(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレィを照明する照明装置であって、
光を発生する光源（１２）、前記光源からの前記光を収集して光出力を提供するための光収集組立体（２０）、及びウエブガイド（７０）を有し、
前記光収集組立体（２０）が複数のミラー（１０）を有し、
前記複数のミラー（１０）の各々が２つの楕円体のミラー部分表面（１１０）及び２つの側縁を有し、
各側縁が半分の穴を含むことにより前記複数のミラー（１０）の２つが１つの出口ポート穴（１１７）を備えるミラー縁部スロット（１１２）を形成し、
各楕円体のミラー部分表面（１１０）が光源から発生された光を対応する出口ポート穴（１１７）へ反射し、
各出口ポート穴（１１７）が２つの楕円体のミラー部分表面（１１０）から反射された光を受け、
前記２つの楕円体のミラー部分表面（１１０）の各々が、前記光収集組立体（２０）の中心に共通の第１の焦点を有すると共に、各出口ポート穴（１１７）に独特の第２の焦点を有し、
前記ウエブガイド（７０）が、複数の出口ポート穴から受けた光出力に応答し、該光出力をディスプレィ（８０）へ伝達する、照明装置。
【請求項２】
更に複数の光パイプ（１３８）を有し、各光パイプが前記出口ポート穴（１１７）の１つに連結され、各光パイプ（１３８）が、対応する楕円体のミラー部分表面から反射された光を受け、熱を遮断し、前記光収集組立体により発生された紫外線放射を除去する請求項１の照明装置。
【請求項３】
前記光パイプの各々が、ガラス、溶融シリカ、及びサファイヤの内の１つで形成されることを特徴とする請求項２の照明装置。
【請求項４】
請求項１の照明装置であって、更に、
前記光収集組立体により収集された光に応答し収集された光を調光し光出力を提供する多段階調光器（４２）、及び前記多段階調光器（４２）により調光された光に応答し調光された光を均質化し光出力を提供するホモジェナイザ（４０）を有し、
前記ウエブガイド（７０）が前記ホモジェナイザ（４０）から受けた均質化された光に応答し均質化された光を前記ディスプレィ（８０）へ伝達することを特徴とする照明装置。
【請求項５】
前記ホモジェナイザ（４０）がその一端に入力部（４４）を有し、その他端に出力部（４６）有し、入力部の開口が出力部の開口より大きい請求項４の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光発生エンジン（light generation engine）によって発生した光を離れた場所に伝送する強度の光発生エンジン関連光伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明は、最小限の厚さの液晶ディスプレィ（ＬＣＤ）のようなバック光ディスプレイを製造する際に使用するために特に適している。特に、本発明は、ディスプレィ機構から光源を分離することによって最小限の厚さのディスプレィを達成する。このようなディスプレィは、航空機のコックピットにおけるような気室における高気圧の照明条件に使用するために最も適している。また、本発明の光発生エンジン及び関連する光伝送装置は、プロジェクション・ディスプレィ(projection display)、地上の車の器具のディスプレィ、ヘッドライト、レイルランプ、パネルランプ、地図のライト、ドームライトのような車の照明、航空機の内側の光源、地上の光源に特に使用される。
【０００３】
通常、航空用機器に使用される高強度のディスプレィは、１つ又は複数の蛍光性のランプを備えた伝送性液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に基づいている。反射性キャビティに収容され、光制御フィルムによって捕捉されたとき、このようなランプは、伝送性ＬＣＤから２００ＦＬ余りを発生する十分な照度を発生するための十分な電力水準で駆動することができる。通常、これらのディスプレィは、最小限の電子装置と組み合わされるとき少なくとも７．６２ｃｍ（３インチ）である。さらに機能を増大するために電子機器を付加するとき、ディスプレィの厚さは次第に増大する。
【０００４】
更に、航空用の用途の場合、アクティブなディスプレイは、全体の包囲領域内で大きな割合を占める。なぜならば、器具のパネル空間は、気室にあるからである。さらにこれは、パッケージの密度を増大し、パッケージの密度が増大するとき、熱的な設計はさらに重要になる。１立方インチ当たり、０．１ワットを越えるときは、冷却が使用され、これは、通常、換気扇が基礎であり、これはさらに容積を増大する。
【０００５】
航空電子機器のような多くの電子機器の場合、２．５４ｃｍ（１インチ）以下になるまで表示器の厚さを形成するためのニーズがある。航空電子の場合、これは、コックピットパネルの最小限の変更を必要とし、構造的な部材を包囲する必要のある新しい表示器を備えたコックピットに改造することを容易にする。本発明に関連するもの、既存の器具のパネルに簡単に取り付けることを含む新しいディスプレィによって除去され交換される。大部分の航空電子機器のディルプレイは、機器の前方に突出しているのは２．５４ｃｍ（１インチ以下）である。この制限は、１つのディスプレィが他のディスプレィに隠れることを防止し、戦闘機及び攻撃機の脱出エンベロープに突出することを避け、例えば、制御ヨークの全行程のようなクルーメンバーによって使用される制御機器と干渉することを避けるようないくつかの要因によるものである。
【０００６】
高い照度を達成するために、高度の大気における照明条件、大きなディスプレィの厚さ、比較的に大きな強度の光源のような高い照度、大きなコントラスト、大きな解像度が必要とされる。しかしながら、高強度のランプによって発生される厚いディスプレィ及び大量の熱は、航空機のコックピットのようなある用途において不利になる。
【０００７】
前述した内容に鑑みて、本発明は、光源がＬＥＤ及びそのバックライトのようなディスプレィ装置から離れて配置されているディスプレィ装置を提供する。ランプ、駆動電子装置及びディスプレィ装置から他の部品を分離して、それらを分離して配置することによって空隙の要求は、航空機のコックピットに適したディスプレィ装置部品において厳格なエンベロープを破ることなく満足させなければならない。また、本発明は、光源と、光収集組立体と、ディスプレィ装置のような離れた場所に光を伝送する光伝送装置とを有する高強度の光エンジンを提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンによって発生された光を離れた場所に伝達するための高強度光発生エンジン及び関連する光伝達装置に関する。本発明は、最小限の厚さ、即ち、２．５４ｃｍ（１インチ）以下の液晶ディスプレィ（ＬＣＤ）のようなバックライトディスプレィに使用されるのに適する。最小限の厚さのディスプレィは、ディスプレィ装置から光源及び他の周辺装置を分離することによって達成される。したがって、光源及び他の光伝送装置は、離れた包囲体に収容される。このようなディスプレイは、高い空気の光条件で使用するために最も適しており、この空間は、航空機のコックピットのような気室である。
【０００９】
本発明の光発生エンジン及び関連する光伝達装置は、プロジェクション・ディスプレィ、地上の車の表示機器、ヘッドライト、テイルライト、パネルライト、地図ライト及びドームライトのような自動車の照明、航空機の滑走路の光、航空機の内部照明、及び街灯のようなディスプレィを照明する他の用途にも使用される。
【００１０】
本発明の図示した実施形態によれば、パネルディスプレィ（ＬＣＤ）のようなディスプレィを照射する装置が提供される。装置の機能部品のいくつかが以下に示される。
【００１１】
・光を発生する光源；
・光源によって発生された光を収集し１つ又は複数の光源を提供するための光収集組立体。光収集組立体は、光源で発生した光を対応する出口ポート穴に反射するための少なくとも１つの楕円体のミラー、及び８角形の楕円体のミラーを有する；
・光出力部分から光を収集し、それを共通の出口ポートに伝送するために光ガイド組立体；
・光ガイド組立体の共通の出口ポートによって放射された光の制御可能な可変減衰を提供する光調光器；
・光調光器又は光ガイド組立体の共通の出口ポートからの直接の非均一な光を捕捉するか、ホモジェナイザ（ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｅｒ）の出口ポート領域を横切って一様な光の発散を行うホモジェナイザ、ホモジェナイザによって発生された出口ポート領域にわたる発散は、スペクトル上、また傾斜的に一様な特徴を有する。入力ポートが出力ポートより大きいとこれではホモジェナイザがテーパを有することが好ましい。
【００１２】
