(57)【要約】  回折光学素子を使用して、波長又は偏光とは無関係に複数のビームを統合して単一ビームにする、小型の光ビームインテグレータが開示される。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームのインテグレータであって、
複数の発光源を有し、前記発光源はそれぞれ光ビームを回折光学素子（ＤＯＥ）に向けて出射して目標方向に前記光ビームを回折させ、前記光ビームそれぞれの前記ＤＯＥにおける局所ピークでの回折角は他ビームの入射角に一致しない
ことを特徴とする、インテグレータ。
【請求項２】
前記光ビームは、青色光ビームと、緑色光ビームと、赤色光ビームとを含む
ことを特徴とする、請求項１に記載のインテグレータ。
【請求項３】
前記入射ビームからの複数の前記ＤＯＥは単一層に重ね合わされる
ことを特徴とする、請求項１に記載のインテグレータ。
【請求項４】
前記ＤＯＥを含む層は単一プレートに積層される
ことを特徴とする、請求項１に記載のインテグレータ。
【請求項５】
前記ＤＯＥは反射型である
ことを特徴とする、請求項１に記載のインテグレータ。
【請求項６】
前記ＤＯＥの縞の方向は、コリメートされていない光ビームが統合されるように自由曲面の任意関数である、
ことを特徴とする、請求項１に記載のインテグレータ。
【請求項７】
発光デバイスは、レーザー、ＬＥＤ及びＯＬＥＤのうちの１つである
ことを特徴とする、請求項１に記載のインテグレータ。
【請求項８】
前記ＤＯＥはホログラフィック光学素子で作製され、前記素子中の縞はフォトポリマーで作製されている
ことを特徴とする、請求項１に記載のインテグレータ。
【請求項９】
前記ＤＯＥはレリーフ型回折光学素子で作製されている
ことを特徴とする、請求項１に記載のインテグレータ。
【請求項１０】
前記ＤＯＥは屈折率が異なる少なくとも２つの異なる材料を有する実質的に透明な多層で作製されている
ことを特徴とする、請求項１に記載のインテグレータ。
【請求項１１】
前記層は基板とは異なる屈折率を有する材料による少なくとも１つの繰り返しパターンを含み、これにより、前記層は入射光を回折させる
ことを特徴とする、請求項９に記載のインテグレータ。
【請求項１２】
少なくとも１つの発光デバイス及び入射光と、
コリメーションレンズと、
ＤＯＥと、
スリットと、を備える光源であって、
前記発光デバイスから出射された光ビームが前記コリメーションレンズでコリメートされて前記ＤＯＥに導かれ、回折光が前記スリットに導かれ、これにより、前記スリットからの出射光が実質的により狭い光スペクトル帯域幅を有する
ことを特徴とする、光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は非仮出願であり、２０１８年１月２０日に出願された米国仮特許出願第６２／６１９，７７６号の優先日を主張する。米国仮特許出願第６２／６１９，７７６号は、２０１６年６月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／４９３，０７７号の非仮出願である、特許出願ＰＣＴ／ＵＳ１７／３８５２３号の一部継続（ＣＩＰ）出願である。
【０００２】
本発明は、複数の光ビームを統合してより帯域幅が狭い単一ビームにする、投影表示システム用の照射系に関する。より具体的には、本発明は、回折光学素子又はホログラフィック光学素子を使用して低エタンデュの光源を実現した、極めて費用効率が良く作製が容易な光源に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、仮想現実又は拡張現実用のウェアラブルディスプレイ、アイグラスディスプレイなどの接触ディスプレイ（contact display）を作るために、投射ディスプレイが開発されている。しかし、複数のカラービームを単一ビームに組み合わせるＬＥＤ又はレーザーダイオードを用いた光源には、極めて複雑な系が必要であり、かつ調整に時間を要する極めて高精度のアライメントが必要となる。いくつかの従来技術が図１ないし図６に示されている。 
【０００４】
