(57)【要約】  発光ダイオード（ＬＥＤ）デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）イルミネータは、少なくとも１つのＬＥＤダイと、非結像集光光学系と、非結像集光光学系の出力アパーチャと光通信するレンズ系と、を含む。レンズ系は、非撮像集光光学系の出力アパーチャを含む物体空間でテレセントリックである。ある実施形態では、レンズ系は像空間でもテレセントリックである。ある構成では、ＬＥＤダイは紫外線ＬＥＤダイである。イルミネータは、ＤＭＤ上に高放射光エネルギーを投影するように構成されている。高い強度かつ空間均一性を有する照明平面上にＤＭＤを結像するために投影レンズを用いることが可能である。イルミネータの用途の例は、マスクレスリソグラフィ、材料の紫外線硬化、及び、構築された蛍光励起を含む。【選択図】図３
2017516141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロミラーデバイスのための発光ダイオード（ＬＥＤ）プロジェクタであって、
少なくとも１つのＬＥＤダイと、
前記少なくとも１つのＬＥＤダイと光通信する入力アパーチャと、出力アパーチャと、を有する非結像集光光学系と、
前記非結像集光光学系の前記出力アパーチャと光通信し、かつ、像面における前記出力アパーチャの像を生成するように構成されたレンズ系であって、前記非結像集光光学系の前記出力アパーチャを含む物体空間でテレセントリックである、レンズ系と、を備える発光ダイオード（ＬＥＤ）プロジェクタ。
【請求項２】
前記レンズ系は、前記像面を含む像空間においてテレセントリックである、請求項１に記載のＬＥＤプロジェクタ。
【請求項３】
前記入力アパーチャ及び前記出力アパーチャが矩形アパーチャである、請求項１に記載のＬＥＤプロジェクタ。
【請求項４】
前記出力アパーチャは、前記非結像集光光学系の出力面の寸法によって規定される、請求項１に記載のＬＥＤプロジェクタ。
【請求項５】
前記出力アパーチャは、前記非結像集光光学系の出力面上に蒸着された反射ミラーの内側の矩形透過領域によって規定される、請求項３に記載のＬＥＤプロジェクタ。
【請求項６】
前記出力アパーチャは、前記非結像集光光学系の前記出力面に隣接して配置されたウインドウ上に蒸着された反射ミラーの内側の矩形透過領域によって規定される、請求項３に記載のＬＥＤプロジェクタ。
【請求項７】
前記出力アパーチャは、前記非結像集光光学系の前記出力面と直接光通信するレンズ素子の前面上に蒸着された反射ミラーの内側の矩形透過領域によって規定される、請求項３に記載のＬＥＤプロジェクタ。
【請求項８】
前記矩形アパーチャは、デジタルマイクロミラーデバイスのアスペクト比に実質的に一致するアスペクト比を有する、請求項３に記載のＬＥＤプロジェクタ。
【請求項９】
前記非結像集光光学系はテーパ形状のガラスライトパイプである、請求項１の記載のＬＥＤプロジェクタ。
【請求項１０】
前記非結像集光光学系は複合パラボラ集光器である、請求項１に記載のＬＥＤプロジェクタ。
【請求項１１】
前記非結像集光光学系は、前記レンズ系のアパーチャストップを余分に満たす非近接場分布を提供するように構成される、請求項１に記載のＬＥＤプロジェクタ。
【請求項１２】
前記非結像集光光学系は、前記レンズ系のアパーチャストップに実質的に一致させられる非近接場分布を提供するように構成される、請求項１に記載のＬＥＤプロジェクタ。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのＬＥＤダイは紫外発光ＬＥＤのアレイを備える、請求項１に記載のＬＥＤプロジェクタ。
【請求項１４】
デジタルマイクロミラー照明システムであって、
少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイと、
前記少なくとも１つのＬＥＤダイと光通信する入力アパーチャと、出力アパーチャと、を有する非結像集光光学系と、
前記非結像集光光学系の前記出力アパーチャと光通信し、かつ、像面における前記出力アパーチャの像を生成するように構成されたレンズ系であって、前記非結像集光光学系の前記出力アパーチャを含む物体空間でテレセントリックである、レンズ系と、
前記像面に配置されたマイクロミラーの平面を含むデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）と、を備えるデジタルマイクロミラー照明システム。
【請求項１５】
前記レンズ系は、前記出力アパーチャの像を含む像空間においてテレセントリックである、請求項１４に記載のデジタルマイクロミラー照明システム。
【請求項１６】
前記レンズ系と前記ＤＭＤとの間に配置された全内部反射カップリングプリズムをさらに備える、請求項１４に記載のデジタルマイクロミラー照明システム。
【請求項１７】
前記出力アパーチャで前記非結像集光光学系に当接するテーパ延長部であって、キーストーン効果に起因した非均一性を補償する及び実質的に補正するように決定された角度で傾斜した中空矩形断面を規定する複数の内部反射壁を有するテーパ延長部をさらに備える、請求項１４に記載のデジタルマイクロミラー照明システム。
【請求項１８】
前記入力アパーチャ及び前記出力アパーチャは矩形アパーチャである、請求項１４に記載のデジタルマイクロミラー照明システム。
【請求項１９】
前記出力アパーチャは、前記非結像集光光学系の出力面の寸法によって規定される、請求項１４に記載のデジタルマイクロミラー照明システム。
【請求項２０】
前記出力アパーチャは、前記非結像集光光学系の出力面上に蒸着された反射ミラーの内側の矩形透過領域によって規定される、請求項１８に記載のデジタルマイクロミラー照明システム。
【請求項２１】
前記矩形アパーチャは、前記ＤＭＤのアスペクト比に実質的に一致するアスペクト比を有する、請求項１８に記載のデジタルマイクロミラー照明システム。
【請求項２２】
前記少なくとも１つのＬＥＤダイは紫外発光ＬＥＤのアレイを備える、請求項１４に記載のデジタルマイクロミラー照明システム。
【請求項２３】
マイクロミラーデバイスのための発光ダイオード（ＬＥＤ）プロジェクタであって、
少なくとも１つのＬＥＤダイと、
前記少なくとも１つのＬＥＤダイと光通信する入力アパーチャと、出力アパーチャと、を有する非結像集光光学系と、
