(57)【要約】白熱電球を使用する照明システムは、白熱電球（１０２）と、第１および第２の焦点を有する反射体（１０４）とを含む。白熱電球（１０２）は、反射体（１０４）の第１の焦点（１０６）に近接して配置されて電磁放射線を発し、該電磁放射線は反射体から反射されて実質的に第２の焦点（１０８）で集束する。白熱電球（１０２）から発せられた電磁放射の一部は反射体（１０４）に直接当たり、該電磁放射の一部は反射体に直接当たらない。該システムは、該電磁放射の反射体に直接当たらない部分のうち少なくとも一部分を反射体の方に、反射体（１０４）の第１の焦点（１０６）を通じて反射するように構築されかつ配置された、付加的な反射体をさらに含む。
2004526285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
白熱電球を使用する照明システムであって、
白熱電球と、
第１および第２の焦点を有する反射体とを含み、
前記白熱電球は前記反射体の前記第１の焦点に近接して配置されて電磁放射線を発し、該電磁放射線は前記反射体から反射して実質的に前記第２の焦点に集束し、
前記白熱電球によって発せられた該電磁放射の一部は前記反射体に直接当たり、該電磁放射の一部は前記反射体に直接当たらず、前記システムは、該電磁放射の前記反射体に直接当たらない部分のうち少なくとも一部分を前記反射体の方に前記反射体の該第１の焦点を通じて反射するように構築されかつ配置された付加的な反射体をさらに含む、照明システム。
【請求項２】
前記付加的な反射体は、前記白熱電球の前記反射体とは反対側に配置されて、前記白熱電球から前記反射体から離れる方向に発せられた電磁放射を、前記反射体の方に前記反射体の該第１の焦点を通じて反射する、球面の逆行反射体を含む、請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記付加的な反射体は、放物面の逆行反射体および平らな反射体を含み、
前記放物面の逆行反射体は、前記白熱電球の前記反射体とは反対側に配置され、前記白熱電球から前記反射体から離れる方向に発せられた電磁放射を前記平らな反射体の方に反射させて、前記電磁放射が前記平らな反射体によって前記放物面の逆行反射体の方に、前記反射体の該第１の焦点を通るように反射されるようにする、請求項１に記載の照明システム。
【請求項４】
前記白熱電球はタングステンフィラメントランプを含む、請求項１に記載の照明システム。
【請求項５】
前記反射体は、電磁放射スペクトルの実質的に予め特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に記載の照明システム。
【請求項６】
前記予め特定された部分は、
可視光線、
紫外線、
赤外線、
放射線の予め特定された波長帯域、および
放射線の特定の色
からなる群から選択される、請求項５に記載の照明システム。
【請求項７】
入力面および出力面を有する出力光パイプをさらに含み、
前記入力面は前記放射を実質的にすべて集めるように前記第２の焦点に近接して配置され、
前記出力面は前記放射を実質的にすべて透過させる、請求項１に記載の照明システム。
【請求項８】
前記出力光パイプは、石英、ガラス、プラスチック、またはアクリル樹脂からなる群から選択された材料で形成される、請求項７に記載の照明システム。
【請求項９】
前記出力光パイプは、
ホモジナイザ、
先細りした光パイプ、および
まっすぐな光パイプ
からなる群から選択される、請求項７に記載の照明システム。
【請求項１０】
前記出力光パイプは断面を含み、前記断面は、
矩形、
円形、
三角形、
台形、
菱形、
五角形、
六角形、および
八角形
からなる群から選択される、請求項７に記載の照明システム。
【請求項１１】
光ファイバをさらに含み、該光ファイバは、前記出力光パイプの前記出力面において透過された放射によって実質的に照射され、該光ファイバは、該集められかつ集光された放射を放出して所望の場所を照らす、請求項７に記載の照明システム。
【請求項１２】
前記出力光パイプの前記出力面に実質的に近接して配置された集光レンズと、
前記集光レンズの出力側に実質的に近接して配置された画像投影システムとをさらに含み、
画像は、前記出力光パイプの前記出力面において透過された放射によって照射され、該投影システムは、該集められかつ集光された放射を放出して該画像を表示する、請求項７に記載の照明システム。
【請求項１３】
前記反射体は、第１の光学軸を有する第１の反射体と、第２の光学軸を有する第２の反射体とを含み、
前記第２の反射体は、前記第１および第２の光学軸が実質的に共線になるように、前記第１の反射体と実質的に対称に配置され、
前記第１の焦点は前記第１の反射体の焦点であり、前記第２の焦点は前記第２の反射体の焦点である、請求項１に記載の照明システム。
【請求項１４】
前記第１および第２の反射体は、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１３に記載の照明システム。
【請求項１５】
前記第１および第２の反射体は、実質的に円環面である回転面の少なくとも一部分を含む、請求項１３に記載の照明システム。
