JP2009510669A

JP2009510669A - 最適化された倍率を有するデュアル放物面状リフレクタおよびデュアル楕円面状リフレクタシステム

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Publication number: JP2009510669A
Application number: JP2008519619A
Authority: JP
Inventors: リ，ケネス，ケイ
Original assignee: ウェイヴィーン・インコーポレイテッド
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2026-06-29
Also published as: TW200700784A; CN101189472A; KR20080043303A; CN101189472B; JP4987866B2; HK1120853A1; KR101324807B1

Abstract

凝集／収集光学システムは、二つの非対称リフレクタを有する。これら第１及び第２リフレクタは、平行な光軸を有する回転楕円面または放物面の一部から構成される。電磁放射線光源が第１リフレクタの一方の焦点に配置されて第２リフレクタによって受け取られる放射線を発生し、第２リフレクタはこの放射線をターゲットに向かわせる。最大の出力結合効率を達成するために、第２リフレクタは、ターゲットに入力される放射線の入射角が小さくなるように第１リフレクタと異なる焦点距離を有する。

Description

本発明は、電磁放射線を収集（collecting）−凝集（condensing）するためのシステム、特に、放射線光源から放出された放射線を収集し、収集された放射線をターゲットに合焦するための非対称放物面状リフレクタを内蔵するシステムに関する。

〔関連出願〕
本出願は、２００５年６月３０日出願の米国仮出願Ｎｏ．６０／６９５，９３４の優先権を主張するものであり、２０００年３月２７日出願の米国仮特許出願Ｎｏ．６０／１９２，３２１の優先権を主張する２０００年９月２７日出願の出願Ｎｏ．０９／６６９，８４１（現在、米国特許Ｎｏ．６，６３４，７５９）の継続である、２００３年９月１２日出願の出願Ｎｏ．１０／６６０，４９２号の継続である２００５年１１月１４日出願の出願Ｎｏ．１１／２７４，２４１号の一部継続である。これらのそれぞれの全部をここに参考文献として合体させる。

電磁放射線を単体ファイバ、またはファイバ束等の導波路に向けて収集−凝集−結合させる、または、プロジェクタのホモジナイザへ出力するシステムの機能的目的は、ターゲットにおける電磁放射線の輝度を最大化（即ち、その束強度（flux intensity）を最大化）することにある。従来技術は、球面状と楕円面状と放物面状の各リフレクタに関連する所謂、光軸上（on-axis）型リフレクタシステム、及び、球面状とトロイダル面状と楕円面状の各リフレクタに関連する光軸外（off-axis）型リフレクタシステムの使用を教示している。ターゲットのサイズが電磁放射線光源のアークギャップのサイズに近似している場合、光軸外型リフレクタシステムは、光軸上型リフレクタシステムよりも、ターゲットにおいて高い効率と高い輝度を達成し、それによって光ファイバターゲットによって収集可能な光の量を最大化する。電磁放射線光源のアークギャップの寸法よりもはるかに大きなサイズのターゲットの場合、光軸上型リフレクタシステムと光軸外型リフレクタシステムの双方ともに放射線光源からの放射線を導波路に収集、凝集、結合させるために有効である。

光収集、光凝集システムは、電球などの光源から光エネルギーを受け取り、この光エネルギーをターゲットに向かわせるリフレクタやレンズ等の種々の光学部材を有する。特に、この光学システムは、電磁放射線を収集−凝集し、その光エネルギーを、単一ファイバや光ファイバ束などの標準的な導波路に結合し、或いは、同光エネルギーをプロジェクタのホモジナイザへ出力する。前記光学システムの機能上の目的はターゲットにおける電磁放射線の輝度（即ち、束強度）を最大化することにある。

光源からの光を収集、凝集するための光学システムは、一般に、光軸上型及び光軸外型のいずれかに分類される。光軸上型システムでは、リフレクタが光源とターゲットとの間の光軸上に位置する。図１は、撮像レンズを備える放物面状リフレクタを使用する公知の光軸上型システムを例示している。この放物面状リフレクタは、焦点から出る光エネルギーが実質的にコリメート（平行光線化）されて光軸と平行に進行するという特徴を有している。図１の光学システムは、光源からの光をコリメートするために光源を焦点に配置することによって放物面状リフレクタの同特徴を利用している。光の流れに位置する凝集レンズがこのコリメートされた光エネルギーを受け取り、その光エネルギーをターゲットに向かわせる。このようにして、光エネルギーがターゲットに収集され凝集される。放物面状リフレクタを使用しているので、更に、光学システムの耐久性を改善するために種々の光学フィルタを使用することが可能となる。しかし、光の発散（divergence）がリフレクタに沿って連続的に変化し、特に光軸近くを進行する光線は最も大きな発散を示す。その結果、システムの倍率は、光源から放出された光が辿る種々の光路によって変化するため、システムの輝度の劣化が生じる。更に、合焦レンズは、たとえ完璧な条件下でも歪んだ画像を作り出すが、実際の作動下では通常、著しい収差を伴った（aberrated）画像を形成し、そのため画像サイズが実効的に増大し、ターゲットにおける束密度を減少させる。

