JP2001042433A - High performance optical engine system, its component and its production - Google Patents

High performance optical engine system, its component and its production

Info

Publication number
JP2001042433A
JP2001042433A JP2000172666A JP2000172666A JP2001042433A JP 2001042433 A JP2001042433 A JP 2001042433A JP 2000172666 A JP2000172666 A JP 2000172666A JP 2000172666 A JP2000172666 A JP 2000172666A JP 2001042433 A JP2001042433 A JP 2001042433A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
source
axis
emission
emission source
lamp
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000172666A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Karlheinz Strobl
ストロブル,カールハインツ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from PCT/US1999/012627 external-priority patent/WO1999064784A1/en
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of JP2001042433A publication Critical patent/JP2001042433A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4298Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with non-coherent light sources and/or radiation detectors, e.g. lamps, incandescent bulbs, scintillation chambers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a high delivery rate for a wide range of etendue limit targets and extended emission sources by etendue-efficiently and further well matching optical characters with the requests of the targets. SOLUTION: In an example of a biaxial deformation plate of an LGLE-T, a small-sized reflection lamp SJ consisting in release volume EVSJ and a hermetic type reflection cavity 220 are indicated and a cavity 220 has two exit ports 1461 and 1462 with respect to respective system axes 281 and 282. The cavity 220 comprises two substantially elliptic main reflectors 1421 and 1422 arranged via a 90 deg. spacing in a rotating direction around the optical axis and a substantially spherical, elliptic or axisymmetrical aspherical surface RRS 140. The respective main reflectors 142i focuses at an angle ϕυ in a perpendicular direction. A retro reflector 140 forms an effective release volume EVST which collects and reflects all of the light released to the substantially hemispherical portion in the release volume EVST and releases the light only to one hemisphere.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する利用分野】本願は1998年6月8日出
願の米国仮出願60/088462号「高性能光エンジ
ンシステム及び製造方法」と、1998年10月15日
出願の米国仮出願60/104388号「映像式収集及
び収束システムのガスランプの改良」の優先権を主張す
る。
The present application relates to US Provisional Application No. 60 / 084,462 filed on Jun. 8, 1998, entitled "High Performance Optical Engine System and Manufacturing Method", and U.S. Provisional Application No. 60/104388, filed on Oct. 15, 1998. Claims the priority of the issue "Improvement of gas lamps in image acquisition and convergence systems".

【0002】本願発明は一般的に高性能放射パワー伝達
光エンジン(radiant power transferring light engin
e)に関し、特には投影システム(projection display sy
stem)、光ファイバー照明システム(fiber-optic illumi
nation system)並びに関連構成要素のデザイン改良に関
する。
[0002] The present invention generally relates to high performance radiant power transferring light engines.
e), and in particular, projection display sy
stem), fiber-optic illumi system
nation system) and related components.

【0003】[0003]

【従来の技術】光の利用、さらに広義にはコヒーレント
(coherent)及び非コヒーレント(incoherent)電磁エネル
ギーの利用には光発生源位置と利用位置すなわちターゲ
ット位置またはロケーション(target location)との物
理的な分離を要する。対象である全光利用位置をターゲ
ットT(target T)を呼称する。同様に、対象である全光
発生源をソースS(source S)と呼称する。そのような電
磁エネルギー発生源は連続式またはパルス式に作動させ
ることができ、非コヒーレント型、コヒーレント型ある
いは部分的コヒーレント型としたり、それらの組み合わ
せとすることもできる。それら電磁エネルギー発生源に
は、AC電流またはDC電流、マイクロ波加熱、類似及
び/又は異なる波長領域のエネルギーを利用した電磁波
放射手段、化学手段、並びに他の多くのエネルギー発生
源によってエネルギー供給が可能である。対象であるそ
れぞれのロケーションの配置に応じて、平面(サーフェ
ス)ソースS及びターゲットT、立体(ボリューム)ソ
ースS及びターゲットT、あるいはサーフェス/ボリュ
ーム型ソースS及びターゲットTとして特徴付けること
が可能である。
2. Description of the Related Art Use of light, more broadly coherent
The use of (coherent) and incoherent electromagnetic energy requires a physical separation between the light source location and the use location, ie, the target location or target location. The target all light utilization position is referred to as a target T (target T). Similarly, the target all-light generation source is called a source S (source S). Such sources of electromagnetic energy may be operated in a continuous or pulsed manner, may be non-coherent, coherent or partially coherent, or a combination thereof. The sources of electromagnetic energy can be supplied by AC or DC currents, microwave heating, means of emitting electromagnetic waves utilizing energy in similar and / or different wavelength ranges, chemical means, and many other sources of energy. It is. Depending on the location of each location of interest, it can be characterized as a planar (surface) source S and target T, a solid (volume) source S and target T, or a surface / volume source S and target T.

【0004】与えられたターゲットTは、通常はそれを
照射(illuminate)するのに使用される光ビーム(light b
eam)に対していくらかの関連フォーマット条件(formatt
ingrequirements)を備えている。さらに、ソースSのス
ペクトル、スペース(spatial)及びアングル(angular)放
出エネルギー密度ファンクション(emission energydens
ity function)は、一般的に、与えられたターゲットT
のスペクトル、スペース及びアングルの光アクセプトフ
ァンクション(light acceptance function)とは異なっ
ている。従って、与えられたソースSとターゲットTと
の間の最良のエネルギーカップリングのためには、典型
的には、関連するターゲット照射ビームをリフォーマッ
ト処理し、ターゲットによる利用も可能である収集可能
な光(collectable light)のデリバリ率(delivery effic
iency:DE)を増加させなければならない。ターゲット照
射ビームのための通常のフォーマット条件の例は、それ
ぞれの収集アパーチャ(collection aperture)近辺での
その断面形状とサイズ、そのスペース密度配分(spatial
intensity distribution)、その最小及び最大密度レベ
ル(intensity level)、その好適な方位(azimuth direct
ion)によって決定される最大入射角(incident angle)、
その局部エネルギー拡散方向(local energy propagatio
n direction)、そのスペクトルエネルギー内容及びスペ
クトル密度配分等々の限定要因である。加えて、多様な
照射システムにおいて、選択された内部光学構成要素の
選択(例えば、カラーホイール(Color Wheel:CW)、光バ
ルブ(Light Valve:LV)、光ガイド(Light Guide:LG)、極
性変換システム(Polarization Conversion System:PC
S)、カラーキューブコンバイナ(color cube combiner:C
QC)、歪像ビーム変換装置(Anamorphic Beam Transforme
r:ABT)、形状化式照射ターゲット(configurable illumi
nation target)等々)及び/又は構成要素のレイアウト
限定要因(LVの入力及び出力カップリング、構成要素
の最大高等々)は、最大光デリバリ率に影響を及ぼす。
これらの設計限定要因及び/又はスループット(throughp
ut)制限要素は、中間ターゲット(intermediate target)
T’としても好都合に解釈できる。
[0004] A given target T is typically a light beam used to illuminate it.
eam) with some relevant formatting conditions (formatt
ingrequirements). Further, the spectrum of the source S, spatial and angular emission energy densities (emission energy densities)
ity function) is generally a given target T
Spectrum, space and angle light acceptance functions. Thus, for the best energy coupling between a given source S and target T, typically the associated target illumination beam is reformatted and collectable, which can also be used by the target. Delivery effic
iency: DE) must be increased. Examples of common formatting conditions for a target illumination beam are its cross-sectional shape and size near each collection aperture, its spatial density distribution (spatial
intensity distribution), its minimum and maximum intensity levels, its preferred azimuth direct
ion) determined by the maximum incident angle (incident angle),
The local energy propagatio
n direction), its spectral energy content and spectral density distribution. In addition, selection of selected internal optical components (eg, Color Wheel (CW), Light Valve (LV), Light Guide (LG), Polarization Conversion, etc.) in various illumination systems System (Polarization Conversion System: PC
S), color cube combiner (C)
QC), Anamorphic Beam Transforme
r: ABT), shaped irradiation target (configurable illumi
nation target, etc.) and / or component layout limiting factors (LV input and output coupling, maximum component height, etc.) affect the maximum light delivery rate.
These design limiting factors and / or throughput
ut) Restriction element is an intermediate target
It can also be conveniently interpreted as T '.

【0005】与えられたターゲットTのフォーマット条
件を満たす光線のみがそのターゲットTの照射に有用で
ある。残りの光線(ターゲットT自体またはその近辺へ
の投射光線)は典型的には無駄になる。多くの場合、こ
れらの利用不能な光線は、例えば、ターゲット自体の不
都合な過熱や映像表示システムの画像コントラストの低
減を引き起こすことで特定のターゲット照射利用を妨害
させないようにマスク及び/又はスペクトルフィルター
で遮断し、ターゲットTへの到達を防止する必要があ
る。しばしば、選択されたカラーバンド(color band)及
び/又は極性方向(polarization direction)の減衰も必
要であり、選択された白色ポイント及びカラー領域及び
/又は明確に定義された極性状態(polarization state)
を備えた特定カラーバランスシステム(color balanced
system)を創出させる必要がある。
[0005] Only those rays which satisfy the format requirements of a given target T are useful for irradiating that target T. The remaining rays (projected rays at or near the target T itself) are typically wasted. In many cases, these unavailable rays are masked and / or spectrally filtered so as not to disturb the specific target illumination use, for example, by causing undesired overheating of the target itself or reducing the image contrast of the video display system. It is necessary to shut off and prevent reaching to the target T. Often, attenuation of the selected color band and / or polarization direction is also required, and the selected white point and color region and
/ Or a clearly defined polarization state
Color balance system (color balanced)
system) must be created.

【0006】よって、光(すなわち、本願発明の目的に
おいては全波長の電磁放射)がソースSから獲得され、
ターゲットTにデリバーされ、ターゲットTによっても
利用可能となるように、与えられたターゲットにデリバ
ーされる光に対して可能な限りのリフォーマット処理を
施さなければならない。
Thus, light (ie, for the purposes of the present invention, electromagnetic radiation of all wavelengths) is obtained from the source S,
The light delivered to a given target must be reformatted as much as possible so that it is delivered to the target T and made available to the target T.

【0007】光エンジン(Light Engine:LE)とは、前述
の電磁放射パワー伝達(electromagnetic radiation pow
er transfer)とビームリフォーマット処理(beam reform
atting task)とを実行する装置である。光エンジンは典
型的には共同で2種または3種の主要な任務を果たす多
数の光学構成要素で成る。第1の任務はソースSから光
を収集することである。第2の任務は収集した光の一部
をターゲットTにデリバーすることである。第3であっ
て、しばしばオプションである任務は光ビームをリフォ
ーマット処理して、ターゲットTにデリバーされる光の
利用可能な内容を増強することである。
[0007] The light engine (Light Engine: LE) refers to the aforementioned electromagnetic radiation power transfer.
er transfer) and beam reformatting
atting task). A light engine typically consists of a number of optical components that together perform two or three primary tasks. The first task is to collect light from the source S. The second task is to deliver a portion of the collected light to the target T. A third and often optional task is to reformat the light beam to enhance the available content of the light delivered to the target T.

【0008】本願発明の理解を助けるため、LE(光エ
ンジン)の4つのサブクラスを定義する。それらは、小
型光エンジン(Minimal Light Engine:MLE)、光ガイド光
エンジン(Light Guide Light Engine:LGLE)、歪像ビー
ム変換光エンジン(AnamorphicBeam Transformer Light
Engine:ABTLE)、及び投射光エンジン(Projection Light
Engine:PLE)である。MLEは特殊なLE(あるいは、
さらに複雑なLEの一部)であり、ソースSのエミッシ
ョンサーフェス(emission surface)ESsまたはエミッ
ションボリューム(emission volume)EVsから放射され
る光を収集し、ボリュームEVs'内でコンセントレーシ
ョン(concentration)させる。このボリュームEVs'は
セカンダリソースS’(secondary source S')(エミッ
ションソースとも呼称)のエミッションボリュームとし
て解釈が可能である。これはターゲットTを直接的に照
射するか、ビームリフォーマット及び/又は関連LEの
リモート伝達システムの収集アパーチャ(collection ap
erture:CA)を照射する。LGLEは別の特殊LEであ
り、MLEがエネルギーを少なくとも1つのLGにカッ
プリング(例えば、ビームリフォーマット及び/又はリ
モートエネルギー伝達を目的として)処理し、それぞれ
のLGの入力ポート(input port)がそれぞれのMLEの
エミッションボリュームEVs'から光を収集する。それ
ぞれの照射ターゲット(illumination target)Tは、排
出するビームのスペース及び/又はアングルの延長部分
に対する拘束条件(constraint)とオプション的に組み合
わされたそれぞれのLGの出口ポート(exit port)であ
る。ABTLEはLGLEと似ており、ビームリフォー
マット処理のために少なくとも1つのABTを利用す
る。そのLGもABTであれば、LEはLGLE及びA
BTLEであり得る。PLEはMLEを含んでおり、投
影スクリーン上で像画される処理済み出力ビームを発生
させる形状化可能(configurable)な照射ターゲットを照
明する。
[0008] To help understand the present invention, four subclasses of LE (light engine) are defined. These are the Minimal Light Engine (MLE), the Light Guide Light Engine (LGLE), and the Anamorphic Beam Transformer Light Engine.
Engine: ABTLE) and a projection light engine (Projection Light)
Engine: PLE). MLE is a special LE (or
A part of the more complex LE), which collects the light emitted from the emission surface ESs or the emission volume EVs of the source S and concentrates it in the volume EVs'. This volume EVs' can be interpreted as an emission volume of a secondary source S '(secondary source S') (also called an emission source). This can either irradiate the target T directly or use a collection aperture of the beam reformatting and / or the remote transmission system of the associated LE.
erture: CA). LGLE is another specialty LE, in which MLE couples energy to at least one LG (eg, for beam reformatting and / or remote energy transfer), and each LG input port Light is collected from the emission volume EVs' of each MLE. Each illumination target T is an exit port of each LG, optionally combined with a constraint on the space and / or extension of the angle of the emitting beam. ABTLE is similar to LGLE and utilizes at least one ABT for beam reformatting. If the LG is also an ABT, LE is LGLE and A
BTLE. The PLE includes an MLE to illuminate a configurable illumination target that produces a processed output beam imaged on a projection screen.

【0009】エテンデュ(etendue)Eと呼称される光パ
ラメータ(optical parameter)、エテンデュ率(etendue
efficiency)EE、スループット率(throughput efficie
ncy)TE及びデリバリ率(delivery efficiency)DEは
本願発明の理解に重要であり、以下で定義して解説す
る。エテンデュEは光ビームのスペース及びアングルコ
ンファインメント(spatial and angular confinement)
の測定値(measure)である。スループットTEとエテン
デュ率EEは関連パラメータであり、理想的な光学シス
テムとの比較による、与えられた入力ビームのリフォー
マット効率を異なる手法で測定したものである。デリバ
リ率DEパラメータは、ターゲットフォーマット条件の
充足と、与えられたターゲットTに対するLEのスルー
プット率の両方を測定したものである。すなわち、与え
られたターゲットTにより収集可能で利用可能な光量を
測定したものである。
An optical parameter called an etendue E, an etendue rate (etendue rate)
efficiency EE, throughput efficie
ncy) TE and delivery efficiency DE are important for understanding the present invention and are defined and described below. Etendue E is the spatial and angular confinement of the light beam
Are the measured values (measure). Throughput TE and etendue ratio EE are related parameters and measure the reformatting efficiency of a given input beam in a different manner compared to an ideal optical system. The delivery rate DE parameter measures both the satisfaction of the target format condition and the LE throughput rate for a given target T. That is, the amount of light that can be collected and used by the given target T is measured.

【0010】本願発明は高性能MLE、LGLE、AB
TLE及びPLEに関連する。それぞれのLG及び/又
はABTのそれぞれの入力ポート及び出力ポートは好適
にはそれぞれのMLEとターゲットTにカストマイズさ
れ、与えられ、拘束されたLEデザインのデリバリ率を
最良化させている。
[0010] The present invention is a high-performance MLE, LGLE, AB
Related to TLE and PLE. The respective input and output ports of each LG and / or ABT are preferably customized to the respective MLE and target T to optimize the delivery rate of the given and constrained LE design.

【0011】以下で紹介する発明は、それらが意図する
目的においては優れたものであり、いくつかの従来実施
態様を開示している。それらを全て本願発明の理解に供
する。
The inventions introduced below are excellent for their intended purposes and disclose several conventional embodiments. They are all provided for understanding of the present invention.

【0012】マツモトの特許5491765号(199
6年)は典型的なLGLEデザインを解説しており、パ
ラボラ形状でシール処理された短アークリフレクターラ
ンプ(parabolic sealed short arc reflector lamp)が
焦点レンズ(focusing lens)と共に使用されており、収
集されたエネルギーを丸型光ファイバーLGの入口平面
にデリバーさせるものである。別の関連する通常式オン
アクシス(on-axis)型の従来のLGLEデザインは、別
体のエンベロープ(envelope)を備えたランプの収集及び
コンセントレーションシステム(Collection and Concen
tration System:CCS)としての楕円ミラーを使用する。
両方のデザイン系は非画像タイプ(non-imaging type)で
あり、従って典型的には低エテンデュ率EEとなる。よ
って、それらは、(AsはソースSのエミッション領域
のそれぞれの有効断面積)入力面積AL in>>Asを有
した大径ファイバー束に対してのみ高いデリバリ率DE
を達成する。
No. 5,491,765 to Matsumoto (199)
6) describes a typical LGLE design, in which a parabolic sealed short arc reflector lamp was used with a focusing lens and collected. The energy is delivered to the entrance plane of the round optical fiber LG. Another related conventional on-axis type LGLE design is a lamp collection and concentration system with a separate envelope.
Use an elliptical mirror as tration system (CCS).
Both design systems are non-imaging types and therefore typically have low etendue EE. Thus, they have a high delivery rate DE only for large fiber bundles with an input area A L in >> As (where As is the effective area of each of the emission regions of the source S).
To achieve.

【0013】ムラカミ他の米国特許4460939号
(1984年)はMLEとしてのダブル凹式リフレクタ
ーシステム(double concave reflector system)とシー
トLGとを有したLGLEを紹介している。これはスペ
ース的に高い出力密度均等性(spatial high output int
ensity uniformity)高デリバリ率を創出するが、低エテ
ンデュ率でもある。なぜなら、LGの収集エテンデュは
エミッションソースのものよりもずっと大きいからであ
る。オオクチの米国特許5574328号(1996
年)は、CCSの光軸(optical axis)と共軸に整合され
ているガス放出アークランプ(gas discharge arc lamp)
のソース軸(source axis)を備えたCCSを形成するダ
ブル凹式リフレクターを有したMLEを解説している。
光ソースと2直交面で非点収差式セカンダリ焦点(astig
matic secondary focus)のオリエンテーション(配向
性)は非画像タイプ(non-imaging type)のCCSシステ
ムを創出させ、そのMLEのエテンデュ率を低減させ
る。ウィンストン他の米国特許5491620号(19
94年)は、MLEと、再コンセントレーション処理さ
れた光を収集するLGのCCSとしてのダブル凹式リフ
レクターシステムを有している。ほとんどの光ガイドの
最大収集角は90°よりもずっと小さいので、このよう
なシステムは、最大アクセプト角<<90°のターゲッ
トにおいては低デリバリ率を有する。リツキン他の米国
特許5842767号(1998年)は、面積及び角度
コンバータとしての中空錐型リフレクターと補助的レト
ロリフレクター(auxiliary retro-reflector)とを備え
たオンアクシス楕円リフレクターを紹介している。この
システムは大径LGに対して高カップリング率を達成さ
せるには有効であるが、これも非画像タイプであり、エ
テンデュ制限ターゲット(etendue-limited target)に対
してはエテンデュ率及びデリバリ率を最大化させない。
No. 4,460,939 (1984) to Murakami et al. Introduces an LGLE having a double concave reflector system as the MLE and a sheet LG. This is spatially high output int
ensity uniformity) Creates a high delivery rate, but also a low etendue rate. This is because the collection etendue of LG is much larger than that of the emission source. No. 5,574,328 to Largemouth (1996).
Year) is a gas discharge arc lamp that is coaxially aligned with the CCS optical axis
1 illustrates an MLE with a double concave reflector forming a CCS with a source axis.
Astigmatic secondary focus (astig
The orientation of the matic secondary focus creates a non-imaging type CCS system and reduces the etendue rate of its MLE. U.S. Pat. No. 5,491,620 to Winston et al.
1994) has an MLE and a double concave reflector system as the LG's CCS to collect the reconcentrated light. Since the maximum collection angle of most light guides is much less than 90 °, such systems have low delivery rates for targets with a maximum acceptance angle << 90 °. U.S. Patent No. 5,842,767 to Ritzkin et al. (1998) introduces an on-axis elliptical reflector with a hollow cone reflector as an area and angle converter and an auxiliary retro-reflector. Although this system is effective in achieving high coupling ratios for large diameter LG, it is also non-image type and requires etendue and delivery rates for etendue-limited targets. Do not maximize.

【0014】ストロブル(本願発明者)他のオフアクシ
ス(off-axis)タイプの米国特許5414600号(19
95年)並びにベーカ他のオンアクシスタイプの米国特
許5509095号(1996年)は、従来技術である
クワジイメージピーク密度最大化光ファイバー(quasi-i
maging, peak intensity maximizing, fiber optic)L
GLEの代表例である。それらは典型的には、非常に小
径で、丸型で、シングルタイプの光ファイバーあるいは
光ファイバー束を短アークDCタイプソースで照射する
のに使用される。このオフアクシスLGLEは、複合ビ
ーム組み合わせ光システム(complex beam combining op
tical system)に導く多重ポート出力のためにのみ高デ
リバリ率DEを達成し、このオンアクシスLGLEはほ
とんどの実際的な高数アパーチャ(higher numerical ap
erture) LGに対して重要な収集率限定要因(collectio
n efficiency limitation)を有している。
US Pat. No. 5,414,600 of Strobel (the inventor of the present invention) et al., Of an off-axis type.
U.S. Pat. No. 5,509,095 (1996) as well as an on-axis type of Baker et al., U.S. Pat.
maging, peak intensity maximizing, fiber optic) L
It is a representative example of GLE. They are typically used to irradiate very small diameter, round, single type optical fibers or fiber optic bundles with a short arc DC type source. The off-axis LGLE is a complex beam combining optical system.
Achieving a high delivery rate DE only for multi-port outputs leading to a tical system, this on-axis LGLE has the highest practical numerical aperture.
erture) Important collection rate limiting factor for LG
n efficiency limitation).

【0015】前述の基本的な従来型LGLEデザインの
設計及び製造に関する制限要因によって、望むよりも低
いデリバリ率及び/高いシステムコストとなることが多
い。このことは、与えられたターゲット又は中間ターゲ
ットTあるいはT’の最大アクセプト(収集とも呼称)
エテンデュET maxが、ソースSの特徴的エミッションエ
テンデュESよりも小さな値である場合に当てはまる。
よって、与えられたターゲットの照明要求(illuminatio
n demand)を満たすため、従来技術の低デリバリ率LE
は典型的には、ずっと低いエミッションエテンデュES
<<ET maxを有した特殊ソースの使用を必要とする。す
なわち、非常に小さくて非常に高い密度のエミッション
領域を有した特殊ソースを必要とする。典型的にはDC
またはACの短プラズマアーク技術(short plasma arc
technology)が、そのような高輝度で点式エミッション
ソース(point-like emission source)の製造に活用され
ている。この短アークランプは典型的には電気から光へ
のエネルギー変換効率が、同一であるタイプの長いアー
クソースよりも低く、しばしば、さらに高いワット数の
ランプを使用して、所定のターゲット照明レベルを達成
しなければならない。その結果、しばしば、全システム
コストは、さらに高いワット数のパワー源及び/又は増
加した冷却条件及び空間条件等の追加条件によって増加
する。加えて、そのような高輝度で点タイプアークソー
スの寿命は、一定の電力レベルにおける一定のアークギ
ャップ及び/又はアークギャップの短縮のためのランプ
ワット数の増加に伴って短くなり、システム維持費の増
加につながる。
The aforementioned design and manufacturing limitations of the basic conventional LGLE design often result in lower delivery rates and / or higher system costs than desired. This means the maximum acceptance of a given target or intermediate target T or T '(also called acquisition)
Etendue E T max is the case when a characteristic emission etendue smaller than ES source S.
Therefore, the lighting requirements (illuminatio
n demand), the low delivery rate LE of the prior art
Is typically a much lower emission etendue ES
<< Requires the use of a special source with E T max . That is, it requires a special source with a very small and very high density emission area. Typically DC
Or AC short plasma arc technology
technology) has been utilized in the manufacture of such high intensity point-like emission sources. This short arc lamp typically has a lower energy conversion efficiency from electricity to light than a longer arc source of the same type, and often uses higher wattage lamps to achieve a given target illumination level. Must achieve. As a result, often the overall system cost is increased by higher wattage power sources and / or additional requirements such as increased cooling and space requirements. In addition, the lifetime of such high brightness, point type arc sources decreases with increasing lamp wattage for constant arc gaps and / or shortening of arc gaps at constant power levels, resulting in lower system maintenance costs. Leads to an increase.

【0016】まずLVを照明することで投影スクリーン
を照明するようにデザインされている従来の投影光エン
ジン(Projection Light Engine:PLE)は、前述の従来
LGLEよりもさらに複雑であり、光学的な条件が厳し
い。PLEの特定の重要な光学構成要素の選択にはしば
しば追加的なデザイン制限が導入される。典型的には、
LVは直接的にも間接的にもそれぞれのPLEデザイン
の最も大きなエテンデュ制限的光学要素である。従来技
術のPLEデザインのさらに限定的な最良化の選択要因
によって、光PLE設計者は、スクリーンの均質化、カ
ラー領域(colorgamut)及び白色ポイント(white point)
をシステム輝度及び物理的なパッキング制限(mechanica
l packing constraint)とバランスさせて、最良の全体
的な調整を図らなければならない。これらデザインの調
整はそれぞれの規制されたPLEデザインのスループッ
ト率(throughput efficiency)TE、エテンデュ率E
E、及び/又はデリバリ率DEを低下させる。
A conventional Projection Light Engine (PLE) designed to illuminate the projection screen by illuminating the LV first is more complicated than the above-mentioned conventional LGLE, and has optical requirements. Is tough. The selection of certain critical optical components of the PLE often introduces additional design constraints. Typically,
LV is, directly or indirectly, the largest etendue limiting optical element of each PLE design. Due to the more restrictive optimization factors of the prior art PLE design, optical PLE designers have found that screen homogenization, color gamut and white point
The system brightness and physical packing limit (mechanica
l packing constraints) to achieve the best overall adjustment. The adjustment of these designs is based on the throughput efficiency TE, etendue rate E of each regulated PLE design.
E and / or decrease the delivery rate DE.

【0017】ドハティの米国特許5592188号(1
997年)は、シングルデジタルマイクロミラー装置(s
ingle digital micro mirror device:DMD)タイプの反射
(reflective)LVのための典型的なPLEを解説する。
この特許で解説されているMLEは米国特許54917
65号のものと非常に似ている。しかし、LGを照明す
る代わりにこのシステムはカラーホイール(color whee
l)に収集ソースエネルギーを焦点させる。それで、時間
シークエンスされたカラービーム(time sequenced colo
r beam)を創出させる。このカラーホイールは別の光学
要素であり、PLEデザインに追加的な規制を導入し、
さらに、主要なスループット率の限定要因の1つでもあ
る。
US Pat. No. 5,592,188 to Doherty (1)
997) is a single digital micromirror device (s
ingle digital micro mirror device (DMD) type reflection
(reflective) Describes a typical PLE for LV.
The MLE described in this patent is disclosed in US Pat.
Very similar to No. 65's. However, instead of illuminating LG, this system uses a color wheel (color whee
l) Focus the collection source energy. Therefore, the time sequenced color beam
r beam). This color wheel is another optical element, introducing additional restrictions on PLE design,
Further, it is one of the main limiting factors of the throughput rate.

【0018】ジャンセンとシミズの米国特許54424
14号(1995年)は、照明ビーム(illumination be
am)を特殊な非対称手法(asymmetric manner)でクリップ
処理(clip)する非対称マスク(asymmetric mask)の使用
を教示する。これにより、その照明ビームの発散角(div
ergence angle)θLV(Ψ)は、MDMタイプのLVの光
基準軸に対して測定される方位角(azimuth angle)Ψ、
に関して所定のファンクション(function)を有する。バ
ンデンブラントとティマーズの米国特許5098184
号(1992年)は、液晶タイプのLVを照明するPL
Eのスペースビーム密度均質化(spatial beam intensit
y homogenization)のためのレンズアレイデザイン(lens
array design)を解説する。これら2つの改良によっ
て、照明ビームのフォーマットを改善し、追加的光学要
素を含ませてLVのフォーマット条件とさらに良くマッ
チさせることでそれぞれのPLEのデリバリ率DEを幾
分かは増加させる。しかし、それらは、従来技術のPL
Eデザインの低いエテンデュ率によって、エテンデュ-
リミテドエテンデュ-制限デザイン(etendue-limitedete
ndue-limited design)に対して可能なデリバリ率よりも
低いデリバリ率を達成する。
Jansen and Shimizu, US Patent No. 54424
No. 14 (1995) is an illumination beam (illumination be
am) is taught in a special asymmetric manner to teach the use of an asymmetric mask. This gives the divergence angle (div
ergence angle) θ LV (Ψ) is the azimuth angle (azimuth angle) に 対 し て measured with respect to the optical reference axis of the MDM type LV,
Has a predetermined function. US Patent 5,098,184 to Van den Brandt and Timmers
No. (1992) is a PL that illuminates a liquid crystal type LV
Spatial beam intensity homogenization of E
lens array design (lens
array design). These two improvements improve the format of the illumination beam and include some additional optics to somewhat increase the delivery rate DE of each PLE by better matching the format requirements of the LV. However, they are known from the prior art PL.
E-design has a low etendue rate,
Limited-etendue-limited design
Achieve lower delivery rates than possible for ndue-limited designs).

【0019】与えられたLVに対するPLEの光出力を
増加させるため、カラーホイールベースのシングルL
V、PLEデザインのいくつかのバリエーションが実施
されてきた。これらデザインの目的はカラーホイールと
関連する高スループット損失(>55%)を減少させる
ことである。例えば、ジャンセンの米国特許55283
18号(1996年)は、シングルLV、PLEを解説
する。このカラーホイールは特殊スキャニングプリズム
(scanning prism)で置換されている。このスキャニング
プリズム技術を必要に応じて極性変換技術(polarizatio
n conversion technology)と組み合わせることで、原理
的にはソースSによって発生される全ての光は、カラー
画像の発生のためにシングルLVの照明に利用が可能で
ある。しかし、これらビームリフォーマット増強技術(b
eam reformatting enhancement technology)は、典型的
には3から6のファクター(PCSを備えた極性依存(p
olarization dependent)LVでは6から12)だけLV
の照明ビームのエテンデュを増加させる。これで、LV
の有効照明領域を3から6(または6から12)のファ
クターだけ減少させ、一般的にカップリング効率を減少
させる。従って、従来技術の方法の制限と組み合わせた
スキャニングプリズム法は現在のところ大型LVにのみ
有効である。LVの面積が広ければ広いほど、すなわち
その最大収集エテンデュ(collection etendue)が大きけ
れば大きいほど、与えられた投影スクリーン輝度を達成
させるためにPLEのエテンデュ率EEに依存する割合
は減少する。しかし、大きなLVは製造コストが高くな
り、光ビームのコントロールには大型光学機器が必要と
なり、それらの発明の利点を限定していた。
To increase the light output of the PLE for a given LV, a color wheel based single L
Several variations of the V, PLE design have been implemented. The purpose of these designs is to reduce the high throughput loss (> 55%) associated with the color wheel. For example, US Pat.
No. 18 (1996) describes single LV and PLE. This color wheel is a special scanning prism
(scanning prism). This scanning prism technology can be used with a polarity conversion technology (polarizatio
n conversion technology), in principle, all light generated by the source S can be used for single LV illumination for the generation of color images. However, these beam reformatting enhancement technologies (b
eam reformatting enhancement technology typically involves a factor of 3 to 6 (polarity dependent (p.
olarization dependent) LV only 6 to 12) LV
Increase the etendue of the illumination beam. With this, LV
Reduce the effective illumination area by a factor of 3 to 6 (or 6 to 12), generally reducing coupling efficiency. Therefore, the scanning prism method combined with the limitations of the prior art method is currently only effective for large LVs. The larger the area of the LV, that is, the larger its collection etendue, the less the ET depends on the etendue rate EE to achieve a given projection screen brightness. However, large LVs have high manufacturing costs and require large optics to control the light beam, limiting the benefits of those inventions.

【0020】カラーPLEのアウトプットを増加させる
のに使用される別の通常方法は、複数のLVを同時的に
使用することである。カラースプリッティングシステム
(color splitting system)は典型的にはそれぞれのML
Eのアウトプットを異なるカラービームに分割する。そ
れらはトランスミット(transmitted)され、ホモジェナ
イズ処理(homogenized)され、アパーチャ処理(aperture
d)されて、それぞれのLVに映像化される。これらLV
のアウトプットは次にスペース的にスーパーインポーズ
処理(superimposed)され、LVのカラー画像を提供する
ために離れた投影スクリーンに投影される。典型的には
それぞれのカラーバンド(color band)につき1つの割合
で3つのLV(米国特許5098184号参照)が使用
される。複数のLVを使用するPLEは一般的に与えら
れたソースSに対してさらに大きな光アウトプット(lig
ht output)を達成させるが、さらに大きくて重量のある
PLEを必要とする。スループット率TEの増加にも拘
わらず、これらPLEは典型的にはいくぶんかはエテン
デュ制限を受けるように設計されており、よって、本願
発明のものよりも低いデリバリー率を有している。
Another common method used to increase the output of a color PLE is to use multiple LVs simultaneously. Color splitting system
(color splitting system) is typically each ML
Split the output of E into different color beams. They are transmitted, homogenized, and apertured.
d) and imaged on each LV. These LV
Is spatially superimposed and projected onto a remote projection screen to provide an LV color image. Typically, three LVs (see U.S. Pat. No. 5,098,184) are used, one for each color band. A PLE using multiple LVs generally has a larger light output (lign) for a given source S.
ht output), but requires a larger and heavier PLE. Despite the increase in the throughput rate TE, these PLEs are typically designed to be somewhat etendue limited, and thus have lower delivery rates than those of the present invention.

【0021】従来技術におけるLG、PLEの主たる用
途は、対称ビーム変換機(Symmetric Beam Transforme
r:SBT)すなわち、軸対称ビームリフォーマット作用
(axissymmetric beam reformatting behavior)を備えた
システム、または、それぞれのMLEを投射システムに
接続している遠隔エネルギーデリバリシステムである。
例えば、直線的で、メッキ処理(cladded)された、また
は非メッキ処理である方形ロッドまたは中空反射管で製
造されたシングルチャンネル式LGは、ビーム密度ホモ
ジェニゼーション(beam intensity homogenization)の
ためと、明瞭なエミッションアパーチャを創出させるの
に多用される。時には遠隔エネルギーデリバリのために
ファイバー束がLGとして利用される。
The main application of LG and PLE in the prior art is a symmetric beam transformer (Symmetric Beam Transformer).
r: SBT), ie, axisymmetric beam reformatting
(axissymmetric beam reformatting behavior) or a remote energy delivery system that connects each MLE to the projection system.
For example, a single channel LG made of a square rod or hollow reflector that is straight, claded or unplated, has a beam intensity homogenization, Often used to create a clear emission aperture. Sometimes fiber bundles are used as LG for remote energy delivery.

【0022】ネルソンの米国特許5159485号(1
992年)は、ABTLEを採用したPLEを記述して
いる。しかし、このデザインはレンズベースのMLEを
使用しており、低デリバリ率となり、そのABTは低エ
テンデュ率を有する。
Nelson US Pat. No. 5,159,485 (1)
992) describes PLE using ABTLE. However, this design uses a lens-based MLE, resulting in a low delivery rate and the ABT has a low etendue rate.

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】従って、本願発明の目
的は、広範囲のエテンデュ制限ターゲット(etendue-lim
ited target)Tとエクステンドされたエミッションソー
ス(extended emission source)とのための高デリバリ率
LEの提供である。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a wide range of etendue-limited targets.
The provision of a high delivery rate LE for an ited target T and an extended emission source.

【0024】本願発明の別目的は、高エテンデュー率及
び/又はスループット率MLEの提供である。
Another object of the present invention is to provide a high etendue rate and / or throughput rate MLE.

【0025】本願発明の別目的は、カラーリフォーマッ
トMLEの提供である。
Another object of the present invention is to provide a color reformat MLE.

【0026】本願発明の別目的は、高デリバリー率LG
LEとABTLEの提供である。
Another object of the present invention is to provide a high delivery rate LG.
LE and ABTLE.

【0027】本願発明の別目的は、スループット率及び
/又はKEのデリバリ率を改善させるためのインプット
とアウトプットアレンジ及び/又は補助光学機器を有し
ており、マッチしているLGとABTを構築する製造方
法の提供である。
Another object of the present invention is to provide a throughput rate and
It is an object of the present invention to provide a manufacturing method that has input and output arrangements and / or auxiliary optics for improving the delivery rate of KE, and constructs a matching LG and ABT.

【0028】本願発明の別目的は、改善されたPLEの
提供である。
Another object of the present invention is to provide an improved PLE.

【0029】本願発明の別目的は、カラーリフォーマッ
トされた光ビームの提供である。
It is another object of the present invention to provide a color reformatted light beam.

【0030】本願発明の別目的は、関連及び制限された
LEのデリバリ率を最良化しながら、関連機器要素のサ
イズを減少させる方法の提供である。
It is another object of the present invention to provide a method for reducing the size of related equipment elements while optimizing the delivery rate of related and limited LEs.

【0031】[0031]

【課題を解決するための手段】与えられたスペース的に
エクステンドしたエミッションソース(spatial extende
d emission source)Sと、それぞれのスペース及びアン
グル依存式エミッションファンクション(spatial and a
ngular dependent emission function)を有した与えら
れた遠隔照明ターゲット(illumination target)Tのデ
リバリ率は、ターゲットの要求に対して光学特性をエテ
ンデュー効率的にさらに良好にマッチさせる手段を提供
し、スペース、アングル及びスペクトルビームリフォー
マット(spatial, angular and spectral beam reformat
ting)のオプション手段の提供によって改善される。
[MEANS FOR SOLVING THE PROBLEMS] A given spatially extended emission source (spatial extende)
d emission source) S and spatial and angle dependent emission function (spatial and a
The delivery rate of a given illumination target T with an ngular dependent emission function provides a means to better match the optical properties to the requirements of the target in an etendue-efficient manner, providing space, angle Spatial, angular and spectral beam reformat
It is improved by providing optional means of ting).

【0032】従来のLEは、非画像化で高収集率タイ
プ、または画像化するが低収集率タイプのMLEで構築
されている。本願発明は、エテンデュ制限されたターゲ
ット照明のためにさらに効率的なLEを提供するため、
画像化し、さらに高い収集率タイプのMLEのデザイン
と使用を想定している。これら好適MLEはずっとさら
に高いエテンデュ率である4πステラディアン(steradi
an)からπ/2立体角の変換まで達成し、広域のターゲッ
ト照明アプリケーションのためにさらに利用度が高い出
口ビーム(exit beam)を発生させる。さらに、MLEの
アウトプットの従来のビームリフォーマットは対称ビー
ム変換機(Symmetric Beam Transformer:SBT)で、
あるいは、例えば、2つの直交画像方向の異なる拡大率
を有した光カップリングシステムである低エテンデュ率
のアナモルフィックビーム変換機(Anamorphic Beam Tr
ansformer:ABT)で達成される。本願発明は、高エテ
ンデュ率及び/又は高デリバリ率手法において、好適タ
イプのMLEの非対称アウトプットビームをリフォーマ
ットすることでLEのデリバリ率を増加させる高エテン
デュ率ABTのデザインと使用とを解説する。さらに、
これら基本的な構築ブロックの多彩なアプリケーション
はLGLE、PLEの構築に関して説明される。
Conventional LEs are constructed of non-imaging, high collection rate type MLEs, or imaging but low collection rate type MLEs. The present invention provides a more efficient LE for etendue-limited target illumination,
Imaging and envisioning higher collection rate type MLE designs and uses. These preferred MLEs have much higher etendue rates, such as 4π steradians.
an) to a π / 2 solid angle conversion to generate an exit beam that is more highly utilized for a wide range of target lighting applications. Furthermore, the conventional beam reformatting of MLE output is a symmetric beam transformer (SBT).
Alternatively, for example, a low etendue anamorphic beam converter (Anamorphic Beam Tr) which is an optical coupling system having different magnifications in two orthogonal image directions.
ansformer: ABT). The present invention describes the design and use of a high etendue rate ABT that increases the delivery rate of the LE by reformatting the asymmetric output beam of the preferred type of MLE in a high etendue rate and / or high delivery rate approach. . further,
The various applications of these basic building blocks are described with respect to building LGLE, PLE.

【0033】好適タイプのMLEは、エミッソンソース
S、反射式CCSから製造されたプライマリリフレクシ
ョンシステム(Primary Reflection System:PRS)、
及び少なくも1つの出口ポートを備えた反射式レトロレ
フレクションシステム(Retro Reflective System:RR
S)を含んでいる。RRSは典型的にはソースSから発
生された光の50%以下を収集し、それを焦点させてほ
ぼ元のエミッション領域に戻す。RRSは、画像反転
式、実質的非拡大のエネルギー収集及びレトロ反射シス
テムとして機能する。よって、ソースSはRRSと共に
効率的なレトロリフレクションソースSrを形成する。
これは典型的には2πステラジアン以下で光を発生さ
せ、その発生領域は典型的にはソースSのボリュームと
同じものから約2倍までを占め、主として、ソースS及
びそのオフセットミラー処理分布(offset mirrored dis
tribution)のエミッション密度分布(emission intensit
y distribution)のウェイト処理されたスーパポジショ
ン(weighted superposition)であるスペース依存エミッ
ション密度分布(spatial dependent emission intensit
y distribution)を有している。それぞれのPRSはそ
のようなレトロリフレクションソースSrが発生させた
光を収集し、実質的に発生ソースの周囲でセカンダリエ
ミッションボリューム(secondary emission volume)E
Vs'にコンセントレーション(concentrate)し、少なく
とも1つの高エテンデュ率の拡大領域と、そのソースS
よりも非常に小さいエミッション立体角内に照射される
角度リフォーマット処理されたセカンダリソース(angle
reformatted secondary source)S’を形成する。
A preferred type of MLE is Emisson Source S, a Primary Reflection System (PRS) manufactured from reflective CCS,
And a retroreflective system (RR) with at least one exit port
S). The RRS typically collects less than 50% of the light generated from the source S and focuses it back to near the original emission area. The RRS functions as an image reversal, substantially non-magnifying energy collection and retro-reflection system. Thus, the source S forms an efficient retroreflection source Sr with the RRS.
This typically generates light below 2π steradians, the area of generation typically occupying the same volume as the source S up to about twice, and is mainly due to the source S and its offset mirror processing distribution (offset mirror processing distribution). mirrored dis
emission intensity distribution (emission intensit
y distribution), which is a weighted superposition that is a spatial dependent emission intensit
y distribution). Each PRS collects the light generated by such a retro-reflection source Sr and substantially emits a secondary emission volume E around the source.
Vs' and concentrate at least one high etendue expansion area and its source S
Angle reformatted secondary source (angle
reformatted secondary source) to form S '.

【0034】そのような好適なタイプのMLEからRR
Sの対応する出口ポートに進むビームは、対応するソー
スSrのエミッション領域と類似した拡大スペース密度
特性(magnified spatial intensity characteristic)
(クワジイメージング(quasi-imaging))を有してお
り、典型的には軸非対称角依存エネルギー密度分布(axi
al asymmetric, angular dependent energy density di
stribution)を有している。ソースS及びセカンダリソ
ースS’のアングル及びスペース特性は、実質的に高エ
テンデュ率的に関連しており、MLEのトータルアウト
プット率はソースSから発生された全光に近い。
[0034] Such a preferred type of MLE to RR
The beam traveling to the corresponding exit port of S has a magnified spatial intensity characteristic similar to the emission region of the corresponding source Sr.
(Quasi-imaging) and typically has an axially asymmetric angle-dependent energy density distribution (axi-imaging).
al asymmetric, angular dependent energy density di
stribution). The angle and space characteristics of the source S and the secondary source S ′ are substantially related in a high etendue manner, and the total output rate of the MLE is close to the total light generated from the source S.

【0035】RRSシステムも、発生されたエネルギー
の約50%を再度、ソースSのエミッション領域で相互
作用させることで高エテンデュ率のカラーリフォーマッ
トのためのオプションを提供する。これでガス放出ソー
ス(gas discharge source)に対するオプティカルパス長
(optical path length)を2倍とすることができる。こ
のような光と材料の相互作用はランプのタイプによって
は直接的または間接的な波長(主として蛍光と加熱波)
変換効果を提供することができ、同一ソースが単独であ
る場合とは異なるスペクトル密度分布を有したMLE出
口ビームを発生させる。
The RRS system also provides an option for high etendue color reformat by interacting about 50% of the generated energy again in the source S emission region. This is the optical path length for the gas discharge source
(optical path length) can be doubled. Such light-material interaction is directly or indirectly dependent on the type of lamp (primarily fluorescence and heating waves).
A conversion effect can be provided, producing an MLE exit beam with a different spectral density distribution than if the same source were alone.

【0036】その対応する最低エテンデュ表面で収集さ
れたそのような好適なアウトプットビームの最低エテン
デュは、典型的には同程度の収集及び濃縮能力と類似し
た出口拡散角を有する従来のMLEと比較してずっと小
さい(1.5倍から3倍)。これで典型的には、エテン
デュ制限されたターゲットよりも、対応する焦点付近の
さらに細いビームとなり、さらに効率的なエネルギーカ
ップリングとなる。
The minimum etendue of such a suitable output beam collected at its corresponding minimum etendue surface is typically less than that of a conventional MLE having similar exit and diffusion angles with similar collection and concentration capabilities. Much smaller (1.5 to 3 times). This typically results in a narrower beam near the corresponding focal point than an etendue-limited target, resulting in more efficient energy coupling.

【0037】セカンダリエミッションソースS’は典型
的には、高エテンデュ率的に関連するアングル及びスペ
ースの軸非対称特性を有しているので、ABTでリフォ
ーマットする好適な高エテンデュ率であるアナモルフィ
ックビームは、それぞれのABTの与えられたアウトプ
ットポートエミッションアパーチャ(output port emiss
ion aperture)に対してさらに大きな入力ポート収集ア
パーチャ(input port collection aperture)を効率良く
提供する。
The secondary emission source S 'typically has a high etendue-related angle and space axial asymmetry characteristic, so that it is a suitable high etendue anamorphic to be reformatted with ABT. The beam is output at the given output port emission aperture of each ABT.
Efficiently provide a larger input port collection aperture for an ion aperture.

【0038】さらに、多くのタイプのエミッションソー
スが、幅広いバンドのエミッションのために大きなスペ
ースの拡張部(spatial extend)を有しているので、画像
化タイプの好適MLEは、マッチしたABTの増加した
収集アパーチャと組み合わされて、典型的には、与えら
れたソースからさらに幅広いバンドのスペクトルを収集
する。これは、前述のRRSと組み合わされてそのソー
スのカラーリフォーマットをさらに助ける。
In addition, because many types of emission sources have a large spatial extension for broadband emissions, the preferred MLE of the imaging type has an increased number of matched ABTs. Combined with a collection aperture, it typically collects a wider band of spectra from a given source. This is further combined with the RRS described above to further aid in color reformatting of the source.

【0039】非対称的にテーパされた中空またはソリッ
ドなLGはしばしば、デリバリ率を上げるため、低コス
トABTシステムとして利用される。また、異なるイン
プットとアウトプット断面形状を備えた特殊な高効率タ
イプのLGが、効率的なスペースビーム断面領域リフォ
ーマット(spatial beam cross sectional area reforma
tting)のために使用可能である。オプションとして、A
BTは、そのビーム断面をさらに利用しやすい形状にリ
シェープさせる前にまず非対称インプットビームをクア
ジ対称化(quasi-symmetrizise)させるのに使用される。
しばしば、そのようなABTは同時にスペースビーム密
度ホモジェニゼーシオン(spatial beamintensity homog
enization)を提供することもできる。これはPLEタイ
プのアプリケーションに対してデリバリ率を増加させる
のに役立つ。さらに、ABTとの補助光学機器の組み合
わせは、限定されたLEデザインの仕事を最良化させる
のに有効である。
[0039] Asymmetrically tapered hollow or solid LG is often used as a low cost ABT system to increase delivery rates. In addition, a special high-efficiency type LG with different input and output cross-sectional shapes has created an efficient spatial beam cross sectional area reforma
tting). Optionally, A
BT is used to first quasi-symmetrizise the asymmetric input beam before reshaping its beam cross section to a more accessible shape.
Often, such ABTs are simultaneously spatial beam intensity homogenized.
enization). This helps to increase the delivery rate for PLE type applications. Furthermore, the combination of auxiliary optics with ABT is effective in optimizing the work of limited LE design.

【0040】補助的レトロリフレクターは収集効率をさ
らに改善させ、それぞれのMLEのカラーリフォーマッ
トに有用である。
An auxiliary retroreflector further improves collection efficiency and is useful for each MLE color reformatting.

【0041】好適MLEと、マッチしたABTとの組み
合わせによって、与えられたサイズのターゲットのため
にさらに広いエミッション領域の使用ができ、及び/又
はシステムサイズの縮減が可能となる。本願発明で、投
影光エンジン(Projection Light Engine:PLE)あるいは
光ファイバー照明システム(fiber optic illuminations
ystem)のためにこのようなデザインが最良化されると、
一般的に、同じアウトプットレベルの、さらに明るいア
ウトプット及び/又は安価なシステムあるいはシステム
サイズが得られる。
The combination of the preferred MLE and the matched ABT allows for a larger emission area to be used for a given size target and / or allows a reduction in system size. In the present invention, a projection light engine (Projection Light Engine: PLE) or a fiber optic illumination system (fiber optic illuminations)
When such designs are optimized for ystem),
In general, a brighter output and / or cheaper system or system size of the same output level is obtained.

【0042】[0042]

【発明の実施の形態】本願発明の好適実施例及び方法の
さらなる理解を図るため、図1から図5を利用して従来
技術を解説する。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS For a better understanding of the preferred embodiment and method of the present invention, the prior art will be described with reference to FIGS.

【0043】図1は多用されている従来技術のLGLE
-A(例えば、米国特許5491765を参照)を示
す。これは軸対称的に、アアクセプト角(acceptance an
gle)θ L inと光軸(optical axis)12とを有した軸対称
であって、一定の直径LG10のインプットポートIP
のアクセプト面(acceptance surface)ASLの円形収集
アパーチャ(round collection aperture)を示してい
る。一定の断面LGに対して、そのアウトプットポート
のエミッションアパーチャ(emission aperture)はその
インプットポートの収集アパーチャと同一であり、この
特定タイプのLGLEに対する実用的ターゲットTAは
実用的にはインプットポートIPである。その最大アク
セプト角θL inはLG10の最大アクセプト入射角(acce
ptance incident angle)として定義される。それを超え
るとエネルギートランスミッションロスは許容範囲を超
える。
FIG. 1 shows a frequently used prior art LGLE.
-A (see, for example, US Pat. No. 5,491,765).
You. This is axisymmetric, the acceptance angle (acceptance an
gle) θ L inAxis symmetry with and optical axis 12
And the input port IP of a constant diameter LG10
Circular collection of the acceptance surface ASL of the surface
Aperture (round collection aperture)
You. For a given cross section LG, its output port
Emission aperture is
This is the same as the collection aperture of the input port.
A practical target TA for a particular type of LGLE is
Practically, it is an input port IP. Its maximum
Sep angle θL inIs the maximum acceptance angle of LG10 (acce
ptance incident angle). Beyond that
Energy transmission loss exceeds tolerance
I can.

【0044】各LGのインプットポートは異なる形状に
て提供されるであろうが、それでも各インプットポート
は、例えば、それぞれ有効なエントランス面(entrance
surface)、エントランスアパーチャ(entrance apertur
e)(=エントランス面のアウトライン)とアクセプト角
を有するであろう。従って、適切な場合、またさらに従
来技術と本願発明の好適実施例との比較対照を容易にす
るため、数字の代わりにオプション的に解説文が使用さ
れ、与えられたシステムの重要な機能パラメータを説明
する。加えて、利用できる場合には、同様な参照番号と
説明が同様な要素に対して使用される。さらに、‘i’
の表記は複数の同様な要素を表す。‘θ’の角度は、特
に記載がない限り、それぞれのファーフィールドポジシ
ョン(far field position)で定義されたそれぞれの最大
ハーフコーン角(maximum half coneangle)である。それ
らはそれぞれの方位角‘Ψ’すなわちθ(Ψ)の従属(d
ependency)(典型的には記述されていない)を有してい
る。対象の全角度θの合計はそれぞれの立体角‘Ω’
と、それぞれの角依存エネルギーエミッション(angular
dependent energy emission)またはアクセプトファン
クション(acceptance function)の適切に選択された定
エネルギー密度等高線(constant energy densitycontou
r)として定義された関連角依存ビーム形状(associated
angular dependent beam shape)を形成する。
Although the input ports of each LG will be provided in different shapes, each input port will still have, for example, a respective active entrance surface.
surface), entrance aperture
e) (= the outline of the entrance plane) and the acceptance angle. Accordingly, where appropriate and further to facilitate comparison of the prior art with the preferred embodiment of the present invention, optional descriptive text may be used in place of a number to replace key functional parameters of a given system. explain. In addition, where available, similar reference numbers and descriptions are used for similar elements. In addition, 'i'
Denotes a plurality of similar elements. The angle 'θ' is the respective maximum half cone angle defined at the respective far field position, unless otherwise specified. They are subordinate to each azimuth 'Ψ' or θ (Ψ) (d
ependency) (typically not described). The sum of all target angles θ is the respective solid angle 'Ω'
And their angular dependent energy emissions (angular
properly selected constant energy density contours of the dependent energy emission or the acceptance function.
associated angle-dependent beam shape defined as (r)
form an angular dependent beam shape).

【0045】LEを特徴付けるために使用されるエテン
デュE、エテンデュ率EE、スループット率TE及びデ
リバリ率DEのごときパラメータは、従来技術の解説に
引き続いて解説する。
The parameters used to characterize the LE, such as etendue E, etendue rate EE, throughput rate TE, and delivery rate DE, are described following the description of the prior art.

【0046】ソースSAは図1において、パラボラリフ
レクタ14、透明エンベロープ状ウィンドゥ16及びエ
ミッションボリュームEVSAを備えた、シールされたコ
ンポジットリフレクタランプ(例えば、CERMAXTM
タイプのランプ)として図示されている。リフレクタ1
4とウィンドゥ16とで形成されたシールされたキャビ
ティは適当なエネルギー付与可能な気体(energizable g
as)で満たされる。DC電流は陰極20と陽極22(電
極20及び22)に提供され、非同形電極20と22の
先端間で気体にエネルギーを付与する。得られた電磁放
射エミッションボリューム(electromagnetic radiation
emitting emission volume)EVSAは、スペース、アン
グル及びスペクトル依存エミッションエネルギー密度フ
ァンクション(spatial, angular and spectral depende
nt emission energy density function)を有している。
等しいエミッション密度であるこのスペース依存等高線
面(spatial dependent contour surface)は典型的には
長形涙形状(図1)に形成される。最大出口拡散角(exi
t divergence angle)はθである。
The source SA in FIG. 1 is a sealed composite reflector lamp (eg, CERMAX ™) with a parabolic reflector 14, a transparent envelope window 16 and an emission volume EVSA.
Type lamp). Reflector 1
The sealed cavity formed by the window 4 and the window 16 is a suitable energizable gas.
as). A DC current is provided to the cathode 20 and anode 22 (electrodes 20 and 22) to energize the gas between the tips of the non-isomorphic electrodes 20 and 22. The obtained electromagnetic radiation emission volume (electromagnetic radiation
Emitting emission volume (EVSA) is a function of spatial, angular and spectral dependencies.
nt emission energy density function).
This spatial dependent contour surface of equal emission density is typically formed in a long tear shape (FIG. 1). Maximum exit divergence angle (exi
t divergence angle) is θ.

