(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と少なくとも一つの光ガイドとの間で光を伝送する為の構造であって、
ａ）膨出領域を有する光源と、
ｂ）前記光源からの光を入口開口で受光して出口開口へ伝送するための光反射性内側表面を有し略円筒状で中空の光伝送装置とを含み、
前記入口開口が前記光伝送装置の一方の端となっており、前記出口開口が前記光伝送装置の他方の端となっており、
前記光伝送装置は入口開口から出口開口へ光が前記光伝送装置を通過するにつれて前記光反射性内側表面で反射した光の角度が減少するように断面積が増加することを特徴とし、
前記膨出領域の、前記入口開口の平面に沿った断面は、前記光伝送装置の前記一方の端であって前記平面内に位置する前記一方の端の大半部分を満たすことを特徴とし、
ｃ）前記光伝送装置の出口開口の近くに配置された入口開口を有しかつ光ガイドへ光を伝送するための出口開口を有する断熱領域を含み、前記断熱領域は一つまたはそれ以上の部材を含み、
ｄ）前記光伝送装置は入口開口と、前記光伝送装置の壁に沿って延在し光伝播の主方向に沿って延在する近接第１凹部とを有し、
ｅ）前記光源は、前記近接第１凹部を貫通する第１突出部材を有する
ことを特徴とする構造。
【請求項２】
請求項１に記載の構造において、
ａ）前記光伝送装置は入口開口と、前記光伝送装置の壁に沿って延在し光伝播の主方向に沿って延在する近接第２凹部とを有し、
ｂ）前記光源は、前記近接第２凹部を貫通する第２突出部材を有する
ことを特徴とする構造。
【請求項３】
請求項２に記載の構造であって、
ａ）前記膨出領域は略直線状の発光領域を含み、
ｂ）前記第１及び第２凹部は前記発光領域が前記光伝送装置の前記入口開口の平面内にほぼ配置されるように配置してあることを特徴とする構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の構造において、
前記光伝送装置は、前記入口開口の平面であって光伝播方向に直角の平面に沿った断面を有し、該断面の形状は該平面に沿った前記膨出領域の断面の形状と実質的に相似形であることを特徴とする構造。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の構造において、
前記光伝送装置の前記断面は実質的に同一半径の２つの円弧を接合することにより形成される貝殻状の形状をなし、それぞれの円弧が実質的に１８０度未満であることを特徴とする構造。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の構造において、
前記光源の前記膨出領域の一部の周囲に配置されて前記光伝送装置へ光を反射するための可視光を反射する部材をさらに含むことを特徴とする構造。
【請求項７】
請求項６の構造において、
前記可視光を反射する部材は前記膨出領域のコーティングを含むことを特徴とする構造。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の構造において、
前記膨出領域の最大寸法は前記光伝送装置の前記入口開口部分の最大寸法の８５％を越えることを特徴とする構造。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の構造において、
前記断熱領域の入口開口が前記光伝送装置の前記出口開口の直近に配置されることを特徴とする構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光源から光ガイドへ光を伝送する光学構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明は光源と一つまたはそれ以上の光ガイドまたは光ファイバとの間で高効率で光を伝送するための構成に関連する。Cassarly et al.,による「ファイバー系用のデュアルフォーカス・コレクタ方式の比較」（SAE Paper No. 970254, SAE, １９９７年２月のSAE大会で発表）では、高輝度光源たとえば瞬間光、金属ハライド高圧放電ランプなどから光ガイドまたは光ファイバへ効率的に光を伝送する構造を調査している。