・単一のホモジェナイザ出口ポートからの光を捕捉してそれを複数の出口ポートに分配するための光ファイバケーブル組立体；
・コリメータ部品組立体。各コリメータ部品組立体は、対応する光分配手段からの光を分配し、改良されたコリメーションの状態で光を投射する；
・コリメータ部品によって投射された平行光を捕捉し、平行を維持しながら空隙に十分な方法で伝搬方向を反転するターンザコーナー型組立体；
・ターンザコーナー型組立体からの平行な光を捕捉し、それをバックライトの出口面に直下羽な方向に放射する波形バックライト；
・それを空間的に変調しながら、非モノクローム用途において、ＬＣＤ領域を横切って影像を形成するためにバックライトによって投射された平行とされた光を伝達する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）；
・広範な目視角度でＬＣＤ影像を投射するために非平行化（又は拡散）しながらＬＣＤによって投射された光を伝達する目視スクリーン。
【００１３】
この実施の形態の側面において、本発明装置は、１つ又は複数の光パイプ（例えば、中実の円筒形ロッド、又はそれとは別に正方形又は矩形の断面の中実のロッドを有し、この場合、各光パイプは、光収集組立体の各出口ポート穴に接続されている。光パイプは、光収集組立体によって発生された熱の集中及び紫外線の放射を低減するか、又はホモジェナイザに連続する光ガイドで完全に消散する。好ましくは、光パイプは、ガラス、溶融シリカ又はサファイヤのような目視可能な光透過性耐熱材料からつくられることが好ましい。さらに、各光パイプは、誘電性赤外線反射コーティング、紫外線反射コーティング、又はその組み合わせのいずれかでコートされることが好ましい。
【００１４】
この実施の形態の他の特徴によれば、ウエイブガイドは、鋸歯及び面取りした鋸歯表面の寸法及び形状に基づいた所定の角度で光をウエイブガイドから出るようにするための鋸歯面又は面取りした鋸歯面のいずれかを有する。
【００１５】
本発明のさらに他の特徴によれば、本装置は、ウエイブガイドの前方に配置されたターンザコーナー型プリズム組立体のような光の方向を決める装置を含む。この組立体は、１つ又は複数のプリズムを有し、これらの各プリズムは、入力面及び出力面を有し、この場合、組立体の光取り扱い効率を改善するために薄い接着剤又はのりの空隙のようなプリズムの間の境界部とを有する。特に、接着剤は、隣接するプリズムの屈折率以下の屈折率を有することが好ましい。
【００１６】
本発明の他の特徴によれば、本発明装置は、ホモジェナイザに入る光を減衰するための電気機械調光器を有する。このホモジェナイザの入口ポートのすぐ前に配置された調光器は、３００：１乃至８８，５００：１の調光比を有するように構成されている。この調光器は、一対の開口プレートを有し、この場合、各プレートは、ダイヤモンド形状の開口を有する。これらの内の１つは、中にフィルタを有する。しかしながら、異なる形状の開口は、同じ機能を提供する形状である。
【００１７】
この実施の形態の他の特徴によれば、さらに本発明装置は、均一な光を平行にするためのターンザコーナー型プリズム組立体のすぐ前に配置されたコリメータの配列を有する。図示したように、コリメータは、テーパを有するキャビティの配列を有し、この場合、テーパを有するキャビティの配列は、円形、矩形、又は三角形又はその組み合わせの形状を有する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図示した 実施の形態において、本発明は、高い照度の２．５４ｃｍ（１インチ）の厚さのディスプレィ装置であるが、他の厚さのディスプレィ装置も同様に使用することができる。本発明によれば、照射源は、ＬＣＤのようなディスプレィ装置、その付帯されるウエイブガイド、目視スクリーン、及びバックライト（もしディスプレィ装置が誘電性である場合には）から離れて配置される。このディスプレィ装置は、放射性、誘電性、又は反射性を有する。このディスプレイは、光学的及び機械的な視点から下にある。
【００１９】
本発明によるフラットパネルディスプレィ装置５のブロック図が図１Ａに示されているが、ディスプレィ装置５の部分は、図１Ｂ、１Ｃ、２Ｃ及び２Ｂに示されている。説明したように、このような部分は、離れた閉鎖体、即ち、ディスプレィ装置に含まれる周辺装置を有する。ディスプレィ装置５は、概略図であり、ブロック図の部品の相対寸法、位置及び形状は、説明を容易にするためのものである。
【００２０】
図１Ａ−Ｃ及び図２Ａ及びＢに示すように、ディスプレィ装置５は、光収集組立体２０を含み、これは、光源１２からの光を集約するために図４Ａ、４Ｂ及び５−７を参照してさらに詳細に説明される。通常、光収集組立体２０は、目視光をその出口ポートに送るように構成されているが、組立体２０は、赤外線、紫外線及びマイクロ波のような放射束を分配するように構成されている。図面に示すように、光収集組立体２０は、７．６２ｃｍと１０．１６ｃｍと９．１４ｃｍ（３″と４″と３．６″）の高さであり、７０％を越える収集効率を有する。その機能的な部品は、小さい弧型の高強度のディスチャージランプ（ＨＩＤ）のような包囲された集約光源１２及び楕円体のミラー１０を有するランプ閉鎖体とを有する。光源１２は、１．４ｍｍの弧状の空隙を有する２７０ｗのアークランプによって電力が供給されるが、他のランプ電力及び／又はアーク空隙を使用することができる。さらに、電極シャドウ効果を除いて光源１２は、全方向性ラジエータであることが望ましい。従って、収集組立体２０は、全方向の光源１２の出力をセグメント化することによって２つ又はそれ以上の光出力を提供することができる。
【００２１】
図１Ｂ、１Ｃ及び２Ａで最もよく分かるように、楕円体ミラー１２は、服すのＬ形状の支持ブラケット１１５によって支持される。特に、図１Ｂ及び図１Ｃは、４つのＬ形状支持ブラケット１１５の組立体を示し、図２Ａは、４つのブラケット１１５のうち２つのブラケットのみを示す。図２Ａに示すように、各ブラケットは、各ファイバケーブル脚部２５の端部フェルールの突出を可能にするための一対の空隙貫通穴（Ｌの各側に１つづつ）と、一対のタップ型穴とを有し、このタップ型穴は、図１Ｂ及び図１Ｃに示すサムネジ型クランプ１８によって各アジャスタ１２０に各突出するファイバケーブルを固定する一対のタップ型穴１２０に取り付けるためのものである。
【００２２】
貫通穴１１７は、直径がほぼ０．９１ｃｍ（０．３６インチ）であり、タップ形状の穴１１９は、直径がほぼ０．４８ｃｍ（０．１９インチ）である。さらに、光源１２及び楕円体ミラーは、上方及び下方ハブプレート１６，１４によって支持され、各々は、９．９ｃｍ（３．９インチ）と０．６４ｃｍ（０．２５インチ）の厚さと、１２．５ｃｍ（４．９３インチ）の直径を有する。さらに、上方ハブプレート１６の上方から下方ハブプレート１４の底部までの高さは、ミラーを支持しているとき、約６．９９ｃｍ（２．７５インチ）である。
【００２３】
組立体２０の出口ポート穴を形成する楕円体ミラー１０とミラー縁部スロット１１２が適切に整列することを保証するために、組立体の構成に正確な基準面の適当な組を形成することが望ましい。光源からの光の効率的な抽出は、このような適当な整列に依存する。図２Ａにおいて、光収集組立体２０の分解図は、光エンジンの種々の部品がどのように組み立てられ、整列のために必要な基準面の構成を必要とするかを示している。
【００２４】
図２Ａ及び図４Ａ−４Ｃを参照すると、４つの楕円ミラー１０が示されている。４つの楕円体ミラー１０は、ハブプレート１６及び１４の円筒形ハブに係合する円筒面を有する。ミラー１０は、ガーターばね１２６ハブプレート１４及び１６に対して保持されており、このガーターばね１２６は、ミラー１０の後方に形成された環状溝１２７に係合する。光源１２の上方及び下方は、円筒形クランプ組立体２８によって保持され、この組立体２８は、ハブプレート１４及び１６の円形穴に挿入される。これらの穴は、ハブと同心円であり、組立体２０の中心に配置され、双方のハブの共通軸と同心の共通の焦点と光源１２を整列するための十分な空隙を提供する。
【００２５】
図２Ａ及び図２Ｃに示すように、特別な整列ワッシャ２３がハブプレート１６のハブの周りに配置されている。このワッシャ２３の上方は、ハブプレート１６の底面に係合するように平坦であり、このワッシャの底面は、ミラー１０の上面に合致する円錐形のテーパを有する。ハブ軸の周りの各ミラー１０のクロック整列は、各ミラー部分の上方コーナー縁部の切欠き１４０によって形成される（図４Ａ−図４Ｃ）。
【００２６】