図１は、３本のレーザービームを組み合わせて単一ビームにする光源の一例である。具体的には、図１は、ミラー（１００７）と選択した波長及び偏光のみを反射するダイクロイックミラー（１００８及び１００９）とを使用した、光ビームのインテグレータ（又はコンバイナ）を示す。緑色レーザーダイオード又は緑色ＬＥＤ（１００１）が使用され、出射された光ビーム（１００４）はコリメーションレンズ（１００５）によりコリメートされて平行ビーム（１００６）を形成する。このビームは、ミラー（１００７）により、次のダイクロイックミラー（１００８）に向かって反射される。このダイクロイックミラーは、ローパスフィルタであり、「青色」及びより高周波数の光のみを反射するものである。緑色光は、ダイクロイックミラー（１００８）を通過する。青色レーザーダイオード（１００２）は光を出射する。その光は、平行ビーム（１００９）にコリメートされて、青色又はより高周波数の光のみを反射するダイクロイックミラー（１００８）により右側に反射される。赤色レーザー光は光を出射する。その光は、コリメートされて、ダイクロイックミラー（１０１０）により反射される。このダイクロイックミラーは、ハイパスフィルタであり、赤色又はより低周波数の光のみを反射して緑色及び青色などのより高周波数の光を全て通過させるものである。系はこのように動作するが、この方法は、色及び偏光が同じである２本の光ビームを組み合わせるものではない。したがって、この方法では、異なる色の光ビーム又は異なる偏光のビームを組み合わせることはできるが、同じ色及び同じ偏光の光ビームを組み合わせることはできない。したがって、複雑な系だけでなく、最大出力も制限される。
【０００５】
従来の系の別の例が図２に示されている。この例は、図１のスモールフォームファクタで製造することの困難さを克服するために、異なるサイズを有する図１の別の実装である。具体的には、系のサイズが小さくなると、レーザーダイオードのサイズが原因で、小さな面積で組み立てることは図１に示すように困難となる。そのため、図２に示すような構造が一般に実装される。
【０００６】
図３は、光ファイバを用いたデータ転送システムのマルチプレクサとして開発されたプレーナ光波回路（ＰＬＣ）を用いた複数のビームのインテグレータである、別の例を示している。近年、この方法では、投射ディスプレイ用に複数のカラーレーザービームを組み合わせることが試みられている。しかしこの方法では、非常に高価であると共に出力も極めて制限される、シングルモードのレーザービームが必要となる。シングルモードレーザーは、狭帯域単一周波数のレーザービームである。この系は、ビーム間の周波数差が小さく、各ビームに単一周波数のみが含まれる（いわゆる「シングルモードレーザー」）場合に良好に動作する。この系は、ビームに複数の周波数が含まれる場合（いわゆる「マルチモードレーザー」）、効率的に動作しない。シングルモードレーザーダイオードは通常、マルチモードレーザーと比較して低出力である。高出力のレーザーを得るには、この系は適していない。したがってこの系は、ビーム中に複数の周波数を有するマルチモードレーザーには適用できない。この系の別の問題点は、レーザービームアライメントの正確度が非常に厳しく（通常サブミクロンレベル）、高価なアライメントシステムなしでは製造が非常に困難であることである。したがって、レーザーダイオード及び光ファイバのアライメントにはサブミクロンレベルの正確度が必要となり、実装に多大な費用がかかる。
【０００７】
従来技術の別の例が図４に示されている。これは、光ファイバを使用して、複数のビームを組み合わせて単一ビームにするものである。レーザーダイオード（４００１）からの光ビームは光ファイバのフェルール（４００３）にアライメントされ、光ファイバ（４００４）に導かれる。これらのファイバは、Ｙ字型光ファイバ（４００５）を用いて組み合わせられ、単一の光ファイバ（４００６）になる。この構造では、Ｙ字型コンバイナ（４００６）において反射が起こり、実質的に５０％もの効率が失われる。この方法では、サブミクロンの正確度としての高精度のアライメントもまた必要であり、光ファイバコンバイナでのエネルギー損失の大きさもまた求められる。