前記非結像集光光学系の前記出力アパーチャと光通信し、かつ、像面における前記出力アパーチャの像を生成するように構成されたレンズ系であって、前記非結像集光光学系の前記出力アパーチャを含む物体空間でテレセントリックであり、かつ、前記像平面を含む画像空間でテレセントリックである、レンズ系と、を備える発光ダイオード（ＬＥＤ）プロジェクタ。
【請求項２４】
前記入力アパーチャ及び前記出力アパーチャは矩形アパーチャである、請求項２３に記載のＬＥＤプロジェクタ。
【請求項２５】
前記出力アパーチャは、前記非結像集光光学系の出力面上に蒸着された反射ミラーの内側の矩形透過領域によって規定される、請求項２４に記載のＬＥＤプロジェクタ。
【請求項２６】
前記出力アパーチャは、前記非結像集光光学系の前記出力面に隣接して配置されたウインドウ上に蒸着された反射ミラーの内側の矩形透過領域によって規定される、請求項２４に記載のＬＥＤプロジェクタ。
【請求項２７】
前記出力アパーチャは、前記非結像集光光学系の前記出力面と直接光通信するレンズ素子の前面上に蒸着された反射ミラーの内側の矩形透過領域によって規定される、請求項２４に記載のＬＥＤプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１４年５月１０日出願の米国仮特許出願第６１／９９１，４８８号、発明の名称「高放射輝度紫外線発光ダイオードデジタルマイクロミラーデバイスイルミネータ」の出願日遡及の利益を主張し、参照によってその全体が本願明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、例えばマスクレスリソグラフィ及び印刷の用途において光硬化性材料を選択的に露光する投影システムに結合された高放射輝度紫外線（ＵＶ）照明源に関する。
【背景技術】
【０００３】
高輝度発光ダイオード（ＬＥＤ）光源は、ごく最近になって、ＵＶ硬化における高強度用途に挑戦することに適した性能レベルで利用可能になってきた。加熱、接着剤の非光開始化学相互作用、揮発性物質の蒸発等を含む他の従来の手段による硬化と比較して、材料の極めて高速の硬化によって提供される著しく高い製造スループットに起因して、製造プロセスにおけるＵＶ硬化材料の使用及び価値が著しく増大してきた。プロセス時間におけるこの改善は製造業界に対して重要な価値を有している。マスクレスリソグラフィの場合の結像ＵＶ硬化は、時間節約に加えて、マスクを製造する必要がないことにおいてかなりのコストを削減する。
【０００４】
従来のＵＶ硬化デバイスは通常、短アーク水銀ランプ、キセノンランプ、レーザ、及び、近年では、パッケージ高輝度ＬＥＤを組み込んだシステムを利用している。従来のアークランプは、著しいアークフリッカーに悩まされ、アークフリッカーは、通常の非エテンデュ保存設計において放射輝度（単位立体角当たりの単位面積当たりの光出力［Ｗ／ｃｍ２／ｓｒ］）を低減させる光を均一にする必要性を生じさせる。アークランプはまた、寿命が短く、かつ、時間に応じて出力が急速に減少し、何百時間からせいぜい何千時間の寿命である。これは、短期間及び長期間の両方において出力がより安定化するＬＥＤ源であって、熱設計に対する適切な配慮を考慮すると何万時間もの寿命によって特徴付けられるＬＥＤ源に対して追加のシステムコストとメンテナンス費用とを生じさせる。ここ数年では、レーザダイオードはアークランプに取って代わって使用されてきているが、レーザダイオードは、アークランプ及びＬＥＤの両方と比較して極端に高価であり、かつ、ＬＥＤに対して高い時間空間コヒーレンスに起因した結像アーチファクトに悩まされる。しかしながら、ＬＥＤを用いた従来の実施は、それらの光学設計、機械設計及び熱設計の制約に起因した相対的に低い放射輝度及び寿命に悩まされる。
【０００５】
パッケージＬＥＤは、１以上の熱伝導性材料及び導電性材料の最上部にあるＬＥＤダイ又はダイアレイを備えるデバイスとして定義される。それらの複数の境界面の熱インピーダンスは、高いＬＥＤ接合部温度を生じさせる累計総熱インピーダンスに通じ、それによってＬＥＤの出力及び寿命を劣化させる。パッケージＵＶ  ＬＥＤデバイスの例は、ＳｅｍｉＬｅｄｓ（登録商標）及びＮｉｃｈｉａ（登録商標）の製造ラインによって提供されるものを含む。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施形態に係るＵＶ  ＬＥＤデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）イルミネータは、市販されているパッケージＬＥＤデバイスを組み込んだシステムに対してより小型で、より高い性能を有し、より長い寿命を有し、かつ、より低コストのシステムを提供するために高効率の小型の非結像及び結像光学系に関連した、「チップオンボード」（ＣＯＢ）金属コアプリント回路基板（ＰＣＢ）技術、ヒートスプレッダ及び水熱交換器を使用する。ダイヤモンドヒートスプレッダは、バルク銅の熱伝導率の４〜５倍の熱伝導率を有しており、及び従って、金属コア基板内に、かつ、ＬＥＤ接合部温度を低下させる水熱交換器内に流入する熱流束を著しく低下させるように機能することによって特徴付けられる。ＬＥＤ接合部とヒートシンクとの間の熱インピーダンスは、金属コア基板（若しくは他の高熱伝導性材料基板又はヒートスプレッダ）に連続的に実装されるダイヤモンドヒートスプレッダ上に直接ＬＥＤダイアレイを配置して、温度に依存する寿命及び熱に依存する出力パワーを増大させることによって、ダイヤモンドヒートスプレッダに組み合わせられたＣＯＢ技術に関して著しく低減される。高効率水熱交換器は様々な実施形態に含まれてもよい。代替的に、水を必要としないシステムとともに、又は、ヒートパイプに組み合わせられたハイブリッド２段階水熱交換器とともに高熱効率ヒートパイプが用いられてもよい。
【０００７】
ＣＯＢ技術、高熱伝導率ヒートスプレッダ、高熱伝導率の実質的にボイドフリーはんだ、高性能水熱交換器、並びに、高効率非結像及び収差補正テレセントリック結像光学系の組み合わせは、全内部反射（ＴＩＲ）プリズムを利用したＤＭＤに関連して使用される必要のあるテレセントリック照明に加えて、要求される高い均一性を提供する本発明の好適な一実施形態をもたらす。代替的に、レンズ系は、例えばテキサスインスツルメンツ（登録商標）によって製造されたＴＩＲプリズムを使用しないシステムに関して非テレセントリックストップを収容するように構成され得る。ＤＭＤは、光硬化性材料を選択的に硬化させることを主目的とする対象の照明平面上にＤＭＤからのＵＶ光を結像させるための高性能の投影レンズ系と組み合わせられる。