後述するいくつかの実施態様では、楕円形リフレクタが光ガイドへ光を集中させる。光ガイドまたはファイバは、光ガイドまたはファイバを通して効率的に送出できる角度範囲内の光を入力端で、受光する。本明細書で用いている光の角度は光の伝播する主方向に対して測定したものである。光源を楕円形の反射板（以下、リフレクタ）の第１焦点に配置し、第２焦点には収集光学系を配置することで構造が機能する。このようなシステムの適性は高輝度でアークの短い（たとえば２．７ｍｍの）光源が利用できるかどうかに強く依存している。「点」光源ではこのような系は極めて小型にできる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、アークの間隔（以下、ギャップ）が長く（たとえば７ｍｍ）、「点光源」とは言えないようなアーク光源では、非焦点光学素子を使用することにより、効率的かつ小型の光伝送構造を提供し、光源から光ガイドまたはファイバにより効率的に集光伝送するのに適した範囲になるように光源からの光の光を伝送する角度範囲が得られるようにすることが望ましいといえる。またこのような別の光学素子を使用する光伝送構造が楕円形（またはその他の焦点を有する）コレクタを使用する実施態様より容易にまた低コストで製造できることも望ましい。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の代表的実施態様は光源と少なくとも一つの光ガイドとの間で光を伝送する効率的構造を含む。本構造は電球部分と当該電球部分へつながる電気導線とを備えた光源を含む。略円筒状、中空の伝送装置は光反射性内側表面を備え入力部側で光源からの光を受光し出力側へ光を伝送する。伝送装置は入力部から出力へ向かって装置を通るに従い表面反射光の角度が減少するように断面積が増加する。断熱領域は伝送装置の出力付近に入力部が配置してあり光学部材へ光を伝送する出力を備える。断熱領域は一つまたはそれ以上の部材を含む。
【０００５】
前述の構造は「点」光源以外の光源を使用しながらも高効率と相当の小型化を実現することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
【０００７】
図１は簡略化したかたちで光収集・伝送構造を示す。アーク放電ランプ１２はアーク放電室１８内部の離れた電極につながる電気導入リード線１４と１６を含む。アーク放電ランプ（以下、放電ランプ）は電源を小型化できるように、直流電圧で動作させるのが望ましい。放電ランプ１２は略垂直方向に向け、図示したように、光伝播の方向と直交させ、リード線１４に連結された上側の電極がカソードになるようにする。たとえば石英、セラミックまたはその他の非晶質材料たとえば耐熱ホウケイ酸ガラスからなる耐熱材の伝送装置２４の内表面２２は光を反射する。伝送装置に関して、「耐熱」というのは装置が放電ランプからの熱により劣化されることなく、また加熱された伝送装置が放電ランプを劣化させないことを意味している。表面２２は光干渉型多層コーティングまたはたとえば反射性金属コーティングを施して反射性能を付与する。伝送装置２４から伝送された光は光ガイド２８に伝送される前に断熱領域２６を通る。断熱領域２６の入力部２７は１層またはそれ以上のコーティング（図示していない）を含み赤外光または紫外光あるいはその両者の伝播を阻止するのが望ましい。領域２６が中空になっている部分では、独立したフィルタ（図示していない）を用いれば赤外光と紫外光の一方または両方を阻止して光ガイドを保護することができる。領域２６は、代表的に非耐熱性のプラスチック材料またはガラスからなる光ガイド２８を、放電ランプ１２から熱的に遮蔽するものである。
【０００８】
図示した実施態様において、斜線で示してある反射部材３０は、左側の放電ランプ１２から伝送装置２４へ光を導入する。これにより大量の光を光ガイド２８へ伝送することができる。
【０００９】