【0047】ボリュームEVSAのエミッション最大値は
陰極20の先端に接近して配置される。エミッションボ
リュームEVSAは典型的にはクアジ(quasi)円筒状対称
軸を有している。この軸はソース軸24とも呼ばれ、陰
極20と陽極22の電極先端によって形成される。ボリ
ュームEVSAから放出されるエネルギーのアングル依存
は典型的にはソース軸24に対して軸対称である。しか
し、電極20と22を含んだ平面において、ボリューム
EVSAから漏れる放射線は電極20と22の先端でブロ
ックされ、ソース軸24に直交する制限されたアングル
エミッション角(angular emission angle)Ψとなる。
The maximum emission value of the volume EVSA is arranged close to the tip of the cathode 20. The emission volume EVSA typically has a quasi cylindrical axis of symmetry. This axis is also called the source axis 24 and is formed by the electrode tips of the cathode 20 and the anode 22. The angle dependence of the energy emitted from the volume EVSA is typically axisymmetric with respect to the source axis 24. However, in the plane containing electrodes 20 and 22, radiation leaking from volume EVSA is blocked at the tips of electrodes 20 and 22, resulting in a limited angular emission angle 直交 orthogonal to source axis 24.

【0048】図1は、オンアクシス(on-axis)LGLE
の通常に利用される従来技術によるデザイン解決法を示
している。ソース軸24は光対象軸と一致しており(パ
ラボラリフレクタ14のシステム軸28とも呼称)、エ
ミッションボリュームEVSAはパラボラリフレクタ14
の焦点近辺に位置している。収集され反射したソースエ
ネルギーはシールされたランプウィンドゥ16を実質的
に平行でゆっくりと拡散するエネルギービームとして外
出する。このエネルギービームは、例えばレンズのごと
きコンセントレーションシステム(concentration syste
m)30によってエミッションボリュームEVS'Aを有し
たセカンダリソースS’Aに焦点される。パラボラリフ
レクタ14とコンセントレーションシステム30は、ソ
ースSAのボリュームEVSAから放出されるエネルギー
のためのシステム軸28を備えた収集及びコンセントレ
ーションシステムA(CCS-A)を形成する。この軸
対称CCS-Aは最大コンセントレーション角θで収集
ソースエネルギーを、システム軸28に沿った軸焦点ロ
ケーションLrmsで実質的に(スペース及びアングル)
軸対称ビームに凝集させる。そこで自由移動エネルギー
ビーム(free traveling energy beam)のrms-直径Drms
(ルート平均平方径(root mean square diameter))は
最小となる。この軸焦点ロケーションLrmsもセカンダ
リソースS’AのエミッションボリュームEVS'Aの中央
ロケーションである。
FIG. 1 shows an on-axis LGLE.
1 shows a commonly used prior art design solution. The source axis 24 coincides with the optical axis (also referred to as the system axis 28 of the parabolic reflector 14), and the emission volume EVSA is
It is located near the focal point of. The collected and reflected source energy exits the sealed lamp window 16 as a substantially parallel, slowly diffusing energy beam. This energy beam is applied to a concentration system such as a lens.
m) 30 focuses on the secondary source S'A with the emission volume EVS'A. The parabolic reflector 14 and the concentration system 30 form a collection and concentration system A (CCS-A) with a system axis 28 for energy emitted from the volume EVSA of the source SA. This axisymmetric CCS-A substantially (space and angle) collects the source energy at the maximum concentration angle θ at an axial focal location Lrms along the system axis 28.
Aggregate into an axisymmetric beam. Therefore, the rms-diameter Drms of the free traveling energy beam
(Root mean square diameter) is minimized. This axial focus location Lrms is also the central location of the emission volume EVS'A of the secondary source S'A.

【0049】エミッションボリュームEVS'Aと組み合
わされたCCA-Aと、電極20と22と、ウィンドゥ
16を形成するエンベロープはそれぞれのMLE-Aを
形成し、LG10と共にそれぞれのLGLE-Aを形成
する。LG10への最良エネルギーカップリングのため
に、そのインプットポートIPはエミッションボリュー
ムEVS'Aの内側に配置される。
The CCA-A combined with the emission volume EVS'A, the electrodes 20 and 22 and the envelope forming the window 16 form the respective MLE-A and together with the LG 10 the respective LGLE-A. For best energy coupling to the LG 10, its input port IP is located inside the emission volume EVS'A.

【0050】図2は異なる種類の通常に使用される従来
技術のLGLE-Bを示している。これは、対称角依存
エネルギーアクセプトファンクション(symmetric angul
ar dependent energy acceptance function)を有した一
定断面(constant cross section)LG10のインプット
あるいはアクセプト面ASLを照明している。そのアク
セプト面ASLはLE-Bの有効ターゲットTBである。
それぞれのCCS-Bは、CCS-Bのシステム軸28で
もある回転軸を有した楕円形状リフレクタ40の軸対称
部分で提供されている。ソースSB は、内側エンベロ
ープ42を有した透明エンベロープランプによって包囲
されたエミッションボリュームEVSBとして示されてい
る。このエンベロープ42を通して電磁エネルギーはエ
スケープし、このエンベロープ42は適当なエネルギー
付与可能な気体を閉じ込める。ランプのタイプによって
はダブルエンベロープランプであり、エネルギーをエス
ケープさせる透明な外側及び内側エンベロープを有して
いる。オプションとして、それぞれのリフレクタ40を
ランプ爆発による危険を防止するための安全窓で封鎖す
ることもでき、外側エンベロープとダブルエンベロープ
ランプを効果的に提供する。
FIG. 2 shows different types of commonly used prior art LGLE-B. This is because the symmetric angle dependent energy accept function (symmetric angul
It illuminates the input or accept plane ASL of a constant cross section LG10 having an ar dependent energy acceptance function. The accept surface ASL is an effective target TB of LE-B.
Each CCS-B is provided with an axisymmetric portion of an elliptical reflector 40 having a rotation axis that is also the system axis 28 of the CCS-B. The source SB is shown as an emission volume EVSB surrounded by a transparent envelope lamp having an inner envelope 42. Electromagnetic energy escapes through the envelope 42, which encloses a suitable energizable gas. Some lamp types are double-envelope lamps, which have transparent outer and inner envelopes to escape energy. Optionally, each reflector 40 can be sealed with a safety window to prevent danger from lamp explosion, effectively providing an outer envelope and a double envelope lamp.

【0051】第1ランプポスト44と第2ランプポスト
46は、2つの(対称AC-弧状)電極48とエンベロ
ープ42とを気密シールしており、リフレクタ40に対
してソースSBを機械的に搭載させている。楕円形リフ
レクタ40のホール50はシステム軸28に沿ったソー
スSBの適切なポジショニングと物理的固定とをさせて
いる。ソースSBとCCS-BはそれぞれのLGLE-B
のMLE-Bを形成する。
The first lamp post 44 and the second lamp post 46 hermetically seal the two (symmetrical AC-arc) electrodes 48 and the envelope 42, and the source SB is mechanically mounted on the reflector 40. ing. The holes 50 in the elliptical reflector 40 allow for proper positioning and physical fixation of the source SB along the system axis 28. Source SB and CCS-B are each LGLE-B
To form MLE-B.

【0052】図1に示すDCタイプソースSAとは対称
的に、図2に示すACタイプのソースSBは、交流電流
でエネルギーが付与される実質的に類似した先端形態を
有した2つの電極48を有している。これで両電極の先
端を電流の約半サイクルごとに陰極先端とする。よっ
て、得られた時間平均プラズマソースのエミッションボ
リュームEVSBは2つの空間的に分離した最大エミッシ
ョン(emission maxima)、すなわち、それぞれ部分的に
オーバーラップしたサブボリューム(sub-volume)52と
54とを有する。各サブボリュームは異なる電極先端に
接近して最大エミッションを有している。ダブルピーク
エミッションボリューム(double peaked emission volu
me)EVSBは、両方の交互に放出するサブボリューム5
2と54の時間平均スペーススーパーポジション(time
averaged spatial superposition)を介して得られる。
In contrast to the DC-type source SA shown in FIG. 1, the AC-type source SB shown in FIG. 2 has two electrodes 48 having a substantially similar tip shape to be energized by an alternating current. have. The tips of both electrodes are now the cathode tips about every half cycle of the current. Thus, the resulting time averaged plasma source emission volume EVSB has two spatially separated maximum emissions, i.e., partially overlapping sub-volumes 52 and 54, respectively. . Each sub-volume has maximum emission close to different electrode tips. Double peaked emission volu
me) EVSB is a subvolume 5 of both alternating emissions
Time average space superposition of 2 and 54 (time
averaged spatial superposition).

【0053】図3Aはスペース依存エネルギーエミッシ
ョン密度分布(spatial dependent energy emission int
ensity distribution)SI(x,y;S)の例であり、図2
に示すものに類似した典型的なAC-アークソースSBと
共に観測が可能な等しいエミッション密度の等高線を、
ソース軸24を含み、エミッションボリュームEVSBを
横切る平面に示している。また、光エミッションの一部
をブロックするACアーク電極48の2つの重なった先
端像も示されている。多くのDCまたはACアークラン
プにおいて、これら等高線の形状は検出システムのスペ
クトルバンド幅に強く影響を受ける。しばしばそれらの
形状は与えられたアークランプの古さや開始パルス数及
び重力及び/又は電磁界に関してランプ軸24のスペー
ス配向性に影響を受ける。これはしばしばCCSアウト
プットビームの焦点、よってLG10のアウトプット
で、MLE-AとMLE-Bデザインをスペース及び/又
はアンフルランプエージ依存カラー変動(spatial and/o
r angular lamp-age dependent color variations)に導
く。特に、金属ハロゲンタイプのランプにおいて、その
ようなスペース依存カラー変動は通常のことである。
FIG. 3A shows a spatial dependent energy emission int distribution.
ensity distribution) SI (x, y; S), and FIG.
Equivalent emission density contours observable with a typical AC-arc source SB similar to that shown in
The plane including the source shaft 24 and crossing the emission volume EVSB is shown. Also shown are two overlapping tip images of the AC arc electrode 48 that block part of the light emission. In many DC or AC arc lamps, the shape of these contours is strongly affected by the spectral bandwidth of the detection system. Often their shape is affected by the age of the arc lamp, the number of starting pulses and the spatial orientation of the lamp shaft 24 with respect to gravity and / or electromagnetic field. This is often the focus of the CCS output beam, and thus the output of the LG10, which can be used to convert MLE-A and MLE-B designs to space and / or unfulfilled age-dependent color variations (spatial and / o
r angular lamp-age dependent color variations). Such space-dependent color variations are common, especially in metal halogen type lamps.

【0054】図2に戻るが、ボリュームEVSBからの放
射光はリフレクタ40で収集され、セカンダリソース
S’BのエミッションボリュームEVS'Bにコンセントレ
ーションされ、LG10のインプットポートIPを照明
する。
Referring back to FIG. 2, the radiation emitted from the volume EVSB is collected by the reflector 40, concentrated to the emission volume EVS'B of the secondary source S'B, and illuminates the input port IP of the LG 10.

【0055】図3Bは図2の従来技術LGLE-Bの理
論的な最良形態を示す。これは以下で解説するシステム
パラメータに対して最良化されており、5mm径で最大
アクセプト角θL in=30度を有した円形アパーチャまた
はLG10へ光をカップリングさせるように最良化され
ている。図3Bは、軸エネルギー焦点ロケーションLrm
sに位置したシステム軸28に垂直な平面のアングル依
存エネルギー密度ファンクション)angular dependent e
nergy density function)AT(ψ,Ψ,S')の等しい収
集密度の等高線を示す。選択されたパラメータに対し
て、これはLG10のインプットポートIPの最良ロケ
ーションでもある。インプットIPの収集アパーチャC
A(x,y;S')は図3BにおいてASL=19.6mm2の面
積を包囲する厚い円形ラインとして図示されている。
FIG. 3B shows the theoretical best mode of the prior art LGLE-B of FIG. This has been optimized for the system parameters described below, and has been optimized to couple light into a circular aperture or LG 10 having a 5 mm diameter and a maximum accept angle θ L in = 30 degrees. FIG. 3B shows the axial energy focus location Lrm.
Angle dependent energy density function in a plane perpendicular to the system axis 28 located at s
nergy density function) Shows contour lines of equal collection density of AT (ψ, Ψ, S ′). For the selected parameter, this is also the best location of the input port IP of LG10. Input IP collection aperture C
A (x, y; S ′) is shown in FIG. 3B as a thick circular line surrounding an area of ASL = 19.6 mm 2 .

【0056】図3Bに示されるデータの発生に使用され
た軸対称のACタイプボリュームソースSBは、図3A
のデータの発生に使用されたものと同じエネルギーエミ
ッション密度ファンクションを有している。同一ソース
がこの説明を通じて使用されており、同一ソースSBに
対する異なるMLEのエテンデュパフォーマンスを比較
している。2つの電極48の先端のスペースは2.35
mmであり、サブボリューム52と54の最大エミッシ
ョン間の間隔は2mmであると想定される。エンベロー
プ材料は屈折率n=1.46の水晶であると想定される。
ソースエンベロープ42は球状であり、12.5mmの
外径と1mmの壁厚を有していると想定される。ランプ
ポスト44と46は円筒状であり、長さが30mmで直
径が9mmであると想定される。モデルされた楕円リフ
レクタ40は第1(第2)焦点F1(F2)をリフレク
タ40の左焦点から8.5mm(100mm)の距離に
有していると想定される。全部のリフレクター長は50
mmである。サブボリューム52と54はリフレクタ4
0の第1焦点F1に関して対称に配置されている。
The axially symmetric AC type volume source SB used to generate the data shown in FIG.
Has the same energy emission density function as that used to generate the data. The same source is used throughout this description to compare the etendue performance of different MLEs for the same source SB. The space at the tip of the two electrodes 48 is 2.35
mm and the spacing between the maximum emissions of subvolumes 52 and 54 is assumed to be 2 mm. The envelope material is assumed to be quartz with a refractive index n = 1.46.
The source envelope 42 is assumed to be spherical and have an outer diameter of 12.5 mm and a wall thickness of 1 mm. Lamp posts 44 and 46 are cylindrical and are assumed to be 30 mm long and 9 mm in diameter. It is assumed that the modeled elliptical reflector 40 has a first (second) focal point F1 (F2) at a distance of 8.5 mm (100 mm) from the left focal point of the reflector 40. All reflector lengths are 50
mm. The sub-volumes 52 and 54 are the reflector 4
The first focal point F1 is disposed symmetrically with respect to the first focal point F1.

【0057】得られたエネルギービームは、リフレクタ
40の焦点からLrms≒95の軸エネルギー焦点で最低
ビームrms-径Drms≒3.1mmを有し、選択LG10の
数値アパーチャ(numerical aperture)NAL in=sin
(θL in)=0.5内で拡散角θ≒28°を有している。
MLEの全てのアングル出口エネルギー密度ファンクシ
ョン(angular exit energy density function)が明瞭に
定義されたカットオフポイントを有しているわけではな
いので、全てのそれぞれの拡散角θは、99%のエネル
ギーを包み込む最大拡散角として随意に定義されている
(光線トレースシステムモデル(ray-tracing system mo
del)を使用)。
The resulting energy beam has a minimum beam rms-diameter Drms ≒ 3.1 mm at an axial energy focal point of Lrms ≒ 95 from the focal point of the reflector 40 and the numerical aperture NA L in = of the selected LG10. sin
It has a diffusion angle θ ≒ 28 ° within (θ L in ) = 0.5.
Not every angle exit energy density function of the MLE has a well-defined cut-off point, so every respective diffusion angle θ encompasses 99% of the energy. Optionally defined as the maximum divergence angle (ray-tracing system model
del)).

【0058】CCS-AとCCS-Bシステムは両方とも
非映像タイプのシステムであり、2本の対称軸28と2
4の共通線アレンジによって、それぞれの焦点付近に位
置する軸対称ソースSAのスペース及びアングルエミッ
ション特性とは無関係に実質的に軸対称であるビームを
発生させる。
The CCS-A and CCS-B systems are both non-video type systems and have two symmetry axes 28 and 2
The common line arrangement of 4 produces a beam that is substantially axisymmetric irrespective of the space and angle emission characteristics of the axisymmetric sources SA located near their respective focal points.

【0059】図4は従来技術の別例を示している。LG
LE-Cは、凹状レトロリフレクタ(concave retro-refl
ector)64とACソースSBとで成るACリフレクタソ
ースSCを備えた小型LG62のアクセプト面ASL(タ
ーゲットTC)を照明する。このデザインは米国特許5
509095で解説されている。
FIG. 4 shows another example of the prior art. LG
LE-C is a concave retro-refl.
illuminating an acceptor surface ASL (target TC) of a compact LG 62 with an AC reflector source SC consisting of an AC source SB and an AC source SB. This design is a US patent 5
509095.

【0060】この従来技術例では、凹状プライマリリフ
レクタ(concave primary reflector)66は立体角68
範囲のリフレクタソースSBから漏れる光を収集する。
リフレクタ66の反対方向にエミッションボリュームE
VSBから漏れる光はレトロリフレクタ64によって収集
される。このリフレクタ64はエミッションボリューム
EVSBの反転ミラー像(inverted mirror image)を効果
的に発生させ、サブボリューム52の垂直な反転像はサ
ブボリューム54に重ねられ、効果的なサブボリューム
70Cを形成し、一方、効果的なサブビリューム72Cを
形成する。両方のサブボリューム70Cと72Cのスペー
ススーパーポジションは、ソースSBとリフレクタ64
で成る得られたリフレクタソースSCのエミッションボ
リュームEVSCを形成する。
In this prior art example, the concave primary reflector 66 has a solid angle 68.
Collect light leaking from the range reflector source SB.
Emission volume E in the opposite direction of the reflector 66
Light leaking from VSB is collected by retroreflector 64. This reflector 64 effectively generates an inverted mirror image of the emission volume EVSB, and a vertical inverted image of the sub-volume 52 is superimposed on the sub-volume 54 to form an effective sub-volume 70C, while , Forming an effective sub-volume 72C. The space superposition of both sub-volumes 70C and 72C depends on the source SB and the reflector 64
To form an emission volume EVSC of the obtained reflector source SC.

【0061】リフレクタ66で収集されたエネルギーは
エンベロープ42を通過して、エンベロープ42の外面
付近の右側、すなわちリフレクタ66の反対側の(クア
ジ)画像ロケーション(quasi image location)LIpeak
に位置するセカンダリソースS’Cのエミッションボリ
ュームEVS'Cに焦点して戻される。画像反転及び画像
拡大するリフレクタ66はLGLE-CのCCS-Cを形
成し、垂直に反転拡大され、いくらか歪んだエミッショ
ンボリュームEVSCすなわちセカンダリエミッションボ
リュームEVS'Cの像を発生させる。ロケーションLIpe
akは典型的には画像平面74の軸座標として定義され
る。この平面74はエミッションボリュームEVS'Cを
二分し、コンセントレーションビームの最大密度を含
む。この画像平面74はCCS-Cのシステム軸28に
垂直である。リフレクタ64のホール80はLG62の
アクセプト面ASLのポジションをエミッションボリュ
ームEVS'Cの内側の最大密度ロケーションLIpeakとす
る。
The energy collected by the reflector 66 passes through the envelope 42 to a quasi image location LIpeak on the right side near the outer surface of the envelope 42, ie, opposite the reflector 66.
Is focused on the emission volume EVS'C of the secondary source S'C located at. The image inversion and image enlargement reflector 66 forms the LGCS-C CCS-C, which is vertically inverted and enlarged to produce a somewhat distorted emission volume EVSC or secondary emission volume EVS'C image. Location lipe
ak is typically defined as the axis coordinates of the image plane 74. This plane 74 bisects the emission volume EVS'C and contains the maximum density of the concentration beam. This image plane 74 is perpendicular to the CCS-C system axis 28. The hole 80 of the reflector 64 sets the position of the accepting surface ASL of the LG 62 as the maximum density location LIpeak inside the emission volume EVS'C.

【0062】図4に示す光線76はリフレクター66の
利用可能なミラー面に到達するサブボリューム54によ
って発生された最も垂直な光線を表す。垂直エミッショ
ンは電極48の先端で部分的にブロックされ、典型的に
はコンセントレーションビームの軸非対称角エネルギー
密度ファンクション(axial asymmetric angular energy
density function)に導かれる。リフレクタ66での反
射後に、光線76は反射光線78となり、エンベロープ
42を通過し、エミッションボリュームEVS'Cのサブ
ボリューム81を横断する。光線82はサブボリューム
54からスタートしリフレクタ64の使用可能なミラー
面に到達する最も垂直な光線を表す。ミラー64で反射
した後に反射した光線84はサブボリューム52内に向
けられる。垂直な軸を離れた光線ポジションの反転はリ
フレクタ64の画像反転現象(直交拡大(orthogonal ma
gnification)レトロ-リフレクタMo=-1)のためであ
る。これはサブボリューム52と54からのエミッショ
ンを修正し、有効なリフレクタソースSCのサブボリュ
ーム70Cと72Cを提供する。サブボリューム52の通
過を継続し、光線84は、光線88をエミッションボリ
ュームEVS'Cのサブボリューム内に反射させるプライ
マリリフレクタ66に到達する。同様に、光線90が図
4に示されており、使用可能なミラー面の最も水平であ
る延長部でプライマリリフレクタ66と交差する。得ら
れた反射光線92はエンベロープ42を通ってサブボリ
ューム81に戻される。光線78と92は一般的に画像
面74でオーバーラップしない。これはソースエンベロ
ープ42によって引き起こされたセカンダリソース画像
への光の歪みの結果であり、いくらかのエテンデュロス
を発生させる。
The ray 76 shown in FIG. 4 represents the most perpendicular ray generated by the sub-volume 54 reaching the available mirror surface of the reflector 66. The vertical emission is partially blocked at the tip of the electrode 48 and typically results in an axial asymmetric angular energy density function of the concentration beam.
density function). After reflection at reflector 66, ray 76 becomes reflected ray 78, passes through envelope 42, and traverses sub-volume 81 of emission volume EVS'C. Ray 82 represents the most perpendicular ray starting from sub-volume 54 and reaching the available mirror surface of reflector 64. Light rays 84 reflected after being reflected by mirror 64 are directed into sub-volume 52. Reversal of the ray position off the vertical axis is due to the image reversal phenomenon of the reflector 64 (orthogonal magnification).
gnification) retro-reflector Mo = -1). This modifies the emissions from sub-volumes 52 and 54 and provides valid reflector source SC sub-volumes 70C and 72C. Continuing to pass through sub-volume 52, ray 84 reaches primary reflector 66, which reflects ray 88 into a sub-volume of emission volume EVS'C. Similarly, ray 90 is shown in FIG. 4 and intersects primary reflector 66 at the most horizontal extension of the available mirror surface. The obtained reflected light beam 92 is returned to the sub-volume 81 through the envelope 42. Rays 78 and 92 generally do not overlap at image plane 74. This is the result of light distortion into the secondary source image caused by the source envelope 42, causing some etendulos.

【0063】図1と図2に示される非画像タイプのLG
LE-AとLGLE-Bとは対照的に、図4に示されるL
GLE-CのソースSCとSBのソース軸24はCCS-C
のシステム軸28に直交して配向されている。これでプ
ライマリリフレクタ66は少々拡大させる画像反転シス
テムとして作用し、クアジ画像ピーク密度最大化(quasi
-imaging, peak intensity maximizing)LGLE-Cと
なる。
The non-image type LG shown in FIGS. 1 and 2
In contrast to LE-A and LGLE-B, L shown in FIG.
The source axis 24 of GLE-C source SC and SB is CCS-C
Are oriented orthogonal to the system axis 28 of The primary reflector 66 now acts as a slightly magnifying image reversal system, maximizing the quasi image peak density.
-imaging, peak intensity maximizing) LGLE-C.

【0064】図4に示される従来技術のLGLE-Cに
おいて、ソースSBから発生された光線は、画像平面7
4に到達する前に3回または5回(光線がリフレクタ6
6とリフレクタ64のいずれに最初衝突するかによる)
エンベロープ42の表面を通って伝達される。エンベロ
ープ42の光学特性とエクストラバルブ伝達(extra bul
b transmission)による追加的フレスネル損失(Fresnel
loss)で、これはソース画像、すなわちエミッションボ
リュームEVS'Cに起因する滲みとなる。これで、最大
達成可能ピーク密度(achievable peak intensity)Ipea
kの制限と、このMLEデザインの関連エネルギー収集
能力とに貢献する。さらに、電極48の先端はエンベロ
ープ42を複数回通過する光の一部をブロックする。こ
れでデリバリ率と、そのようなLGLEのエテンデュ率
EEとが低下する。
In the prior art LGLE-C shown in FIG. 4, the light rays generated from the source SB
4 or 3 times before the light reaches
6 or reflector 64)
It is transmitted through the surface of the envelope 42. The optical properties of the envelope 42 and the extra valve transmission
b transmission) additional Fresnel loss
loss), this results in bleeding due to the source image, the emission volume EVS'C. This gives the maximum achievable peak intensity Ipea
Contribute to the k limit and the associated energy collection capabilities of this MLE design. Further, the tip of the electrode 48 blocks some of the light passing through the envelope 42 multiple times. This reduces the delivery rate and the etendue rate EE of such LGLE.

【0065】図5は従来技術のPLE-AAをまとめて
いる。これはターゲットTAAとしての投影スクリーン9
8を照明するものである。ここで1つの反射性LV10
0として示される形状化可能な照射(configurable illu
mination)はこのタイプのLEの重要な光学要素であ
り、非常に均等に照射されることが重要であり、赤、緑
及び青の密度の正しいバランスの提供が重要である。映
写レンズ102はLV100のアウトプットを収集し、
拡大された形状化可能な照明ターゲットアウトプット密
度画像(magnified configurable illumination target
output intensityimage)を映写スクリーン98に焦点す
る。LV100は図5にオプション基準軸104と共に
示されている。例えば、DMDTMまたはTMATM(テキ
サスインスツルメンツ社またはデウーエレクトロニクス
社で製造)LV100の場合には、軸104は個々のミ
ラー要素のヒンジまたは傾斜軸方向にある。
FIG. 5 summarizes the prior art PLE-AA. This is the projection screen 9 as the target TAA
8 is illuminated. Here, one reflective LV10
Configurable illu shown as 0
is an important optical element of this type of LE, it is important that it be illuminated very evenly, and it is important to provide the right balance of red, green and blue densities. The projection lens 102 collects the output of the LV 100,
Magnified configurable illumination target
output intensity image) to the projection screen 98. LV 100 is shown in FIG. 5 with optional reference axis 104. For example, in the case of DMD or TMA (manufactured by Texas Instruments or Dew Electronics) LV100, axis 104 is in the direction of the hinge or tilt axis of the individual mirror element.

【0066】図5に示すMLE-AAはオプションカラ
ーホイール110を照明する。図5に示す要素のいくつ
かが図2のものと同一であり得ることを示すため、それ
ら要素を示すのに同じ記号、すなわち、‘-B’が使用
されている(‘-AA’の代用)。円形領域ACWは、C
CS-Bを出るビームと、それぞれの軸エネルギー焦点
距離Lrms付近に位置するカラーホイール110との交
差領域を表す。対称または非対称のカラーホイール11
0は周期的に中間ターゲット領域AT'に伝達が可能なス
ペクトルエネルギーを制限し、スペクトル的にビーム1
22をリフォーマットし、選択された操作モードのLV
100との組み合わせで、選択された白色ポイントとカ
ラー領域が映写スクリーン98上で提供されるようにし
ている。
The MLE-AA shown in FIG. 5 illuminates the optional color wheel 110. The same notation is used to indicate that some of the elements shown in FIG. 5 may be identical to those of FIG. 2, i.e., "-B" (for "-AA" instead of "-AA"). ). The circular area ACW is C
Represents the area of intersection of the beam exiting CS-B with a color wheel 110 located near their respective axial energy focal length Lrms. Symmetric or asymmetric color wheel 11
0 periodically limits the spectral energy that can be transmitted to the intermediate target area AT 'and the spectral 1
22 and re-format the selected operation mode LV.
In combination with 100, the selected white point and color area are provided on the projection screen 98.

【0067】伝達されたビーム部分は収集光学機器11
6で収集され、主としてビームホモジェナイザー及びオ
プションビーム断面形状コンバータ(beam cross sectio
nalshape converter)(例えば、円形-方形ビーム形状コ
ンバータ用の低エテンデュ率ABT)として作用するオ
プション集積システム(integrating system)118に伝
達される。しばしば、レンズまたは位相アレイペア(len
s or phase array pair)または固形あるいは中空方形、
非テーパ、剛性光ガイド(solid or hollow rectangula
r, non-tapered, rigid light guide)がビーム密度イン
テグレータ(beam intensity integrator)として使用さ
れる。典型的には、そのような集積対称ビーム変換光ガ
イド(integrating symmetric beam transforming light
guide)は、LV100のものに実質的に類似した(線
形スケールファクター(linear scaling factor)と固定
オーバフィル距離(fixed over fill distance)とを除
外)である断面形状を有している。
The transmitted beam portion is collected by the collection optics 11.
6 and mainly collected by a beam homogenizer and an optional beam cross-section shape converter (beam cross sectio).
It is communicated to an optional integrating system 118 which acts as a nalshape converter (eg, a low etendue ABT for a circular-to-square beam shape converter). Often, a lens or phase array pair (len
s or phase array pair) or solid or hollow square,
Non-tapered, rigid light guide (solid or hollow rectangula
r, non-tapered, rigid light guide) is used as a beam intensity integrator. Typically, such an integrating symmetric beam transforming light guide is used.
The guide has a cross-sectional shape that is substantially similar to that of the LV 100 (excluding the linear scaling factor and the fixed overfill distance).

【0068】カップリングレンズシステム(coupling le
ns system)120(SBT)は得られた照射ビーム12
2を、最低ビーム断面領域ATを有したイマジナリ中間
ターゲット(imaginary intermediate target)T’AA上
にコンセントレーションさせる。中間ターゲットT’AA
のターゲットロケーションは、選択されたシステム制限
(system constraint)に対する投影スクリーン98での
照明不均等(illumination uniformity)と最大光レベル
との間の最良の妥協として選択され、典型的にはLV1
00のアクセプト面ASLVと、投影レンズ102のエン
トランスピューピル(entrance pupil)との間に位置する
ように選択される。
A coupling lens system (coupling le)
ns system) 120 (SBT) is the obtained irradiation beam 12
2 is concentrated on an imaginary intermediate target T'AA with the lowest beam cross-sectional area AT. Intermediate target T'AA
Target location depends on the selected system limit
selected as the best compromise between illumination uniformity at the projection screen 98 for the system constraint and the maximum light level, typically LV1
00 and the entrance pupil of the projection lens 102 is selected.

【0069】2つのオプションマスク124と126と
が図5に図示されている。マスク124はカラーホイー
ル110の出口側付近に位置しており、その画像はSB
TでLV100の方形形状体上に投影される。よって、
LV100の周囲領域に照射される余剰のエネルギー量
を制限する。“シャインプラグ光現象(Scheinplug-opti
cal effect)”によって、すなわち、LV100に対す
る非主直入射モード操作(non-normal incident mode op
eration)で、それぞれのマスク124及び/又は126
は、たとえ、一方の形状を他方の形状にマップ処理する
ためにSBTが使用されても、LV100の収集アパー
チャとはいくらか異なる形状(例えば、マスクを2本の
直交軸に傾斜させ、それを平面上に投射させることで、
非方形形状となる)を有することができる。照明ビーム
122の適切なロケーションの特別形状マスク126
(米国特許5442414参照)は、軸的、非対称、角
依存エネルギー密度ファンクションθout(Ψ)を軸対
称インプットエネルギービームから発生させるのにも使
用が可能である。この特許も、軸対称ビームを軸非対称
ビームに変換させることでデリバリ率を増加させるのに
ABTを使用することを記述している。方位角ΨはLV
の基準軸104に対して便利に測定される。
[0069] Two optional masks 124 and 126 are shown in FIG. The mask 124 is located near the exit side of the color wheel 110, and its image is SB
At T, it is projected onto the square of the LV 100. Therefore,
The amount of surplus energy applied to the surrounding area of the LV 100 is limited. “Scheinplug-opti
cal effect), that is, non-normal incident mode operation for the LV 100
eration), each mask 124 and / or 126
Has a slightly different shape than the collection aperture of the LV 100 (eg, tilting the mask to two orthogonal axes, and making it planar), even though the SBT is used to map one shape to the other. By projecting on top,
Non-square shape). Specially shaped mask 126 at the appropriate location of illumination beam 122
(See US Pat. No. 5,442,414) can also be used to generate an axial, asymmetric, angular dependent energy density function θ out (Ψ) from an axisymmetric input energy beam. This patent also describes the use of an ABT to increase the delivery rate by converting an axially symmetric beam into an axially asymmetric beam. Azimuth Ψ is LV
Is conveniently measured with respect to the reference axis 104 of.

【0070】図5は本発明との関係の基本的理解に必要
な従来技術のPLE-AAの主要な光学要素を示す。一
般的に、追加的な光学要素が光ビームをスペース的に操
作し、LV100あるいは、画素を有したそれぞれの形
状化可能な照射ターゲットとカップリングさせるのに使
用される。それらはインプットビームの拡散をスペース
的に変更させ、それぞれ処理されたアウトプットビーム
を発生させる。他のタイプのPLEも同様に使用されて
いる。
FIG. 5 shows the main optical elements of the prior art PLE-AA required for a basic understanding of the relationship to the present invention. Typically, additional optical elements are used to spatially manipulate the light beam and couple it to the LV 100 or to each shapeable illumination target with pixels. They spatially alter the divergence of the input beam, producing a respective processed output beam. Other types of PLE have been used as well.

【0071】一般的には、ランプSから発せられる色は
適切に平衡していない。したがって、それらは、適切な
白点と色全領域(color gamut)の生成のためのそれぞれ
の色チャネルの総合的な輝度をバランス(均衡)させる
ために選択された色帯域(color band)の波長依存減衰(w
avelength dependent attenuation)を行わずに使用する
ことができない。特に、PLEに使用される多くの種類
のランプは、指定された製品設計制約の範囲内で総合的
な最適解決策を見つけるために特別なシステム設計選択
を行わなければならないように、青または赤のどちらか
が不足している(blue or red starved)。したがって、
カラーホイール(color wheel)のスループット効率(thro
ughput efficiency)に類似して、人は、色均衡(color b
alancing)の後に使用可能な光輝度の、色均衡前の総使
用可能光に対する割合を表す色効率(color efficiency)
を定めることができる。多くの種類のPLEがほぼ真の
色画像を生成するために使用されているので、それらの
設計は送達可能な光の総最小量(total minimum amount
of deliverable light)、つまりルーメンによってだけ
ではなく、最小必要色全領域範囲(minimum needed colo
r gamut range)と白点選択(white point selection)に
許容可能な制約(acceptable constraint)によっても制
約される。いくつかの種類のPLE設計(3つのチップ
システム、フィルムプロジェクタ等)は、使用可能なフ
ィルタ製造技術とそれ以外の物理的な設計制約によって
も制限される。一般的には、PLE設計者は、最大画面
輝度のために色忠実度(color fidelity)を犠牲にするこ
とがある。しかしながら、この追加の設計制約は、一般
的にはさらなる送達効率の損失(delivery efficiency l
oss)を生じさせる。
In general, the colors emitted by lamp S are not properly balanced. Thus, they are the wavelengths of the color band selected to balance the overall brightness of each color channel for the generation of the appropriate white point and color gamut. Dependent attenuation (w
It cannot be used without avelength dependent attenuation). In particular, many types of lamps used in PLE are either blue or red so that special system design choices must be made to find a comprehensive optimal solution within specified product design constraints. Is missing (blue or red starved). Therefore,
Throughput efficiency of color wheel
Similar to ughput efficiency, one considers color b
color efficiency, the ratio of the light intensity available after alancing to the total available light before color balance
Can be determined. Since many types of PLEs are used to produce near true color images, their design is based on the total minimum amount of light that can be delivered.
of deliverable light), that is, not only by lumens, but also by minimum needed colo
It is also constrained by acceptable constraints on r gamut range and white point selection. Some types of PLE designs (three-chip systems, film projectors, etc.) are also limited by available filter manufacturing techniques and other physical design constraints. Generally, PLE designers may sacrifice color fidelity for maximum screen brightness. However, this additional design constraint generally implies further delivery efficiency losses.
oss).

【0072】したがって、与えられた、あるいは指定さ
れた所定ターゲット用途と指定設計制約のためにLEを
最適化するためには、人はまっさきにLEの送達効率を
最適化することを考えなければならない。多くのケース
では、エテンデュ効率(率)EE、色効率(率)、およ
びスループット効率(率)TEが、費用と性能の制約設
計のための最大送達効率(率)を達成するための主要な
リミター(limiter)である。
Thus, to optimize LE for a given or specified predetermined target application and specified design constraints, one must first consider optimizing the delivery efficiency of LE. In many cases, etendue efficiency (rate) EE, color efficiency (rate), and throughput efficiency (rate) TE are the primary limiters for achieving maximum delivery efficiency (rate) for cost and performance constraint designs. (limiter).

【0073】LEとその光サブコンポーネント(optical
sub-component)の光搬送(light transportation)また
は放射束移動効率(radiant power transfer efficienc
y)は、エテンデュと呼ばれるパラメータによって特徴付
けることができる。エテンデュは、光ビーム(optical b
eam)の空間的および角を形成する物理的なサイズの純粋
な“幾何学的な領域(geometrical extend)”と解釈する
ことができ、定義に従えば、対象の波長領域内の統合さ
れたエネルギーだけに依存するという単色数の値(monoc
hromatic figure of merit)である。
The LE and its optical subcomponent (optical)
sub-component) light transportation or radiant power transfer efficienc
y) can be characterized by a parameter called etendue. Etendue is an optical beam
eam) can be interpreted as a purely “geometrical extend” of physical size that forms the spatial and angular dimensions of the integrated energy within the wavelength region of interest, by definition Value of a single color (monoc
hromatic figure of merit).

【0074】説明のために、ソースと、垂直向きの平ら
な放射面またはアクセプトあるいは受領面を有する検出
器の最も単純なケースがここで説明される。一般的なL
E性能パラメータは、この例に基づいて定められる。説
明は、当業者によって、曲面および体積(ボリューム)
ソース/検出システムを含むように広げることができ
る。
For purposes of illustration, the simplest case of a detector having a source and a vertically oriented flat emitting or accepting or receiving surface will now be described. General L
The E performance parameter is determined based on this example. Description is given by those skilled in the art for curved surfaces and volumes.
It can be extended to include source / detection systems.

【0075】本発明の根底を成す概念は、最初に、その
メイン放射エネルギー伝搬軸(mainemission energy pro
pagation axis)に対して垂直に向けられている均質な放
射面ソース(homogeneous emitting surface source)S
(例えば、ランベルシャン(Lambertian)表面エミッタ)
の特別なケースを考慮することによって最もよく理解さ
れる(不均質なソースのエテンデュを導き出すために、
適切に荷重された総和(appropriate weighted summatio
n)を、適切に選ばれた種類の均質なソースに関して実行
することができる。)立体角Ω内のこのような均質な放
射面ESsによって放射される光ビームのソースエテン
デュEsは、以下の等式
The concept underlying the present invention is firstly based on its main radiant energy propagation axis.
a homogeneous emitting surface source S oriented perpendicular to the pagation axis
(Eg, Lambertian surface emitter)
Is best understood by considering the special case of (to derive the etendue of a heterogeneous source,
Appropriately weighted summatio
n) can be performed on a suitably chosen type of homogeneous source. ) The source etendue Es of the light beam emitted by such a homogeneous emitting surface ESs within the solid angle Ω is given by the following equation:

【0076】 によって放射測定を扱う多くの光学書で定義される。こ
の場合、nは放射面ESsの放射側での屈折媒体(refra
ctive medium)である。統合角度(integration angle)φ
とは、表面要素dAに対する垂線と立体角要素dΩの中
心光線の間の角度のことである。二重積分が、関心のあ
る全表面要素dAと全立体角要素dΩ上で実行されなけ
ればならない。
[0076] Is defined in many optical books dealing with radiometry. In this case, n is the refractive medium (refra
ctive medium). Integration angle φ
Is the angle between the normal to the surface element dA and the central ray of the solid angle element dΩ. Double integration must be performed on all surface elements of interest dA and all solid angle elements dΩ.

【0077】調査されたビームが均質な楕円形をした角
依存エネルギー密度関数(angular dependent energy de
nsity function)を有する特別なケースの場合、等式
(1)は、以下の簡略化された関係を生じさせる。
The beam investigated has a homogeneous elliptical angular dependent energy density function (angular dependent energy density function).
For the special case with an nsity function, equation (1) yields the following simplified relationship:

【0078】 この場合、Aeは放射面ESsの有効表面積である。N
Ae,hとNAc、vは、放射されたビームの有効水平
及び垂直数値アパーチャ(numerical aperture)を表して
おり、垂直軸または水平軸のどちらかが、長円体の角を
形成する放射パターン(ellipisoidal angular emission
pattern)の主軸に平行である。角度θhとθvは、エ
ミッション面または放射面ESsの出口側で屈折率nを
有する媒体の内側の最大水平垂直放射角度θを表す。多
くの場合、等式(2)は、放射面積Aeと角度θhとθ
vの有効(平均)値を使用することによって非均一エミ
ッタ(non-uniform emitter)の正確なエテンデュ値に近
似させるために使用することもできる。また、体積ソー
スは、その有効な出口または断面表面によって近似的に
説明することもできる。
[0078] In this case, Ae is the effective surface area of the radiation surface ESs. N
Ae, h and NAc, v represent the effective horizontal and vertical numerical aperture of the emitted beam, where either the vertical or horizontal axis forms a radiation pattern ( ellipisoidal angular emission
pattern). The angles θh and θv represent the maximum horizontal and vertical radiation angles θ inside the medium having the refractive index n at the exit side of the emission surface or emission surface ESs. In many cases, equation (2) gives the radiation area Ae and the angles θh and θ
It can also be used to approximate the exact etendue value of a non-uniform emitter by using the effective (average) value of v. A volume source can also be approximately described by its effective outlet or cross-sectional surface.

【0079】ソースSから放射される光は、垂直に向け
られている受領面ASsによって遮ることができる。対
象の光ビームと表面ASsのエネルギー受け入れ関数が
空間的(スペース的)に、および角的(アングル的)に
均質(homogenous)であるケースでは、放射のケースと類
似して、収集エテンデュEcと関連するアクセプト面A
Ssが、対象エネルギービームを収集するそれぞれの収
集領域(collection area)Acと定められる。等式
(1)または(2)の適切な値を交換することによっ
て、収集エテンデュEcは、指定された受領面ASsと
その空間位置と配向性に対して求めることができる。こ
のようにして、所定の場所と角配向性とで指定されたビ
ームに交差する指定された使用可能な収集表面面積AS
に関して、人は、どれほど多くの入射光ビームの使用可
能なエネルギーを最も効果的に収集できるのか、及び/
又は指定された収集表面がどこで光ビームに最もよく交
差するか、つまり、最大エネルギー収集のためには空間
的におよび角的にどこに設置されるべきかを計算するこ
とができる。
The light emitted from the source S can be blocked by the vertically oriented receiving surface ASs. In the case where the energy acceptance function of the light beam of interest and the surface ASs is spatially and angularly homogeneous, similar to the case of radiation, it is related to the collection etendue Ec. Accepting surface A
Ss is defined as a respective collection area Ac for collecting the target energy beam. By exchanging the appropriate values of equation (1) or (2), the collection etendue Ec can be determined for the specified receiving surface ASs and its spatial position and orientation. In this way, the specified available collection surface area AS that intersects the specified beam at a given location and angular orientation
With respect to how one can most effectively collect the available energy of the incident light beam, and / or
Or it can be calculated where the designated collection surface best intersects the light beam, ie where it should be spatially and angularly located for maximum energy collection.

【0080】自由に移動するビームのそれぞれに関し
て、収集エテンデュEcがその最小であり、その関連す
る収集領域Acもその最小である少なくとも1つの受領
面が存在する。このような面は、本発明では最小エテン
デュ面(MES)と呼ばれている。MESは、総使用可
能ビームエネルギーの所定部分pの収集を可能にする最
も効率的な(最小)収集表面と解釈することもできる。
For each freely moving beam, there is at least one receiving surface whose collection etendue Ec is at its minimum and its associated collection area Ac is also at its minimum. Such a surface is called a minimum etendue surface (MES) in the present invention. MES can also be interpreted as the most efficient (minimum) collection surface that allows the collection of a given part p of the total usable beam energy.

【0081】受動的な光学系用の放射輝度(エネルギ
ー)保全定理(radiance conservationtheorem for pass
ive optical systems)は、光ビームのエテンデュ値は、
それが理想的な光学システムを通って伝達されるとき、
つまりEc≧Esのとき、減らすことはできないと述べ
ている。ちょうど熱力学的系のエントロピーのように、
いったん光ビームのエテンデュが(例えば、特定のCC
SまたはLGを使用することによって)増加すると、ビ
ームの空間的な特徴と角的な特徴をさらに修正するため
にどのような種類の追加の受動的光学システム(passive
optical system)が使用されようとも、それを再び減ら
すことはできない。それが、指定された光ビームのエテ
ンデュが、指定されたアパーチャ制限光学システム(ape
rture limited optical system)のスループットに関係
している理由である。
Radiance conservation theorem for pass for passive optics
ive optical systems), the etendue value of the light beam is
When it is transmitted through an ideal optical system,
That is, when Ec ≧ Es, it cannot be reduced. Just like the entropy of a thermodynamic system,
Once the etendue of the light beam (for example, a specific CC
When increasing (by using S or LG), any kind of additional passive optical system (passive optics) can be used to further modify the spatial and angular features of the beam.
Even if an optical system is used, it cannot be reduced again. That is, if the etendue of the specified light beam is adjusted to the specified aperture limiting optical system (ape
It is related to the throughput of the rture limited optical system).

【0082】指定されたi番目の光学システムによる指
定された電力レベルpの伝達の結果生じる光ビームのエ
テンデュの相対的な増加を定量化するために、エテンデ
ュ効率EEi(p)と呼ばれている割合パラメータ(rat
io parameter)がここで以下のように定められる。
To quantify the relative increase in etendue of the light beam resulting from transmission of a specified power level p by a specified i-th optical system, it is called etendue efficiency EEi (p). Ratio parameter (rat
io parameter) is defined here as follows.

【0083】 この場合、Ecmin(p)は、指定された電力レベルを
収集するために必要であるi番目の光学システムを出る
光の最小エテンデュを表す。同様に、Esin(p)は、
入力ビームのp電力レベルのそれぞれの最小エテンデュ
である。このメリット比数値(figure of merit ratio)
によって、指定されたシステム“エテンデュ伝達”性能
の、EE=1を有する理想的に作動する光学伝達システ
ムの性能との比較が可能になる。
[0083] In this case, Ec min (p) represents the minimum etendue of light exiting the i-th optical system required to collect the specified power level. Similarly, Es in (p) is
The minimum etendue of each of the p power levels of the input beam. Figure of merit ratio
This allows a comparison of the specified system "etendue transmission" performance with the performance of an ideally operating optical transmission system with EE = 1.

【0084】同様に、指定された入力ビームの指定され
た(受動)光学i番目サブシステムのスループット効率
TEi(E)は、以下に述べられている割合として定め
られる。
Similarly, the throughput efficiency TEi (E) of the specified (passive) optical i-th subsystem of the specified input beam is defined as the ratio described below.

【0085】 この場合、Pout(E)とPin(E)は、指定された収
集エテンデュ値Eでのそれぞれi番目のサブシステムの
出力および入力ビームから収集可能な最大光電力(maxim
um light power)量である。
[0085] In this case, P out (E) and P in (E) is collectable maximum optical power from the output and input beams of each i-th subsystem in designated collection etendue value E (maxim
um light power).

【0086】後述されるようなアクティブ(能動的)な
光学システムの場合、指定波長バンドでの出力ビームの
電力は一定の状況では(蛍光変換)では、入力ビームの
場合より高くなる場合がある。
In the case of an active optical system, as described below, the power of the output beam in the designated wavelength band may be higher in certain circumstances (fluorescence conversion) than in the input beam.

【0087】光学システムのエテンデュ効率EEとスル
ープット効率TEは関連したパラメータである。第1の
ケースでは、入力電力は固定されており、その割合は、
入力ビームのエテンデュが、指定された光学システムを
通る指定ビーム伝達中にどのくらいの量で増加したのか
を決定する。第2のケースでは、エテンデュ値Eは固定
されており、その割合は、使用可能な入力電力のどのく
らいの量を指定された光学系を通して伝達できるのか
(損失または利得)を判断する。これらの公式は、波長
依存システムの特徴付けも可能にするために、必要に応
じて拡張することができる。
The etendue efficiency EE and the throughput efficiency TE of the optical system are related parameters. In the first case, the input power is fixed and its percentage is
Determines how much the etendue of the input beam has increased during a specified beam transmission through a specified optical system. In the second case, the etendue value E is fixed, and the percentage determines how much of the available input power can be transmitted through the specified optics (loss or gain). These formulas can be extended as needed to also allow characterization of wavelength dependent systems.

【0088】指定されたターゲットTとソースSのLE
の送達効率DEは、ここでは以下に述べられている割合
として定められる。
LE of specified target T and source S
Is defined herein as the ratio described below.

【0089】DE=PT/PS (5) この場合、PTは、指定されたターゲットTに送達可能
であるだけではなく、それによって使用することもでき
る照射光のパワー(optical power of illumination)を
表している。LEのビーム再形成能力(beam reformatti
ng ability)だけではなく、ソースエネルギーの放射タ
イプも、多くの場合、送達された光エネルギーのどのく
らい多くが、実際に、指定されたターゲットTによって
使用できるのか、つまりその受け入れ基準値(acceptanc
e specification)の範囲内にあるのかを判断する。パラ
メータPsは、関連ソースSによって放射される総光学
電力(optical power)量を表し、ノーマル化あるいは正
規化(normalization)の目的に使用される。このように
して、指定されているLEのこのグローバル送達効率(g
lobal delivery efficiency)DEは、ソースSによって
放射される光のどのくらいの量をターゲットTにカップ
リングできるのか、およびそれによって使用できるのか
を特徴付ける。同様にして、局所送達効率DEは、Ps
の代わりにその入力電力レベルPinを正規化値として
使用することによって指定された光学サブシステムに関
して定めることができる。したがって、それぞれの送達
効率値DEは、直接的にLEの、またはその光学サブシ
ステムの1つのそれぞれの効率を表す。
DE = P T / P S (5) In this case, P T is the optical power of illumination that can not only be delivered to the specified target T, but can also be used by it. ). LE beam reformatting capability
ng ability), as well as the radiation type of the source energy, often determines how much of the delivered light energy can actually be used by the specified target T, i.e. its acceptance criterion (acceptanc
e specification). The parameter Ps represents the total amount of optical power emitted by the associated source S and is used for normalization or normalization purposes. In this way, this global delivery efficiency (g
The global delivery efficiency (DE) characterizes how much of the light emitted by the source S can be coupled to the target T and thus can be used. Similarly, the local delivery efficiency DE is Ps
Can be defined for a specified optical subsystem by using its input power level Pin as a normalization value. Thus, each delivery efficiency value DE directly represents the respective efficiency of the LE or one of its optical subsystems.

【0090】本発明のLE設計は、エテンデュが制限さ
れているターゲットTに関するまさに送達が効率的なL
Eの好適な重要設計役割につながる2つの主要な概念と
第3の補助的な概念との結合された認識に基づいてい
る。つまり、1)クアジまたは擬似イメージング(quasi
-imaging)とスループット効率MLEを使用し、それか
ら2)必要に応じて、マッチしたABTにより角のおよ
び断面のビーム特性を非対称的に形成し直し(reshap
e)、3)また、必要に応じて、ターゲットTのさらに効
率的な照明のために送達効率領域/角度変換遠隔エネル
ギー送達システムを構築するため、それをビームスケー
リング(beam scaling)とビームステアリング(beam stee
ring)のためにSBTと組み合わせ、ビームステアリン
グとシェーピング(shaping)のための非イメージ機器(no
n-imaging optic)と組み合わせる。
The LE design of the present invention provides a very efficient delivery L for a target T with limited etendue.
It is based on a combined perception of two key concepts and a third auxiliary concept leading to a preferred key design role for E. 1) quasi or quasi imaging
-imaging) and throughput efficiency MLE, then 2) if necessary, asymmetrically reshape the angular and cross-sectional beam characteristics with matched ABT
e), 3) Also, if necessary, build beam delivery and beam steering (beam scaling) to build a delivery efficiency area / angle conversion remote energy delivery system for more efficient illumination of the target T. beam stee
Combined with SBT for ring, non-imaging equipment for beam steering and shaping (no
Combine with n-imaging optic).

【0091】第1の概念は、従来の技術のLEの大部分
において、最大エテンデュおよび/またはスループット
効率損失のおもな部分は第1ビーム再形成段階、つまり
MLE段階で発生するという理解に基づいている。つま
り、典型的には、非対称ソースSは、対称セカンダリあ
るいは2次ソース(secondary source)S’に変換され
る。関連するエテンデュ損失の理由の理論的な分析(領
域の増大、および/または部分的なエネルギー収集と変
換のみ)は、従来の技術のLEとは対照的に、それぞれ
のMELのCCSが、最良では、擬似イメージング(qua
si-imaging)の、および高収集と高エテンデュ効率タイ
プの両方でなければならないという第1の好適概念に導
く。理想的には、MLEは、使用できないエネルギーの
少なくともいくらかを使用できるエネルギーに変換する
能力も持たなければならず、このようにしてアクティブ
な光学システムを形成する。これが、とりわけ、実質的
にはソースSと同じエテンデュを有するが、さらに大き
いそれぞれの断面領域/アパーチャと、関連するさらに
小さく、管理が容易なな放射立体角(emission solidang
le)を有する、非対称的および空間的に拡大された放射
ソースSより管理が容易で、非対称的に放射する二次ソ
ースS’への非常にエテンデュ効率的な角度/領域変換
に関してABT自体として特に優れた仕事をする、後述
の好適MEL設計の発明につながる。
The first concept is based on the understanding that in most of the prior art LEs, a major part of the maximum etendue and / or throughput efficiency loss occurs in the first beam reshaping stage, ie the MLE stage. ing. That is, typically, the asymmetric source S is transformed into a symmetric secondary or secondary source S '. Theoretical analysis (only area increase and / or partial energy collection and conversion) of the related etendue loss reasons suggests that, in contrast to the prior art LE, the CCS of each MEL is best , Pseudo imaging (qua
leading to the first preferred concept of being both of the high collection and high etendue efficiency type. Ideally, the MLE should also have the ability to convert at least some of the unusable energy into usable energy, thus forming an active optical system. This, among other things, has substantially the same etendue as the source S, but with a larger respective cross-sectional area / aperture, and an associated smaller, more manageable emission solid angle.
le), which is easier to manage than an asymmetrically and spatially expanded radiation source S having a very etendue efficient angle / domain conversion to an asymmetrically radiating secondary source S ′, especially as an ABT itself It leads to the invention of a preferred MEL design, which does an excellent job, described below.

【0092】第2の概念は、指定されたターゲットTの
所定の照明需要に関して好適なMLEのエテンデュ効率
的な出力ビームの送達効率をさらに高めるためには、追
加エテンデュ効率的ビーム再形成ツールが必要であると
いう理解に基づいている。
The second concept is that an additional etendue efficient beam reshaping tool is needed to further increase the delivery efficiency of the etendue efficient output beam of the MLE suitable for a given illumination demand of a specified target T. Is based on the understanding that

【0093】追加の理論的な分析によれば、等式(1)
から(5)のどれも、それぞれの収集表面領域Aの形
状、または立体角度Ωのそれぞれの角依存エネルギー密
度関数の形状を制限しないことが示された。それぞれの
総面積と総立体角値だけが、ビームのエテンデュ評価を
関わり、それらの値の“積(product)”だけがせいぜい
保存される。
According to an additional theoretical analysis, equation (1)
(5) did not limit the shape of the respective collection surface area A or the shape of the respective angle dependent energy density function of the solid angle Ω. Only the respective total area and total solid angle values contribute to the etendue evaluation of the beam, and only the "product" of those values is preserved at best.