【０００８】
しかし、図１ないし図４では、低エタンデュ（エタンデュとは、発光面積にビームの発散角を掛けたものと定義される）が可能となる。低エタンデュは極めて狭いビームであることを意味し、レーザービームスキャナなどの投射表示に必要である。図５及び図６は、ＬＣＤ及びデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）などの２次元空間位相変調器（ＳＬＭ）を用いた投射ディスプレイに使用することができる、比較的高エタンデュの例を示す。
【０００９】
図５は、市販のプロジェクタで使用される、レーザーダイオードを複数用いた別の従来の光源を示す。レーザーダイオードのビームは、ミラーにより組み合わせられて、単一の位置に存在する複数のビーム（単一ビームではない）になる。各レーザービームは低エタンデュであるが、組み合わされたビームは大きなエタンデュを形成するので、集光効率が低下する。
【００１０】
図６は、市販のプロジェクタで使用される、複数のＬＥＤ（１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒ）を備える光源を含む別の従来のシステムを示す。これらのＬＥＤからの光は、レンズ（１４）により集光され、ホモジナイザー（１５）により均一化されて、表示装置（１７）に導かれる。ＬＥＤは大きな発光面積及び大きな発散角を有するため、各ＬＥＤのエタンデュは極めて高い。高エタンデュであるため、高輝度を実現するのは困難である。
【００１１】
製造におけるアライメントの正確度が低い状態で、低エタンデュ、製造の容易さ、及び低コストを可能とする光源が必要とされている。本発明は、ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）又は回折光学素子（ＤＯＥ）を使用して、光ビームの波長及び偏光とは無関係に複数のビームを統合して単一ビームにする、低エタンデュ光源を開示する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的の１つは、図７に示されるような投射ディスプレイ用の小型の光源を提供することである。図７では、複数のレーザービーム（７００３）がホログラフィック光学素子（以後ＨＯＥ、７００４）と組み合わされて単一ビーム（７００５）となる。７００１はレーザーダイオードであり、７００２は発散光をコリメートして平行ビーム（７００３）にするコリメーションレンズである。
【００１３】
これは、レーザーダイオード８００１を実装する本発明の一態様でもある。このレーザーダイオード８００１は、光ビームを出射し、その光ビームは、傾き角（θ、８００８）で屈折率が変化する周期的な構造を有するＨＯＥ／ＤＯＥに向けられる。入射ビームは、法線方向（８００６）に向かって回折される。この構造では、２本のビームが同じ波長及び同じ偏光を有する場合でも複数の光ビームを組み合わせることが可能となり、これは先行技術の他の方法と比較して顕著な利点である。
【００１４】
ＨＯＥ又はＤＯＥの構造が、図９に描写されている。明領域（９００１）は屈折率が高く、暗領域（９００２）は屈折率が低い。縞は基板表面の法線方向から傾斜しており、縞のピッチは（９００３）として示され、周期的に何度も繰り返されている。入射光（９００４）は、普通のミラー反射であるかのように、傾斜縞（９００１及び９００２）により（９００５）に向かって反射される。縞の傾斜角は任意に選択することができ、通常のミラーのように制限はされない。
【００１５】