アーク放電ランプ１２は従来の金属ハライドのアーク放電ランプで、「点」光源を発生する放電ランプよりアーク放電ギャップが長いものであり、たとえば２．７ｍｍアーク放電ギャップに対して７ｍｍのアーク放電ギャップのものを含む。このような構成により得られるアークの長さと幅との比は、ギャップが短い場合には１：１から２：１の範囲であるのに対して、長いギャップでは８：１が典型的である。長いギャップのため、（１）ワットあたりのルーメンでは、大きな効率が得られる、（２）単位面積あたりの光束では放電室１８の壁面に対する負荷が小さくまた圧力が低くなるので、電球の壁を薄くすることができ、また放電ランプ寿命を長くすることができる、（３）製造時の許容誤差たとえばアーク電球の壁の厚みやアーク放電ギャップ長に対してあまり敏感でなくなるのでコストを抑えられる、（４）低電流のため、配線を低コストにできる。
【００１０】
図１において、伝送装置２４の内部は、左手の入力部側から右手の出力側へ向かって、装置を通過する際に内部反射面２２から反射される光の角度が減少するように、断面積が広くなっている。伝送装置の内部の好適な形状については後述する。
【００１１】
図２は放電室１８の電球部分の長さ３２と伝送装置２４の入力部付近の最大寸法３４の間の好適な関係を示す。好適な寸法３２は寸法３４の約５０％を超え、放電ランプで発生する光を有効に利用するためには８５％を超えることが望ましい。これにより電球領域が伝送装置に対する入力部の大部分を占有できるようになる。その結果として、入口開口を小さくしておくことができ、通常は入力部に比例する出口開口を小さくしておくことができる。その結果小型化することができる。「電球」部分という表現が表わしている部分は、実質的に楕円形、球形、または円筒形、またはその他の広げられた拡大部分である。
【００１２】
断熱領域２６は単一の装置から構成したり、または多数の部材、たとえば図３に図示してある２６ａと２６ｂ、あるいは図４に図示してある２６ｄ〜２６ｇなどから構成することもできる。領域２６またはその構成部材のいずれも必要であれば中空でも良い。領域２６には石英を使用するが、放電ランプまたは光ガイドを劣化させず放電ランプ１２からの熱に耐えられる他の耐熱材、たとえば耐熱ホウケイ酸ガラスなどを使用しても良い。
【００１３】
断熱領域２６（図１）の入力部の光伝播の中心軸に直交する方向に測定される最大寸法は、収集・伝送装置２４の出口開口の、これも同じ方向に対して測定したときの最大寸法の約５０％を超えることが望ましい。この比率は１００％に達するか１００％を越えることにより、装置２４と領域２６を整列したときの許容誤差を提供するようにするのが望ましい。このようにすると、領域２６は拡散性または非焦光を含む装置２４の出口開口から発せられた実質的に全部の光を集光可能である。領域２６は光の余分な拡散を防止する。同じ理由から、領域２６の入口開口は装置２４の出口開口の極めて近くに配置するのが良い。
【００１４】
図５に図示したように、部材２６は、別の場合には、境界３６の左側で装置２４の断面積が変化している場合に対して、光伝播の方向に断面積が実質的に一定になっている伝送装置２４の延長部を含むことがある。
【００１５】
光ガイド２８（図１）は一つまたはそれ以上の独立した光ガイドを含むことがあり、その場合はそれ自体は従来のものである。
【００１６】
図６は図１に図示したのと同じ伝送装置２４ならびに断熱領域２６を使用するが、別の伝送装置３８および別の断熱領域４０もさらに含む光伝送構造を示す。装置３８および領域４０はそれぞれ実質的に前述の装置２４および領域２６と同様なものである。本実施態様において、放電ランプ１２ａは図１の放電ランプ１２に付属する参照番号３０などの反射部材を含まないので、光は放電ランプ１２ａから左右の２つの側に出て来る。
【００１７】
図７は放電ランプ１２ａからの光を光ガイド５２および５４へ配光する背中合わせの楕円ミラーを使用した従来技術の光伝送構造４４を示す。ミラー４６は放電ランプからの光線５６を光ガイド５２の入口開口５２ａにある焦点に合焦する。ミラー４６で反射されなかった光線５８は棄てられる。ミラー４８も同様に光線６０および６２を光ガイド５４の入口開口５４ａに合焦する。ミラー４６および４８は放電ランプ１２ａのアーク放電ギャップに対して大きく、典型的には１０：１から１２：１の比になる。