【0094】したがって、本発明の第2の好適概念は、
特に非対称ビームおよび/または非対称ターゲット照明
需要に関し、非線形および/または対称的な形状、およ
び/または角度変換ツールが必要とされるという認識に
基づいている。本発明の多様な好適実施態様の説明で以
下に示されているように、適切にマッチしたABT設計
解決策(特に、中空のまたは特殊な入力ポートと出力ポ
ートの備えのある立体光ガイド(solid light guide))
が多くの場合に発見できる。(特定の設計制約に関して
非常にエテンデュ効率的であるように設計できる)これ
らの好適ビームリフォーマット装置'(reformatter)が好
適MLEとターゲットTにマッチされると、エテンデュ
が制限されているターゲットに関して以前に可能であっ
たよりはるかに高い送達効率を有するLEを設計するこ
とができる。
Therefore, a second preferred concept of the present invention is:
It is based on the recognition that non-linear and / or symmetric shapes and / or angle conversion tools are needed, especially with respect to asymmetric beam and / or asymmetric target illumination demands. As shown below in the description of the various preferred embodiments of the present invention, appropriately matched ABT design solutions (especially solid or light guides with hollow or special input and output ports) light guide))
Can often be found. When these preferred beam reformatters' (reformatters) (which can be designed to be very etendue efficient with respect to specific design constraints) are matched to the preferred MLE and target T, they have previously been assigned to targets with limited etendue. LEs can be designed with much higher delivery efficiencies than were previously possible.

【0095】本発明の第3(補助)概念は、それぞれA
BTと、特にLGの入力ポートと出力ポートが、必要な
および/または所望の複数のビーム再フォーマット能力
および(局所)ビームステアリング能力を、遠隔エネル
ギー輸送および/または領域/角度変換能力と結合でき
るように製造可能である、および/または補助的な光学
イメージングおよび/または非イメージング要素と結合
させることができるという認識から生じている。これ
は、特殊化された照明タスク用にカスタマイズされたコ
ンパクトな高効率LEを作る上で有効である。
The third (auxiliary) concept of the present invention is as follows.
The BT, and especially the input and output ports of the LG, can combine the required and / or desired multiple beam reformatting and (local) beam steering capabilities with remote energy transport and / or area / angle conversion capabilities. And / or can be combined with auxiliary optical imaging and / or non-imaging elements. This is useful in creating compact, high efficiency LEs customized for specialized lighting tasks.

【0096】従来の技術のLEの非効率は複数の段階で
発生するため、後述された本発明の多様な実施態様は、
LEの選択された段階をどのようにして改善できるの
か、および送達が機能強化されたMLE、LGLE,A
BTLE、PLE等を形成するために、さまざまな要素
をどのように結合できるのかを示す。
Because the inefficiencies of the prior art LEs occur in multiple stages, various embodiments of the present invention described below
How can selected stages of LE be improved and delivery enhanced MLE, LGLE, A
It shows how various elements can be combined to form BTLE, PLE, etc.

【0097】本発明に従ったエテンデュ効率MLEの基
本的な概念は、単軸システムに関して図6と図7に図示
されている。図6は、好適実施態様の1つのグループに
関して水平な(ランプ軸平面)断面図であり、図7は、
好適実施態様の別のグループのそれぞれMELの垂直断
面(ランプ軸に直行する平面)図を示す。図6と図7の
両方に示されている基本的な好適MLE設計は従来の技
術のMLEとは異なり、それによって、本発明のMLE
が、詳細に後述されるようなエテンデュ効率的、スルー
プット効率的、送達効率的なMLEとなる。
The basic concept of the etendue efficiency MLE according to the invention is illustrated in FIGS. 6 and 7 for a single axis system. FIG. 6 is a horizontal (lamp axis plane) sectional view with respect to one group of preferred embodiments, and FIG.
FIG. 4 shows a vertical cross section (plane perpendicular to the lamp axis) of each MEL of another group of the preferred embodiment. The basic preferred MLE design shown in both FIG. 6 and FIG. 7 differs from the prior art MLE, whereby the MLE of the present invention is
Is an MLE that is etendue efficient, throughput efficient, and delivery efficient as described in detail below.

【0098】好適MLEは、前述されたように、実質的
に、大幅に削減された放射立体角Ω<4π−ステラジア
ンに放射する効率的反射体ランプ(reflector lamp)S
F、SG等を、ソースSとともに形成する主要曲率半径
(primary curvature radius)R0であるRS140から
構成されている。それは、さらに、それぞれの反射体ラ
ンプによって放射される光の大部分を収集し、それをソ
ースSの回りとMES144に向かって集中させる主要
反射体システム(primary reflector system)(PRS)
142から構成されている。この集中したエネルギー
は、少なくとも1つのそれぞれの出口ポート146を通
ってそれぞれのCCS−F、CCS−G等から漏れる。
The preferred MLE, as described above, is an efficient reflector lamp S that emits substantially at a substantially reduced radiation solid angle Ω <4π-steradian.
Main radius of curvature for forming F, SG, etc. together with source S
(primary curvature radius) It is composed of RS140 which is R0. It further collects most of the light emitted by each reflector lamp and concentrates it around the source S and towards the MES 144 (PRS).
142. This concentrated energy leaks from each CCS-F, CCS-G, etc. through at least one respective outlet port 146.

【0099】本発明は、特に、空間的に拡張された放射
ソースSに関連し、特に角非対称エネルギー放射密度関
数(angular asymmetric energy emission density func
tion)をも有するものに関する。このようなソースは、
好ましくは、DC−型またはAC−型の電極と、DC−
電流またはAC電流またはHVパルスを、電磁エネルギ
ー放射材料用の付勢手段として使用するか、あるいは電
極のないマイクロ波で動力を供給される壁安定化型(wal
l stabilized type)である、フィラメント灯、ガス放出
アーク灯、炭素アーク灯、単一エンベロープ、二重エン
ベロープを有するか、エンベロープのない、あるいは出
口ポートとしての出口窓のある、凹状の密封された反射
体システムを形成するエンベロープを有するランプであ
るか、それともレーザで動力を供給されるX線エミッタ
等を含むレーザ生成放射領域(laser generated emissio
n region)であり、このようなエネルギー放射材料が純
粋タングステン(トリエート化(thoriated)またはBI
含浸されたタングステン)、炭素、またはXe、Ar、
Kr等のような希ガスを含む一連のガスのどちらかであ
り、多くの場合、Na、S、Ka等だけではなくその成
分の主要な部分としてHg、および金属ハロゲン化物塩
の組み合わせも含む。電極とエンベロープのあるランプ
の場合には、内側エンベロープの内壁からデポジットさ
れている電極材料を取り除くために、ハロゲンを含有す
る分子および/またはそれ以外の気体手段(gaseous mea
ns)を有することが、多くの場合に好まれる。また、好
ましくは、対象の波長バンドに関して、および/または
使用不可能なエネルギーバンド(例えば、IR、UV)
でのオプションの反射コーティングに関して、内側エン
ベロープの外面上に無反射コーティングを有する種類の
ランプもあり、このようなコーティングはエンベロープ
の動作温度に耐えることができる。例えば、内側で赤外
線をトラップし、それをフィラメントに反射し直すため
には、多層誘電コーティングがタングステンハロゲン自
動車ランプに使用され、このようにしてフィラメントを
その動作温度まで加熱するための電気エネルギーの最大
30%を節約する。
The invention relates in particular to a spatially extended radiation source S, and in particular to an angular asymmetric energy emission density function.
option). Such sources are:
Preferably, a DC- or AC-type electrode and a DC-
Current or AC current or HV pulses may be used as a biasing means for the electromagnetic energy emitting material, or may be a microwave-powered wall-stabilized (wal
l stabilized type), concave sealed reflection with filament lamp, outgassing arc lamp, carbon arc lamp, single envelope, double envelope or without envelope or with exit window as exit port A lamp with an envelope forming a body system, or a laser generated emissio including a laser powered x-ray emitter, etc.
n region), such energy radiating material being pure tungsten (thoriated or BI
Impregnated tungsten), carbon, or Xe, Ar,
It is either a series of gases containing noble gases such as Kr, etc., and often includes not only Na, S, Ka, etc., but also Hg as a major part of its components, and combinations of metal halide salts. In the case of lamps with electrodes and envelopes, halogen-containing molecules and / or other gaseous means are used to remove the deposited electrode material from the inner wall of the inner envelope.
ns) is often preferred. Also preferably, with respect to the wavelength band of interest and / or unusable energy bands (eg IR, UV)
With respect to the optional reflective coating, there is also a type of lamp having an anti-reflective coating on the outer surface of the inner envelope, such a coating being able to withstand the operating temperatures of the envelope. For example, to trap infrared radiation inside and reflect it back to the filament, a multilayer dielectric coating is used on tungsten halogen automotive lamps, thus maximizing the electrical energy to heat the filament to its operating temperature. Save 30%.

【0100】指定された収集エテンデュ値Ecの場合、
関連するMES144が、前述されたように存在する。
(1つまたは複数の空間的に隔離されている表面ASi
から構成されている)このMES144は、指定収集エ
テンデュ値Ecの場合にそれぞれのエミッションボリュ
ームまたは放射量(emission volume)EVs'からの最大
エネルギー収集を可能にする方法で、等式(1)または
(2)に従って選択されるのが望ましい。
In the case of the designated collection etendue value Ec,
An associated MES 144 exists as described above.
(One or more spatially isolated surface ASi
This MES 144 is composed of equations (1) or (1) in a manner that allows maximum energy collection from the respective emission volume or emission volume EVs' for a specified collection etendue value Ec. Preferably, it is selected according to 2).

【0101】それぞれのPRS−FとPRS−Gが、そ
れぞれのCCS−FとCCS−Gを形成する。それら
は、CCS−Cとは逆に、ソースエネルギーの大部分が
エンベロープ42の回りで(それを通らずに)カップリ
ングリするように、ソースSとセカンダリソースS’の
間に十分な距離のある擬似イメージング型CCSとな
る。適切な選ばれた反射体がPRS142とRRS14
0に関して拡張された状態で、これらの好適CCSが、
とりわけ、MES144の頂点場所LE近くで集束する
緊密に集中可能なビームを発生させることができ、後述
されるように、さらに高いスループットとエテンデュ効
率を達成する。
The respective PRS-F and PRS-G form the respective CCS-F and CCS-G. They have a sufficient distance between the source S and the secondary source S ′ such that, contrary to CCS-C, most of the source energy couples around (but not through) the envelope 42. It becomes a certain pseudo imaging type CCS. Properly selected reflectors are PRS142 and RRS14
Extended with respect to 0, these preferred CCSs are:
In particular, a tightly focussable beam can be generated that focuses near the apex location LE of the MES 144, achieving even higher throughput and etendue efficiency, as described below.

【0102】好適なMLEデザインは、(それぞれのセ
カンダリエミッションボリュームEVS‘Fを通る一定
の収集強度(collection intensity)の断面等高線のフリ
ップ図(flipped view)を表す破線として図6に図示)よ
り歪みが少ない、したがってさらに小さく、さらにエテ
ンデュで、スループット効率的なそれぞれのセカンダリ
ソースイメージを発生させる。指定されたソースSと指
定されたエンベロープ42の、およびy方向でのそれぞ
れのCCSの指定された最大高さ拘束のスループット効
率TEを最大化するためには、ソース軸24とロケーシ
ョンLEの間の距離、つまり最大垂直発散角度(maximum
vertical divergence angle)θvが、好ましくは、P
RS142の指定されたソース封鎖(source blockage)
損失とそれぞれRRS140の直接的な光収集損失が実
質上同じサイズ、つまり△≒δであり、△とδが図7に
示されているそれぞれの“失われた”角放射エネルギー
密度関数(ファンクション)のそれぞれの角拡張(angul
ar extend)であるように選ばれる。ソース封鎖(遮蔽)
損失は、ここでは、反射体システム142によってソー
スSの(周囲ではなく)内部に反射され、ソースSの光
学的および機械的な封鎖効果のために、エテンデュ効率
的にはそれぞれのMES144に到達せず、したがっ
て、それぞれのエテンデュ制約エネルギー収集のスルー
プットには貢献しないソースSから放射される光のパー
セントとして定義される。
The preferred MLE design (shown in FIG. 6 as a dashed line representing a flipped view of a cross-section contour of constant collection intensity through each secondary emission volume EVS'F) has less distortion. Generates less, thus smaller, more etendue, and throughput efficient secondary source images. To maximize the throughput efficiency TE of the specified source S and the specified envelope 42, and of the specified maximum height constraint of the respective CCS in the y-direction, between the source axis 24 and the location LE Distance, the maximum vertical divergence angle (maximum
vertical divergence angle) θv is preferably P
Designated source blockage of RS142
The loss and the direct light collection loss of each RRS 140 are substantially the same size, △ ≒ δ, where △ and δ are the respective “lost” angular radiant energy density functions shown in FIG. Each angular extension (angul
ar extend). Source blocking (shielding)
The losses are now reflected inside the source S (rather than around) by the reflector system 142 and reach the respective MES 144 in an etendue efficient due to the optical and mechanical blocking effects of the source S. Therefore, it is defined as the percentage of light emitted from source S that does not contribute to the throughput of each etendue-constrained energy collection.

【0103】あるいは、ソースSとセカンダリソース
S’の間の距離、つまり場所(ロケーション)LEは、
結果的に生じるCCSが、事前に選択された最大垂直角
度がθvおよび/または最大水平角度がθnである光を
送達するように選ぶこともできる。しかしながら、一般
的には、この解決策は、均衡した損失デザイン解決策、
つまり前述された△≒δより、2つの部分の反射体デザ
インにとってややスループット効率が低い。
Alternatively, the distance between the source S and the secondary source S ′, that is, the location LE is:
The resulting CCS may also be chosen to deliver light with a preselected maximum vertical angle θv and / or a maximum horizontal angle θn. However, in general, this solution is a balanced loss design solution,
In other words, the throughput efficiency is slightly lower for the two-part reflector design than for Δ △ ≒ described above.

【0104】明らかに、費用、重量、およびサイズが重
要である多くの用途にとって、最大スループット、つま
り△≒δに設計される2つの部分から成るエテンデュ効
率反射体(リフレクタ)モジュールは、図7に示されて
いるもののように、最大垂直凝集(コンセントレーショ
ン)角(maximum vertical concentration angle)θvが
もはや設計入力パラメータ(design input parameter)で
はない可能性がある場合にもその利点を有する。本発明
のそれ以外の好適実施態様は、後述されるように、エテ
ンデュ効率的であるだけではなく、広範囲の所望の出力
放射角度(output emission angle)も送達できるLEを
構築することを可能にする。これは、複数部分から成る
RRSで、および/または適切なABTとの組み合わせ
で可能である。
Obviously, for many applications where cost, weight, and size are important, a two-part etendue-efficient reflector module designed for maximum throughput, ie, △ ≒ δ, is shown in FIG. As shown, it also has an advantage where the maximum vertical concentration angle θv may no longer be a design input parameter. Other preferred embodiments of the present invention, as described below, make it possible to construct LEs that are not only etendue efficient but can also deliver a wide range of desired output emission angles. . This is possible with a multi-part RRS and / or in combination with a suitable ABT.

【0105】本発明の別の好適実施態様は、単一要素主
要逆反射体(single element primary retro-reflector)
148を一次曲率半径R0と結合することによっていく
つかの型のランプの好適MLEのスループット効率を高
め、少なくとも1つの第1補助凹状逆反射体(auxiliary
concave retro-reflector)150が、さらに高い総収集
効率を有するそれぞれのRRS140を生じさせるため
に、異なる一次曲率半径R1<R0を有する。特に、特
別に設計されている補助逆反射体は、それ以外の場合、
効率的に収集できないエネルギーの一部を、それを直接
的または間接的のどちらかでMES144に向かって方
向転換させるソースSの放射領域の中に収集し、集束し
直すために使用することができる。このような可能な直
接的な方法は、例えば、エネルギー放射領域の内側で発
生する散乱効果を含む。つまりi)相互作用する光子の
伝搬方向だけを変更する弾性散乱効果(elastic scatter
ing effect)、およびii)光子が最初に吸収されてか
ら、他の波長バンドと方向で複数の光子として放射され
る非弾性的散乱効果(蛍光変換等)である。可能な間接
的な方法は、追加エネルギーを、間接的に放射領域をさ
らに放射性にする放射領域に提供することによる。例え
ば、熱は、異なる化学成分構成を生じさせ、それから付
勢される媒体等の光学放射と光学伝達の特性を変更する
ことのあるさらに高いガス圧力を引き起こすことがあ
る。このようなスペクトル再形成効果は、さらに後述さ
れるだろう。言うまでもなく、非線形の光子と物質との
相互作用と多くのそれ以外の直接的または間接的な相互
作用も発生することがあり、および/または選択された
材料の選択を通して意図的に高めることができる。
Another preferred embodiment of the present invention is a single element primary retro-reflector.
By combining 148 with the primary radius of curvature R0, the throughput efficiency of the preferred MLE for some types of lamps is increased and at least one first auxiliary concave retroreflector is provided.
The concave retro-reflectors 150 have different primary radii of curvature R1 <R0 to produce respective RRSs 140 with even higher total collection efficiency. In particular, specially designed auxiliary retroreflectors are otherwise
Some of the energy that cannot be collected efficiently can be collected and refocused in the emission region of the source S, which redirects it either directly or indirectly toward the MES 144. . Such possible direct methods include, for example, scattering effects that occur inside the energy emitting region. That is, i) an elastic scatter effect that changes only the propagation direction of interacting photons.
and ii) inelastic scattering effects (such as fluorescence conversion) that are emitted as multiple photons in other wavelength bands and directions after the photons are first absorbed. A possible indirect method is by providing additional energy to the radiating region, which indirectly makes the radiating region more radioactive. For example, heat may cause different chemical composition and may cause higher gas pressures that may alter the properties of optical emission and transmission, such as the media being energized. Such spectral reshaping effects will be described further below. Of course, non-linear photon-matter interactions and many other direct or indirect interactions may also occur and / or may be intentionally enhanced through the choice of selected materials. .

【0106】図7は、PRS140のそれ以外の場合、
有効ではないセクションが、補助的な凹状の逆反射体セ
クション150の好適形状と置換されるような好適実施
態様を示す。この補助的な反射体150は、好ましく
は、ソースSから見てほぼ△という有効角拡張(extend)
を有する。その曲率は、好ましくは、収集され、それ以
外の場合には電球で遮られた光を(PRS142が、図
6の中に示されているその単一凹状反射体形状の実施態
様で行うように、ソースSの取り囲む近隣の中にそれを
方向転換させる代わりに)実質的にそれぞれの放射領域
の中に直接的に再焦点させるために、またはRRS14
0の残りが焦点する領域の中にそれを焦点するために選
ばれる。同様にして、曲率の一次半径(primary radius)
がRS>R0である少なくとも1つのそれぞれの第2補
助逆反射体152は、出口ポート146を通ってそれ以
外の場合直接的に逃避するであろう光の一部を類似した
方法でレトロフォーカス(retro-focus)するために使用
できる。反射体152は、CCS−Gによって集中した
光の一部がそこを通って逃れるそれぞれの出口ポート1
54を有し、一次逆反射体(primary retro-reflector)
148があるよりさらにソースSからさらに遠い適切な
距離に設置される。出口ポートが適切な大きさに作られ
ている適切な数の補助逆反射体を使用することによっ
て、ソースSから放射される光のほぼ100%が、(た
とえ光が4πステラジアンに放射されても)収集でき、
その大部分が、選択された最大垂直集中角度θvを有す
るビームにフォーカスできる。
FIG. 7 shows a case other than the PRS 140.
9 shows a preferred embodiment in which the ineffective section is replaced with the preferred shape of the auxiliary concave retroreflector section 150. This auxiliary reflector 150 preferably has an effective angle extension of approximately 見 て when viewed from the source S.
Having. The curvature is preferably such that the collected, otherwise light-blocked light (as the PRS 142 does in the single concave reflector shape embodiment shown in FIG. 6). , Instead of turning it into the surrounding neighborhood of the source S) to refocus substantially directly in the respective radiation region, or RRS 14
The rest of the zeros are chosen to focus it into the area of focus. Similarly, primary radius of curvature
At least one of the second auxiliary retroreflectors 152, where RS> R0, re-focuses a portion of the light that would otherwise escape directly through the exit port 146 in a similar manner. Can be used for retro-focus). The reflectors 152 have respective exit ports 1 through which a portion of the light concentrated by the CCS-G escapes.
54, primary retro-reflector
148 is located at an appropriate distance further from the source S than there is. By using an appropriate number of auxiliary retroreflectors whose exit ports are appropriately sized, nearly 100% of the light emitted from source S is reduced (even if the light is emitted to 4π steradians). ) Can collect
Most of it can focus on the beam with the selected maximum vertical concentration angle θv.

【0107】補助逆反射体150と152を備えた反射
体システム140と142が、2種類の不安定な共役反
射リングキャビティ(unstable, conjugate, reflective
ring-cavity)を形成するために使用できる。第1タイ
プは共焦点であり、第2タイプは双焦点リングキャビテ
ィであり、第2タイプはシステム軸28から非対称的に
オフセットされている2つの焦点領域を有し、第1タイ
プはそれぞれ互いにオーバーラップする2つの中心焦点
領域を有している。このようにして“トラップ(trap)さ
れた”光は、ソース放射領域の内側から、PRS142
の方向へ向け直されることによって、あるいはシステム
内のどこかで吸収されることによって、あるいは前記出
口ポート146および/または154等に向かって方向
付けされること等でそれぞれのリングキャビティを逃れ
ることができるだけである。このようにエネルギーを方
向変換させる効果は後述する。ソース封鎖効果が大きい
ほど、つまりそれぞれのPRS142がエンベロープ4
2の直径に対して小さいほど、このような損失回復方法
はさらに価値を持つものとなる。
Reflector systems 140 and 142 with auxiliary retroreflectors 150 and 152 are used to provide two types of unstable conjugate reflective ring cavities.
It can be used to form a ring-cavity. The first type is confocal, the second type is a bifocal ring cavity, the second type has two focal zones that are asymmetrically offset from the system axis 28, and the first type is each over each other. It has two central focal regions that overlap. Light “trapped” in this manner is transmitted from the PRS 142 from inside the source emission region.
To escape the respective ring cavities, such as by being redirected toward or by being absorbed somewhere in the system, or by being directed towards said outlet ports 146 and / or 154, etc. I can only. The effect of changing the direction of energy will be described later. The greater the source blocking effect, that is, each PRS 142 has an envelope 4
The smaller the diameter for 2, the more valuable such a loss recovery method is.

【0108】このような好適なタイプのMLEの総スル
ープットは、エンベロープ42の伝達効率だけではな
く、とりわけPRSとPRSの反射率に依存する。例え
ば、86%から96%までの反射体の反射率は、17%
の正味出力利得を生じさせる。反射率損失のこの1.1
7Xの減少は、PRS140に向かって放射されている
光は少なくとも2回反射され、放射された光の約50+
%が、PRS142によって直接収集されているという
事実のためである。同じようにして、無反射コーティン
グでエンベロープ42の外壁のフレネル反射係数を4%
削減することによって、好適MLEの約7%という正味
スループット効率利得が生じる。反射体150および/
または152のような前述された好適補助反射体で部分
的に回復可能である“失われた”光の量は、部分的には
使用されているソースSの種類、それぞれの補助逆反射
体の収集のパーセンテージ、およびエテンデュ効率的に
収集されたエネルギーをレトロフォーカスするその能力
に依存する。特に、金属ハロゲン化物ランプは、後述さ
れるように、好適MLEで使用されるときに望ましい蛍
光変換能力を示す。
The total throughput of such a preferred type of MLE depends not only on the transmission efficiency of the envelope 42, but especially on the reflectivity of the PRS and the PRS. For example, the reflectivity of the reflector from 86% to 96% is 17%.
A net output gain of This 1.1 of the reflectance loss
The 7X reduction means that the light emitted towards PRS 140 is reflected at least twice, and about 50+ of the emitted light
% Is collected directly by PRS142. Similarly, the anti-reflection coating reduces the Fresnel reflection coefficient of the outer wall of the envelope 42 by 4%.
The reduction results in a net throughput efficiency gain of about 7% of the preferred MLE. Reflector 150 and / or
Or the amount of "lost" light that is partially recoverable with the preferred auxiliary reflectors described above, such as 152 or 152, depends, in part, on the type of source S being used, of each auxiliary retroreflector. The percentage of collection and etendue depends on its ability to retrofocus the energy collected efficiently. In particular, metal halide lamps exhibit desirable fluorescence conversion capabilities when used in a preferred MLE, as described below.

【0109】図6では、説明の目的のために示されてい
るソースは、逆反射体140とともに、エミッションボ
リュームEVSFと2つのそれぞれの副(放射)ボリュ
ーム70Fと72Fを有する有効逆反射体ソースSFを
形成するAC型のアークソースSBである。この説明は
AC型アークソースを利用するが、本発明はこのような
ソースだけに限られることを意図されていない。ここに
示されている教示によって、当業者は、本発明を、対称
および非対称の無電極エミッションソース、ソリッドス
テートソース(solid state source)、X線放射ソース等
を含むそれ以外の電磁エネルギーソースにも適用でき
る。図6に示されているように、電極48は電気エネル
ギーを2つの対称的な電極48の先端の間で形成されて
いるプラズマアークに送達し、オプション的に、凹状の
一次反射体142および/または凹状の逆反射体140
に関してソースSBを固定するための機械的な取り付け
具としても役立つ。2つの反射体システム140と14
2は、ほぼ完全にソースSBを封入する。
In FIG. 6, the source shown for purposes of illustration is an effective retroreflector source SF having an emission volume EVSF and two respective secondary (radiation) volumes 70F and 72F, together with a retroreflector 140. Is an AC type arc source SB that forms Although this description utilizes an AC arc source, the present invention is not intended to be limited to only such sources. With the teachings provided herein, those skilled in the art will appreciate that the present invention can be applied to other sources of electromagnetic energy, including symmetric and asymmetric electrodeless emission sources, solid state sources, x-ray radiation sources, and the like. Applicable. As shown in FIG. 6, the electrodes 48 deliver electrical energy to the plasma arc formed between the tips of the two symmetrical electrodes 48, and optionally, the concave primary reflector 142 and / or Or concave retroreflector 140
Also serves as a mechanical fixture for fixing the source SB with respect to. Two reflector systems 140 and 14
2 almost completely encapsulates the source SB.

【0110】空気が、2つの反射体140と142によ
って形成されている反射キャビティに入る、および/ま
たはその中から出ることができるようにするオプション
のアクセスポートは、図6または図7に図示されていな
い。このようなアクセスポートの中へ空気を吹き込んだ
り、このようなアクセスポートから空気を吸い込んでソ
ースエンベロープ42の局部的な過熱を防止し、および
/または電極48のランプポスト44と46のガラスと
金属との間をシール処理し(例えば、モリブデンシー
ル)、および/または反射体システム140と142の
反射コーティングおよび/または反射体の温度を指定さ
れた損傷しきい値温度以下に保つことが必要である。す
べての重大なパーツが機械的にロックされ、気密的に密
封されるか、密封されていない複合反射体ランプを効果
的に形成するために、反射キャビティに関して電極を固
定するために、オプションの固定材料143(セメン
ト、エポキシ樹脂、はんだ等)を使用することができ
る。
An optional access port that allows air to enter and / or exit the reflective cavity formed by the two reflectors 140 and 142 is illustrated in FIG. 6 or FIG. Not. Air may be blown into or sucked into such access ports to prevent local overheating of source envelope 42 and / or glass and metal of lamp posts 44 and 46 of electrodes 48. It is necessary to seal (e.g., a molybdenum seal) between and / or keep the temperature of the reflective coatings and / or reflectors of reflector systems 140 and 142 below a specified damage threshold temperature. . Optional fixation to fix the electrode with respect to the reflective cavity to effectively form a composite reflector lamp where all critical parts are mechanically locked and hermetically sealed or unsealed Material 143 (cement, epoxy resin, solder, etc.) can be used.

【0111】図6は、出口ポート146が反射体140
内の貫通穴である設計を示す。図7は、一次逆反射体1
48のバルク材(bulk material)が対象のエネルギーバ
ンドに対して実質的に伝達性(transmissive)であり、反
射コーティング198が、伝達性の出口ポート146が
作成されるように、反射体148の内側および/または
外側に局所的に塗布されている別の好適実施態様を示
す。オプションで、伝達性反射体材料は、対象の波長領
域に対して少なくとも片側に無反射性の被覆処理が施さ
れ、オプションとして他の波長に対しては反射性であ
り、出口ウィンドゥあるいは窓(exit window)199、
つまり出口ポート146を通る使用可能なエネルギー伝
達を増加させる。このような部分的な反射被覆出口窓1
99は、RRS140の補助的な逆反射体としても解釈
することができる。
FIG. 6 shows that the outlet port 146 is
The design is a through hole in the inside. FIG. 7 shows the primary retroreflector 1
Forty-eight bulk material is substantially transmissive to the energy band of interest, and reflective coating 198 is formed inside reflector 148 such that a transmissive exit port 146 is created. And / or shows another preferred embodiment topically applied to the outside. Optionally, the transmissive reflector material is provided with a non-reflective coating on at least one side for the wavelength region of interest, optionally reflective for other wavelengths, and has an exit window or window. window) 199,
That is, the available energy transfer through the outlet port 146 is increased. Such a partially reflective coated exit window 1
99 can also be interpreted as an auxiliary retroreflector of RRS140.

【0112】典型的に擬似対称であるエンベロープ(qua
si-symmetric envelope)42の光学特性は、それぞれの
CCSのイメージング能力または作像能力に大きな円筒
形及び高位の光学歪みを生じさせ、補正されていないM
ELのエテンデュ効率を減少させる。したがって、本発
明の好適実施態様は、PRS140に、ソース軸24す
なわちエンベロープ42の“対称”軸と共線的である対
称の軸を持たせ、エンベロープの歪みを矯正させるよう
にデザインされている非球面カーブを持たせ、理想的に
はレトロフォーカスされたソースイメージが、そのソー
スのソースイメージと(イメージ反転の場合を例外とし
て)同じであるようにさせる。別の好適球形型逆反射体
形状(spherical type retro-reflector shape)への第1
オーダ(first order)の好適補正は、エンベロープによ
って引き起こされる画像シフトが、中心を外れて設置さ
れている球形型逆反射体で達成できるもの以上に低減さ
れるように選択されるドーナツ形の反射体である。長い
アークAC型灯および/または長く薄い円筒型放射ゾー
ンの場合、楕円形の反射体の適切に配向されているセク
ションはさらに優れた逆反射体であり、それも非求面補
正でさらに改善することができる。同様に、やはり逆反
射する要素である補助セグメント150と192は、エ
ンベロープ42の非点収差焦点イメージ移動(astigmati
c focus image shifting)の影響を補償するために、理
想的にはソース軸24と同じ軸対称であって、十分に球
形の補正が施されていなければならない。エンベロープ
42が軸に沿って対称ではないケースの場合、同じデザ
イン最適化が適用される。つまり、放射方向ごとに、そ
れぞれの逆反射するミラー要素は、理想的には非拡大、
反転ソースイメージが形成されるように、エンベロープ
42によって引き起こされる、ビーム通路の他の光学要
素の光ビーム偏差(optical beam deviation)を補正する
必要がある。
An envelope (qua) that is typically pseudo-symmetric
The optical properties of the si-symmetric envelope 42 cause large cylindrical and high order optical distortions in the imaging or imaging capabilities of the respective CCS, and the uncorrected MCS
Reduce the etendue efficiency of EL. Accordingly, the preferred embodiment of the present invention provides that the PRS 140 has an axis of symmetry that is collinear with the source axis 24, the "symmetric" axis of the envelope 42, and is designed to correct the distortion of the envelope. With a spherical curve, ideally the retrofocused source image is the same as the source image of that source (with the exception of image inversion). First to another preferred spherical type retro-reflector shape
A preferred correction of first order is a donut-shaped reflector that is selected such that the image shift caused by the envelope is reduced more than can be achieved with an off-centered spherical retroreflector. It is. In the case of long arc AC lamps and / or long thin cylindrical radiating zones, a properly oriented section of an elliptical reflector is a better retroreflector, which is also improved with non-surface correction. be able to. Similarly, auxiliary segments 150 and 192, which are also retroreflective elements, provide astigmatic focus image movement of the envelope 42.
In order to compensate for the effect of c focus image shifting, ideally the source axis 24 must be axially symmetric and sufficiently spherically corrected. In the case where the envelope 42 is not symmetrical along the axis, the same design optimization applies. That is, for each radiation direction, each retro-reflecting mirror element is ideally non-magnifying,
It is necessary to correct for the optical beam deviation of the other optical elements of the beam path caused by the envelope 42 so that an inverted source image is formed.

【0113】前記説明から、反転イメージ、空間的対称
放射ビームのエテンデュがこのようにして実質的に保存
され、寿命が長く、製造コストが低く、スペース的にさ
らに均質な出射ビームを発生させるので、AC型または
それ以外の型の空間擬似対称放射ソースが多くの場合に
好まれる。DC型ソースのような非対称型放射ソースの
場合、アーク間隙長(arc gap length)は、指定されたタ
ーゲットまたは収集領域/アパーチャへの送達効率が最
大となるように、好ましくは、反射体軸28からのその
アーク間隙長より短めにオフセットされる。
From the above description it can be seen that the inverted image, the etendue of the spatially symmetric radiation beam, is thus substantially preserved, has a long lifetime, low manufacturing costs, and produces a more spatially homogeneous exit beam, AC or other types of spatial pseudo-symmetric radiation sources are often preferred. In the case of an asymmetric radiation source, such as a DC-type source, the arc gap length is preferably such that the delivery efficiency to a specified target or collection area / aperture is maximized so that the reflector axis 28 Offset from its arc gap length.

【0114】図8は、図6に示されているMLE−Fデ
ザインの理想的な構成要素での数値モデリング(numeric
al modeling)を通して得られ、(計算目的で、LEに設
置されている垂直平面として近似)MES144の、計
算スペース依存強度分布(spatial dependent intensity
distribution)SI(x、x;S’)の等高線を示す。
使用されている一次反射体142は、反射体142の
(頂点とも呼ばれる)左頂点から26mmの第1(F
1)焦点距離および100mmの第2焦点距離(F2)
で軸対称長円形状を有していた。逆反射体140は長円
形であるが、bz=bx=67mmという副軸(miner a
xis)も有し、両方の焦点が、対称軸28(z軸)からソ
ース軸24(y軸)の方向で1mm偏位している。結果
として得られるMLER−Fの非対称の直交最大発散角
度は、99%エネルギーカットオフポイント(cutoff po
int)に対して、θh≒23度およびθv≒29度であ
り、各CCSは、最大幾何学コンセントレーション角(g
eometrical concentration angle)または角発散(angle
divergence)θv=30度を有するように設計された。
FIG. 8 illustrates the numerical modeling (numeric modeling) on the ideal components of the MLE-F design shown in FIG.
al modeling) (spatial dependent intensity distribution of MES144 (approximately as a vertical plane located in LE for computational purposes)
distribution) shows contour lines of SI (x, x; S ′).
The primary reflector 142 used is the first (F) 26 mm from the left vertex (also called vertex) of the reflector 142.
1) Focal length and 100 mm second focal length (F2)
And had an axisymmetric elliptical shape. The retroreflector 140 is oval, but has a minor axis (miner a) of bz = bx = 67 mm.
xis), both focal points being displaced by 1 mm in the direction from the axis of symmetry 28 (z-axis) to the source axis 24 (y-axis). The resulting asymmetric orthogonal maximum divergence angle of the MLER-F is the 99% energy cutoff point.
int), θh ≒ 23 degrees and θv ≒ 29 degrees, and each CCS has a maximum geometric concentration angle (g
eometrical concentration angle) or angle divergence (angle
(divergence) θv = 30 degrees.

【0115】図9は、角依存エネルギー密度関数の等し
い入射エネルギー/ステラジアンの等高線を示す。これ
はAT(ψ、Ψ;S’)で表され、MLE144に入射
する水平及び垂直投射光の角度の方向性コサイン(direc
tional cosine)によって定まる。“A方向”として表さ
れた座標軸は、水平方向余弦、つまりcos(θh)を
表す。“B方向”とラベルされた軸は、対応するランプ
軸直交方向コサインを表す。図6と図7に示されている
角度θhとθvは、それぞれのコンセントレーション角
θの有効水平最大値と有効垂直最大値を表す。図9で
は、AC型ソースSBの収集エネルギー密度関数の特徴
的な角依存砂時計型非対称断面形状である。図9の中の
グラフの上に重なっている太線155は、NA≦0.
5、すなわちθ≦30度という対称ビームの角収集アパ
ーチャを表す。(最も中心に近い部分を無視)砂時計形
状と完全円の間の領域は、砂時計の形をした立体放射角
Ωeの約44%を表す。つまり、このような軸に沿った
非対称ビームのエテンデュは角スペースを均一に満たす
ビームのエテンデュの約60%であり、それは、理想的
には、出口ポート146の断面形状も、それぞれのML
Eの送達効率を最大化するためには(円形の代わりに)
砂時計形状であることを意味する。
FIG. 9 shows incident energy / steradian contours having the same angular dependent energy density function. This is represented by AT (ψ, Ψ; S ′), and the directional cosine (direc) of the angle of the horizontal and vertical projection light incident on the MLE 144
tional cosine). The coordinate axis represented as “A direction” represents the horizontal cosine, that is, cos (θh). The axis labeled "B direction" represents the corresponding lamp axis orthogonal cosine. The angles θh and θv shown in FIGS. 6 and 7 represent the effective horizontal maximum value and the effective vertical maximum value of the respective concentration angles θ. FIG. 9 shows a characteristic angle-dependent hourglass-shaped asymmetric cross-sectional shape of the collected energy density function of the AC source SB. The bold line 155 overlapping the graph in FIG.
5 represents a symmetric beam angular collection aperture of θ ≦ 30 degrees. The area between the hourglass shape and the perfect circle represents approximately 44% of the hourglass shaped solid radiation angle Ωe (ignoring the part closest to the center). That is, the etendue of an asymmetric beam along such an axis is about 60% of the etendue of a beam that uniformly fills the angular space, which ideally means that the cross-sectional shape of the exit port 146 also reduces the respective ML
To maximize the delivery efficiency of E (instead of a circle)
Means an hourglass shape.

【0116】エネルギー伝達損失(スループット効率損
失を生じさせる封鎖損失(blockageloss))の複数の明瞭
な領域は図9で特定することができる。図9に示されて
いる“レーダー”グラフの左極と右極の“極性キャップ
(polar cap)”で欠けているエネルギーは、おもに、電
極48の先端およびランプポスト44と46の陰影効果
(shadowing effect)の結果である。つまり、それらはソ
ースSBの放射ボリューム(体積)EVSBから幾分か
の高角度垂直光線の放射方向を遮るからである。エンベ
ロープ42の周縁部を通ってほぼ接線方向に移動する光
線によって引き起こされるグラフの中心を取り囲んでい
るエネルギーが不足している環状リングが存在する。そ
れらの光線に対して、エンベロープ42の屈折特性は、
それらが、好適なMLE二次放射体積(エミッションボ
リューム)EVS‘F内に配置されている有限収集領域
を通過しないように、大きな拡散曲現象(propagation b
ending)を生じさせる。したがって、好適MLEのため
には、エンベロープ42の光ビーム伝達特性とともに、
エンベロープ42の断面領域だけではなく、電極48お
よびランプポスト44と46のシステム軸28に垂直な
断面領域は、エンベロープ42、ワイヤ48およびラン
プポスト44と46の実質的周囲でMES144に送達
できる収集された光量に対して(部分的には反射体シス
テム140と142のサイズに依存)重要な影響を及ぼ
すことがある。
Several distinct regions of energy transfer loss (blockage loss causing loss of throughput efficiency) can be identified in FIG. The “polarity cap” for the left and right poles of the “radar” graph shown in FIG.
(polar cap) "is mainly due to the shading effect of the tips of the electrodes 48 and the lamp posts 44 and 46.
(shadowing effect). That is, they block the direction of emission of some high angle vertical rays from the emission volume EVSB of the source SB. There is an energy-deficient annular ring surrounding the center of the graph caused by light rays traveling approximately tangentially through the periphery of the envelope 42. For those rays, the refractive properties of the envelope 42 are
Large diffusion curves (propagation b) so that they do not pass through the finite collection area located in the preferred MLE secondary emission volume (EVS'F)
ending). Therefore, for the preferred MLE, along with the light beam transfer characteristics of the envelope 42,
Not only the cross-sectional area of the envelope 42, but also the cross-sectional area of the electrode 48 and the lamp posts 44 and 46 perpendicular to the system axis 28, can be collected and delivered to the MES 144 substantially around the envelope 42, wires 48 and the lamp posts 44 and 46. (In part depending on the size of the reflector systems 140 and 142).

【0117】このようなランプポスト妨害の規模は、反
射体142の焦点距離に対するランプポスト44と46
の相対的な断面幅と形状に影響される。同様に、電極先
端部による妨害の規模は、エミッションボリュームEV
sのアーク長Lと幅W(電力レベルに依存)に影響さ
れ、エンベロープ42と組み合わせて選択されたRRS
140のイメージング品質およびシステム軸28に対す
る放射領域の空間的なポジショニングに影響される。指
定されたソースSの場合、MLE設計者は、このように
して物理的なシステムサイズと反射体システム140お
よび142の複雑さを、最大達成可能送達効率DEと引
き換えにしなければならない。
The magnitude of such lamp post obstruction depends on the focal length of the reflector 142 and the lamp posts 44 and 46.
Is affected by the relative cross-sectional width and shape. Similarly, the magnitude of the interference caused by the electrode tip is determined by the emission volume EV.
RRS selected in combination with envelope 42, affected by arc length L and width W (depending on power level) of s
Influenced by the imaging quality of 140 and the spatial positioning of the radiation area with respect to the system axis 28. For the specified source S, the MLE designer must thus trade the physical system size and the complexity of the reflector systems 140 and 142 for the maximum achievable delivery efficiency DE.

【0118】好適なMLEの別の重要な利点とは、従来
の技術のMLE−AとMLE−Bとは逆に、ランプポス
ト44と46の端部は両方とも、好適CCSの外側に、
またはそれ近くに設置することができるという点であ
る。これによって、エンベロープ42の動作パラメータ
をさらに個別に制御することを可能にする、さらに均一
に、およびその最適動作温度にさらに近くで動作できる
ようにし、さらに優れたアクセス、したがってさらに良
い温度制御能力(冷却)を提供する。
Another important advantage of the preferred MLE is that, contrary to the prior art MLE-A and MLE-B, both ends of the lamp posts 44 and 46 are located outside the preferred CCS.
Or it can be installed near it. This allows for more individual control of the operating parameters of the envelope 42, allows it to operate more uniformly and closer to its optimal operating temperature, better access, and thus better temperature control capability ( Cooling).

【0119】図3Aとの図8の比較で、好適MLE−F
が、元のソース画像の空間依存グローバル特性(spatial
dependent global characteristic)の大部分を保存す
ることができるが、局所的なレベルではいくぶん画像を
歪める擬似イメージングシステムであることを示してい
る。図9で観察可能な、結果的に生じる局所的な画像の
歪みと、異なる直交画像拡大、つまりMx≠Myは、部
分的には、i)コンセントレーションした出射ビームの
x軸(ランプ軸)とy軸の非対称角発散(asymmmetric a
ngle divergence)、ii)放射領域の形状の三次元性と
ともに、放射領域の大部分に対する軸を外れたエミッシ
ョンロケーションとなる放射領域のスペースエクステン
ド、iii)部分的には、補正されていないソースイメ
ージの歪み(エンベロープ42による)のためであっ
て、xz平面とyz平面での異なる軸に沿った焦点箇所
となるもの、およびiv)垂直な収集平面を備えた理想
的なMES144の近似のため、つまり画像“平面”曲
率を無視すること、に帰することができる。例えば、C
CS−Fはわずかに軸を離れて動作する。つまりサブボ
リューム70Fと72Fの中心は、システム軸28から
オフセットされており、軸を外した画像収差誤差(off-a
xis image aberration error)と曲状画像表面すなわち
カーブしたMES144に寄与する。所定の収集効率に
対して、このような画像歪みは、多くの場合、理想的な
収集面積よりいくぶん大きくなる。等式(1)から
(3)に従えば、これはエテンデュ効率の損失を生じさ
せる。したがって、このような二次ソース画像の拡大
は、好ましくは最小限に抑えられる。
Comparison of FIG. 8 with FIG. 3A shows that the preferred MLE-F
Is the spatially dependent global characteristic (spatial
Most of the dependent global characteristics can be preserved, but at a local level, indicating a pseudo-imaging system that somewhat distorts the image. The resulting local image distortion, observable in FIG. 9, and the different orthogonal image magnifications, Mx ≠ My, are partially due to i) the x-axis (ramp axis) of the concentrated output beam. asymmetric angular divergence of the y-axis (asymmmetric a
gle) divergence), ii) the three-dimensional nature of the shape of the radiating region, as well as the space extension of the radiating region that results in off-axis emission locations for most of the radiating region, iii) partially, For distortion (due to the envelope 42), resulting in focal points along different axes in the xz and yz planes, and iv) for approximation of an ideal MES 144 with a vertical collection plane, ie This can be attributed to ignoring the image "planar" curvature. For example, C
CS-F operates slightly off-axis. That is, the centers of the sub-volumes 70F and 72F are offset from the system axis 28, and the off-axis image aberration error (off-a
xis image aberration error) and the curved image surface, ie, the curved MES 144. For a given collection efficiency, such image distortions are often somewhat larger than the ideal collection area. According to equations (1) to (3), this results in a loss of etendue efficiency. Accordingly, such secondary source image enlargement is preferably minimized.

【0120】本発明の別の好適実施態様は、それぞれの
CCSの基本的な好適軸対称形状に、軸に沿った非対称
補正要素を追加することによって、好適るMLEの送達
効率を増加する。例えば、PRS142の適切に設計さ
れている円筒補正要素を基本的な長円形の反射体表面に
追加すると、二次的なソースS’のランプ軸24方向で
のイメージ伸縮を削減することができ、したがって、そ
れぞれのCCSのエテンデュ効率を高めることができ
る。このような補正要素は最適には、例えば、エンベロ
ープ42、出口ポート190を形成しているソリッド窓
(solid window)、カラーホイール、光学バンドパスフィ
ルタ、空間的に多様なカラーチャネルを分離するカラー
キューブ等によって引き起こされる多様な光学的画像歪
曲を補償するように設計されている。同様に、軸対象P
RRSをソース軸24(あるいはさらに一般的には汎用
非球面形状)と対称同一線上にある軸とともに使用する
ことによって、ソースS近くで(おもにエンベロープ4
2によって引き起こされる)逆反射されているビームの
イメージ焦点の非点収差を削減することができる。これ
によって、電極48の先端の間の逆反射されたエネルギ
ーの大部分の“絞込み(squeezing)”が可能になり、そ
れによってそれぞれのCCSシステムのエテンデュ効率
とスループット効率が高められる。
Another preferred embodiment of the present invention increases the delivery efficiency of the preferred MLE by adding an axial asymmetry correction element to the basic preferred axisymmetric shape of each CCS. For example, the addition of a properly designed cylindrical correction element of the PRS 142 to the basic elliptical reflector surface can reduce the secondary source S 'image scaling in the direction of the lamp axis 24, Therefore, the etendue efficiency of each CCS can be improved. Such a correction element is optimally, for example, a solid window forming envelope 42, exit port 190.
It is designed to compensate for various optical image distortions caused by solid windows, color wheels, optical bandpass filters, color cubes separating spatially diverse color channels, and the like. Similarly, the axis target P
By using the RRS with an axis that is symmetrically collinear with the source axis 24 (or more generally a universal aspheric shape), the source S (nearly the envelope 4)
The astigmatism of the image focus of the retroreflected beam (caused by 2) can be reduced. This allows for "squeezing" of the majority of the retroreflected energy between the tips of the electrodes 48, thereby increasing the etendue and throughput efficiency of the respective CCS system.

【0121】与えられた収集領域に対して、さらに小さ
い二次ソースS’イメージは、放射されたソースエネル
ギーの大部分を収集できるようにする。それは、また、
ソースSの放射領域が、大きな、スペクトル変化空間エ
クステンド(例えば、金属ハロゲンランプ)を有するい
くつかのLE用途(例えばPLE)でさらに送達効率を
高めることができる、大きなエミッション領域からの効
率的なサンプリングを提供する。エンベロープ42の非
対称光学特性に関しては、非対称補正要素は、考えられ
る最高のエテンデュ効率EEを達成するために、基本的
な形状に加えられる必要がある。実践的な製造理由か
ら、多くの場合、光学的な汎用非軸対称非球面形状より
製造するのが容易であり、このような補正を行わないで
得ることができる効率に優る改善された送達効率を達成
するために、それぞれのLEとともに最適化された、軸
対称擬似楕円と擬似球形または擬似トロイドの反射体形
状を選択することもできる。
For a given collection area, a smaller secondary source S ′ image allows the majority of the emitted source energy to be collected. It also
Efficient sampling from large emission areas where the emission area of the source S can further enhance delivery efficiency in some LE applications (eg, PLE) with large, spectrally changing spatial extend (eg, metal halogen lamps) I will provide a. With respect to the asymmetric optical properties of the envelope 42, an asymmetry correction element needs to be added to the basic shape to achieve the highest possible etendue efficiency EE. For practical manufacturing reasons, improved delivery efficiency is often easier to manufacture than optical general-purpose non-axisymmetric aspheric shapes, and outweighs the efficiency that can be obtained without such corrections Can be selected to achieve an axisymmetric pseudo-ellipse and a pseudo-spherical or pseudo-toroidal reflector shape optimized with each LE.

【0122】図3Bの図8との比較により、非イメージ
ング(non-imaging)の従来の技術のMLE−Bで達成で
きるものを超えるソースSの局所的および大局的な空間
放射特徴を保持し、このようにしてターゲットTによっ
て収集可能で使用可能な光の総電力レベルPTを得るた
めに、さらに小さい収集領域を提供する、擬似イメージ
ングMLEの好適実施態様のイメージング能力の秀逸さ
が明確に示される。これらの図は、AC型ソースを備え
たMLE−Fの矩形形状をしたビーム断面のために、非
イメージングMLE−AとMLE−Bの丸いビーム断面
形状で可能であるよりも優れた収集効率が、矩形ターゲ
ットTによって達成できることも示している。このよう
な矩形ターゲットが細長いほど、一般的にはこの(幾何
学的な形状に基づいた)カップリング効率の利点は大き
くなる。すなわち、本発明を利用すると、さらに長いア
ークギャップランプはその長さ文だけ矩形ターゲットT
の中にさらに効率的にカップリングされる。それぞれさ
らに長いアークギャップ最適化ランプSがこのようなL
Eで使用されると、さらにランプの寿命が延び、電気か
ら光への変換効率は改善され、アーク先端部の妨害が減
少して放射角度が広くなり、さらに幅広いバンドの光放
出と収集とが可能になる。
By comparing FIG. 3B with FIG. 8, the local and global spatial radiation characteristics of the source S, beyond those achievable with non-imaging prior art MLE-B, are retained; The excellence of the imaging capabilities of the preferred embodiment of the pseudo-imaging MLE, thus providing a smaller collection area to obtain the total power level PT of light that can be collected and used by the target T, is clearly shown. . These figures show that due to the rectangular beam cross section of the MLE-F with AC type source, the collection efficiency is better than is possible with the round beam cross section of the non-imaging MLE-A and MLE-B. , A rectangular target T. The longer such a rectangular target is, the greater the advantage of this coupling efficiency (based on the geometric shape) is generally. In other words, using the present invention, a longer arc gap ramp can be reduced by a rectangular target T by its length.
It is more efficiently coupled into. Each longer arc gap optimization lamp S has such an L
When used in E, lamp life is further extended, electricity to light conversion efficiency is improved, arc tip obstruction is reduced, the emission angle is widened, and wider band light emission and collection is achieved. Will be possible.

【0123】上記の分析より、MLE−Fを出る光を最
もエテンデュ効率的に収集するためには、それぞれの光
収集領域Acが二次ソースS’Fの2つの強度ピーク(i
ntensity peak)252と159を取り囲む、1つまたは
複数のサブ領域Aiに配分されなければならない。好ま
しくは、これらのサブ領域Aiの断面形状は、高い方の
強度領域を封入する等しい相対的ピーク強度の等高線の
形状を有する。図3Bと図8でASLと記されている太
い円形と楕円形の線は、例えば、Ac=19.6mm2
という最大総収集面積を有するそれぞれ最良のアクセプ
ト面ASiの収集アパーチャを示す。
According to the above analysis, in order to collect the light exiting the MLE-F most efficiently, each light collection area Ac has two intensity peaks (i
must be allocated to one or more sub-regions Ai surrounding 252 and 159. Preferably, the cross-sectional shape of these sub-regions Ai has a contour shape of equal relative peak intensity enclosing the higher intensity region. The thick circular and elliptical lines marked ASL in FIGS. 3B and 8 are, for example, Ac = 19.6 mm 2
Respectively showing the best collecting plane ASi collection aperture with the largest total collection area.

【0124】図8と図9は、図2、図3Aおよび図3B
に示されている従来の技術のMLE−Bの対称出力ビー
ムとは反対に、それぞれの二次放射体積S’Fの空間角
依存放射特性が軸に沿って非対称的に形成されているこ
とを示す。さらに具体的には、MES144では、角発
散はさらに狭くなり、最適収集領域は、好ましくはラン
プ軸24の方向で長くなる。したがって、図8の太線で
示される収集面ASLは、それぞれの(効果的)放射面
と収集面、およびそれらの角依存エネルギー密度関数
が、エテンデュ効率的に互いに変換できる場合には、与
えられたターゲットTに対する最大カップリング効率に
とって最適である。
FIGS. 8 and 9 correspond to FIGS. 2, 3A and 3B, respectively.
In contrast to the symmetric output beam of the prior art MLE-B shown in FIG. 1, the spatial angle dependent radiation characteristic of the respective secondary radiation volume S'F is formed asymmetrically along the axis. Show. More specifically, in the MES 144, the angular divergence is even narrower and the optimal collection area is preferably longer in the direction of the lamp axis 24. Therefore, the collection plane ASL indicated by the bold line in FIG. 8 is given if the respective (effective) emission and collection planes and their angular dependent energy density functions can be converted to each other efficiently by etendue. Optimum for maximum coupling efficiency to target T.

【0125】ソースS’およびターゲットTの収集アパ
ーチャCA(x、y;T)の有効放射アパーチャEA
(x、y;S‘)の形状(例えば、マスク)が線形スケ
ーリング関数(linear scaling function)、つまりk>
0であるEA(x、y;S’)=k*CA(x,y;
T)によって互いに変換できる、軸対象ビームの場合、
および対称アクセプト角のターゲットの場合(例えば、
なんらかの種類のLV、形状化可能な照明ターゲット、
およびLG)に対して、エテンデュ効率、送達効率増
強、ビーム再フォーマットタスクは、イメージングまた
は非イメージングSBT、つまり軸対称ビーム変換能力
を有する光学システムを使用して従来の技術によって達
成できる。例えば、一定の断面形状とアスペクト比(そ
れぞれのターゲット収集アパーチャCA(x、y;T)
の形状に同一)を備えたイメージングレンズあるいは円
形または矩形のテーパインテグレータロッドが、等式
(2)の一定エテンデュ解決策に従って、それぞれの発
散角度の同時減/増で、軸対象ソースS’の有効“放射
スポットサイズ”を増/減するために使用できる。この
ようにして、例えば、適切な寸法で作られている矩形形
状の放射制限“出口”アパーチャ(図5のマスク124
と126を参照)を使用することによって、それぞれの
二次ソースS’の発散角度を、矩形ターゲットTのアク
セプト角に最適にマッチさせることができる。ただし、
ソースS’とターゲットTの断面形状の一般的な不整合
のために、この従来の技術の軸対称ビーム再フォーマッ
ト方法は、エテンデュ制限されているエネルギー収集に
おいては望ましくない送達効率損失につながることが多
い。
The effective emission aperture EA of the collection aperture CA (x, y; T) of the source S ′ and the target T
The shape (eg, mask) of (x, y; S ′) has a linear scaling function, ie, k>
EA (x, y; S ') = 0 = k * CA (x, y;
For axially symmetric beams, which can be converted into each other by T),
And for targets with symmetric accept angles (for example,
Some kind of LV, a shapeable lighting target,
And LG), etendue efficiency, delivery efficiency enhancement, and beam reformatting tasks can be accomplished by conventional techniques using imaging or non-imaging SBT, i.e., an optical system with axisymmetric beam conversion capabilities. For example, a constant cross-sectional shape and an aspect ratio (each target collection aperture CA (x, y; T)
Imaging lens or a circular or rectangular tapered integrator rod with the same finite angle of divergence according to the constant etendue solution of equation (2), with the simultaneous reduction / increase of the respective divergence angles, the effective of the axially symmetric source S ′. Can be used to increase / decrease “radiation spot size”. In this way, for example, a radiation-limited "exit" aperture of rectangular shape, suitably sized (mask 124 in FIG. 5)
And 126), the divergence angle of each secondary source S ′ can be optimally matched to the acceptance angle of the rectangular target T. However,
Due to the general mismatch of the cross-sectional shapes of the source S 'and the target T, this prior art axisymmetric beam reformatting method can lead to undesirable delivery efficiency losses in etendue-limited energy collection. Many.