切欠き１４０は、ハブプレート１６の底面に直角な正確な基準面を有する。ワッシャ２３の下方円錐面から隆起している４つのキー突出部２１がある。突出部２１は、４つのミラー１０の切欠きの対応する基準面に係合するように構成された８つの正確な基準面を有する。Ｌ形状の支持ブラケット１１５の対応する貫通穴１１７とミラー縁部スロット１１２のクロック整列を提供するために、ハブプレート１６の対応するピンと係合するためのピン貫通穴２９がワッシャ２３に設けられている。４つのＬ形状支持ブラケット及びそれらの８つの貫通穴１１７は、貫通穴１１７とミラー縁部スロット１１２との適当な整列を保証するためにハブプレート１６に関して正確に配置されている。
【００２７】
８つの比較的小さいコイルばね３８は、ハブに隣接する底部ハブプレート１４の対応するレセプタクル３９に挿入される。ミラー１０の円錐形の底面の各々は、これらの２つのばねに係合している。このばね付加動作は、ミラー１０の上方円錐面と上方ハブプレート１６と間のワッシャ２３の上方境界部と下方境界部が互いに緊密に接触することを保証する。
【００２８】
コイルばね３８とガーターばね１２６のばね付加動作は、ランプによって発生された熱によって生じる熱による寸法上のゆがみの存在において重要な整列を維持する有効な手段である。このばね付加方法は、ミラーに割れを生じるガラスミラー境界部での応力が発生することを回避する。このような応力は、熱によって誘導される寸法上のゆがみに対応しない従来の整列方法に存在する。
【００２９】
製造に関しては、正確なガラス面を形成するユニットコストは、それらを切削するコスト（もちろん、それらを切削、研磨するコストより）低い。したがって、ミラー１０の重要な表面は成型されることが好ましい。これらの成形されたミラー表面は、楕円体ミラー面、上方及び下方円筒形ハブ境界部、上方及び下方円錐形境界部、切欠きが形成された上方ミラークロック境界部、及びミラー１０の縁部スロット表面を含む。ガラス成形処理を容易にするために、もしそれらが成形されないか、及び／又は成形型からの解放に適合する向きを有するならば、すべての表面はドラフト角度を有するように形成されている。例えば、上方および下方縁部は、成形型の解放を容易にするために平坦に形成するよりも円錐形に形成することが好ましい。同じ理由によって、ミラー縁部スロット１１２は、ドラフト角度を有するように形成することが好ましい。
【００３０】
図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃは、図１Ｂおよび図１Ｃに示す光収集組立体２０のミラー１０の側面図、斜視図および組み立て図である。図４Ｂに示すように、各楕円体ミラー１０は、２つの楕円体のミラー部分を有し、このミラー部分は製造が容易であることが好ましい。したがって、各楕円体のミラー部分１１０は、光源１２の弧に中心がある８つのミラー部分１１０全体に共通した第１の焦点を有するように配置されている。さらに、各楕円体ミラー部分１１０は、第２の独特の焦点を有し、各々は、以下に詳述する対応する円筒形ロッド１３８の円筒形ロッド入口ポート１２５（図４Ｃ参照）を形成する各ミラー縁部スロット１１２又はその近傍に中心がある。
【００３１】
従って、各楕円体ミラーは、光を焦点に集め、それは、このミラーの焦点又はその近傍に配置された対応する円筒形ロッド入口ポート１２５の弧を遮る。各ミラー縁部スロット１１２が図１Ｂおよび図１Ｃに示す各ブラケットポート穴１１７と整列していることに留意すべきである。各円筒形ロッド入口ポート１２５は、直径が４ｍｍであり、０．２４ＮＡ（開口数）での光入射を妨げる。
【００３２】
図１Ｂ、図１Ｃおよび図４Ａ−図４Ｃに示すように、８つのミラー縁部スロット１１２（各楕円ミラー１１０に１つづつ）が示されており、したがって、８つの対応する空隙貫通穴１１７がある。８つのミラー縁部スロット１１２は、ミラー縁部の半分の穴によって形成されていることに留意すべきである。各楕円体のミラー部分は、各側に１つづつ、２つの半分の穴を有し、これによって、ランプ包囲体に４つの穴および８つのロッド入口ポート１２５を提供する。もし、光エンジンの収集効率を最大限にすることが望ましい場合には、各円筒形ロッド入口ポート１２５の直径は、対応する楕円体ミラー部分１１０によって形成された弧状の形状の理論的な寸法を越えなければならない。余分な縁は、影像の逸脱、ランプの弧を包囲するガラスエンベロープによる光線のゆがみ、製造されたミラー表面形状およびミラー、弧および円筒形ロッドの間の相対的な整列における不正確性に対応するように構成される。
【００３３】
各円筒形ロッド１３８の直径を拡大することは、光が現れるために必要な各ミラー縁部スロット１１２の対応する拡大を必要とする。これは、楕円体部分１１０の表面の面積を減少させ、光の収集効率を低減する。このミラー面積の低減に寄与することが可能な効率の損失は、ミラーの縁部スロット１１２の面積がミラー部分１１０の面積の大きな部分になるように十分に大きい。
【００３４】
別の例として、光の収集効率およびロッド入口ポートの発散の集約との間のある程度の妥協を提供するためにいくぶん小さい直径の円筒形ロッド１３８を有することが望ましく、これは、ロッドの縁部近傍よりロッドの中心近傍に近い方がさらに強い傾向がある。
【００３５】
ここに図示した構成においてロッド入口ポート直径Ｄは次のように選択される。
Ｄ＝（ｓ２／ｓ１）Ｇ＋０．５１
ここで、ｓ１は、楕円体ミラーと第１（共通の）焦点との間の主軸に沿った短い距離である。ｓ２は、楕円体ミラーとその第２（独特の）焦点との間の主軸に沿った長い距離であり、ここでＧは、ランプの弧の電極の間の空隙である。
【００３６】
この図示した例によれば、ｓ１＝１８．５ｍｍ、ｓ２＝４６．１ｍｍ、Ｇ＝１．４ｍｍであり、その結果Ｄは４ｍｍである。上述したＤにおいて、（ｓ２／ｓ１）Ｇ楕円体のミラー領域の部分からの反射によって発生された最も大きな理論的な弧状の影像寸法の評価である。さらに縁に０．５１ｍｍが追加される。円筒形ロッドの直径Ｄの上述したものが示すように、Ｄの大きさは、ミラー形状パラメータｓ１とｓ２およびランプ電極空隙Ｇの密接な関数である。
【００３７】
８つの楕円体部分１１０から形成された４つの楕円ミラー１０からなる光収集組立体２０は、多数の可能な他の構成の１つである。例えば、収集組立体は、すべての共通の第１の焦点を有する弧の周りに配置された多数の又は少数の楕円体を有する。図示した形状のように、各ミラーの第２の焦点は、独特であり、光の進行における対応する独特の円筒形ロッド入口ポートを必要とする。光収集組立体のミラーの数が多ければ多くなるほど、弧から又は対応する円筒形入口ポートから見える各ミラーによって妨げられる立体角が小さくなる。これは、弧を包囲するミラーがほぼ同一であると仮定する。したがって、これらのミラーは、ｓ１およびｓ２の同一の値を有する。
【００３８】
対応する円筒形入口ポートのミラーからの入射光線の最大角度の正弦として定義される開口数（ＮＡ）は、形状によって、ミラーの機能的な開口の面積寸法、ミラーの開口の面積寸法、およびミラーとこの入口ポートとの間の距離によって導かれるかれる。光収集組立体２０の図示した構成の０．４２ＮＡは、ミラーによって円筒形ロッド入口ポート面に反射された光線の場合、２５Ｅの最大限（又は最大限に近い）入射角を表している。もちろん、ＤおよびＮＡの大きさの双方は、光収集組立体２０の構成および電極の空隙Ｇに依存する。しかしながら、小さい値のＧの場合、Ｇに関するＮＡの依存性は弱い。
【００３９】
ミラーは、ガラス又は金属（図示せず）のような材料からつくることができる。ガラス面は可視光線を反射するが、赤外線、紫外線を反射し、薄いフィルムの冷たいミラーを形成する誘電性コーティングを有し、これは、円筒形ロッド１３８及び／又は円筒形ロッドに続く他の光学系で光収集組立体２０内での熱拡散を低減する。金属ミラーは、ダイヤモンドターンアルミニウム、電気形成ニッケル又はウルテムのような高温ポリマーから製造される。金属製又はポリマー製ミラーは、アルミニウム、誘電性の薄いフィルム、又は他の高反射性のコーティングでコートされる。ガラスミラーのように、誘電性コーティングは、可視光線を反射するために金属製ミラーに使用される。
【００４０】
しかしながら、赤外線又は紫外線又はその双方を伝達するガラス製ミラーに使用されるコーティングとは異なり、金属製ミラーの誘電性コーテキングは、可視バンドの外側の光を吸収しながら可視光線を反射しながら可視光線を反射するように構成されている。この吸収によって発生される熱は、金属を介した伝導によって消散され、ミラーのキャビティから熱を発散する。
【００４１】
図１Ｂ、図１Ｃおよび図２Ａを参照すると、光収集組立体２０は、光源１２の出力を捕捉し導くためにその楕円体のミラー面を利用する。光は、各々が光誘電性ラインとして機能する複数の光ファイバのような光ガイド組立体によって光収集組立体ミラー縁部スロット１１２から配分される。図示するように、８つのこのようなファイバケーブル脚部又はバンドル２５の各々が対応するロッド入口ポート１２５と協働する。各ファイバケーブル脚部２５は、適当な整合を保証するために図１Ｂおよび図１Ｃに示すように、各アジャスタ１２０によって調整することができる。各アジャスタ１２０は、対応するファイバ調整穴１１７と整列していることに留意すべきである。出口ポートの数は、２つ又はそれ以上（例えば、８つのミラー縁部スロット１１２が示されている）であると仮定すれば、ファイバケーブルの脚部２５は、単一の通路を形成するためにフェルール３０内で一緒に接続される。