具体的には、好ましい一実施形態によると、本発明は、光ビームのインテグレータであって、複数の発光源を有し、複数の発光源はそれぞれ、光ビームを回折光学素子（ＤＯＥ）に向けて出射して目標方向に前記光ビームを回折させる、インテグレータにおいて、光ビームそれぞれの前記ＤＯＥにおける局所ピークでの回折角は他ビームの入射角に一致しない、インテグレータを開示する。別の好ましい実施形態では、光ビームは、青色光ビーム、緑色光ビーム、及び赤色光ビームを含む。異なる実施形態では、入射ビームからの複数のＤＯＥは単一層に重ね合わされる。別の好ましい実施形態では、入射ビームからの複数のＤＯＥは単一層に重ね合わされる。別の好ましい実施形態では、ＤＯＥを含む層は単一プレートに積層される。別の実施形態では、ＤＯＥは反射型である。別の実施形態では、ＤＯＥの縞の方向は、コリメートされていない光ビームが統合されるように自由曲面の任意関数である。別の実施形態では、発光デバイスは、レーザー、ＬＥＤ及びＯＬＥＤのうちの１つである。別の実施形態では、ＤＯＥはホログラフィック光学素子で作製され、素子中の縞はフォトポリマーで作製される。別の実施形態では、ＤＯＥはレリーフ型回折光学素子で作製される。別の実施形態では、ＤＯＥは、屈折率が異なる少なくとも２つの異なる材料を有する実質的に透明な多層で作製される。別の実施形態では、この層は基板とは異なる屈折率を有する材料による少なくとも１つの繰り返しパターンを含み、これにより、この層は入射光を回折させる。
【００１６】
本発明の別の好ましい実施形態は、少なくとも１つの発光デバイス及び入射光と、コリメーションレンズと、ＤＯＥと、スリットと、を有する光源であって、発光デバイスから出射された光ビームはコリメーションレンズでコリメートされてＤＯＥに導かれ、回折光がスリットに導かれ、これにより、スリットからの出射光は実質的により狭い光スペクトル帯域幅を有する、光源、を開示する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ミラー並びに選択した波長及び偏光のみを反射するダイクロイックミラーを使用した、光ビームのインテグレータ（又はコンバイナ）を含む従来の系の一例である。
【図２】図１の系の別の実装形態で、サイズが異なるものを示す。
【図３】複数カラーのレーザービームのインテグレータを実装するための、一般にプレーナ光波回路（ＰＬＣ）として知られている別の従来の方策を示す。
【図４】Ｙ字型コンバイナ（４００６）における反射を伴う光ファイバを実装した、実質的に５０％もの効率が失われる、光源の別の従来の構造を示す。
【図５】複数のレーザーダイオードを用いた従来の投影ディスプレイ用の例示的な光源を示す。各々のレーザービームは狭いが、組み合わされたビームは大きな発散角を有する。
【図６】投射表示装置を照射するために単一であるが大きいビームに組み合わされる、高エタンデュのＬＥＤ光源を備えた別の従来のシステムを示す。エタンデュが大きいため、光利用の効率は制限される。
【図７】複数のコリメートされたビームを統合して単一のコリメートされたビームにできるようにする、本発明の例示的な一実施形態を示す。
【図８】傾き角で屈折率が変化する周期的な構造を有する本発明のＨＯＥ／ＤＯＥにより、その方向に曲げられた光ビームの軌道を示す。
【図９】高屈折率領域及び低屈折領域を含み、これらの領域が入射ビームを回折させるためのピッチを有する傾斜方向に配置された、ＨＯＥ／ＤＯＥの構造を示す。
【図１０】本発明の回折光の方向を示す。
【図１１】図１０の例における０Ｔ（０次透過光）の回折効率を角度と共に示す。回折されたエネルギーは図１２に示されている。
【図１２】回折光の回折効率を表すグラフを示す。
【図１３】０次回折（＝直線透過）の回折効率を表すグラフを示す。
【図１４】青色光が３０度入射から０度出力まで回折するよう設計されたＨＯＥ／ＤＯＥに赤色（０．６３８ミクロン波長）光が入射した場合の、０次回折（＝直線透過）の回折効率を表すグラフを示す。
【図１５】３色（青色、緑色及び赤色）のビーム間の干渉が起こるかどうかを見るための、３色同士の可能な全組み合わせを示す。
【図１６】３色（青色、緑色及び赤色）のビーム間の干渉が起こるかどうかを見るための、３色同士の可能な全組み合わせを示す。
【図１７】本発明の一例を示す。ＬＥＤ光源が光を出射し、その発散光が、ＨＯＥ／ＤＯＥ上に集束し回折されて平行ビームになる。
【図１８】本発明の別の例示的な実施形態を示す。固体光源が発散光を出射し、それがコリメーションレンズによりコリメートされ、ＨＯＥ／ＤＯＥに導かれる。