【0126】本発明の別の好適実施態様に従って、(例
えば、好適MLEによって作られている)与えられた非
対称二次ソースS’と、与えられたターゲットTのため
に、多くの種類のLEの送達効率をさらに増加させる、
つまり、このような軸対称カップリングシステムの能力
を超えて高めるために、理想的には、ソースS’の空
間、角および/またはスペクトルビームの特性は、ター
ゲットTにさらに良好にフィットさせるため、(SBT
解決策に比較して)エテンデュ効率が強化された方法
で、好適タイプのABTで再フォーマットされる。この
ようなABTは、好ましくは、指定されている非対称ソ
ースS’にマッチしている入力ポートと、指定されてい
るターゲットTにマッチしている出力ポートとマッチし
ている光学システムとして設計される。
In accordance with another preferred embodiment of the present invention, for a given asymmetric secondary source S '(eg, made by a preferred MLE) and a given target T, many types of LEs Further increase the delivery efficiency,
That is, to enhance beyond the capabilities of such an axisymmetric coupling system, ideally the properties of the spatial, angular and / or spectral beams of the source S ′ should be better fitted to the target T, (SBT
It is reformatted with a preferred type of ABT in a manner that enhances etendue efficiency (compared to the solution). Such an ABT is preferably designed as an optical system matching an input port matching the specified asymmetric source S 'and an output port matching the specified target T. .

【0127】このような好適ABTは、i)イメージン
グタイプ、またはii)非イメージングタイプのどちら
かとなり、1つまたは複数のABTを直列および/また
は並列配置で備え、オプションでSBTとインターミン
グル(intermingle)され、それぞれのアナモルフィック
ビーム変換器システム(ABTS)を形成することがで
きる。本発明に関係するすべての好適ABTSは、それ
らのそれぞれの収集アパーチャCA(x、y)|ABT
Sが、その出口ポートの出射アパーチャEA(x、y)
|ABTSに非線形に関係している、つまりk>0であ
り、z軸が局所ビーム伝搬軸(local beam propagation
axis)であるCA(x、y)ABTS≠k*EA(x、
y)|ABTSであることを共有する。ABTとSBT
の入力ポートと出力ポートは、収集アパーチャCA
(x、y)|ABTSから収集されるエネルギーをその
出射アパーチャEA(x、y)|ABTSの上にマッピ
ングする効率的な遠隔電磁放射移動手段によって結合さ
れている。したがって、これらのABTSは、軸非対称
入力ビームの出力発散(output divergence)および/ま
たはビーム断面を少なくとも2つの選択された直交平面
で異なるように変更し、それらは非対称ソースS’とタ
ーゲットTに関して好適な整合配向性を有する。
Such preferred ABTs can be either i) an imaging type or ii) a non-imaging type, comprising one or more ABTs in a serial and / or parallel arrangement, and optionally with an SBT and an intermingle. ) To form a respective anamorphic beam converter system (ABTS). All preferred ABTS related to the present invention have their respective collection apertures CA (x, y) | ABT
S is the exit aperture EA (x, y) at its exit port
| Is nonlinearly related to ABTS, that is, k> 0, and the z axis is the local beam propagation axis.
axis) CA (x, y) ABTS ≠ k * EA (x,
y) Share that it is ABTS. ABT and SBT
The input and output ports of the
Combined by efficient remote electromagnetic radiation transfer means that maps the energy collected from the (x, y) | ABTS onto its exit aperture EA (x, y) | ABTS. Thus, these ABTS change the output divergence and / or beam cross-section of the axially asymmetric input beam differently in at least two selected orthogonal planes, which are favorable for the asymmetric source S 'and target T It has excellent matching orientation.

【0128】ソースS’によってターゲットTの上に放
射されるエネルギーのエテンデュ効率的なカップリング
に対して、出射アパーチャEA(x、y)|ABTSの
好適断面形状は、好ましくは、ターゲットTの有効収集
アパーチャCA(x、y;T)のエテンデュ効率的なア
ナモルフィック線形形状変更(etendue efficient, anam
orphic linear shape change)である。つまり、EA
(x、y)|ABTS=l(x)*l(y)*CA(x、
y;T)であり、l(i)=|sin(θiT)/si
n(θie)|,i=xまたはyで、θiTがターゲット
Tのそれぞれのアクセプト角であり、θieが出力ポー
トのそれぞれの出射発散角である。各面ごとに、関連す
るx軸とy軸は、局所伝搬軸(local propagation axis)
z、および与えられた最長寸法または優先軸xに基づい
て求められる。非対称モードで使用されるDMDまたは
TMA LVのような非対称アクセプト角関数を備えた
ターゲットの場合、出射発散角分布は好ましくは、出力
ポートのターゲットTへの前述された空間マッチング
が、必要な角依存放射と非対称アクセプト関数をもマッ
チングさせるように、ターゲットのニーズにもマッチン
グされる。
For etendue-efficient coupling of energy emitted by the source S ′ onto the target T, the preferred cross-sectional shape of the exit aperture EA (x, y) | ABTS is preferably that of the target T Etendue efficient, anamorphic linear shape modification of the collection aperture CA (x, y; T)
orphic linear shape change). That is, EA
(X, y) | ABTS = 1 (x) * l (y) * CA (x,
y; T), and l (i) = | sin (θi T ) / si
n (θi e) |, with i = x or y, .theta.i T are each of accept angle of the target T, .theta.i e are each of the exit divergence angle of the output ports. For each surface, the associated x and y axes are the local propagation axis
Determined based on z and the given longest dimension or preferred axis x. For targets with an asymmetric accept angle function such as DMD or TMA LV used in asymmetric mode, the exit divergence angle distribution is preferably such that the aforementioned spatial matching of the output port to the target T requires the required angular dependence. Just as the radiation and the asymmetric accept function are matched, it is also matched to the needs of the target.

【0129】入力形状と出力形状の選択は、それぞれの
入力ポートと出力ポートの間での遠隔エネルギー送達手
段の選択(つまり、その角非対称エネルギー密度関数を
対称化しない性能)だけではなく、ターゲットTの使用
可能な非対称入力ビームと照明要件に依存する。また、
単一入力ポートと出力ポートだけが説明されているが、
必要に応じて、複数の入力ポートおよび/または出力ポ
ートを有する複合ABTSを構築することができ、前記
教示内容は実際の状況に応じて修正することができる。
The choice of input and output shapes depends not only on the choice of remote energy delivery means between the respective input and output ports (ie, the ability to not symmetrical its angular asymmetric energy density function), but also on the target T Depends on the available asymmetric input beam and illumination requirements. Also,
Although only a single input and output port is described,
If desired, a composite ABTS having a plurality of input ports and / or output ports can be constructed, and the teachings can be modified according to the actual situation.

【0130】したがって、本発明の好適MLEによるエ
テンデュ効率的な放射立体角低減(etendue efficient e
mission solid angle reduction)を達成した後に、多く
のエテンデュ制限されているターゲット照明用途のため
のLEの送達効率は、現在、その多くが、エテンデュ効
率的にそれぞれ二次的なソースS’によって放出されて
いる非対称ビームを、特定の指定ターゲットTでのより
使用可能な照明ビームにさらに再フォーマットするため
の識別性実践的手段にも依存する。
Therefore, etendue efficient solid angle reduction by the preferred MLE of the present invention.
After achieving mission solid angle reduction, the delivery efficiencies of LEs for many etendue-limited target lighting applications are now many of which are each etendue efficiently released by each secondary source S '. It also relies on discriminative practical measures to further reformulate the asymmetric beam being used into a more usable illumination beam at a particular designated target T.

【0131】最も一般的に使用されている照明ターゲッ
トT(LG、LV,フィルムのコマ、反射スライドまた
は伝達性スライド等)は、軸対称角依存エネルギーアク
セプト関数を有する。したがって、このようなABTS
が、エテンデュ効率的、および十分な伝達性で動作する
場合、本発明に従って、ABTSによって、(図9に示
されている)非対称角依存エネルギー密度関数をさらに
対称的な関数に変換することによって、追加の入力収集
領域が、同じ収集領域のために獲得できる。したがっ
て、好適ABTSは、エテンデュ効率的な非対称入力ビ
ーム、つまり最大角発散を有する方向でその最も狭いビ
ームウェスト部を有するビームと組み合わせて、指定さ
れているサイズと形成されている出射アパーチャに対す
る最長ビームウェスト部の方向で引き伸ばされているさ
らに大きい収集アパーチャを効果的に提供することによ
って、それぞれのエテンデュ制限されているLEの送達
効率をさらに高めることができる。
The most commonly used illumination targets T (LG, LV, film frame, reflective slide or transmissive slide, etc.) have an axisymmetric angle dependent energy accept function. Therefore, such an ABTS
When operating with etendue efficiency and sufficient transmissivity, according to the present invention, by converting the asymmetric angle dependent energy density function (shown in FIG. 9) into a more symmetric function by the ABTS, Additional input collection areas can be obtained for the same collection area. Therefore, the preferred ABTS is an etendue-efficient asymmetric input beam, ie, the beam with its narrowest beam waist in the direction with the largest angular divergence, combined with the specified size and the longest beam for the exit aperture being formed By effectively providing a larger collection aperture that is stretched in the direction of the waist, the delivery efficiency of each etendue-limited LE can be further increased.

【0132】この発明の別の好ましい実施例では、異な
る型式のABTを使用する。例えば、図8に示した楕円
断面領域ASLを、別の楕円また は円形に変換するた
めに、この発明の好ましい実施例では、x軸とy軸の両
方を、それぞれの光学システムのz軸に沿ってほぼ等し
い像距離で、エミッションソースS’の像を形成するよ
うに選択された直交二重円筒型光学機器を使用するが、
x軸とy軸の発散及びそれぞれの直交倍率(magnificati
on)は異なり、望むエテンデュ率及 びデリバリ率である
最良領域/角のビームリフォーマットファンクションを
達成するように選択される。さらに、このようなアナモ
ルフィック光学画像システムを適切に設計することによ
って、システムにPCSを容易に追加でき、約2倍の断
面領域とそれぞれのエテンデュとを有した非常に極性化
された出力ビームが発生する。いくつかの型式のLE用
途では、このことによってこのシステムのデリバリ率が
改善できる。このようなPCSは、必要に応じて以降で
説明する他の実施例のいくつかにも追加できる。あるい
は、軸対称リフレクタ断面(球、放物線、トロイダル、
オブロイド、楕円、非球面など)を有した凹面および凸
面リフレクタと、軸対称および非対称レンズを有したも
のの組み合わせで、ビームステアリング(beam steerin
g)と高エテンデュ率の領域/角度変換の組み合わせに利
用 することができる。
In another preferred embodiment of the present invention, different types of ABT are used. For example, to convert the elliptical cross-sectional area ASL shown in FIG. 8 to another ellipse or circle, in a preferred embodiment of the present invention both the x-axis and the y-axis are in the z-axis of the respective optical system. Using orthogonal double-cylindrical optics selected to form an image of the emission source S ′ with approximately equal image distances along
Divergence of the x-axis and y-axis and their respective orthogonal magnifications (magnificati
on) is different and is selected to achieve the best area / angle beam reformatting function that is the desired etendue and delivery rates. Furthermore, by properly designing such an anamorphic optical imaging system, a PCS can easily be added to the system, and a highly polarized output beam having approximately twice the cross-sectional area and respective etendues Occurs. For some types of LE applications, this can improve the delivery rate of the system. Such a PCS can be added to some of the other embodiments described below as needed. Alternatively, an axisymmetric reflector section (sphere, parabola, toroid,
A combination of concave and convex reflectors with obroids, ellipses, aspheric surfaces, etc., and those with axially symmetric and asymmetric lenses, provides beam steering (beam steerin).
It can be used for the combination of g) with high etendue area / angle conversion.

【0133】この発明の別の好ましい実施例では、一対
のマッチしたレンズアレイまたは位相アレイを用いて、
それぞれのシステムの出口アパーチャEA(x、y)│
ABTSでビーム断面を再形状化し、ビーム強度を空間
的(スペース的)に平均化する。各ペアの第一要素はビ
ームを複数のサブビームに分割し、各サブビームに対し
て、各々高エテンデュ率である角度/領域変換を行い、
第2要素は各サブビームを組み合わせ、重ね合わせて、
領域、角度(アングル)および空間的な強度を変換した
出射ビームを生成する。なお、MLEの好ましい型式の
一般的に、さらに長方形の出射ビーム(図8参照)と、
その面積(エテンデュ)効率のよい非対称角度依存エネ
ルギー密度関数(図9参照)によって、各ビームを4:
3または16:9のアスペクト比の長方形に変換する
と、等価的な円を長方形の領域に変換する場合より、一
般に面積効率がよくなる(高エテンデュ率となる)。
In another preferred embodiment of the invention, a pair of matched lens arrays or phase arrays are used to
Exit aperture EA (x, y) for each system |
The beam cross section is reshaped by the ABTS, and the beam intensity is spatially averaged. A first element of each pair splits the beam into a plurality of sub-beams, and performs an angle / domain conversion on each sub-beam, each having a high etendue rate;
The second element combines and overlaps each sub-beam,
An output beam having a converted area, angle (angle) and spatial intensity is generated. It should be noted that a generally rectangular output beam of the preferred type of MLE (see FIG. 8),
Due to its area (etendue) efficient asymmetric angle dependent energy density function (see FIG. 9), each beam is divided into 4:
Converting to a rectangle with an aspect ratio of 3 or 16: 9 generally results in better area efficiency (higher etendue ratio) than converting an equivalent circle to a rectangular area.

【0134】この発明に基づく別の好ましいABTは、
短チャネル、固体、透過性、軸非対称テーパ型、非結像
LGカップリング要素であって、適切な低屈折率クラッ
ド層または光学的に非常に優れた研磨面または清浄面を
有する。さらに別の好ましい製造方法では、中空の高反
射性軸非対称テーパ型チューブから、このようなABT
を作製する。入射断面形状から出射断面形状への変化
は、好ましくは適切な遅い速度、または段階的に徐々に
変化し、所定の製造コストの制約に対して、所定のLE
の伝達効率(デリバリ率)を最大にするように形状選択
する。
Another preferred ABT according to the present invention is
A short channel, solid, transmissive, axially asymmetric tapered, non-imaging LG coupling element with a suitable low index cladding layer or an optically superior polished or clean surface. In yet another preferred manufacturing method, such an ABT is obtained from a hollow highly reflective axially asymmetric tapered tube.
Is prepared. The change from the input cross-sectional shape to the output cross-sectional shape preferably changes gradually at an appropriate slow rate or gradually, and for a given manufacturing cost constraint, a given LE
Shape is selected so as to maximize the transmission efficiency (delivery rate).

【0135】図6は、この発明の別の好ましい実施例の
断面図を示しており、2つの異なる型式のABTは、ま
ず並列に、次に直列に使用し、これらを使用して、AB
TSとして、高伝達効率の領域/角度再変換複合LGを
構成し、各々LGLE−G、ABTLE−Gを形成す
る。なお、この例の場合、所定の出射(出口)ポート
(図示せず)の非常に小さな出射アパーチャに対して集
束(収集)最適化を行い、最適集束解(optimum collect
ion solution)は、エミッションボリューム(放出体
積)EVS’Fの2つのホットスポット(エミッション
ソースまたは放出源70Fと72Fの所定の像)の近傍
に、空間的に隔てられた2つの異なるエネルギー集束位
置を必要とする。従って、最適化された所定のエネルギ
ー集束は、2つの異なる入射ポートIP1、IP2を伴
って示され、分岐領域再成形(bifurcatedarea reshapin
g)LG160によって、単一出射ポートOP(この図に
は示されていない)に組み合わせられる。第1の型式の
ABTは主に、所定の軸非対称、角度依存エネルギー密
度関数(軸非対象アングル依存エネルギー密度ファンク
ション(axial asymmetric, angular dependent energy
density function))を、面積効率(etendue efficient)
のよい方法で対称的にする。第2ABTは、すでに対称
的になっている角度依存エネルギー密度関数(ファンク
ション)を実質的に変更することなく、領域を再成形す
る。この2段階の方法によって、最適領域再変換手順か
ら最適角度再変換手順を分離でき、適合した連続的な対
として、それらは所定の伝達効率をさらに増大させる。
図6は、第1の型式のABTとして、非対称テーパ型集
束器(インテグレータ)を用いているが、同様の機能を
実現するために、他の型式の面積効率のよい結像または
非結像アナモルフィックビーム変換器を使用することも
できる。
FIG. 6 shows a cross-sectional view of another preferred embodiment of the present invention, in which two different types of ABT are used, first in parallel and then in series, using
As the TS, an area / angle reconversion composite LG having high transmission efficiency is formed, and LGLE-G and ABTLE-G are formed, respectively. In this case, focusing (collection) optimization is performed on a very small exit aperture at a predetermined exit (exit) port (not shown), and an optimal focus solution (optimum collect solution) is obtained.
The ion solution places two different energy focusing positions spatially separated in the vicinity of two hot spots (predetermined images of the emission source or emission sources 70F and 72F) of the emission volume EVS'F. I need. Thus, an optimized predetermined energy focus is shown with two different input ports IP1, IP2, and a bifurcated area reshapin.
g) Combined by LG 160 into a single exit port OP (not shown in this figure). The first type of ABT is mainly composed of a predetermined axial asymmetric, angular dependent energy density function (axial asymmetric, angular dependent energy density function).
density function)), etendue efficient
Symmetric in a good way. The second ABT reshapes the region without substantially changing the already symmetrical angle-dependent energy density function. With this two-stage method, the optimal angle reconversion procedure can be separated from the optimal area reconversion procedure, and as a matched continuous pair, they further increase the predetermined transmission efficiency.
FIG. 6 uses an asymmetric tapered concentrator (integrator) as the first type of ABT, but other types of area-efficient imaging or non-imaging analyzers to achieve similar functions. A morphic beam converter can also be used.

【0136】図7は、好ましいABTの別の実施例であ
って、単一の長方形非対称延伸テーパ型集束器(single
rectangular, asymmetrically stretched tapered inte
grator)162を示しており、集束器162は、ランプ
軸に直交する出射角θv eの減少関数(リダクションファ
ンクション(reduction function))として機能する。つ
まりy軸において入射側の高さより出射側の高さの方が
大きい。このテーパ型集束器162は、湾曲を有する出
射面(exit surface)を備えるように示されており、所定
のLGLE−Gに対して、それぞれ照射目標(照明ター
ゲット)TGを形成する。このように適切に選択した湾
曲を有する出射面を使用して、例えば、対称ビーム変換
カップリング光学機器(symmmetric beam transforming
couplingoptic)と組み合わせて、単一のカップリングレ
ンズで、準(クアジ)テレセントリック入射ビーム(qua
si telecentric incident beam)を形成できる。従っ
て、このように好ましい面(傾き湾曲した出射面および
入射面など)を用意することによって、前述のような補
助的な光学要素の一体化を可能とし、さらにLEシステ
ムを最適化でき、ビーム走査(beam steering)、“シャ
インプフルーク(Schein-plug)”光学補正(optical corr
ection)、テレセントリック制御(telecentricity contr
ol)、フィールド平坦化(field flattening)、色分離(co
lor separation)、偏光分離/結合(polarization/split
ting/combining)などに役立つ。
FIG. 7 shows another preferred embodiment of the ABT, which is a single rectangular asymmetric stretched tapered concentrator.
rectangular, asymmetrically stretched tapered inte
(grator) 162, and the concentrator 162 functions as a reduction function of the emission angle θ v e orthogonal to the lamp axis. That is, the height on the emission side is larger than the height on the incident side in the y-axis. The tapered concentrator 162 is shown to have a curved exit surface, and forms an irradiation target (illumination target) TG for a given LGLE-G. Using an exit surface with a properly selected curvature in this way, for example, symmetrical beam transforming optics
coupled optics, combined with a single coupling lens, a quasi-telecentric incident beam (qua
si telecentric incident beam). Thus, by providing such preferable surfaces (e.g., a curved exit surface and an entrance surface), it is possible to integrate the auxiliary optical elements as described above, further optimize the LE system, and perform beam scanning. (beam steering), “Schein-plug” optical correction
section), telecentricity contr
ol), field flattening, color separation (co
lor separation, polarization / split
ting / combining).

【0137】非対称延伸テーパ型集束器162は、非常
に簡単で低コストなABT設計の解答(solution)であ
り、好ましい型式のMLEと組み合わせると、特別な場
合の長方形目標T(LVなど)に対して、従来のカップ
リング技術より伝達効率を増大できる。ターゲットある
いは目標Tは、固有の非対称角度依存受光(アクセプ
ト)関数(asymmetric angular dependent acceptance f
unction)(DMDTMまたはTMATMライトバルブなど)
または固有の対称受光角(LCD、投影スライド、対称
照射モードで用いられる他の型式の固有の非対称素子あ
るいは装置など)を有することもできる。従って、テー
パ型集束器162の2つの直交する方向(xとy)にお
ける非対称テーパは、所定の水平方向と垂直方向の発散
を伴う準対称(quasi-symmetric)または非対称の目標の
照射必要性を近似的に満たすように選択される。
The asymmetric stretch taper concentrator 162 is a very simple and low cost ABT design solution, which, when combined with the preferred type of MLE, allows for a special case rectangular target T (such as LV). Thus, the transmission efficiency can be increased as compared with the conventional coupling technology. The target or target T is a unique asymmetric angular dependent acceptance f
unction) (such as DMD TM or TMA TM light valve)
Or it may have a unique symmetric acceptance angle (LCD, projection slide, other types of unique asymmetric elements or devices used in symmetric illumination mode, etc.). Thus, the asymmetric taper of the tapered concentrator 162 in two orthogonal directions (x and y) reduces the need for quasi-symmetric or asymmetric target illumination with a given horizontal and vertical divergence. It is chosen to satisfy approximately.

【0138】例えば、垂直方向の傾斜軸を備えたDMD
またはTMAの場合、本来の角度依存非対称エネルギー
密度関数(図9参照)は、理想的な照射ビームに近く、
LVに対するカップリング効率を改善し、コントラスト
を低下させず、図5に示したような非対称マスク124
を使用する必要もない。特に、水平中心軸の周りのラン
プ遮蔽部(lamp blockage section)は、高コントラスト
PLEに使用する場合の散乱を最小にするのに役立つ。
従って、好ましい型式のMLEを使用すると、その本来
の非対称角度依存性を用いて、対称モードまたはそれ固
有の非対称モードで、関連したDMDまたはTMA P
LEを動作する際の伝達効率を向上させることになる。
For example, a DMD having a vertical tilt axis
Alternatively, in the case of TMA, the original angle-dependent asymmetric energy density function (see FIG. 9) is close to the ideal illumination beam,
The asymmetric mask 124 as shown in FIG. 5 improves the coupling efficiency for LV and does not reduce the contrast.
No need to use. In particular, a lamp blockage section around the horizontal central axis helps minimize scattering when used in high contrast PLE.
Thus, using the preferred type of MLE, using its inherent asymmetric angle dependence, the associated DMD or TMAP in a symmetric mode or its own asymmetric mode.
This improves the transmission efficiency when operating the LE.

【0139】いったん領域/角度再変換器(area/angle
reformatter)としてテーパ型集束器を使用することに決
定すれば、それを用いて、1方向または2つの直交する
方向の出射発散θv eをさらに低減し、後続のカップリン
グ光学機器(follow-on coupling optic)の要求を簡略化
することも考えられる(図7参照)。PLE用の場合、
このような非対称テーパ型ABTは、同じ部分と長方形
の集束部内で、空間的に平均化する関数(ファンクショ
ン)を提供するためにも十分な長さとすることができる
ので、好ましい解決策であることが多く、このような非
対称テーパ型LGの出射形状は、目標と第2放出源(セ
カンダリソース)S’上に、より効率的にマップ(map)
するために選択できる。スループット効率と空間的な出
射強度の均一性を向上させるために、適合させた複数の
テーパ型および非テーパ型集束部を組み合わせて、PL
E用伝達効率を最大にすることもできる。
The area / angle re-converter (area / angle
If it is decided to use a tapered concentrator as the reformatter, it will be used to further reduce the exit divergence θ v e in one or two orthogonal directions and to provide subsequent coupling-on optics (follow-on). It is also conceivable to simplify the requirements for coupling optics (see FIG. 7). For PLE,
Such an asymmetric tapered ABT is a preferred solution because it can be long enough to provide a function of spatial averaging within the same part and rectangular focus. The output shape of such an asymmetric tapered LG is more efficiently mapped onto the target and the second emission source (secondary source) S ′.
You can choose to In order to improve the throughput efficiency and the uniformity of the spatial output intensity, a combination of a plurality of adapted tapered and non-tapered focusing sections,
The transmission efficiency for E can also be maximized.

【0140】例えば、4:3のアスペクト比の長方形の
出射形状の場合、ランプの軸方向に1.25×1の寸法
で延伸を行う(水平方向の24.5°を30°に変換す
る)と、アスペクト比5:3に対して、25%だけ大き
な長方形の入射集束アパーチャとなる。図9に示すよう
に、このような細長い入射アパーチャは、4:3の集束
アパーチャより、理想的に示された楕円型の受光面AS
Lに対してさらによく適合する。従って、このようなテ
ーパ型集束器162は、十分な理論限界(44%領域利
得)まで、面積効率のよいビーム再変換を行えないが、
実現可能な伝達効率を得ることと、このような単一部材
の伝達効率を改善することによる製造/開発コストの間
で、非常に良好な歩み寄りを実現する。
For example, in the case of a rectangular emission shape having an aspect ratio of 4: 3, stretching is performed in the axial direction of the lamp with a dimension of 1.25 × 1 (converting 24.5 ° in the horizontal direction to 30 °). And a rectangular incident focusing aperture that is 25% larger than the aspect ratio of 5: 3. As shown in FIG. 9, such an elongated entrance aperture has an elliptical light-receiving surface AS that is ideally shown rather than a 4: 3 focusing aperture.
A better fit for L. Therefore, such a tapered concentrator 162 cannot perform the area-efficient beam reconversion to a sufficient theoretical limit (44% area gain).
A very good compromise is achieved between obtaining a achievable transmission efficiency and the manufacturing / development costs by improving the transmission efficiency of such a single part.

【0141】照射機能と入射ビームに依存して、より複
雑な非対称テーパ型、例えば線形および非線形の縦方向
の変化を伴った、楕円から長方形、六角形から長方形、
八角形から長方形、長方形から八角形を形成する角が傾
斜状となった長方形などを用いて、特定のLE設計の場
合の伝達効率をさらに改善できる。
Depending on the illumination function and the incident beam, more complex asymmetric tapered types, such as elliptical to rectangular, hexagonal to rectangular, with linear and non-linear longitudinal changes,
The transmission efficiency in the case of a specific LE design can be further improved by using a rectangle having a slanted corner forming an octagon from an octagon or a rectangle forming an octagon from a rectangle.

【0142】この発明に基づく好ましい方法では、所定
の中空の製造方法に対して、所定のABTを2つまたは
3つ以上の(おそらく同一の)部分を接着したものであ
り、例えば、2つのL字形の部分を接着して長方形の断
面を形成する。このような好ましい固体中空ABT部材
は、押出し加工と選択的・補助的なスランピング、研削
/研磨、および電気鋳造加工によっても形成できる。必
要であれば、複数のABTとSBTを直接カップリング
し、所望の伝達効率改善ビーム再変換機能(delivery ef
ficiency-enhancing beam reformatting task)を、グル
ープとして行うこともできる。
In a preferred method according to the invention, a given ABT is obtained by bonding two or more (possibly identical) parts of a given ABT to a given hollow manufacturing method. The letter-shaped portions are glued to form a rectangular cross section. Such preferred solid hollow ABT members can also be formed by extrusion and selective and auxiliary slumping, grinding / polishing, and electroforming. If necessary, a plurality of ABTs and SBTs are directly coupled, and a desired transmission efficiency improving beam re-conversion function (delivery ef.
Ficiency-enhancing beam reformatting tasks can also be performed as a group.

【0143】図10は、長方形のテーパ型水晶集束ロッ
ドに対する一般的な角度依存エネルギー密度関数の変化
を示しており、このロッドは、ランプ軸24と平行な方
向のA軸に沿って、係数1.2で線形に延伸する。図9
は、データを生成するために使われる所定の入射分布を
示しており、所定の非対称延伸テーパの出射ポートは、
6.4×5mmの長方形の放出アパーチャであった。図
10は、このような単純構造のABTが、さらにずっと
均一な角度依存エネルギー密度関数を生成できることを
示しており、所定の0.5NAの受光コーン(図9、1
0では円155で示される)に対して、非対称な入射ビ
ームより適合したビームを提供できる。また、図9は、
4つのコーナにおいて、円115の外側のエネルギーに
漏れがあり、集束効率をやや低減することも示してい
る。より複雑な集束器形状や他の型式のABTを使用す
ることにより、このようなスループット効率を下げる漏
れ損失をやや低減し、タイオウする伝達効率をさらに改
善することもできる。
FIG. 10 shows the variation of the general angle-dependent energy density function for a rectangular tapered quartz focusing rod, which has a factor of 1 along the A-axis parallel to the lamp axis 24. 2. Stretch linearly. FIG.
Shows the predetermined incidence distribution used to generate the data, and the output port of the predetermined asymmetric stretch taper is
It was a 6.4 × 5 mm rectangular emission aperture. FIG. 10 shows that such a simple structure ABT can produce a much more uniform angle dependent energy density function, with a given 0.5 NA receiver cone (FIGS. 9, 1).
For 0, indicated by circle 155), a more suitable beam can be provided than an asymmetric incident beam. Also, FIG.
It also shows that at the four corners, the energy outside the circle 115 has a leak, which slightly reduces the focusing efficiency. The use of more complex concentrator shapes and other types of ABTs can also slightly reduce such leakage losses that reduce throughput efficiency and further improve tidal transmission efficiency.

【0144】従って、ビーム発散(beam divergence)θ
hを光源の軸(source axis)方向で増加させ、光源の軸
方向と直交する発散θvに適合させると、対応するテー
パ型LGの入射ポートの全集束領域も同様に増大する。
Therefore, the beam divergence θ
If h is increased in the direction of the source axis and is adapted to a divergence θv orthogonal to the axial direction of the light source, the total focusing area of the corresponding tapered LG entrance port will likewise increase.

【0145】従って、好ましいMLEの出射ビームの軸
非対称角度依存エネルギー密度関数を利用することによ
って、第2放出源S’レベルで、所定の集束面積(colle
ction etendue)Ecに対する有効集束領域Acを主に特に
増大させ、さらに面積限界(etendue-limited)で集束す
る場合において伝達効率が増大する。
Therefore, by utilizing the axially asymmetric angle-dependent energy density function of the output beam of the preferred MLE, at the level of the second emission source S ', a predetermined focusing area (colle
In particular, the effective focusing area Ac for the ction etendue Ec is particularly increased, and the transmission efficiency is increased when focusing on an etendue-limited.

【0146】さらに、ガス放電ランプのほとんどの分子
放出が、所定の原子放出より大きな領域で放出されるの
で、それに比例してより広帯域の光が、1)好ましいM
LEの擬似(クアジ)画像およびほぼ100%の集束効
率と、2)面積効率のよい角度エネルギー対称ABTに
よって、好ましいMLEで(MLE−A型とMLE−B
型以上に)集められる。これらの効果は両方とも、カラ
ー画像生成PLEの伝達効率の点でも役に立つ。
Furthermore, since most of the molecular emissions of a gas discharge lamp are emitted in a region larger than a given atomic emission, a proportionally wider band of light is obtained, 1) the preferred M
Pseudo (quasi) images of LE and nearly 100% focusing efficiency, and 2) area efficient angular energy symmetric ABT (MLE-A and MLE-B) at preferred MLE
(More than a mold). Both of these effects are also helpful in terms of the transmission efficiency of the color image generation PLE.

【0147】さらなる伝達効率の向上は、別の面積効率
のよい色再変換の可能性から生じることがあり、この可
能性は好ましいMLE設計の固有のものである。全放出
エネルギーの約30〜50%を放出領域に反射すること
により、この光は、所定の放出領域内に配置された電磁
エネルギー放出材料と再度相互作用できる。従って、こ
の発明の別の好ましい実施例は、効率的な色再変換の目
的でも好ましい型式のMLEを使用する。前述のよう
に、所定のMLE−F、MLE−Gなどは、ほぼ4πス
テラジアンで所定の放出領域から放出された光を、実質
的に面積を維持する方法で集め、角度を再変換できるの
で、このようなCCSは、非誘導(non-stimulated)(非
レーザ型)光−物質相互作用で一般に発生するビーム方
向変換効果(beam redirection effects)を処理できる。
特に、この発明の好ましい実施例のいくつかでは、放出
エネルギーの約30〜50%が放出領域から再度送られ
る。特に、ガス放電アークランプの場合、サイズを大き
くすることなく、放出領域の光路長(optical path leng
th)を効果的に約2倍にする。このように増大された光
路長を使って、狭帯域原子線(narrow band atomic lin
e)(例えばHg)から広帯域分子線(broad band molecu
lar line)(Xeスペクトルにより近い)まで変換効率
を増大できる。また、前述の内容から、光路長を効率的
に2倍にすることによって、このような最適な色再変換
効果(color reformatting effect)を介して、最適な伝
達効率を達成するために、異なるガス充填混合物(gas f
illing mixture)を選択できることは明らかである。
Further enhancements in transmission efficiency may result from another area-efficient color re-conversion possibility, which is inherent in the preferred MLE design. By reflecting about 30-50% of the total emitted energy to the emitting area, the light can interact again with the electromagnetic energy emitting material located within the given emitting area. Therefore, another preferred embodiment of the present invention uses a preferred type of MLE also for efficient color reconversion. As described above, a given MLE-F, MLE-G, etc., can collect light emitted from a given emission region at approximately 4π steradians in a substantially area-preserving manner and reconvert the angle, Such a CCS can handle beam redirection effects commonly occurring in non-stimulated (non-laser type) light-matter interactions.
In particular, in some of the preferred embodiments of the present invention, about 30-50% of the emitted energy is re-sent from the emitting area. In particular, in the case of a gas discharge arc lamp, the optical path length of the emission region (optical path length) is increased without increasing the size.
th) is effectively doubled. Using the increased optical path length, a narrow band atomic line
e) (for example, Hg) to broad band molecu
lar line) (closer to the Xe spectrum). From the foregoing, it can be seen that by efficiently doubling the optical path length, a different gas can be achieved to achieve optimal transmission efficiency through such an optimal color reformatting effect. Filling mixture (gas f
It is clear that illing mixture) can be selected.

【0148】例えば、フィラメント上に焦点を戻す(フ
ィラメントに隣接させない)RRS140を備えたタン
グステン・フィラメントランプの場合、非放出(フィラ
メント構造に吸収される)、逆反射(retro-reflected)
および吸収されるUV、可視、IRエネルギーを使っ
て、さらにタングステン電極を加熱できる。従って、間
接的な効果によって、いくらかの使用不可能な光(UV
やIR)、いくらかの損失(吸収される)可視光が可視
光に変換される。タングステン面の温度をさらに高温に
することによって、ランプの出射スペクトルが変化し、
色温度が高まり、青のスペクトル強度が増大し、電気的
により効率的に動作する。つまり、同じ電気的エネルギ
ーの入力に対して、出射される全光量が増大する。タン
グステンランプは一般に青色が弱いので、PLEや他の
型式の色依存用途の場合、伝達効率と色効率を改善でき
る。
For example, in the case of a tungsten filament lamp with an RRS 140 that refocuses on the filament (not adjacent to the filament), it is non-emissive (absorbed by the filament structure), retro-reflected.
And the absorbed UV, visible, IR energy can be used to further heat the tungsten electrode. Thus, some unusable light (UV
Or IR), some visible (absorbed) light is converted to visible light. Raising the temperature of the tungsten surface further changes the emission spectrum of the lamp,
The color temperature increases, the blue spectral intensity increases, and it operates more electrically. That is, for the same electric energy input, the total amount of light emitted increases. Tungsten lamps generally have a weaker blue color, which can improve transmission and color efficiency for PLE and other types of color-dependent applications.

【0149】同様に、ガス放電アークランプ(AC型ま
たはDC型あるいは無電極のマイクロ波駆動の壁安定化
ランプ(wall stabilized lamp)など)内の高温励起ガス
は、再放出光をやや再吸収でき(特に光学的に密度の高
い波長帯域で)、i)同じ波長ではあるが異なる方向に
直接的に(弾性散乱(elastic scattering))、または異
なる(多くはより長い)波長(蛍光変換、マルチフォト
ン・ポンピングなど)で放出し、ii)より高いガス温
度で、様々な成分の密度を増大させることにより間接的
に放出して、広帯域の放出変換効率などを向上させる。
図11は、好ましいMLE−Fと同じF/#の従来のM
LE−Bについて、このような観測可能なスペクトル再
変換の挙動の代表的な場合を示している。両方のスペク
トルは、3mmのアークギャップ、AC型のメタルハラ
イドランプで、同じ電力消費量になるように、各々冷却
して、電極間の電圧降下が同じになるように調整してい
る。太線(細線)は、MLE−F(MLE−B)型シス
テムで観測された放出スペクトルを示している。MLE
の出射ビームは、同じ長さ、出射領域、出射形状の長方
形の6.4×5×25水晶集束ロッド(quartz integrat
or rod)で集めた。MLE−Bの場合は断面積が一定の
(非延伸)集束ロッド、MLE−Fの場合は線形アナモ
ルフィック・テーパ型集束ロッドであって、入射側でラ
ンプ軸24の方向に1.2×1の寸法で延伸したもので
ある。なお、図11において、広帯域分子光放出の増
大、特に他の赤が弱いメタルハライドランプの出射ビー
ムに対する赤の出射ビームの100%以上の増大、所定
のHg原子線(atomic Hg-line)のピーク値の減衰があ
る。この効率的なスペクトル再変換効果の有用な要素に
よって、好ましいMLE設計は、放出源Sを避けて、ほ
ぼ100%という非常に高い割合の集束を可能とし、面
積効率(etendue efficient)、スループット効率、およ
び色再変換効率のよい方法で集束できる。
Similarly, high-temperature excitation gases in gas discharge arc lamps (such as AC or DC types or electrodeless microwave driven wall stabilized lamps) can re-absorb re-emitted light somewhat. I) directly at the same wavelength but in different directions (elastic scattering), or different (often longer) wavelengths (fluorescence conversion, multiphoton Pumping) and ii) at higher gas temperatures indirectly by increasing the density of various components to improve broadband emission conversion efficiency and the like.
FIG. 11 shows a conventional MLE with the same F / # as the preferred MLE-F.
For LE-B, a representative case of such observable spectral reconversion behavior is shown. Both spectra are 3 mm arc gap, AC-type metal halide lamps, each cooled to achieve the same power consumption and adjusted so that the voltage drop between the electrodes is the same. The thick line (thin line) shows the emission spectrum observed with the MLE-F (MLE-B) type system. MLE
Is a rectangular 6.4 × 5 × 25 quartz focusing rod of the same length, exit area and exit shape.
or rod). The MLE-B is a (non-stretched) focusing rod having a constant cross-sectional area, and the MLE-F is a linear anamorphic tapered focusing rod, which is 1.2 × in the direction of the lamp axis 24 on the incident side. It is drawn in the dimension of 1. In FIG. 11, the emission of broadband molecular light is increased, in particular, the emission beam of red is increased by 100% or more with respect to the emission beam of another metal halide lamp having weak red, and the peak value of a predetermined atomic Hg-line is obtained. There is a decay. Due to the useful factor of this efficient spectral reconversion effect, the preferred MLE design allows a very high percentage of nearly 100% focusing, avoiding the source S, etendue efficient, throughput efficiency, In addition, focusing can be performed by a method with high color reconversion efficiency.

【0150】図12に示した曲線では、異なるMLE設
計に対する理論的な集束効率CEの最大値が比較でき
る。つまり、 CE=CE(Ec)=Pc(Ec)/Pc (6) Psは放出源Sの全出射強度、Pc=Pc(Ec)は所
定の集束面積Ecに対する集束可能な最大強度を表して
いる。全ての計算について、主反射体(primary reflect
or)や逆反射体(retro-reflector)の反射率は各々100
%であると仮定した。ランプ容器42は反射防止膜で覆
われていると仮定されており、エンベロープあるいは容
器42のフレネル反射損失(Fresnel reflection loss)
は外面では0%になっているが、内面では変化していな
い。容器(envelope)42の光学的な方向変換機能(optic
al redirection ability)は、この数値モデル(numerica
l model)に含まれている。全ての電極48とランプポス
ト44、46は、100%光を吸収すると仮定した。異
なるMLE設計の実現可能な集束効率の最大値を決定す
るために、つまり、MLE出射段階のレベルでのこの発
明の上限の能力を決定するために、理想的な(EE=
1)性能のABTまたはSBTが存在すると仮定し、所
定の出射ビームを空間的(spatially)に、角度的(angula
rly)に再変換し、集束面積Ecを備えた目標(target)T
を最大面積効率で照射(illuminate)するために必要とさ
れる形態にできるとした。なお、図12に示したデータ
は、厳密な単色光の計算を表しており、放出領域の内部
の光−物質相互作用による放出源Sの放出領域での色変
換効果、逆反射ビームや再放出ビームの吸収は考慮して
おらず、所定の電極端部やランプポストでの機械的な遮
蔽効果は除いている。従って、この計算は所定のMLE
の性能と所定のLEの性能から、所定のランプの集束能
力を分離できる。
In the curves shown in FIG. 12, the maximum theoretical focusing efficiency CE for different MLE designs can be compared. That is, CE = CE (Ec) = Pc (Ec) / Pc (6) Ps represents the total emission intensity of the emission source S, and Pc = Pc (Ec) represents the maximum intensity that can be focused with respect to a predetermined focusing area Ec. . For all calculations, the primary reflect
or) and the retro-reflector have a reflectance of 100
%. It is assumed that the lamp vessel 42 is covered with an anti-reflective coating and that the Fresnel reflection loss of the envelope or vessel 42 is present.
Is 0% on the outer surface, but does not change on the inner surface. The optical turning function of the envelope 42
al redirection ability) is a numerical model (numerica
l model). All electrodes 48 and lamp posts 44, 46 were assumed to absorb 100% of the light. In order to determine the maximum achievable focusing efficiency of different MLE designs, i.e., to determine the upper limit capability of the present invention at the level of the MLE exit stage, the ideal (EE =
1) Assuming that a performance ABT or SBT exists, the given output beam is spatially and angularly
rly) and a target T with a focusing area Ec
Could be in the form required to illuminate with maximum area efficiency. The data shown in FIG. 12 represents a strict calculation of monochromatic light, the color conversion effect in the emission region of the emission source S due to the light-material interaction inside the emission region, the retro-reflection beam and the re-emission. The beam absorption is not taken into account, and the mechanical shielding effect at a predetermined electrode end or a lamp post is excluded. Therefore, this calculation is performed for a given MLE
The focusing ability of a given lamp can be separated from the performance of a given LE and the given LE.

【0151】図12の曲線“S”は、選択した体積SB
自体の固有の単色放出/集束効率を示している。つま
り、完全な面積効率を有する方法で動作する理想的な性
能のCCSに対する実現可能な最大集束効率CEを表し
ている。
The curve “S” in FIG. 12 indicates the selected volume SB.
It shows its own inherent monochromatic emission / focusing efficiency. In other words, it represents the maximum achievable convergence efficiency CE for an ideally performing CCS that operates in a manner that has perfect area efficiency.

【0152】異なる集束色(collection color)に対して
最大集束効率(collection efficiency)を得るために、
所定の色依存放出領域(color dependent emission regi
on)をモデル化する必要がある。当業者は、適切な光学
的(線形または非線形)伝達関数(optical transfer fu
nction)を使って、前述の色再変換利得(color reformat
ting gain)を含むように、前述のモデルを拡張でき、そ
の関数(function)は、所定のランプの動作特性、入射ス
ペクトル、入射強度などに依存し、研究中のランプのモ
デル化により、必要に応じて洗練(sophisticate)でき、
これらは全てこの発明の概念に含まれる。
To obtain the maximum collection efficiency for different collection colors,
Color dependent emission region
on) needs to be modeled. One skilled in the art will recognize that an appropriate optical (linear or non-linear) transfer function
nction) using the color reformat gain (color reformat
The above-mentioned model can be extended to include ting gain), the function of which depends on the operating characteristics of a given lamp, the incident spectrum, the incident intensity, etc. Can be refined (sophisticate)
These are all included in the concept of the present invention.

【0153】曲線“S”の形状は、放出源Sの単色光の
最大集束特性を表しており、その特性は面積限界(etend
ue limited)のLEの設計に関連している。放出源Sか
らのエネルギー放出が空間的により集中し、直交する方
向の放出角φがより狭くなるほど、関連する特性曲線
“S”の立ち上がりは急峻になり、その傾斜は飽和領域
で平坦になる。こうした理由で、点状の放出源Sは、所
定の目標Tへカップリングするための面積損失(etendue
loss)に余裕があり、小さな目標へ光をカップリングす
るのに一般に適している。曲線“S”によって明らかに
なる別の点は、全放出強度の一部だけが一般に、所定の
集束面積Ecのエネルギー収束(energy collection)で
利用可能であることである。また、図12は、垂直(水
平)方向の破線が、Ec=7mm2ステラジアン(CE
=42%)という所定の集束面積値を示しており、水平
(垂直)方向の射影(矢印表示)が、所定の曲線に対す
る所定の集束面積値CEを示している。
The shape of the curve "S" represents the maximum focusing characteristic of the monochromatic light of the emission source S, and the characteristic is the area limit (etend).
ue limited) LE design. As the energy emission from the emission source S becomes more spatially concentrated and the emission angle φ in the orthogonal direction becomes narrower, the rise of the associated characteristic curve “S” becomes steeper and its slope becomes flatter in the saturation region. For this reason, the point-like emission source S has an area loss (etendue) for coupling to a given target T.
It has a headroom and is generally suitable for coupling light to small targets. Another point revealed by curve "S" is that only a portion of the total emission intensity is generally available for energy collection for a given focusing area Ec. In FIG. 12, the broken line in the vertical (horizontal) direction indicates that Ec = 7 mm 2 steradian (CE
= 42%), and a horizontal (vertical) projection (indicated by an arrow) indicates a predetermined convergence area value CE for a predetermined curve.

【0154】例えば、“図2”のラベルの曲線は、図2
に示した従来のLGLE−Bについて得られた結果を示
している。曲線“図2”を曲線“S”で割る(divide)
と、スループット効率曲線、つまりMLE−BのTE=
TE(Ec)が、所定のシステム・パラメータに対して
計算できる。同様に、面積効率曲線、つまり所定のML
EのEE=EE(Pc)が、異なる集束強度レベルPc
に対して垂直方向の射影の比(ratio of vertical proje
ction)から計算できる。
For example, the curve labeled "FIG. 2"
Shows the results obtained for the conventional LGLE-B shown in FIG. Divide curve "Figure 2" by curve "S"
And the throughput efficiency curve, ie, MLE-B TE =
TE (Ec) can be calculated for certain system parameters. Similarly, the area efficiency curve, that is, the predetermined ML
EE of E = EE (Pc) is different focusing intensity level Pc
Ratio of vertical proje
ction).

【0155】“図6−1X”のラベルの曲線は、この発
明の好ましい実施例の改善された性能、つまり図6に示
したMLE−Fを示しており、図8、9に示したデータ
を導く同様のシステム・パラメータに対するものであ
る。“図6−0.7X”のラベルの曲線は、前述の放出
源の遮蔽効果によって、同じサイズの放出源SBが照射
したMLE−Fが縮小(0.7X)した場合の集束効率
の減少を示している。
The curves labeled "FIG. 6-1X" show the improved performance of the preferred embodiment of the present invention, ie, the MLE-F shown in FIG. 6, and the data shown in FIGS. For similar system parameters to guide. Curve label "FIG 6-0.7X" is a reduction in the focusing efficiency when the shielding effect of emission source described above, MLE-F of emission source S B was irradiated in the same size is reduced (0.7X) Is shown.

【0156】反射体(reflector system)140、142
は、同様の反射膜でも異なる反射膜でもよい。誘電体多
層膜を使って、波長選択反射を行うことが多い。一般的
な例として、赤外光とUV光のほとんどを透過し、スペ
クトルの可視部を反射する冷反射膜(cold reflector)が
ある。反射体140、142の基板材料は、同様の材料
であっても異なる材料であってもよい。反射体基板は各
々、ガラス、石英、セラミック、金属などであり、均一
な材料でも不均一な材料でもよい(例えば、薄い反射膜
のハニカム支持構造からなる大きな反射構造)。透過さ
れるエネルギーのいくらかは、好ましくは反射基板を透
過したり、反射基板に吸収されたり、その外面に熱伝導
されたりする。空気や液体の(連続的な)流れを用い
て、反射面の外面(場合によっては内面)から熱を取り
除き、反射体の特に反射膜や、反射体ハウジング内の放
出源Sが過熱しないようにする。
Reflectors 140 and 142
May be the same reflective film or a different reflective film. In many cases, wavelength selective reflection is performed using a dielectric multilayer film. A common example is a cold reflector that transmits most of the infrared and UV light and reflects the visible portion of the spectrum. The substrate materials of the reflectors 140, 142 may be similar or different materials. Each of the reflector substrates is made of glass, quartz, ceramic, metal, or the like, and may be a uniform material or a non-uniform material (for example, a large reflective structure including a honeycomb supporting structure having a thin reflective film). Some of the transmitted energy is preferably transmitted through the reflective substrate, absorbed by the reflective substrate, or thermally conducted to its outer surface. The (continuous) flow of air or liquid is used to remove heat from the outer surface (and in some cases the inner surface) of the reflective surface so that the reflector, especially the reflective film, and the emission source S in the reflector housing are not overheated. I do.

【0157】いくつかの型式のABTLEの場合、入射
エネルギーの一部は、所定のABTSによって逆反射さ
れる。この現象は、フレネル反射または所定のABTS
の内部の全反射効果を介して、あるいは波長選択反射体
等の外部逆反射手段を介して発生する。好ましいMLE
の第2放出源(secondary source)S’部近傍に所定の入
射ポートを備えたABTSによって反射された光線は、
放出源Sに戻る他の逆反射光線と同様に振る舞う。従っ
て、このような光線は、前述のように放出源の放出領域
と相互作用することにより、異なる空間、角度、スペク
トルの入射条件によって、ABTSが反射しない光強度
をいくぶん増加(increment)させる。従って、この発明
の別の好ましい実施例は、前述の方法であって、部分的
逆反射(partial retro-reflective)ABTSまたはAB
TLEを使用することにより、このような好ましいAB
TLEの有効スループット効率(effective throughput
efficiency)と色再変換効率(color-reformatting effic
iency)を向上させる方法である。
For some types of ABTLE, a portion of the incident energy is retro-reflected by a given ABTS. This phenomenon is caused by Fresnel reflection or a certain ABTS
Occurs through an internal total reflection effect or through external retroreflection means such as a wavelength selective reflector. Preferred MLE
The light reflected by the ABTS having a predetermined entrance port near the secondary source S ′ of
It behaves like any other retroreflected light returning to the source S. Thus, such light rays interact with the emission region of the emission source as described above, thereby somewhat increasing the light intensity not reflected by the ABTS due to different spatial, angular and spectral incidence conditions. Accordingly, another preferred embodiment of the present invention is a method as described above, wherein the partial retro-reflective ABTS or ABTS
By using TLE, such preferred AB
Effective throughput efficiency of TLE
efficiency and color-reformatting effic
iency).

【0158】所定の補助逆反射体152(例えば、平面
または、必要に応じて図7に示したような適切な曲面を
備えた反射マスク)と、最小サイズの出口(外出)また
は外部ポート(exit port)154と、エネルギー集束お
よび遠隔伝達用の適切なLG手段を選択することによっ
て、他の損失エネルギーの(LG入射ポートの有効集束
アパーチャから漏れた)一部を、放出源Sの放出領域に
方向変換でき、直接的または間接的に光に変換して、所
定のLG入射ポートが部分的に集束可能で、所定のLG
LEの全伝達効率を最大にするのに役立つ。
A predetermined auxiliary retroreflector 152 (eg, a flat or reflective mask with appropriate curved surfaces as shown in FIG. 7 as necessary) and a minimum size exit or exit port (exit) Port 154, and by selecting appropriate LG means for energy focusing and remote transmission, some of the other lost energy (leaked from the effective focusing aperture of the LG input port) to the emission area of the source S The direction can be changed, and the light can be directly or indirectly converted to light so that a predetermined LG incidence port can be partially focused and a predetermined LG
Helps maximize the overall transmission efficiency of the LE.

【0159】図13は、基本的なLGLE−FとLGL
E−G設計の改良型であるLGLE−H(およびABT
LE−H)の設計に適用したこの発明の別の好ましい実
施例の平面図を示している。この設計変更では、“折り
返した(folded)”RRS140を用いて、MLE設計状
況での反射体140の幅や高さを低減している。この設
計状況では、集束角θvはより小さくし(例えば20
°)、同じ高さ限界に対して、2ミラーの最小遮蔽損失
解(2 mirror minimum blockage loss solution)より伝
達効率を大きくする必要がある。図7と同様に、主逆反
射体(primary retro-reflector)148と少なくとも一
つの補助反射体(反射体152として示したもの)を、
ここでは使用したが、主逆反射体148の出射ポート1
46はより大きく、それに比例して、補助反射体152
は出射エネルギーのより大きな部分を集める。このシス
テムは、前方の所定のMES144に非常に接近させた
第2出射ポート154を有するように示した。同様に、
PRS140は必要に応じて折返し、切取りが可能(tru
ncated)で、より小型のCCS−Hが得られる。
FIG. 13 shows the basic LGLE-F and LGL
LGLE-H (and ABT, an improved version of the EG design)
FIG. 4 shows a plan view of another preferred embodiment of the present invention applied to the LE-H) design. In this design change, the “folded” RRS 140 is used to reduce the width and height of the reflector 140 in an MLE design situation. In this design situation, the convergence angle θv is made smaller (for example, 20
°), for the same height limit, the transmission efficiency needs to be greater than the 2 mirror minimum blockage loss solution. As in FIG. 7, a primary retro-reflector 148 and at least one auxiliary reflector (shown as reflector 152)
Although used here, the output port 1 of the main retroreflector 148 is used.
46 is larger and, in proportion thereto, the auxiliary reflector 152
Collects a larger portion of the output energy. This system has been shown to have a second exit port 154 in close proximity to a given MES 144 in front. Similarly,
The PRS 140 can be folded back and cut as necessary (truss
ncated), a smaller CCS-H can be obtained.

【0160】MES144で集めた(concentrated)エネ
ルギーの非対称ビーム再変換は、前述のように一つまた
は複数の所定のABTで行われる。例えば、図13は、
一定の断面形状のLG186に、ABT184をカップ
リングした場合を示しており、LG186は、特別な出
射ポート構成として偏った出射面(biased exit surfac
e)を有し、ビームのz軸に対して傾けられており(=補
助プリズム)、さらにビーム走査機能(beam steering f
unction)を提供できる。ここに示したABTの型式は、
中空または固体ABT184であり、LG186の入射
ポートにカップリングした別の部分、または所定の入射
ポートの特別な入射面処理部である。例えば、図13
は、高効率2段階ABT集束器186の第1段階の例を
示しており、集束器186は、好ましい断面形状として
垂直面に、テーパ型入射断面184を有し、垂直方向の
発散角θv〜θevを低減するために使用され、単一の
反射相互作用のみを用いて、限られた光線のサブセット
の方向を変える特別な型式のABTである。2方向に発
散を変えるために、2軸反射テーパ型断面(bi-axialref
lective tapered section)を使用することもできる。こ
のような型式のABTと入射ビームの間の相互作用は最
小限のものであるため、これらの第1ABT段階は一般
に、ビームを空間的には均一化(homogenize)できず、
ビーム均一化器(beam homogenizer)としてSBTを使用
する必要がある。例えば、図13は、一定の断面形状の
長方形集束ロッド、つまりLG186を、2段階集束器
の第2段階として使用する場合を示している。
The asymmetric beam reconversion of the energy concentrated in the MES 144 is performed in one or more predetermined ABTs as described above. For example, FIG.
A case where an ABT 184 is coupled to an LG 186 having a constant cross-sectional shape is shown, and the LG 186 has a biased exit surface (biased exit surfac) as a special exit port configuration.
e), is tilted with respect to the z-axis of the beam (= auxiliary prism), and further has a beam steering function (beam steering f).
unction). The ABT model shown here is
A hollow or solid ABT 184, another part coupled to the entrance port of the LG 186, or a special entrance surface treatment for a given entrance port. For example, FIG.
Shows an example of the first stage of a high-efficiency two-stage ABT concentrator 186, which has a tapered entrance cross section 184 in the vertical plane as a preferred cross-sectional shape, and a vertical divergence angle θv ~. A special type of ABT that is used to reduce θ ev and redirects a limited subset of rays using only a single reflective interaction. In order to change the divergence in two directions, a bi-axial reflection tapered section (bi-axial ref
lective tapered section) can also be used. Because of the minimal interaction between this type of ABT and the incident beam, these first ABT stages generally cannot spatially homogenize the beam,
It is necessary to use SBT as a beam homogenizer. For example, FIG. 13 shows a case where a rectangular focusing rod having a constant cross-sectional shape, ie, LG186, is used as the second stage of a two-stage focusing device.

