題となる。
【００２１】
このようなことがあるにしてもある実施例に対して透過光学系およびその他の光学的構成を希望通り使用することができる。さらに必要な場合には所定の入射光の角度に対しプリズムの臨界角に注意を払うことによりプリズム逆反射子の性能を向上することが可能である。プリズムアレイに対して鋭い入射角について強化したプリズムアレイを設計することにより、集光した光源の拡散角を回転し交換するのに用いるプリズムアレイの光学的効率を向上することができる。効率向上のために各入射角について、アレイを構成するプリズムに異なる角度構造を使うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は円形、楕円形あるいはその他の形の光源を有するランプの光を線の形になるよう導く際に、光学的効率を向上するため異なる入射角に対して強化した改良プリズムアレイを提供する。本発明はさらに所望の入射角および所望の方向変更の角度またはそのいずれかに対するプリズムアレイの設計角の選択の方法を提供する。
【００２３】
本発明は円形、楕円形あるいはその他の形の光源を有するランプの光を線の形になるよう導く際に、光学的効率を向上するためいろいろな入射角に対して強化した反射ミラーアレイを提供する。本発明はさらに所望の入射角および所望の方向変更の角度またはそのいずれかに対する反射光アレイの設計角の選択の方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
ある態様において本発明は、光路に沿って光学的に接続された複数の光学素子から成り、その素子は、集光素子の焦点に細長い断面を有する光線を形成するために視準化した光を実質的に1軸のみに集光するように構成した集光素子と、少なくとも光線の実質的な部分を区分的に回転するように構成し、それによって長軸以外の所望の光軸に沿って視準化でき、また短軸以外の第2の所望の光軸に沿って集束あるいは拡散するビームを提供するために、視準化した軸と視準化していない光軸が位置を交換できるような区分的回転光学素子の上流に置かれた集光素子と、から成る集光装置を提供する。
【００２５】
いくつかの実施例において集光装置はさらに集光素子の上流に置かれたコリメーターを含む。区分的回転光学素子は、実質的な部分を約90°回転させることによって光線の短軸に沿って視準化しまた光線の長軸に沿って集束あるいは拡散する光線を提供するために視準化した軸と視準化していない光軸の位置を交換できるように、構成することができる。
【００２６】
区分的回転光学素子は、約90°の逆反射子として構成された表面反射子のアレイ、ポロタイプの約90°の逆反射子として構成されたプリズムのアレイ、区分的回転光学素子の透過性アレイあるいはその他の所望のアレイを含むことができる。区分的回転光学素子は約90°の頂角を持つ逆反射子を有し、これをアレイの上に当たる集光光線の視準化した軸に対して約45°に設定することができる。区分的回転光学素子は反射光線を光源から離れるように向けるため斜めにすることができる。
【００２７】
この集光装置はさらに回転光学素子の下流に置かれた第2の集光素子含むことができ、この第2の集光素子は区分的回転光学素子から放射される光ビームを集光して断面に細い線あるいはその他の所望の形状を形成するように構成されている。この集光装置はさらに回転光学素子の下流に置かれた光学的整形素子を含むことができ、この光学的整形素子は区分的回転光学素子から放射される光線を拡げて細い実質的に長方形の光線を形成するように構成されており、さらにこの集光装置は区分的回転光学素子から放射される光線を走査して目標物、他の光学システムあるいは要求に応じて他の素子を照明するように構成されたスキャナーを含むことができる。
【００２８】
区分的回転光学素子は透過プリズムアレイを含むことができ、その際にこのプリズムの平らな面を光源の方に向けることができ、またこのプリズムの背面は三角形の表面素子から成ることができる。区分的回転光学素子は実質的に平面、実質的に曲面、あるいはその他の必要な形状であってよい。少なくとも2個の光学素子を1個のユニット中に組み合わせることができる。
【００２９】