【０００８】
本発明の実施形態に係るイルミネータは、マスクレスリソグラフィと印刷されたインクの選択的な硬化とを含む様々な用途での使用のために、高い信頼性及び出力密度の均一な照明源を提供する。
【０００９】
本願明細書で説明する本発明の実施形態は、高度の空間均一性及び高強度を有する照明平面上での歪みが最小の、十分に補正された投影レンズによって連続的に結像されるように、高放射輝度ＵＶエネルギー源としてＤＭＤ上に投影する高放射輝度ＵＶ  ＬＥＤイルミネータを含む。用途は、マスクレスリソグラフィ及び他の関連のＵＶ硬化材料の用途のために設計されたシステムの照明部分として、及び、構築された蛍光励起を提供するシステムの一部として機能することを含む。
【００１０】
ＵＶにおける１以上のスペクトル帯から構成されたＬＥＤダイ又はダイアレイは、高熱伝導性の実質的にボイドフリーはんだによって取り付けられた高熱伝導性のダイヤモンドヒートスプレッダ上に配列されており、ダイヤモンドヒートスプレッダは、水に基づく熱交換器によって冷却される同様の実質的にボイドフリーはんだによって高熱伝導性の金属コア銅ＬＥＤボードに実装される。ＬＥＤアレイによって放射されたＵＶ光出力は、実質的にランバーシアン（Lambertian）分布内に放射され、かつ、所定のＤＭＤモジュールのものと実質的に一致するアスペクト比を有する矩形の入力及び出力アパーチャを有する非結像光学によって実質的に集光される。長さ及び出力アパーチャは、一実施形態においてテーパ形状のガラス光パイプ（「テーパ」）である非結像集光光学系の出力アパーチャで近接場（ＮＦ）空間均一性を最適に均質にするように選択される。テーパの矩形の出力のアスペクト比は、テーパの出力がＤＭＤアパーチャ上の低歪みの近回折限界レンズ系によって連続的に結像されるように、ＤＭＤのものと実質的に同様である。投影レンズのレンズ系は、ＤＭＤがレンズではなく結像品質における制限因子であるように構成される。照明系レンズは、低ＵＶ吸収のガラスから形成され、物体空間及び像空間の両方でテレセントリックであるように構成される。ＤＭＤは、１２°半角の通常の許容入射角を有している。作動させられる時、ＤＭＤ上の個々のミラー画素の各々は、ＤＭＤの平面に対して＋１２度又は−１２度のいずれかで傾斜させられ、投影レンズ又は吸収体のいずれかに向かって紫外線エネルギーを向ける。このようにして、制御された像が、ＤＭＤの空間解像度によってのみ制限される所望の空間コントラストでデジタル形式で投影され得る。イルミネータの実施形態はそれによって、インターフェースで接続されるＤＭＤ及び投影システムによって要求されるように特定のエリア及び角度空間内で高い均一性を有するＵＶエネルギー源を備える。５％未満のピークトゥピークを有するＤＭＤ上の低空間非均一性が容易に実現される。
【００１１】
効率をトレードオフすることによって、かつ、ＬＥＤ表面からのより小さな放出角度の光線が、増大した角度を有する投影されたエリアにおける減少に起因してランバーシアン源から放出される場合により小さい出力を有するという事実を考慮することによって、放射輝度を増大させるためにＵＶ照明レンズ系のストップを余分に満たす（overfill）非近接場分布によってテーパは設計される。従って、サイズを増大させ、及びそれによって、ＬＥＤアレイのエテンデュ（面積、立体角、インデックス平方製品）を増大させ、レンズ系の光学ストップによって吸収される際にＬＥＤアレイによって放射される際の表面の法線に対して高い角度範囲の光線を意図的に拒絶することによって、ＤＭＤ上の放射輝度は、純粋なエテンデュ保存設計によって制限されるものから増大させられ得る。しかしながら、イルミネータの実施形態は、エテンデュを保存するとともに高い空間均一性であるがより低い放射輝度を達成するように設計されたより小さなテーパ及びＬＥＤアレイとともに作動することができる。
【００１２】
別の好適な実施形態では、テーパの出力面のサイズは、上述したテーパのものから増大させられる。同じ入力アパーチャのサイズのために、これは、レンズ系のストップによって規定されてＤＭＤによって要求される１２°半角の非近接場許容入射角に一致するように選択された照明レンズ系のものに一致するように、テーパ集光光学系の非近接角度範囲を減少させる。ＤＭＤ上に結像される同一のアパーチャサイズを有するテーパの出力面上に高反射ミラーが蒸着される。代替の実施形態では、テーパの出力面の近くに配置された又は出力面に配置されたウインドウの隣接表面上の反射表面パターンとして、又は、テーパの最も近くに配置されたレンズ要素の前面上に反射表面パターンとして、反射ミラーが設けられてもよい。鏡面出力面のマスクオフされた（透過）部分は、ＤＭＤを充填するための適切なサイズでテーパの非鏡面出力面からＵＶエネルギーが出ることを可能にする。テーパの内部鏡面表面上に入射するＵＶエネルギーは、ＬＥＤアレイに向かって戻るように向けられ、そこで、テーパのアパーチャに向かって戻るようにかつアパーチャから外側に出るようにＬＥＤアレイを拡散的に散乱させるための機会を有する。このようにして、そうでなければストップによって吸収されるＬＥＤアレイによって放射されたＵＶエネルギーは、光学系の許容入射角内にテーパの出口アパーチャに戻るように散乱することが可能になり、それによってＤＭＤ上の強度を増大させる。テーパ出力面上に鏡面を有しない上述の第１実施形態は、レンズストップ上に入射する光出力のおよそ２２％がストップの寸法の外側にあってそれによって遮られる。従って、鏡面のテーパの実施形態は、ＤＭＤ上に入射する総出力の１５％以上のオーダでの改善が見られる。
【００１３】
３６０ｎｍ〜４０５ｎｍの範囲の中心波長を有するＵＶ  ＬＥＤダイが容易に入手可能であり、かつ、上述した高い熱効率設計を仮定すると、５Ａ／ｍｍ２の電流密度のオーダまで上げられ得る。本願明細書で説明するような本発明の原理に係る他の実施形態では、イルミネータは、可視光ＬＥＤ  ＤＭＤイルミネータ又は赤外光ＬＥＤ  ＤＭＤイルミネータである。
【００１４】