【００１８】
図８は図６の本発明による構造を示したもので、従来技術の図７と対照的である。つまり、伝送装置２４の出口開口から出てきた光線６４は装置の内表面で反射されてから非焦光線を構成する。伝送装置３８の出口開口を出てきた光線６６も装置の内表面で反射されてから同じようになる。これは図７の従来技術の構造の楕円リフレクタ４６および４８から反射された焦点光とは対照的である。伝送装置２４および３８は光線６４および６６を捕捉し、図７の棄てられた光線５８に相当する無駄が出ない。
【００１９】
図７と図８はほぼ実寸であり、同じ大きさの受光部材（たとえば図７の５２と図８の４０）を有し、図１０Ａの下部に示してあるように、アーク放電ギャップが９８ｍｍの同じ６８ワット金属ハライド電球を使用する。つまり、図７と図８の比較から本発明の構造の相対的な小ささが明らかになる。
【００２０】
図９は装置の入口開口にある一対の凹部７０および７２を含む伝送装置６８を示す。凹部は放電ランプの位置合わせをできるようにして、アーク放電ギャップまたはさらに広範には一般に直線性の発光領域（図示していない）が入口開口のエッジ７４と７６のある入口開口平面内にほぼ配置できるようにするのが望ましい。またこれにより放電ランプのアーク放電室の電球領域（図示していない）が入口開口の最大開口に対して約５０％を超え、望ましくは８５％を超えるまでに拡大できる。図１０Ａは放電ランプ１２を示したもので、伝送装置６８に対して凹部７０および７２へ対向する端部のほぼ半分がそれぞれ受け入れられるように配置するのが望ましい。凹部はまた伝送装置内での放電ランプの整列を容易にする。
【００２１】
図１０Ｂは凹部７０と７２のある伝送装置６８と凹部３０４と３０６のある結合装置３０２を示す。放電ランプ１２ａはその右側が凹部７０と７２に受け入れられ、また左側は凹部３０４と３０６に受け入れられ、それぞれの凹部は放電ランプの端部のほぼ半分を受け入れるようにするのが望ましい。伝送装置は境界面３０８で実質的に互いに当接できるため、光が出るようにするための図６の開口部３００に相当する開口部はない。その結果、図１０Ｂの構造は図６の構造より実質的に多くの光を取り出すことができる。
【００２２】
図１０Ｃは収集・伝送装置６８の凹部７０と７２の内部に受け入れられ、図１と同様に、光を右へ伝送装置内に配光するための反射部材３０を備える放電ランプ１２を示す。
【００２３】
図９、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃの伝送装置の凹部７０と７２または３０２と３０６とは別に、またはこれと組み合わせて、光の伝播の中心軸に沿った伝送装置の断面は円形とするか、さらに効率的に光を取り出すためには非円形とするのが典型的である。望ましくは、伝送装置のインレットの断面形状は略放電ランプの電球領域の形状に合致する。図１１は好適な断面をどのように実現できるかを示す。
【００２４】
図１１において、たとえば石英の構造８０は図示したように円形の断面形状をなしている。それぞれが１８０度未満の等しい度数のアーク８２と８４はそれぞれ線８３と８５によって描出されている。アーク８２と８４を合わせると、図１２に図示してある貝殻状の構造８８を形成し、これは長方形である。放電ランプ（図示していない）は主軸または長軸９０と整列するのが望ましい。凹部が含まれている場合、これらも主軸と整列するのが望ましい。光伝播の中心軸に沿って円形の断面を有する伝送装置では、装置の内表面（反射表面）は複合型放物面の集光部（compound parabolic concentrator: ＣＰＣ）の形状を有するのが望ましい。図１１の構造８０は、図１２の装置８８の形成に使用されるもので、ＣＰＣの形状を有するのが望ましい。
【００２５】
図１１と図１２は非円形断面の伝送装置をどのように作成するかを概念的に示している。しかし、円形と非円形の両方の断面形状の伝送装置はキャスト形成またはモールド形成によって作成するのが望ましい。例として、伝送装置はセラミックから作成する場合にはキャスト形成によって形成できる。