【請求項１６】
前記第１および第２の反射体は、実質的に回転楕円面である回転面の少なくとも一部分を含む、請求項１３に記載の照明システム。
【請求項１７】
前記第１および第２の反射体は、実質的に放物面である回転面の少なくとも一部分を含む、請求項１３に記載の照明システム。
【請求項１８】
前記第１の反射体は、実質的に楕円である回転面の少なくとも一部分を含み、
前記第２の反射体は、実質的に双曲面である回転面の少なくとも一部分を含む、請求項１３に記載の照明システム。
【請求項１９】
前記第１の反射体は、実質的に双曲面である回転面の少なくとも一部分を含み、
前記第２の反射体は、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１３に記載の照明システム。
【請求項２０】
前記出力面に実質的に近接して配置された導波管をさらに含み、前記導波管は、
単一コアの光ファイバ、
ファイバの束、
溶融されたファイバの束、
多角形のロッド、および
中空の反射光パイプ
からなる群から選択される、請求項１に記載の照明システム。
【請求項２１】
前記導波管は、円形の導波管、多角形の導波管、先細りした導波管、およびそれらの組合せ、からなる群から選択される、請求項２０に記載の照明システム。
【請求項２２】
前記導波管は、石英、ガラス、プラスチック、またはアクリル樹脂からなる群から選択された材料で形成される、請求項２０に記載の照明システム。
【請求項２３】
実質的に前記電磁放射線の経路に配置されたフィルタをさらに含む、請求項１に記載の照明システム。
【請求項２４】
前記フィルタは、電磁放射スペクトルの実質的に予め特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２３に記載の照明システム。
【請求項２５】
前記予め特定された部分は、
可視光線、
紫外線、
赤外線、
放射線の予め特定された波長帯域、および
放射線の特定の色
からなる群から選択される、請求項２４に記載の照明システム。
【請求項２６】
前記フィルタは、電磁放射スペクトルの実質的に予め特定された部分のみを透過させるコーティングを有する、請求項２３に記載の照明システム。
【請求項２７】
前記予め特定された部分は、
可視光線、
紫外線、
赤外線、
放射線の予め特定された波長帯域、および
放射線の特定の色
からなる群から選択される、請求項２４に記載の照明システム。
【請求項２８】
白熱電球を反射体の第１の焦点に位置付けるステップと、
前記白熱電球によって放射線を生成するステップと、
前記放射線の一部を前記反射体によって第２の焦点の方に反射させるステップと、
前記放射線を前記第２の焦点で集束させるステップと、
該放射線の前記反射体に直接当たらない部分のうち少なくとも一部分を前記反射体の方に、前記反射体の該第１の焦点を通じて反射させるステップと、
入力面および出力面を有する出力光パイプを、前記入力面が前記第２の焦点に実質的に近接するように位置付けるステップと、
前記放射線を前記入力面に集めるステップと、
前記放射線を前記出力光パイプに通すステップと、
前記出力光パイプの前記出力面から放射線を出力するステップとを含む、照明方法。
【請求項２９】
前記反射体は第１および第２の反射体を含み、
前記第１の焦点は前記第１の反射体の焦点であり、
前記第２の焦点は前記第２の反射体の焦点である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１および第２の反射体は、実質的に放物面である回転面の少なくとも一部分を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１および第２の反射体は、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２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記第１の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、
前記第２の反射体は実質的に双曲面である回転面の少なくとも一部分を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１の反射体は実質的に双曲面である回転面の少なくとも一部分を含み、
前記第２の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２９に記載の方法。
【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２月２１日に出願された仮出願連続番号第６０／２６９，８８８号の優先権を主張する。当該仮出願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、白熱電球を使用する照明システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術の説明