一態様では、本発明は、マイクロミラーデバイスのためのＬＥＤプロジェクタを特徴とする。ＬＥＤプロジェクタは、少なくとも１つのＬＥＤダイと、少なくとも１つのＬＥＤダイと光通信する入力アパーチャと出力アパーチャとを有する非結像集光光学系と、を含む。ＬＥＤプロジェクタは、非結像集光光学系の出力アパーチャと光通信し、像平面に出力アパーチャの像を生成するように構成されたレンズ系をさらに含む。レンズ系は、非結像集光光学系の出力アパーチャを含む物体空間でテレセントリックである。ある実施形態では、レンズ系は、像平面を含む像空間でもテレセントリックである。
【００１５】
別の態様では、本発明は、少なくとも１つのＬＥＤダイと、非結像集光光学系と、レンズ系と、ＤＭＤと、を含むデジタルマイクロミラー照明システムを特徴とする。非結像集光光学系は、少なくとも１つのＬＥＤダイと光通信する入力アパーチャと、出力アパーチャと、を有する。レンズ系は、非結像集光光学系の出力アパーチャと光通信し、像平面に出力アパーチャの像を提供するように構成されている。レンズ系は、非結像集光光学系の出力アパーチャを含む物体空間でテレセントリックである。ＤＭＤは、像平面に配置されたマイクロミラーの平面を含む。
【００１６】
本発明の構造、動作及び方法は、その他の目的及び利点とともに、図面に関連して以下の詳細な説明を読むことによって最良に理解され、図面における各部分は、様々な図面において現れる場所にそれを識別する割り当て符号又はラベルを有している。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、ＬＥＤボード、熱交換器及びレンズアセンブリを備える高放射輝度ＵＶ  ＬＥＤイルミネータの好適な実施形態の概略等角図である。照明像の相対位置及びサイズが示されている。
【図２】図２は、さらなる詳細を示す図１のシステムの概略等角図である。
【図３】図３は、非結像集光光学系にインターフェースで接続されるＬＥＤアレイとともに、内部の光学及び機械コンポーネントを示す、図１のシステムの概略断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図１のシステムのＬＥＤボード及び集光光学系の概略等角図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図１のシステムのＬＥＤボード及び集光光学系の断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、集光光学系が取り外された図４のシステムの概略等角図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、ＬＥＤアレイ及びヒートスプレッダの拡大図である。
【図６Ａ】図６Ａは、集光光学系のアパーチャの外側かつＤＭＤ照明平面上で伝送される際の光線を示す、図３の光学系の平面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、集光光学系のアパーチャの外側かつＤＭＤ照明平面上に伝送される際の光線を示す、図３の光学系の側面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、反射アパーチャを有する図３の集光光学系の代替の実施形態の概略等角図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、光線がどのようにして、出力アパーチャを通過して集光光学系の内部鏡面アパーチャから反射し、出口アパーチャを通って戻るかを示す平面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、光線がどのようにして、出力アパーチャを通過して集光光学系の内部鏡面アパーチャから反射し、出口アパーチャを通って戻るかを示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、ＤＭＤのアパーチャ上に、及び、その後に投影レンズを通じて、かつ、所望の照明の表面上に高出力ＵＶ  ＬＥＤアレイの出力を結像することによって提供される制御された空間構造、すなわち結像されたＵＶエネルギーを有する材料の光重合のために使用されるＬＥＤ照明に関する。
【００１９】
本発明の実施形態は、従来技術に対して製造プロセスのコストを削減するより高いスループットを生じさせる照明平面で改善された強度及び空間均一性のためのＬＥＤベースの照明源を含む。本発明は、ＬＥＤの下側と関連のヒートシンク要素との間の熱インピーダンスを最小限に抑えることに起因してシステム性能を最適化してはるかに改善された寿命を有する高い空間均一性の高放射輝度プロファイルを備える点において、従来の照明源とは区別される。
【００２０】
さらなる利点は、さらに多種多様な光開始剤の有効な使用を可能にするために、複数のＵＶスペクトル帯を１つずつ使用する、又は、任意のスペクトルの組み合わせ及び相対的な強度でともに複数のＵＶスペクトル帯を使用する能力である。例えば、本願明細書で説明する好適な一実施形態は、２つの異なるＵＶダイ波長の使用を可能にする２つの別個のカソードトレースを使用する。様々な光開始剤の吸収スペクトルは、露光時間の関数で変動し得るので、単一のシステムで２以上のスペクトル帯を組み合わせる能力は、あるタイプの光硬化材料のより完全な硬化を可能にする。識別可能なスペクトル帯の数は、関連の現在の駆動源とともにヒートスプレッダ及びＬＥＤボード上のワイヤ接合のための適切な特徴とともに所望の場合にアレイのＬＥＤダイの総数まで任意の数に拡張され得る。
【００２１】
ここで図１を参照すると、全体がシステム１０として示される好適な実施形態のＵＶ  ＬＥＤ  ＤＭＤ照明源の外側の概略的な等角図が示されている。ＵＶ  ＬＥＤ照明源システム１０は、ＬＥＤアセンブリ１２と、レンズハウジング１４と、最も遠位のレンズ要素１６が示されているレンズ系と、を備えている。照明デバイスは、同様のアパーチャの広がりを有するＤＭＤデバイスに一致して位置決めされるＺ軸に沿って像１８を投影し、かつ、１２°の許容入射角内でＤＭＤ上の各位置にテレセントリック照明を備えている。矩形のＤＭＤアパーチャの長軸は、水平Ｘ軸に沿って配向されており、かつ、アパーチャの短軸は垂直Ｙ軸内にある。通常、システム１０からの照明像のサイズは、例えばシステム位置決め公差を考慮するために例えば５％〜１０％だけわずかにＤＭＤを余分に満たす。
【００２２】