図２は別の公知の光学システムを図示している。このシステムは、楕円面状リフレクタを使用しており、１つの焦点から発する光の全部が第２の焦点に向けられるという特徴を有する。図２の光学システムは、光源が第１焦点に配置されターゲットが第２焦点に配置された楕円面状リフレクタを使用している。先のシステムと同様、この光軸上型楕円面状システムでも、光の発散がリフレクタに沿って連続的に変化し、特に光軸近くを進行する光線が最も大きな発散を示すことによる輝度劣化の問題がある。

全体として、光軸上型システムは、一般に、結合において輝度が損失するという基本的限界があり、そのため光照明及び投影システムの全体的効率が低下する。特に、公知の光軸上型システムの反射光の発散は、不本意ながら放射光源からの放射線の角度に依存する。更に、光軸上型システムの出力は、実質的に円形で且つ対称であり、従って、投影に使用される矩形のホモジナイザなどの非円形のターゲットには不向きであるかも知れない。

光軸外型集光システムでは、リフレクタが光源とターゲットとの間の光軸から外れて配置されている。例えば、図３は、光源がレトロリフレクタの焦点に位置し、ターゲットが主リフレクタの焦点に位置しているが、これらリフレクタは光源と焦点との間の光軸から外れて配置された光学システムを示している。ここに示された光学システムでは、光源からの光エネルギーは、レトロリフレクタから反射して主リフレクタへと進行する。次に光エネルギーは主リフレクタから反射されてターゲットに収束する。

図３の光軸外型システムでは、システムの開口率が小さい場合には、全ての角度の光について倍率は１対１に非常に近い。システムがより高い開口率を有するミラーを使用する場合（例えば、同じ光源からより多くの光エネルギーを収集しようと試みて）、比較的角度の大きい光線が大きな発散角度で反射されるため、倍率が１対１から偏移する。そこで、やはり、拡大によってターゲットにおける輝度が低下し、全体として光学システムの性能が低下する。倍率の偏移量は、ミラーのサイズ、曲率半径、アークランプとターゲットの分離間隔、等によって異なる。従って、図３の光軸外型システムは、比較的小さな開口率を使用する用途により適している。

別のタイプの光軸外型光学システムも知られている。例えば、米国特許Ｎｏ．４，７５７，４３１（特許文献１）は、小さなターゲットを照射する最大束密度と、前記小さなターゲットによって収集可能な束密度の量とを増強させる光軸外型球状凹面リフレクタを使用した凝集、収集システムを提供している。この特許文献１の光学システムに対する増強は、光軸外型凹面リフレクタが楕円形の米国特許Ｎｏ．５，１４４，６００（特許文献２）と、光軸外型凹面リフレクタがトロイド形の米国特許Ｎｏ．５，４３０，６３４（特許文献３）とによって提供されている。特許文献３に記載されているトロイダルシステムは非点収差を補正し、特許文献２の楕円形システムは特許文献１の球状リフレクタよりも正確な結合を提供するものではあるが、これらのシステムはそれぞれ、高度に湾曲した反射面に対する光学コーティングの塗布を必要とし、このような光学コーティングは比較的高価であり、均一な厚みで塗布することが困難である。

全体として、前記公知の光軸外型光学システムは、ターゲットでの光源の略１対１に近い（即ち、拡大の無い）画像を提供し、輝度を保持する。しかし、これらの公知の光軸外型光学システムでは、リフレクタの集光角度の増加によって、集められる光の量が増大するにつれて、倍率が１対１から偏移する。従って、光強度を増加させるために、光源からの光エネルギーのより大きな部分が収集されるに連れて、光学システムの全体性能が劣化する。

前記公知の光収集、凝集システムの問題点に対応するべく、米国特許Ｎｏ．６，６７２，７４０（特許文献４）は、前記公知のシステムに対して、小サイズの光源の場合における１対１に近い倍率達成を含む多くの点において有利な光軸上型デュアル放物面状リフレクタを提供している。この光収集、凝集システムは、図４に示すように、二つの略対称に配置された放物面状リフレクタを使用し、これらリフレクタは、第１リフレクタから反射された光が第２リフレクタの対応する部分に受け取られるように配置されている。詳しくは、光源から発せられた光は、第１放物面状リフレクタによって収集され、光軸に沿って第２リフレクタに向けてコリメートされる。第２リフレクタは、このコリメート光線を受け取り、この光を焦点に位置するターゲットに合焦させる。