たとえば楕円反射体システムおよび放物面反射体システム等のオンアクシス（on-axis
）反射体システムは、光ファイバ照明器、大画面表示用の投影エンジン、および投影モニタ等にしばしば使用される。このようなオンアクシス反射体システムは、光源からの電磁放射を小さなターゲットに結合するのに使用され得る。しかし、オンアクシス反射体システムは、光源から発せられた電磁放射を異なる量および異なる角度で拡大するおそれがある。倍率の差は、光源の大きさによって悪化する。したがって、このようなオンアクシスシステムのための理想的な光源は、点光源である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなシステムにおいては、電磁放射源として、たとえば白熱電球よりもアーク灯が、点光源に近付けるのに十分小さいので、しばしば使用される。アーク灯はたとえば白熱電球よりも小さいが、これは、白熱電球内部のたとえばタングステンフィラメントが、通常、同等の短いアーク灯のアークよりも長いためである。白熱電球がオンアクシス反射体システムに使用された場合、フィラメントの画像は、発せられた放射の角度の違いにより異なって拡大されて、大きなぼやけたスポットになる。このように、白熱電球は、光を小さなターゲットに結合する場合、非常に効率が悪い。しかし、白熱電球は通常、アーク灯よりも安価であり寿命が長い。そこで、白熱電球は一般に、効率が問題にならない場合に限り、オンアクシス反射体システムに使用される。効率が問題ではない適用例では、たとえば大ワット電球のような白熱電球が使用され得る。
【０００５】
したがって、白熱電球からの電磁放射を小さなターゲットに効率良く結合することのできる、結合システムが求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の概要
一局面において、この発明は、白熱電球と第１および第２の焦点を有する反射体とを含む、白熱電球を使用する照明システムからなる。白熱電球は、反射体の第１の焦点に近接して配置されて電磁放射線を発し、これは反射体から反射して実質的に第２の焦点に集束する。白熱電球によって発せられた電磁放射の一部は反射体に直接当たり、電磁放射の一部は反射体に直接当たらない。該システムは、電磁放射の反射体に直接当たらない部分のうち少なくとも一部分を反射体の方に、反射体の第１の焦点を通じて反射するように構築されかつ配置された、付加的な反射体をさらに含む。
【０００７】
別の局面において、この発明は、以下のステップを含む照明方法からなる。すなわち、白熱電球を反射体の第１の焦点に位置付けるステップと、白熱電球により放射線を生成するステップと、反射体により放射線の一部を反射体の第２の焦点の方に反射するステップと、反射体の第２の焦点に放射線を集束させるステップと、放射線の反射体に直接当たらない部分のうち少なくとも一部分を反射体の方に、反射体の第１の焦点を通じて反射するステップと、入力面および出力面を有する出力光パイプを、その入力面が第２の焦点に実質的に近接するように位置付けるステップと、入力面に放射線を集めるステップと、放射線を出力光パイプに通すステップと、出力光パイプの出力面から放射線を出力するステップとを含む、照明方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
好ましい実施例の詳細な説明
図１に示される、白熱電球を使用する照明システム１００の第１の実施例において、白熱電球１０２は、第１および第２の焦点１０６、１０８を有する反射体１０４の第１の焦点１０６に近接して配置され得る。白熱電球１０２は、たとえばタングステンフィラメントランプであってもよい。白熱電球１０２は、電磁放射線１１０を発する。電磁放射線１１０の一部は反射体１０４によって反射されて、実質的に第２の焦点１０８に集束する。
【０００９】
白熱電球によって発せられた電磁放射線１１０のいくらかは反射体１０４に直接当たるが、電磁放射線の一部１１２は反射体１０４に直接当たらない。照明システム１００は、反射体１０４に直接当たらない電磁放射線の一部１１２のうち少なくとも一部分を反射体１０４の方に、第１の焦点１０６を通じて反射するように構築されかつ配置された、付加的な反射体１１４をさらに含む。しかし、第１の焦点１０６は白熱電球１０２のフィラメントが既に占めているので、白熱電球１０２のそのフィラメントが電磁放射１１２を実質的にさえぎり、電磁放射１１２のいくらかを吸収する。白熱電球１０２のフィラメントによって吸収された電磁放射１１２の部分は、白熱電球１０２のフィラメントを加熱してその温度を上げ得る。高温になると光の出力は増し、その増加量は３０％程度になり得る。
【００１０】
付加的な反射体１１４は、たとえば球面の逆行反射体であってもよい。これは、白熱電球１０２の反射体１０４とは反対側に配置されて、白熱電球１０２から発せられた電磁放射１１２を反射体１０４の方に、第１の焦点１０６を通じて反射する。図２に示される代替的な実施例においては、付加的な反射体１１４は放物面反射体１５４と平面鏡１５６との組合せであってもよい。さらなる代替的な実施例においては、完全な円形の放物面反射体を使用することもできる。