別の態様において本発明は、長軸と短軸を有し、長軸以外の所望の軸に沿って視準化でき、また短軸以外の第2の所望の軸に沿って集束あるいは拡散が可能であるような光線を提供する照明システムから成る。このシステムは、光線を提供するように構成された光源や、視準化した光線を提供するために光線を受け取り視準化するように配置および構成された第１の光学素子や、視準化した光線を集光して実質的に1軸のみに実質上線形の光線を形成するように配置および構成した第2の光学素子や、光線を長軸以外の所望の軸に沿って視準化しまた短軸以外の第2の所望の軸に沿って集束あるいは拡散する光線を提供するために、視準化した軸と視準化していない光軸との位置を交換できるように、少なくとも実質的に線形の光線の実質的な部分を任意の角度で回転させるように配置および構成された第3の光学素子、を含むことができる。
【００３０】
さらにある態様において、本発明はこの中のシステムを使って生成した光線を含む。また本発明は光源からの光線を処理した光線を提供し、この光線は短軸と長軸から成る実質上細長い断面を有し、その際に光線は長軸以外の所望の軸に沿って視準化でき、また短軸以外の第2の所望の軸に沿って収束あるいは拡散することができ、またその際に光線は光線に沿って光源から放射される実質的にすべての光線を含む。
【００３１】
このビームの軸は互いに90°をなすことができ、このビームは短軸に沿って視準化し、長軸に沿って収束あるいは拡散することができる。長軸は短軸に対して約10、100あるいは要求があればさらに大きい比であってもよい。
【００３２】
さらに別の態様において本発明は、アレイの前面に当たる光線を区分的ミラー素子のアレイによって区分的に回転し、それからアレイの前面から放射することができるように構成した区分的回転ミラー素子のアレイから成る、光学的区分的ミラー回転アレイを含む。
【００３３】
またさらに別の態様において本発明は、アレイの前面に当たる光線を区分的素子によって区分的に回転し、それから少なくともアレイの背面と側面の1方から放射することができるように構成した区分的回転素子のアレイから成る光学的区分的透過回転アレイを含む。
【００３４】
この区分的回転素子は表面ミラー、透過プリズム、あるいは表面ミラーと透過プリズムの両方、あるいはその要求に応じて他の光学素子を含む。
【００３５】
この区分的素子は実質的に線形、長方形、正方形、三角形、六角形、非対称形であってよい。この区分的素子は保護コーティングおよびフィルター・コーティングまたはそのいずれかを含むことができ、このフィルター・コーティングはたとえば短波長、長波長、あるいは電磁放射の選択した帯域を実質的に阻止あるいは通過させるように構成したコーティングである。この区分的素子の内部の光学面はお互いに対して調整可能であり、素子はお互いに対して調整可能である。
【００３６】
このアレイは、コンピュータで実現したプログラミングを含むコンピュータに操作できるように接続されており、このプログラミングは少なくとも個別に1個を単位として、あるいは順次的パターン、相補的パターンあるいは固定パターンのようなパターンで区分的素子を制御するように構成されている。
【００３７】
他の態様において本発明は、ここに記載する装置、システムなどを作る方法および使用する方法、ならびにここに記載する独特の光ビームを作る方法および使用する方法を含む。たとえば本発明は、集束素子の焦点において細長い断面を有する視準化した光ビームを形成するように、視準化した光線を実質的に1軸のみに視準化した光ビームを集束させることも含めて回転させ、それから細長い断面の長軸以外のビームの所望の軸に沿って視準化され、また細長い断面の短軸以外のビームの第2の所望の軸に沿って集束あるいは拡散する光ビームを提供するために、視準化した軸と視準化していない光軸との位置を交換できるように、光ビームを区分的に回転させる方法を含む。
【００３８】
この回転させた視準化ビームは少なくとも約70%、80%、90%、95%、98%あるいは実質的に視準化したビームのすべての光を含むことができる。この方法はさらに視準化された光ビームを提供するために視準化されていない光ビームを視準化すること、および光ビームを視準化し、また回転するために光源から光を提供することを含む。この光は点光源、非点光源、レーザー、アークランプ、LED、あるいはその他の所望の光源からの光であってよい。この方法はまた光ビームの視準化および区分的回転またはそのいずれかに関連して光のフィルタリングを行うこと、および光ビームの特性に所望の効果を与えるように光ビームにその他の処理を行うことを含むことができる。