この光学システムの説明を容易にするために、図４は、光源から発せられた三つの異なる光線の光路（ａ，ｂ及びｃ）を示している。光線ａは、第１放物面状リフレクタと交差する前に比較的短い距離進むが、この第１放物面状リフレクタでの光線ａの発散は比較的大きい。これに対して、光線ｃは、光源と第１放物面状リフレクタとの間を更に進行するが、第１放物面状リフレクタでの相対的発散はもっと小さい。光線ａとｃとの間に位置する光線ｂは、第１放物面状リフレクタに交差する前に中間の距離だけ進み、中間の発散を有する。この光学システムでは、前記二つの放物面状リフレクタの対称性により、光線ａ，ｂ及びｃは、第２放物面状リフレクタとターゲットとの間の距離が等しく、かつ、第２放物面状リフレクタとターゲットとの間の距離が光源と第１放物面状リフレクタとの間の距離に等しいように、第２放物面状リフレクタの対応の位置において反射される。このようにして、第２リフレクタは発散を相殺する。その結果、前記光学システムは、光源からの光エネルギーを略１対１の倍率で収集凝集し、光源の輝度を保持する。

図４の光学システムは、更に、光源から発する放射線を第１放物面状リフレクタから離間する方向において捕捉し、この捕捉された放射線を、光源を介して戻し反射するために第１放物面状リフレクタと組み合わせてレトロリフレクタを使用することができる。具体的には、レトロリフレクタは、略球状であり、その焦点は第１放物面状リフレクタに向けて光源の略近くに位置し（即ち、第１放物面状リフレクタの焦点）、それによってそれら反射されるコリメート光線の強度を増大させている。

光軸上型のデュアル放物面状光学システムが出現して以来、上述した光軸上型デュアル放物面状光学システムにおいて光源がリフレクタの頂点側に非常に近いので、該システムは、光源の近く（即ち、光線ａに類似の経路に沿って）において大きな発散角度を作り出す。具体的には、大きな発散角度によって光線ａに類似の経路に沿って進む光エネルギーは、第２放物面状リフレクタ上の比較的大きな領域を囲み、それによって不本意な収差と輝度損失をもたらす。しかし、これらの文献のいずれも、ターゲットにおいて最小の歪で最大の束強度を得るために、大きな発散角度を扱い、光源と合焦画像との間の倍率を最適化したシステムについては記載していない。

米国特許第４，７５７，４３１号公報米国特許第５，１４４，６００号公報米国特許第５，４３０，６３４号公報米国特許第６，６７２，７４０号公報

従って、非対称の放物面状リフレクタを使用して、ターゲットに於ける合焦放射線の束強度を最大化する、電磁放射線の収集−凝集方法を提供することが求められている。

本発明の一実施例によれば、電磁放射線を収集、凝集するための改良されたシステムは、互いに対向した非対称のリフレクタを用い、且つ、ターゲットに於ける光源と合焦画像との間の倍率を最適化することによって、ターゲットにおける最大の合焦強度を作り出す。具体的には、本発明は、電磁放射線の光源からの電磁放射線を収集し、この収集した放射線を、前記光源によって発生された電磁放射線の少なくとも一部によって照射されるターゲットに合焦させる光学装置に関する。前記装置は、第１及び第２リフレクタを有し、これらリフレクタはそれぞれ回転楕円面または放物面の一部から構成されるとともに、光軸Ａと該光軸Ａ上の焦点とを有する。前記第１リフレクタの焦点の近傍に位置する光源は、光軸Ａに対して平行な方向に前記第１リフレクタから反射された放射線のコリメート放射線を作り出す。第２リフレクタは、回転楕円面または回転放物面の一部から構成されるとともに、光軸Ｂと該光軸Ｂ上の焦点とを有する。第２リフレクタは、第１リフレクタに対して、第１リフレクタから反射された放射線が第２リフレクタによって反射されて第２リフレクタの焦点の近傍に位置するターゲットに向けられるように位置と向きを設定されている。第１及び第２リフレクタは、僅かに異なる形状とサイズを有する。或いは、第２リフレクタは、第１リフレクタから反射された放射線が第２リフレクタの焦点において収束するように、第１リフレクタに対して位置と向きを設定されている。その後、放射線は、第２リフレクタによって反射されて第２リフレクタの第２焦点の近傍に位置するターゲットに向けて合焦されるまで進行する。或いは、第１及び第２リフレクタは、倍率を最適化するべく、互いに光学的に略非対称に配向することも可能である。

光源によって発せられた放射線を第１放物面状リフレクタから離間する方向において捕捉し、この捕捉された放射線を、光源を経るように（即ち、第１リフレクタの焦点を介して）戻し反射させることで、反射された光線の強度を増大させるために、第１放物面状リフレクタと組み合わせてレトロリフレクタを使用することができる。

第１及び第２リフレクタは、各光軸が互いに平行に位置する対向関係に配置することができ、或いは、各光軸が互いに角度をなして位置するように配置することができ、その場合、第１リフレクタによって反射された光線を第２リフレクタに向かわせるために方向転換（redirecting）リフレクタが使用される。