【００１１】
一実施例において、反射体１０４は、電磁放射１１０のスペクトルの予め特定された部分１１８のみを実質的に反射するコーティング１１６を有する。予め特定された部分１１８は、たとえば、可視光線、紫外（ＵＶ）線、赤外（ＩＲ）線、放射線の予め特定された波長帯域、または放射線の特定の色であり得る。
【００１２】
図３に示される第３の実施例において、照明システム１００は、実質的に電磁放射線１１０の経路に配置されたフィルタ１４８を含む。フィルタ１４８は、実質的に電磁放射１１０のスペクトルの予め特定された部分１５２のみを反射するコーティング１５０を有する。代替的な実施例においては、コーティング１５０は実質的に電磁放射１１０のスペクトルの予め特定された部分１５２のみを透過させる。いずれの実施例においても、予め特定された部分１５２は、たとえば、可視光線、紫外線、赤外線、放射線の予め特定された波長帯域、または放射線の特定の色であり得る。
【００１３】
好ましい実施例において、フィルタ１４８は、紫外線および赤外線を第１の焦点１０６に戻るように反射し、可視光線は第２の焦点１０８の方へと透過させる。これは、たとえば、可視光線は出力装置内に送り込まれるべきであるが紫外線や赤外線はそうではない場合にあてはまる。フィルタ１４８によって反射された赤外線および紫外線は、したがって、白熱電球１０２のフィラメント上に再び焦点を定められ、そのフィラメントを加熱してより多くの光を生成する。その結果、より多くの赤外線および紫外線が反射体１０４内に閉じ込められて白熱電球１０２のフィラメントを加熱するのに使用され、それにより、システム１００の効率が高まる。他の方法では無駄になっていたであろう赤外線および紫外線が、このように再利用されるのである。さらなる代替的な実施例においては、フィルタ１４８の半分が反射体であり、残りの半分がたとえばコーティング１５０等で被覆されたフィルタであり得る。
【００１４】
好ましい実施例において、照明システム１００は、入力面１２２および出力面１２４を有する出力光パイプ１２０を含む。入力面１２２は、放射１１０を実質的にすべて集めるように、第２の焦点１０８に近接して配置され得る。放射１１０は、出力光パイプ１２０を通り、出力面１２４によって実質的に透過され得る。出力光パイプ１２０は、たとえば、石英、ガラス、プラスチックまたはアクリル樹脂等の材料で構成され得る。出力光パイプ１２０は、たとえば、ホモジナイザ、先細りした光パイプ、またはまっすぐな光パイプであり得る。出力光パイプ１２０は、たとえば、矩形、円形、三角形、台形、菱形、五角形、六角形、または八角形の断面を有し得る。
【００１５】
図４に示される第４の実施例において、照明システム１００は、光ファイバ１２６をさらに含み得る。光ファイバ１２６は実質的に、出力光パイプ１２０の出力面１２４で透過された放射１１０によって照射され得る。その後、光ファイバ１２６は、集まった放射１１０を放出して、所望の場所１２８を照らす。
【００１６】
図５に示される第５の実施例において、照明システム１００は、出力光パイプ１２０の出力面１２４に実質的に近接して配置された、集光レンズ１３０をさらに含み得る。集光レンズ１３０の出力側１３４に実質的に近接して配置された画像投影システム１３２は、集光レンズ１３０によって集められ集光された放射１１０を放出して、画像１３６を表示する。
【００１７】
図６に示される第６の実施例において、照明システム１００は、出力面１２４に実質的に近接して配置された導波管１４６を含む。導波管１４６は、たとえば、単一コアの光ファイバ、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であり得る。導波管１４６はさらに、たとえば、円形の導波管、多角形の導波管、先細りした導波管、またはそれらの組合せであり得る。導波管１４６は、たとえば、石英、ガラス、プラスチック、またはアクリル樹脂等の材料で構成され得る。
【００１８】
図７に示す第７の実施例において、照明システム１００の反射体１０４は、第１の光学軸１４０を有する第１の反射体１３８と、第２の光学軸１４４を有する第２の反射体１４２とを含む。第２の反射体１４２は、第１および第２の光学軸１４０、１４４が実質的に共線となるように、第１の反射体１３８と実質的に対称に配置され得る。この実施例において、第１の焦点１０６は第１の反射体１３８の焦点であり、第２の焦点１０８は第２の反射体１４２の焦点であり得る。
【００１９】
一実施例において、第１および第２の反射体１３８、１４２は各々、たとえば、実質的に円環面である回転面の少なくとも一部分であり得る。別の実施例において、第１および第２の反射体１３８、１４２は各々、たとえば、実質的に回転楕円面である回転面の少なくとも一部分であり得る。
【００２０】
代替的な実施例において、図７に示される第１の反射体１３８は、実質的に楕円面である回転面の少なくとも一部分を含み、第２の反射体１４２は実質的に双曲面である回転面の少なくとも一部分を含む。さらなる代替的な実施例において、第１の反射体１３８は、実質的に双曲面である回転面の少なくとも一部分を含み、第２の反射体１４２は、実質的