【００３９】
他の態様において本発明は、次式によりマイクロアレイ角αを計算することによりアレイの反射面の適切な角を決定することを含み、角θだけ光線を折り曲げる必要があるとき、表面反射子の反射区分的回転アレイの性能の増強のための方法を含む。
【００４０】
【数１】
2007534973.tif 000003
【００４１】
他の態様において本発明は、次式によりマイクロアレイ角αを計算することによりアレイの反射面の適切な角を決定することを含み、角θだけ光線を折り曲げる必要があるとき、内部全反射プリズムタイプの反射区分的回転アレイの性能の増強のための方法を含む。
【００４２】
【数２】
2007534973.tif 000004
この計算において角θは等式
【００４３】
【数３】
2007534973.tif 000005
により決定されるプリズム材料に対する実効角θ’により置き換えられる。
【００４４】
これらの態様およびその他の態様、特徴および実施例は以下の詳細説明および添付図面を含むこの出願書に記載されている。本発明は多様な態様、特徴および実施例を含み、このような多数の態様、特徴および実施例は任意のやり方で組合せ、また順序を入れ替えることができる。さらにある装置、システムあるいはその他の情報を記述するさまざまな参照がここに記載されているが、このような参照はすべてこの出願書のどこに参照されているかに関係なく、その全体をまたその教示および開示について参照することによりここに組み込まれている。
【実施例】
【００４５】
本発明はアークランプ、フィラメントランプ、光放射ダイオード（LED）あるいは光ファイバーなどの所望の光源から放射される光を調整して細い線に正確に集光されるように導く素子から成る。
【００４６】
図1は本発明の1実施例の上面図および側面図を示す。アークランプあるいはその他の点光源１あるいはその他の光源からの光は開口絞り2を通って光線として放射される。開口絞り2は集束から外れている光を阻止して、それがシステム中に伝搬し光学的性能を劣化させるのを防ぐ。集束された光は視準化レンズ3により集められ、視準化された光4は円柱レンズ5に向けられる。光線がビームを作っている視準化された光は実質的に平行である。
【００４７】
円柱レンズ5は光を水平軸についてのみ集光し、その結果視準化ビームは集束平面7において入射の平均角を有する光の線に集束する。一方で集束平面7は実施例に示すように反射性でも透過性でもよい回転光学素子を含む。いくつかの実施例においてこの回転光学素子は2重ポロプリズム（一般に45°の回転角あるいは所望の他の角を持つ）のような透過性、あるいはその他の所望による透過性の構成である。区分的回転ミラーアレイ10は集束平面7に位置し、入射ビーム8をその表面で反射し、その際に光の線の一部の集束あるいは拡散角度を区分的なやり方で回転するように配置されている。必要な場合にはこの回転光学素子は光を線形-階段的、ピクセル的あるいは必要な場合にはその他のやり方で回転できる。さらにこの回転は約90°までであるが、必要な場合にはその他の回転も可能である。このように回転するピクセルあるいは部分の大きさは区分的回転ミラーアレイの空間的周期により決定される。円柱レンズ12は反射されたビーム11をもう一度水平軸のみに集束し、その結果線形のビーム11を非常に細い線の光13を形成する。いくつかの実施例において区分的回転アレイの「区分」は約10 - 100μmから約2-3mmである。
【００４８】
図2に示す区分的回転ミラー素子10はミラーのような表面を形成する非常に反射性のコーティングで被覆されている光学的表面20から成る。表面20はギザギザの金属ヤスリあるいはある輪郭では鋸歯の形に似ている、あるいはその他の所望の効果を生む構成の、傾斜した面の周期的なアレイである。3次元で見ると回折格子あるいは洗濯板に似た構造をしている。この傾斜した面の寸法と角度は、光を捕捉し方向付けをするための集光装置の効率を向上するように調節できる。
【００４９】