本発明の一実施例に拠れば、第１及び第２リフレクタは、非対称の楕円面状および双曲線面状の一対で構成され、これら第１及び第２リフレクタの一方は実質的に楕円面形状を有し、これら第１及び第２リフレクタの他方は対応の実質的に双曲線面形状を有し、これら楕円面／双曲線面状対の各リフレクタは、第１リフレクタの表面部分によって反射された放射線の各光線が第２リフレクタの対応する表面部分によってターゲットに向けて反射されることで、好ましくは、光源とターゲット上の合焦画像との間の倍率を最適化するように、互いに対応するサイズと光学的配向とを有する。

本発明の一実施例によれば、電磁放射線によってターゲットを照射するための光学装置は、第１リフレクタと第２リフレクタとを有する。第１リフレクタは、第１焦点距離と、第１焦点と、第１光軸とを有し、電磁放射線は第１リフレクタの第１焦点の略近傍に向けられる。第２リフレクタは、第２焦点距離と、第２焦点と、第１光軸と一致しない第２光軸とを有する。第２リフレクタは、第１リフレクタに対して、該第１リフレクタから反射された放射線の少なくとも一部を受け取り、この放射線部分を、第２リフレクタの第２焦点の略近傍に位置するターゲットに向かわせるように、位置および向きが設定されている。第２リフレクタは第１リフレクタに対して非対称である。

本発明の一実施例に拠れば、第２リフレクタの焦点距離は第１リフレクタの焦点距離よりも長く、これによって、ターゲットに入力される放射線の入射角を減少させ、それによってフレネル反射損失を減少させる。

本発明の一実施例に拠れば、第１及び第２リフレクタの非対称特性は、正味（net）の出力結合効率が最大になるように選択される。

本発明の一実施例に拠れば、二つのリフレクタの焦点距離間の焦点距離差は、フレネル反射損失と画像収差との間のトレードオフを最適化し、それによって正味の出力結合効率が最大となるように選択される。

本発明の一実施例に拠れば、電磁放射線によってターゲットを照射するための光学装置は、第１リフレクタと第２リフレクタとを有する。第１リフレクタは、第１焦点距離と第１焦点と第２焦点と第１光軸とを有する。電磁放射線は第１リフレクタの第１焦点の略近傍に向けられて第１リフレクタから反射し、実質的に第２焦点で収束する。第２リフレクタは、第２焦点距離と、第１焦点と、第２焦点と第１光軸と一致しない第２光軸とを有する。ターゲットが、第２リフレクタの第２焦点を通過して第２リフレクタによって反射されて第２リフレクタの第１焦点において実質的に収束する放射線の少なくとも一部を受けとるように、第２リフレクタの第１焦点の略近傍に配置されている。第２リフレクタは第１リフレクタに対して、第１リフレクタの第２焦点と第２リフレクタの第２焦点とが略近傍に位置するように、配置、配向されている。第２リフレクタは第１リフレクタに対して非対称であり、これによって正味の出力結合効率が最適化される。

本発明の一実施例に拠れば、電磁放射線を収集し、この収集された放射線をターゲット上に合焦する方法が提供される。この方法は、電磁放射線を第１リフレクタの第１軸芯上の第１焦点の略近傍に向かわせる工程、第２リフレクタを第１リフレクタから反射された放射線の少なくとも一部を受け取るように第１リフレクタに対して配置、配向する工程、及び、ターゲットを第２リフレクタから反射された放射線の少なくとも一部を受け取るように第２リフレクタの焦点の近傍に配置する工程を有し、ここで、フレネル反射損失を効果的に減少させるべく、第２リフレクタは第１リフレクタに対して非対称である。

本発明の一実施例に拠れば、電磁放射線を収集し、この収集された放射線をターゲット上に合焦する方法が提供される。この方法は、第１リフレクタが第１リフレクタから反射された放射線を第１光軸上の第２焦点に収束させるように、電磁放射線を第１リフレクタの第１光軸上の第１焦点の略近傍に向けさせる工程、第２リフレクタの第２光軸上の第１焦点が第１リフレクタの第２焦点の略近傍に位置するように第２リフレクタを配置し、それによって、第１リフレクタから反射された収束する放射線が第１リフレクタの第１焦点を通過し、第２リフレクタによって第２光軸上の第２焦点に向けて方向転換される工程、及び、ターゲットを第２リフレクタの第２焦点の近傍に配置する工程を有し、ここで、フレネル反射損失を有効に減少させるために第２リフレクタは第１リフレクタに対して非対称である。

コリメートリフレクタと合焦リフレクタとの間にはフィルタやその他の光学素子を設けることができる。

第１及び第２リフレクタの形状は、システムの要請に応じて楕円面または放物面から逸脱してもよい。同様に、第１及び第２リフレクタは、楕円に近いトロイド状や楕円に近い球面形状にしてもよい。

本発明の実施例を、貼付の図面を参照して説明するが、これらの異なる図面において類似の構成要素または特徴構成は類似の参照番号によって示されている。

図面を参照して、本発明の実施例について説明する。これらの実施例は、本発明の原理を例示するものであって、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