【００４２】
図２Ａに示されるように、フェルール３０は円筒形であり、フェルール３０のファイバ出口ポートの開口は矩形である。フェルルール３０の寸法は、長さが約３．８ｃｍ（１．５インチ）であり、直径が１．９ｃｍ（０．７５インチ）である。フェルール３０は、長さが約９．５８ｃｍ（３．７７５インチ）、幅が約１２．７ｃｍ（５インチ）、深さが６．５３ｃｍ（２．５７インチ）の寸法を有する。ブラケット３２によって支持されている。同様にブラケット３２は、一端に円形の開口と他端に矩形の開口を有する。
【００４３】
図１８を参照すると、高温のスポットを拡散し、高い電力密度に耐えるために、各ファイバ脚部２５の入力は、各フェルール１４２に接続されている。各フェルール１４２は、円筒形ロッド１３８のような熱的に丈夫で光学的に誘電性の部材を支持することができ、これは、それらの対応するファイバの束に空気スペースされるか、結合されている。
【００４４】
円筒形ロッド１３８は、高い屈折率を有する中実のガラス（LaSFN31）からか、又は低い屈折率を有する溶融シリカから製造される。各ミラー縁部スロット１１２から光を収集する８つのファイバケーブル脚部からのファイバは、光がフェルール３０内の単一の共通の出口ポートから出て、次の段階に入る前に所定の水準の均質化を提供するためにランダムに混合することができることに留意しなければならない。図示したように、円筒形ロッド１３８は長さが１３ｍｍであり、直径が４ｍｍである。
【００４５】
図１Ａに示すように、図８を参照してさらに詳細に説明するようにビームホモジェナイザは、フェルール３０の出力からの入力端４４で光を受ける。しかしながら、図１Ａおよび図２Ｂで示すように、分光色表示器、可変中性密度フィルタ、スライディング開口、又は液晶シャッタのような調光器４２は、ホモジェナイザへの光を低減しなくすことができる。
【００４６】
ホモジェナイザ４０は、ホモジェナイザの出力端４６の断面上に一様な光の発散をつくる。ホモジェナイザ４０の出力は、図１Ａに示す拡張性の光ファイバケーブル５０のような第２の光伝達ラインに結合され、このラインは、１つの入力端５２と複数の出力端５４とを有する。
【００４７】
図１Ａの例において、光ファイバケーブル５０からの光は、コリメータ６０に接続されている。コリメータ６０は、長いテーパを有する光パイプであり、このパイプは小さい面積の入力ポートおよび大きな面積の出力ポート、例えば、コンパウンド・パラボリック・コンセントレータ（ＣＰＣ）に近い機能を有する矩形の断面の円錐体と、１つ又は複数のこのような部材の単一の配列又は光を平行にするレンズの配列を有する。コリメータ６０の出力は、ウエイブガイド７０に送られ、このウエイブガイド７０は、直接に又はターンザコーナー型プリズム組立体７２を介してディスプレイ装置８０を照明し、これは、コンパクト化のために設けられている。
【００４８】
あるタイプのディスプレィを照射するために平行光が好ましい。例えば、バックライトカーテンのための液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の場合、平行光が望ましい。なぜならば、ＬＣＤへの光入射角度は、比較的狭い範囲に構成されるときコントラストが最も大きいからである。逆に、拡散されるか平行化されない光は小さいコントラストを生じる。
【００４９】
前述したように、もし、ディスプレィ装置５の物理的な構成の寸法又は他の制限がコリメータ６０の出力端とウエイブガイド７０との間を伝搬する光の方向の変化を必要とする場合には、１つ又は複数のプリズムを有するターンザコーナー型組立体７２は、ウエイブガイド７０に先行する。
【００５０】
図２Ａおよび図２Ｂに示すように、ディスプレィ装置５の多数の部品は、リモート包囲体と称されるカバー９０５によって密封される包囲体９００に配置される。リモート包囲体９００は、ディスプレィ装置の部材をディスプレイ８０の領域から離れた位置、例えばスペースが気室であるコックピットのパネルに位置決めする場所を提供する。離れた包囲体の寸法は、独特の用途の要求に適合するように設定される。例えば、航空機において、遠隔包囲体は、３ＡＴＩ、５ＡＴＩ又は他の寸法標準で定義された寸法を有し、本発明によって置換されるように器具によって利用されるラックに取り付けられる。
【００５１】
したがって、３ＡＴＩの寸法の標準の場合、遠隔包囲体の寸法は、ほぼ７．６２×７．６２×２２．９ｃｍ
（３×３×９インチ）である。したがって、航空機への主な構造上の変化の必要性は、非常に減少される。さらに、大量の熱を発生する部品は、熱接着部材から離れた遠隔包囲体に配置することができ、ここでさらに放熱が容易に達成され、ここでエンベロープの空隙の制限が小さくなる。
【００５２】
図示するように、光源１０と、収集組立体２０と、調光器４２と、ホモジェナイザ４０および関連するブラケット（前述した）がリモート包囲体９００内に収容される。光ファイバケーブル５０はホモジェナイザの出力端を他の部品（コリメータ６０およびウエイブガイド７０）に接続する。さらに、電源９１０、ランプ駆動体９２０、ビデオ境界部９３０、入力／出力モジュール９４０および処理モジュール９５０のような装置の他の部品は、遠隔包囲体９００に配置することができる。特定の装置および利用可能な空隙の要求に依存するして、リモート包囲体９００に、又はそこからこれらの品目の数を含むか、排除するために選択することができる。
【００５３】
光収集組立体
図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃは、図１Ｂおよび図１Ｃの光収集組立体２０の側面図、斜視図および組立図を示す。前述したように、光収集組立体２０は、光源１２からホモジェナイザ４０に効率的に結合する。収集組立体は、ミラー縁部スロット１１２を通って光源の出力をセグメント化し、光の捕捉を最適化し、装置の効率を改良する。図４Ｂの斜視図は、４つの楕円体のミラー部分の１つを示し、これは、ランプ包囲体を有する。４つミラー１０の各々は、２つのミラー部分１１０を有する。ミラー１１０の各々は、楕円体の主軸の周りで回転楕円体である。
【００５４】
従って、収集組立体２０は、８つの楕円体ミラー１１０を有し、このミラー１１０は、光エンジンキャビティの中央の共通の第１の焦点と、第２の独特の焦点とを有し他の楕円体とは共有せず、これは、楕円ミラー１１０に隣接した各々の縁部近傍に配置された８つのミラー縁部スロット１１２の１つ又は複数のである。前述したように、各ミラー１１０は、２つの隣接するミラー１１０は、各ミラー縁部スロット１１２を形成するように一方の側に半分の穴を有する。
【００５５】
図４Ｃおよび図１９を参照すると、ミラーの縁部スロット１１２は、中実円筒形のロッド１３８のような各伝搬性部材又は光学光パイプと連結され得る。この光パイプは、ファイバ脚部２５のような光ファイバケーブル、又は中実のコアの光ファイバ、ソリッドコアの光ファイバケーブルに結合される。
【００５６】
ロッド１３８は、ファイバケーブルに損傷を与える高温スポットをなくすためにガラス、溶融シリカ、サファイヤのような光伝達材料から形成される。さらに、光ファイバを熱及び／又は紫外線放射の損傷からシールドするために、また下流の光学系、特にポリマーおよび接着剤を保護するために、ロッド１３８の入力ポートフェイスは、誘電性ＩＲ、紫外線反射コーティング及び／又は可視光線伝達ジクロムフィルムでコートすることができる。さらに、このようなコーティングの代わりにこれに加えて、ロッド１３８は、紫外線吸収材料でつくられるか、又はセリウムのような紫外線吸収材料でドープされる。
【００５７】
図１８を参照すると、下流の光学境界部に到達する前の動作において、光源からの熱が各ロッドによって吸収され、各ロッド１３８から熱誘電性フェルール（又はセル）１４２に伝達され、フェルール１４２は、ロッドを支持し、ヒートシンクとして機能する。フェルール１４２は、銅、アルミニウム、ステンレススチール、その組み合わせ又は他の適当な熱消散材料のような熱誘電性材料から形成されることが好ましい。
【００５８】