区分的回転ミラー素子10のギザギザの、あるいは鋸歯状の形状は上昇角と下降角に設定された面を連結した一連の峰と谷から成る。谷の最低位置により決定される面21と峰の最高位置で決定される面22は実質的に平行である。システムの光軸28に対する面22の相対的な角度方向は素子の垂直平面29として定義され、峰と谷を形成する面の上昇角および下降角を定義するための基準として使用される。上昇角24と下降角25との間の角23は約90°が好ましい。下降角25と垂直平面29との間の角26はそれを用いるシステムの光学的寸法形状に適合するように変えることができる。光ビームのある特定の入射平均角度に対して決定可能な最適角度25が存在する。上昇角と下降角との間の角度が90°の場合には、幾何学的不変性により上昇角24は90°から下降角25を差し引いた値である。
【００５０】
ある実施例における区分的回転ミラー素子10は一体構造であるが、垂直面29に平行な長方形の面と上昇面と下降面の他の2つの面とから成る実質的に三角プリズムと見なすことができる。必要な場合にはその他の構成も使用できる。プリズムの三角形の面は光学素子の縁にあり、垂直面に垂直であってもよい。
【００５１】
区分的回転ミラーアレイは反射ビームを所望の場所に偏向するために傾斜角27まで傾斜させることができる。傾斜角27が垂直平面29に平行になるように設定される場合には、反射ビームの向きは逆向きに円柱レンズに向かって設定される。反射されたビームを他の光学要素あるいは照明する面に向けるためにより大きい傾斜角を使用することができる。
【００５２】
ある実施例において区分的回転ミラーアレイ10は、三角プリズム素子の峰によって定義される尾根とプリズム素子の面の90°頂角により定義される谷とが集束面における光の垂直バーの長軸に対して約45°の角度に設定されるように回転される。45°の角度は、それが光ビームの水平軸における集束光あるいは拡散光と光ビームの垂直軸における視準化光線との間の最適な交換を提供するので、実施例によっては好都合である。他の角度も、視準化光路と非視準化光路とのより大きなあるいはより小さな交換が行われるかもしれないが、必要に応じて使うことができる。
【００５３】
ある実施例において区分的回転ミラーアレイ10は集束面7における光の垂直バーよりも大きい任意の形状であってもよい。特に有用な形状として正方形、長方形あるいは楕円形がある。垂直バーより小さい形状もまた、バーを集束する能力を向上するために本発明の他の実施例において使用できるが、出力が小さくなる可能性がある。
【００５４】
区分的回転ミラーアレイの尾根および谷の空間周波数は、反射されたビーム11に期待される視準および集束性の程度に影響する。ある実施例は、峰間の空間距離が集束平面7における光の垂直バーの幅に等しいかあるいはそれより小さい区分的回転ミラーアレイ10から成る。
【００５５】
区分的回転ミラーアレイ10は、光を反射する実質的に平坦な光学的表面を作るような、成形、注型、機械加工あるいはその他の製造が可能な任意の材料で作ることができる。適当な材料としてアクリルあるいはポリカーボネートのようなポリマー、金属あるいはガラスがある。
【００５６】
区分的回転ミラーアレイ10の反射性表面20はマイクロアレイ自身の材料から成ってもよく、あるいは上に記載したようにある実施例では成形したマイクロアレイの表面に付けたコーティングでもよい。このコーティングは、金属、誘電体あるいは光の所望の波長あるいは波長範囲を反射するその他の材料であってよい。コーティングした表面を酸化あるいは摩耗のような環境による破損から保護するように、あるいは反射性の増強あるいはバンドパス、ローパス、ハイパスなどのフィルタリング等の所望のフィルタリングのような所望の特性を得るように、追加の、あるいは多重のコーティングを施してもよい。
【００５７】
別の所で記載したように、区分的回転ミラーアレイは区分的回転アレイのひとつの実施例であって、それはミラー、プリズムあるいはその他の光学素子であってよく、また反射性あるいは透過性であってもよい。さらに区分的素子は線形あるいは画素化あるいはその他の所望のものでよく、また長方形、正方形、三角形、六角形、非対称形あるいは所望のように構成してよい。ある実施例においては、いろいろな入射角、光のいろいろな波長およびその他の所望の特性に適応するために、区分的素子のいろいろな表面の相対的入射角をお互いに対して調整できる。区分的素子はまた必要に応じて傾けられるようにでき、これによって射出光を違う場所に向けたり、あるいは別の目的のため別のビームに分割したりできる。区分的素子はユニットとして、個別に、パターン（たとえば順次的パターンおよび相補的パターンまたはそのいずれか、固定パターン、波長選択的パターンなど）に従って制御できる。