本発明の代表的な実施例を図示している図５−６及び８−１０を参照すると、本発明には下記の４つの主要コンポーネント、即ち、電磁光源１０、第１リフレクタ２０、第２リフレクタ３０、及び、ターゲットまたはテーパ付き光パイプ（ＴＬＰ）５０が関連する。

電磁光源１０は、好ましくは、エンベロープ１２を有する光源である。最も好ましくは、電磁光源１０は、キセノンランプ、メタルハライドランプ、ＨＩＤランプ、水銀ランプなどのアークランプである。一部の用途では、下記に詳述するように、システムをランプの不伝導性でないフィラメント（non-opaque filaments）に適合するべく改造すれば、ハロゲンランプなどのフィラメントランプを使用することができる。但し、光源のサイズがターゲットに近似するか若しくは小さければ、任意の電磁放射線光源（例えば、ファイバ、フィラメントランプ、ガス放電ランプ、レーザ、ＬＥＤ、半導体等）を使用することができる。

ここで電磁光源のサイズは、この光源の輝度（角度範囲に渡る束密度）を特徴付ける強度等高線マップのｌ／ｅ倍強度によってより良く定義される。輝度はアークギャップのサイズに関連し、結合効率の理論的限度を決定する。アークランプの具体例では、等高線（contour）は、軸芯方向の対称性を近似するものであり、電気定格、電極設計、組成、ガス圧、アークギャップサイズ、ガス組成の複合関数である。非球面エンベロープを有するアークランプの具体例では、リフレクタによって撮像される電磁光源の有効相対位置及び強度分布は収差を受ける。これは実質的にレンズとして作用するエンベロープの形状によって引き起こされ、相殺するための光学素子が必要となる。エンベロープによって引き起こされる非点収差を相殺するようにリフレクタの設計を変更すること、または、電磁光源とターゲットとの間に修正用光学素子を挿入することによって光学的相殺は達成できる。更に、フレネル反射を最小限にするためにエンベロープに光学コーティングを塗布することができ、これによって、ターゲットにおいて収集可能な放射を最大化する、或いは、放射束を制御および／または濾過することができる。

第１リフレクタ２０は、光軸２２と焦点２４，２６とを有する回転楕円または回転放物面の一部から構成される。この第１リフレクタ２０は、好ましくは、反射コーティング２８（例えばアルミニウムまたは銀）を有し、その表面は良好に研磨されている。用途によって、第１リフレクタ２０は波長選択性多層誘電コーティングによってコーティングされたガラスから形成することができる。例えば、反射コーティング２８は可視光に適用するための、可視波長域でのみ高い反射率を示すコールドコーティングとすることができる。光源１０を第１リフレクタ２０の第１焦点２４に配置すると、第１リフレクタ２０に当たる電磁放射線は、第１リフレクタ２０の第２焦点２６に収束するエネルギービームとして反射される。光源２０がアークランプである場合、アークギャップが第１リフレクタ２０の焦点距離よりも小さいことが好ましい。

第２リフレクタ３０は、光軸３２と焦点３４，３６とを有する回転楕円または回転放物面の一部から構成される。この第２リフレクタ３０も、上述したように、光エネルギーを選択反射するコーティング３８を備えることができる。第２リフレクタ３０は形状またはサイズが第１リフレクタ２０と異なるものであっても良い。この場合、これら第１と第２リフレクタとは互いに非対称である。

第２リフレクタ３０の位置と向きは、第１楕円リフレクタ２０によって反射された電磁放射線が第２リフレクタ３０の第２焦点３６に収束するように設定されている。放射線は、第２リフレクタ３０の表面に当たるまで進み、その後、第２リフレクタ３０の第１焦点３４に向けて合焦される。第１リフレクタ２０と第２リフレクタ３０との間の倍率を最適化する（即ち、光源と実質的に同じサイズの像が合焦される）ためには、可能な範囲で最大の輝度を有する第１焦点３４における合焦を達成するために、第１リフレクタ２０の表面部分によって反射され合焦される電磁放射線のそれぞれの線が、第２リフレクタ３０の実質的に対応する表面部分によって反射され合焦されることが重要である。可能な範囲で最大の輝度を有する第１焦点３４における合焦を達成するためには、第１リフレクタ２０と第２リフレクタ３０との間の倍率を最適化する（即ち、光源と実質的に同じサイズの像が合焦される）ために、第１リフレクタ２０の表面部分によって反射され合焦される電磁放射線のそれぞれの線が、第２リフレクタ３０の実質的に対応する表面部分によって反射され合焦されることが重要である。本開示の文脈では、第１リフレクタ２０と第２リフレクタ３０との互いの位置及び向きは、第１リフレクタ２０の表面部分によってコリメートされる電磁放射線の各線が第２楕円面状リフレクタ３０の実質的に対応する表面部分によって合焦されるように設定されている。