ここで図２を参照すると、照明アセンブリの追加の構造を示す図１の照明源１０の概略的な等角図２０が示されている。レンズハウジング１４のフランジと水熱交換器アセンブリ３０との間で３つのボルト３２によってＬＥＤボードアセンブリ１２が挟み込まれており、３つのボルト３２は、１２０度の間隔でフランジの周りに対称に位置決めされ、ＬＥＤボード２２の背面と水熱交換器３０とに均一な圧力を作用させている。例えば銀導電性グリース、酸化アルミニウム放熱グリース、相転移放熱ギャップ充填材料、はんだ、ダイヤモンド放熱ペースト等の高熱伝導性材料の薄い均一な層が、銅のＬＥＤボード２２の背面と熱交換器３０の熱交換器面との間に配置され、デバイス同士の間の熱を最適に結合している。好適な実施形態では、銀充填放熱グリースが使用される。１つの８ピン高電流コネクタ２４が共通のアノード接続のために使用される。追加の８ピンコネクタ２６がカソードのために使用されるが、それは、２チャネルごとに４ピンに分解されて、ＵＶ  ＬＥＤダイの２つの異なるスペクトルビンの使用を可能にする。これは、所望であれば、アレイ内にＬＥＤダイの総数まで容易に拡張され得る。より小さな低電流コネクタ２８によって接続されたＬＥＤボードに光センサ及びサーミスタが取り付けられている。遠位のレンズ１６を取り囲む前方フランジは１対の運動学的インターフェース特徴部３６を有しており、１対の運動学的インターフェース特徴部３６は、照明システムが、レンズハウジング１４の遠位フランジ上で４つの孔３４を貫通する４つのボルトによって、接合するＤＭＤアセンブリ（図示せず）に正確にかつ繰り返し取り付けられ得ることを保証するための孔及びスロットを備えている。
【００２３】
ここで図３を参照すると、図２のシステム２０の等角図の概略断面図が示されている。右から左に参照すると、それが形成される銅材料と、所定の流速で熱交換器の入口及び出口の間を流れる水との間で最適に熱交換しつつ水が流れることを可能にするためのマイクロチャネル特徴部を有することができる。銅のシート２２を備えるＬＥＤボード１２の背面は、銀充填サーマルペーストによって熱交換器３０と熱的に結合される。ＬＥＤダイアレイ４２は、その矩形アパーチャ内で、テーパ形状で真っ直ぐの側面を有する非結像集光光学系５２に近位で結合されるように示されており、その詳細を以下で明確にする。共通してテーパとして参照される集光光学系５２は、第１レンズ要素５４に接触してテーパを押すバネ４８を有するホルダ４４及び５０によって中心に配置されてＬＥＤアレイ４２に対して所定の位置に保持される。スペーサ５６は、第３レンズ要素６４のためのスペーサとしても機能するレンズ系アパーチャストップ６０に接触して第２レンズ要素５８を位置決めする。レンズ要素６４は、遠位のレンズ要素１６とともにその外縁の近くに直接接触し、それによってスペーサを必要としない。レンズ保持部６６は、レンズ５４のハウジング１４内のシートに接触して４つのレンズ要素と２つのスペーサとを確実に保持する。これは、レンズ系の出力に向かってレンズ５４を押すことによってバネ４８に抗い、かつ、テーパ５２が、ＬＥＤアレイ４２から１００〜２００ミクロンのオーダの距離で確実に位置決めされることを保証する。ＬＥＤボードアセンブリ１２とレンズハウジング１４の近位フランジとの間には、製造公差を考慮してＬＥＤアレイ４２とテーパの集光光学系５２への入力との間の距離を設定するためのシムが用いられる。
【００２４】
好適な実施形態では、ガラス要素５２、５４、５８、６４及び１６は、溶融石英等の低ＵＶ吸収ガラスタイプから形成されるが、ＢＫ７又はＢ２７０等の他の低分散ＵＶ透過ガラス材料、水晶材料、塩、ダイヤモンド、サファイア又はＵＶ透過シリコーン又はゾルゲルから形成されることも可能である。最適には、材料は、フレネル反射損失を最小限に抑えるため、かつ、照明平面でのゴーストの発生を最小限に抑えるために、反射防止コーティングされる。ハウジング１４は、その低質量、高熱伝導性かつかなりの低熱膨張率及び低コストに起因して、好適な実施形態では黒色アルマイトから形成される。高フラックスＵＶエネルギーは標準的な黒色陽極酸化を劣化させ得るので、例えばウィスコンシン州グリーンベイのＰｉｏｎｅｅｒ  Ｍｅｔａｌ  Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇが製造するＯｐｔｉｃ  Ｂｌａｃｋ（商標）等のより頑丈なコーティングが用いられることが好ましい。標準的な陽極酸化は、色を変化させ、かつ、光強度の損失を生じさせ得る、レンズ要素上の堆積物を生じさせる。さらに、光学材料とハウジング及びスペーサとの間の熱膨張係数の差は、焦点における温度依存変化を最小限に抑えるように選択される。
【００２５】
ここで図４Ａを参照すると、集光光学系５２とのインターフェース接続の際の図３のＬＥＤボードアセンブリ１２の概略的な等角図７０が示されている。図４Ａでは、光センサ及びサーミスタコネクタ２８とともにアノードコネクタ２４及びカソードコネクタ２６をさらに良く見ることができる。サーミスタ７４及び光センサ７６はＬＥＤアレイ４２の左上側に示されている。サーミスタは、冷却システムがオフにされるか又は故障した場合に制御システムが温度を連続的にモニタすることを可能にする。こうした制御システムは、突発的な故障を回避するために温度の突然のスパイクの場合にＬＥＤダイアレイを素早く遮断する。サーミスタのさらなる使用は、電流及び温度の関数としてＬＥＤアレイの出力を較正することによって出力の温度感知補正を可能にするためのものである。例えば、大気温度が上昇した場合、その後、ＬＥＤアレイの温度依存出力は減少する。閉ループシステムは、一定のＬＥＤ出力パワーを維持するために出力電流を調整するためにアナログ又はデジタル制御ループによって制御され得る。
【００２６】
しかしながら、サーミスタによる出力のモニタのこのアプローチは、時間とともに長期間にわたるＬＥＤ出力の減少を考慮していない。従って、例えばトランスインピーダンス増幅器に結合されたシリコンフォトダイオード等のＵＶ感知検出器から構成された光センサ７６が、出力の変化をモニタし、かつ、時間及び温度の両方に対する一定の出力パワーを維持するために閉ループ制御を通じてより高い電流を駆動することができる。ハウジング１４の底部キャビティは、ＬＥＤアレイによって放出される少量のＵＶエネルギーをサンプリングすることを可能にする特徴部を有している。代替的に、ＬＥＤボードの別個の光センサは、システムによって伝達されるある量のＵＶエネルギーをサンプリングするために集光光学系５２の中間でＺ軸に横方向に見るために用いられる。シリコン光センサは、時間と適用可能な温度範囲とに関して非常に安定しており、及び従って、光強度を正確に測定する。