に楕円面である回転面の少なくとも一部分を含む。これらの変形例の利点は、他の要因によってそれらの形状が異なることが求められるシステムや、電球の外被が補償されねばならないシステムや、ターゲットが大きくて１対１の画像化が不要であるシステムなどにおいて見られるであろう。
【００２１】
図８に示される第８の実施例において、第１および第２の反射体１３８ｅ、１４２ｅは各々、たとえば、実質的に楕円面である回転面の少なくとも一部分であり得る。図８は、実質的に共線の光学軸１４０ｅ、１４４ｅを有する２つの半円形の楕円鏡１３８ｅおよび１４２ｅを使用する、照明システム１００ｅの一実施例を示す。
【００２２】
白熱電球１０２のフィラメントは、楕円反射体１３８ｅの焦点１０６ｅに配置され得る。球面反射体１１４ｅは逆行反射を提供する。球面フィルタ１４８ｅが、フィルタ１４８ｅの曲率中心１５８が２つの楕円反射体１３８ｅ、１４２ｅの共通の焦点１６０と一致するように、配置され得る。フィルタ１４８ｅに入射する赤外線および紫外線は反射されて同じ経路に沿って自身の中に戻り、白熱電球１０２のフィラメント内に戻る。
【００２３】
一実施例において、楕円反射体１３８ｅ、１４２ｅは実質的に同じ形状を有する。他の実施例において、楕円反射体１３８ｅ、１４２ｅは、たとえば、投影された画像が１対１に近くなるように、異なる楕円率を有し得る。
【００２４】
さらなる実施例において、出力光パイプ１２０の入力面１２２は、電磁放射１１０を集めてその開口数（ＮＡ）をたとえばより低いＮＡに変化させるために、第２の楕円反射体１４２ｅの第２の焦点１０８ｅに配置され得る。
【００２５】
図９に示される第９の実施例において、第１および第２の反射体１３８ｐ、１４２ｐは各々、たとえば、実質的に放物面である回転面の少なくとも一部分であり得る。放物面反射体１３８ｐによって集められた放射線１１０は、放物面反射体１４２ｐ内にコリメートされ得る。放物面反射体１４２ｐは、放物面反射体１３８ｐに対向して実質的に対称に配置されてもよく、そうすれば、放物面反射体１３８ｐの第１の焦点１０６において、光のすべての角度に対して実質的に単位倍率で白熱電球１０２のフィラメントの画像が生成され、フィラメントの明るさが保たれる。
【００２６】
第１０の実施例において、照明方法は、白熱電球１０２を反射体１０４の第１の焦点１０６に位置付けるステップと、白熱電球１０２によって放射線１１０を生成するステップと、反射体１０４によって放射線１１０の一部を反射体１０４の第２の焦点１０８の方に反射するステップと、放射線１１０を反射体１０４の第２の焦点１０８に集束させるステップと、反射体１０４に直接当たらない放射線１１０の部分のうち少なくとも一部分を反射体１０４の方に反射体１０４の第１の焦点１０６を通じて反射するステップと、入力面１２２および出力面１２４を有する出力光パイプ１２０を、入力面１２２が第２の焦点１０８に実質的に近接するように位置付けるステップと、入力面１２２で放射線を集めるステップと、放射線１１０を出力光パイプ１２０に通すステップと、出力光パイプ１２０の出力面１２４から放射線１１０を出力するステップとを含む。
【００２７】
以上にこの発明を詳細に説明したが、この発明が上述の特定的な実施例に限定されることは意図されない。当業者が、ここに記載された特定的な実施例の数々の使用例および変形例ならびに新たな発展例を、この発明の概念から離れることなく作成することができることは、明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の一実施例に従った照明システムの概略図である。
【図２】この発明の代替的な実施例に従った照明システムの概略図である。
【図３】この発明の第３の実施例に従った照明システムの概略図である。
【図４】この発明の第４の実施例に従った照明システムの概略図である。
【図５】この発明の第５の実施例に従った照明システムの概略図である。
【図６】この発明の第６の実施例に従った照明システムの概略図である。
【図７】この発明の第７の実施例に従った照明システムの概略図である。
【図８】この発明の第８の実施例に従った照明システムの概略図である。
【図９】この発明の第９の実施例に従った照明システムの概略図である。
【国際公開パンフレット】
2004526285.tif 000003
2004526285.tif 000004
2004526285.tif 000005
2004526285.tif 000006
2004526285.tif 000007
2004526285.tif 000008
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2004526285.tif 000011
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2004526285.tif 000026
2004526285.tif 000027
【国際調査報告】
2004526285.tif 000028
2004526285.tif 000029