各円筒形ロッド１３８は、熱的に丈夫で光を通す接着剤又はクランプ（図示せず）によって各フェルール１４２に取り付けられる。接着剤については、支持される温度環境、例えば、エポキシ技術の Epotek301-2のようなエポキシの場合、２００ECと同じくらい温度に耐えることができることが好ましく、およびロッド材料内で伝搬する光の全内反射（ＴＩＲ）を維持するのに十分に低い屈折率を有する。例えば、空気媒体で始まる光線の場合を仮定すると、中実の円筒形ロッドの研磨された入口ポート面への最大限の入射光線の角度はθであり、ロッド媒体の屈折率はＮ、ロッドの研磨された円筒形面への接着剤の屈折率は、ｎである。
【００５９】
したがって、ＴＩＲの場合、ロッド内で伝搬する光線全体においては、ｎは、（Ｎ2−ｓｉｎ2θ）の平方根以下であることが必要とされる。したがって、もし、円筒形ロッド１３８がLaSFN31のガラス（ここでＮ＝１．８８である）でつくられる場合、もし、空気媒体からの最大限の入射角度がθ＝２５°である場合には、ＴＩＲを維持する対応する最大限の屈折率は、ｎ＝１．８３である。したがって、Epotek301-2エポキシ樹脂は、ＴＩＲを維持する接着剤の一例である。なぜならば、それは、１．５６４の屈折率であるからである。
【００６０】
別の例として、もし、ロッド材料および接着剤の屈折率の組み合わせがTIRをうまく作動させない場合には、１．３８の屈折率を有するマグネシウムフロライドのような低い屈折率のコーティングが接着剤とロッドとの間に適用される。しかしながら、もし、ロッド１３８を保持するためにクランプが使用される場合には、クランプとロッド表面との間の低屈折率のコーティングが適用され、障壁層が形成される。
【００６１】
光収集組立体用の冷却用構成
もし、小さい弧のHIDランプのような強度の光源１０又は他の光電力ランプを使用する場合には、本発明に冷却装置を組み込むことができる。図５に示す好ましい実施形態において、組立体２００は、双方が適当なランプの固定部材２２０に配置されるように閉鎖固定管２１０の内側に取り付けられる長さがほぼ９．０８ｃｍ（３．５７５インチ）の光源１２を含む。管２１０は、円筒形か、又は他の適当な形状をとり、溶融シリカ又はサファイヤのような空気に対して良好な熱誘電性を有する透明材料かた製造することができる。図面に示したように、管２１０は、一端がカバー２３０によってカバーされ包囲体を形成する。
【００６２】
管２１０の外面２１２は、収集組立体２０のミラー１１０と物理的に接触している。光源１２によって発生された熱エネルギーが管２１０に次に収集組立体２０に流れることができるようにする。別の例として、金属導管をランプのガラスエンベロープに取付け、導管をヒートシンク（図示せず）に取り付けることによって冷却が行われる。
【００６３】
別の光源および冷却組立体３００が図６に示されている。組立体３００は、光源１２を有する。この実施の形態において、光源１２は、日本の会社、ウシオアメリカ社によって製造された２７０Ｗバージョンのような短い弧、金属ハライドHIDランプである。適当な熱誘電性を有する銅又は他の材料の熱的なバス３３０は、最小限２点でランプ１２を接続し、密封領域３５０からヒートシンク３４０に熱を引く。各熱バス３３０は、１．９１ｃｍ（０．７５インチ）の直径のほぼ２．７２ｃｍ（１．０７インチ）の長さである。このシール領域３５０は、通常、モリブデンフォイルコンダクタであり、これは、ランプの推奨エンベロープが加熱され、「ピンチ」されたとき、ガス密のシールを形成する。熱バス３３０は、フィオルシールの温度がメーカによって推奨される範囲内に維持されるように構成され、それ以上の温度のなるとシールが破壊される。また、この技術は、フォイルの低い熱誘電性を利用し、この場合ランプからの最小限の電力が熱バスを通って伝搬し、熱の変化が小さくなる。
【００６４】
楕円体光収集組立体２０は、図６に表される。収集組立体２０によって球種される熱は、ヒートシンク３４０に送られる。フォイルシールの温度を低減するために、空気が非常に薄い熱コンダクタの場合、熱バス３３０と水晶ランプ３１０との間にフィラー材料が加えられ、空気ボイドを充填する。しかしながら、フィラー材料は、水晶と銅との間に相対運動が可能でなければならず、低いアオウトガス特性を有しなければならず、十分な安全境界を有するように（２５０ECのような)光メーカーによって推奨されるものより高い温度に耐えなければならない。
【００６５】
例えば、オハイオ州クリーブランドのUCARカーボン社によって製造されている核グレイドのスタイルＳＷ−ＧＴＡGrafoilを使用することができる。このGrafoil  材料は、可撓性、熱誘電性であり、バインダ又は樹脂を含まない極端に低い灰の内容を有する圧縮可能なグラファイトガスケット材料である。バインダおよび樹脂がないことは、高温で誘導されるアウトガスの可能性をなくし、これは、低温の楕円ミラー面１０にアウトガス蒸気が濃縮する危険性があり、これは、それらの反射性能を劣化させる。組立体全体３００は、空気が光学面に当たらない限り空冷である。その結果、密封ミラー組立体は、軍又は自動車産業での用途のような比較的に汚れのつきやすい環境で使用することができる。この冷却空気は、ランプ寿命を最適化する範囲内で温度を維持するために調整することができる。
【００６６】
種々の他の構成を使用することができる。例えば、光源は図７に示すように、閉鎖ループ冷却装置４００を形成するように収集組立体２０内に光源を密封することができる。この実施の形態において、空気は収集組立体の外側の周りで循環される。特に、光源１２は、密封された収集組立体４２０に包囲される。きれいな空気がファン４２２によって光源を越えて送られ、空気が気室４３０で冷却される。気室および空気の導管は、収集組立体４２０を含む密封組立体を形成する。密封された空隙は、密封空隙の外側からの汚れた空気の濾過を防止するために必要とされる。追加的に、ヒートシンク、ファン又は他の冷却装置（図示せず）は、気室４３０から離れた熱を転移するために使用することができる。
【００６７】
図示しない他の構成において、ランプ自身は、冷却空気が利用できるかぎりにおいて空冷である。空気の代わりに、ヘリウム又はヘリウムの混合物、ネオンおよび窒素の混合物が表面を冷却するために使用される。
【００６８】
調光器
前述しように、調光器４２は分光色表示器、可変中性密度フィルタ、スライディング開口又は液晶シャッタである。図３に詳細を示したように、調光器４２は、互いに関して水平方向にスライドする２つの開口プレート１０１０、１０２０を有する。図示したように、各プレートは、ダイヤモンド形状の開口１０３０を有する。さらに、１つのダイヤモンド形状の開口をカバーするNVISフィルタのようなフィルタがあり、これは、夜間目視装置と互換性のあるコックピットディスプレイをつくることができる。小さい寸法のこの開口によって、ここに配置されたNVISフィルタは、さらに廉価で、薄くなり、ＬＣＤディスプレィのバックライト領域の前方でそれをカバーする通常の場所に配置されるNVISフィルタよりさらにコンパクトになる。
【００６９】
動作において、プレート１０１０および１０２０が一緒に又は離れて移動するとき、２つの開口１０３０の重複部分によってつくられる開口の寸法は、所望なように変化する。調光器は、動作において電気機械的であることが好ましく、３００：１までの調光比を有する。
【００７０】
例えば、８５，５００：１までの大きな調光比を達成するために、図３のスライディング開口の１つに組み込むことによって二段階の調光器を形成することができる。このスライディング開口の与えられた遷移位置において、２つの開口の内の一方のみが、他の（単一の）開口スライディングプレートの開口と共通の遷移領域を有する。この組立体のスライディング機構は、フェルール３０のファイバケーブル出口ポートとホモジェナイザ４０の入口ポート開口４４の共通軸線に中心があるこの共通伝送領域を維持するように双方の開口を移動させるように構成しなければならない。この整列は、ホモジェナイザ４０の光出口ポート４６のホモジェナイザを最大限にする。
【００７１】
２つの開口スライドのうち１つの開口上に配置された中性フィルタによって二段階の調光が達成される。第１の段階の調光は、最小限の寸法の共通の領域の開口が達成されるまで単一の開口のスライドの開口にわたって２つの開口の透明な開口をスライドさせることによって達成される。第２の段階の調光において、２つの開口のスライドの中性密度のフィルタ開口は、最小限の寸法の共通領域の開口に再び到達するまで単一の開口にわたってスライドする。フィルタの中性密度は、第１段の調光の最大限の減衰に等しいか、わずかに小さくなるように選択される。例えば、３００：１の第１の段階の調光レンジの場合、中性密度は２．４７であり、双方の摺動開口の共通の面積が最大限であるとき、２９５：１の調光比を提供する。最大限の第２段階の調光比は、２９５×３００：１又は８８，５００：１である。
【００７２】