【0161】また、LG186は、単に既存の一定の断
面形状の光ファイバLGであってもよく、光ファイバL
Gを用いて、前述のようなエネルギー集束と遠隔伝達を
行い、所定のLGLE−Hを構成する。
The LG 186 may be simply an existing optical fiber LG having a constant cross-sectional shape.
By using G, energy focusing and remote transmission as described above are performed to form a predetermined LGLE-H.

【0162】図14は、この発明の別の実施例の側面図
を示しており、非常に小型の面積効率のよい単一出射ポ
ート密閉型反射ランプSIであって、MLE−G設計に
関連している。図14に示した好ましい実施例は、放出
源の例として、陰極20と陽極22によって励起される
垂直方向のDC型プラズマアークを用いている。図示し
てはいないが、前述の内容および以降の内容には、他の
向き、および同様の放出源、例えばAC型プラズマアー
ク、連続動作、パルス動作、またはACモードのタング
ステンまたはタングステン・ハロゲン・フィラメントラ
ンプなどを適用することもできる。
[0162] Figure 14 shows a side view of another embodiment of the present invention, a very good single output port sealed reflection of small area efficiency lamp S I, related to the MLE-G design are doing. The preferred embodiment shown in FIG. 14 uses a vertical DC-type plasma arc excited by a cathode 20 and an anode 22 as an example of an emission source. Although not shown, the foregoing and following texts may include other orientations and similar sources, such as AC-type plasma arc, continuous operation, pulsed operation, or AC mode tungsten or tungsten halogen filaments A lamp or the like can be applied.

【0163】図14において、反射体142、140は
密閉型反射キャビティ200を構成し、電磁エネルギ放
出材料(例えば、Xe、Hg、Hg2、Kr、Ar、金
属ハライド塩)と蒸発したタングステンを電極に再蒸着
させるハロゲンを含む分子を封入する。逆反射体148
は、シール202で密閉された出射ポート146を有
し、光は透明な出射窓199を通過する。出射窓199
は、所定の波長帯域を選択的に透過または反射する誘電
体多層膜を必要に応じて形成することもできる。キャビ
ティは、適切な製造技術を用いて、ガラス、石英、つや
出し保護膜付きセラミックから構成し、許容可能な表面
処理を有する最終的に所望の凹面型にすることができ
る。誘電体膜または金属膜を形成することにより、反射
体の反射性を制御でき、これらの膜面上に、必要に応じ
て他の透明なシール層を形成し、ガスに曝されないよう
にすることもできる。また、反射膜は、必要に応じて適
切な反射面の曲率を補正した透明な面(ガラスや石英な
ど)の外側に設けることもできる。
Referring to FIG. 14, reflectors 142 and 140 form a closed reflective cavity 200, and an electrode is formed of an electromagnetic energy emitting material (eg, Xe, Hg, Hg2, Kr, Ar, metal halide salt) and evaporated tungsten. Enclose molecules containing halogen to be redeposited. Retroreflector 148
Has an exit port 146 sealed with a seal 202 and light passes through a transparent exit window 199. Exit window 199
In this case, a dielectric multilayer film that selectively transmits or reflects a predetermined wavelength band can be formed as necessary. The cavities can be made of glass, quartz, polished ceramic with suitable manufacturing techniques, and can be made into the ultimate concave shape with acceptable surface treatment. By forming a dielectric film or a metal film, it is possible to control the reflectivity of the reflector, and to form another transparent seal layer on these film surfaces as necessary so as not to be exposed to gas. Can also. In addition, the reflection film can be provided on the outside of a transparent surface (glass, quartz, or the like) in which the curvature of the appropriate reflection surface is corrected as needed.

【0164】反射キャビティは、一つまたは複数の部材
から構成することもできる。例えば、この発明の一つの
好ましい実施例において、石英またはガラスの適切な精
度のブロー形状を用いて、単一部材のキャビティを構成
し、シール202と出射窓199を省略することもでき
る。主逆反射体148の一部とは異なる膜により、出射
窓199を形成し、図7に示したように出射ポート14
6から光を通過させることができる。
The reflection cavity can be composed of one or a plurality of members. For example, in one preferred embodiment of the present invention, a single-piece cavity may be constructed using a suitable precision blown shape of quartz or glass, and the seal 202 and exit window 199 may be omitted. The exit window 199 is formed by a film different from a part of the main retroreflector 148, and as shown in FIG.
6 allows light to pass through.

【0165】なお、この場合、フィリップス社によって
製造された従来の投写用ランプと同様のものであり、実
質的に長方形の断面形状を有する非常にしっかりと巻き
付けた平坦なタングステン螺旋を使用し、その螺旋は、
ブローガラスから作られた単一部材の反射キャビティ内
の軸上の位置に、垂直方向の放出源の軸方向に配置さ
れ、その逆反射部は、集束させたエネルギーをタングス
テン螺旋状長方形上に像を作る。従って、反射されたエ
ネルギーは、主にタングステン部材を過熱するのに使わ
れる。再結像したエネルギーのごくわずかの量が、単一
部材の反射キャビティの主反射部上で反射し、出射ポー
ト146を通過する。
In this case, a very tightly wound flat tungsten spiral with a substantially rectangular cross-section is used, similar to a conventional projection lamp manufactured by Philips. The spiral is
Positioned axially in the vertical source at an axial position within a single-piece reflective cavity made of blown glass, its retroreflector images the focused energy onto a tungsten spiral rectangle. make. Therefore, the reflected energy is mainly used to heat the tungsten member. A negligible amount of the re-imaged energy reflects off the main reflector of the single-piece reflective cavity and passes through the exit port 146.

【0166】この従来の単一キャビティMLEを越える
この発明のより好ましく改善された実施例は、単一部材
の反射キャビティ200の反射軸28に対して、軸外の
位置(off-axis position)にタングステン螺旋を配置
し、さらに前述のようなABTを使って、効率的なエネ
ルギー集束と伝達を行う新奇なLGLEを構成する。不
透明タングステン螺旋用のこのMLE設計変更の利点
は、図16と関連させながら下記にさらに詳しく説明す
る。
A more preferred and improved embodiment of the present invention over this conventional single cavity MLE is to provide an off-axis position with respect to the reflective axis 28 of the single member reflective cavity 200. Using a tungsten spiral and using the ABT as described above, a novel LGLE for efficient energy focusing and transmission is constructed. The advantages of this MLE design modification for opaque tungsten spirals are described in more detail below in connection with FIG.

【0167】この発明の別の好ましい実施例は、2つ以
上の成型ガラスまたは石英反射部材を使用し、溶融、ソ
ルダ、ブレーズ、その他の適切な方法でシールされキャ
ビティ200を形成する。この発明の別の好ましい実施
例は、ほぼ完全にアルミナからなる成形セラミック反射
部材を使用する。さらに、その部材の反射部の内面に金
属または誘電体膜の薄いつや出し膜を形成し、所望の表
面品質と反射特性を実現する。誘電体膜の場合、放出さ
れる光はビーム内に逆反射されず、つや出しおよびセラ
ミック本体に吸収され、熱として反射面から逃げる。好
ましい窓材199は、平面な窓または図7に示したよう
な凹−凸レンズの形状の、サファイア、石英、または強
化ガラスである。窓材の好ましい選択は、密閉型反射ラ
ンプSIの動作要件(圧力、ガスの化学的適合性、動作
温度、ブレーズ材料など)で決まる。
Another preferred embodiment of the present invention uses two or more molded glass or quartz reflectors and is sealed by melting, soldering, brazing, or other suitable method to form the cavity 200. Another preferred embodiment of the present invention uses a molded ceramic reflector made of almost entirely alumina. Further, a thin polished film of a metal or a dielectric film is formed on the inner surface of the reflection portion of the member, thereby realizing desired surface quality and reflection characteristics. In the case of a dielectric film, the emitted light is not retroreflected into the beam, but is polished and absorbed by the ceramic body and escapes from the reflecting surface as heat. Preferred window material 199 is sapphire, quartz, or tempered glass in the form of a flat window or a concave-convex lens as shown in FIG. Preferred selection of the window material is determined by the operating requirements of the sealed reflector lamp S I (pressure, chemical compatibility of the gas, the operating temperature, blaze materials, etc.).

【0168】さらに図14を参照すると、図7、13で
示したMLE−GとMLE−Hについて説明したよう
に、反射体140、142は必要に応じて折り返して空
間を節約できる。
Referring further to FIG. 14, as described for MLE-G and MLE-H shown in FIGS. 7 and 13, the reflectors 140 and 142 can be folded back as necessary to save space.

【0169】図14に示したPRS142は、波状の外
面を必要に応じて備え、反射体140は、滑らかな表面
を必要に応じて備え、準一定(quasi-constant)の壁厚を
有している。もちろん両方の概念を混合し、所定の部材
に適切に適用することができる。準一定の壁厚は、成
形、打ち抜き、その他、例えばガラスやセラミックなど
の軟化させた材料の塑性変形に基づく製造工程で要求さ
れることが多い。選択的な波状外面の目的は、その表面
積を増やし、反射体の冷却効率と熱伝導を改善し、前述
の非反射エネルギの熱的な除去を促進することである。
さらに、波状表面を有するまたは有しない金属、セラミ
ック、ガラス面を、(滑らかな)反射キャビティの外面
に熱的に接触させて、熱的な除去を促進することもでき
る。このような放熱補助(heat sinking aid)は、もちろ
ん他の型式のMLE、つまり非密閉型などにも同様に適
用でき、特にランプポスト44、46の端部に取り付け
て、内部容器の内側から熱を取り除くために使われるモ
リブデンホイル・シールの温度を低減し、電気エネルギ
ーを電極端部に送ることができる。
The PRS 142 shown in FIG. 14 optionally has a wavy outer surface, the reflector 140 optionally has a smooth surface, and has a quasi-constant wall thickness. I have. Of course, both concepts can be mixed and applied appropriately to a given component. Quasi-constant wall thicknesses are often required in molding, stamping, and other manufacturing processes based on plastic deformation of softened materials such as, for example, glass and ceramic. The purpose of the optional wavy outer surface is to increase its surface area, improve the cooling efficiency and heat transfer of the reflector, and facilitate the thermal removal of the aforementioned non-reflected energy.
In addition, a metal, ceramic, or glass surface with or without a wavy surface may be in thermal contact with the outer surface of the (smooth) reflective cavity to facilitate thermal removal. Such a heat sinking aid can of course also be applied to other types of MLEs, i.e. non-sealed types, etc., in particular attached to the ends of the lamp posts 44, 46 and from the inside of the inner container. Can reduce the temperature of the molybdenum foil seal used to remove electrical energy and deliver electrical energy to the electrode ends.

【0170】図14に示した電気リード線205は、電
極20、22と熱的に接続した選択的放熱部(ヒートシ
ンク)206、208に接続する。後者は、反射源S
I、つまりMLE−Iの冷却、電気的接続、取付けに役
立つ。また、放熱部206、208は、表面冷却を増大
させる選択的な波状外面を有するように示した。さら
に、放熱部206は、選択的な取付け穴210を有する
ように示した。
The electric lead wire 205 shown in FIG. 14 is connected to selective heat radiating portions (heat sinks) 206 and 208 thermally connected to the electrodes 20 and 22. The latter is a reflection source S
I, that is, cooling, electrical connection and mounting of MLE-I. Also, the heat radiating portions 206, 208 have been shown to have optional wavy outer surfaces that increase surface cooling. Further, the heat radiating portion 206 is shown to have an optional mounting hole 210.

【0171】なお、図14は、前述のようなエネルギー
伝搬を歪めたり、遮蔽したりする容器(エンベロープ)
42が存在しない特別な設計の場合を示している。従っ
て、この発明の主反射体142の好ましい形状は、放出
体積(エミッションボリューム)EVSIが実質的に最大
である第1焦点と、MES144の頂点でもある軸位置
LE近傍の第2焦点を備えた実質的な楕円である。好ま
しいRRS140は、DC型プラズマ源の場合は実質的
には円形であり、AC型プラズマ源の場合は(LGLE
−Fの説明参照)、実質的には楕円型である。しかし、
放出源体積ESSIが、例えばタングステン螺旋のように
かなり拡大されると、好ましい形状は、もはや軸対称で
はなくなる。このことは、図16と関連付けながらさら
に以降で説明する。出射窓199の光学的な特性に依存
して、楕円RRS142を、必要に応じてやや非球面化
して、前述の出射窓199の光学的焦点偏差(optical d
efocusing effect)の影響をあらかじめ補正(pre-compen
sate)できる。なお、出射窓199は、(PRS142
と適合させる方法で)CCS−Iのビーム集束能力を共
に向上させるためと、いくつかの製造上の制約に適合さ
せるために、曲面を備えてレンズ機能を提供することも
できる。
FIG. 14 shows a container (envelope) for distorting or shielding the energy propagation as described above.
The case of a special design in which 42 does not exist is shown. Accordingly, the preferred shape of the main reflector 142 of the present invention is a substantially focal point having a first focal point where the emission volume EVSI is substantially maximum and a second focal point near the axial position LE which is also the vertex of the MES 144. Ellipse. The preferred RRS 140 is substantially circular for a DC plasma source and (LGLE for an AC plasma source.
-F), which is substantially elliptical. But,
If the source volume ESSI is considerably enlarged, for example a tungsten spiral, the preferred shape is no longer axisymmetric. This will be described further below with reference to FIG. Depending on the optical characteristics of the exit window 199, the ellipse RRS 142 may be made slightly aspherical, if necessary, so that the optical focus deviation (optical d
e-focusing effect)
sate). The exit window 199 is (PRS142
A curved surface may be provided to provide lens function to both improve the beam focusing capability of the CCS-I (in a manner that is compatible with CCS-I) and to meet some manufacturing constraints.

【0172】LG212の入射ポートIPは、好ましく
は前述のように構成される。なお、DC型プラズマ源の
場合、アークギャップ侵食(erosion)は非対称となる。
従って、ランプの寿命以上に、LG212の出射減少を
低減するために、前述のように、LG212の光軸16
2は、(図14に誇張して示したように)その理想的な
カップリング位置からやや垂直方向に(システム軸28
と平行に)補正する必要がある。
The input port IP of the LG 212 is preferably configured as described above. In the case of a DC plasma source, the arc gap erosion is asymmetric.
Therefore, in order to reduce the decrease in the emission of the LG 212 beyond the life of the lamp, as described above, the optical axis 16 of the LG 212 is used.
2 is slightly vertical (as shown exaggeratedly in FIG. 14) from its ideal coupling position (system axis 28).
Needs to be corrected).

【0173】LG212自体の入射ポートIPは必要に
応じて、所定の密閉型出射窓199を構成でき、反射体
140の頂点(vertex)近傍で光を集め、気密シール20
2を介して、キャビティ200の外に導く。ここで、出
力ポートOPはそのまま使用することも、さらにLGま
たはABTにカップリングすることもできる。必要に応
じてさらに、LG212をABTに適合させることがで
きる。
The entrance port IP of the LG 212 itself can form a predetermined closed-type exit window 199 if necessary, and collects light near the vertex of the reflector 140 to form the hermetic seal 20.
2 to the outside of the cavity 200. Here, the output port OP can be used as it is, or can be further coupled to LG or ABT. The LG 212 can be further adapted to ABT if desired.

【0174】好ましいMLE−I型の主な利点は、説明
したかなりの遮蔽損失の低減により、選択したスループ
ット効率TEと所定の放出体積(エミッションボリュー
ム)に対して、反射キャビティ200のサイズが低減さ
れることである。
The main advantage of the preferred MLE-I type is that, for the selected throughput efficiency TE and a given emission volume, the size of the reflective cavity 200 is reduced due to the considerable reduction in shielding losses described. Is Rukoto.

【0175】図15は、LGLE−J用のこの発明の別
の好ましい実施例の水平断面図を概略的に示している。
この図は、2つの異なる好ましい実施例を強調してお
り、それらは同時に、個々に、あるいはこの発明の他の
実施例と組み合わせて使用できる。第一の実施例は、2
軸以上の変形版に関するもので、図15にはLGLE−
Tの2軸変形版が示されており、放出体積EVSJから
なる小型反射ランプSJと密閉型反射キャビティ220
を表し、キャビティ220は、各システム軸281、2
82に対して、2つの出射ポート1461、1462を
有する。このキャビティ220は、光軸24(図面の法
線方向)の周りの回転方向に90°間隙を介して配置し
た、2つの実質的に楕円形の主反射体1421、142
2と、実質的に球形、楕円形、または軸対称非球面のR
RS140(上記参照)から構成される。各主反射体1
42iは、垂直方向の角度φv(2つのポートシステム
に対して約90°)に集束する。逆反射体140は、実
質的に半球(<180°)の部分に放出された全ての光
を、放出体積に集めて反射し(Mo=−1)、1半球の
みに放出する有効放出体積EVSJ を形成する。利用
可能な製造技術に依存して、2つの主反射体1421、
1422を単一部材として構成し、単一または複数の部
材の逆反射体140でシールして、出射窓222、22
4を備えた気密キャビティ220を構成することもでき
る。
FIG. 15 schematically shows a horizontal sectional view of another preferred embodiment of the present invention for LGLE-J.
This figure highlights two different preferred embodiments, which can be used simultaneously, individually or in combination with other embodiments of the invention. The first embodiment is 2
It is related to a deformed version with more than the axis.
A biaxial version of T is shown, with a small reflective lamp SJ consisting of an emission volume EVSJ and a closed reflective cavity 220
And the cavity 220 is defined by each system axis 281, 2
82, two output ports 1461 and 1462 are provided. This cavity 220 comprises two substantially elliptical main reflectors 1421, 142 arranged with a 90 ° gap in the direction of rotation about the optical axis 24 (in the direction normal to the drawing).
2 and a substantially spherical, elliptical or axisymmetric aspheric R
RS 140 (see above). Each main reflector 1
42i focuses at a vertical angle φv (about 90 ° for a two port system). The retro-reflector 140 collects and reflects (Mo = -1) all the light emitted in a substantially hemispherical portion (<180 °) into an emission volume (Mo = −1), and emits only one hemisphere in an effective emission volume EVSJ. To form Depending on the available manufacturing technology, two main reflectors 1421,
1422 is formed as a single member and sealed with a single or multiple member of the retroreflector 140 to form the exit windows 222 and 22.
4 can also be constructed.

【0176】2つの出射ポート1461、1462は、
2つの異なる好ましい型式の出射窓222、224でシ
ールするように示した。出射窓222は、ここでは平坦
な光学素子として示されており、出射ビームのスペクト
ルをフィルタ処理する誘電体膜を内面に備え、気密シー
ルでRRS140に固定する。出射窓224は、曲面を
有する逆反射体140の平坦な平行部分として選択的に
示されており、反射体の他の部分とは異なる膜を形成
し、所定の波長帯域で光学的に透明な基板を有する。他
の型式の窓を、必要に応じて選択してもよい。
The two emission ports 1461 and 1462 are
Two different preferred types of exit windows 222, 224 have been shown to seal. The exit window 222 is shown here as a flat optical element, has a dielectric film on its inner surface that filters the spectrum of the exit beam, and is fixed to the RRS 140 with a hermetic seal. The exit window 224 is selectively shown as a flat parallel portion of the retro-reflector 140 having a curved surface, forms a film different from other portions of the reflector, and is optically transparent in a predetermined wavelength band. It has a substrate. Other types of windows may be selected as needed.

【0177】誘電体多層膜(窓222、224の内面に
破線で示した)を追加し、漏れエネルギーのスペクトル
をフィルタ処理してもよい。出射エネルギーの色フィル
タ処理は、反射体1421、1422、140の反射膜
と、出射窓222、224の表面で共有できる。例え
ば、全ての曲面反射部材1421、1422、140
に、標準的、低コスト、量産型膜技術を用いて、高反射
性、耐久性、広帯域金属膜を形成できる。この場合、反
射面の入射角の局所的変化の原因となる膜不均一性を最
小にするために、特別な膜製造条件が必要になるわけで
はないので、非常に少ない部材からこのような複合反射
体ランプを組み立てることができる。
A dielectric multilayer film (indicated by broken lines on the inner surfaces of the windows 222 and 224) may be added to filter the leakage energy spectrum. The color filter processing of the emission energy can be shared by the reflection films of the reflectors 142 1 , 142 2 , and 140 and the surfaces of the emission windows 222 and 224. For example, all the curved reflecting members 1421, 1422, 140
In addition, a highly reflective, durable, broadband metal film can be formed using standard, low cost, mass production film technology. In this case, special film manufacturing conditions are not required to minimize the film non-uniformity that causes local changes in the angle of incidence of the reflecting surface, so such composites can be formed from very few members. A reflector lamp can be assembled.

【0178】励起されたガスが長時間経つと膜材料と化
学的に反応する場合や、膜形成を簡略化する場合は、波
長フィルタ処理用誘電体膜を外面(図15に示した面の
反対側)に形成してもよい。出射窓222、224に反
射防止膜を形成することによって、これらの反射体ラン
プSIの全エネルギー伝達効率DEを、窓材料(ガラ
ス、石英、サファイアなど)の屈折率に応じて、4〜1
5%向上させることもできる。
In the case where the excited gas chemically reacts with the film material after a long period of time, or when the film formation is simplified, the wavelength filter processing dielectric film is placed on the outer surface (the opposite side of the surface shown in FIG. 15). Side). By forming an anti-reflection film on the exit windows 222 and 224, the total energy transfer efficiency DE of these reflector lamps SI can be set to 4 to 1 depending on the refractive index of the window material (glass, quartz, sapphire, etc.).
It can be improved by 5%.

【0179】図14は、少なくとも1軸28を備えた、
このような好ましい小型反射体ランプの垂直断面図を示
している。1軸系と2軸系、出射ポートが1つの場合と
2つの場合、MLE−IとMLE−Jを比較すると、両
方とも同じ最大垂直集束角θv(≦45°)となるよう
に設計する場合は、キャビティ220によって占有され
る体積は、キャビティ200によって占有される体積の
約1/8であることがわかる。また、2軸系の場合、所
定の主反射体は、その頂点からかなり下の面、つまりD
D≒│Fli│/3まで伸びている。ここで、│Fli
│は、所定の主反射体の交差部と、楕円の焦点、つまり
放出領域の中心位置への所定の光学軸28iの間の距離
である。
FIG. 14 shows at least one shaft 28.
FIG. 4 shows a vertical sectional view of such a preferred miniature reflector lamp. When MLE-I and MLE-J are compared in the case of a single-axis system and a two-axis system and one or two output ports, both have the same maximum vertical convergence angle θv (≦ 45 °).
, It can be seen that the volume occupied by cavity 220 is about 1 / of the volume occupied by cavity 200. In the case of a two-axis system, a given main reflector has a surface considerably below its apex, that is, D
D ≒ | Fli | / 3. Where │Fli
| Is the distance between the intersection of the given main reflector and the focus of the ellipse, ie the given optical axis 28i to the center of the emission area.

【0180】マルチポートMLEは単一ポートMLEよ
りややスループット効率が低いが(電極の陰の増大によ
って)、実現可能なかなり体積を減少することによっ
て、直径、体積、材料コストが、マルチポート・エネル
ギ集束より大きな問題となる特定用途に対して、マルチ
ポートMLE−Jは魅力的なものとなる。
Although multi-port MLEs are somewhat less throughput efficient than single-port MLEs (due to increased electrode shadows), by significantly reducing the achievable volume, the diameter, volume, and material cost are reduced by multi-port energy. For certain applications where the focus is greater than focusing, the multiport MLE-J becomes attractive.

【0181】原理的には、この発明に基づく2ポートま
たはマルチポートMLEは、容器42(例えば放出源S
B用)を有する放出源を用いて構成することもできる。
しかし、容器とランプポストのサイズによって、マルチ
ポートMLEのバルブとランプポストの陰の増大の影響
(increased bulb and lamppost shadowing effect)を低
減して、MLE−Fで同様のスループット効率を得るた
めの要件より、大きなマルチポート反射キャビティ22
0が必要となる。従って、マルチポートMLEは、非常
に小さなバルブとランプポスト直径(LPRF1に対して)
を有する放出源の場合にだけ実用的であることが多い。
In principle, a two-port or multi-port MLE according to the present invention is not
B).
However, depending on the size of the container and the lamp post, the effect of increasing the shade of the bulb and lamp post of the multiport MLE
(multiple-port reflective cavities 22) larger than the requirement to reduce the increased bulb and lamppost shadowing effect
0 is required. Therefore, the multiport MLE has a very small bulb and lamp post diameter (relative to LPRF1).
Is often only practical for sources with

【0182】図15に示したこの発明の第2の実施例
は、異なる色の光ビームの効率的な同時伝達に関係して
いる。この図に示すように、MLE−Jの出射ビーム
は、まず色分離器230で異なる色の出射ビーム(図で
は3本)にスペクトル的に分離される。次に、これらの
色分離された出射ビームは各々、様々なLG231iの
適切な形状の入射ポートIPiに集められる。次に、同
じ色の光を送るLGを、赤(R)、緑(G)、青(B)
のチャネルで図15に示した単一の各出射ポートOPi
に組み合わせる。必要に応じて、色分離器230は、
(光学的カップリング材料または屈折率適合液体232
の薄い層を介して)出射窓222、224にカップリン
グ(bounded)することもできる。色分離器230、所定
の反射キャビティ、所定の電極(反射キャビティに気密
性を持ってシールする)、放出体積EVsを合わせて、
所定のMLE−Jが構成される。好ましくはLGは高効
率型であり、その入射ポート(図15には図示せず)
は、全システムに対して、面積効率のよい角度依存、エ
ネルギー密度関数対称化用(etendue efficient angular
dependent, energy density function symmmetrizatio
n)の補助ABTを含んでおり、所定のABTLE−Jを
構成する。
The second embodiment of the present invention shown in FIG. 15 relates to the efficient simultaneous transmission of light beams of different colors. As shown in this figure, the output beam of MLE-J is first spectrally separated by the color separator 230 into output beams of different colors (three in the figure). Next, each of these color-separated outgoing beams is collected at an appropriately shaped entrance port IPi of the various LG 231i. Next, LG that transmits light of the same color is represented by red (R), green (G), and blue (B).
Single output port OPi shown in FIG.
Combine with. Optionally, the color separator 230
(Optical coupling material or refractive index compatible liquid 232
(Via a thin layer of). By combining the color separator 230, a predetermined reflection cavity, a predetermined electrode (sealing the reflection cavity with airtightness), and the emission volume EVs,
A predetermined MLE-J is configured. Preferably the LG is of high efficiency and its entrance port (not shown in FIG. 15)
Is used for all systems, for area-efficient angular dependence and energy density function symmetrization.
dependent, energy density function symmmetrizatio
n) The auxiliary ABT is included and forms a predetermined ABTLE-J.

【0183】図15は、空間の有効利用に優れた好まし
い色分離素子として“カラーキューブ”を示している。
多くの他の型式の色分離器も知られており、それらを、
この説明の内容と関連させて使用することもできる。図
15では、出射された3本の各色ビーム(R、G、B)
が、6本または12本の入射ポートIPiに集められ、
各出射ポートOPiをLG出射部176iに組み合わせ
る。入射ポートIPiの表面は、色分離器230に(例
えば屈折率適合液体(index matching fluid)またはゲル
を使って)、光学的にカップリングし、ガラス−空気界
面でのフレネル損失を最少にする。必要に応じて、色分
離器230、入射ポートIPiを空隙によって分離し、
各面に必要に応じて反射防止膜を形成し、これらのイン
ターフェースでのフレネル損失を低減することもでき
る。
FIG. 15 shows a "color cube" as a preferred color separation element which is excellent in effective use of space.
Many other types of color separators are also known,
It can also be used in connection with the contents of this description. In FIG. 15, each of the three emitted color beams (R, G, B)
Are collected at six or twelve incident ports IPi,
Each emission port OPi is combined with the LG emission part 176i. The surface of the entrance port IPi is optically coupled to the color separator 230 (eg, using an index matching fluid or gel) to minimize Fresnel losses at the glass-air interface. If necessary, the color separator 230 and the entrance port IPi are separated by an air gap,
An anti-reflection film can be formed on each surface as needed to reduce Fresnel loss at these interfaces.

【0184】図16は、ABTLE−KとLGLE−K
を概略的に示している(部分的な垂直断面図と部分的な
斜視図)。また、この発明の複数の異なる好ましい実施
例を、1つの図に示した。第1の実施例は、円筒タング
ステンまたはタングステン・ハロゲン放出源S用の面積
効率のよいMLE−K設計に着目している。第2の実施
例は、LGLE−K、ABTLE−kとして、適合させ
たカップリング光学機器(matching coupling optic)2
52を備えたABT250と集束部LG254を示して
いる。主に円筒形の半透明および不透明螺旋面エミッタ
について下記に説明するが、この発明の内容は、他の放
出源形状に対しても同様に採用可能である。特に、長ア
ーク、AC型プラズマ放出源の形状であって、2つの空
間的に非常に離れて独立した放出最大部を有し、低輝度
の直線または湾曲した円筒型領域でカップリングするも
のや、小型の直線状のアークまたは蛍光ランプのような
細長い円筒放出柱に対して適用できる。
FIG. 16 shows ABTLE-K and LGLE-K
(A partial vertical sectional view and a partial perspective view). Also, several different preferred embodiments of the present invention are shown in one figure. The first embodiment focuses on an area efficient MLE-K design for a cylindrical tungsten or tungsten halogen source S. A second embodiment is a matching coupling optic 2 as LGLE-K, ABTLE-k.
52 shows an ABT 250 provided with a focusing section 52 and a focusing section LG254. While primarily described below are cylindrical translucent and opaque helical surface emitters, the teachings of the present invention are equally applicable to other emitter configurations. In particular, long-arc, AC-type plasma emission sources in the form of two spatially separated and independent emission maxima, coupled in a low brightness straight or curved cylindrical region, Applicable to elongated cylindrical emitting columns such as small linear arcs or fluorescent lamps.

【0185】図16に示した放出源Sは、放出源の軸2
4と、主放出面ESs を密閉した透明な内側容器(inne
r envelope)42を有し、主放出面ESsは、真空中ま
たは適切な励起可能(energizable)ガス中にある。この
ようなガスは、例えば、電極侵食速度(ハロゲン−タン
グステン・サイクル)を低減したり、励起、スペクトル
移動、光放出媒体(金属ハライドアーク源または高圧H
g源のような体積型放出源)として機能するために選択
できる。
The emission source S shown in FIG.
4 and a transparent inner container (inne
r envelope 42, and the main emission surfaces ESs are in vacuum or in a suitable energizable gas. Such gases may, for example, reduce electrode erosion rates (halogen-tungsten cycles), excite, spectrally shift, light emitting media (metal halide arc sources or high pressure H
(a volume source such as a g source).

【0186】図16に示したMLE−K設計は、図6、
7に示したMLE−F、MLE−Gと同様のものであ
る。それは、放出源S、主反射体260、単一の出射ポ
ート264を有する逆反射体262から構成され、エネ
ルギーは反射キャビティ266から、出射ポート264
を介してMES144に到達し(湾曲したバンドとして
半斜視図(semi-perspective way)で示した)、MES1
44は、軸位置LEでシステム軸28と交差する。必要
に応じて、出射ポート264(斜視図で示した)は、細
長い断面を有し、逆反射体262の反射面の面積を最大
にする。この出射ポートは、この発明の他の実施例に対
する前述の説明のように、部分的な窓(誘電体膜の有無
にかかわない)で保護できる。
The MLE-K design shown in FIG.
7 are the same as MLE-F and MLE-G shown in FIG. It is composed of a source S, a main reflector 260, a retroreflector 262 having a single exit port 264, and energy is transferred from the reflection cavity 266 to the exit port 264.
To the MES 144 (shown in a semi-perspective way as a curved band) and the MES 1
44 intersects system axis 28 at axis position LE. If desired, the exit port 264 (shown in perspective) has an elongated cross-section to maximize the area of the reflective surface of the retroreflector 262. This exit port can be protected by a partial window (with or without a dielectric film), as described above for other embodiments of the invention.

【0187】図16は、放出面ESsの例として、タン
グステン線からなる細長い直線状の螺旋256を示して
いる。所定の波長帯域を選択的に反射、透過する(IR
反射や可視域の反射防止)誘電体多層膜を、必要に応じ
て、容器42の外面や内面に形成することもできる。
FIG. 16 shows an elongated linear spiral 256 made of a tungsten wire as an example of the emission surface ESs. Selectively reflects and transmits a predetermined wavelength band (IR
(Reflection or prevention of reflection in the visible region) A dielectric multilayer film can be formed on the outer surface or inner surface of the container 42 as necessary.

【0188】取付け電極270、272は、放出源Sを
励起し、反射キャビティ266に対する空間的な位置を
固定するために使用する導電性固定部(electric conduc
tiveholder)として示した。選択可能なランプ固定シス
テムは、反射体260、262を同時に固定するブロッ
ク274、276として概略的に示した。これらのブロ
ック274、276は、電気リード線205から電極2
70、272へ、電気エネルギーを伝える。さらに、放
出源Sの空間的位置を固定でき、現場交換(field repla
cement)も容易なる。例えば、電極272は、 固定ブロ
ック276に対する位置を決める円錐プラグ278を有
するように示した。同様に、電極270の円錐端部は、
固定ブロック274内の円錐凹部に適合するように示し
た。図16に示したMLE−Kは、反射キャビティ26
6を破壊、分離することなく、放出源Sの交換を容易に
行える。前述の説明に限られることなく、反射キャビテ
ィ266は、別の好ましいMLEの精神の範囲内で設計
可能であり、一つまたは二つの光軸を備えた気密シール
型を含み、容器42や、光が所定のMLEへ通過するよ
うに適切にシールされた窓はなくてもよい。
The mounting electrodes 270 and 272 excite the emission source S and use a conductive fixing part (electric conductive member) used for fixing the spatial position with respect to the reflection cavity 266.
tiveholder). A selectable lamp fixing system is shown schematically as blocks 274, 276 for simultaneously fixing reflectors 260, 262. These blocks 274 and 276 connect the electrical lead 205 to the electrode 2
The electric energy is transmitted to 70 and 272. Further, the spatial position of the emission source S can be fixed, and field replacement (field repla
cement) is also easy. For example, electrode 272 has been shown to have a conical plug 278 that defines a position relative to fixed block 276. Similarly, the conical end of electrode 270
It has been shown to fit into a conical recess in the fixed block 274. The MLE-K shown in FIG.
The replacement of the emission source S can be easily performed without destroying and separating the source 6. Without being limited to the foregoing description, the reflective cavity 266 can be designed within the spirit of another preferred MLE and includes a hermetically sealed mold with one or two optical axes, including the container 42 and the optical May not have windows properly sealed to allow passage to a given MLE.

【0189】非拡大、画像反転、逆反射体262は、も
し容器42の光学的歪みを補正することによって関数
(ファンクション)を最適化し、軸対称(光軸24に対
して)非球面反射体(準楕円または準トロイダル)を使
って、軸外収差(off-axis aberration)を最小にすれ
ば、元の螺旋を上下、左右に反転させた画像として、図
16に示した放出面ESsの実質的な鏡像を生成する。
この放出源の像(source image)は、表面放出螺旋256
と共に、有効放出面/体積ESVSKを形成する体積型放
出源を形成し、主反射体260を照射する。螺旋軸(シ
ステム軸28に直交する方向のフィラメントの最長寸
法)に沿った放射の自己遮蔽によって、このような拡張
型フィラメントランプの角度依存放出関数は、“8”の
字状となる。
The non-magnifying, image inverting, retroreflector 262 optimizes the function by correcting the optical distortion of the container 42 and provides an axisymmetric (with respect to the optical axis 24) aspherical reflector ( If the off-axis aberration is minimized by using a quasi-ellipse or a quasi-toroid, an image obtained by inverting the original spiral vertically and horizontally is substantially equivalent to the emission surface ESs shown in FIG. Generate a mirror image.
The source image is a surface emission spiral 256
At the same time, a volume type emission source forming an effective emission surface / volume ESVSK is formed, and the main reflector 260 is irradiated. Due to the self-shielding of the radiation along the helical axis (the longest dimension of the filament in a direction perpendicular to the system axis 28), the angle-dependent emission function of such an extended filament lamp is shaped like an "8".

【0190】なお、螺旋256が不透明であるため、逆
反射体262によって再結像されるエネルギーのいくら
かは、螺旋256によって遮蔽される。この結果、ML
E−Kの全エネルギー伝達にはいくらかの損失がある
が、前述のように使用可能な出射光は増大する。
It should be noted that since the spiral 256 is opaque, some of the energy re-imaged by the retroreflector 262 is blocked by the spiral 256. As a result, ML
Although there is some loss in the total energy transfer of the EK, the available outgoing light increases as described above.

【0191】従って、逆反射体266の最適化と、放出
源Sの軸上の位置は、表面型放出源として使用される螺
旋256の空間的な充填量(spatial fill ration)と、
照射目標の集束面積(collection etendue of illuminat
ion target)で決まる。光遮蔽が高い場合、この発明の
好ましい実施例は、集束面積を決定せず、システム軸2
8を含む垂直面から、オフセット距離D≒W/2(容器
42の影響は無視)で、タングステン螺旋を横方向にオ
フセットする。ここで、容器42に、オフセットと、前
記システム軸28に対する放出源の鏡像を許容できる十
分な幅があれば、Wは、円筒の直径または螺旋の幅とな
る。この結果、逆反射体の像は、同じシステム軸28か
らオフセット距離D≒−W/2だけオフセットされる。
最終的に、有効放出面積/体積ESVSJは、螺旋25
6の元の断面積の約2倍の大きさになる。従って、放出
源面積EsとMLEの出力が、約2の係数で効果的に増
加する。面積限界のLE用途ではなく、中間目標(inter
mediate target)のET' maxが放出源面積(source etendu
e)よりかなり大きい、つまりET' max>>Esである場
合や(スライド映写機、オーバーヘッド・プロジェクタ
用LE、大型LCD用PLE、光ファイバ型自動車灯、
全内部反射大型光パイプ照射システム、大面積光ファイ
バ照射システムなど)、全伝達効率が面積効率より重要
な場合は、このことはいっそう許容可能になる。MLE
−Jの場合のように、密閉型反射キャビティを使用する
場合、断面形状と範囲、システム軸28に対する放出螺
旋のオフセットは、この発明の概念を用いて理想的に設
計され、所定の集束面積や集束領域に対して、MLEの
スループットを最大にする。同様に、逆反射像を距離D
≒W/2で理想的にオフセットする必要がある場合は、
各ソース軸も、内面、また必要に応じて外部容器、例え
ば、タングステン・フィラメントランプ、二重容器(dou
ble envelope)の大出力メタルハライドランプの軸対称
な軸に対してオフセットされる。
Therefore, the optimization of the retroreflector 266 and the on-axis position of the emission source S will depend on the spatial fill ration of the spiral 256 used as the surface emission source,
Collection etendue of illuminat
ion target). If the light shielding is high, the preferred embodiment of the invention does not determine the focusing area and the system axis 2
The tungsten spiral is offset laterally from the vertical plane containing 8 by an offset distance D ≒ W / 2 (ignoring the effect of the container 42). Here, if the container 42 has sufficient width to allow for the offset and the mirror image of the source with respect to the system axis 28, W will be the diameter of the cylinder or the width of the helix. As a result, the retroreflector image is offset from the same system axis 28 by an offset distance D 距離 -W / 2.
Finally, the effective release area / volume ESVSJ is a spiral 25
6 is about twice as large as the original cross-sectional area. Therefore, the output of the emission source area Es and MLE is effectively increased by a factor of about 2. Intermediate goals (inter
E T 'max release source area of mediate target) (source etendu
e) when it is much larger, ie, E T ' max >> Es (slide projector, LE for overhead projector, PLE for large LCD, fiber optic car light,
This becomes even more acceptable if total transmission efficiency is more important than area efficiency, such as total internal reflection large light pipe illumination systems, large area fiber optic illumination systems, etc. MLE
When using a closed reflective cavity, as in -J, the cross-sectional shape and range, and the offset of the emission helix relative to the system axis 28, are ideally designed using the concepts of the present invention to provide a given focusing area and Maximize MLE throughput for the focus area. Similarly, the retroreflection image is represented by a distance D
If you need to ideally offset at ≒ W / 2,
Each source shaft also has an inner surface and, if necessary, an outer container such as a tungsten filament lamp, a double container (doudou).
ble envelope) is offset with respect to the axis of symmetry of the high power metal halide lamp.

【0192】図16は、非常に細長く伸びた放出源SK
用のこの発明の好ましい実施例を示している。例えば、
特別な場合として、十分長い螺旋状の巻線を備えた螺旋
エミッタについて下記に説明する。このエミッタは軸
上、つまりD≒0に配置できる。この発明のLEは、効
率的なエネルギー集束のために平坦な像面上には送られ
ないので、所定のCCS−Kは、前述のように、そして
下記により詳しく説明するように、最大スループット効
率と面積効率について最適化される。z軸で湾曲した、
つまり実質的に湾曲した所定のMES144に従うエネ
ルギー集束面を許容することによって、より優れたスル
ープット効率が達成される。このことは、図16におい
て、放出面/体積ESVSKの湾曲した擬似画像(quasi-
image)を表す第2放出体積EVS’Kで示した。なお、
元の螺旋256には2つの異なる螺旋画像とその反射画
像がある。
FIG. 16 shows a very elongated source SK.
1 shows a preferred embodiment of the present invention for use in the present invention. For example,
As a special case, a helical emitter with a sufficiently long helical winding is described below. This emitter can be located on-axis, ie at D ≒ 0. Since the LEs of the present invention are not sent on a flat image plane for efficient energy focusing, a given CCS-K may have a maximum throughput efficiency as described above and as described in more detail below. And optimized for area efficiency. curved in the z-axis,
Thus, better throughput efficiency is achieved by allowing a substantially curved predetermined energy focusing surface according to the MES 144. This is illustrated in FIG. 16 by a curved quasi-image of the emission surface / volume ESVSK.
image) as the second emission volume EVS'K. In addition,
The original spiral 256 has two different spiral images and its reflection image.

【0193】第2放出体積EVS’Kを垂直方向の面で
二等分すると、最適なz位置で、弓形の強度分布が得ら
れる。しかし、図16に示したように、集束面が湾曲し
ていると、拡大された擬似画像が、放出源ESVSKか
ら得られ、つまり螺旋断面の巻線を備えた湾曲した長方
形が、より小さな集束領域を占有して観察される。この
発明の別の好ましい実施例については、前述のように、
この軸上、軸外結像MLE−Kのフィールド湾曲は、放
出源軸面の円筒補正条件に、これらの補正条件の円筒対
称軸がy軸にある基本反射面を追加することにより、エ
ネルギー集束目的(反射体の大きさと螺旋の長さに依存
する)に影響されることがある。
When the second emission volume EVS'K is bisected in the vertical plane, an arc-shaped intensity distribution is obtained at the optimum z position. However, as shown in FIG. 16, when the focusing surface is curved, an enlarged pseudo-image is obtained from the source ESVSK, ie, a curved rectangle with a spiral cross-section winding has a smaller focusing area. Observed occupying the area. For another preferred embodiment of the present invention, as described above,
The field curvature of the on-axis and off-axis imaging MLE-K can be adjusted by adding a basic reflection surface having a cylindrical symmetry axis of the correction condition on the y-axis to the cylindrical correction condition of the emission source axial surface. It may be influenced by the purpose (depending on the size of the reflector and the length of the helix).

【0194】好ましい逆反射体262は、実質的な軸対
称湾曲を有し、光軸24は、放出領域が軸対称容器42
内で軸方向に集められる場合には、その対称軸となる。
放出領域がその容器42に対して中心以外に配置される
場合は、理想的には軸外対称逆反射体が使用される。光
軸を含む面の非球面湾曲は、逆反射源の像が最小の像歪
みとなるように、つまり容器42の光学的な歪みの影響
と、細長い放出源の軸外像の収差が釣り合うように好ま
しくは選択する。好ましくは、逆集束像はできるだけ平
坦である。しかし、湾曲像の解もまた、ABT250と
組み合わせて全伝達効率を最適化するために役立つ。
The preferred retroreflector 262 has a substantially axially symmetric curvature, and the optical axis 24 has an emission area of the axisymmetric container 42.
If they are collected in the axial direction, they become the axis of symmetry.
If the emission area is located off center with respect to the container 42, an off-axis symmetric retroreflector is ideally used. The aspheric curvature of the plane containing the optical axis is such that the image of the retroreflective source has minimal image distortion, i.e., the effect of the optical distortion of the container 42 and the aberration of the off-axis image of the elongated emission source are balanced. Is preferably selected. Preferably, the defocused image is as flat as possible. However, the curved image solution also helps to optimize the overall transmission efficiency in combination with the ABT 250.

【0195】さらに、図16を参照すると、面積効率の
よい方法において、このような放出体積EVS'Jを集め
るために、ABT250には、特別な適合入射ポートI
P1、出射ポートOP1が使われる。MES144に適
合させた入射ポートIP1の面積集束効率をさらに向上
させるために、特別な入射ポート処理部がその受光面A
S1に対して好ましくは使用される。図16において、
入射ポートIP1は、前述の様々な点で視認性を向上さ
せるために、MES144から後戻りするように示し
た。受光面AS1の全体の湾曲は、好ましくはMES1
44の湾曲と適合する。また、階段型の局所面処理部が
示されており、これは受光面AS1の湾曲による面積損
失を最小にする。これは、前述の可能な好ましい補助光
学面処理部の一例である。ABT250の本体は、中空
反射性または固体透明性の適切なテーパ型LGであって
もよい。
Still referring to FIG. 16, in order to collect such an emission volume EVS'J in an area efficient manner, the ABT 250 is provided with a special matching entrance port I.
P1, the output port OP1 is used. In order to further improve the area focusing efficiency of the entrance port IP1 adapted to the MES 144, a special entrance port processing unit has a light receiving surface A
It is preferably used for S1. In FIG.
The entrance port IP1 is shown returning from the MES 144 to improve visibility at the various points described above. The overall curvature of the light receiving surface AS1 is preferably MES1
Compatible with 44 curvature. Also shown is a staircase-type local surface processing unit, which minimizes the area loss due to the curvature of the light receiving surface AS1. This is an example of a possible preferred auxiliary optical surface processor described above. The body of the ABT 250 may be a hollow tapered or solid transparent suitable tapered LG.

【0196】細長いタングステン放出源は、その長軸方
向のフィラメント自身の陰(self-shadowing)によって、
軸非対称角度放出エネルギー密度関数(ファンクショ
ン)を有する。従って、このような好ましい所定のML
Eの出射ビームも、軸非対称角度エネルギー密度関数を
有する。例えば、長い円筒と、円または正方形に近い長
方形のような、放出源と集束目標の間の空間形状の不適
合度が非常に大きい場合は、適合させたABTの領域利
得が重要な利点となり、前述のように、領域再変換機能
(area reformatting task)に着目し、面積効率のよくな
い領域再変換ABTは、角度依存エネルギー分布を対称
にするので、これらを使用することが考えられる。必要
に応じて、補助入射光学系として、アナモルフィック・
カップリング光学機器(anamorphic coupling optic)
や、アナモルフィック・テーパ型(anamorphic tapered)
LGを使用することもできる。
The elongated tungsten source is self-shadowing due to its longitudinal filament itself.
It has an axially asymmetric angular emission energy density function. Therefore, such a preferred predetermined ML
The output beam of E also has an axially asymmetric angular energy density function. If the spatial shape mismatch between the source and the focus target is very large, for example, a long cylinder and a rectangle close to a circle or square, then the area gain of the fitted ABT becomes a significant advantage and Like the area retransformation function
Focusing on (area reformatting task), the area reconversion ABT with poor area efficiency makes the angle-dependent energy distribution symmetrical, so it is conceivable to use them. If necessary, anamorphic or auxiliary optics
Anamorphic coupling optic
Or anamorphic tapered
LG can also be used.

【0197】前述のように、角度を有するLGアクセプ
トまたは受光領域(acceptance area)の局所的なプリズ
ム効果(local prism effect)を補うビーム方向変換機能
(beamredirection task)を実現する異なる方法がある。
図16は、理想的な湾曲のMES144にほぼ近い階段
型を使って、傾いた入射面、つまり湾曲したLG受光面
AS1で、局所的に変わるプリズム型のビーム方向変換
効果によって生じた角度方向変換効果(いくらかの面積
損失となる)を最小にする。
As described above, a beam direction conversion function for compensating for a local prism effect of an angled LG accept or acceptance area.
There are different ways to achieve (beamredirection task).
FIG. 16 shows an angular direction change caused by a locally changing prism-type beam direction change effect on a tilted incident surface, that is, a curved LG light receiving surface AS1, using a stepped shape that is almost close to an ideally curved MES 144. Minimize the effect (with some area loss).

【0198】この発明の別の好ましい実施例は、所定の
受光面AS1の特定の湾曲によって得られるプリズム効
果を使用する。この好ましい曲面は、プリズム効果が、
所望のビーム伝達軸の方向変換を単独で達成する(例え
ば、主ビーム伝達軸(main beam propagation axis)を直
線にする)ように、平均的なビーム伝搬方向(図16に
示したように、2つの異なる螺旋型の結像位置の方向)
の所定の変化に適合させる。両方の実施例は、局所的な
階段形状が、ビームの方向変換用の補助光学系としても
機能するように組み合わせて、入射ビームの主伝搬軸の
局所的な変位を補正できる。また、必要に応じて受光面
AS1に光学的な表面層を形成し、ビーム伝搬軸の局所
的な補正を実現し、所定のビームに対するLG250の
スループット効率を向上させることもできる。
Another preferred embodiment of the present invention uses the prism effect obtained by the specific curvature of the predetermined light receiving surface AS1. This preferred curved surface has a prism effect,
The average beam propagation direction (as shown in FIG. 16, 2) to achieve the desired beam transfer axis directional transformation alone (eg, straighten the main beam propagation axis). Of three different spiral imaging positions)
To the predetermined change of In both embodiments, the local staircase shape can be combined so as to also function as an auxiliary optical system for changing the direction of the beam to correct the local displacement of the main propagation axis of the incident beam. Further, if necessary, an optical surface layer may be formed on the light receiving surface AS1 to realize local correction of the beam propagation axis, thereby improving the throughput efficiency of the LG 250 for a predetermined beam.

【0199】図16を再び参照すると、このLGアダプ
タ250の出力面の形状は、円形を有するように選択さ
れ、必要に応じて取り外し可能なLG254へカップリ
ングするように示されており、LG254は、一定の円
形の断面と垂直終端受光面(perpendicular terminated
acceptance surface)AS2を有する。他の出射形状を
必要に応じて選択することもできる。また、図16は、
別の好ましい実施例として、反射性、高NA、準結像、
カップリング光学機器252を示しており、光学機器2
52は、発散角を拡大することによって、ビームの角度
発散(angular divergence)を変化させ、同時に、実質的
に面積を維持しながら、ビームの断面領域を低減する。
このような光学系は、波長に依存しない対称ビーム変換
とビーム走査機能を同時に行うために用いられる。LG
254の受光面AS2は、このLGLE−K用の目標T
Kを構成する。
Referring again to FIG. 16, the shape of the output surface of this LG adapter 250 is shown to be selected to have a circular shape and to be coupled to a removable LG 254 as necessary. , A constant circular cross-section and a vertically terminated light-receiving surface (perpendicular terminated
acceptance surface) AS2. Other exit shapes can be selected as needed. Also, FIG.
In another preferred embodiment, reflective, high NA, semi-imaging,
The coupling optical device 252 is shown, and the optical device 2
52 changes the angular divergence of the beam by enlarging the divergence angle, while reducing the cross-sectional area of the beam while maintaining substantially area.
Such an optical system is used for simultaneously performing a wavelength-independent symmetric beam conversion and a beam scanning function. LG
The light receiving surface AS2 at 254 is a target T for LGLE-K.
Construct K.

【0200】また、追加領域/NA適合機能(matching
function)が不要な場合は、受光面AS2を、LG25
0の放出面ES1に直接カップリングすることもでき
る。必要に応じて、ガラス−空気インターフェースで反
射防止膜を使用したり、出射面ES1と入射面AS2の
間で、屈折率を適合させるゲルや油等の適切な屈折率適
合透明材料の薄い層を使用することにより、フレネル・
カップリング損失を低減できる。LG254をシステム
から分離する必要がなければ、LG250と254の両
方を、光学的に透明な接着剤で結合させることもでき
る。この発明の範囲に限られることなく、LG250
は、適切な放出源エネルギを直接、最終的な使用位置に
集束させ伝送するLGLE内のLGのみであってもよ
い。さらに、LG250や254で直接、領域/NAを
適合させることもできる。例えば、テーパ型光ファイバ
を使って、適切なLG250を構成できる。
The additional area / NA matching function (matching
function) is unnecessary, the light receiving surface AS2 is connected to the LG25
It can also be directly coupled to the zero emission surface ES1. If necessary, use an anti-reflection coating at the glass-air interface or provide a thin layer of a suitable refractive index matching transparent material such as gel or oil to match the refractive index between the exit surface ES1 and the entrance surface AS2. By using, Fresnel
Coupling loss can be reduced. If it is not necessary to separate LG 254 from the system, both LG 250 and 254 can be bonded with an optically clear adhesive. Without being limited to the scope of the invention, the LG250
May be the only LG in the LGLE that focuses and transmits the appropriate source energy directly to its ultimate use location. Further, the area / NA can be adapted directly in the LG 250 or 254. For example, an appropriate LG 250 can be configured using a tapered optical fiber.

【0201】図16は、低コスト直線タングステン螺旋
放出源、細長いアークランプ、MLE−K内の高効率直
線ランプなどを用いて、スループット効率のよい低コス
ト光ファイバ照射器を構成し、標準的な円形のLGを照
射する方法も示しており、必要に応じて、ABTSとし
て機能するLGアダプタ250や、適切な光学カップリ
ング機器252を使用する。これは特に、従来のLGL
Eで可能となる以上に、低コストと高伝達効率が要求さ
れる光ファイバ放出源に対して重要度が高い。
FIG. 16 shows a low-cost optical fiber irradiator with high throughput efficiency using a low-cost linear tungsten spiral emission source, an elongated arc lamp, a high-efficiency linear lamp in the MLE-K, and the like. A method of irradiating a circular LG is also shown, and an LG adapter 250 functioning as an ABTS and an appropriate optical coupling device 252 are used as necessary. This is especially the case with the traditional LGL
It is more important for optical fiber emission sources that require low cost and high transmission efficiency than is possible with E.

【0202】この発明の前述の内容を使用して、一般的
な体積型または表面型放出源(generic volume or surfa
ce source)に対して、面積効率のよい方法で細長い放出
源を集束させる方法を示すと、図16に示した好ましい
実施例から、LGLEの効率をさらに改善するために、
放出源Sの設計は、使用目的に応じて、MLEとLGL
Eの設計と共に行わなければならないことがわかる。
Using the foregoing description of the invention, a generic volume or surface emission source may be used.
The method of focusing the elongated emission source in an area efficient manner with respect to the ce source) shows that from the preferred embodiment shown in FIG. 16, to further improve the efficiency of the LGLE,
The design of the emission source S depends on the purpose of use, MLE and LGL.
It can be seen that this must be done with the design of E.