【００２６】
さらに別の例として、伝送装置を石英またはその他の非晶質材料から作成する場合には、アークチューブの主軸に沿って膨出領域（図示していない）のある石英アークチューブと同様の方法で吹き込み形成により形成できる。膨出領域は典型的には軸に沿った中点に最大直径を有し軸方向の両端に向かって直径が細くなっていく。それぞれの伝送装置はそれぞれの先細部分から切り取り内部を反射性にする。
【００２７】
断面が円形または非円形いずれかの装置で、外向きに延出する梁（図示していない）は中点で膨出領域の周囲に延出して切断装置との位置合わせを容易にしたり切断中に膨出領域が破損する可能性を減らすようにする。梁は特殊な絞り加工プロセスで狭い加熱域を膨出領域に加えることで形成できる。
【００２８】
膨出領域のあるアーク放電ランプと類似の構造を形成するために、アークチューブを作成するための従来の技術を一般に参照することができる。さらに、光学的に所望の形状を実現するには製造公差を特に低く抑えるべきである。これは、たとえば、円弧状の正確なモールド型を保持し、正確に石英チューブなどの芯出しを行ない、またチューブにモールド型を正確に位置合わせすることで実現できる。これらの方法は本明細書の技術の当業者にとっては日常的であろう。
【００２９】
光伝播の中心軸に沿って非円形（たとえば長方形）の断面を持つ装置を作成する場合には特に注意が必要である。モールド型は装置の外部だけを直接形成するのに対し、内表面だけしか反射に使用しないので、膨出領域は厚みが変化することで所望の内表面トポロジーが得られる。
【００３０】
前述のモールド成形工程で伝送装置を形成する場合、装置の壁厚は代表的には出口開口より入口開口で大きくなる。
【００３１】
図１３は光伝播の中心軸９６に沿って見た伝送装置９２の断面を示している。光伝播の中心軸を通る伝送装置９２の内部に沿った実質的にすべての断面部分は実質的に放物面であるか、または実質的にＣＰＣ形状に適合することが望ましい。ＣＰＣは、たとえばW.T. Welford and R. Winston著, 「高回収率非結像光学系（High Collection Nonimaging Optics）」（New York: Academic Press, Inc. (1989), chapter 4 (pp. 53-76)）に詳細に説明されているように、角度対面積コンバータの特異な形状である。
【００３２】
図１４は光伝播の中心軸に沿って断面が長方形をなす伝送装置９８を示し、当該装置は図９に関連して前述した凹部７０と７２と同様に機能する凹部１００を含む。図１５から理解されるように、これにより放電ランプ１０４の膨出領域１０２は伝送装置９８のインレット１０６を実質的に充填できる。そのため放電ランプからの光の取り出し方が高効率になる。
【００３３】
図１６は前述したアーク放電ランプの代わりに使用されるフィラメント電球１０８を示す。電球は電球の膨出領域１１２の内部にフィラメント１１０を含む。フィラメント１１０は膨出領域へつながっている導入リード線１１０ａおよび１１０ｂにより給電される。フィラメント１１０ならびに前述のアーク放電ランプの両方とも一般には線形の発光領域を有するものと考えられる。典型的には、膨出領域は実質的に楕円形で、これは前述のアーク放電ランプでも典型的である。電球１０８はたとえばハロゲン電球とすることができる。大抵は細長いフィラメント型電球からの光を伝送するための従来技術の構造は必ずしも効率的ではなく、本発明が解決する問題であると思われる。
【００３４】
図１７は波線で示した部分１１８と１２０を切り取る前のカプリング装置１１６を示す。伝送装置１１６は図１８の４カプラー構造に配置される。
【００３５】