二段階の調光構成の他の利点は、NVISフィルタが同じ基板の他の側の中性密度のフィルタと組み合わせることができ、したがって、双方の機能を組み合わせることができる。組み合わせの中性密度は、上述した例で２．４７であるように構成される。これは、NVISフィルタに寄与できる装置の効率の減衰を除去する。なぜならば、第１の調光段階はNVISフリーであるからである。
【００７３】
２つの摺動開口の間の共通の開口面積の最小限の寸法上の制限は、伝送開口が次第に小さくなるとき生じる拡散の水準を増大することによって支配されることに留意すべきである。この拡散効果は、下流の光ファイバケーブルでファイバの開口数（ＮＡ）制限を越えるように非平行化を生じるように十分である。これは、光伝達効率を低減するケーブルで光吸収を生じる。
【００７４】
さらに、たとえファイバの開口数（ＮＡ）が平行化の損失に対応するために十分である場合には、十分な非平行化がバックライト平行化での望ましくない変化を生じる。光エンジンとウエイブガイドとの間の光伝達装置は、エタンデューの保存を最大限にするために、またウエイブガイドからの光が出る平行化をある程度達成するように構成されている。調光器の最小限の開口寸法による適当なデコリメーションは、調光の制限に到達するときバックライトの平行化の望ましくない低減又は性能における望ましくない変化を生じる。
【００７５】
ビームホモジェナイザ
図８に示すようなビームホモジェナイザ４０は、６つの面全体で研磨される正方形の断面のロッドからつくることができる。好ましくは、ホモジェナイザ４０は、アクリル製のＢＫ７ガラス、又は可視領域で低い減衰を有する他の材料からつくられる。
【００７６】
ホモジェナイザの全長において図８に示すように矩形の断面が均一であるか、テーパが形成されている。特に、ホモジェナイザ４０は、大きなポート入力４４と小さなポート入力出口４６を有する。ホモジェナイザは、研削、ダイヤモンドターン、レーザカット又はドローによって製造される。別の例として、矩形の断面を有する反射性空気キャビティを使用する。ホモジェナイザの長さと幅の比は、ホモジェナイザの出口ポートで出力端が一様になるように選択される。長さは、入力光の平行化、ホモジェナイザ材料の屈折率、および均質化が必要とされる程度に依存する。通常、長さは、幅の１０倍の範囲である。図示したように、ホモジェナイザ４０は、１３ｍｍ×１３ｍｍの正方形の入口ポート及び１００ｍｍの距離離れている８．４ｍｍ×８．４ｍｍの出口ポートを有する。
【００７７】
更に、テーパを備えたホモジェナイザの長さは、一様な断面のホモジェナイザの長さより短く、同程度の均質化を図る。したがって、テーパを備えたホモジェナイザは、均一な断面を備えたホモジェナイザよりもさらにスペース効率がよい、
光ファイバケーブル
図１Ａに示すように光ファイバ５０は、ホモジェナイザ出口ポート４６の寸法および形状に合致するように構成された１つの共通の正方形の入力ポートを有する。このファイバケーブル入力ポートは、空隙をなくしフレネルの反射損失を低減することによって境界線での効率の損失を最小限にする透明な接着剤によって出口ポート４６に結合される。入口ポートから出たファイバは、通常の円形に断面を有するジャケットケーブル内に結合されることが好ましい。このケーブルは、図１Ａに示すコリメータ並列６０の入口ポート開口に送るための十分な長さ、６１ｃｍ（２フィート）の長さを有する。
【００７８】
したがって、光ファイバケーブル５０は、１つの共通の入力ポートと複数のファイバケーブル出口とを有する。１つのジャケットケーブルから複数のジャケットケーブルへの遷移は、ケーブルの長さに沿って有利な点でつくることができる。出口ポートの寸法および形状は、コリメータ配列入力ポートに緊密に合致するように構成されている。
【００７９】
単一のファイバケーブル入力ポートからホモジェナイザ出口ポートへの境界と同様に、各ファイバケーブル出口ポートは、透明な接着剤によって対応するコリメータ入口に接続されており、この接着剤は、フレネル反射損失を低減することによって境界において伝送効率を最大限にするために使用される。光ファイバケーブルの入口および出口ポートのかみ合い開口の整列は、結合効率損失を低減するために重要である。このような整列は、境界部の両側のかみ合い素子の軸線が互いに平行か中心があることを保証することを含む。さらに、もしかみ合い開口が円形でない場合には、ホモジェナイザ出口ポート４６およびファイバケーブル入力ポートおよびケーブル入力ポートの場合であるように、ポートは、それらの共通軸線の周りで回転可能に整列しなければならない。
【００８０】
さらに、入口ポート開口を隣接する出口ポート開口よりわずかに大きくすることによって極端に緊密な整列公差を守る必要性を回避することができる。これは、出口ポート開口を隣接する対応する出口ポートにわずかに下にすることによって伝送効率を維持する。このアンダーフィル技術は、かみ合い開口が、例えば、小さいコリメータ入力ポート開口との境界で最も小さい場合、最も大きな利点を提供する。この理由は、小さい開口技術が、境界の効率を与えられた予定まで低減するためにさらに重要になるように整列公差を必要とするからである。
【００８１】
平行化部材の配列
図１０Ａおよび図１０Ｂは、図９の詳細な図面に示すコリメータ配列６０を有する平行化部材の例を示す。図示するように、コリメータ１６０と２６０との間の差は、コリメータ１６０の入力ポート１６５がほぼ円形であり、コリメータ２６０の入力ポートがほぼ矩形であることである。しかしながら、双方の実施形態の平行化部材は、各々が出口ポート面積より大きい出口ポート面積を有する点でテーパを有する。出口ポートの端部は、図９に示すコリメータ６０のようにコリメータの配列を形成するために並置されている。出口ポート開口は、隣接するターンザコーナー型プリズム組立体入口ポート開口を満たすことができるようにする正方形又は矩形の形状が好ましい。この開口を光で充填することは、ターンザコーナー型プリズムを通ってバックライトにディスプレィに光のない領域から突出される暗い帯域を避けるために重要である。
【００８２】
その出口ポートに隣接してその長さの一部において平行化部材の正方形又は矩形の断面が有利である。これは、これらの部材から製造されたコリメータの配列を互いに隣接するように、また、それらの側面がターンザコーナー型プリズム組立体の入口ポート面に接触し軸線が平行で直角になるように積み重ねることができる。このような部材は、出口ポートがターンザコーナー型プリズム組立体入口ポート開口に接触するように平面状に容易に組み立てられる。この配列は、容易な整列手段を保証する。
【００８３】
コリメータ出口ポートおよびターンザコーナー型プリズム組立体の入口ポートの接触面は、透明な接着剤によって選択的に結合することができ、この接着剤は、プリズムの直角三角形の斜辺面によって反射された光線において接着剤層の境界部での全内反射を維持するためにプリズム率に対して十分に低い屈折率を有しなければならない。
【００８４】
図１０Ａのコリメータ１６０は、ターンザコーナー型プリズム組立体のかみ合い部分と境界を形成するリニヤ配列の一部を形成する複数のこのような部材を示す。このような部材は、円形の入力ポート開口１６５および矩形の出口ポート開口１６８とを有する。円形入力ポート１６５は、光ファイバケーブル５０の対応する円形出口と毛溶解を形成する。
【００８５】
好ましくは、コリメータ１６０の出口ポート１６８は、６．６ｍｍ2である。この寸法は、ターンザコーナー型プリズム組立体入口ポート開口の高さを越える。並置するように緊密にパックされた直線的な配列に配置された３２個のこれらの６．６ｍｍ平方のコリメータ開口は、ほぼ２１８ｍｍの長さであり、この長さは、ターンザコーナー型のプリズム組立体７２の長さを越えるのに十分である。このオーバーフィルは、ターンザコーナー型プリズム組立体の入口ポート開口で暗い領域又はストライプの構成を避けるために望ましい。これらのストライプは、光がなく、ターンザコーナー型プリズム組立体は、これらのストライプをバックライトおよび表示管に投射することができる。
【００８６】
図１０Ａに示すように、コレメータ部材の正方形の断面部分に変形が始めるまで６．６ｍｍ×６．６ｍｍの均一な寸法を有する。テーパを有する部分は、円錐形の形状を有し、この形状は、小さい円形の入口ポートと大きな矩形の断面部分との間で直径が増大する。
【００８７】
図１０Ｂのコリメータ２６０は、図１０Ａのコリメータ部材と同様の複数のコリメータ部材を示しており、これらは、ターンザコーナー型プリズム組立体のかみ合い部分と境界を接する直線配列の一部を形成する。これらの部材の各々は、矩形の入力ポート開口２６５と、矩形の出口ポート開口２６８とを有する。矩形の入口ポート２６５は、光ファイバケーブル５０の対応する矩形の出口ポートと境界を形成する。
【００８８】