【0203】例えば、タングステン線は、高濃度に覆わ
れる半円形に配置される。次に、逆反射体は、全円が所
定のCCSで光を放出するように見えるように戻して、
放出されたエネルギーを結像させる。前述の内容に基づ
いて、この発明を使って、特定の設計やLG入射ポート
製造条件で最適化した様々な寸法の放出源構成が可能と
なる。これら全てのランプ設計解の基本的な共通性は、
放出体積/表面の三次元形状と、放出源S、MLE、遠
隔エネルギ伝達用LGのエネルギー集束入射ポートIP
iを適合させたものの製造時の複雑さを、最適なコスト
効率バランスを達成するために、互いに釣り合わせなけ
ればならない。
For example, a tungsten wire is arranged in a semicircle covered with a high concentration. Next, the retroreflector returns the whole circle to appear to emit light at the given CCS,
The emitted energy is imaged. Based on the foregoing, the present invention allows for variously sized source configurations optimized for a particular design and LG entrance port manufacturing conditions. The basic commonality of all these lamp design solutions is
Emission volume / surface three-dimensional shape and energy focus entrance port IP of emission source S, MLE, LG for remote energy transfer
The manufacturing complexity of the tailored i must be balanced with each other to achieve an optimal cost-effective balance.

【0204】前述の補助逆反射体を使用することによっ
て、好ましい共焦点キャビティが、より大きな放出角を
集束できるように構成でき、利用不可能な光を、利用可
能な光の生成に役立てるより効率的な色再変換MLEを
構成できる。
By using the auxiliary retroreflector described above, a preferred confocal cavity can be configured to focus a larger emission angle, making the unavailable light more efficient to help generate available light. Color reconversion MLE can be configured.

【0205】この発明の別の好ましい実施例では、放出
体積または表面の空間形状も自由に最適化できる場合、
所定の目標TのLEをさらに最適化できる。この放出源
形状のさらに適合させた設計最適化段階は、所定の目標
と電気出力レベルに対する伝達効率を改善し、LE全体
の製造コストを低減できる。
In another preferred embodiment of the invention, if the emission volume or the spatial shape of the surface can also be freely optimized,
LE for a given target T can be further optimized. This more tailored design optimization stage of the source shape can improve the transmission efficiency for a given target and electrical power level and reduce the overall LE manufacturing cost.

【0206】図18は、所定のABTSとして一体式テ
ーパ型LG300を備えた密閉型反射体ランプSM(L
GLE−H、LGLE−I、LG LE−Kと同様)と
して、導光型光エンジンM(LGLE−M)を概略的に
示している。図18の放出源Sの放出エネルギーは、放
出面ESSMと幅Wを備え、長方形の断面形状を有し、
螺旋を巻き付け可能な程度の薄さで、しっかりと巻き付
けた(不透明)タングステン螺旋(三巻で図示)から放
出されるように、ここでは示した。この螺旋の光軸24
は、システム軸28と直交する方向に配置され、オフセ
ット距離D≒W/2(前述のように)を有する。この放
出面ESSLの右半球内への放出は、RRS140での
反射の後、像を反転した仮想放出体積EVSMを形成
し、EVSMは、放出面ESSMと対向し、軸28に対
して鏡面対称となる。前述のように、必要に応じて、放
出面ESSMは、光学系の軸28と直交する平面ではな
く、湾曲した所定の方向を有し、特に制限されたLEへ
の伝達効率を改善できる。
FIG. 18 shows a sealed reflector lamp SM (L) having an integrated tapered LG 300 as a predetermined ABTS.
GLE-H, LGLE-I, and LG LE-K) are shown schematically. The emission energy of the emission source S of FIG. 18 has an emission surface ESSM and a width W, has a rectangular cross-sectional shape,
The helix is shown here as thin as it can be wound and emitted from a tightly wound (opaque) tungsten helix (shown in three turns). The optical axis 24 of this spiral
Are arranged in a direction orthogonal to the system axis 28 and have an offset distance D ≒ W / 2 (as described above). The emission of this emission surface ESSL into the right hemisphere forms, after reflection at the RRS 140, an image-reversed virtual emission volume EVSM, which faces the emission surface ESM and is mirror-symmetric with respect to the axis 28. Become. As described above, if necessary, the emission surface ESSM has a predetermined curved direction, rather than a plane orthogonal to the axis 28 of the optical system, and can improve the transmission efficiency to the particularly limited LE.

【0207】CCS−M、つまりPRS142は、左半
球内への放出を第2放出体積(secondary emission volu
me)EVS’Mに集め、このEVS’M は、テーパ型L
G300内に配置されるように設計する。逆反射体14
0は、MLE−Mの出射ポート146にLG300を備
えた、2つの反射体部材148、152からなる折り返
された反射体(LGLE−Hと同様)として、ここでは
示した。必要に応じて、フィルタ部材302(ここでは
反射体148の成形または接地形状によって固定される
ように示した)を使って、MLE−Mの出射ビームを、
容易にスペクトル的にフィルタ処理する。例えば、不要
なIRエネルギを除去することによって、いくつかの型
式の光学系に対して、プラスチック材料から構成された
LGや、エポキシ光ファイバ入射ポートを備えたLGを
使用できる。必要に応じて、この補助用フィルタ部材を
LG300の入射面に配置することもでき、反射体14
2の反射膜が、スペクトル波長制限特性(spectral band
width limiting property)を有することもできる。
[0207] The CCS-M, or PRS 142, controls the emission into the left hemisphere to a secondary emission volume.
me) collected in EVS'M, this EVS'M is tapered L
It is designed to be placed in G300. Retroreflector 14
0 is shown here as a folded reflector (similar to LGLE-H) consisting of two reflector members 148, 152 with LG300 at the exit port 146 of the MLE-M. If necessary, the output beam of the MLE-M can be filtered using a filter member 302 (shown here as fixed by the shaping or grounding of the reflector 148).
Easily spectrally filter. For example, by removing unwanted IR energy, an LG made of plastic material or an LG with an epoxy fiber optic input port can be used for some types of optics. If necessary, this auxiliary filter member can be arranged on the incident surface of the LG 300,
2 is a spectral band limiting characteristic (spectral band
It can also have a width limiting property.

【0208】この発明の前述の好ましい実施例の主な違
いは、MES144が、テーパ型LG300の入射面近
傍ではなく、その内部に配置されることである。この特
別なLG300は、図18において、適切な透過性コア
材料310と周りの適切な低反射性クラッド材料層(low
refractive cladding material)312を有する単一コ
ア、テーパ型LGとして示した。好ましくはLG300
を、中空反射型チューブから構成することもできる。L
G300はテーパ型LG断面のような形状を有し、集束
させる光ビームの伝達にMES144は干渉しない(コ
ア材料310とLG300の異なる屈折率による標準的
な屈折効果を除く)。しかし、MES178の軸位置L
Eの近傍において、LG300の断面領域は、光ビーム
の選択した部分(所望の集束面積Ecに依存する)を、
その後LG300が導く断面に(前述のように)移行さ
せる。必要に応じて、LG300の断面形状は、目標の
最終的な照射形状または別の光学系へのカップリング
(例えば、図18に示したような複数のLG320i)
に適した便利な出射形状に徐々に移行する。このような
光学系は、湾曲したMES144から面積効率のよい方
法で光を捕捉し、図16に示したLGLE−Kと関連付
けながら上記に説明したような、非常に特別な入射ポー
ト構成は不要である。
The main difference between the foregoing preferred embodiment of the present invention is that the MES 144 is located inside the tapered LG 300, not near the entrance surface. This particular LG 300 is shown in FIG. 18 with a suitable transmissive core material 310 and a suitable layer of low-reflection cladding material (low) around it.
It is shown as a single core, tapered LG with refractive cladding material) 312. Preferably LG300
From a hollow reflective tube. L
The G300 has a tapered LG cross-sectional shape and the MES 144 does not interfere with the transmission of the focused light beam (except for the standard refractive effects due to the different refractive indices of the core material 310 and the LG300). However, the axis position L of the MES178
In the vicinity of E, the cross-sectional area of the LG 300 is used to select a selected portion of the light beam (depending on the desired focusing area Ec).
Thereafter, a transition is made (as described above) to the section led by LG 300. If necessary, the cross-sectional shape of the LG 300 may be the final illumination shape of the target or coupling to another optical system (eg, a plurality of LG 320i as shown in FIG. 18).
Gradually shifts to a convenient exit shape suitable for Such an optical system captures light from the curved MES 144 in an area efficient manner and does not require a very special entrance port configuration as described above in connection with the LGLE-K shown in FIG. is there.

【0209】従って、MES144の前のLG300の
断面は、LG300を使用した面積効率のよい光集束に
役立つ補助光学機器とみなすことができる。この目的の
場合、LG300の入射面322を湾曲させ、CCS−
Mと組み合わせて、集束効率と製造コストの間のバラン
スについて最適化した光結像素子として機能させること
もできる。この補助光学機器(MES144のテーパ断
面)は、直接放出される放出源の光のいくらかを、ME
S144で使用可能な光に変換可能にして、光学系の全
伝達効率がさらに増大するように設計することもでき
る。
[0209] Therefore, the cross section of the LG 300 before the MES 144 can be regarded as an auxiliary optical instrument that helps area efficient light focusing using the LG 300. For this purpose, the entrance surface 322 of the LG 300 is curved and the CCS-
In combination with M, it can also function as an optical imaging element optimized for the balance between focusing efficiency and manufacturing cost. This auxiliary optics (tapered section of MES 144) provides some of the directly emitted emission light to the MES
In step S144, the optical system can be converted into usable light so that the total transmission efficiency of the optical system can be further increased.

【0210】この発明の別の好ましい実施例では、ML
E−M、補助逆反射体148、LG300は、入射側に
適切な反射やフィルタ処理を行う膜を備えた単一の成形
ガラスまたはプラスチック部材からなり、適切なクラッ
ド層または反射膜層312は、少なくとも軸のLE位置
の前から始まり、その後続いて、コア材料310に適合
する適切なLGを構成する。
In another preferred embodiment of the present invention, the ML
The EM, the auxiliary retroreflector 148, and the LG 300 are made of a single molded glass or plastic member provided with a film that performs appropriate reflection and filtering on the incident side. Begin at least before the LE position of the axis, and then continue to configure a suitable LG that matches the core material 310.

【0211】反射体142の第一焦点近傍に配置した複
数のタングステン螺旋(必要に応じて個々の出力を制御
する)を放出源として使用し、同様のまたは(必要に応
じて)異なるテーパ型LG300内に集束させる。この
概念によって、必要に応じて集束効率をやや犠牲にし、
放出源の冗長度やコスト低減などの他の利点を得ること
によって、例えば、自動車の道路照射システム等の高、
低ビーム光集束システムが可能となる。
A plurality of similar or (optionally) different tapered LG300s may be used as emission sources, using a plurality of tungsten spirals (controlling the individual outputs as needed) located near the first focal point of reflector 142. Focus inside. This concept allows for a slight sacrifice in focusing efficiency when needed,
By gaining other advantages, such as source redundancy and cost reduction, for example, the high
A low beam light focusing system is possible.

【0212】図18に戻ると、さらにLGに基づく光フ
ァイバ照射システムが、最終的にMLEや、特にLGか
ら光を受け取る一つまたは複数のLG320iを備えた
概略図に示されており、LG300は特別な例として示
した。さらに、これらの第二LG320iの出射ポート
OP2−iの光軸322iは、カップリング光学系34
0iと組み合わせて、選択した最終目標領域で、適切な
照度が得られるように配置される。トンネル、塔、舟な
どを業務上遠隔から照射する場合、これらの概念に基づ
いて構築され、所望の出射レベルごとに、光伝達の全コ
ストや保守コストを低減できる。
Returning to FIG. 18, a further LG based fiber optic illumination system is shown in a schematic diagram with one or more LG 320i that ultimately receive light from the MLE, and in particular from the LG, and the LG 300 Shown as a special example. Further, the optical axis 322i of the output port OP2-i of the second LG 320i is coupled to the coupling optical system 34.
In combination with 0i, it is arranged so that an appropriate illuminance can be obtained in the selected final target area. When illuminating tunnels, towers, boats, and the like from a remote location for business purposes, they are built on these concepts and can reduce the total cost of light transmission and maintenance costs for each desired emission level.

【0213】同様に、出射ポートOP2−iと対応する
カップリング光学機器252iを選択して、特定の光強
化材料処理用に適合させることができる。例えば、出射
ポートを細長い長方形として、適切な線状放出源を提供
できる。他の形状も必要に応じて構成できる。
Similarly, the coupling optic 252i corresponding to the exit port OP2-i can be selected and adapted for a particular light enhancing material processing. For example, the exit port can be an elongated rectangle to provide a suitable linear emission source. Other shapes can be configured as needed.

【0214】図19は、特定の型式のLE、つまり投写
スクリーン98上に、透過型構成の目標(transmissive
configurable target)(LV100で示される)の画像
強度を投写するために用いられるPLE−ABの設計用
の、この発明の第1の好ましい実施例を示している。こ
の投写スクリーン98は、所定のPLEの目標TABで
ある。
FIG. 19 shows a specific type of LE, ie, a transmissive target on a projection screen 98.
1 shows a first preferred embodiment of the present invention for the design of a PLE-AB used to project an image intensity of a configurable target (shown as LV100). This projection screen 98 is a target TAB of a predetermined PLE.

【0215】所定のMLE−ABは、図19では基本的
なMLE−F型として示した。しかし、この発明の他の
MLEの実施例やそれらの変形全てを同様に使用するこ
とができる。MLE−ABの軸上の最小面積位置LE近
傍に、必要に応じてカラーホイール110を配置し、時
分割色ビームを生成し、レンズ410で集束させ、必要
に応じてビームの断面形状の変更や均一化を行う光学シ
ステム(beam cross sectional shaping/homogenizing o
ptic system)420上に投写する。図19は、このよう
な光学系420の例として、同様のまたは異なる適合対
(similar or dissimilar matched pair)として構成され
た、第1レンズアレイ422と第2レンズアレイ424
を示している。システム420を構成する別の方法とし
ては、位相格子または回折レンズ対(phase grating or
diffractive lens pair)を使用する。システム420
は、LV100でのビーム形状要件に実用上より適合す
るように、好ましくはビーム400の断面を再成形し、
均一化するように設計される。補助集束レンズ426
は、照射ビーム400の断面を、LV100の受光面A
SLVに適合させるのに役立つ。
The predetermined MLE-AB is shown as a basic MLE-F type in FIG. However, other MLE embodiments of the invention and all of their variations can be used as well. A color wheel 110 is arranged as needed near the minimum area position LE on the axis of the MLE-AB, a time-division color beam is generated and focused by the lens 410, and a change in the cross-sectional shape of the beam is performed as needed. Optical system for homogenization (beam cross sectional shaping / homogenizing o
ptic system) 420. FIG. 19 illustrates similar or different matching pairs as an example of such an optical system 420.
(similar or dissimilar matched pair), the first lens array 422 and the second lens array 424
Is shown. Another way to construct system 420 is to use a phase grating or diffractive lens pair.
Use a diffractive lens pair). System 420
Preferably reshapes the cross-section of the beam 400 to better meet the beam shape requirements at the LV 100,
Designed to be uniform. Auxiliary focusing lens 426
Shows the cross section of the irradiation beam 400 as the light receiving surface A of the LV 100.
Helps adapt to SLV.

【0216】LV100(透過型LVを例示する)は、
PLEの主要な面積制限光学素子であることが多い。好
ましくは、照射ビーム400は、図5に示したPLE−
AAの照射ビーム122とは異なり、その受光面ASL
Vの近傍またはやや後方に結像位置を有する。
The LV 100 (exemplifying a transmission LV)
It is often the main area limiting optical element of PLE. Preferably, the illumination beam 400 is PLE-
Unlike the AA irradiation beam 122, its light receiving surface ASL
It has an imaging position near or slightly behind V.

【0217】投写レンズ系430は、LV100の出力
を集め、投写スクリーン98上に結像させる。図19に
示したように、必要に応じて、レンズシステム430を
二つのサブシステム432、434から構成し、サブシ
ステム432をLV近傍に配置して、LV100の出力
を集め、サブシステム434をシステム432の結像位
置の近傍に配置してもよい。
The projection lens system 430 collects the output of the LV 100 and forms an image on the projection screen 98. As shown in FIG. 19, if necessary, the lens system 430 includes two subsystems 432 and 434, the subsystem 432 is arranged near the LV, the output of the LV 100 is collected, and the subsystem 434 is connected to the system. 432 may be arranged near the imaging position.

【0218】面積効率のよい所定のMLE−ABと、必
要に応じてビーム形状や均一性を適合させるシステム4
20を使用することにより、PLE−ABの伝達効率が
改善される。クリティカル照射(critical illuminatio
n)(LVに焦点を置く)と、適合させた投写レンズシス
テム430を使用することにより、必要に応じてさらに
改善される。この発明の好ましい改善では、中間目標
T’ABと所定のMLE−ABの要求に面積効率的に適合
させたアナモルフィックビーム変換/均一化システム(a
namorphically beam transforming beam homogenizing
system)420を使用する。
A system 4 for adapting a predetermined area efficient MLE-AB to a beam shape and uniformity as required.
By using 20, the transmission efficiency of PLE-AB is improved. Critical illuminatio
n) (Focus on the LV) and further improved if necessary by using an adapted projection lens system 430. In a preferred refinement of the invention, an anamorphic beam conversion / homogenization system (a) that is area-efficiently adapted to an intermediate target T'AB and a given MLE-AB requirement.
namorphically beam transforming beam homogenizing
system) 420 is used.

【0219】図20は、単一の透過型LV100の画像
強度を投写スクリーン98上に投写するために使用され
るPLE−AC設計に用いられるこの発明の別の好まし
い実施例を示している。PLE−ABとPLE−ACの
間の主な違いは、後者が、やや柔軟性を有する高伝達効
率LG448を用いて、少なくともエネルギー伝達機能
と、領域再成形機能を実施し、色ホイール110は、こ
の発明の好ましいMLE実施例の1つから選択した所定
のMLE−ACの軸上最小面積位置のやや前に配置す
る。カラホイール110の所定時刻での効率を最大にす
るために、カラーホイールの位置は、好ましくはできる
だけ軸上最小面積位置LEに接近させる。
FIG. 20 shows another preferred embodiment of the present invention used in a PLE-AC design used to project the image intensity of a single transmissive LV 100 onto a projection screen 98. The main difference between PLE-AB and PLE-AC is that the latter implements at least the energy transfer function and the area reshaping function using the somewhat flexible high transmission efficiency LG448, and the color wheel 110 The predetermined MLE-AC selected from one of the preferred MLE embodiments of the present invention is disposed slightly before the axial minimum area position. In order to maximize the efficiency of the empty wheel 110 at a given time, the position of the color wheel is preferably as close as possible to the axial minimum area position LE.

【0220】LG448の入射ポートIPは、前述のよ
うに、好ましくは面積効率のよいエネルギー集束用のM
LE−ACに適合させた形状とし、必要に応じてNA対
称化補助入射機器(NA symmetrization auxiliary input
optic)(ABT)を有し、出射断面は、空間的な強度
均 一化部分を有する(例えば、長方形に研磨した単一
コアの集束ロッド)。また、透過型LVの場合を示し
た。必要に応じて、偏光感度のよい(polarization sens
itive)LV100のために、PCS(図20では示され
ていない)を、LG448の出射ポートOPとLV10
0の受光面ASLVの間に容易に挿入でき、所定の入射
ポートの集束領域は、約50%まで低減される。
The input port IP of the LG 448 preferably has an area-efficient M for energy focusing, as described above.
The shape is adapted to LE-AC, and if necessary, NA symmetrization auxiliary input device
optics (ABT), and the exit cross section has a spatially uniform portion (eg, a rectangularly polished single core focusing rod). Also, the case of the transmission type LV is shown. If necessary, use polarization sens
20) For the LV100, the PCS (not shown in FIG. 20) is connected to the output port OP of the LG448 and the LV10.
It can be easily inserted between the 0 light receiving surfaces ASLV and the focusing area of a given entrance port is reduced by about 50%.

【0221】LG448の出射ポートは、所定の発散角
と断面形状を備えた明確な表面放出源を生成できる。従
って、目標TAC、つまり投写スクリーン98への伝達
効率を最適化するために、NA適合化および画像拡大カ
ップリング光学機器430は、好ましくはLG448の
出射ポートOPを、LV100の受光面またはそのすぐ
後ろに結像させる。後者は、いくつかの方式の出射ポー
ト製造工程(例えば、エポキシ樹脂製や溶融ファイバ束
端部)で生じた高空間周波数強度変化(spatialfrequenc
y intensity variation)を最小にするのに役立ち、LV
100の受光面ASLVで高空間周波数強度変化(画素
化(pixelation))をなくす補助光学機器が不要になる。
適合させた投写レンズシステム430は、LV出力を集
め、投写スクリーン98上に効率的に結像させる。理想
的には、LG出射面は湾曲させ、簡略化したカップリン
グ光学機器450を使って、LV面での画像平坦化(ima
ge flattening)に役立たせる。
The exit port of the LG448 can create a well-defined surface emission source with a given divergence angle and cross-sectional shape. Therefore, to optimize the target TAC, ie, the transmission efficiency to the projection screen 98, the NA adaptation and image magnification coupling optics 430 preferably connects the exit port OP of the LG 448 to or immediately behind the light receiving surface of the LV 100. Image. The latter can be attributed to the high spatial frequency intensity variations (spatialfrequenc
y intensity variation) to help minimize LV
The need for auxiliary optics that eliminates high spatial frequency intensity changes (pixelation) with 100 light receiving surfaces ASLVs.
The adapted projection lens system 430 collects the LV output and efficiently forms an image on the projection screen 98. Ideally, the LG exit surface is curved and the simplified coupling optics 450 is used to image flatten (ima) the LV surface.
ge flattening).

【0222】図21は、構造化可能な照射目標と中間目
標T’ADの例として、 反射型LV100を使用する
投写光エンジンAD(PLE−AD)の別の好ましい実
施例を示している。また、前述のように、面積効率のよ
いMLE−ADは、特別に適合させた入射ポートIPと
出射ポートOPを備えたLG448と共に使用する。凹
面軸上または軸外(ここでは軸外として示す)反射体4
60は、カップリング光学機器として使用し、中間目標
T’AD、つまりLV100の受光面ASLVにLG4
48の出力をカップリングする。例えば、このような反
射体460は、出射エネルギー伝搬軸465を方向変換
する楕円面464の適切な一部とすることができ、中間
目標T’ADの受光方向466と一致させて、出射発散
角θLOUTを、LV100の受光発散角(output dive
rgence angle)θLVに適合させる。これを実現するた
めに、反射体は、好ましくは図21に示したように軸外
位置で使用し、出射ポートOPとLV100は、所定の
楕円面464の主軸467上において、各々所定の焦点
の近傍で短軸468に対してほぼ対称に配置する。主軸
467に対して適切な角度470で、LG448の出射
ポートOPを配向させることによって、単一構成要素を
使って、所望の画像拡大とNA適合が達成できる。この
カップリング光学機器、つまり反射体460の結像誤差
を最小にするために、楕円の主軸は、適切な大きさに選
択しなければならない。適切なカップリング結果を得る
ためにより小型化が要求される場合は、補助レンズや反
射体(図示せず)を出射ポートOPの近傍で使用するこ
とができる。また、この発明の別の実施例では、反射体
460を反射型レンズ、つまり片側に適切な反射型被膜
を形成したレンズとする。補助レンズまたはレンズ系や
反射型レンズは、LEサイズを低減するのに役立つ。
FIG. 21 shows another preferred embodiment of a projection light engine AD (PLE-AD) using a reflective LV 100 as an example of a configurable irradiation target and an intermediate target T′AD. Also, as described above, the area efficient MLE-AD is used with an LG 448 having a specially adapted input port IP and output port OP. Reflector 4 on concave or off-axis (shown here as off-axis)
60 is used as a coupling optical device, and LG4 is placed on the light receiving surface ASLV of the intermediate target T'AD, that is, the LV100.
Forty-eight outputs are coupled. For example, such a reflector 460 can be a suitable part of an elliptical surface 464 that redirects the exit energy propagation axis 465, matches the light receiving direction 466 of the intermediate target T'AD, and provides an exit divergence angle. θLOUT is the divergence angle of the light received by the LV 100 (output dive
rgence angle) Adjust to θLV. To achieve this, the reflector is preferably used in an off-axis position, as shown in FIG. 21, and the exit ports OP and LV 100 are positioned on the principal axis 467 of the given ellipsoid 464, each with a given focus. It is arranged almost symmetrically with respect to the short axis 468 in the vicinity. By orienting the exit port OP of the LG 448 at an appropriate angle 470 with respect to the main axis 467, the desired image magnification and NA matching can be achieved using a single component. In order to minimize the imaging error of the coupling optics, ie the reflector 460, the major axis of the ellipse must be selected to a suitable size. If miniaturization is required to obtain an appropriate coupling result, an auxiliary lens or a reflector (not shown) can be used in the vicinity of the emission port OP. In another embodiment of the present invention, the reflector 460 is a reflective lens, that is, a lens having an appropriate reflective coating formed on one side. Auxiliary lenses or lens systems and reflective lenses help reduce the LE size.

【0223】出射ポートOPの右側に、拡大された画像
を有するこの発明の別の好ましい実施例が示されてお
り、表面構成SCLOUTは、LG448の放出面ES
Lの主軸477と、光軸478の間に0°ではない角度
476を有する。このことによって、簡単な製造手段、
つまり軸478に対して90°ではない角度で、LGの
出射ポートOPを研磨することによって、非対称角度依
存放出パターンを生成できる。このような偏った(biase
d)出射ポートは、カップリング光学機器への要求を簡略
化し、さらに小型の設計が可能になる。また(図21に
示したように)、出射ポートOPの出射面は、適切な湾
曲面として、受光面ASLVで平坦な画像面を得ること
ができる。
On the right-hand side of the exit port OP, another preferred embodiment of the invention with a magnified image is shown, wherein the surface configuration SCLOUT corresponds to the exit surface ES of the LG448.
There is a non-zero angle 476 between the main axis 477 of L and the optical axis 478. This allows simple manufacturing means,
That is, by polishing the exit port OP of the LG at an angle other than 90 ° with respect to the axis 478, an asymmetric angle dependent emission pattern can be generated. Such bias (biase
d) The exit port simplifies the requirements for coupling optics and allows for a more compact design. Further, (as shown in FIG. 21), the exit surface of the exit port OP can be obtained as a suitable curved surface to obtain a flat image surface on the light receiving surface ASLV.

【0224】再び図21を参照すると、目標照射方向1
70が斜め方向にあるDMDまたはTMAの反射型LV
に適した設計状態が示されている。また、投写レンズ系
430を軸外利用して(軸479がレンズ軸480と異
なる)、一般的な方向479にあるLVが反射した光を
集めて、投写スクリーン98上に結像するように示し
た。このPLE設計によって、斜め方向の入射角に対し
て、投写スクリーン98上に、LV強度分布を基本的に
補正した画像を生成できる。この斜め方向のスクリーン
照射は、照射する投写スクリーンの前面のテーブルに投
写装置を配置する、前面投写型の場合は非常によくある
状態である。この状態は、斜め方向の角度のより低い位
置に取り付けた投写スクリーンを照射するシーリング部
取付け型投写装置の場合にもよく見られる。
Referring to FIG. 21 again, target irradiation direction 1
70 is a reflection type LV of DMD or TMA in the oblique direction
The design state suitable for is shown. Also, by using the projection lens system 430 off-axis (the axis 479 is different from the lens axis 480), the light reflected by the LV in the general direction 479 is collected to form an image on the projection screen 98. Was. With this PLE design, it is possible to generate an image on the projection screen 98 in which the LV intensity distribution is basically corrected for the oblique incident angle. This oblique screen irradiation is a very common state in the case of a front projection type in which a projection device is arranged on a table in front of a projection screen to be irradiated. This state is often seen in a ceiling-mounted projection device that irradiates a projection screen mounted at a lower position in an oblique direction.

【0225】なお、楕円反射体形状の代わりに、同様の
結像機能を実現する他の非球面形状を選択することもで
きる。例えば、トロイダル反射体は、楕円反射体の良好
な近似であることが多く、さらに低コストな眼鏡用製造
機械を使って作製できる。また、非球面カップリング系
が好ましい場合もあり(図23を参照しながら下記に説
明する)、反射体460は、しかるべき修正または、L
G448の出射ポートOP近傍の円筒レンズまたは二軸
レンズと組み合わせて、PLEの設計制約内で、十分良
好な結像系を実現しなければならない。
Note that, instead of the elliptical reflector shape, another aspherical shape that realizes the same image forming function can be selected. For example, toroidal reflectors are often a good approximation of elliptical reflectors and can be made using lower cost eyeglass manufacturing machines. Also, an aspheric coupling system may be preferred (described below with reference to FIG. 23), and the reflector 460 may be modified accordingly or L
In combination with a cylindrical lens or a biaxial lens near the exit port OP of G448, a sufficiently good imaging system must be realized within the PLE design constraints.

【0226】図23は、PLE−AF用のこの発明の別
の実施例を示している。2つのLGを使って、色ホイー
ル600のスループット効率を改善する。前述のよう
に、面積効率のよいMLE−AFの出力は、第一LG4
48の入射ポートIP1上に、発散角θで集められる。
その入射ポートは全て、全入射面積AS1と、受光角θ
1in≧θに対応する有効面積A1outを有する。L
G448の出射ポートOP1は、有効表面積A1out
の放出面ES1を有する。出射ポートOP1から出射角
θ1outで出射する光は、カップリング光学機器62
0で集められ、集束ビームが、色ホイール600で断面
積A’cwと、対応する出射角θcwを有するように、
色ホイール600上に集束させる。カップリング光学機
器630は、色ホイール600を通過した光ビームを集
め、第2光ガイド640の入射ポートIP2上に発散角
θ2inで集束させる。入射ポートIP2は、有効光集
束面積A2inを備えた入射面AS2を有する。出射ポ
ートOP2から出射角θ2outで出射する光は、カッ
プリング光学機器650で集められ、LV100の有効
受光面ASLV、つまり所定の中間照射目標T’AF上
に集束させる。PLEの大きさと重さが非常に重要であ
る、この発明の別の実施例の場合は、カップリング光学
機器620または630の一方は、図23に示したPL
Eから除外することが望ましい。このことによって、P
LE−AFの伝達効率DEはやや低下するが、PLEの
部品数と大きさも低減できる。
FIG. 23 shows another embodiment of the present invention for PLE-AF. The two LGs are used to improve the throughput efficiency of the color wheel 600. As described above, the output of the area-efficient MLE-AF is the first LG4
Collected at a divergence angle θ on 48 incident ports IP1.
All the incident ports have a total incident area AS1 and a light receiving angle θ.
It has an effective area A1out corresponding to 1in ≧ θ. L
The output port OP1 of G448 has an effective surface area A1out.
Of the emission surface ES1. The light emitted from the emission port OP1 at the emission angle θ1out is coupled to the coupling optical device 62
0, so that the focused beam has a cross-sectional area A′cw and a corresponding exit angle θcw on the color wheel 600,
Focus on color wheel 600. The coupling optics 630 collects the light beam passing through the color wheel 600 and focuses the light beam on the entrance port IP2 of the second light guide 640 at a divergence angle θ2in. The entrance port IP2 has an entrance surface AS2 with an effective light focusing area A2in. Light emitted from the emission port OP2 at the emission angle θ2out is collected by the coupling optical device 650 and focused on the effective light receiving surface ASLV of the LV 100, that is, on the predetermined intermediate irradiation target T′AF. In another embodiment of the present invention, where the size and weight of the PLE are very important, one of the coupling optics 620 or 630 may be a PL shown in FIG.
It is desirable to exclude from E. This allows P
Although the transmission efficiency DE of the LE-AF is slightly reduced, the number of parts and the size of the PLE can also be reduced.

【0227】次に、反射型または透過型LV100(図
23では反射型として示した)の出力は、投写レンズ系
430で集められ、LV100の出射部の強度分布を拡
大した画像を形成する遠方のスクリーン98に投写され
る。アンドリアヌスH.J.バンデンブラントへの米国
特許第4969730号で説明されている全内部反射型
プリズムと同様の特別な光学カップリング要素650
と、米国特許第5022750で説明されているカップ
リング光学機器を使用することもできる。
Next, the output of the reflection type or transmission type LV 100 (shown as a reflection type in FIG. 23) is collected by a projection lens system 430, and is output to a distant place for forming an image in which the intensity distribution of the exit portion of the LV 100 is enlarged. The image is projected on the screen 98. Andrian H. J. A special optical coupling element 650 similar to the total internal reflection prism described in U.S. Pat. No. 4,969,730 to Van Denbrandt
And the coupling optics described in U.S. Pat. No. 5,022,750 can also be used.

【0228】クリティカル照射方式(critical illumina
tion scheme)(LV100が図23に示したような中間
目標である)は、伝達効率を最大にするのに好ましい
が、ケーラー照射方式(投写レンズシステム430の入
射ピューピル(entrance pupil)に焦点を合わせるもので
図23には示されていない)または中間の方式(図5参
照)を同様に使用して、この発明においてPLEの設計
制約と伝達効率のバランスを取ることができる。
The critical irradiation method (critical illumina)
23 (LV 100 is an intermediate target as shown in FIG. 23) is preferred for maximizing transmission efficiency, but focuses on the Koehler illumination scheme (entrance pupil of projection lens system 430). 23 (not shown in FIG. 23) or an intermediate scheme (see FIG. 5) can also be used to balance PLE design constraints with transmission efficiency in the present invention.

【0229】なお、PLE−AC(図20)とPLE−
AD(図21)は、PLE−AFを簡略化した変形版
(LGを減らした)であり、エネルギー集束および伝達
システムの一部としてLGを1つしか使用しない。好ま
しいPLE設計方式の下記の説明は、前述のように、カ
ップリング光学機器620または630を1つしか使用
しない、PLE−AB、PLE−AC、PLE−AD、
PLE−AFの場合にも適用する。
It should be noted that PLE-AC (FIG. 20) and PLE-AC
AD (FIG. 21) is a simplified version (with reduced LG) of PLE-AF, using only one LG as part of the energy focusing and transfer system. The following description of the preferred PLE design scheme, as described above, uses only one coupling optic 620 or 630, PLE-AB, PLE-AC, PLE-AD,
The same applies to the case of PLE-AF.

【0230】なお、ほとんどのPLE設計の場合、角度
θ1out、θcw、θ2outは軸対称、つまり所定のアジ
マス(azimuth)角Ψには依存しない。しかし、LG44
8、640が各々のエネルギ伝達軸に直交して終端され
ない場合は、各受光角と放出角はやや軸非対称性を示
し、この発明のいくつかの好ましい実施例で(図21参
照)使用して、さらにLE設計を簡略化し、改善でき
る。
In most PLE designs, the angles θ1 out , θcw, and θ2 out are axisymmetric, that is, do not depend on a predetermined azimuth angle Ψ. However, LG44
If 8,640 are not terminated perpendicular to their respective energy transmission axes, then each acceptance angle and emission angle will exhibit some axial asymmetry, and may be used in some preferred embodiments of the invention (see FIG. 21). Further, the LE design can be simplified and improved.

【0231】必要に応じてカップリング光学機器62
0、630を備えたLGガイド448を使用して、色ホ
イール600の所定時刻の効率をさらに改善できる。一
般に、各LGの入射ポートIPと出射ポートOPの表面
構成SCiin、SCioutは、異なる光学要素の間のカ
ップリングを最適化するように選択する。さらに、図2
3を参照すると、領域再変換を行う主要な機会が、少な
くとも2つまたは4つある。まず、LV100の入射面
ASLVへの出射ポートOP2のカップリングを説明す
る。次に、ポートOP1、IP2と色ホイール600の
間のカップリングを説明する。MLE−AFと、適合さ
せたLG448の入射ポートの間のカップリング最適化
は、すでに上記で説明している。
If necessary, the coupling optical device 62
The LG guide 448 with 0,630 can be used to further improve the efficiency of the color wheel 600 at a given time. In general, the surface configurations SCi in , SCi out of the input port IP and the output port OP of each LG are chosen to optimize the coupling between different optical elements. Further, FIG.
Referring to 3, there are at least two or four major opportunities to perform a region retransformation. First, the coupling of the exit port OP2 to the entrance plane ASLV of the LV 100 will be described. Next, the coupling between the ports OP1, IP2 and the color wheel 600 will be described. Coupling optimization between the MLE-AF and the entrance port of the adapted LG448 has already been described above.

【0232】所定の各LV100はいずれも、特性受光
角関数(characteristic acceptanceangle function)θ
LV(Ψ)を有する。アジマス角Ψはここでは、照射ビ
ームのエネルギー伝達軸と直交する面において、LV1
00の光学的優先軸(opticalpreference axis)104に
対して定義する。受光角関数θLV(Ψ)は、所定のL
Vの設計と照射方向で部分的に定義し、PLEに要求さ
れるコントラストに部分的に依存する。従って、PLE
の伝達関数は、使用するLVの型式と、そのLEに対す
る所定の光学設計の限界の両方に依存し、投写スクリー
ン98へのPLEの最大伝達効率DEに対して、LVの
特性受光角関数θLV(Ψ)を最大にする。
Each of the predetermined LVs 100 has a characteristic acceptance angle function θ.
LV (Ψ). The azimuth angle Ψ here is LV1 in a plane orthogonal to the energy transmission axis of the irradiation beam.
An optical preference axis 104 of 00 is defined. The light receiving angle function θLV (Ψ) is a predetermined L
It is partially defined by the design and irradiation direction of V, and partially depends on the contrast required for PLE. Therefore, PLE
Is dependent on both the type of LV used and the limitations of the given optical design for that LE, and for the maximum transfer efficiency DE of the PLE to the projection screen 98, the characteristic acceptance angle function θLV ( Ψ) is maximized.

【0233】出射ポートOP2と受光面ASLVの間の
適切な面で、カップリングビームと交差するマスク66
0を必要に応じて使用し、マスク660が通過させるよ
り大きな角度エネルギ密度関数を有する所定の照射ビー
ムから、どのような形状の非対称角度照射パターンでも
形成することができる。
At an appropriate plane between the exit port OP2 and the light receiving surface ASLV, a mask 66 intersecting the coupling beam
Using zero as needed, any shape of asymmetric angle illumination pattern can be formed from a given illumination beam having a larger angular energy density function than the mask 660 passes.

【0234】図23に示したように、この発明の別の好
ましい実施例では、光出射ポートOP2とLV100の
間のカップリング(伝達効率DE)が最適化されるよう
に、出射ポートOP2の表面構成SG2out を選択す
る。なお、例えばDMDやTMAといった、いくつかの
型式のLV100の場合、平均的な入射エネルギー方向
は、受光面ASLVの主軸480と平行ではない。これ
らの場合、好ましい光学機器650は、“シャインプフ
ルーク(Scheinpflug)”型とし、つまりその光軸、所定
の放出面ES2、受光面ASLVは、受光面ASLVに
おいて、結果的に拡大された放出面AS2の画像が、面
全体で同じ集束レベルとなるように、間隙を介して配置
する。こうして、焦点が受光面ASLVの後ろにある、
つまり非クリティカル照射方式の場合でも、均一な照射
強度とする。さらに、図23に概略的に示したように、
光学的優先軸104に向けた結像用ABTSとして機能
する、2つの直交する円筒レンズ664、666を使用
する場合、好ましい横倍率M(Ψ)と光カップリング機
器650の対応する角度変化は、角度方向ψによって異
なるものとなる。従って、この発明の好ましい実施例
は、一般に軸非対称またはアナモルフィック・カップリ
ング光学機器650を利用して、角度放出分布θ2out
(Ψ)を決定する所定の種類のアジマス角ψを有するビ
ームを、LV100の所望の受光関数θLV(Ψ)にで
きるだけ適合させた角度エネルギー密度関数を有するビ
ームに変換する。この方法の場合、マスク660は、利
用可能なエネルギの最小量だけを必要に応じて切り取
り、PLE−AFの伝達効率を最大にする。
As shown in FIG. 23, in another preferred embodiment of the present invention, the surface of the output port OP2 is optimized so that the coupling (transmission efficiency DE) between the light output port OP2 and the LV 100 is optimized. Select the configuration SG2 out . In the case of some types of LV100 such as DMD and TMA, the average incident energy direction is not parallel to the main axis 480 of the light receiving surface ASLV. In these cases, the preferred optics 650 is of the “Scheinpflug” type, ie its optical axis, the predetermined emission surface ES2 and the light-receiving surface ASLV are, in the light-receiving surface ASLV, the resulting enlarged light-emitting surface. The images of AS2 are arranged with a gap so as to have the same convergence level over the entire surface. Thus, the focal point is behind the light receiving surface ASLV,
That is, even in the case of the non-critical irradiation method, the irradiation intensity is uniform. Further, as shown schematically in FIG.
When using two orthogonal cylindrical lenses 664, 666 functioning as an imaging ABTS towards the optical preferred axis 104, the preferred lateral magnification M (Ψ) and the corresponding angular change of the optical coupling device 650 are: It differs depending on the angle direction ψ. Thus, the preferred embodiment of the present invention generally utilizes axially asymmetric or anamorphic coupling optics 650 to provide an angular emission distribution θ 2 out
A beam having a predetermined type of azimuth angle す る that determines (Ψ) is converted into a beam having an angular energy density function that is as close as possible to the desired light receiving function θLV (Ψ) of the LV 100. In this method, the mask 660 trims only the minimum amount of available energy as needed to maximize the PLE-AF transmission efficiency.

【0235】図24は、異なるアジマス角Ψに対して、
出射ポートOP2から受光面ASLVへの照射ビーム・
カップリング・エネルギーの最大受光分布θLV(Ψ)
を決める概略図を示しており、縦軸は光学的優先軸10
4に平行である。大きな円670と小さな円672は、
最大受光角θLV(Ψ)=θLVが、各々θLV=15
°とθLV=10°であるビームを表している。縦軸で
大きな円670に隣接し、横軸で小さな円672に隣接
する楕円674は、DMD型またはTMA型のLV10
0の照射効率を改善するための、この発明の最大受光角
θLV(Ψ)を決定する好ましいアジマス角ψである。
例えば、この楕円型のアジマス角関数674は、異なる
横倍率、つまりM(Ψ=90)=1.89*M(0)を
有して直交する2つの円筒レンズ662、666を使用
して、軸対称(または前述のような非対称)LG出射ビ
ームを2軸結像させる。なお、楕円形状674は、米国
特許第5442414号のDMD型光バルブに対して説
明した投写マスク675の大きさと機能に関係してい
る。しかし、この発明の前述の好ましい実施例は、非対
称マスクを全く使用せず、より高いスループット効率を
有する。従って、所定の状況下では、カップリング光学
機器650の前述の好ましい実施例は、マスク660を
完全に不要にできる。このことによって、LVの機能上
の要件、つまり光学的優先軸104と交差する方向のエ
ネルギ伝達を低減し、散乱と関連するコントラスト損失
を最小にしながら、カップリング光学機器650の伝達
効率DEを最大にする。
FIG. 24 shows that, for different azimuth angles 、,
The irradiation beam from the output port OP2 to the light receiving surface ASLV
Maximum light reception distribution θLV (Ψ) of coupling energy
And the vertical axis represents the optical priority axis 10.
4 parallel. The big circle 670 and the small circle 672
When the maximum light receiving angle θLV (Ψ) = θLV, each of θLV = 15
° and θLV = 10 °. An ellipse 674 adjacent to the large circle 670 on the vertical axis and adjacent to the small circle 672 on the horizontal axis is a DMD or TMA LV10.
This is a preferred azimuth angle ψ for determining the maximum light receiving angle θLV (の) of the present invention for improving the irradiation efficiency of 0.
For example, this elliptical azimuth angle function 674 uses two orthogonal cylindrical lenses 662, 666 with different lateral magnifications, M (Ψ = 90) = 1.89 * M (0), An axially symmetric (or asymmetric as described above) LG output beam is biaxially imaged. Note that the elliptical shape 674 is related to the size and function of the projection mask 675 described for the DMD light valve in U.S. Pat. No. 5,442,414. However, the aforementioned preferred embodiment of the present invention does not use any asymmetric mask and has higher throughput efficiency. Thus, under certain circumstances, the above-described preferred embodiment of coupling optics 650 can obviate the need for mask 660 entirely. This reduces the LV functional requirement, ie, energy transfer in a direction transverse to the optical preferred axis 104, and maximizes the transmission efficiency DE of the coupling optics 650 while minimizing scattering and associated contrast loss. To

【0236】受光面ASLVで照射ビームの断面形状を
適合させるために、出射面AS2は、カップリング光学
機器650の倍率M(Ψ)に逆比例させて事前に歪めた
LV面の断面に適合させなければならない。さらに正確
には、所定の面の法線方向によって異なる平均エネルギ
ー伝搬を有することから生じる歪みの影響もさらに考慮
して、理想的な断面を見出して、出射面AS2を事前に
歪ませる必要がある。図25は、近似として、表面の湾
曲の影響と、表面の法線方向480に対する傾きを無視
し、受光面ASLVの断面の相対的な大きさと形状、お
よびLGガイド放出面ES2を適合させたものを示して
いる。ES2の好ましい大きさと形状を計算するため
に、次のように角度を仮定する。表面ASLVの最大半
円錐受光角(maximum half cone acceptance angle)は、
光学的優先軸104に対して平行に15°、垂直に10
°とし、表面ES2の軸対称放出半円錐角は、θ2out
=30°とする。なお、これらは結果的に、図24の楕
円676と同じ仮定となる。
In order to adapt the cross-sectional shape of the irradiation beam at the light-receiving surface ASLV, the exit surface AS2 is adapted to the cross-section of the LV surface previously distorted in inverse proportion to the magnification M (Ψ) of the coupling optics 650. There must be. More precisely, it is necessary to find out an ideal cross-section and to distort the exit surface AS2 in advance, further considering the influence of distortion caused by having different average energy propagation depending on the normal direction of a predetermined surface. . FIG. 25 approximates the relative size and shape of the cross section of the light receiving surface ASLV, and the LG guide emission surface ES2, ignoring the effect of the surface curvature and the inclination of the surface with respect to the normal direction 480. Is shown. To calculate the preferred size and shape of ES2, assume an angle as follows. The maximum half cone acceptance angle of the surface ASLV is
15 ° parallel to the optical preferred axis 104 and 10 perpendicular
°, and the axisymmetric emission half-cone angle of the surface ES2 is θ2 out
= 30 °. As a result, these are assumed to be the same as the ellipse 676 in FIG.

【0237】このように、クリティカル照射方式の場
合、最適LG放出面ES2の好ましい形状、大きさ、方
向は、関連する受光面ASLV、平均入射角170、最
適受光角θLV(Ψ)を備えた所定のLV100によっ
て主に決定される。さらに、放出面ES2は、出射ポー
トOP2から出射する角度依存エネルギ密度関数に依存
し、より少ない割合であるが、放出面ES2の理想湾曲
に影響する所定のカップリング光学機器650の理想性
能からの偏差にも依存する。さらに、出力ポートOP2
とカップリング光学機器650の間の相互作用は、主エ
ネルギー伝搬方向を変え、好ましい所定のLG出力ポー
トOP2の製造手順を簡略化する前述の補助光学機器の
利用によっても影響される。従って、製造コストと、受
光面ASLVへの出力ポートOP2の伝達効率DEの性
能の両方を最適化するために、カップリング光学機器6
50と出力ポートOP2の設計は、両方同時に最適化し
なければならない。
As described above, in the case of the critical irradiation method, the preferable shape, size, and direction of the optimum LG emission surface ES2 are determined by the predetermined light reception surface ASLV, the average incident angle 170, and the optimum light reception angle θLV (Ψ). Is mainly determined by the LV 100 of the computer. Furthermore, the emission surface ES2 depends on the angle-dependent energy density function exiting from the exit port OP2 and, to a lesser extent, from the ideal performance of the given coupling optics 650 which influences the ideal curvature of the emission surface ES2. It also depends on the deviation. Further, the output port OP2
The interaction between and the coupling optics 650 is also affected by the use of the aforementioned auxiliary optics which changes the main energy propagation direction and simplifies the manufacturing procedure of the preferred predetermined LG output port OP2. Therefore, in order to optimize both the manufacturing cost and the performance of the transmission efficiency DE of the output port OP2 to the light receiving surface ASLV, the coupling optical device 6 is required.
The design of 50 and output port OP2 must both be optimized simultaneously.

【0238】LV100の受光面ASLVでの照射ビー
ムの空間均一性を向上させるために、いくつか別の方法
が考えられる。その別の設計方法のいくつかは、すでに
上記に説明したが、LGの構成に関連するものである
(入射ファイバと出射ファイバをランダム化する、LG
端部近傍でのクロストークを低減するなど)。2つ以上
のLGを直列にカップリングすることによって、低空間
周波数での強度変化を簡単に低減できる。高空間周波数
での強度変化を低減するために、カップリング光学機器
650はやや焦点を外して使用するように設計する。光
学機器の設計や放出面ES2の湾曲を適切にすることに
よって、平面照射に対するローパス・フィルタ効果も実
現できる。さらに、補助光学要素を出射ポートOP2に
追加し、ローパス・フィルタ要素として機能させること
もできる。このようなローパス・フィルタ要素の例に
は、所定の適切な断面を備え、必要に応じて、より低い
発散角θ2outを備えたより大きな放出領域にテーパ状
に移行する、中空反射チューブや単一のクラッド・ロッ
ドがある。カップリング光学機器650に追加できる他
の光学要素としては、ビームの一部を他の部分に対して
横方向に移動させるモアレフィルタ部材がある。位相格
子、回折光学素子、制御した拡散板などを使用して、所
望の効果を実現することもできる。現在の製造方法を使
用すると、適切に設計された光学機器650の各光学素
子は、一度にいくつかの機能を提供できる。例えば、横
方向の拡大や関連する角度変更機能を実現するほかに、
これらの部材は、必要に応じて、ローパス・フィルタ処
理機能、制御された拡散機能、マスク機能なども実現で
きる。さらに、PLEパラメータ制約が許されれば、カ
ップリング光学機器650は単一の透過型要素とするこ
とが望ましい。図21に示した反射体460と同様に、
このようなレンズを簡単な反射型としたり、反射型、回
折型、位相格子(phase grating)の組み合わせとするこ
ともできる。
In order to improve the spatial uniformity of the irradiation beam on the light receiving surface ASLV of the LV 100, several other methods are conceivable. Some of the alternative design methods, which have already been described above, are related to the construction of the LG (LG randomizing the input and output fibers, LG
Reduce crosstalk near the edges). By coupling two or more LGs in series, a change in intensity at low spatial frequencies can be easily reduced. In order to reduce intensity variations at high spatial frequencies, the coupling optics 650 is designed to be used slightly out of focus. By properly designing the optical equipment and the curvature of the emission surface ES2, a low-pass filter effect for planar illumination can also be realized. Further, an auxiliary optical element can be added to the output port OP2 to function as a low-pass filter element. Examples of such low-pass filter elements include hollow reflective tubes or single reflectors with a predetermined appropriate cross-section and, if necessary, tapering to a larger emission area with a lower divergence angle θ2 out. There are clad rods. Other optical elements that can be added to coupling optics 650 include moiré filter members that move a portion of the beam laterally relative to the other portion. Desired effects can also be achieved using phase gratings, diffractive optical elements, controlled diffusers, and the like. Using current manufacturing methods, each optical element of a properly designed optic 650 can provide several functions at once. For example, in addition to providing horizontal magnification and related angle changing functions,
These members can also realize a low-pass filtering function, a controlled diffusion function, a mask function, and the like as necessary. Further, if PLE parameter constraints are allowed, then coupling optics 650 is preferably a single transmissive element. Similar to the reflector 460 shown in FIG. 21,
Such a lens may be a simple reflection type, or a combination of a reflection type, a diffraction type, and a phase grating.

【0239】図23は、この発明を使用した特別な設計
解であって、非常に狭い照射ビームと同様の大きさの集
束LGを提供することによって、色ホイール600の高
スループット効率TECWを最適化したものを示してい
る。
FIG. 23 is a special design solution using the present invention to optimize the high throughput efficiency TECW of the color wheel 600 by providing a focused LG of similar size as a very narrow illumination beam. This is shown.

【0240】例えば、図20、21に示したPLE−A
C、PLE−ADの場合のように、所定のMLEは、第
2放出体積EVS’の断面の長軸が、色ホイールの軸1
12に対して半径方向に配置されるように、色ホイール
600に対して配置することが望ましい。好ましくは、
色ホイール600は、軸位置LEのやや前方で放出体積
EVS’と交差し、LG448の入射ポートIP2は、
適切な方法で放出体積EVS’から光を集めるように構
成される。
For example, the PLE-A shown in FIGS.
C, as in the case of PLE-AD, the predetermined MLE is such that the major axis of the cross section of the second emission volume EVS 'is the axis 1 of the color wheel.
It is desirable to position the color wheel 600 such that it is positioned radially with respect to 12. Preferably,
The color wheel 600 intersects the emission volume EVS 'slightly ahead of the axial position LE, and the entrance port IP2 of LG448
It is configured to collect light from the emission volume EVS 'in a suitable manner.

【0241】再び図23を参照すると、このように、表
面構成SC1out、SC2inの設計構成の選択によっ
て、タイミング効率(timing efficiency)TECWにお
ける利得や、色ホイール600の領域効率(area effici
ency)AEの間での選択が可能となる。この発明を使用
することによる新しい設計自由度は、全投写表示システ
ムの効率や製造コスト面と共に、小型化や携帯性を最適
化する新しい柔軟性を、PLE設計者に与える。
Referring again to FIG. 23, as described above, by selecting the design configuration of the surface configurations SC1 out and SC2 in , the gain in the timing efficiency TECW and the area efficiency (area efficiency) of the color wheel 600 are determined.
ency) AE can be selected. The new degree of design freedom by using the present invention gives PLE designers new flexibility to optimize miniaturization and portability, as well as the efficiency and manufacturing cost of the total projection display system.

【0242】図26は、この発明に基づいてさらに簡略
化したPLEを示している。MLE−AFは、密閉型ま
たは準密閉型キャビティ(quasi-sealed cavity)690
として示されており、放出源の軸24に沿って2つの対
向する立体的な凹み710を備えた外側容器を構成し、
ランプポスト44、46のシール712は、凹み710
を介してキャビティ690の外側に伸びている。ヒート
シンクあるいは放熱部730は、シール712の近傍の
ランプポスト端部に取り付けるように示されており、こ
れらの冷却に役立つ。リード線205は、ランプポスト
44、46の内部に組み込まれた電極に電流を送る。こ
のような好ましいMLE−AFは、所定の反射体高さに
ついて説明した放出源の遮蔽と出射ポートの損失の両方
を低減でき、内側容器42と熱的に分離させて、ランプ
ポストシール712へのアクセスを容易にする。この方
法の場合、内側容器は、容器42の材料制約による可能
な上限動作温度近傍で使用することができ、同時にML
E−B型設計で通常可能な温度範囲以下に両方のランプ
ポストシール712を保持できる。従って、この二重容
器型システムは、長寿命のランプ/反射体システム構成
するのに役立つ。必要に応じて、キャビティ690の内
部体積を排気し、ゲッタ材料を使用して不純物を吸収
し、キャビティ690の適切な位置の穴(図26には図
示せず)から、ブロー時に強制的に入れた空気による内
壁の汚染を取り除き、内側容器42を最適な範囲まで小
さくする。PLE−AFも、長方形の非対称テーパ型集
束ロッド740を有するように示されており、集束ロッ
ド740は、ABTSとして機能し、図23と関連させ
て説明したように、角度的に対称化した出射ビームまた
は非対称ビームのどちらか一方を提供する。また、LG
740の出射ポートは、LV100の異常入射モードを
“シャインプフルーク”補正する。投写光学系は、軸外
モードで使用するように示されており、固定された出射
角方向に対して主要な補正を行う。
FIG. 26 shows a further simplified PLE based on the present invention. MLE-AF is a closed or quasi-sealed cavity 690
And comprising an outer container with two opposing three-dimensional recesses 710 along the source axis 24,
The seal 712 of the lamp post 44, 46
Through the cavity 690. A heat sink or radiator 730 is shown mounted on the end of the lamp post near the seal 712 to help cool them. Lead 205 sends current to electrodes incorporated within lamp posts 44,46. Such a preferred MLE-AF can reduce both source shielding and exit port loss described for a given reflector height, and is thermally isolated from the inner vessel 42 to provide access to the lamp post seal 712. To facilitate. With this method, the inner vessel can be used near the maximum possible operating temperature due to material constraints of vessel 42 while at the same time ML
Both lamp post seals 712 can be kept below the temperature range normally possible with an EB design. Thus, this dual container system helps to construct a long life lamp / reflector system. If necessary, the interior volume of the cavity 690 is evacuated, getter material is used to absorb impurities, and forced into the cavity 690 through a properly positioned hole (not shown in FIG. 26) during blowing. The inner container 42 is contaminated by the air and the inner container 42 is reduced to an optimum range. The PLE-AF is also shown having a rectangular asymmetric tapered focusing rod 740, which functions as an ABTS and angularly symmetrical exit as described in connection with FIG. Provides either a beam or an asymmetric beam. Also, LG
The outgoing port at 740 "sheep flukes" the LV100 extraordinary incident mode. The projection optics are shown for use in an off-axis mode and provide primary correction for a fixed exit angle direction.