図１８はカプラー１１６と１２２を示し、後者はカプラー１１６の鏡像であるのが望ましい。別のカプラー１２４と１２６の対も含まれ、望ましくは互いの鏡像とする。それぞれのカプラーは、カプラー１１６と基本的に同じ入口開口形状を有するのが望ましい。さらに、カプラー１１６の入口開口には光伝播の方向に沿って延在する凹部１１６ａがあり、カプラー１２２の入口開口には同様の凹部１２２ａがある。電極の付いた光源（図示していない）の対向する端部を凹部１１６ａと１２２ａの両方で位置決めし、支持する。図１９も参照すると、凹部はほぼカプラー１１６の入口開口の平面内（たとえば参照番号１２８）にある光源（図示していない)の略直線上の発光部分の位置合わせをする。
【００３６】
図２は無電極ランプ２００を示したもので、これは一般にトロイダル状（またはドーナツ状）の形をしたアーク放電（図示していない）がアーク放電室２０２の中で行なわれる。アーク放電は電気コイルの巻き線２０４と２０６を含む電気的励起回路による電気的励起により起こる。アークは一般に光電波の中心軸２０８と軸方向に整列する。起動補助部２１０は巻き線２０４と２０６の間を通るいわゆるガスプローブ２１２と、起動補助部を作動させるための容量結合スリーブ２１４とを含む。ランプ２００とコイル巻き線２０４、２０６はそれ自体は従来技術によるものである。
【００３７】
図２１に図示してあるように、伝送装置２１６には凹部２１７がありここにプローブ２１２の一部が収まりランプの位置合わせと支持を行なう。電気的作用のない支持部材（図示していない）が代用として部分的に凹部２１７に受け入れられるようにしても良い。
【００３８】
図２１において、伝送装置２１６は、ランプ２００からの光を断熱領域２１８経由で一つまたはそれ以上の光ガイド２２０へと伝送する。装置２１６と領域２１８は前述した同様の部材の説明に相当する。特に、領域２１８はランプ２００から光ガイド２２０を断熱する作用がある。反射部材２２２たとえば光学的干渉多層コーティングなどがアークから左に向かう光を、中心軸２０８に沿ったものであっても、伝送装置の中へ反射する。
【００３９】
図２２は起動部２１４（図２０）と同様の起動補助２３０、ならびにランプから突出する別の部材２３２を備えた無電極ランプ２２８を示す。起動補助２３０と部材２３２はランプの対向する側面から延出し、励起コイルの隣接する巻き線２３６および２３８の間の空間２３４に向かって延在する。
【００４０】
ランプ２２８からの光は、ランプの右手側と左手側の両方から取り出される。つまり、光は伝送装置２４０と断熱領域２４２とを経て右側に進み、また伝送装置２４４と断熱領域２４６とを経て左に進む。これらの部材は図２０の同様の部材に相当する。
【００４１】
図２３は伝送装置２４０または２４４の入口開口の端を示したもので、両装置は実質的に同様である。装置には、入口開口の端から装置内に向かって、光伝播の方向に延びる一対の凹部２５０と２５２がある。凹部２５０と２５２はそれぞれ、起動補助部２３０の一部と部材２３２の一部を受け入れて伝送装置２４０と２４４の間にランプを整列させる。部材２３２は電気的機能を持つ必要がない。さらに、電気的機能のない別の部材（図示していない）で起動補助部２３０を置き換えることが可能で、この場合別の形の起動補助部を使用することができる。
【００４２】
さらに、装置２４４は光学的機能を持たなくても良い代わりに、ランプ２２８の位置合わせに使用できる。この場合、ランプ２２８はたとえば図２０の参照番号２２２などのような反射部材を内蔵し、伝送装置２４０へ光を配光することになる。
【００４３】
図１、図２、図９、図１０Ａ〜図１０Ｃの伝送装置の例
【００４４】
図１、図２、図９、図１０Ａ〜図１０Ｃに図示してあるような伝送装置の円形断面は、上記で引用した Welford & Winston の参考文献に詳細に記載してある規則を用いて設計した。この伝送装置の入力部側は、図２のランプのアーク放電室の大きさによって制限を受ける。本伝送装置で使用している６８ワット直流アーク放電ランプは長方形または卵形のアーク放電室があり、長さは１３ｍｍで最大径９ｍｍ、またアーク放電は長さ約８ｍｍ直径１ｍｍである。アーク放電室が装置の入力部側いっぱいになるようにするには、ランプの長手方向の両端までの入力部面に合わせて凹部を切り込む必要があり（図９および図１０）、アーク放電室入力部の直径は少なくとも１３ｍｍでなければならない。
【００４５】