【００２７】
テーパ５２は、ＬＥＤアレイ４２の５００ミクロン未満で接合するとともにＤＭＤのものと同様のアスペクト比を有する矩形の入力側７８から形成されるが、厳密に言うと、長辺８２及び短辺８４を備える出力アパーチャ８０のアスペクト比は、ＤＭＤ照明上に結像されるものであり、かつ、ＤＭＤ照明のサイズを決定する。入力及び出力アパーチャの２つの直交する方向におけるアスペクト比が同一ではない場合、非近接場が対称ではないが、照明システムのアパーチャストップが円形であると想定すると、テーパの入力及び出力のアスペクト比が同一であることを要件としないので、結果として生じた非近接場は円形である。従って、テーパ形状の集光光学系５２の出力面８０のアスペクト比は、図１の照明平面１８に位置決めされたＤＭＤマイクロミラーアレイのものと実質的に同様であることが好ましい。テーパの側面は、２つの両側面上で対称のより大きな面８６とより小さな面８８とに対して実質的に平坦である。テーパの目的は、ＬＥＤアレイ４２によって放出されたＵＶエネルギーを捕獲するためのものであり、ＬＥＤアレイ４２は、角度空間において半球上に延在し（２πステラジアン）、かつ、光学Ｚ軸に対してそれをより小さな角度θに変換し、光学Ｚ軸は、図３のレンズ系の入力で必要とされる１２°半角以上であり、図３のレンズ系アパーチャストップ６０が完全に充填されるか、又はそうでなければ、出力が低減されることを保証する。以下でより詳細に説明するように、好適な実施形態のテーパの出力は、それに入射する出力の約２２％を遮蔽する量だけアパーチャストップ６０を余分に満たす。さらに、ＤＭＤマイクロミラーが１平面に沿ってディザリングされるので、必要とされる１２°半角にミラー平面内での光線の角度許容を制限することが可能であるが、システムの平均開口数を効率的に増大させることによって照明平面上の強度をさらに増大させるために直交軸における角度を増大させる。このアプローチは、投影レンズ系が、同等に形成された楕円形（又は矩形）のアパーチャストップを有して、ＤＭＤから出るすべての出力を通過させることを必要とする。
【００２８】
図４Ａには、ＬＥＤボード銅基板２２を貫通する１対の対向孔７２が示されており、この１対の対向孔７２は、テーパ入力アパーチャ７８の位置がＬＥＤアレイ４２に対して正確かつ確実に位置決めされることを可能にする、１つは丸くて１つは楕円の２つの運動学的なピンにインターフェースで接続される。これらの２つの孔７２は、ＬＥＤダイアレイが整列させられるデータム記号として機能する。
【００２９】
ここで図４Ｂを参照すると、図４ＡのＬＥＤアレイの近くのエリアの拡大した概略的な断面図９０が示されている。合成多結晶ダイヤモンドヒートスプレッダ９２が、高熱伝導率のはんだを用いることによってＬＥＤボード銅基板２２に取り付けられている。ＬＥＤダイアレイ４２は、同様に高熱伝導率の実質的にボイドフリーのはんだの使用によってダイヤモンドヒートスプレッダの上部の金めっきトレースに取り付けられる。ＬＥＤダイは、５ボルトのオーダの電圧で５アンペア／平方センチメートルのオーダまでの電流で動作可能である。それは、２，０００Ｗ／ｃｍ２のオーダで熱流束を生じさせる。ダイヤモンドヒートスプレッダの横方向の熱伝導率は、バルク銅のもののおよそ５倍である２０００Ｗ／ｍ−Ｋのオーダである。ダイヤモンドヒートスプレッダは異方性を有しているので、薄い寸法（ヒートスプレッダのＺ軸内への）熱伝導率は、より小さいが、バルク銅よりも依然として良好な６００Ｗ／ｍ−Ｋのオーダである。従って、ヒートスプレッダはＸ−Ｙ平面に熱を拡散するように機能し、それによって、銅基板２２内への熱流束を低減し、銅基板２２は、図４Ａの水熱交換器３０に入る前に熱をさらに拡散する。ダイヤモンドヒートスプレッダ２２は、ワイヤボンド９６がＬＥＤダイの上部から取り付けられる金トレース９４を有しており、今度は、それらのトレースは、ＣＯＢの上部の銅トレースへの一連のワイヤボンドによって取り付けられる。
【００３０】
ここで図５Ａを参照すると、テーパ形状の集光光学系５２を省略した図４Ａのシステムの概略的な等角図が示されている。この図に示されたボード上の追加の特徴は、図２の水熱交換器３０の取り付けの前にハウジング１４にＬＥＤボードが取り付けられることを可能にする４つの対称の両側の孔１０２を備えている。図５Ｂは、ＬＥＤダイアレイ４２及びヒートスプレッダ９２の概略的な等角拡大図を示している。ともに密封してパッケージされる６つ各々のＵＶ  ＬＥＤダイの３列があり、１０８０ｐで０．９５インチの対角線のテキサスインスツルメンツ（登録商標）のＤＭＤデバイスとともに使用されるための１８個のダイアレイを形成する。システムの別の実施形態は、同一のレンズ系、ハウジング及びＬＥＤボードを使用するが、１０２４×７６８で０．７０インチの対角線のテキサスインスツルメンツ（登録商標）のＤＭＤデバイスのために設計され、かつ、比例して小さくなるテーパ及び３×４のＵＶ  ＬＥＤのダイアレイから構成される。通常のＬＥＤダイは、約１，０００ミクロン平方であり、ダイごとに２つの各ワイヤボンドパッドを有する約１００ミクロンの厚さである。ＬＥＤダイがダイヤモンド基板９２上に取り付けられる中央トレースの上部及び下部に２組のワイヤボンドトレースがある。２組は、２つの異なるＬＥＤ波長ビンが、より広いスペクトルを提供するために使用されることを可能にする。これは、光重合プロセスを通じてそれらの吸収スペクトルを変化させ得るあるタイプの光開始剤にとって有用である。あるフォトポリマーは、良好な表面硬化を阻止する酸素による表面硬化抑制を有することが知られている。２５０ｎｍ〜２８０ｎｍのオーダのＵＶエネルギーの使用はこれを防止することが示されてきた。こうしたシステムは、現在では市販されている近年リリースされた２８０ｎｍＬＥＤダイを使用する上述のアプローチによって対応可能である。異なる数のスペクトルビンが、所望の場合にダイヤモンドヒートスプレッダ及びＬＥＤボード上の適切な特徴とともに個々のＬＥＤダイの数まで拡張されることが可能であることは当業者に明白である。
【００３１】