【００５８】
図9は複数の区分的素子から成る透過性光学区分的回転アレイの側面図を示すが、ここでは区分的素子内部の表面は透過性表面とミラーあるいは反射性表面との両方から成る。透過性区分的回転アレイ95は透過性前面96とお互いに角度をなす平坦面のアレイから成る背面100とから成る。図示の実施例においてアレイは反射性表面97と透過性表面98とから成る。光99は透過性区分的回転アレイ95に入り、反射性表面97の内部表面に伝達され、そこで反射、回転されて透過性表面98を透過し、第2の反射性表面である外部反射性表面100にぶつかり、そこでもう一度反射、回転されて、透過性区分的回転アレイ95の背面から出て行く。
【００５９】
望ましい最適角度の決定に戻って、区分的回転ミラーアレイ10の1個の小面あるいはプリズムについて考察する。
【００６０】
最適角度は次のような計算により決定できる。
【００６１】
区分的回転ミラーアレイの断面に平行な視準化したビームに対する逆反射の効率は図3を参照して決定される。100%の幾何学的効率は、平面22に対する角37がγ = 2αであるような光線31に平行な視準化されたビームについて達成される。この構成において各プリズムの各側面に当たるすべての光線は逆反射される。
【００６２】
32あるいは33のように他の方向に平行な視準化されたビームは100%の幾何学的効率よりも小さい効率で反射される。平面22となす角38がγ > 2αで、光線32の右側にある反射表面の長辺35に当たる光線32に平行な光線は、反射表面の短辺34で反射されず、したがって逆反射されない。平面22となす角39がγ < 2αで、光線33の左側にある反射表面の短辺34に当たる光線33に平行な光線は、反射表面の長辺35で反射されず、したがって逆反射されない。
【００６３】
幾何学的効率は図4に示す以下の数学的論拠によって得られる。2つの垂直な反射表面34と35で自然に形成される座標系を想定する。辺35がx軸を定義し、辺34がy軸を定義するとする。平面22におけるマイクロアレイ10の峰の空間的距離36は、反射表面34および35から成る垂直な辺OAおよびOCを持つ三角形OACの斜辺を形成する。この斜辺の長さを1とする。
【００６４】
三角形の隅の座標は、O = (0, 0)、A = (0, cos(α))、C = (sin(α), 0)である。図4に示すように、光線32が表面34で反射される点Dの座標は、D = (sin(α)/tan(γ-α), 0)である。
【００６５】
光線32に平行でAとBの間でACを横切るような光線は第2の辺で反射されない。したがってABはこの角度で当たる視準化したビームについて光の損失を表す。Bは線ACを通る交点であり、次式が成立する。
【００６６】
【数４】
2007534973.tif 000006
ここにDとBを通る線についての式は
【００６７】
【数５】
2007534973.tif 000007
である。
【００６８】
したがって座標B = (ｘB, ｙB)は次のように計算される。
【００６９】
【数６】
2007534973.tif 000008
また
【００７０】
【数７】
2007534973.tif 000009
マイクロアレイの幾何学的効率R(γ)はしたがって次式で与えられる。
【００７１】
【数８】
2007534973.tif 000010
【００７２】
【数９】
2007534973.tif 000011
三角法の等式
【００７３】
【数１０】
2007534973.tif 000012
を用いるとこの式はさらに次のようになる。
【００７４】
【数１１】
2007534973.tif 000013
【００７５】
β = π/2 - αであり、入射角i = π/2 -γであるから、幾何学的効率はαと入射角iだけの関数として表される。
【００７６】
【数１２】
2007534973.tif 000014
（式１）
この式のグラフを図5に示す。
【００７７】