【0243】図示されてはいないが、別の好ましいPL
E−Gでは、三つのLG(図15に示したLE−J用の
もののように)の出射ポートを使って、走査プリズムに
カップリングし、前述のように各LGの端部を特別に加
工することによって、単板スクロール・カラー投写装置
(例えば、米国特許第5528318号および他関連特
許に開示されている)の所定のカップリング光学機器を
簡略化する。前述のように、この型式のPLEは6また
は12の係数でビーム面積(beam etendue)を増大させ、
LVを小型化するほど効率的にできるので、この発明を
さらに改善できる。
Although not shown, another preferred PL
In the EG, the output ports of three LGs (like those for the LE-J shown in FIG. 15) are used to couple to the scanning prism and specially process the end of each LG as described above. Doing so simplifies certain coupling optics of a single-plate scroll color projection device (eg, disclosed in US Pat. No. 5,528,318 and related patents). As described above, this type of PLE increases the beam etendue by a factor of 6 or 12,
The present invention can be further improved because the smaller the LV, the more efficient it is.

【0244】この発明の範囲内において、様々なPLE
用の前述のLV100は、構造化可能な照射目標であっ
て、画素毎に入射光ビームの伝搬を変調して、出力ビー
ムを処理する機能を有するいずれの形態のものとも置き
換えることができる。例えば、LV100は、変更を行
うことなく、この発明に基づいて、透明スライド、映画
フィルムのフレーム、反射型または透明画像などと置き
換えることができる。
Within the scope of the present invention, various PLEs
The above-described LV 100 is a configurable irradiation target that can be replaced with any form that has the function of modulating the propagation of an incident light beam for each pixel and processing the output beam. For example, the LV 100 can be replaced without modification by transparent slides, motion picture film frames, reflective or transparent images, etc. in accordance with the present invention.

【0245】この発明は、様々な実施例について説明し
てきたが、この発明の精神と範囲内において、さらに別
の広範囲の多様な形態も可能となることは明らかであ
る。
Although the present invention has been described in terms of various embodiments, it is clear that still other wide variety of forms are possible within the spirit and scope of the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 図1は従来技術のLGLE-Aの概略図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram of a prior art LGLE-A.

【図2】 図2は別の従来技術のLGLE-Bの概略図
である。
FIG. 2 is a schematic diagram of another prior art LGLE-B.

【図3】 図3Aは、図2に示す典型的なACアークソ
ースの等密度領域のピーク正規化等高線マップを示して
いる。図3Bは、図2に示す従来技術のLGLEの軸ロ
ケーションLrmsでのピーク正規化等高線マップを示し
ている。
FIG. 3A shows a peak normalized contour map of the isopycnic region of the exemplary AC arc source shown in FIG. FIG. 3B shows a peak normalized contour map at the axial location Lrms of the prior art LGLE shown in FIG.

【図4】 図4は従来技術のLGLE-Cを略図で図示
しており、収集されたソース光(source light)はソース
エンベロープ(source envelope)を介してLGに焦点さ
れている。
FIG. 4 schematically illustrates a prior art LGLE-C, wherein the collected source light is focused on the LG via a source envelope.

【図5】 図5は従来技術のPLE-AAを略図で図示
している。
FIG. 5 schematically illustrates a prior art PLE-AA.

【図6】 図6は、改善されたエテンデュー率を有した
本願発明のMLE-FとLGLE-Fの側断面概略図であ
り、ソースエネルギー(source energy)はソースエンベ
ロープ周囲で、特別にマッチしたインプットポートを備
えたLGに焦点されている。
FIG. 6 is a schematic side cross-sectional view of the MLE-F and LGLE-F of the present invention with improved etendue ratio, where the source energy is specifically matched around the source envelope. The focus is on LG with input ports.

【図7】 図7は、本願発明の異なる実施例のMLE-
GとLGLE-G/ABTLE-Gの平断面概略図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing an MLE-type of a different embodiment of the present invention.
G is a schematic plan sectional view of LGLE-G / ABTLE-G.

【図8】 図8は、MLE-FあるいはMLE-Gに対す
るロケーションLEでの本願発明の特徴的な非対称密度
等高線プロフィールを図示している。
FIG. 8 illustrates a characteristic asymmetric density contour profile of the present invention at a location LE for MLE-F or MLE-G.

【図9】 図9は、MLE-FまたはMLE-Gに対する
本願発明の特徴的な非対称アングル依存エネルギー密度
ファンクション(asymmetric angular dependent energy
density function)の等高線マップを示している。
FIG. 9 shows a characteristic asymmetric angular dependent energy density function of the present invention for MLE-F or MLE-G.
The contour map of the density function) is shown.

【図10】 図10は、1.2倍の歪像的に延ばされて
テーパされたインテグレータロッド(1.2X anamorphical
ly stretched tapered integrator rod)のアングルリフ
ォーマット性能(angular reformatting capability)を
示している。
FIG. 10 shows a tapered integrator rod (1.2X anamorphical) that is 1.2 times anamorphically elongated and tapered.
It shows the angle reformatting capability of a ly stretched tapered integrator rod.

【図11】 図11は本願発明のスペクトルリフォーマ
ット性能を示している。
FIG. 11 shows the spectral reformatting performance of the present invention.

【図12】 図12は、異なるMLEデザインの相対的
収集率(relative collection efficiency)とアクセプト
またはエミッションエテンデュ(acceptance or emissio
n etendue)を示している。
FIG. 12 shows the relative collection efficiency and acceptance or emissio of different MLE designs.
n etendue).

【図13】 図13は、フォールドされたレトロリフレ
クター(folded retro-reflecto)を備えたLGLE-Hの
平断面図を略図で図示している。
FIG. 13 schematically illustrates a plan cross-sectional view of an LGLE-H with a folded retro-reflecto.

【図14】 図14は、LGLE-Iのためのコンパク
トでシールされたリフレクターランプ(compact, sealed
reflector lamp)を略図で図示している。
FIG. 14 shows a compact, sealed reflector lamp for LGLE-I.
The reflector lamp is shown schematically.

【図15】 図15は、トリプルカラーバンド発生シス
テム(triple color bandgeneration system)を備えたデ
ュアルポート(dual port)LGLE-Jを略図で示してい
る。
FIG. 15 schematically illustrates a dual port LGLE-J with a triple color band generation system.

【図16】 図16は、カーブした最小エテンデュ表面
(curved minimal etendue surface)と、そのアウトプッ
トが別のLGにカップリングされているマッチしたLG
アダプタとを備えたLGLE-Kを略図で図示してい
る。
FIG. 16 shows a curved minimum etendue surface
(curved minimal etendue surface) and a matched LG whose output is coupled to another LG
Fig. 3 schematically shows an LGLE-K with an adapter.

【図18】 図18は、自動車用の照明に適したインテ
グラルテーパタイプ(integral tapered)のLGを備えた
LGLE-Mを略図で図示している。
FIG. 18 schematically illustrates an LGLE-M with an integral tapered LG suitable for automotive lighting.

【図19】 図19は、従来式ビームシェーピング/ホ
モジェナイジング光学システム(beam shaping/homogeni
zing optical system)を備えた改良PLE-ABを略図
で図示している。
FIG. 19 shows a conventional beam shaping / homogenizing optical system.
Figure 2 schematically illustrates a modified PLE-AB with a zing optical system).

【図20】 図20は、ビームシェーピング/ホモジェ
ナイジング光学システムとしてLGを使用するPLE-
ACを略図で図示している。
FIG. 20 shows a PLE- using LG as a beam shaping / homogenizing optical system.
AC is schematically illustrated.

【図21】 図21は反射式LVのためのPLE-AD
を略図で図示している。
FIG. 21 shows a PLE-AD for a reflection type LV.
Is shown schematically.

【図23】 図23は、カラーホイール(color wheel)
のスループット率を改善させるために2つのLGを使用
したPLE-AEを略図で図示している。
FIG. 23 shows a color wheel.
PLE-AE using two LGs to improve the throughput rate of the PLE.

【図24】 図24はDMDタイプLVの異なるアクセ
プト角を図示している。
FIG. 24 illustrates different accept angles for a DMD type LV.

【図25】 図25は、LGのマッチしたアウトプット
ポートを備えたLVの相対的サイズと断面形状とを略図
で図示している。
FIG. 25 schematically illustrates the relative size and cross-sectional shape of an LV with an LG matched output port.

【図26】 図26は反射式LVのためのPLE-AF
を略図で図示している。
FIG. 26 is a PLE-AF for a reflection type LV.
Is shown schematically.

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年6月30日(2000.6.3
0)
[Submission date] June 30, 2000 (2006.3.3)
0)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図面の簡単な説明[Correction target item name] Brief description of drawings

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 図1は従来技術のLGLE-Aの概略図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram of a prior art LGLE-A.

【図2】 図2は別の従来技術のLGLE-Bの概略図
である。
FIG. 2 is a schematic diagram of another prior art LGLE-B.

【図3】 図3Aは、図2に示す典型的なACアークソ
ースの等密度領域のピーク正規化等高線マップを示して
いる。図3Bは、図2に示す従来技術のLGLEの軸ロ
ケーションLrmsでのピーク正規化等高線マップを示し
ている。
FIG. 3A shows a peak normalized contour map of the isopycnic region of the exemplary AC arc source shown in FIG. FIG. 3B shows a peak normalized contour map at the axial location Lrms of the prior art LGLE shown in FIG.

【図4】 図4は従来技術のLGLE-Cを略図で図示
しており、収集されたソース光(source light)はソース
エンベロープ(source envelope)を介してLGに焦点さ
れている。
FIG. 4 schematically illustrates a prior art LGLE-C, wherein the collected source light is focused on the LG via a source envelope.

【図5】 図5は従来技術のPLE-AAを略図で図示
している。
FIG. 5 schematically illustrates a prior art PLE-AA.

【図6】 図6は、改善されたエテンデュー率を有した
本願発明のMLE-FとLGLE-Fの側断面概略図であ
り、ソースエネルギー(source energy)はソースエンベ
ロープ周囲で、特別にマッチしたインプットポートを備
えたLGに焦点されている。
FIG. 6 is a schematic side cross-sectional view of the MLE-F and LGLE-F of the present invention with improved etendue ratio, where the source energy is specifically matched around the source envelope. The focus is on LG with input ports.

【図7】 図7は、本願発明の異なる実施例のMLE-
GとLGLE-G/ABTLE-Gの平断面概略図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing an MLE-type of a different embodiment of the present invention.
G is a schematic plan sectional view of LGLE-G / ABTLE-G.

【図8】 図8は、MLE-FあるいはMLE-Gに対す
るロケーションLEでの本願発明の特徴的な非対称密度
等高線プロフィールを図示している。
FIG. 8 illustrates a characteristic asymmetric density contour profile of the present invention at a location LE for MLE-F or MLE-G.

【図9】 図9は、MLE-FまたはMLE-Gに対する
本願発明の特徴的な非対称アングル依存エネルギー密度
ファンクション(asymmetric angular dependent energy
density function)の等高線マップを示している。
FIG. 9 shows a characteristic asymmetric angular dependent energy density function of the present invention for MLE-F or MLE-G.
The contour map of the density function) is shown.

【図10】 図10は、1.2倍の歪像的に延ばされて
テーパされたインテグレータロッド(1.2X anamorphical
ly stretched tapered integrator rod)のアングルリフ
ォーマット性能(angular reformatting capability)を
示している。
FIG. 10 shows a tapered integrator rod (1.2X anamorphical) that is 1.2 times anamorphically elongated and tapered.
It shows the angle reformatting capability of a ly stretched tapered integrator rod.

【図11】 図11は本願発明のスペクトルリフォーマ
ット性能を示している。
FIG. 11 shows the spectral reformatting performance of the present invention.

【図12】 図12は、異なるMLEデザインの相対的
収集率(relative collection efficiency)とアクセプト
またはエミッションエテンデュ(acceptance or emissio
n etendue)を示している。
FIG. 12 shows the relative collection efficiency and acceptance or emissio of different MLE designs.
n etendue).

【図13】 図13は、フォールドされたレトロリフレ
クター(folded retro-reflecto)を備えたLGLE-Hの
平断面図を略図で図示している。
FIG. 13 schematically illustrates a plan cross-sectional view of an LGLE-H with a folded retro-reflecto.

【図14】 図14は、LGLE-Iのためのコンパク
トでシールされたリフレクターランプ(compact, sealed
reflector lamp)を略図で図示している。
FIG. 14 shows a compact, sealed reflector lamp for LGLE-I.
The reflector lamp is shown schematically.

【図15】 図15は、トリプルカラーバンド発生シス
テム(triple color bandgeneration system)を備えたデ
ュアルポート(dual port)LGLE-Jを略図で示してい
る。
FIG. 15 schematically illustrates a dual port LGLE-J with a triple color band generation system.

【図16】 図16は、カーブした最小エテンデュ表面
(curved minimal etendue surface)と、そのアウトプッ
トが別のLGにカップリングされているマッチしたLG
アダプタとを備えたLGLE-Kを略図で図示してい
る。
FIG. 16 shows a curved minimum etendue surface
(curved minimal etendue surface) and a matched LG whose output is coupled to another LG
Fig. 3 schematically shows an LGLE-K with an adapter.

【図17】 図17は、自動車用の照明に適したインテ
グラルテーパタイプ(integral tapered)のLGを備えた
LGLE-Mを略図で図示している。
FIG. 17 schematically illustrates an LGLE-M with an integral tapered LG suitable for automotive lighting.

【図18】 図18は、従来式ビームシェーピング/ホ
モジェナイジング光学システム(beam shaping/homogeni
zing optical system)を備えた改良PLE-ABを略図
で図示している。
FIG. 18 shows a conventional beam shaping / homogenizing optical system.
Figure 2 schematically illustrates a modified PLE-AB with a zing optical system).

【図19】 図19は、ビームシェーピング/ホモジェ
ナイジング光学システムとしてLGを使用するPLE-
ACを略図で図示している。
FIG. 19 shows a PLE- using LG as a beam shaping / homogenizing optical system.
AC is schematically illustrated.

【図20】 図20は反射式LVのためのPLE-AD
を略図で図示している。
FIG. 20 is a PLE-AD for a reflection type LV .
Is shown schematically.

【図21】 図21は、カラーホイール(color wheel)
のスループット率を改善させるために2つのLGを使用
したPLE-AEを略図で図示している。
FIG. 21 shows a color wheel .
PLE-AE using two LGs to improve the throughput rate of the PLE.

【図22】 図22はDMDタイプLVの異なるアクセ
プト角を図示している。
FIG. 22 illustrates different accept angles for a DMD type LV.

【図23】 図23は、LGのマッチしたアウトプット
ポートを備えたLVの相対的サイズと断面形状とを略図
で図示している。
FIG. 23 schematically illustrates the relative size and cross-sectional shape of an LV with an LG matched output port.

【図24】 図24は反射式LVのためのPLE-AF
を略図で図示している。
FIG. 24 is a PLE-AF for a reflection type LV .
Is shown schematically.

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】全図[Correction target item name] All figures

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図1】 FIG.

【図2】 FIG. 2

【図3】
FIG. 3

【図22】 FIG.

【図23】 FIG. 23

【図4】 FIG. 4

【図5】 FIG. 5

【図6】 FIG. 6

【図7】 FIG. 7

【図8】 FIG. 8

【図9】 FIG. 9

【図10】 FIG. 10

【図11】 FIG. 11

【図12】 FIG.

【図13】 FIG. 13

【図14】 FIG. 14

【図15】 FIG.

【図16】 FIG. 16

【図18】 FIG.

【図17】 FIG.

【図19】 FIG.

【図20】 FIG.

【図21】 FIG. 21

【図24】 ─────────────────────────────────────────────────────
FIG. 24 ────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年6月30日(2000.6.3
0)
[Submission date] June 30, 2000 (2006.3.3)
0)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0206[Correction target item name] 0206

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0206】図17は、所定のABTSとして一体式テ
ーパ型LG300を備えた密閉型反射体ランプSM(L
GLE−H、LGLE−I、LG LE−Kと同様)と
して、導光型光エンジンM(LGLE−M)を概略的に
示している。図17の放出源Sの放出エネルギーは、放
出面ESSMと幅Wを備え、長方形の断面形状を有し、
螺旋を巻き付け可能な程度の薄さで、しっかりと巻き付
けた(不透明)タングステン螺旋(三巻で図示)から放
出されるように、ここでは示した。この螺旋の光軸24
は、システム軸28と直交する方向に配置され、オフセ
ット距離D≒W/2(前述のように)を有する。この放
出面ESSLの右半球内への放出は、RRS140での
反射の後、像を反転した仮想放出体積EVSMを形成
し、EVSMは、放出面ESSMと対向し、軸28に対
して鏡面対称となる。前述のように、必要に応じて、放
出面ESSMは、光学系の軸28と直交する平面ではな
く、湾曲した所定の方向を有し、特に制限されたLEへ
の伝達効率を改善できる。
FIG. 17 shows a sealed reflector lamp SM (L) having an integrated tapered LG 300 as a predetermined ABTS.
GLE-H, LGLE-I, and LG LE-K) are shown schematically. The emission energy of the emission source S of FIG. 17 has an emission surface ESSM and a width W, has a rectangular cross-sectional shape,
The helix is shown here as thin as it can be wound and emitted from a tightly wound (opaque) tungsten helix (shown in three turns). The optical axis 24 of this spiral
Are arranged in a direction orthogonal to the system axis 28 and have an offset distance D ≒ W / 2 (as described above). The emission of this emission surface ESSL into the right hemisphere forms, after reflection at the RRS 140, an image-reversed virtual emission volume EVSM, which faces the emission surface ESM and is mirror-symmetric with respect to the axis 28. Become. As described above, if necessary, the emission surface ESSM has a predetermined curved direction, rather than a plane orthogonal to the axis 28 of the optical system, and can improve the transmission efficiency to the particularly limited LE.

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0208[Correction target item name] 0208

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0208】この発明の前述の好ましい実施例の主な違
いは、MES144が、テーパ型LG300の入射面近
傍ではなく、その内部に配置されることである。この特
別なLG300は、図17において、適切な透過性コア
材料310と周りの適切な低反射性クラッド材料層(low
refractive cladding material)312を有する単一コ
ア、テーパ型LGとして示した。好ましくはLG300
を、中空反射型チューブから構成することもできる。L
G300はテーパ型LG断面のような形状を有し、集束
させる光ビームの伝達にMES144は干渉しない(コ
ア材料310とLG300の異なる屈折率による標準的
な屈折効果を除く)。しかし、MES178の軸位置L
Eの近傍において、LG300の断面領域は、光ビーム
の選択した部分(所望の集束面積Ecに依存する)を、
その後LG300が導く断面に(前述のように)移行さ
せる。必要に応じて、LG300の断面形状は、目標の
最終的な照射形状または別の光学系へのカップリング
(例えば、図17に示したような複数のLG320i)
に適した便利な出射形状に徐々に移行する。このような
光学系は、湾曲したMES144から面積効率のよい方
法で光を捕捉し、図16に示したLGLE−Kと関連付
けながら上記に説明したような、非常に特別な入射ポー
ト構成は不要である。
The main difference between the foregoing preferred embodiment of the present invention is that the MES 144 is located inside the tapered LG 300, not near the entrance surface. This particular LG 300 is shown in FIG. 17 with a suitable transparent core material 310 and a suitable layer of low reflective cladding material (low) around it.
It is shown as a single core, tapered LG with refractive cladding material) 312. Preferably LG300
From a hollow reflective tube. L
The G300 has a tapered LG cross-sectional shape and the MES 144 does not interfere with the transmission of the focused light beam (except for the standard refractive effects due to the different refractive indices of the core material 310 and the LG300). However, the axis position L of the MES178
In the vicinity of E, the cross-sectional area of the LG 300 is used to select a selected portion of the light beam (depending on the desired focusing area Ec).
Thereafter, a transition is made (as described above) to the section led by LG 300. If necessary, the cross-sectional shape of the LG 300 may be adjusted to the final irradiation shape of the target or coupling to another optical system (for example, a plurality of LG 320i as shown in FIG. 17 ).
Gradually shifts to a convenient exit shape suitable for Such an optical system captures light from the curved MES 144 in an area efficient manner and does not require a very special entrance port configuration as described above in connection with the LGLE-K shown in FIG. is there.

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0212[Correction target item name] 0212

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0212】図17に戻ると、さらにLGに基づく光フ
ァイバ照射システムが、最終的にMLEや、特にLGか
ら光を受け取る一つまたは複数のLG320iを備えた
概略図に示されており、LG300は特別な例として示
した。さらに、これらの第二LG320iの出射ポート
OP2−iの光軸322iは、カップリング光学系34
0iと組み合わせて、選択した最終目標領域で、適切な
照度が得られるように配置される。トンネル、塔、舟な
どを業務上遠隔から照射する場合、これらの概念に基づ
いて構築され、所望の出射レベルごとに、光伝達の全コ
ストや保守コストを低減できる。
Returning to FIG. 17 , a further LG based fiber optic illumination system is shown in a schematic diagram with one or more LG 320i that ultimately receive light from the MLE and, in particular, the LG, wherein the LG 300 comprises Shown as a special example. Further, the optical axis 322i of the output port OP2-i of the second LG 320i is coupled to the coupling optical system 34.
In combination with 0i, it is arranged so that an appropriate illuminance can be obtained in the selected final target area. When illuminating tunnels, towers, boats, and the like from a remote location for business purposes, they are built on these concepts and can reduce the total cost of light transmission and maintenance costs for each desired emission level.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0214[Correction target item name]

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0214】図18は、特定の型式のLE、つまり投写
スクリーン98上に、透過型構成の目標(transmissive
configurable target)(LV100で示される)の画
像強度を投写するために用いられるPLE−ABの設計
用の、この発明の第1の好ましい実施例を示している。
この投写スクリーン98は、所定のPLEの目標TAB
である。
FIG. 18 shows a specific type of LE, ie, a transmissive target on a projection screen 98.
1 shows a first preferred embodiment of the present invention for the design of a PLE-AB used to project an image intensity of a configurable target (designated LV100).
This projection screen 98 has a predetermined TAB target TAB.
It is.

【手続補正5】[Procedure amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0215[Correction target item name]

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0215】所定のMLE−ABは、図18では基本的
なMLE−F型として示した。しかし、この発明の他の
MLEの実施例やそれらの変形全てを同様に使用するこ
とができる。MLE−ABの軸上の最小面積位置LE近
傍に、必要に応じてカラーホイール110を配置し、時
分割色ビームを生成し、レンズ410で集束させ、必要
に応じてビームの断面形状の変更や均一化を行う光学シ
ステム(beam cross sectional shaping/homogenizing o
ptic system)420上に投写する。図18は、このよう
な光学系420の例として、同様のまたは異なる適合対
(similar or dissimilar matched pair)として構成され
た、第1レンズアレイ422と第2レンズアレイ424
を示している。システム420を構成する別の方法とし
ては、位相格子または回折レンズ対(phase grating or
diffractive lens pair)を使用する。システム420
は、LV100でのビーム形状要件に実用上より適合す
るように、好ましくはビーム400の断面を再成形し、
均一化するように設計される。補助集束レンズ426
は、照射ビーム400の断面を、LV100の受光面A
SLVに適合させるのに役立つ。
[0215] predetermined MLE-AB is indicated as a basic MLE-F type in Figure 18. However, other MLE embodiments of the invention and all of their variations can be used as well. A color wheel 110 is arranged as needed near the minimum area position LE on the axis of the MLE-AB, a time-division color beam is generated and focused by the lens 410, and a change in the cross-sectional shape of the beam is performed as needed. Optical system for homogenization (beam cross sectional shaping / homogenizing o
ptic system) 420. FIG. 18 illustrates similar or different matching pairs as an example of such an optical system 420.
(similar or dissimilar matched pair), the first lens array 422 and the second lens array 424
Is shown. Another way to construct system 420 is to use a phase grating or diffractive lens pair.
Use a diffractive lens pair). System 420
Preferably reshapes the cross-section of the beam 400 to better meet the beam shape requirements at the LV 100,
Designed to be uniform. Auxiliary focusing lens 426
Shows the cross section of the irradiation beam 400 as the light receiving surface A of the LV 100.
Helps adapt to SLV.

【手続補正6】[Procedure amendment 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0217[Correction target item name]

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0217】投写レンズ系430は、LV100の出力
を集め、投写スクリーン98上に結像させる。図18
示したように、必要に応じて、レンズシステム430を
二つのサブシステム432、434から構成し、サブシ
ステム432をLV近傍に配置して、LV100の出力
を集め、サブシステム434をシステム432の結像位
置の近傍に配置してもよい。
The projection lens system 430 collects the output of the LV 100 and forms an image on the projection screen 98. As shown in FIG. 18 , if necessary, the lens system 430 is composed of two subsystems 432 and 434, the subsystem 432 is arranged near the LV, the output of the LV 100 is collected, and the subsystem 434 is connected to the system. 432 may be arranged near the imaging position.

【手続補正7】[Procedure amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0219[Correction target item name] 0219

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0219】図19は、単一の透過型LV100の画像
強度を投写スクリーン98上に投写するために使用され
るPLE−AC設計に用いられるこの発明の別の好まし
い実施例を示している。PLE−ABとPLE−ACの
間の主な違いは、後者が、やや柔軟性を有する高伝達効
率LG448を用いて、少なくともエネルギー伝達機能
と、領域再成形機能を実施し、色ホイール110は、こ
の発明の好ましいMLE実施例の1つから選択した所定
のMLE−ACの軸上最小面積位置のやや前に配置す
る。カラホイール110の所定時刻での効率を最大にす
るために、カラーホイールの位置は、好ましくはできる
だけ軸上最小面積位置LEに接近させる。
FIG. 19 shows another preferred embodiment of the present invention used in a PLE-AC design used to project the image intensity of a single transmissive LV 100 onto a projection screen 98. The main difference between PLE-AB and PLE-AC is that the latter implements at least the energy transfer function and the area reshaping function using the somewhat flexible high transmission efficiency LG448, and the color wheel 110 The predetermined MLE-AC selected from one of the preferred MLE embodiments of the present invention is disposed slightly before the axial minimum area position. In order to maximize the efficiency of the empty wheel 110 at a given time, the position of the color wheel is preferably as close as possible to the axial minimum area position LE.

【手続補正8】[Procedure amendment 8]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0220[Correction target item name]

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0220】LG448の入射ポートIPは、前述のよ
うに、好ましくは面積効率のよいエネルギー集束用のM
LE−ACに適合させた形状とし、必要に応じてNA対
称化補助入射機器(NA symmetrization auxiliary input
optic)(ABT)を有し、出射断面は、空間的な強度
均 一化部分を有する(例えば、長方形に研磨した単一
コアの集束ロッド)。また、透過型LVの場合を示し
た。必要に応じて、偏光感度のよい(polarization sens
itive)LV100のために、PCS(図19では示され
ていない)を、LG448の出射ポートOPとLV10
0の受光面ASLVの間に容易に挿入でき、所定の入射
ポートの集束領域は、約50%まで低減される。
The input port IP of the LG 448 preferably has an area-efficient M for energy focusing, as described above.
The shape is adapted to LE-AC, and if necessary, NA symmetrization auxiliary input device
optics (ABT), and the exit cross section has a spatially uniform portion (eg, a rectangularly polished single core focusing rod). Also, the case of the transmission type LV is shown. If necessary, use polarization sens
For the LV100, the PCS (not shown in FIG. 19 ) is connected to the output port OP of the LG448 and the LV10.
It can be easily inserted between the 0 light receiving surfaces ASLV and the focusing area of a given entrance port is reduced by about 50%.

【手続補正9】[Procedure amendment 9]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0222[Correction target item name] 0222

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0222】図20は、構造化可能な照射目標と中間目
標T’ADの例として、 反射型LV100を使用する
投写光エンジンAD(PLE−AD)の別の好ましい実
施例を示している。また、前述のように、面積効率のよ
いMLE−ADは、特別に適合させた入射ポートIPと
出射ポートOPを備えたLG448と共に使用する。凹
面軸上または軸外(ここでは軸外として示す)反射体4
60は、カップリング光学機器として使用し、中間目標
T’AD、つまりLV100の受光面ASLVにLG4
48の出力をカップリングする。例えば、このような反
射体460は、出射エネルギー伝搬軸465を方向変換
する楕円面464の適切な一部とすることができ、中間
目標T’ADの受光方向466と一致させて、出射発散
角θLOUTを、LV100の受光発散角(output dive
rgence angle)θLVに適合させる。これを実現するた
めに、反射体は、好ましくは図20に示したように軸外
位置で使用し、出射ポートOPとLV100は、所定の
楕円面464の主軸467上において、各々所定の焦点
の近傍で短軸468に対してほぼ対称に配置する。主軸
467に対して適切な角度470で、LG448の出射
ポートOPを配向させることによって、単一構成要素を
使って、所望の画像拡大とNA適合が達成できる。この
カップリング光学機器、つまり反射体460の結像誤差
を最小にするために、楕円の主軸は、適切な大きさに選
択しなければならない。適切なカップリング結果を得る
ためにより小型化が要求される場合は、補助レンズや反
射体(図示せず)を出射ポートOPの近傍で使用するこ
とができる。また、この発明の別の実施例では、反射体
460を反射型レンズ、つまり片側に適切な反射型被膜
を形成したレンズとする。補助レンズまたはレンズ系や
反射型レンズは、LEサイズを低減するのに役立つ。
FIG. 20 shows another preferred embodiment of a projection light engine AD (PLE-AD) using a reflective LV100 as an example of a configurable irradiation target and an intermediate target T′AD. Also, as described above, the area efficient MLE-AD is used with an LG 448 having a specially adapted input port IP and output port OP. Reflector 4 on concave or off-axis (shown here as off-axis)
60 is used as a coupling optical device, and LG4 is placed on the light receiving surface ASLV of the intermediate target T'AD, that is, the LV100.
Forty-eight outputs are coupled. For example, such a reflector 460 can be a suitable part of an elliptical surface 464 that redirects the exit energy propagation axis 465, matches the light receiving direction 466 of the intermediate target T'AD, and provides an exit divergence angle. θLOUT is the divergence angle of the light received by the LV 100 (output dive
rgence angle) Adjust to θLV. To achieve this, the reflector is preferably used in an off-axis position, as shown in FIG. 20 , and the exit ports OP and LV 100 are each positioned at a given focal point on a major axis 467 of a given ellipsoid 464. It is arranged almost symmetrically with respect to the short axis 468 in the vicinity. By orienting the exit port OP of the LG 448 at an appropriate angle 470 with respect to the main axis 467, the desired image magnification and NA matching can be achieved using a single component. In order to minimize the imaging error of the coupling optics, ie the reflector 460, the major axis of the ellipse must be selected to a suitable size. If miniaturization is required to obtain an appropriate coupling result, an auxiliary lens or a reflector (not shown) can be used in the vicinity of the emission port OP. In another embodiment of the present invention, the reflector 460 is a reflective lens, that is, a lens having an appropriate reflective coating formed on one side. Auxiliary lenses or lens systems and reflective lenses help reduce the LE size.

【手続補正10】[Procedure amendment 10]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0223[Correction target item name] 0223

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0223】出射ポートOPの右側に、拡大された画像
を有するこの発明の別の好ましい実施例が示されてお
り、表面構成SCLOUTは、LG448の放出面ES
Lの主軸477と、光軸478の間に0°ではない角度
476を有する。このことによって、簡単な製造手段、
つまり軸478に対して90°ではない角度で、LGの
出射ポートOPを研磨することによって、非対称角度依
存放出パターンを生成できる。このような偏った(biase
d)出射ポートは、カップリング光学機器への要求を簡略
化し、さらに小型の設計が可能になる。また(図20
示したように)、出射ポートOPの出射面は、適切な湾
曲面として、受光面ASLVで平坦な画像面を得ること
ができる。
On the right-hand side of the exit port OP, another preferred embodiment of the invention with a magnified image is shown, wherein the surface configuration SCLOUT corresponds to the exit surface ES of the LG448.
There is a non-zero angle 476 between the main axis 477 of L and the optical axis 478. This allows simple manufacturing means,
That is, by polishing the exit port OP of the LG at an angle other than 90 ° with respect to the axis 478, an asymmetric angle dependent emission pattern can be generated. Such bias (biase
d) The exit port simplifies the requirements for coupling optics and allows for a more compact design. Also (as shown in FIG. 20 ), the exit surface of the exit port OP can be obtained as a suitable curved surface to obtain a flat image surface on the light receiving surface ASLV.

【手続補正11】[Procedure amendment 11]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0224[Correction target item name] 0224

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0224】再び図20を参照すると、目標照射方向1
70が斜め方向にあるDMDまたはTMAの反射型LV
に適した設計状態が示されている。また、投写レンズ系
430を軸外利用して(軸479がレンズ軸480と異
なる)、一般的な方向479にあるLVが反射した光を
集めて、投写スクリーン98上に結像するように示し
た。このPLE設計によって、斜め方向の入射角に対し
て、投写スクリーン98上に、LV強度分布を基本的に
補正した画像を生成できる。この斜め方向のスクリーン
照射は、照射する投写スクリーンの前面のテーブルに投
写装置を配置する、前面投写型の場合は非常によくある
状態である。この状態は、斜め方向の角度のより低い位
置に取り付けた投写スクリーンを照射するシーリング部
取付け型投写装置の場合にもよく見られる。
Referring to FIG. 20 again, target irradiation direction 1
70 is a reflection type LV of DMD or TMA in the oblique direction
The design state suitable for is shown. Also, by using the projection lens system 430 off-axis (the axis 479 is different from the lens axis 480), the light reflected by the LV in the general direction 479 is collected to form an image on the projection screen 98. Was. With this PLE design, it is possible to generate an image on the projection screen 98 in which the LV intensity distribution is basically corrected for the oblique incident angle. This oblique screen irradiation is a very common state in the case of a front projection type in which a projection device is arranged on a table in front of a projection screen to be irradiated. This state is often seen in a ceiling-mounted projection device that irradiates a projection screen mounted at a lower position in an oblique direction.

【手続補正12】[Procedure amendment 12]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0225[Correction target item name] 0225

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0225】なお、楕円反射体形状の代わりに、同様の
結像機能を実現する他の非球面形状を選択することもで
きる。例えば、トロイダル反射体は、楕円反射体の良好
な近似であることが多く、さらに低コストな眼鏡用製造
機械を使って作製できる。また、非球面カップリング系
が好ましい場合もあり(図21を参照しながら下記に説
明する)、反射体460は、しかるべき修正または、L
G448の出射ポートOP近傍の円筒レンズまたは二軸
レンズと組み合わせて、PLEの設計制約内で、十分良
好な結像系を実現しなければならない。
Note that, instead of the elliptical reflector shape, another aspherical shape that realizes the same image forming function can be selected. For example, toroidal reflectors are often a good approximation of elliptical reflectors and can be made using lower cost eyeglass manufacturing machines. Also, an aspheric coupling system may be preferred (described below with reference to FIG. 21 ), and the reflector 460 may be modified accordingly or L
In combination with a cylindrical lens or a biaxial lens near the exit port OP of G448, a sufficiently good imaging system must be realized within the PLE design constraints.

【手続補正13】[Procedure amendment 13]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0226[Correction target item name] 0226

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0226】図21は、PLE−AF用のこの発明の別
の実施例を示している。2つのLGを使って、色ホイー
ル600のスループット効率を改善する。前述のよう
に、面積効率のよいMLE−AFの出力は、第一LG4
48の入射ポートIP1上に、発散角θで集められる。
その入射ポートは全て、全入射面積AS1と、受光角θ
1in≧θに対応する有効面積A1outを有する。L
G448の出射ポートOP1は、有効表面積A1out
の放出面ES1を有する。出射ポートOP1から出射角
θ1outで出射する光は、カップリング光学機器62
0で集められ、集束ビームが、色ホイール600で断面
積A’cwと、対応する出射角θcwを有するように、
色ホイール600上に集束させる。カップリング光学機
器630は、色ホイール600を通過した光ビームを集
め、第2光ガイド640の入射ポートIP2上に発散角
θ2inで集束させる。入射ポートIP2は、有効光集
束面積A2inを備えた入射面AS2を有する。出射ポ
ートOP2から出射角θ2outで出射する光は、カッ
プリング光学機器650で集められ、LV100の有効
受光面ASLV、つまり所定の中間照射目標T’AF上
に集束させる。PLEの大きさと重さが非常に重要であ
る、この発明の別の実施例の場合は、カップリング光学
機器620または630の一方は、図21に示したPL
Eから除外することが望ましい。このことによって、P
LE−AFの伝達効率DEはやや低下するが、PLEの
部品数と大きさも低減できる。
FIG. 21 shows another embodiment of the present invention for PLE-AF. The two LGs are used to improve the throughput efficiency of the color wheel 600. As described above, the output of the area-efficient MLE-AF is the first LG4
Collected at a divergence angle θ on 48 incident ports IP1.
All the incident ports have a total incident area AS1 and a light receiving angle θ.
It has an effective area A1out corresponding to 1in ≧ θ. L
The output port OP1 of G448 has an effective surface area A1out.
Of the emission surface ES1. The light emitted from the emission port OP1 at the emission angle θ1out is coupled to the coupling optical device 62
0, so that the focused beam has a cross-sectional area A′cw and a corresponding exit angle θcw on the color wheel 600,
Focus on color wheel 600. The coupling optics 630 collects the light beam passing through the color wheel 600 and focuses the light beam on the entrance port IP2 of the second light guide 640 at a divergence angle θ2in. The entrance port IP2 has an entrance surface AS2 with an effective light focusing area A2in. Light emitted from the emission port OP2 at the emission angle θ2out is collected by the coupling optical device 650 and focused on the effective light receiving surface ASLV of the LV 100, that is, on the predetermined intermediate irradiation target T′AF. Is critical size and weight of the PLE, PL case of another embodiment of the invention, one of the coupling optics 620 or 630 shown in FIG. 21
It is desirable to exclude from E. This allows P
Although the transmission efficiency DE of the LE-AF is slightly reduced, the number of parts and the size of the PLE can also be reduced.

【手続補正14】[Procedure amendment 14]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0227[Correction target item name] 0227

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0227】次に、反射型または透過型LV100(図
21では反射型として示した)の出力は、投写レンズ系
430で集められ、LV100の出射部の強度分布を拡
大した画像を形成する遠方のスクリーン98に投写され
る。アンドリアヌスH.J.バンデンブラントへの米国
特許第4969730号で説明されている全内部反射型
プリズムと同様の特別な光学カップリング要素650
と、米国特許第5022750で説明されているカップ
リング光学機器を使用することもできる。
Next, the reflection type or transmission type LV100 (see FIG.
The output of the indicated) as a reflection type in 21 is collected by the projection lens system 430 is projected to a distant screen 98 for forming an image obtained by enlarging the intensity distribution of the output of the LV 100. Andrian H. J. A special optical coupling element 650 similar to the total internal reflection prism described in U.S. Pat. No. 4,969,730 to Van Denbrandt
And the coupling optics described in U.S. Pat. No. 5,022,750 can also be used.

【手続補正15】[Procedure amendment 15]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0228[Correction target item name] 0228

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0228】クリティカル照射方式(critical illumina
tion scheme)(LV100が図21に示したような中間
目標である)は、伝達効率を最大にするのに好ましい
が、ケーラー照射方式(投写レンズシステム430の入
射ピューピル(entrancepupil)に焦点を合わせるもので
21には示されていない)または中間の方式(図5参
照)を同様に使用して、この発明においてPLEの設計
制約と伝達効率のバランスを取ることができる。
The critical irradiation method (critical illumina)
The LV scheme (LV100 is an intermediate target as shown in FIG. 21 ) is preferred for maximizing transmission efficiency, but focuses on the Koehler illumination scheme (entrance pupil of the projection lens system 430). 21 (not shown in FIG. 21 ) or an intermediate scheme (see FIG. 5) can also be used to balance PLE design constraints and transmission efficiency in the present invention.

【手続補正16】[Procedure amendment 16]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0229[Correction target item name] 0229

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0229】なお、PLE−AC(図19)とPLE−
AD(図20)は、PLE−AFを簡略化した変形版
(LGを減らした)であり、エネルギー集束および伝達
システムの一部としてLGを1つしか使用しない。好ま
しいPLE設計方式の下記の説明は、前述のように、カ
ップリング光学機器620または630を1つしか使用
しない、PLE−AB、PLE−AC、PLE−AD、
PLE−AFの場合にも適用する。
It should be noted that PLE-AC (FIG. 19 ) and PLE-AC
AD (FIG. 20 ) is a simplified version (with reduced LG) of PLE-AF and uses only one LG as part of the energy focusing and transfer system. The following description of the preferred PLE design scheme, as described above, uses only one coupling optic 620 or 630, PLE-AB, PLE-AC, PLE-AD,
The same applies to the case of PLE-AF.

【手続補正17】[Procedure amendment 17]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0230[Correction target item name] 0230

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0230】なお、ほとんどのPLE設計の場合、角度
θ1out、θcw、θ2outは軸対称、つまり所定のアジ
マス(azimuth)角Ψには依存しない。しかし、LG44
8、640が各々のエネルギ伝達軸に直交して終端され
ない場合は、各受光角と放出角はやや軸非対称性を示
し、この発明のいくつかの好ましい実施例で(図20
照)使用して、さらにLE設計を簡略化し、改善でき
る。
In most PLE designs, the angles θ1 out , θcw, and θ2 out are axisymmetric, that is, do not depend on a predetermined azimuth angle Ψ. However, LG44
If 8,640 are not terminated perpendicular to their respective energy transmission axes, then each acceptance angle and emission angle will exhibit some axial asymmetry and may be used in some preferred embodiments of the invention (see FIG. 20 ). Further, the LE design can be simplified and improved.

【手続補正18】[Procedure amendment 18]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0231[Correction target item name] 0231

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0231】必要に応じてカップリング光学機器62
0、630を備えたLGガイド448を使用して、色ホ
イール600の所定時刻の効率をさらに改善できる。一
般に、各LGの入射ポートIPと出射ポートOPの表面
構成SCiin、SCioutは、異なる光学要素の間のカ
ップリングを最適化するように選択する。さらに、図
を参照すると、領域再変換を行う主要な機会が、少な
くとも2つまたは4つある。まず、LV100の入射面
ASLVへの出射ポートOP2のカップリングを説明す
る。次に、ポートOP1、IP2と色ホイール600の
間のカップリングを説明する。MLE−AFと、適合さ
せたLG448の入射ポートの間のカップリング最適化
は、すでに上記で説明している。
If necessary, the coupling optical device 62
The LG guide 448 with 0,630 can be used to further improve the efficiency of the color wheel 600 at a given time. In general, the surface configurations SCi in , SCi out of the input port IP and the output port OP of each LG are chosen to optimize the coupling between different optical elements. In addition, as shown in FIG. 2
Referring to 1 , there are at least two or four major opportunities to perform a region retransformation. First, the coupling of the exit port OP2 to the entrance plane ASLV of the LV 100 will be described. Next, the coupling between the ports OP1, IP2 and the color wheel 600 will be described. Coupling optimization between the MLE-AF and the entrance port of the adapted LG448 has already been described above.

【手続補正19】[Procedure amendment 19]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0234[Correction target item name] 0234

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0234】図21に示したように、この発明の別の好
ましい実施例では、光出射ポートOP2とLV100の
間のカップリング(伝達効率DE)が最適化されるよう
に、出射ポートOP2の表面構成SG2out を選択す
る。なお、例えばDMDやTMAといった、いくつかの
型式のLV100の場合、平均的な入射エネルギー方向
は、受光面ASLVの主軸480と平行ではない。これ
らの場合、好ましい光学機器650は、“シャインプフ
ルーク(Scheinpflug)”型とし、つまりその光軸、所定
の放出面ES2、受光面ASLVは、受光面ASLVに
おいて、結果的に拡大された放出面AS2の画像が、面
全体で同じ集束レベルとなるように、間隙を介して配置
する。こうして、焦点が受光面ASLVの後ろにある、
つまり非クリティカル照射方式の場合でも、均一な照射
強度とする。さらに、図21に概略的に示したように、
光学的優先軸104に向けた結像用ABTSとして機能
する、2つの直交する円筒レンズ664、666を使用
する場合、好ましい横倍率M(Ψ)と光カップリング機
器650の対応する角度変化は、角度方向ψによって異
なるものとなる。従って、この発明の好ましい実施例
は、一般に軸非対称またはアナモルフィック・カップリ
ング光学機器650を利用して、角度放出分布θ2out
(Ψ)を決定する所定の種類のアジマス角ψを有するビ
ームを、LV100の所望の受光関数θLV(Ψ)にで
きるだけ適合させた角度エネルギー密度関数を有するビ
ームに変換する。この方法の場合、マスク660は、利
用可能なエネルギの最小量だけを必要に応じて切り取
り、PLE−AFの伝達効率を最大にする。
As shown in FIG. 21 , in another preferred embodiment of the present invention, the surface of the output port OP2 is adjusted so that the coupling (transmission efficiency DE) between the light output port OP2 and the LV 100 is optimized. Select the configuration SG2 out . In the case of some types of LV100 such as DMD and TMA, the average incident energy direction is not parallel to the main axis 480 of the light receiving surface ASLV. In these cases, the preferred optics 650 is of the “Scheinpflug” type, ie its optical axis, the predetermined emission surface ES2 and the light-receiving surface ASLV are, in the light-receiving surface ASLV, the resulting enlarged light-emitting surface. The images of AS2 are arranged with a gap so as to have the same convergence level over the entire surface. Thus, the focal point is behind the light receiving surface ASLV,
That is, even in the case of the non-critical irradiation method, the irradiation intensity is uniform. Further, as shown schematically in FIG. 21,
When using two orthogonal cylindrical lenses 664, 666 functioning as an imaging ABTS towards the optical preferred axis 104, the preferred lateral magnification M (Ψ) and the corresponding angular change of the optical coupling device 650 are: It differs depending on the angle direction ψ. Thus, the preferred embodiment of the present invention generally utilizes axially asymmetric or anamorphic coupling optics 650 to provide an angular emission distribution θ 2 out
A beam having a predetermined type of azimuth angle す る that determines (Ψ) is converted into a beam having an angular energy density function that is as close as possible to the desired light receiving function θLV (Ψ) of the LV 100. In this method, the mask 660 trims only the minimum amount of available energy as needed to maximize the PLE-AF transmission efficiency.

【手続補正20】[Procedure amendment 20]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0235[Correction target item name] 0235

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0235】図22は、異なるアジマス角Ψに対して、
出射ポートOP2から受光面ASLVへの照射ビーム・
カップリング・エネルギーの最大受光分布θLV(Ψ)
を決める概略図を示しており、縦軸は光学的優先軸10
4に平行である。大きな円670と小さな円672は、
最大受光角θLV(Ψ)=θLVが、各々θLV=15
°とθLV=10°であるビームを表している。縦軸で
大きな円670に隣接し、横軸で小さな円672に隣接
する楕円674は、DMD型またはTMA型のLV10
0の照射効率を改善するための、この発明の最大受光角
θLV(Ψ)を決定する好ましいアジマス角ψである。
例えば、この楕円型のアジマス角関数674は、異なる
横倍率、つまりM(Ψ=90)=1.89*M(0)を
有して直交する2つの円筒レンズ662、666を使用
して、軸対称(または前述のような非対称)LG出射ビ
ームを2軸結像させる。なお、楕円形状674は、米国
特許第5442414号のDMD型光バルブに対して説
明した投写マスク675の大きさと機能に関係してい
る。しかし、この発明の前述の好ましい実施例は、非対
称マスクを全く使用せず、より高いスループット効率を
有する。従って、所定の状況下では、カップリング光学
機器650の前述の好ましい実施例は、マスク660を
完全に不要にできる。このことによって、LVの機能上
の要件、つまり光学的優先軸104と交差する方向のエ
ネルギ伝達を低減し、散乱と関連するコントラスト損失
を最小にしながら、カップリング光学機器650の伝達
効率DEを最大にする。
FIG. 22 shows that for different azimuth angles Ψ,
The irradiation beam from the output port OP2 to the light receiving surface ASLV
Maximum light reception distribution θLV (Ψ) of coupling energy
And the vertical axis represents the optical priority axis 10.
4 parallel. The big circle 670 and the small circle 672
When the maximum light receiving angle θLV (Ψ) = θLV, each of θLV = 15
° and θLV = 10 °. An ellipse 674 adjacent to the large circle 670 on the vertical axis and adjacent to the small circle 672 on the horizontal axis is a DMD or TMA LV10.
This is a preferred azimuth angle ψ for determining the maximum light receiving angle θLV (の) of the present invention for improving the irradiation efficiency of 0.
For example, this elliptical azimuth angle function 674 uses two orthogonal cylindrical lenses 662, 666 with different lateral magnifications, M (Ψ = 90) = 1.89 * M (0), An axially symmetric (or asymmetric as described above) LG output beam is biaxially imaged. Note that the elliptical shape 674 is related to the size and function of the projection mask 675 described for the DMD light valve in U.S. Pat. No. 5,442,414. However, the aforementioned preferred embodiment of the present invention does not use any asymmetric mask and has higher throughput efficiency. Thus, under certain circumstances, the above-described preferred embodiment of coupling optics 650 can obviate the need for mask 660 entirely. This reduces the LV functional requirement, ie, energy transfer in a direction transverse to the optical preferred axis 104, and maximizes the transmission efficiency DE of the coupling optics 650 while minimizing scattering and associated contrast loss. To

【手続補正21】[Procedure amendment 21]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0236[Correction target item name] 0236

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0236】受光面ASLVで照射ビームの断面形状を
適合させるために、出射面AS2は、カップリング光学
機器650の倍率M(Ψ)に逆比例させて事前に歪めた
LV面の断面に適合させなければならない。さらに正確
には、所定の面の法線方向によって異なる平均エネルギ
ー伝搬を有することから生じる歪みの影響もさらに考慮
して、理想的な断面を見出して、出射面AS2を事前に
歪ませる必要がある。図23は、近似として、表面の湾
曲の影響と、表面の法線方向480に対する傾きを無視
し、受光面ASLVの断面の相対的な大きさと形状、お
よびLGガイド放出面ES2を適合させたものを示して
いる。ES2の好ましい大きさと形状を計算するため
に、次のように角度を仮定する。表面ASLVの最大半
円錐受光角(maximum half cone acceptance angle)は、
光学的優先軸104に対して平行に15°、垂直に10
°とし、表面ES2の軸対称放出半円錐角は、θ2out
=30°とする。なお、これらは結果的に、図22の楕
円676と同じ仮定となる。
In order to adapt the cross-sectional shape of the irradiation beam at the light-receiving surface ASLV, the exit surface AS2 is adapted to the cross-section of the LV surface previously distorted in inverse proportion to the magnification M (Ψ) of the coupling optics 650. There must be. More precisely, it is necessary to find out an ideal cross-section and to distort the exit surface AS2 in advance, further considering the influence of distortion caused by having different average energy propagation depending on the normal direction of a predetermined surface. . FIG. 23 is an approximation in which the relative size and shape of the cross section of the light receiving surface ASLV and the LG guide emission surface ES2 are adapted, ignoring the influence of the surface curvature and the inclination of the surface with respect to the normal direction 480. Is shown. To calculate the preferred size and shape of ES2, assume an angle as follows. The maximum half cone acceptance angle of the surface ASLV is
15 ° parallel to the optical preferred axis 104 and 10 perpendicular
°, and the axisymmetric emission half-cone angle of the surface ES2 is θ2 out
= 30 °. Note that these are consequently, the same assumptions as the ellipse 676 in FIG. 22.

【手続補正22】[Procedure amendment 22]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0238[Correction target item name]

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0238】LV100の受光面ASLVでの照射ビー
ムの空間均一性を向上させるために、いくつか別の方法
が考えられる。その別の設計方法のいくつかは、すでに
上記に説明したが、LGの構成に関連するものである
(入射ファイバと出射ファイバをランダム化する、LG
端部近傍でのクロストークを低減するなど)。2つ以上
のLGを直列にカップリングすることによって、低空間
周波数での強度変化を簡単に低減できる。高空間周波数
での強度変化を低減するために、カップリング光学機器
650はやや焦点を外して使用するように設計する。光
学機器の設計や放出面ES2の湾曲を適切にすることに
よって、平面照射に対するローパス・フィルタ効果も実
現できる。さらに、補助光学要素を出射ポートOP2に
追加し、ローパス・フィルタ要素として機能させること
もできる。このようなローパス・フィルタ要素の例に
は、所定の適切な断面を備え、必要に応じて、より低い
発散角θ2outを備えたより大きな放出領域にテーパ状
に移行する、中空反射チューブや単一のクラッド・ロッ
ドがある。カップリング光学機器650に追加できる他
の光学要素としては、ビームの一部を他の部分に対して
横方向に移動させるモアレフィルタ部材がある。位相格
子、回折光学素子、制御した拡散板などを使用して、所
望の効果を実現することもできる。現在の製造方法を使
用すると、適切に設計された光学機器650の各光学素
子は、一度にいくつかの機能を提供できる。例えば、横
方向の拡大や関連する角度変更機能を実現するほかに、
これらの部材は、必要に応じて、ローパス・フィルタ処
理機能、制御された拡散機能、マスク機能なども実現で
きる。さらに、PLEパラメータ制約が許されれば、カ
ップリング光学機器650は単一の透過型要素とするこ
とが望ましい。図20に示した反射体460と同様に、
このようなレンズを簡単な反射型としたり、反射型、回
折型、位相格子(phase grating)の組み合わせとするこ
ともできる。
In order to improve the spatial uniformity of the irradiation beam on the light receiving surface ASLV of the LV 100, several other methods are conceivable. Some of the alternative design methods, which have already been described above, are related to the construction of the LG (LG randomizing the input and output fibers, LG
Reduce crosstalk near the edges). By coupling two or more LGs in series, a change in intensity at low spatial frequencies can be easily reduced. In order to reduce intensity variations at high spatial frequencies, the coupling optics 650 is designed to be used slightly out of focus. By properly designing the optical equipment and the curvature of the emission surface ES2, a low-pass filter effect for planar illumination can also be realized. Further, an auxiliary optical element can be added to the output port OP2 to function as a low-pass filter element. Examples of such low-pass filter elements include hollow reflective tubes or single reflectors that have a predetermined appropriate cross-section and, if necessary, taper to a larger emission region with a lower divergence angle θ2out. There is a clad rod. Other optical elements that can be added to coupling optics 650 include moiré filter members that move a portion of the beam laterally relative to the other portion. Desired effects can also be achieved using phase gratings, diffractive optical elements, controlled diffusers, and the like. Using current manufacturing methods, each optical element of a properly designed optic 650 can provide several functions at once. For example, in addition to providing horizontal magnification and related angle changing functions,
These members can also realize a low-pass filtering function, a controlled diffusion function, a mask function, and the like as necessary. Further, if PLE parameter constraints are allowed, then coupling optics 650 is preferably a single transmissive element. Similar to the reflector 460 shown in FIG. 20 ,
Such a lens may be a simple reflection type, or a combination of a reflection type, a diffraction type, and a phase grating.

【手続補正23】[Procedure amendment 23]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0239[Correction target item name]

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0239】図21は、この発明を使用した特別な設計
解であって、非常に狭い照射ビームと同様の大きさの集
束LGを提供することによって、色ホイール600の高
スループット効率TECWを最適化したものを示してい
る。
FIG. 21 is a special design solution using the present invention to optimize the high throughput efficiency TECW of the color wheel 600 by providing a focused LG of similar size as a very narrow illumination beam. This is shown.