コリメータ１６０の出口ポート１６８と同様に、出口ポート２６８は、６．６ｍｍ2であることが好ましい。したがって、ターンザコーナー型プリズム組立体７２と、入口ポート開口およびそのオーバーフィル特性との境界は、コリメータ１６０の境界と同様である。
【００８９】
コリメータ２６０の各コリメータ部材のテーパ部分は、小さい矩形入口ポートと大きな一様な矩形の断面領域との間の寸法を増大する矩形の断面を有する。したがって、コリメータ１６０の各コリメータ部材の円錐形のテーパを有する部分の代わりに、コリメータ２６０の部材の各々は、ピラミッド型の形状のテーパ部分を有する。
【００９０】
コリメータ１６０の構成は、コリメータ２６０の構成以上であることが好ましい。なぜならば、もし、コリメータ２６０が使用される場合には、光ファイバケーブル５０のファイバの束がコリメータ２６０の矩形のポート２６５に合致する必要があるからである。矩形の出口ポートを備えたファイバの束は、さらに高価であり、丸いポートを備えたものよりさらに製造が困難である。
【００９１】
６．６ｍｍの矩形の開口を備えたコリメータ１６０および２６０の通常の長さは、１００ｍｍである。コリメータ１６０の通常の入力ポート１６５は、１．６５ｍｍの直径を有する。コリメータ２６０の通常の入力ポート２６５は１．４６２ｍｍ2である。同様に、それらの４３．５６ｍｍ2の同一の６．６ｍｍ2の出口ポート開口面積は等しい。
【００９２】
光ファイバケーブル５０のファイバ束出口ポートからの双方のコリメータ１６０および２６０の入力ポート開口に入る光の円錐形の半分の角度は、３５Ｅの空気と同等の値を有する。スネルの法則を適用することによって、Ｎの屈折率を有する媒体内の実際の半分の角度は、Ψによって与えられ、ここで、Ψ＝ａｒｃｓｉｎｅ｛（ｓｉｎ３５°）／Ｎ ｝である。理想的な装置の保存のentendueの法則によれば、コリメーションポートに入る又はコリメーションポート空出る光の空気等価コリメーションの半分の角度の関係は、
Ａinｓｉｎ2θin=Ａoutｓｉｎ2θout
ここで、ＡinおよびＡoutは、入力および出力ポート面積であり、θinおよびθoutは、対応する空気等価光入力および光出力円錐形半角である。
【００９３】
Ａin＝２．１４ｍｍ２、Ａout＝４３．５６ｍｍ２、およびθin=３５°であるとき、θoutの計算によって、７．３°のθoutの対応する理想的な値を生じ、これは、コリメータ部材として使用される適当な形状の部材のパラボラ・コンセントレータ（ＣＰＱ）によって達成することができる。しかしながら、さらに実際的には、理想的なＣＰＣに近いコリメータ１６０および２６０のθoutの値は、約９°又は１０°である。
【００９４】
コリメータの他の実施形態は、図１１に示されている。特に、パック型三角形空気キャビティ配列１１１０は、直角三角形の斜辺面と交差する軸線に直角な平面で直角三角形の断面を有するテーパが形成された複数の空気キャビティ１１１２を有する。図示するように、この配列は、直角三角形の面のミラー１１１４によって挟まれる。この実施形態は、矩形の配列と同じ方法で機能する。なぜならば、直角三角形の斜辺で反射された直角二等辺三角形のミラー像は、矩形を形成する。各直角の間の小さい継ぎ目は上面と下面に対して４５度である。
【００９５】
ターンザコーナー型組立体
前述したように、光がウエイブガイド７０に入る前にコリメータ６０からスペースの制約によって光の方向を決めるコトが必要である。図１２および図１３は、ターンザコーナー型組立体７２を示しており、ここで図１２は、さらに詳細を示しており、図１３は、ウエイブガイド７０を含む。
【００９６】
図１２および図１３のターンザコーナー型組立体７２は、選択的な誘電性スペーサ部材５３０によって分離された２つのプリズム５１０および５２０を含む。入力光束と出力光束との間に空隙を増大することが可能である。この空隙は、スペーサの厚さを変化させることによって所望の寸法に調整することができる。
【００９７】
プリズム５１０は、第１の面５１２と、第１の面５１２に直角な第２の面５１６と、ミラーが形成された直角三角形の面５１４を有する。同様にプリズム５２０は、第１の直角面５２２と、第２の直角面５２６と、ミラーが形成された直角三角形の面５２４を有する。それらの端面を含むプリズムおよびスペーサのすべての面は、研磨される。
【００９８】
プリズムおよびスペーサの寸法は、最大限の効率で光を捕捉し伝達するように構成されている。例えば、プリズム５１０および５２０の第１および第２の面は６ｍｍであり、プリズム５１０および５２０の直角三角形の斜辺面は８．４９ｍｍである。
【００９９】
プリズム５１０，５２０およびスペーサ部材５３０は、アクリル又はポリカービネートのような透明なポリマー材料で形成される。別の例として溶融シリカＦ２又はＢＫ７のようなガラスをこれらの材料のい組み合わせと同様に使用することができる。もし必要である場合には、プリズムの直角三角形の面は、アルミニウム、銀、複数層の誘電性Ｆィルム又は他のミラーコーティング５４２でコートすることができる。
【０１００】
別の例として、プリズムおよびスペーサ部材を形成するためにLaSFN31のガラスのような十分に大きな屈折率材料を使用することができ、これは、プリズムの直角三角形の空気／ガラス境界へ入射する光線の角度の全範囲においてTIRを維持することによってミラーコティングの必要性をなくす。例えば、屈折率が１．８８であるLaSFN31のガラスからつくられた直角なプリズムの直角三角形の面は２４．５°の角度で空気媒体からプリズムの入口ポートへ入射するすべての光線をすべて完全に内反射する。
【０１０１】
プリズム入口及び／又は出口ポート面は、プリズム材料の屈折率よりも十分に小さい屈折率を有するTIR維持接着剤によってウエイブガイド７０の入口ポート及び／又はコリメータ６０の配列出口ポートのような隣接する誘電性部材に選択的に接続される。ターンザコーナー型プリズム組立体入口ポートは、直角３角形の面に維持されるTIRが鋭角ではなく空気等価角度であるかどうかを決定する空気入口ポート入射角の代わりに反射性材料の境界部を有する。
【０１０２】
１つの例として、動作において、点線の例a,b,cによって示されるように、光は、第１のプリズム５１０の第１の直角面５１２で組立体７２の入口ポートに入る。したがって、それはスペーサ５３０を貫通し、第２のプリズム５２０の第２の直角面５２２に入り、ミラー面５２４で反射し、第１の直角な面５２６を通過し、ウエイブガイド７０に伝達される。
【０１０３】
低い屈折率を有する境界部接着剤５４０は、組立体の光取り扱い効率を改良するために各接合面の間に配置される。与えられた用途および必要とされる再配光の程度の物理的な構成に依存して第１のプリズム５１０及び／又はスペーサ５３０が省略される。もし双方が省略される場合には、ターンザコーナー型プリズムの光の入力ポートは、プリズム５２０の直角面５２２になる。もし、プリズム５２０のみが省略される場合には、光は、第２の直角な面５２２に平行な面でスペーサ５３０の底部を通って入る。
【０１０４】
ウエイブガイド組立体
前述したように、光はウエイブガイド７０を通ってディスプレイ装置８０に伝達される。ウエイブガイド７０は、図１４に詳細に示されている。図示したように、ウエイブガイド７０は、前面８０２、後面８０４、２つの側面８０６および８０８を有する比較的薄い平坦な構造である。ウエイブガイド７０の適当な寸法は、１６２．５ｍｍ×２１５ｍｍ×６ｍｍである。このウエイブガイドは、アクリル製で１．４８５の屈折率を有するが、ガラス又は他の光学的なポリマーのような材料も使用することができる。
【０１０５】
動作において、平行化された光は、側面８０６および８０８の一方に又は双方に直角に入射するように放射される。光は側面８０６および８０８から内側に向かうので、後面８０４の非円滑な表面の特徴部分は、光を前面に向け、表面８０２への直角な表面に対して所定の角度で光が前面から出るようにする。本発明の後面の特徴部分は、図１５および図１６を参照して後に説明する。従来の後面の特徴部分は図１７に示されている。
【０１０６】
厚い低い屈折率のコーティング（図示せず）が全内反射（TIR）の使用を最大限にするためにウエイブガイドと下のアルミニウム又は保護された銀の反射層の間に配置され得る。さらに広い帯域のリターダ（retarder;抑制材）および反射性偏光フィルム（図示せず）をウエイブガイド組立体７０の前面８０２に配置することができる。適当なフィルムはカリフォルニア州、フレモントのニットウデンコウ社から市販されている。このようなフィルムは、１つの分極光を通過するが、反対の極性の光を反射する。この反射光は、２つの１／４位相シフトを受け（第１の位相はリターダフィルムから最初に通過し第２番目の位相は、アルミニウムのコーティングによって反射された）、リターダフィルムを通って戻る。
【０１０７】