装置の長さ、出力側直径、湾曲は、入力部側直径、希望する出射角度、想定した入射角度によって決定される。出射光のサイズを求める好適な規則は以下の通りである：Sin2 (入射角度) ＊ 入射面積 = Sin2 (出射角度) ＊ 出射面積
【００４６】
特定の場合では、９０度に近い入射角度では Sin（入射角度）がおよそ１になることから注意が必要である。入射面積は直径１３．２５ｍｍの円形としてランプの長軸を受け入れられるようにする。実験によると特定の光ガイドが空気中で光を端面に入射するのにもっとも効率的なのは角度３８度またはそれ未満であった。つまり、装置は最大で３８度の出射角が得られるように設計された。これらの入射から出射面積３６４ｍｍ２または直径２２ｍｍの出射面積が決定される。
【００４７】
上記で引用した Winston and Welford の参考文献に記載されているように、長さは出射角、入射径、出射径により決定される。上記で説明した特定の場合、入射１３ｍｍ径で出射２２ｍｍ径となる３８度伝送装置は長さ２２ｍｍとする必要がある。円形断面の装置の内部に沿った曲率は Winston and Welford の参考文献に記載された曲率に沿ったもので、希望する出射角度と入射直径１３．２５ｍｍでユニークに定義される。
【００４８】
図１２、図１４、図１６の伝送装置の例
【００４９】
この円形断面の伝送装置は良い結果を得られるが、出射光の一部だけを断熱装置、すなわち石英のロッドで受け取るので、出射面積をさらに小さくして同等またはもっと良好な角度変換が得られる装置の方が効率的である。
【００５０】
角度変換に影響を与えることなく出射面積を減少させるためには、入射側面積を減少させる必要がある。これは円形断面の装置では不可能だが、アーク放電室の形状に非常に密に一致する長方形断面の面積コンバータへの角度変換により可能になる。
【００５１】
長方形断面を作るひとつの方法は、１８０度未満の２個のセグメントを合わせることである。直径１４ｍｍの円形の１４２度のセグメント２個を合わせると、得られる形状は高さ１３．２５ｍｍ幅９．５ｍｍで、６８ワット直流アーク放電ランプを受け入れるの十分な大きさになる。
【００５２】
面積変換器（以下、面積コンバータ）に対する長方形の角度の形状は、最初に１４ｍｍ入射部で３８度の出射の装置を設計することで作成した。この形状から入射が１４ｍｍ入射の円の１４２度のセグメント２個の合同となるように切り出して複製した。
【００５３】
装置の角度変換が最大３８度となるようにするため、各セクションのセグメントの角度を直径の増加に合わせて増加した。これにより大きな面積になり、したがって小さい角度への変換になる。
【００５４】
面積コンバータへの長方形角度の出射は２２．８ｍｍの円の１５６度のセグメント２個の合同である。面積コンバータ装置への長方形の角度は複合型放物面の集光部（ＣＰＣ）とほとんど同様に機能する。２つの断面のそれぞれの形状は光軸の位置を除いて上記で引用した Winston and Welford の参考文献に記載されているＣＰＣの式に従う。光の大半（たとえば７５％超）は壁面で１回だけ反射される。
【００５５】
１回だけ反射した光線について、長方形コンバータは断面が模倣している真のＣＰＣの場合と全く同じように作用する。面積コンバータへの長方形角度は真のＣＰＣ より効率が増加するが、その理由は： １．入射面積に対する出射面積の比は、ここに記載した長方形の変換器（以下、コンバータ）のほうが大きいことから、光が小さい角度に変化されるようになる。２．ＣＰＣの出射面積は長方形のコンバータより１５％大きい。本明細書の断熱装置は一組の出射面積だけを捕捉するためと、この面積がもっと小さい長方形コンバータの大きな部分を占めることから、断熱装置はさらに多くの光を捕捉する。
【００５６】
例として特定の実施態様に関連して本発明を説明したが当業者により多くの変更および変化をなすことができよう。したがって、添付の請求の範囲が本発明の真の範囲および意図に含まれるこれらすべての変更および変形タイプを包含することを意図していることは理解されるべきである
【００５７】
【発明の効果】
【００５８】