【図１９】本発明の別の例示的な実施形態を示す。固体光源が発散光ビームを出射し、ビームはＨＯＥ／ＤＯＥに入る。ＨＯＥ／ＤＯＥは、入射ビームをライトパイプに集束させるよう設計されている。ビームは、ライトパイプ中で混合されて均一化される。
【図２０】本発明の別の例示的な実施形態を示す。反射型ＨＯＥ／ＤＯＥにより複数の光ビームが統合されて単一ビームになる。その際、複数の発光デバイスが光ビームを出射する。これら光ビームは、コリメーションレンズによりコリメートされ、ＨＯＥ／ＤＯＥの表面に導かれ、ＨＯＥ／ＤＯＥにより反射されて、低エタンデュの単一ビームを形成する。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、実施形態について詳細に説明するが、これら実施形態の例は添付図面に示されている。本明細書に提示された主題の理解の徹底を期すために、以下の詳細な説明では細部にわたる詳細な説明を縷々行っている。しかし、これらの細部をその通りに踏襲しなくても、主題の実施又は設計が可能であることは、当業者には明らかであろう。他の例では、実施形態の態様を不必要に不明瞭にしないように、周知の方法、手順、構成要素、及び回路は詳細には記載されていない。
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本開示の技術的解決法を明確かつ完全に説明する。なお、記載された実施形態は例であり、本開示の実施形態の全てではなく一部でしかないことは明らかである。本開示の記載された実施形態に基づいて当業者により得られる他の全ての実施形態は、本開示の権利範囲内に入るものとする。
【００２０】
本発明の様々な実施形態の詳細な説明が、図７、図１７、図１８、図１９及び図２０に示されているが、これらの例に限定されるものではない。本発明では、以後、ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）及び回折光学素子（ＤＯＥ）の両方をＤＯＥと称する。
【００２１】
図７は、複数のコリメートされたビームを統合して単一のコリメートされたビームにすることができる、本発明の例示的な一実施形態を示す。コリメートされた複数のレーザービーム（７００３）は、ＨＯＥ又はＤＯＥ（７００４）に導かれる（７００４）。ＨＯＥ又はＤＯＥ（７００４）は、異なる入射角からの光ビーム（７００３）を組み合わせるために使用されるものである。レーザーダイオード及びＬＥＤなどの固体光源７００１並びにコリメーションレンズ（７００２）により、ビームはコリメートされて、ＨＯＥ／ＤＯＥ（７００４）に対する平行ビーム（７００３）になる。各レーザービームは、複数のレーザービームが統合されて単一ビームになるよう法線方向（７００５）に回折される。ここで、ＨＯＥ／ＤＯＥは、各入射ビームを法線方向に向かって曲げるよう配置されている。ＨＯＥ／ＤＯＥは、多層又は重ね合わされた単一層とすることができる。複数のビームを統合して、低エタンデュの単一ビーム（７００５）にする。
【００２２】
図８は、この系がどのように動作するかを示す。レーザーダイオード（８００１）は、サブミクロン程度の小さな領域から発散する光ビームを出射する。発散ビームは、コリメートされて平行ビーム（８００３）になり、ＨＯＥ又はＤＯＥ（８００４）に導かれる。ＨＯＥの屈折率は傾き角（シータ、θ、８０１０）で周期的に変化し、ピッチはｄ（８００５）として示される。ＨＯＥ材料は光を吸収しないよう透明であるが、屈折率は、ファイ、φ（８００９）の角度でＨＯＥに入る入射光ビーム（８００３）の方向を曲げるために周期的に変化する。入射ビーム（８００３）はＨＯＥ（８００４）の縞に当たる。縞は傾き角θ（シータ、８０１０）で配置されており、入射ビームを表面に対する法線方向（８００６）に反射させる。ＨＯＥの縞は、その長さ及び幅が十分に大きい場合には普通のミラー反射のようにビームを反射させるマイクロミラーであるかのように作用するが、長さ又は幅が小さい場合にはこの法則からいくらか逸脱する。「ｄ」と示される縞のピッチ（８００５）は、特定の光波長のみが回折されるように、いわゆるブラッグの法則：
２＊ｄ＊ｓｉｎ（θ）＝ｎλ