式1はγ > 2 αに対して有効であり、この状態では最初に三角形の長辺に当たる光線の損失が起こる。γ < 2 αに対して逆反射されない光線は図4ｂに示すように最初に短辺に当たる。座標系は前の場合と同じであり、AからCの線分に対する式も同じである。光線33が最初に反射性表面に当たる点Dの座標は  D = (sin(α)tan(γ -α), 0)である。DとBを通る線の式は
【００７８】
【数１３】
2007534973.tif 000015
となり、これからBの座標は
【００７９】
【数１４】
2007534973.tif 000016
および
【００８０】
【数１５】
2007534973.tif 000017
となる。
【００８１】
これらから前と同様の方法で幾何学的効率が得られ、その結果は式1と同一である。
【００８２】
最大効率R(γ) = 1は次の入射角のときに得られる。
【００８３】
【数１６】
2007534973.tif 000018
（式2）
図5のグラフはこの最大値を明確に示している。
【００８４】
このように本発明のある実施例において区分的回転ミラーアレイ10の下降角25が前出の式1および式2に従って効率を向上するように求められる。
【００８５】
2個の円柱レンズ5および12と併せて集光装置として使用する場合、マイクロアレイは光を伝搬の軸について入射線形ビームの中で90°あるいは所望の他の角度だけ回転させ、これによってｘおよびy方向の伝搬角度が入れ替わるが、それぞれの小さなプリズムはビームの小さな部分にのみ作用するので、xおよびyビームサイズは入れ替わらない。
【００８６】
各プリズムが拡散のxおよびy角を交換するためには、プリズムを最初の円柱レンズ5のxおよびy軸に対して45°（すなわちz軸の周りに45°回転させる）に置くことが必要である。
【００８７】
マイクロアレイは光路を折り曲げるためにさらにy軸の周りに回転させることができるが、そうでない場合は反射されたビームは光源の方に逆反射される。この回転に伴ってマイクロアレイの平面22へのビームのこの平面の横断面に投射される入射角iは、図6aに示すようにマイクロアレイの平面へのビームのグローバル入射角(global angle of incidence)θとはもはや同じではない。
【００８８】
θとiとの幾何学的関係は図6ｂに示すように、角π/2 - iを定義する直角三角形の入射平面上への横断面と直角方向への投影から計算できる。この関係式は次で与えられる。
【００８９】
【数１７】
2007534973.tif 000019
これはさらに次のように変形できる。
【００９０】
【数１８】
2007534973.tif 000020
【００９１】
このようにマイクロアレイの平面へのグローバル入射角(global angle of incidence)θとマイクロアレイの横断面の実効的な入射角iとの関係は次式で与えられる。
【００９２】
【数１９】
2007534973.tif 000021
【００９３】
この式と式2とからビームがθだけ折り曲げられるときに最大幾何学的効率を有するマイクロアレイを与えるマイクロアレイ角αを次式から計算できる。
【００９４】
【数２０】
2007534973.tif 000022
（式3）
【００９５】
図7はθの関数としての幾何学的効率のグラフであり、最大値を明確に示す。
【００９６】
別の実施例において集束平面で視準化および非視準化光の線の反射および軸の回転を行う素子はプリズムアレイである。光の方向を変えるプリズムアレイは既知である。ある応用に対して必要な場合は性能を向上できる。
【００９７】
このようなプリズムは一般に光学的に透明で、光学的に平坦な前面と、前に記載した区分的回転ミラーアレイと同様に尾根と谷から成るプリズム素子の周期的なアレイを有する。
【００９８】
プリズムアレイを用いるある実施例において、プリズムアレイはアレイの平坦な面を円柱レンズあるいはその他の適当な集束素子の方に向け、集束平面における光のバーがプリズムアレイの尾根と谷に当たるように配置されている。
【００９９】
光はプリズムアレイの前面から入り、光の入射角と波長に応じて屈折される。この光はプリズムの材料を通過してプリズムアレイの背面に当たるまで進む。ここで光は表面を通ってもう一度屈折されるか、あるいは反射される。できるだけ屈折が少なく、大部分お光が反射されて戻ることが望ましい。このタイプの装置は一般に反射性プリズムアレイに比べて損失が大きいが、性能はプリズムアレイの背面を構成する面の角度を規定する方法の改善により向上可能である。