ターゲット５０は、可能な限り最大の強度の照明を必要とする小さな物体である。本発明の一実施例では、ターゲット５０は、図６に示されているように、光パイプ、テーパ付き光パイプ、単一コア光ファイバ、複数の光ファイバの融合された束、ファイバ束、等の導波管である。ターゲットの入力端部（例えば、光ファイバの基端部）は、第２リフレクタ３０によって反射された電磁放射線の合焦された放射線を受け取るべく、第２リフレクタ３０の第１焦点３４に配置されている。

本発明の光収集、凝集システムが照明または画像の投影の用途に適当される場合、出力がより均一になるように、ターゲットにおける出力強度プロファイルを均質化する必要がある。例えば、内視鏡検査等の医療処置中の照明では、医師が照明の中心領域と周辺領域とを同等の明瞭度で観察できるように、均一な照明を得ることが望ましい。光ファイバを使用した照明の場合、均一な強度が得られれば、ホットスポットによる損傷無しに、特定の光ファイバ構造により高い出力を結合させることが可能になる。投影の場合には、スクリーンに均一な強度プロファイルを作り出すためには、均一な強度が必要であろう。特に、視覚的美観のためには、表示画像の中心と周辺部とが同じレベルの照明となることが望ましい。

したがって、図５に示すように、ターゲットは出力輝度プロファイルを調節するホモジナイザでも良い。導波管は、図７ａ−７ｆに示すような多角形断面（正方形、矩形、三角形、等）、或いは、図７ｇ−７ｈに示すように、丸みを帯びた断面（円形、楕円形、等）のものとすることができる。

開口率とサイズに関する出力要求次第で、ホモジナイザを、サイズが小から大に、または、その逆になるテーパ状にしても良い。この場合、ターゲット５０は、図７ｉに示すように次第に大きくなるテーパ状導波管、または、図７ｊに示すように次第に小さくなるテーパ状導波管となり得る。このようにして、ホモジナイザは照明の出力形状を変化させることができる。例えば、光源６０がコンデンサレンズ８０と投影レンズ９０とを介してターゲット５０の出力流の中に配置されることで投影画像７０を作り出す投影ディスプレイでは、ホモジナイザの理想的な出力は、ディスプレイの形式に応じて、幅対高さの比率が４対３または１６対９またはその他の矩形形状となるであろう。しかしながら、両方向における照明放射角は近似すべきであり、従って、この光学システムでは円形投影レンズ９０を効率的に使用できる筈である。

ターゲットと光源とは本発明の収集、凝集システムと密接に関連するものの、本発明の一実施例によるシステムでは、単一の焦点を共有する（即ち、第１リフレクタ２０の第２焦点２６と第２リフレクタ３０の第２焦点３６とが実質的に同一位置に配置される）ようにサイズおよび／または形状が僅かに異なる二つのリフレクタが使用されている。

収集、凝集システムの説明を続けると、図５及び６に示す構成では、第１リフレクタ２０と第２リフレクタ３０とは、互いに凹状となるように、互いに対向した対面関係で配置されている。図５及び６の構成では、第１リフレクタ２０と第２リフレクタ３０とを、各光軸２２，３２どうしが同一直線上にあり、且つ、倍率を最適化するべく第１リフレクタ３０の反射面が第２リフレクタ３０の実質的に対応する反射面に対して対向−対面関係となるように配置することで光学対称性が達成されている。

図５−６では、光源１０によって作り出される電磁放射線の種々の可能な光路という観点から両リフレクタの作用を示すために３本の光線ａ，ｂ及びｃが記されている。図５−６では、収差を減らすという本発明の光学システムの有効性を示すために、光線ａ，ｂ及びｃは図４の場合と略同じ位置にある。光源１０から放射された各光線ａ，ｂ及びｃは、第１リフレクタ２０の異なる点に衝突し、各点は光源１０から異なる距離にある。しかし、各光線ａ，ｂ及びｃはまた、第２リフレクタ３０の対応した位置からターゲット５０上に合焦されるので、これら三つの光線において実質的に１：１の倍率、或いは僅かな増加倍率を作り出している。

前と同様に、光線ａは光源１０と第１リフレクタ２０からの距離が最も短いため、光線ｂ及びｃと比較して、より大きな発散を作り出す。本発明の光学システムでは、光源からの放射線は、第１リフレクタ２０の第１焦点２４から第２焦点２６へと合焦される。その結果、光源１０からの放射線の進行距離は、たとえ光線ａ等の大きな角度で放出されるものでも、放物面状リフレクタを使用する図４のシステムにおける対応の距離よりも大きい。光線ａ，ｂ及びｃの距離が今や比較的に均一であるため、この大きな距離によって収差の量が減少する。