本発明により、光源と少なくとも一つの光ガイドの間で光を伝送するための効率的な構造が得られ、「点」光源以外の光源を用いながら高効率かつ相当な小型化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明による光伝送構造の部分断面略側面図である。
【図２】 図２は図１のランプ１２と伝送装置２４の端部付近の側面図である。
【図３】 図３は図１の断熱領域２６の端面図である。
【図４】 図４は図１の別の断熱領域２６の端面図である。
【図５】 図５は図１の伝送装置２４と断熱領域２６の略側面図である。
【図６】 図６は図１に図示した略側面図と同様で、ランプから２つの異なる方向へ光を出力する光伝送構造の部分断面略側面図である。
【図７】 図７は従来技術の光伝送構造の略側面図で光線の軌跡を示す。
【図８】 図８は図６の光伝送構造の略側面図で光線の軌跡を示す。
【図９】 図９は本発明の構造で使用される好適な伝送装置の斜視図である。
【図１０】Ａ．図１０のＡは図９の伝送装置と本装置の凹部へ適合するように配したランプの斜視図である。
Ｂ．図１０のＢは図６と同様だがランプの対向する端部を受け入れる凹部を含む伝送装置を示す。
Ｃ．図１０のＣは図１と同様だがランプの対向する端部を受け入れる凹部を含む伝送装置を示す。
【図１１】 図１１は光伝播の中心軸に沿ってみた、好適な伝送装置を形成するのに概念的に使用される構造の断面の略図である。
【図１２】 図１２は光伝播の中心軸に沿ってみた、完成した伝送装置の好適な断面形状の断面の略図である。
【図１３】 図１３は伝送装置と光伝播の中心軸の略断面図である。
【図１４】 図１４は別の実施態様による別の伝送装置の斜視図である。
【図１５】 図１５は図１４の伝送装置内部に受け入れられるランプの側面図である。
【図１６】 図１６は各種実施態様での使用に適したフィラメント状ランプの側面図である。
【図１７】 図１７は単一の光源の周囲に多数の伝送装置を配設するトリミング工程前の伝送装置の状面図である。
【図１８】 図１８は図１７のカプラーを使用する４カプラー構造の上面図である。
【図１９】 図１９は図１７のカプラーの上面図で入力部面を示す。
【図２０】 図２０は無電極ランプから一つまたはそれ以上の光ガイドへ光を伝送する、別の実施態様による構造の、部分断面部分切り欠き側面図である。
【図２１】 図２１は図２０の構造で有用な光伝送装置の斜視図である。
【図２２】 図２２は無電極ランプを使用する別の実施態様の部分断面側面図である。
【図２３】 図２３は図２２の構造で有用な光伝送装置の斜視図である。
【符号の説明】
１２、１２ａ アーク放電ランプ
１４、１６ 電気導入リード線
１８、２０２ アーク放電室
２２ 内表面
２４、３８、６８、８８、９２、９８、１１６、２１６、２４０、２４４ 伝送装置
２６、４０、２１８、２４２、２４６ 断熱領域
２６ａ〜２６ｇ、２３２ 部材
２７ 入力部
２８、５２、５４、２２０ 光ガイド
３０、２２２ 反射部材
３２ 電球部分の長さ
３４ 入力部付近の最大寸法
３６ 境界
４４ 光伝送構造
４６、４８ ミラー
５２ａ、５４ａ、１０６ インレット
５６、５８、６０、６２、６４、６６ 光線
７０、７２、１００、１１６ａ、１２２ａ、３０４、３０６、２１７、２５０、２５２ 凹部
７４、７６ エッジ
８０ 石英の構造
８２、８４ アーク
８３、８５ 線
９０ 長軸
９６、２０８ 中心軸
１０２、１１２ 膨出領域
１０４ 放電ランプ
１０８ フィラメント電球
１１０ フィラメント
１１０ａ、１１０ｂ 導入リード線
１１６、１２２、１２４、１２６ カプラー
２００、２２８ 無電極ランプ
２０４、２０６、２３６、２３８ 巻き線
２１０、２３０ 起動補助部
２１２ ガスプローブ
２１４ 容量結合スリーブ
２３４ 空間
２４４ 入口開口の端
３００ 開口部
３０２ 結合装置
３０８ 境界面
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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