を用いて選択されなければならない。なお、式中、λは入射光の波長であり、ｎは整数０、＋／−１、＋／−２・・・である。後述するように、パラメータが適切に選択されていれば、異なる波長又は異なる角度を有する光ビームはこれらの縞で回折されることはない。この構造では、２本のビームが同じ波長及び同じ偏光を有する場合でも複数の光ビームを組み合わせることが可能となり、これは先行技術の他の方法と比較して顕著な利点である。
【００２３】
ＨＯＥ又はＤＯＥの構造が、図９に描写されている。明領域（９００１）の屈折率は高く、暗領域（９００２）の屈折率は低い。縞は基板表面の法線方向から傾斜しており、縞のピッチは（９００３）として示され、周期的に何度も繰り返されている。入射光（９００４）は、普通のミラー反射であるかのように、傾斜縞（９００１及び９００２）により（９００５）に向かって反射される。縞の傾斜角は任意に選択することができ、通常のミラーのようには制限されない。
【００２４】
ＨＯＥ又はＤＯＥの構造が、図９に描写されている。明領域（９００１）は屈折率が高く、暗領域（９００２）は屈折率が低い。縞は基板表面の法線方向から傾斜しており、縞のピッチは（９００３）として示され、周期的に何度も繰り返されている。入射光（９００４）は、普通のミラー反射であるかのように、傾斜縞（９００１及び９００２）により光路（９００５）に向かって反射される。縞の傾斜角は任意に選択することができ、通常のミラーのようには制限されない。
【００２５】
図１０は、回折光の方向を示す。（１００１）は入射光である。Ｒ０は正反射角であり、０次回折と呼ばれる。Ｒ−１及びＲ−２は、−１次及び−２次の回折角である。次数は、ブラッグの法則：２＊ｄ＊ｓｉｎｇ（θ）＝ｎλにおける「ｎ」の値に対応する。Ｒは反射を表し、Ｔは透過性であることを表す。ｓｉｎ（θ）の値が１よりも大きくなるため、正の１次は存在しない。
【００２６】
図１１は、図１０の例における０Ｔ（０次透過光）の回折効率を示す。縦軸は回折効率を示し、回折せずに透過方向を通過する入射光の割合を意味している。ブラッグの法則は無限に長く深い構造を表すものであり、必ずしも有限のサイズの構造を表してはいない。図１１は、有限深さ及び実際の屈折率値を用いた数値シミュレーションの結果を示すものであり、これは必ずしもブラッグの法則の結果と同じではない。１１００１及び１１００２と記された急激な減少は、ビームの入射角が０度又は３０度である場合には光の回折性が高く、５％未満の光がＨＯＥ／ＤＯＥを透過し、９５％以上の光が特定の角度に回折することを示している。これらの角度及び回折されたエネルギーが図１２に示されている。
【００２７】
図１２は、青色光（０．４５ミクロン）が入射した場合の回折光の回折効率を表すグラフを示す。この値は、入射角が３０度である場合、光エネルギーの約９５％が図１１に示される−１Ｔ、すなわち０度（法線方向）に向かって偏向されることを示す。入射角が０度である場合、入射ビームエネルギーの約９５％が（図１１には示されていないが）１Ｔ、すなわち＋３０度に回折される。
【００２８】
図１３は、青色光が３０度入射から０度出力まで回折するよう設計されたＨＯＥ／ＤＯＥに緑色（０．５２ミクロン波長）光が入射した場合の、０次回折（＝直線透過）の回折効率を表すグラフを示す。これが意味するのは、緑色光が１０度で入射した場合、緑色光は回折されずに透明ガラス板を通過するように直進するということである。換言すれば、緑色光は、青色光を偏向させるためのＨＯＥ／ＤＯＥの影響を受けない。
【００２９】
図１４は、青色光が３０度入射から０度出力にまで回折するよう設計されたＨＯＥ／ＤＯＥに赤色（０．６３８ミクロン波長）光が入射した場合の、０次回折（＝直線透過）の回折効率を表すグラフを示す。これが意味するのは、赤色光が−３０度で入射した場合、赤色光は回折されずに透明ガラス板を通過するように直進するということである。換言すれば、赤色光は、青色光を偏向させるためのＨＯＥ／ＤＯＥの影響を受けない。
【００３０】