収差を更に減少させるために、図６は、第１リフレクタ２０’と第２リフレクタ３０’がより大きな偏心度を有した（即ち、これら第１及び第２リフレクタ２０’及び３０’はより円形に近い）本発明の実施例を図示している。この実施例では第１及び第２リフレクタ２０’及び３０’の曲率半径が大きい結果、第１リフレクタ２０’の第１焦点２４’と第２リフレクタ３０’の第１焦点３４’との間の距離は減少している。同時に、これらリフレクタ２０’及び３０’の曲率半径の増加によって、第１リフレクタ２０’とその第１焦点２４’との間の光線ａに沿った距離が増大している。同様に、第２リフレクタ３０’とその第１焦点３４’との間の光線ａに沿った距離が増大している。その結果、図６における光線ａ，ｂ及びｃの放射線光源１０’と第１リフレクタ２０’との間の移動距離は、図５の実施例と比較してより均一である。この特徴構成によって、システムは、たとえ光線ａに類似のエネルギー進行路のように光軸２２’の近傍を移動する電磁エネルギーの場合でも、光源とターゲットとの間の収差を低減することができる。

同じ光線ｃの経路を図５と図６とで比較することによって、光源１０からの同じ角度の出力放射線を収集するのに、図６の実施例で使用しているリフレクタ２０’及び３０’の方が楕円のより大きな部分をカバーすることが理解出来る。しかし、図６のリフレクタ２０’、３０’は、図５のリフレクタ２０’及び３０’と略同じ直径を有することがわかる。

図５及び６に示すように、本発明の収集−凝集システムはレトロリフレクタ４０の使用を受け入れ可能であり、これは実施例では球状のレトロリフレクタ（retro-reflector）として示されている。このレトロリフレクタ４０は、光源１０によって放出される電磁放射線のうち、もしレトロリフレクタ４０が無ければ第１楕円面状リフレクタ２０に衝突することはない電磁放射線を捕捉するように配置されている。具体的には、球状レトロリフレクタ４０は、光源１０から第１リフレクタ２０と離間する方向に放出された放射線が、レトロリフレクタ４０によって反射されて、第１リフレクタ２０の第１焦点を通るように戻り、その後、第１リフレクタ２０へと向かうように構成、配置されている。この第１リフレクタ２０によって追加的に反射される放射線が、光源２０から直接に第１リフレクタ２０に衝突する放射線に加えられ、それによって、第２リフレクタ３０に向けて反射される放射線の強度を増大させる。その結果、第２リフレクタ３０の第１焦点３４での放射線の強度も増大する。

もしもフィラメントランプが光源１０として使用される場合は、再帰反射された放射線は第１焦点２４に位置する不透明フィラメントによって阻止されるので、レトロリフレクタを、放射線が第１リフレクタ２０の第１焦点２４を通って戻り合焦させるように配向することはできない。この場合、レトロリフレクタ４０の位置は、再帰反射された放射線が厳密には第１焦点２４を通過せず、その近傍を通過するように調整されるべきである。

尚、幾つかの種類のレトロリフレクタ４０が公知であり、いずれも本発明に使用することが可能である。例えば、球状レトロリフレクタ４０に代えて、光源１０のアークサイズと同じまたは小さなサイズの単位素子を備える二次元コーナーキューブアレイ（図示せず）によって再帰反射（retro-reflecting）機能を実行することが可能である。二次元コーナーキューブアレイの使用によって、レトロリフレクタを正確に配置する必要が無くなり、光源１０のアークにおいてよりタイトな焦点が作り出される。

さらに、上記実施例では第１及び第２リフレクタが楕円面または放物面形状を備える構成について記載したが、本発明では、これら第１及び第２リフレクタ２０，３０は、理想の楕円面または放物面の幾何学形状から僅かに異なる形状を使用しても同様である（approximated）ことが判明しており、また、そのように予期されている。例えば、第１及び第２リフレクタ２０，３０は、バルブエンベロープ（bulb envelopes）、フィルタといった種々のパラメータを補償するように改変された楕円面または放物面形状としても良い。この場合、略楕円面または放物面形状のリフレクタ２０及び３０の形状に於ける逸脱（deviation）は小さくて良く、最終出力は最適値と僅かに異なるかも知れない。リフレクタ２０及び３０のコストを削減するために、または、特殊なランプタイプ及びアーク形状における性能を改善するためにも、リフレクタの形状の改変を導入することができる。例えば、本発明では、リフレクタ２０及び３０を、より低いコストで製造可能な、トロイダル状リフレクタ（二つの垂直で異なる曲率半径を有する）または球状リフレクタとしても同様であることが判明しており、また、そのように予期されている。もしも非楕円面リフレクタが使用される場合には、出力結合は最適ではないかもしれないが、第１及び第２リフレクタ２０，３０によるコスト減は、非効率的な結合による損失を十分に正当化する。