図５Ｂのダイヤモンドヒートスプレッダ９２は高価であるので、ヒートスプレッダがどの程度の大きさであるべきかを決定することは総コスト及び性能にとって重要である。ヒートスプレッダのサイズが増大するにつれて、増分利益は減少していく。図５Ｂの好適な実施形態で示されたＬＥＤアレイの相対的なサイズは３．３ｍｍ×６．６ｍｍのオーダであり、ダイヤモンドヒートスプレッダのサイズは８．０ｍｍ×１０．０ｍｍであり、このサイズは、ヒートスプレッダのサイズの間の最適なトレードオフ、ＬＥＤボードの背面及びＬＥＤ接合部温度及びコストの間のΔＴの減少であることが分かっており、その結果、２５℃の室温に対して２０℃〜２５℃のオーダまで室温が降下する。この顕著な温度降下は、ＬＥＤダイが、５アンペア／平方センチメートルのオーダの電流密度で連続的に動作させられることを可能にし、かつ、それらは所定の強度に対してより低温であるので、それらはより長く継続する。ＬＥＤダイの寿命は、ダイオード接合部内の温度依存拡散プロセスに起因して接合部温度を増大させることによって指数関数的に減少することが知られている。最適なヒートスプレッダのサイズを決定するためのシミュレーションを実行するために、例えばＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ（登録商標）Ｆｌｏｗ（登録商標）などの数値流体力学（ＣＦＤ）ソフトウェアパッケージを使用することが可能である。代替的に、データは経験的に決定されることが可能である。
【００３２】
図５Ｂに示すＬＥＤダイアレイは、共通のアノード構成の下側に取り付けられており、ダイがともに接合されて放射輝度を最大化することを可能にする。共通アノードの１つのマイナス面は、すべてのカソードが同じ電流源にともに結合された場合、ＬＥＤダイの間の順電流における差異が、各ダイを通じた電流の差異につながり得ることである。そしてこれは温度依存劣化における差異につながる。共通アノードは、各ダイが同じ電流を得ることを保証するために、ＬＥＤダイが直列に配線されることを防止する。本発明の別の実施形態では、各ＬＥＤダイは、独立した電流源にワイヤ接合される。このようにして、各ＬＥＤダイの精密な制御とともに熱及び密封包装の利点を得ることが可能である。さらに、１つのＬＥＤダイの故障が、直列接続である場合の他のダイに影響を与えないので、こうした電流駆動スキームは、直列接続よりも良好である。各ＬＥＤダイを駆動することのさらなる利点は、各々の順電流が時間とともにモニタされることが可能であり、及び、システムが、寿命を予測するために時間とともに各ＬＥＤダイの出力をモニタするために開始時に較正を経ることができ、かつ、必要とされ得る将来の保守のオペレータに知らせることができることである。
【００３３】
ここで図６Ａを参照すると、明確化のためにハウジング、スペーサ及びテーパホルダ構成部品を省略した状態の図１のシステムの概略的な上面図１２０が示されている。テーパ形状の集光光学系５２の出力アパーチャ８０から出るライン１２４と、レンズ１６から収束するライン１３０とはそれぞれ、テーパ出力アパーチャとＤＭＤマイクロミラー表面１３６との間で結像される際に光学光線経路を示すように示されている。テーパ表面８０の出力上の所定のポイントから出る光線は、ＤＭＤの適当な使用に必要とされる際にテレセントリック状態にＤＭＤ表面に対して直角な主光線とともにＤＭＤ上に光線１３４のポイントに向かって収束する。ガラスのブロック１２８は、照明システムの最終レンズ要素１６とＤＭＤのガラスカバープレート１３２との間に位置決めされて、総内部反射（ＴＩＲ）結合プリズムの光学効果（折り畳まれていない経路）を表す。このタイプのプリズムは、２４°のオーダの入射角でＤＭＤ内への照明を結合するためにたいてい使用される。ＴＩＲプリズムを組み込んでおらず、従って、ＤＭＤへのより大きな入射角を有するシステムに関して、その表面の垂線に対してより大きな角度でＤＭＤに入る及び／又はＤＭＤから出ることに起因するより顕著なキーストーン効果があり得る。こうしたＴＩＲプリズムは、本願明細書に示される０．９５インチ対角線のＵＶイルミネータの好適な実施形態で使用されるが、当業者であれば、本発明がＴＩＲプリズムなしで使用され得ることを理解するであろう。最適な設計は、収差を適切に考慮して収差を補正するためにプリズムを示すガラス片によって最適化されるが、プリズムは、照明ハウジングの一部として含まれていない。アパーチャ８０から放出されるがレンズ系アパーチャストップ１２６の角度空間の外側の光線は、ストップによって吸収され、かつ、ＤＭＤ１３６に向かって伝達することを妨げられる。レンズ系５４、５８、６４及び１６は、オブジェクト（テーパ出力アパーチャ）及び像（ＤＭＤマイクロミラー平面）空間の両方においてテレセントリックであるように設計される。オブジェクト側では、テレセントリシティは、テーパ長さの関数でもあるテーパの仮想非近接場に近似する。
【００３４】
ＤＭＤにＵＶエネルギーを結合するためにＴＩＲプリズムが使用されない場合、テーパへの延長部として矩形断面の中空エンドピースを追加することによって、増加したキーストーンを補正することが可能である。この中空エンドピースは、近位側にテーパを直接接合し、かつ、図１の照明系の光学Ｚ軸に対してＤＭＤの傾斜の反対側に傾斜平面を有している。傾斜平面を結像するこの方法は、ＴＩＲプリズムなしでＤＭＤ上に直接結像することから生じる増大したキーストーンを補償して実質的に補正するために使用されることが可能である。そのようにすることが屈折を生じさせ、及び従って、主光線のステアリングを生じさせるので、短い中空の内部反射壁のデバイスが、テーパの出力面をわずかに傾斜させることに代えてテーパの端部に使用されることが重要である。
【００３５】