【手続補正24】[Procedure amendment 24]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0240[Correction target item name] 0240

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0240】例えば、図19、20に示したPLE−A
C、PLE−ADの場合のように、所定のMLEは、第
2放出体積EVS’の断面の長軸が、色ホイールの軸1
12に対して半径方向に配置されるように、色ホイール
600に対して配置することが望ましい。好ましくは、
色ホイール600は、軸位置LEのやや前方で放出体積
EVS’と交差し、LG448の入射ポートIP2は、
適切な方法で放出体積EVS’から光を集めるように構
成される。
[0240] For example, PLE-A shown in FIG. 19 and 20
C, as in the case of PLE-AD, the predetermined MLE is such that the major axis of the cross section of the second emission volume EVS 'is the axis 1 of the color wheel.
It is desirable to position the color wheel 600 such that it is positioned radially with respect to 12. Preferably,
The color wheel 600 intersects the emission volume EVS 'slightly ahead of the axial position LE, and the entrance port IP2 of LG448
It is configured to collect light from the emission volume EVS 'in a suitable manner.

【手続補正25】[Procedure amendment 25]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0241[Correction target item name] 0241

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0241】再び図21を参照すると、このように、表
面構成SC1out、SC2inの設計構成の選択によっ
て、タイミング効率(timing efficiency)TECWにお
ける利得や、色ホイール600の領域効率(area effici
ency)AEの間での選択が可能となる。この発明を使用
することによる新しい設計自由度は、全投写表示システ
ムの効率や製造コスト面と共に、小型化や携帯性を最適
化する新しい柔軟性を、PLE設計者に与える。
Referring again to FIG. 21 , as described above, by selecting the design configuration of the surface configurations SC1 out and SC2 in , the gain in the timing efficiency TECW and the area efficiency (area efficiency) of the color wheel 600 can be improved.
ency) AE can be selected. The new degree of design freedom by using the present invention gives PLE designers new flexibility to optimize miniaturization and portability, as well as the efficiency and manufacturing cost of the total projection display system.

【手続補正26】[Procedure amendment 26]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0242[Correction target item name] 0242

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0242】図24は、この発明に基づいてさらに簡略
化したPLEを示している。MLE−AFは、密閉型ま
たは準密閉型キャビティ(quasi-sealed cavity)690
として示されており、放出源の軸24に沿って2つの対
向する立体的な凹み710を備えた外側容器を構成し、
ランプポスト44、46のシール712は、凹み710
を介してキャビティ690の外側に伸びている。ヒート
シンクあるいは放熱部730は、シール712の近傍の
ランプポスト端部に取り付けるように示されており、こ
れらの冷却に役立つ。リード線205は、ランプポスト
44、46の内部に組み込まれた電極に電流を送る。こ
のような好ましいMLE−AFは、所定の反射体高さに
ついて説明した放出源の遮蔽と出射ポートの損失の両方
を低減でき、内側容器42と熱的に分離させて、ランプ
ポストシール712へのアクセスを容易にする。この方
法の場合、内側容器は、容器42の材料制約による可能
な上限動作温度近傍で使用することができ、同時にML
E−B型設計で通常可能な温度範囲以下に両方のランプ
ポストシール712を保持できる。従って、この二重容
器型システムは、長寿命のランプ/反射体システム構成
するのに役立つ。必要に応じて、キャビティ690の内
部体積を排気し、ゲッタ材料を使用して不純物を吸収
し、キャビティ690の適切な位置の穴(図24には図
示せず)から、ブロー時に強制的に入れた空気による内
壁の汚染を取り除き、内側容器42を最適な範囲まで小
さくする。PLE−AFも、長方形の非対称テーパ型集
束ロッド740を有するように示されており、集束ロッ
ド740は、ABTSとして機能し、図21と関連させ
て説明したように、角度的に対称化した出射ビームまた
は非対称ビームのどちらか一方を提供する。また、LG
740の出射ポートは、LV100の異常入射モードを
“シャインプフルーク”補正する。投写光学系は、軸外
モードで使用するように示されており、固定された出射
角方向に対して主要な補正を行う。
FIG. 24 shows a further simplified PLE based on the present invention. MLE-AF is a closed or quasi-sealed cavity 690
And comprising an outer container with two opposing three-dimensional recesses 710 along the source axis 24,
The seal 712 of the lamp post 44, 46
Through the cavity 690. A heat sink or radiator 730 is shown mounted on the end of the lamp post near the seal 712 to help cool them. Lead 205 sends current to electrodes incorporated within lamp posts 44,46. Such a preferred MLE-AF can reduce both source shielding and exit port loss described for a given reflector height, and is thermally isolated from the inner vessel 42 to provide access to the lamp post seal 712. To facilitate. With this method, the inner vessel can be used near the maximum possible operating temperature due to material constraints of vessel 42 while at the same time ML
Both lamp post seals 712 can be kept below the temperature range normally possible with an EB design. Thus, this dual container system helps to construct a long life lamp / reflector system. If necessary, the interior volume of the cavity 690 is evacuated, getter material is used to absorb impurities, and forced into the cavity 690 through a properly positioned hole (not shown in FIG. 24 ) during blowing. The inner container 42 is contaminated by the air and the inner container 42 is reduced to an optimum range. PLE-AF also has been shown to have a rectangular asymmetric tapered converging rod 740, the focusing rod 740 functions as ABTS, as described in connection with FIG. 21, angularly symmetrical to the exit Provides either a beam or an asymmetric beam. Also, LG
The outgoing port at 740 "sheep flukes" the LV100 extraordinary incident mode. The projection optics are shown for use in an off-axis mode and provide primary correction for a fixed exit angle direction.

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02B 19/00 G02B 19/00 // F21Y 101:00 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (reference) G02B 19/00 G02B 19/00 // F21Y 101: 00

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ガス放電ランプ(gas discharge lamp)の
効率的なエネルギー伝達と同時に、面積(エテンデュ:e
tendue)効率のよい領域と角度の再変換(reformatting)
を行う小型光エンジン(MLE)であって、 逆反射体システム(retro-reflector system)と、 システム軸を定義する第一焦点F1と第二焦点F2を備
えた主(プライマリ:primary)反射体システムと、 励起可能なガスを封入する気密性半透明容器(エンベロ
ープ)において、前記ガスの少なくとも1つの空間的に
広がった半透明領域を創出して励起し、前記容器を介し
て、ランプシステムから電磁エネルギーを放出する放出
源Sを形成し、前記放出源Sの長軸を放出源の軸として
定義するガス放電ランプシステムとを有し、 前記放出源の軸が、前記光学システム軸と実質的に直交
するように配置し、 前記放出源Sを、前記焦点F1近傍に配置し、前記放出
源Sが、少なくとも1つの所定の波長領域において、所
定の放出面積関数(emission etendue function)Es
(p)を有し、pが、前記所定の波長領域において、前
記ランプシステムが放出した全放出エネルギーの割合を
表し、 前記逆反射体システムが、出射ポートと、少なくとも1
つの主凹面逆反射体を有し、前記逆反射体系が、前記放
出源Sから放出させた前記エネルギーの一部を、前記放
出源S近傍の前記ランプシステムに集束させて逆反射
し、前記放出源Sと前記逆反射体系の組合せが、有効逆
反射放出源Srを形成し、前記放出源Srが、前記光学
システム軸に直交し、前記放出源の軸を含む面で、所定
の空間依存放出強度分布(spatial dependent emission
intensity distribution)SI(x,y;Sr)有し、 前記主反射体システムが、少なくとも1つの凹面反射体
を有し、前記主反射体システムが、前記放出源Srから
放出させたエネルギーの一部を集束させて反射し、前記
反射エネルギーの主要部分を、前記焦点F2近傍の前記
容器の周りにほぼ対称に集束させ、焦点F2近傍に、前
記光学システム軸に直交する所定の空間依存強度分布S
I(x,y;S’)を有する第二(セカンダリ:seconda
ry)放出源S’を形成し、 前記放出源Sと前記第二放出源S’が、前記所定の焦点
F1、F2の近傍で、前記放出源の軸を含み、前記光学シ
ステムの軸に直交する面で非対称な、所定の角度依存放
出エネルギー密度関数AI(φ,Ψ;S)、AI(φ,
Ψ;S’)を有し、空間的、角度的に非対称で面積効率
よく再変換した出射ビームを創出し、 前記主反射システムと前記逆反射システムと前記出射ポ
ートの、湾曲、スペクトル的な反射性と透過性、範囲
を、前記第二放出源S’に対する少なくとも1つの前記
所定の波長領域における有効エネルギー伝達に対して選
択し、前記空間非対称強度分布SI(x,y;S’)
が、前記放出源の軸に実質的に平行な長軸を有し、前記
強度分布SI(x,y;Sr)の準結像倍率(quasi-ima
ging magnification)となり、前記出射ポートを介し
て、前記逆反射体システムから出射されるビームが、前
記所定の波長領域において、第二放出源面積関数Es’
i(p)を有し、前記関数Es’i(p)を、少なくと
も一つの前記p値について、前記放出源面積関数Es
(p)を最小でも越えるように増大させたMLE。
1. Efficient energy transfer of a gas discharge lamp and an area (etendue: e)
tendue) Efficient area and angle reformatting
A small light engine (MLE) for performing the following: a retro-reflector system, a primary reflector system having a first focus F1 and a second focus F2 defining a system axis. In an airtight translucent container (envelope) enclosing an excitable gas, creating and exciting at least one spatially widened translucent region of said gas, via said container an electromagnetic radiation from a lamp system; A gas discharge lamp system forming an emission source S that emits energy and defining a major axis of the emission source S as an axis of the emission source, wherein the axis of the emission source is substantially equal to the axis of the optical system. The emission source S is arranged in the vicinity of the focal point F1, and the emission source S has a predetermined emission etendue function E in at least one predetermined wavelength region.
(P), wherein p represents a percentage of the total emitted energy emitted by the lamp system in the predetermined wavelength range, wherein the retroreflector system comprises: an output port;
Three main concave retroreflectors, wherein the retroreflector system focuses a part of the energy emitted from the emission source S on the lamp system near the emission source S and retroreflects the energy, The combination of source S and the retroreflective system forms an effective retroreflective emission source Sr, wherein the source Sr has a predetermined space-dependent emission in a plane orthogonal to the axis of the optical system and including the axis of the source. Intensity distribution (spatial dependent emission
intensity distribution) SI (x, y; Sr), wherein the main reflector system has at least one concave reflector, and the main reflector system emits a part of the energy emitted from the emission source Sr. And focuses the main part of the reflected energy substantially symmetrically around the container near the focal point F2, and near the focal point F2 a predetermined space-dependent intensity distribution S orthogonal to the optical system axis.
Second with I (x, y; S ')
ry) forming an emission source S ′, wherein the emission source S and the second emission source S ′ include an axis of the emission source near the predetermined focal points F1, F2 and are orthogonal to an axis of the optical system; Predetermined angle-dependent emission energy density functions AI (φ, Ψ; S), AI (φ,
Ψ; S ′) to create a spatially and angularly asymmetric, area-efficiently reconverted exit beam, with curved and spectral reflections of the main reflection system, the retroreflection system and the exit port. And a range is selected for effective energy transfer in at least one of the predetermined wavelength ranges to the second emission source S ′, and the spatially asymmetric intensity distribution SI (x, y; S ′) is selected.
Have a major axis substantially parallel to the axis of the emission source and a quasi-imaginary magnification (quasi-ima) of the intensity distribution SI (x, y; Sr).
ging magnification), and the beam emitted from the retroreflector system via the emission port is, in the predetermined wavelength region, a second emission source area function Es ′.
i (p), and the function Es′i (p) is defined by the emission source area function Es for at least one of the p values.
MLE increased to at least exceed (p).
【請求項2】 前記ランプシステムが、ACガス放電ア
ークランプ、DCガス放電アークランプ、単一容器ラン
プ、二重容器ランプ、無電極、マイクロ波駆動、壁安定
化ランプからなる集合体から選択したランプを有し、前
記ガスを、Hg、Hg2、Xe、Ar、Kr、金属ハラ
イド塩蒸気および周期律表のハロゲン族の元素を含む分
子からなる集合体から選択し、前記主反射体系を、楕円
および非球面反射体からなる集合体から選択し、前記逆
反射体系の構成要素を、球面、トロイダル、楕円および
非球面反射体からなる集合体から選択し、前記主反射体
系の前記準結像倍率が、1.5から5までの間の値を有
する請求項1記載のMLE。
2. The lamp system is selected from the group consisting of an AC gas discharge arc lamp, a DC gas discharge arc lamp, a single vessel lamp, a dual vessel lamp, an electrodeless, a microwave driven, a wall stabilized lamp. A lamp, wherein the gas is selected from the group consisting of Hg, Hg2, Xe, Ar, Kr, a metal halide salt vapor and a molecule comprising a molecule of a halogen group element in the periodic table; And an assembly comprising an aspherical reflector, wherein the components of the retroreflective system are selected from an assembly comprising a spherical, toroidal, elliptical and aspherical reflector, and the quasi-imaging magnification of the main reflector is selected. 2. The MLE of claim 1, wherein has a value between 1.5 and 5.
【請求項3】 前記容器が、光学的ビーム方向変換特性
を有し、前記逆反射体システムの非球面の、基本的な球
面形状からの偏差が、前記光学的ビーム方向変換特性の
一部を補正し、前記主反射体システムの非軸対称性の、
基本的な軸対称楕円形状からの偏差が、前記光学的ビー
ム方向変換特性の少なくとも一部を補正し、前記非球面
偏差と前記非軸対称偏差が、前記空間依存放出強度分布
SI(x,y;S’)の空間的な広がりを低減する請求
項1記載のMLE。
3. The container of claim 1, wherein the container has an optical beam redirecting characteristic, and a deviation of the aspherical surface of the retroreflector system from a basic spherical shape provides a portion of the optical beam redirecting characteristic. Correcting for the axisymmetricity of said main reflector system;
A deviation from a basic axisymmetric elliptical shape corrects at least a portion of the optical beam redirection characteristics, and the aspheric deviation and the non-axisymmetric deviation are used to calculate the spatially dependent emission intensity distribution SI (x, y MLE according to claim 1, wherein the spatial extent of S ') is reduced.
【請求項4】 少なくとも一つの前記凹面反射体が、主
反射体部と、主曲率半径がR1<R0である少なくとも
一つの補助凹面逆反射体部を有し、R0が前記凹面逆反
射体の主曲率半径であって、前記主凹面逆反射体と少な
くとも一つの前記補助逆反射体部を、前記ランプシステ
ムに対して互いに対向させて配置し、少なくとも一つの
前記補助凹面逆反射体部が、前記放出源Sから集束させ
たエネルギーの一部を反射して、前記放出源Sに戻す請
求項1記載のMLE。
4. The at least one concave reflector has a main reflector portion and at least one auxiliary concave retroreflector portion having a main radius of curvature of R1 <R0, wherein R0 is the concave retroreflector. A main curvature radius, wherein the main concave retroreflector and at least one auxiliary retroreflector portion are arranged to face each other with respect to the lamp system, and at least one auxiliary concave retroreflector portion is The MLE according to claim 1, wherein a part of the energy focused from the emission source S is reflected back to the emission source S.
【請求項5】 前記逆反射体システムが、第一出射開口
部を備え、主曲率半径がR0である前記凹面逆反射体
と、少なくとも1つのi番目の第二出射開口部を備え、
主曲率半径がR2,i>R0である少なくとも1つのi
番目の補助凹面逆反射体を有し、前記主逆反射体と少な
くとも1つの前記i番目の逆反射体を、前記主反射体シ
ステムで前記ランプシステムに対して対向させて配置
し、前記放出源Sから直接出射され、前記第一出射開口
部を通過した前記エネルギーの一部を、少なくとも1つ
の前記i番目の補助凹面逆反射体で集束させて、前記放
出源Sの近傍に逆反射し、少なくとも1つの前記i番目
の第二出射開口部を介して、前記主反射体システムで集
束させた電磁エネルギーの一部が前記MLEを出射し、
前記出射ポートが、前記第一出射開口部と少なくとも1
つの前記i番目の第二出射開口部を有する請求項1記載
のMLE。
5. The retroreflector system comprises a first exit aperture, the concave retroreflector having a principal radius of curvature of R0, and at least one i-th second exit aperture.
At least one i having a principal curvature radius of R2, i> R0
A second auxiliary concave retroreflector, wherein the main retroreflector and at least one of the i-th retroreflectors are arranged opposite the lamp system in the main reflector system, A part of the energy that is emitted directly from S and passes through the first emission opening is focused by at least one i-th auxiliary concave retroreflector, and is reflected back to the vicinity of the emission source S; Through at least one of the i-th second exit apertures, a portion of the electromagnetic energy focused by the main reflector system exits the MLE;
The exit port is at least one with the first exit aperture;
2. The MLE of claim 1, wherein said MLE has two i-th second exit apertures.
【請求項6】 少なくとも1つの補助凹面逆反射体部
と、前記逆反射体システムの少なくとも1つの反射小部
分の組合せが、結合反射型リングキャビティを構成し、
前記放出源Sが、前記反射型リングキャビティの焦点に
実質的に配置される請求項4記載のMLE。
6. The combination of at least one auxiliary concave retroreflector portion and at least one reflective sub-portion of the retroreflector system comprises a combined reflective ring cavity.
5. The MLE according to claim 4, wherein the emission source S is located substantially at a focal point of the reflective ring cavity.
【請求項7】 前記出射ポートを通過するエネルギー・
スペクトルが、前記逆反射体システムで逆反射した電磁
エネルギーの電磁エネルギー−材料間相互作用によっ
て、少なくとも1つの波長帯域で相対的な利得を有し、
前記ランプシステムのみから放出される前記エネルギー
のスペクトルを越える容器に、前記ガスが封入されてい
る請求項1記載のMLE。
7. The energy passing through the output port.
The spectrum has a relative gain in at least one wavelength band due to electromagnetic energy-material interaction of the electromagnetic energy retroreflected by said retroreflector system;
The MLE of claim 1, wherein the gas is enclosed in a container that exceeds the spectrum of the energy emitted only from the lamp system.
【請求項8】 前記容器に封入した前記ガスの少なくと
も1つの成分が、前記電磁エネルギー−材料間相互作用
と共に、カラー画像投写表示用途のバランスのとれた
赤、緑、青色の帯域を生じるスペクトル的により有用な
エネルギービームを創出する請求項7記載のMLE。
8. At least one component of said gas encapsulated in said container, together with said electromagnetic energy-material interaction, produces a balanced red, green, blue band for color image projection and display applications. The MLE of claim 7, which creates a more useful energy beam.
【請求項9】 前記容器が、反射防止膜を有する請求項
1記載のMLE。
9. The MLE according to claim 1, wherein the container has an antireflection film.
【請求項10】 前記容器が、各端部と中央容器部にシ
ール部を備えたランプポストを有し、前記シール部を所
定の温度未満に冷却でき、前記中央容器部を、前記所定
の温度より実質的に高い所定の温度範囲内にして動作で
き、前記主反射体システムと前記逆反射体システムが、
前記容器部と前記シール部の間に熱的な分離状態を提供
するキャビティを構成し、前記シール部の温度を前記所
定の温度未満とし、前記中央容器部を、前記所定の温度
範囲内にして動作できるようにする請求項1記載のML
E。
10. The container has a lamp post provided with a seal portion at each end and a central container portion, the seal portion can be cooled below a predetermined temperature, and the central container portion is cooled to the predetermined temperature. Operable within a substantially higher predetermined temperature range, wherein the main reflector system and the retroreflector system are:
Constituting a cavity that provides a thermal separation state between the container and the seal, the temperature of the seal is less than the predetermined temperature, the central container, within the predetermined temperature range The ML of claim 1, wherein the ML is operable.
E.
【請求項11】 前記主反射体システムが、前記焦点F
2近傍のエネルギー集束面において、最小面積損失で、
空間的により均一な強度プロファイルを実現できるよう
な小面を形成した表面形状を有する請求項1記載のML
E。
11. The method according to claim 1, wherein the main reflector system comprises
In the energy focusing surface near 2, with the minimum area loss,
2. The ML according to claim 1, wherein the ML has a surface shape on which a small surface is formed so as to realize a spatially more uniform intensity profile.
E.
【請求項12】 プラズマアークを囲む密閉型反射ラン
プであって、 主反射体システム、逆反射体システム、少なくとも一つ
のi番目の出射窓を有し、励起ガスを封入する密閉型光
学システムと、 2つの対向する電極の先端の間で前記ガスを励起し、前
記先端が、放出源の軸を定義し、半透明で空間的に広が
ったプラズマ領域を励起し、前記電極先端の対向する端
部の間の少なくとも1つの場所から、空間的、角度的に
非対称に電磁エネルギーを放出する放出源Sを形成する
手段を有し、 前記主反射体システムが、第一焦点F1と、少なくとも
1つのi番目の光学システム軸を定義するi番目の第二
焦点F2,iを有し、 前記放出源Sを、前記第一焦点F1近傍に配置し、前記
放出源の軸が、少なくとも1つの前記i番目の光学シス
テム軸と実質的に直交するように配置し、 前記逆反射体システムが、少なくとも1つの前記i番目
の出射窓で密閉された少なくとも1つのi番目の出射ポ
ートと、少なくとも1つの凹面逆反射体を有し、前記逆
反射体システムが、前記放出源Sから放出させた前記エ
ネルギーの一部を集束させて、前記放出源Sに逆反射
し、前記光源Sと前記逆反射体システムを組み合わせ
て、有効逆反射放出源Srを形成し、前記放出源Sr
が、前記放出源の軸を含み、前記光学システム軸に直交
する面で、所定の空間依存放出強度分布SI(x,y;
Sr)を有し、 前記主反射体システムが、少なくとも1つの凹面反射体
を有し、前記主反射体システムが、前記放出源Srから
放出させたエネルギーの一部を集束させて反射し、前記
電極の周りで集束させた前記電磁エネルギーの主要部分
を、少なくとも1つの前記第二焦点F2,iの近傍の少
なくとも1つの前記i番目の出射窓を介して集中させ、
少なくとも1つのi番目の第二放出源S’iを形成し、
前記放出源S’iが、少なくとも1つの前記第二焦点F
2,iの近傍で、前記i番目の光学システム軸に直交す
る所定の空間依存強度分布SI(x,y;S’i)を有
し、 前記主反射体システムと逆反射体システムと少なくとも
1つのi番目の出射ポートの、湾曲と範囲を選択して、
強度分布SI(x,y;S’i)を有する少なくとも1
つの第二放出源S’iを形成し、前記強度分布SI
(x,y;S’i)が、前記強度分布SI(x,y;S
r)の準結像倍率となる密閉型反射ランプ。
12. A sealed reflective lamp surrounding a plasma arc, comprising: a main reflector system, a retroreflector system, at least one i-th exit window, and a sealed optical system for encapsulating an excitation gas; Exciting the gas between two opposing electrode tips, the tip defining an axis of the emission source, exciting a translucent and spatially expanded plasma region, and opposing ends of the electrode tips Means for forming an emission source S that emits electromagnetic energy spatially and angularly asymmetrically from at least one location between the first reflector F1 and at least one i An i-th second focal point F2, i defining an i-th optical system axis, wherein said source S is located near said first focal point F1, and said source axis is at least one of said i-th Optical system axis Arranged substantially orthogonally, wherein the retroreflector system has at least one i-th exit port sealed with at least one said i-th exit window and at least one concave retroreflector. The retroreflector system focuses a portion of the energy emitted from the emission source S and reflects back to the emission source S, combining the light source S with the retroreflector system to provide effective retroreflection. Forming a reflective emission source Sr, said emission source Sr
Include, in a plane that includes the axis of the emission source and is orthogonal to the axis of the optical system, a predetermined space-dependent emission intensity distribution SI (x, y;
Sr), wherein the main reflector system has at least one concave reflector, wherein the main reflector system focuses and reflects a portion of the energy emitted from the emission source Sr; Focusing a major portion of said electromagnetic energy focused around an electrode through at least one said i-th exit window in the vicinity of at least one said second focal point F2, i;
Forming at least one ith second emission source S′i;
The emission source S′i comprises at least one second focus F
A predetermined spatially dependent intensity distribution SI (x, y; S'i) orthogonal to the i-th optical system axis in the vicinity of 2, i, the main reflector system and the retroreflector system; Select the curvature and range of the two i-th exit ports,
At least one having an intensity distribution SI (x, y; S′i)
Forming two second emission sources S′i, and the intensity distribution SI
(X, y; S′i) is the intensity distribution SI (x, y; S)
A closed-type reflective lamp having a quasi-imaging magnification of r).
【請求項13】 前記主反射体システムと逆反射体シス
テムと窓を、石英、サファイア、ガラス、金属および熱
伝導性セラミック材料からなる集合体から選択的に形成
し、前記励起ガスの主成分がXeであり、前記プラズマ
放出領域を、互いに対向する2つのタングステン含有電
極によって局所化し、前記電極が、前記反射体本体を貫
通する気密性、導電性、熱伝導性シール部を有し、前記
主反射体系が、対称軸として前記i番目の光学システム
軸を有する軸対称楕円からなる部分を有し、前記主逆反
射体が、対称軸として前記放出源の軸を有し、球形、ト
ロイダル、楕円形および非球面トロイダル反射体からな
る集合体から選択され、前記主反射体システムの前記準
結像倍率が、1.5から5の間の値であり、前記主反射
体システムが、単一軸系と二軸系からなる集合体から選
択される請求項12記載の密閉型反射ランプ。
13. The method of claim 1, wherein the main reflector system, the retroreflector system, and the window are selectively formed from an aggregate of quartz, sapphire, glass, metal, and a thermally conductive ceramic material. Xe, wherein the plasma emission region is localized by two tungsten-containing electrodes opposed to each other, and the electrode has an airtight, conductive, and heat-conductive seal portion penetrating the reflector body; A reflector system having a portion consisting of an axisymmetric ellipse having the i-th optical system axis as the axis of symmetry, the main retroreflector having the axis of the emission source as the axis of symmetry, spherical, toroidal, elliptical; Selected from the group consisting of shaped and aspheric toroidal reflectors, wherein the quasi-imaging magnification of the main reflector system is between 1.5 and 5; 13. The sealed lamp according to claim 12, wherein the lamp is selected from the group consisting of a shaft system and a biaxial system.
【請求項14】 投写型光エンジン(PLE)であっ
て、 電磁エネルギー放出源Sを有するガス放電ランプから放
出させた電磁エネルギを集束させ、前記集束エネルギー
の一部を集中させて、空間的、角度的に再変換した所定
の第二放出源S’を形成する準結像小型光エンジン(M
LE)と、 少なくとも1つの構造化可能な画素を有し、少なくとも
1つの出射ビームを処理する構造化可能な照射目標と、 前記第二放出源S’から出射させた電磁エネルギーの一
部を集束させて、構造化可能な前記照射目標に照射ビー
ムを送るカップリング光学システムと構造化可能な前記
照射目標で処理した少なくとも1つの出射ビームの一部
を集束させ、集束させた前記出射ビームを、離れた目標
に構造化可能な照射目標の拡大画像に変換する投写光学
システムを有し、 前記MLEが逆反射体システムと、 光学システム軸を定義する第一焦点F1と第二焦点F2
を有する主反射体システムと、 励起ガスを封入する気密性半透明容器と、前記ガスの少
なくとも1つの空間的に広がった半透明領域を形成し励
起する手段を有し、前記ランプシステムから前記容器を
介して、電磁エネルギーを出射する前記放出源Sを形成
し、前記放出源Sの長軸が放出源の軸を定義するガス放
電ランプシステムを有し、 前記放出源の軸が、前記光学システム軸と実質的に直交
するように配置し、前記放出源Sを、前記焦点F1近傍
に配置し、 前記逆反射系が、出射ポートと少なくとも1つの主凹面
逆反射体を有し、前記逆反射体システムが、前記放出源
Sから放出された前記エネルギーの一部を集束させ、前
記放出源Sの近傍の前記ランプシステムに逆反射し、前
記放出源Sと前記逆反射体システムの組合せが、前記放
出源Sの放出空間より、実質的に小さな立体角の空間に
放出する有効逆反射放出源Srを形成し、前記放出源S
rが、前記放出源の軸を含み、前記光学システム軸と直
交する面に、所定の空間依存放出強度分布SI(x,
y;Sr)を有し、 前記主反射体システムが、少なくとも1つの凹面反射体
を有し、前記主反射体システムが、前記放出源Srから
出射されたエネルギーの一部を集束させて反射し、前記
焦点F2近傍の前記容器の周りにほぼ対称的に、前記反
射エネルギーの主要部分を集中させ、焦点F2近傍に、
前記光学システム軸と直交する所定の空間依存強度分布
SI(x,y;S’)を有する前記第二放出源S’を形
成し、 前記放出源Sと前記第二放出源S’が、前記焦点F1
と、前記光学システム軸と直交し、前記放出源の軸を含
む平面内で非対称な焦点F2に各々、所定の角度依存放
出エネルギー密度関数AI(φ、Ψ;S)、AI(φ、
Ψ;S’)を有し、空間的、角度的に非対称で面積効率
よく再変換した出射ビームを形成し、 前記主反射体システム、前記逆反射体システム、前記出
射ポートの湾曲と広がりを選択して、前記空間非対称強
度分布SI(x,y;S’)が、前記放出源の軸と実質
的に平行な長軸を有し、前記強度分布SI(x,y;S
r)の準結像倍率となるようにするPLE。
14. A projection light engine (PLE) for focusing electromagnetic energy emitted from a gas discharge lamp having an electromagnetic energy emission source S, concentrating a part of said focused energy, A quasi-imaging small light engine (M) forming a predetermined angularly reconverted second emission source S '
LE); a configurable irradiation target having at least one configurable pixel and processing at least one output beam; and focusing a portion of the electromagnetic energy emitted from the second emission source S ′. Coupling a portion of the at least one output beam processed by the coupling optics system and the configurable illumination target to deliver an illumination beam to the configurable illumination target; and A projection optical system for converting a magnified image of the illumination target that can be structured to a distant target, wherein the MLE includes a retroreflector system; a first focus F1 and a second focus F2 defining an optical system axis.
And a means for forming and exciting at least one spatially extended translucent region of said gas, said container comprising: A gas discharge lamp system forming the source S, which emits electromagnetic energy via, the long axis of the source S defining the axis of the source, the axis of the source being the optical system The emission source S is arranged near the focal point F1, the retroreflective system has an output port and at least one main concave retroreflector, and the retroreflection is provided. A body system focuses a portion of the energy emitted from the source S and reflects back to the lamp system near the source S, wherein the combination of the source S and the retroreflector system comprises: The release From S emission space, to form an effective retroreflective emitting source Sr which emits into the space substantially smaller solid angle, the emission source S
r includes a predetermined space-dependent emission intensity distribution SI (x, x) on a plane that includes the axis of the emission source and is orthogonal to the axis of the optical system.
y; Sr), wherein the main reflector system has at least one concave reflector, and the main reflector system focuses and reflects a part of the energy emitted from the emission source Sr. Focusing the main part of the reflected energy approximately symmetrically around the container near the focal point F2, near the focal point F2,
Forming the second emission source S ′ having a predetermined space-dependent intensity distribution SI (x, y; S ′) orthogonal to the optical system axis, wherein the emission source S and the second emission source S ′ are Focus F1
And a predetermined angle-dependent emission energy density function AI (φ, Ψ; S), AI (φ, φ) at a focal point F2 orthogonal to the optical system axis and asymmetric in a plane including the axis of the emission source.
Ψ; S ′) to form a spatially and angularly asymmetric, area-efficiently reconverted exit beam, selecting the main reflector system, the retroreflector system, and the curvature and spread of the exit port The spatially asymmetric intensity distribution SI (x, y; S ′) has a major axis substantially parallel to the axis of the emission source, and the intensity distribution SI (x, y; S ′)
PLE to achieve the quasi-imaging magnification of r).
【請求項15】 前記ランプシステムが、ACガス放電
アークランプ、DCガス放電アークランプ、単一容器ラ
ンプ、二重容器ランプ、無電極、マイクロ波駆動、壁安
定化ランプからなる集まりから選択したランプを有し、
前記ガスを、Hg、Hg2、Xe、Ar、Kr、金属ハ
ライド塩蒸気および周期律表のハロゲン族の元素を含む
分子からなる集合体から選択し、前記主反射体システム
を、楕円および非球面反射体からなる集合体から選択
し、前記逆反射体システムの構成要素を、球面、トロイ
ダル、楕円および非球面反射体からなる集合体から選択
し、前記主反射体システムの前記準結像倍率が、1.5
から5までの間の値を有し、前記構造化可能な照射目標
を、反射型ライトバルブ、透過型ライトバルブ、液晶表
示装置、DMD、TMA、スライド、単一フレームの映
写機、反射型画像および半透明画像からなる集合体から
選択し、前記カップリング光学システムが、対称ビーム
変換器、非対称ビーム変換器、結像領域/角度変換器、
非結像領域/角度変換器、非領域再変換光ガイドおよび
領域再変換光ガイドからなる集合体から選択した光学素
子を有する請求項14記載のPLE。
15. The lamp system selected from the group consisting of an AC gas discharge arc lamp, a DC gas discharge arc lamp, a single vessel lamp, a dual vessel lamp, an electrodeless, microwave driven, wall stabilized lamp. Has,
The gas is selected from the group consisting of Hg, Hg2, Xe, Ar, Kr, metal halide salt vapor and molecules comprising elements of the halogen group of the periodic table, and the main reflector system is formed by elliptical and aspherical reflection. Selected from an aggregate consisting of bodies, the components of the retroreflector system are selected from an aggregate consisting of spherical, toroidal, elliptical and aspherical reflectors, and the quasi-imaging magnification of the main reflector system is 1.5
And a configurable illumination target having a value between 1 and 5 including a reflective light valve, a transmissive light valve, a liquid crystal display, a DMD, a TMA, a slide, a single frame projector, a reflective image and Selecting from a collection of translucent images, the coupling optical system comprising: a symmetric beam converter, an asymmetric beam converter, an imaging area / angle converter;
15. The PLE of claim 14, comprising an optical element selected from the group consisting of a non-imaging region / angle converter, a non-region reconverting light guide, and a region re-converting light guide.
【請求項16】 導光型光エンジン(LGLE)であっ
て、 電磁エネルギー放出源Sを有するガス放電ランプから出
射された電磁エネルギーを集束させ、前記集束エネルギ
ーの一部を集中させて、空間的、角度的に再変換した修
訂の第二放出源S’を形成する準結像小型光エンジン
(MLE)と、 少なくとも1つの入射ポートと少なくとも1つの出射ポ
ートを有し、少なくとも1つの前記入射ポートが、前記
第二放出源S’から放出された電磁エネルギーを集束さ
せ、前記集束エネルギーの一部を、少なくとも1つの前
記出射ポートに送る光ガイドを有し、 前記MLEが、 逆反射体システムと、 光学システム軸を定義する第一焦点F1と第二焦点F2
を有する主反射体システムと、 励起ガスを封入する気密性半透明容器と、前記ガスの少
なくとも1つの空間的に広がった半透明領域を形成し励
起する手段を有し、前記ランプシステムから前記容器を
介して、電磁エネルギーを出射する前記放出源Sを形成
し、前記放出源Sの長軸が放出源の軸を定義するガス放
電ランプシステムを有し、 前記放出源の軸が、前記光学システム軸と実質的に直交
するように配置し、前記放出源Sを、前記焦点F1近傍
に配置し、 前記逆反射体システムが、出射ポートと少なくとも1つ
の主凹面逆反射体を有し、前記逆反射体システムが、前
記放出源Sから放出された前記エネルギーの一部を集束
させ、前記放出源Sの近傍の前記ランプシステムに逆反
射し、前記放出源Sと前記逆反射体システムの組合せ
が、前記放出源Sの放出空間より、実質的に小さな立体
角の空間に放出する有効逆反射放出源Srを形成し、前
記放出源Srが、前記放出源の軸を含み、前記光学シス
テム軸と直交する面に、所定の空間依存放出強度分布S
I(x,y;Sr)を有し、 前記主反射体システムが、少なくとも1つの凹面反射体
を有し、前記主反射体システムが、前記放出源Srから
出射されたエネルギーの一部を集束させて反射し、前記
焦点F2近傍の前記容器の周りにほぼ対称的に、前記反
射エネルギーの主要部分を集中させ、焦点F2近傍に、
前記光学システム軸と直交する所定の空間依存強度分布
SI(x,y;S’)を有する前記第二放出源S’を形
成し、 前記放出源Sと前記第二放出源S’が、前記焦点F1
と、前記光学システム軸と直交し、前記放出源の軸を含
む平面内で非対称な焦点F2に各々、所定の角度依存放
出エネルギー密度関数AI(φ、Ψ;S)、AI(φ、
Ψ;S’)を有し、空間的、角度的に非対称で面積効率
よく再変換した出射ビームを形成し、 前記主反射体システム、前記逆反射体システム、前記出
射ポートの湾曲と範囲を選択して、前記空間非対称強度
分布SI(x,y;S’)が、前記放出源の軸と実質的
に平行な長軸を有し、前記強度分布SI(x,y;S
r)の準結像倍率となるようにするLGLE。
16. A light guide type light engine (LGLE) for focusing electromagnetic energy emitted from a gas discharge lamp having an electromagnetic energy emitting source S, concentrating a part of the focused energy, and A quasi-imaging miniature light engine (MLE) forming an angularly reconverted second source of modified S '; at least one input port and at least one output port; and at least one said input port Has a light guide that focuses electromagnetic energy emitted from the second emission source S ′ and sends a portion of the focused energy to at least one of the output ports; and the MLE comprises: a retroreflector system; A first focus F1 and a second focus F2 defining an optical system axis
And a means for forming and exciting at least one spatially extended translucent region of said gas, said container comprising: A gas discharge lamp system forming the source S, which emits electromagnetic energy via, the long axis of the source S defining the axis of the source, the axis of the source being the optical system Wherein the emission source S is located near the focal point F1, wherein the retroreflector system has an exit port and at least one main concave retroreflector; A reflector system focuses a portion of the energy emitted from the source S and reflects back to the lamp system near the source S, wherein the combination of the source S and the retroreflector system is , Forming an effective retroreflective emission source Sr that emits into a space of substantially smaller solid angle than the emission space of the emission source S, wherein the emission source Sr includes the axis of the emission source and is orthogonal to the axis of the optical system; A predetermined space-dependent emission intensity distribution S
I (x, y; Sr), wherein the main reflector system has at least one concave reflector, wherein the main reflector system focuses a portion of the energy emitted from the emission source Sr. And focuses the main part of the reflected energy approximately symmetrically around the container near the focal point F2, near the focal point F2,
Forming the second emission source S ′ having a predetermined space-dependent intensity distribution SI (x, y; S ′) orthogonal to the optical system axis, wherein the emission source S and the second emission source S ′ are Focus F1
And a predetermined angle-dependent emission energy density function AI (φ, Ψ; S), AI (φ, φ) at a focal point F2 orthogonal to the optical system axis and asymmetric in a plane including the axis of the emission source.
Ψ; S ′) to form a spatially and angularly asymmetric, area-efficiently reconverted exit beam, selecting the main reflector system, the retroreflector system, and the curvature and range of the exit port The spatially asymmetric intensity distribution SI (x, y; S ′) has a major axis substantially parallel to the axis of the emission source, and the intensity distribution SI (x, y; S ′)
LGLE for achieving the quasi-imaging magnification of r).
【請求項17】 前記ランプシステムが、ACガス放電
アークランプ、DCガス放電アークランプ、単一容器ラ
ンプ、二重容器ランプ、無電極、マイクロ波駆動、壁安
定化ランプからなる集合体から選択したランプを有し、
前記ガスを、Hg、Hg2、Xe、Ar、Kr、金属ハ
ライド塩蒸気および周期律表のハロゲン族の元素を含む
分子からなる集合体から選択し、前記主反射体システム
を、楕円および非球面反射体からなる集合体から選択
し、前記逆反射体システムの構成要素を、球面、トロイ
ダル、楕円および非球面反射体からなる集合体から選択
し、前記主反射体システムの前記準結像倍率が、少なく
とも1.5から5を越えない値を有し、中空反射型チュ
ーブ、固体全内部反射型ロッド、液体充填全内部反射型
チューブ、単一光ファイバ、光ファイバ束、同じ入出射
断面形状と領域を備えた光ガイド、異なる入出射断面形
状を備えた光ガイド、異なる入出射断面領域を備えた光
ガイド、一次元テーパ型光ガイド、二次元テーパ型光ガ
イド、異なる水平垂直テーパ角を備えた二次元テーパ型
光ガイド、第一の一次元テーパ型部分と、一定の断面形
状と領域を有する連続的な直線部を組み合わせた二段階
光ガイド、二次元テーパ型入射部と、一定の断面形状と
領域を備えた直線部を連続的に組み合わせた二段階テー
パ型光ガイド、湾曲した入射面を備えた光ガイド、湾曲
した出射部を備えた光ガイド、主光ガイド伝搬軸に対し
て法線方向ではない方向に研磨した平坦な出射部を備え
た光ガイド、前記光ガイドの前記入射ポートと、前記M
LEの前記出射ポートの間に、補助光学システムを備え
た光ガイドからなる集合体から、前記光ガイドを選択す
る請求項16記載のLGLE。
17. The lamp system is selected from the group consisting of an AC gas discharge arc lamp, a DC gas discharge arc lamp, a single vessel lamp, a double vessel lamp, an electrodeless, microwave driven, wall stabilized lamp. Has a lamp,
The gas is selected from the group consisting of Hg, Hg2, Xe, Ar, Kr, metal halide salt vapor and molecules comprising elements of the halogen group of the periodic table, and the main reflector system is formed by elliptical and aspherical reflection. Selected from an aggregate consisting of bodies, the components of the retroreflector system are selected from an aggregate consisting of spherical, toroidal, elliptical and aspherical reflectors, and the quasi-imaging magnification of the main reflector system is Hollow reflective tube, solid total internal reflective rod, liquid filled total internal reflective tube, single optical fiber, optical fiber bundle, same input / output cross-sectional shape and area, having a value of at least 1.5 to no more than 5 , Light guides with different incoming and outgoing cross-sectional shapes, light guides with different incoming and outgoing cross-sectional areas, one-dimensional tapered light guide, two-dimensional tapered light guide, different horizontal vertical A two-dimensional tapered light guide with a taper angle, a first one-dimensional tapered portion, and a two-stage light guide combining a continuous linear portion having a constant cross-sectional shape and area, a two-dimensional tapered incident portion; A two-stage tapered light guide in which linear portions having a constant cross-sectional shape and area are continuously combined, a light guide having a curved incident surface, a light guide having a curved exit portion, and a main light guide propagation axis A light guide having a flat exit portion polished in a direction other than the normal direction to the light guide, the input port of the light guide;
17. The LGLE of claim 16, wherein the light guide is selected from a collection of light guides with an auxiliary optical system between the exit ports of the LE.
【請求項18】 前記MLEが、前記放出源の軸に直交
してより広い角度の広がりを有し、前記放出源の軸に平
行により狭い角度の広がりを有する非対称角度依存出射
ビームを放出し、前記光ガイドが、前記MLEの空間
的、角度的に非対称な前記出射ビームからの電磁エネル
ギーを集束させるアナモルフィックビーム変換器であ
り、少なくとも1つの前記出射ポートが、角度依存受光
関数を有する補助光学システムを照射し、前記光ガイド
が、前記MLEの空間的、角度的に非対称な出射ビーム
と、前記補助光学システムの前記角度依存受光関数の間
で、非結像型で面積効率のよい領域と角度のビーム再変
換関数を提供する請求項16記載のLGLE。
18. The MLE emits an asymmetric angle-dependent output beam having a wider angular divergence orthogonal to the axis of the source and having a narrower divergence parallel to the axis of the source. The light guide is an anamorphic beam converter that focuses electromagnetic energy from the spatially and angularly asymmetric exit beam of the MLE, wherein at least one of the exit ports has an angle dependent light receiving function. Illuminating an optical system, wherein the light guide is a non-imaging, area efficient area between the spatially and angularly asymmetric exit beam of the MLE and the angle dependent light receiving function of the auxiliary optical system. 17. The LGLE of claim 16, which provides a beam retransformation function of angle and angle.
【請求項19】フィラメント源導光型光エンジン(LG
LE)であって、 放出源Sを有するフィラメントランプからの電磁エネル
ギーを集束させ、前記エネルギーの一部を集中させて、
少なくとも1つの空間的、角度的に再変換した所定のi
番目の第二放出源S’iを形成する小型光エンジン(M
LE)と、 少なくとも1つの入射ポートと出射ポートを有し、少な
くとも1つの入射ポートを備えた少なくとも1つの前記
i番目の第二放出源S’iから放出された電磁エネルギ
ーを集束させ、前記集束エネルギーの主要部分を、少な
くとも1つの出射ポートに送る光ガイドを有し、 前記MLEが、 逆反射体システムと、 第一焦点F1と、i番目の光学システム軸を定義する少
なくとも1つのi番目の第二焦点F2,iを有する主反
射体システムと、 タングステン・フィラメントを囲む半透明容器と、前記
フィラメントを加熱する手段を有し、幾何的放出源中心
Cを有する前記放出源Sを形成し、前記放出源Sが、前
記フィラメントランプからの電磁エネルギーを、前記容
器を介して放出し、前記フィラメントの長軸が、放出源
の軸を定義し、前記放出源の軸と直交する最大の幅が、
幅Wと最大幅の軸を定義するフィラメントランプを有
し、 前記放出源の軸が、前記i番目の光学システム軸と直交
するように配置し、前記第一焦点F1と前記放出源の中
心Cの間の最短距離Dが、式D≦2Wを満たし、 前記逆反射体システムが、少なくとも1つのi番目の出
射ポートと、少なくとも1つの凹面逆反射体を有し、前
記逆反射体システムが、前記放出源Sから放出された前
記エネルギーの一部を集束させて、前記放出源Sの近傍
の前記フィラメントランプに逆反射し、前記放出源Sと
前記逆反射体システムの組合せが、有効逆反射放出源S
rを形成し、前記放出源Srが、前記放出源の軸を含
み、前記光学システム軸と直交する面に、所定の空間依
存放出強度分布SI(x,y;Sr)を有し、 前記主反射体システムが、少なくとも1つの凹面反射体
を有し、前記主反射体システムが、前記放出源Srから
出射されたエネルギーの一部を集束させて反射し、少な
くとも1つの前記第二焦点F2,iの近傍の前記容器の周
りにほぼ対称的に、前記集束電磁エネルギーの主要部分
を集中させ、前記i番目の第二焦点F2,i近傍に、前
記i番目の光学システム軸と直交する所定の空間依存強
度分布SI(x,y;S’i)を有する少なくとも1つ
の第二放出源S’iを形成し、 前記放出源Sと前記第二放出源S’が、前記焦点F1
と、前記光学システム軸と直交し、前記放出源の軸を含
む平面内で非対称な焦点F2に各々、所定の角度依存放
出エネルギー密度関数AI(φ、Ψ;S)、AI(φ、
Ψ;S’)を有し、空間的、角度的に非対称で面積効率
よく再変換した出射ビームを形成し、 前記主反射体システム、前記逆反射体システム、少なく
とも1つの前記i番目の出射ポートの湾曲と範囲を選択
して、所定の最小面積面に沿って、強度分布SI(x、
y;S’i)を有する少なくとも1つの第二放出源S’
iを形成し、強度分布SI(x、y;S’i)が、前記
光源Sの前記強度分布SI(x、y;S)の準結像倍率
となるフィラメント源LGLE。
19. A filament-source light-guiding light engine (LG)
LE) comprising: focusing electromagnetic energy from a filament lamp having a source S and concentrating a portion of said energy;
At least one spatially and angularly retransformed predetermined i
A small light engine (M
LE) having at least one input port and at least one output port, and focusing the electromagnetic energy emitted from at least one said i-th second emission source S′i having at least one input port; A light guide for delivering a major portion of energy to at least one exit port, wherein the MLE includes a retroreflector system, a first focus F1, and at least one i-th optical axis defining an i-th optical system axis. A main reflector system having a second focal point F2, i, a translucent container surrounding the tungsten filament, and means for heating said filament, forming said source S having a geometric source center C; The emission source S emits electromagnetic energy from the filament lamp through the container, the long axis of the filament defining the axis of the emission source , Maximum width perpendicular to the axis of the emission source,
A filament lamp defining an axis of width W and a maximum width, wherein the axis of the emission source is arranged to be orthogonal to the axis of the i-th optical system, the first focal point F1 and the center C of the emission source Wherein the shortest distance D satisfies the formula D ≦ 2W, wherein the retroreflector system has at least one i-th exit port and at least one concave retroreflector, wherein the retroreflector system comprises: A portion of the energy emitted from the source S is focused and retroreflected to the filament lamp near the source S, and the combination of the source S and the retroreflector system provides effective retroreflection. Source S
r, the emission source Sr has a predetermined space-dependent emission intensity distribution SI (x, y; Sr) on a plane including the axis of the emission source and orthogonal to the axis of the optical system; A reflector system has at least one concave reflector, and the main reflector system focuses and reflects a portion of the energy emitted from the emission source Sr and at least one of the second focal points F2, substantially symmetrically concentrating a major portion of the focused electromagnetic energy about the container near i, and near the i-th second focal point F2, i, a predetermined orthogonal to the i-th optical system axis. Forming at least one second emission source S'i having a spatially dependent intensity distribution SI (x, y; S'i), wherein said emission source S and said second emission source S 'are said focal point F1
And a predetermined angle-dependent emission energy density function AI (φ, Ψ; S), AI (φ, φ) at a focal point F2 that is orthogonal to the axis of the optical system and is asymmetric in a plane including the axis of the emission source.
Ψ; S ′) to form a spatially and angularly asymmetric and area-efficient reconverted output beam, the main reflector system, the retroreflector system, at least one of the i-th output ports Of the intensity distribution SI (x,
y; at least one second emission source S ′ having S′i)
a filament source LGLE that forms i and whose intensity distribution SI (x, y; S′i) is a quasi-imaging magnification of the intensity distribution SI (x, y; S) of the light source S.
【請求項20】 少なくとも1つの前記第二放出源S’
iがの最小面積面を湾曲させ、前記最大幅の軸が、前記
i番目の光学系の軸と直交するように配置した請求項1
9記載のフィラメント源LGLE。
20. at least one said second emission source S ′
2. The device according to claim 1, wherein i has a minimum area surface curved, and the axis having the maximum width is arranged to be orthogonal to the axis of the i-th optical system.
10. The filament source LGLE according to item 9.
【請求項21】 前記光ガイドを、アナモルフィックビ
ーム変換器、面積効率よく適合させたアナモルフィック
ビーム変換器、対称光ガイド、領域再変換光ガイド、領
域および角度再変換光ガイドからなる集合体から選択
し、前記光ガイドの少なくとも1つの前記入射ポート
を、平坦な入射領域、湾曲させた入射領域、垂直方向の
入射領域、傾けた入射領域、段階的近似により湾曲させ
た入射領域、補助的な局所ビーム方向変換光学システム
と滑らかな入射領域の組合せからなる集合体から選択
し、前記主反射体システムの前記準結像倍率を、1.5
から5の間とする請求項19記載のフィラメント源LG
LE。
21. An assembly comprising an anamorphic beam converter, an area-efficiently adapted anamorphic beam converter, a symmetrical light guide, a region reconverted light guide, a region and an angle reconverted light guide. Selecting from the body, at least one of said entrance ports of said light guide comprises a flat entrance area, a curved entrance area, a vertical entrance area, a tilted entrance area, a curved entrance area by a stepwise approximation, an auxiliary From a combination of a typical local beam redirecting optical system and a smooth incident area, wherein the quasi-imaging magnification of the main reflector system is 1.5
20. A filament source LG according to claim 19, wherein
LE.
【請求項22】 前記主反射体システムの湾曲を選択
し、前記最小面積面の湾曲を、所定の湾曲まで曲げる請
求項20記載のフィラメント源LGLE。
22. The filament source LGLE according to claim 20, wherein the curvature of the main reflector system is selected and the curvature of the minimum area surface is bent to a predetermined curvature.
JP2000172666A 1999-06-08 2000-06-08 High performance optical engine system, its component and its production Pending JP2001042433A (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US1999/012627 WO1999064784A1 (en) 1998-06-08 1999-06-08 Efficient light engine systems, components and methods of manufacture
US09/328256 1999-06-08
US99/12627 1999-06-08
US09/328,256 US6356700B1 (en) 1998-06-08 1999-06-08 Efficient light engine systems, components and methods of manufacture

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001042433A true JP2001042433A (en) 2001-02-16

Family

ID=26795606

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000172666A Pending JP2001042433A (en) 1999-06-08 2000-06-08 High performance optical engine system, its component and its production

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001042433A (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004264831A (en) * 2003-03-03 2004-09-24 Lg Electron Inc Laser display system
KR100450815B1 (en) * 2002-02-01 2004-10-01 삼성전자주식회사 Illumination system and projection display device employing it
WO2005081056A1 (en) * 2004-02-23 2005-09-01 Sharp Kabushiki Kaisha Light source apparatus and video image displaying apparatus using the same
JP2005234551A (en) * 2004-01-20 2005-09-02 Barco Nv Projection system and method for using projection system using multiple light sources
JP2006301152A (en) * 2005-04-19 2006-11-02 Casio Comput Co Ltd Lamp unit and projector
US7367677B2 (en) 2002-04-06 2008-05-06 Samsung Electronics Co., Ltd. High efficiency lighting system, scrolling unit and projection system employing the same
JP2010281893A (en) * 2009-06-02 2010-12-16 Seiko Epson Corp Light source device, illumination system, and projector
KR20130092051A (en) * 2012-02-10 2013-08-20 삼성전자주식회사 Reflecting structure of lighting optics
JP2015531888A (en) * 2012-11-19 2015-11-05 スキャンラボ アーゲー Divergence change device
JP2021141073A (en) * 2015-05-14 2021-09-16 エクセリタス テクノロジーズ コーポレイション Electrodeless single CW laser driven xenon lamp

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100450815B1 (en) * 2002-02-01 2004-10-01 삼성전자주식회사 Illumination system and projection display device employing it
US7367677B2 (en) 2002-04-06 2008-05-06 Samsung Electronics Co., Ltd. High efficiency lighting system, scrolling unit and projection system employing the same
JP2004264831A (en) * 2003-03-03 2004-09-24 Lg Electron Inc Laser display system
JP2005234551A (en) * 2004-01-20 2005-09-02 Barco Nv Projection system and method for using projection system using multiple light sources
WO2005081056A1 (en) * 2004-02-23 2005-09-01 Sharp Kabushiki Kaisha Light source apparatus and video image displaying apparatus using the same
CN100561331C (en) * 2004-02-23 2009-11-18 夏普株式会社 The image display device of light supply apparatus and this light supply apparatus of use
JP2006301152A (en) * 2005-04-19 2006-11-02 Casio Comput Co Ltd Lamp unit and projector
JP2010281893A (en) * 2009-06-02 2010-12-16 Seiko Epson Corp Light source device, illumination system, and projector
KR20130092051A (en) * 2012-02-10 2013-08-20 삼성전자주식회사 Reflecting structure of lighting optics
KR101978663B1 (en) * 2012-02-10 2019-05-15 삼성전자 주식회사 Reflecting structure of lighting optics
JP2015531888A (en) * 2012-11-19 2015-11-05 スキャンラボ アーゲー Divergence change device
JP2021141073A (en) * 2015-05-14 2021-09-16 エクセリタス テクノロジーズ コーポレイション Electrodeless single CW laser driven xenon lamp

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU747281B2 (en) Efficient light engine systems, components and methods of manufacture
KR100496363B1 (en) Light source for projection device and projection type image display device using the same
JP4096598B2 (en) Light source for projection apparatus and projection-type image display apparatus using the same
US7400805B2 (en) Compact light collection system and method
US8308307B2 (en) Illuminator and projector
EP1722270A1 (en) Light source apparatus and video image displaying apparatus using the same
JP4667037B2 (en) Multi lamp lighting system
US7330314B1 (en) Color combiner for solid-state light sources
TW200411320A (en) Non-imaging photon concentrator
KR100832207B1 (en) Light source device and projector
WO2006027621A2 (en) Light engine for projection application
US20040021827A1 (en) Lamp, polarization converting optical system, condensing optical system and image display device
CN107908011A (en) A kind of attenuator of variable focal point, laser light source and projection display apparatus
JP2001042433A (en) High performance optical engine system, its component and its production
JP2008026793A (en) Image projection device
US8182100B2 (en) Free-form condenser optic
CN100545995C (en) Light supply apparatus and projector
CN1310523C (en) Light source lamp and projector
TW504555B (en) Concentrating and collecting optical system using concave toroidal reflectors
JP2015230354A (en) Light source device and projector
TWI330750B (en) Method for designing a discharge lamp
Zhuang et al. Flat-concave dual-mirror configuration design for upright projection-type ultrashort throw ratio projectors
JP2008242157A (en) Light source device and projector
JP2021189395A (en) Illumination device and projector
WO2019095661A1 (en) Beam contraction device and laser projection apparatus