【０１００】
この平面の最適角は区分的回転ミラーアレイと同様の方法で決定できるが、入射角iおよびθをスネルの法則で与えられる実効入射角i’およびθ’で置き換える。
【０１０１】
【数２１】
2007534973.tif 000023
ゆえに
【０１０２】
【数２２】
2007534973.tif 000024
（式4）
同様に
【０１０３】
【数２３】
2007534973.tif 000025
（式5）
【０１０４】
これらの置換により等式1-3をプリズムアレイにも適用できるが、その際に全内部反射が重畳されるという追加の条件がある。すなわち三角形の両方の側面に当たる光線の入射角は臨界角
【数２４】
2007534973.tif 000026
よりも大きくなければならない。それでなければ効率は0%に低下する。
【０１０５】
図8のグラフは、プリズムアレイの効率が区分的回転ミラーアレイの場合よりも入射角の狭い範囲に限定され、また100%の効率はプリズム角αの限られた範囲でのみ達成できることを示す。この両方の範囲は屈折率の大きいガラスを用いることで幾分拡張できる。
【０１０６】
プリズムの内側に当たる光線はもはや横断面への投影に等しいこれらの側のグローバル入射角を持たない。というのは、光線は横断面から出て来るが、これらの側への実際の入射角は横断面への投影よりも大きく、このことは所定のプリズム形状に対してプリズムアレイへの入射角が大きくても臨界角よりもまだ大きいので、まだ逆反射されることを意味する。
【０１０７】
プリズムアレイが角度を交換するので反射されたビームはy軸に対して0°（というのは、反射ビームはx軸に対するビーム入射角を得るが、これが0）で出てくる、またx軸に対しては角θ（というのは、反射ビームはy軸に対してビームの入射角を得るが、これがθ）である。したがってy軸に対する折り曲げ角は従来の折り曲げミラーのように2θではなくθのみであり、プリズムアレイはまたx軸に対して光路を同じだけ折り曲げる。
【０１０８】
他の態様において本発明は、ここに記載した装置、システムなどの作り方および使い方を含み、またここに記載した独特の光ビームの作り方および使い方を含む。たとえば本発明は、集束素子の焦点において細長い断面を有する視準化した光線を形成するように、視準化した光線を実質的に1軸のみに視準化した光線を集束させることも含めて回転させ、それから細長い断面の長軸以外の光線の所望の軸に沿って視準化され、また細長い断面の短軸以外の光線の第2の所望の軸に沿って収束あるいは拡散する光線を提供するために、視準化した軸と視準化していない軸との位置を交換できるように、光線を区分的に回転させる方法を含む。
【０１０９】
この回転させた視準化光線は少なくとも約70%、80%、90%、95%、98%あるいは実質的に視準化した光線すべてを含むことができる。この方法はさらに視準化された光線を提供するために視準化されていない光線を視準化すること、および光線を視準化し、また回転するために光源から光を提供することを含む。この光は点光源、非点光源、レーザー、アークランプ、LED、あるいはその他の所望の光源からの光であってよい。この方法はまた光ビームの視準化および区分的回転またはそのいずれかに関連して光のフィルタリングを行うこと、および光ビームの特性に所望の効果を与えるように光ビームにその他の処理を行うことを含むことができる。
【０１１０】
ここで使用したすべての用語は、ここで以下に特に論じるものも含め、前後関係あるいは定義が他のことを意味しない限り通常の意味に従って使われている。また特に指示しない限り、請求項の中を除いて、「または」は「および」を含み、またその逆も同様である。限定しない用語は明確に記述しない限り限定的に解釈してはならない（たとえば「含む」および「から成る」は明確にそうでないと記述しない限り「含むがこれに限定しない」を意味する。）
【０１１１】
本発明の範囲は手段プラス機能および手順プラス機能概念の両方を含む。しかしこの出願書で記述する用語は請求項において「手段」という語が請求項で明確に引用されない限り「手段プラス機能」を意味すると解釈してはならないし、また「手段」という語が請求項で明確に引用されている場合は「手段プラス機能」を意味すると解釈しなくてはならない。同様にこの出願書で記述する用語は方法あるいはプロセスの請求項において「手順」という語が明確に引用されない限り「手順プラス機能」関係を意味していると解釈してはならないし、また「手順」という語が請求項で明確に引用されている場合は「手順プラス機能」関係を意味すると解釈しなくてはならない。