図６Ａのテーパ５２は、放射輝度を増大させるためにＵＶ照明レンズ系のアパーチャストップ１２６を余分に満たす非近接場分布によって設計される。これは、周知のコサインθ効果である増大する角度によって投影エリアにおける減少に起因してランバートソースから放出される際に、ＬＥＤ表面からのより小さな放射角度の光線がより小さな出力を有することを認識することによって効率をトレードオフすることによって達成される。従って、サイズを増大させることによって、及びそれによって、ＬＥＤアレイ４２のエテンデュを増大させ、かつ、レンズ系の光学ストップ１２６によってそれらが吸収される際にＬＥＤアレイ４２によって放出された高角度範囲の光線を意図的に拒絶することによって、ＤＭＤ１３６上の放射輝度は、純粋なエテンデュ保存設計によって限定されるものから増大させられ得る。しかしながら、このシステムは、より小さなテーパと、エテンデュを保存して高い空間均一性を達成するように設計されたＬＥＤアレイと、ともに作動することができるが、低放射輝度では、エテンデュ保存設計に必要とされるより小さなＬＥＤダイは、比例してより小さくなり、及び従って、より大きなアレイを駆動することに対してより高い電流密度及びより小さな効率で動作する。増大した放射輝度のためのトレードオフ効率のこのコンセプトは極めて有益である。水熱交換器３０は、１２２上のホースバーブ（hose barb）にクランプされたチューブの使用によって水空気熱交換器に取り付け可能な入力及び出力ポート（リバーシブル）１２２を有している。
【００３６】
図６Ｂは、テーパ５２及びＤＭＤ１３６の狭い出力寸法を示す図６Ａのシステムの概略的な側面図１２０を示している。アパーチャストップ１２６より大きな角度で放出された同様に集光された光線１３８は、それによって吸収され、ＤＭＤに伝送されることを妨げられる。図６Ａ及び図６Ｂでは、アパーチャストップ１２６を通過するそれらの光線のみが示されていることに留意すべきである。テーパ５２によって放射されてアパーチャストップ１２６を余分に満たすより大きな角度の光線は示されていない。
【００３７】
ここで図７Ａを参照すると、テーパ形状の集光光学系の代替の実施形態１４０が概略的な等角図で示されている。入力アパーチャ１４２は、実質的に矩形のアパーチャを有する長辺１４４及び短辺１４６を有している。それぞれ短出力エッジ１５８及び長出力エッジ１６０に対応する短辺１５０及び長辺１４８が示されている。上述したテーパの場合にそうであったように、テーパの６側面のすべてが研磨されて表面散乱を低減又は最小限に抑え、かつ、例えば溶融石英、ＵＶグレード低蛍光ショットＢＫ７又はＢ２７０ガラス又は均等物などのガラスから概して形成されている。ＵＶ光線は、全内部反射によってテーパを後退させるように複数回反射する。これは、反射中空テーパと比較してはるかに効率的な反射手段であり、反射中空テーパは、高反射コーティングを達成することがより困難な場合であるＵＶにおいて特に顕著に累積する反射損失を受ける。テーパ１４０の入力アパーチャ寸法は、同一のＬＥＤアレイ４２とインターフェースで接続するように両方が設計される際にテーパ５２のものと同一であるが、出力寸法は比例してより大きくなる。テーパ１４０の出力寸法は、テーパの出力の角度範囲が、図１、図２、図３及び図６のシステムのアパーチャストップを満たすために必要なものと一致するように選択される。これは、レンズアパーチャストップを余分に満たし、かつ、強度のトレードオフ効率に関して上述したようなコサインθ効果の利点を有するように特に設計されたテーパ５２とは対照的である。一致した非近接場を有するテーパシステム１４０の構成に変更することによって、かつ、反射し戻して高反射ミラーコーティング１６２のテーパをオフにするＵＶエネルギーを回復することによって、そうでなければアパーチャストップ１２６によって吸収されるＵＶエネルギーが部分的に回復される。
【００３８】
図７Ｂは、図７Ａのテーパ１４０の概略的な平面図である。ＬＥＤアレイによって放射されて入力アパーチャ１４２を通過する光線１６６は、全内部反射によってテーパ１４０の側面で反射し、かつ、光線１６８によって示されるように内部ミラー表面１６２上に突き当たる。光線１６８がＬＥＤアレイに突き当たる時、アパーチャ１５２から出るエネルギーの大部分とともにテーパに向かって広がって散乱させられ、かつ、それによって回復させられ、かつ、照明平面で強度の１５％以上増加させる。ちょうど説明したそれらの回復された光線と同様の光線１６４の大部分がアパーチャ１５２から直接外側に通過する。強度のさらなる増大は、ＬＥＤアレイサイズ、テーパの入力及び出力アパーチャを増加させることによって達成可能であるが、同一の出口アパーチャのサイズ１５２を維持することは当業者には明らかである。しかしながら、アレイからの増大した熱負荷が、ＬＥＤごとの出力を低下させ、それによって有用性を減少させるので、収穫逓減がある。さらに、出口アパーチャ１５２に対するミラー表面１６２の面積が増大するにつれて、ミラー表面及びＬＥＤ表面の無限反射損失に起因する効率が低下するとともに、テーパの入力アパーチャ１４２とＬＥＤアレイ４２との間のギャップを損なう。
【００３９】
図７Ｃは、図７Ａのテーパ１４０の狭い寸法の概略的な側面図である。同一の効果は、鏡面１６２に突き当たってテーパの長さを下に戻る光線であって、ＬＥＤアレイで反射してアパーチャ１５２から外に出る光線のこの図にも当てはまる。ＬＥＤアレイに反射し戻される光の一部はミラー１６２上に再び入射させられる。これがさらに起きると、そうした光線に関してさらなる損失が生じ、そのことは、ミラーのエリアのサイズが放射アパーチャエリアのものに近似する際にどうして収穫逓減があるかである。
【００４０】
非結像集光光学系に使用され得る他の形状は複合放物面型集光器（ＣＰＣ）を含む。システムは、集光光学系の出力において高い近接場の均一性を有するための条件によって特徴付けられる。偶数の側面を有する非結像系直線壁の集光光学系は、それらの出力における非常に高い近接場の均一性を生成することに優れている。ＣＰＣは，集光器（又は逆にコレクタ）としてうまく機能するが、ＣＰＣのみが、入力アパーチャが均一に満たされた場合にその出口アパーチャで均一な近接場出力を生じさせる。それは、上述した実施形態によって収容される際にＬＥＤダイの２以上のスペクトルビンの使用を排除する。さらに、成形プロセスが使用されなければ、ガラスＣＰＣは、従来研磨され得るテーパを形成するよりもさらに困難である。単一の波長ビンのみが使用された場合を想定するとテーパに代えてこのシステムにおける矩形の４側面のＣＰＣを代用することが可能であるが、単一の波長ビンのＬＥＤダイアレイを有する場合でさえ、テーパによって達成された均一性は、均等な長さのＣＰＣによって達成されるものよりも概して良好である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【国際調査報告】
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