前面８０２および４つの表面８０６および８０８は平坦であり、後面８０４は、受けた平行な光の方向を決めるように構成された表面を有する。例えば、図１７に示す従来の表面は、前面８０２に平行なステップ部分又は段部分を有する。しかしながら、図１７の純粋な段部分の表面は、以下に説明するように、図１５の鋸歯形状の底部のウエイブガイドに関して、また図１６の底部の裁頭鋸歯型底部ウエイブガイドに関する欠点を有する。
【０１０８】
鋸歯型底部ウエイブガイド７０は、図１５に示されている。理解できるように、光は、一方の側の入力ポート面に入る。底面の鋸歯の抽出面は、図示を目的として実際の寸法よりかなり拡大されている。各鋸歯の高さは、ほぼ０．１９５ｍｍであり、鋸歯の配列のピッチは、約０．３９ｍｍである。この実施形態において、底部の鋸歯の配列によって中断されるすべての光線が抽出される。さらに動作において、この配列は、水平鋸歯面の寸法および形状に基づいた所定の角度でウエイブガイドから出る光の方向を決める。
【０１０９】
ウエイブガイド７０の互い違い又は裁頭鋸歯のパターンの底面が図１６に示されている。この表面は、前面８０２と平行な一連の段部に互い違いになっている鋸歯部分を有する。各鋸歯の高さは、ほぼ０．０３９ｍｍであり、鋸歯の配列のピッチは、ほぼ０．３９ｍｍである。段部は傾斜面を通る反射を防止するためにアルミニウムのコーティングのような材料でコートされたミラーである。この表面の構成は、所望の出口角度を維持し、ウエイブガイドを通る光の平衡性を維持し、前面を通って出る光の空間的な均一性を維持するために、また製造を簡単にするために重要である。特に、ウエイブガイド材料抽出特性によって生じるような空間的な非均一性は、光抽出部分又はステップの高さのピッチを変化させることによって補償することができる。
【０１１０】
図１８の鋸歯の段部面の大部分の光は、「全内反射」され、それは、光を上面に再び反射し、その後、光は傾斜した小面によって妨げられ、抽出される追加的な機会を有する。この方法において、ウエイブガイドに入る各光線は、傾斜小面によって遮られるか、抽出されるか、ウエイブガイド７０の薄い端面から出るまで段部および傾斜面の「ガントレッド」を走行する。
【０１１１】
図１６の裁頭鋸歯構成は、従来のステップ又は段部表面構成（例えば図１７）よりかなりよい性能を有する。なぜならば、このような表面は、光が正面から衝突するように２つの４５Ｅのコーナーを有する。逆に、裁頭鋸歯パターン面は、光が正面から衝突するようにステップ毎に１つの４５Ｅのコーナーのみを有する。さらに、従来の裁頭表面のコーナーが「デッドシャープ（deadsharp)」として製造することはできず、光は、丸いコーナーに当たると平行ではなくなる。
【０１１２】
分析は、これらの丸いコーナーが光の５０％を非平行化することを示している。したがって、図１６の裁頭鋸歯の構成で生じるように丸いコーナーの割合が少ないことが望ましい。
【０１１３】
図１５及び図１６の鋸歯小面の傾斜角度は、ウエイブガイドの前面８０２に関して４５Ｅの角度で示されている。また、それらは、図１５におけるように鋸歯の小面か、又は鋸歯の段部の小面（図１６）が互いに交差することによって形成されるラインが、ウエイブガイド入口ポートの縁部の側面に平行になるようにディスプレィ８０の周りに時計方向に回転される。この構成は、ウエイブガイドの前面８０２に直角なウエイブガイドから光が抽出される伝搬方向を生じる。
【０１１４】
しかしながら、いくつかのＬＣＤは、ディスプレィの直角方向から拡散するコントラストを最大限にするための好ましい光伝搬方向を有する。したがって、与えられたＬＣＤディスプレィの場合、ディスプレイのコントラストを最大限にするためにウエイブガイドから抽出された光の伝搬方向を最適な伝搬方向に合致させること（「スイートスポット」と称される）が常に望ましい。
【０１１５】
４５Ｅからの鋸歯面の角度を変化させることにとって、抽出された光伝搬方向は、ウエイブガイド前面８０２に直角である方向から変化させることができる。鋸歯の特徴部分の「クロック」角度を変化させることなく、ウエイブガイドの前面に直角な方向へ４５°から伝搬方向変位角度Ψとの間の関係は次のようである。
【０１１６】
θ＝（１／２）ｓｉｎ-1（（ｓｉｎΨ)/ｎ)
ここで、ｎは、ウエイブガイド材料の屈折率である。これは、ウエイブガイドの前面に直角な方向と、ウエイブガイドに入る光の伝搬方向の双方を含む平面におけるΨ変数に適用される。
【０１１７】
ウエイブガイドの前面に直角な方向と、ウエイブガイドに入る光の伝搬方向の双方を含む平面にはないΨ変数の場合には、ウエイブガイドの前面の周りで鋸歯の特徴部分を回転又は「クロック」することが必要である。この場合、所望のΨは、「クロッキング（clocking)」角度β及び４５°からの鋸歯面変位角度θの双方の関数である。
【０１１８】
本発明の照射部分は、車の照明、サートライト、タスクライト及び投射装置を含むが、それには制限されない広範な用途に使用される。このディスプレィ装置は、航空機のコックピットのような乗り物、目視角度、熱、及び／又は構造的な問題が関連する他の用途に利用できる。
【０１１９】
最後に、本発明の上述した実施形態は、例示としてのものである。種々の他の実施形態は、次の特許請求の範囲の製品及び範囲から逸脱することなく当業者によって改訂される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１Ａは、本発明の実施形態のフラットパネルディスプレィ装置のブロック図である。
図１Ｂは、本発明による図１Ａのフラットパネルディスプレィ装置の一部の底面斜視図である。
図１Ｃは、本発明による図１Ａのフラットパネルディスプレィの一部の平面図である。
【図２】  図２Ａは、本発明によるブラケット及びリモート閉鎖体を含むフラットパネルディスプレィ装置の一部の分解図である。
図２Ｂは、本発明による他の周辺機器を含む図１Ａのフラットパネルディスプレィ装置の一部のブロック図である。
図２Ｃは、本発明による特別の整合ワッシャの底面図である。
【図３】  本発明による図１Ａのフラットパネルディスプレィ装置において追加的に使用される調光装置である。
【図４】  図４Ａ、Ｂ、Ｃは、本発明による図１Ｂ及び図１Ｃの光収集組立体の側面図、斜視図、組立図である。
【図５】  本発明の実施形態による図１Ａのフラットパネルディスプレィ装置のランプ及び冷却組立体である。
【図６】  本発明の他の実施形態による図１Ａのフラットパネルディスプレィ装置のランプ及び冷却組立体である。
【図７】  本発明の他の実施の形態による図１Ａのフラットパネルディスプレィ装置のランプ及び冷却組組立体である。
【図８】  本発明による図１Ａのフラットパネルディスプレィ装置のホモジェナイザの斜視図である。
【図９】  本発明による図１Ａのフラットパネルディスプレィ装置の正方形のコリメータの配列の実施形態を示す図である。
【図１０】  図１０Ａは、本発明による好ましい実施形態による図１Ａのフラットパネルディスプレィ装置のコリメータ部材の配列の詳細の実施形態を示す図である。
図１０Ｂは、本発明の他の実施形態による図１Ａのフラットパネルディスプレィ装置のコリメータ部品の配列の詳細の実施形態を示す図である。
【図１１】  本発明の他の実施形態による図１Ａのフラットパネルディスプレィ装置のパックされた三角形の空気キャビティのコリメータの配列の実施形態を示す図である。
【図１２】  本発明の他の実施形態による図１Ａのフラットパネルディスプレィ装置のターンザコーナー（ｔｕｒｎ−ｔｈｅ−ｃｏｒｎｅｒ）型組立体の実施形態を示す図である。
【図１３】  本発明の他の実施形態によるウエイブガイドを含む図１２のターンザコーナー型組立体の実施形態を示す図である。
【図１４】  本発明による図１Ａのフラットパネルディスプレィ装置のウエイブガイドを示す図である。
【図１５】  本発明の実施形態による図１Ａのフラットパネルディスプレィ装置の鋸歯表面を有するウエイブガイドの底面図である。
【図１６】  本発明の実施形態による図１Ａのフラットパネルディスプレィ装置の裁頭鋸歯面を有するウエイブガイドの底面図である。
【図１７】  ピュアステップ（ｐｕｒｅ  ｓｔｅｐｐｅｄ）又は裁頭鋸歯面を有するウエイブガイドの従来の底面を示す図である。
【図１８】  本発明による円筒形ガラスロッド及びフェルールを有する図１Ａのフラットパネルディスプレィ装置の一部の側面斜視図である。
【図１９】  本発明による図１８の円筒形ガラスロッドを示す図である。
【図１】
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【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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