図１５及び図１６は、３色（青色、緑色及び赤色）のビーム間の干渉が起こるかどうかを見るための、３色同士の可能な全組み合わせを示す。この例は、３色間の干渉が全くないか、又は極めて少ないことを示している。これが、エネルギーや効率を失うことなく３色のビームを３つの異なる入射方向から１つの単一の出射方向へと統合することができる理由である。このことが意味するのは、波長及び偏光とは無関係に、３本のビームを極めて低エタンデュの単一ビームにすることを実現できるということである。これは過去の従来技術では達成できなかった。
【００３１】
図１７は本発明の一実施形態を示すものであり、ＬＥＤ光源（１７００１）が光（１７００３）を出射し、その発散光がＨＯＥ／ＤＯＥ（１７００５）上に集束して回折されて平行ビーム（１７００６）になる。ＨＯＥ／ＤＯＥの傾斜角は位置により調整する必要がある。これは、ＨＯＥ／ＤＯＥが自由曲面レンズであることを意味する。この実施形態では、複数の発散ビームを統合して単一の平行ビームにすることが可能となる。自由曲面のＨＯＥ／ＤＯＥ（１７００５）上に集束され、ＨＯＥ／ＤＯＥの回折により単一ビームに統合される発散光ビーム（１７０４）を出射する、固体発光デバイス（レーザー又はＬＥＤなど、１７００１）を複数備えた光源。
【００３２】
図１８は本発明の一実施形態を示すものであり、固体源１８００１が発散光（１８００２）を出射し、それがコリメーションレンズ（１８００３）によりコリメートされ、ＨＯＥ／ＤＯＥ（１８００５）に導かれる。入射光が広いスペクトルの波長（１８００９）を含む場合、回折角は波長により異なる。そのため、狭帯域のスペクトル（１８０１０）のみがスリット（１８００８）を通過することになり、出射ビーム（１８００８）は狭いスペクトル（１８０１０）を有することになる。したがってこの実施形態では、固体発光デバイス１８００１が広いスペクトルの光を含む発散光ビームを出射する場合、光スペクトルの帯域幅を狭めることが可能となる。光はコリメーションレンズ（１８００３）によりコリメートされて実質的に平行なビームになり、ビームを特定の方向に回折させるＨＯＥ／ＤＯＥに導かれる。回折角は光の波長に応じて異なり、狭いスリット（１８００７）の後方のビームは、実質的により狭い帯域幅のスペクトルを含む。
【００３３】
図１９は本発明の別の例示的な実施形態を示すものである。固体光源（１９００１）が発散光ビームを出射し、ビームはＨＯＥ／ＤＯＥ（１９００２）に入る。ＨＯＥ／ＤＯＥは入射ビームをライトパイプ（１９００３）に集束させるよう設計されており、これによりビームは混合されて均一化されることになる。この実施形態では、単一のＨＯＥ／ＤＯＥを用いて、複数のビームをライトパイプに集光することが可能となる。具体的には、発光デバイス（１９００１）は発散ビームを出射する。これらのビームは、単一のＨＯＥ／ＤＯＥによりライトパイプ（１９００３）の入力窓上に集束される。
【００３４】
図２０は本発明の一実施形態を示す。この実施形態では、反射型ＨＯＥ／ＤＯＥ（２０００４）により、複数の光ビーム（２０００３）を統合して単一ビームにすることが可能となる。複数の発光デバイス（２０００１）が光ビームを出射する。光ビームは、コリメーションレンズ（２０００２）によりコリメートされ、ＨＯＥ／ＤＯＥ（２０００４）の表面に導かれ、ＨＯＥ／ＤＯＥにより反射されて、低エタンデュの単一ビームを形成する。
【００３５】
前述の説明は、説明を目的として、特定の実施形態を参照して行ってきた。しかし、上記の例示的な議論は、網羅的であること、又は本開示を開示されたそのままの形態に限定することを意図するものではない。上記の教示を考慮して、多くの修正及び変形が可能である。これらの実施形態は、本開示の原理及びその実際の用途を最も良く説明し、それによって、当業者が企図される特定の用途に好適であるように様々な修正を行って本開示及び様々な実施形態を最も良く利用できるようにするために、選択及び記載された。
【図１】
2021512355.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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