【０１１２】
前述から、説明の目的のため本発明の特定の実施例を記載してるものの、本発明の精神と範囲を逸脱することなくいろいろな修正が可能であることが認識できよう。したがって本発明はそのような修正およびすべてのここに記述した主題の置換および組合せを含み、添付の請求項によるものを除きこれに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】図1はここに記載する光学集光装置の実施例システムの上面図および側面図を示す。z軸はシステムの光軸と一致している。実際には反射素子10は一般にビームを3次元で方向付けをするので、ビーム入射素子10のz方向はビーム射出素子10のz方向とは同じでない可能性がある。これを2次元で示すのは難しいので、動作の原理を示すための本図では素子10の前後のz方向を同じにしてある。
【図２】図2は逆反射マイクロアレイ素子の図を示す。逆反射マイクロアレイ素子はたとえば区分的回転ミラーアレイあるいはプリズムアレイなどである。
【図３】図3は逆反射区分的回転ミラーアレイ素子にいろいろな角度で入射する限界光線の経路を示す。
【図４】図4は区分的回転ミラーアレイに当たる光線の幾何学的関係を示し、図4aは最初の反射がマイクロアレイの長い反射側で起こる限界光線を示す。図４ｂは最初の反射がマイクロアレイの短い反射側で起こる限界光線を示す。
【図５】図5は区分的回転ミラーアレイの幾何学的効率をマイクロアレイの反射側のいろいろな角度に対する入射角の関数としてプロットしたグラフである。
【図６】図6は光路を折り曲げるために傾けられたマイクロアレイへの入射角間の関係の数学的由来に関する図を示す。図6aはマイクロアレイの上面図を示す。図6bはマイクロアレイの前面図を示す。図6cはマイクロアレイの法平面における入射角の図である。図6dは図6cの入射角を入射平面に投影した図である。
【図７】図7は傾けた区分的回転ミラーアレイの幾何学的効率をマイクロアレイの反射側のいろいろな角度に対するグローバル入射角(global angle of incidence)の関数としてプロットしたグラフである。
【図８】図8はプリズムマイクロアレイの幾何学的効率をマイクロアレイの反射側のいろいろな角度に対する入射角の関数としてプロットしたグラフである。図8aは屈折率がBK7ガラスの屈折率である1.55のプリズムアレイについて計算したグラフである。図8bは屈折率が1.7のプリズムアレイについて計算したグラフである。
【図９】図9は複数の区分的素子から成り、区分的素子内の表面が透過性とミラーあるいは反射性の両方であるような透過性光学的区分的回転アレイの側面図を示す。
【図１】
2007534973.tif 000030
【図２】
2007534973.tif 000031
【図３】
2007534973.tif 000032
【図４ａ】
2007534973.tif 000033
【図４ｂ】
2007534973.tif 000034
【図５】
2007534973.tif 000035
【図６】
2007534973.tif 000036
【図７】
2007534973.tif 000037
【図８】
2007534973.tif 000038
【図９】
2007534973.tif 000039
【手続補正書】
【提出日】平成18年3月1日(2006.3.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８ａ
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図８ａ】
2007534973.tif 000040
【手続補正書】
【提出日】平成18年3月2日(2006.3.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８ａ
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2007534973.tif 000041