標準的なＤＰＲシステムでは、二つのリフレクタは互いに対称である。アークの画像は、楕円または放物面状リフレクタシステムの場合のように概して歪んだり、ぼやけたりしない。結合効率は特に放射領域（entendue）が小さい用途の場合により高い。標準ＤＰＲシステムの特徴は、テーパ状光パイプまたはターゲット５０に入射する光が、図８ｂに示すように、フレネル反射損失が高いグレイジング角度である±９０°にも達し得ることにある。次に図８ａを参照すると、本発明の一実施例に拠れば、デュアル放物面状リフレクタ（ＤＰＲ）システム１００は、互いに非対称な第１リフレクタ２０と第２リフレクタ３０とを含む。或いは、第１及び第２リフレクタ２０，３０を、形状および／またはサイズの異なる二つの部分を備える単一リフレクタによって置き換えることができる。これら二つのリフレクタ２０，３０の非対称関係によって僅かな倍率が生じ、それが画像の歪みを招く。しかし、ＴＰＬ５０に入力される光または放射線は、標準ＳＤＲシステムよりも小さな入射角を有しているので、それによって正味の出力結合効率が最大化される。

本発明の一実施例に拠れば、図９ａのＤＰＲシステム２００は、電磁光源１０と、第１リフレクタ２０と第２リフレクタ３０とＴＬＰ５０とを有し、ここで、２つのリフレクタ２０，３０は僅かな拡大が行われるように非対称である。或いは、第１及び第２リフレクタ２０，３０を、形状および／またはサイズの異なる二つの部分を備える単一リフレクタによって置き換えることができる。本発明の１態様に拠れば、第２リフレクタ３０は第１リフレクタ２０よりも大きく、第２リフレクタ３０よりも長い焦点距離を有する。僅かな拡大によって少量の画像歪みが生じるが、ＴＰＬ５０に入力される光または放射線は標準ＳＤＲシステムよりも小さな入射角を有しているのでフレネル損失は低減される。

第１リフレクタ２０は、光軸２２（または焦点の軸芯２２）を有する放物面状リフレクタであることが好ましく、第２リフレクタ３０は、光軸３２（または焦点の軸芯３２）を有する放物面状リフレクタであることが好ましい。二つの光軸２２，３２は一致しない。その結果として第２リフレクタ３０からＴＬＰ５０上へ入射した光が図９ｂに示されている。出力部または第２リフレクタ３０が入力部または第１リフレクタ２０と同じ合焦面２２に調整される時、図９ｂに示すように、出力または第２リフレクタ３０の焦点軸芯３２はＤＰＲシステム２００の外側に位置する。これによって、入射角が±９０°よりも小さくなるのでフレネル反射の作用が減少する。

ＤＰＲ２００またはデュアル楕円面状リフレクタ（ＤＥＲ）システム３００を、光線追跡（ray tracing）を使用して設計することができる。本発明に於けるフレネル反射の減少によって得られる利点は、ＤＰＲまたはＤＥＲシステム２００の非対称性による画像の僅かな歪みによって部分的に失われる。その結果、本システムは、正味の出力結合効率を最大化するフレネル反射損失と画像収差または歪みとの間のトレードオフを最適化する。

本発明の一実施例に拠れば、図１０のＤＥＲシステム２００は、電磁光源１０と第１リフレクタ２０と第２リフレクタ３０とＴＬＰ５０とを有し、ここで、二つのリフレクタ２０，３０は、僅かな拡大が行われるように非対称である。本発明の１態様に拠れば、第２リフレクタ３０は第１リフレクタ２０よりも大きく、第２リフレクタ３０よりも長い焦点距離を有する。僅かな拡大によって少量の画像歪みが生じるが、ＴＰＬ５０への入力光の入射角は小さいので、それによってフレネル損失が減少する。

第１リフレクタ２０は、好ましくは、光軸２２（または焦点の軸芯２２）を有する楕円面状リフレクタであり、第２リフレクタ３０は、好ましくは、光軸３２（または焦点の軸芯３２）を有する楕円面状リフレクタである。二つの光軸２２，３２は一致しない。その結果として第２リフレクタ３０からＴＬＰ５０上へ入射する光はＤＰＲシステム２００の場合の図９ｂに示すものと類似したものとなる。出力部または第２リフレクタ３０が入力部または第１リフレクタ２０と同じ合焦面２２にトリミングされる時、出力または第２リフレクタ３０の焦点軸芯３２は、図９ｂに示すように、ＤＰＲシステム３００の外側に位置する（ＤＰＲシステム２００の場合の図９ｂに図示したものに類似）。これによって、入射角が±９０°よりも小さくなって、それによってフレネル反射の作用が減少する。

以下、本発明のいくつかの具体例を提供する。これらの具体例は、本発明のいくつかの可能な実施を例示するためのものであって、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
実施例

本発明による第１対の実施例光学システムは、その光源として約１００ワットの低ワット型ランプを使用する。図５の実施例による反射システムでは、第１及び第２リフレクタのそれぞれは２．５インチの直径を有し、光源とターゲットとの間の分離間隔（即ち、焦点間の距離）は約５インチである。これと対照的に、図６に示す実施例による偏心度の大きな低ワット型反射システムは、それぞれが約２．５インチの直径を有する類似のサイズの第１リフレクタと第２リフレクタを使用するが、光源とターゲットとの間の距離は約２インチである。

高ワット用途では、光学システムは、より高い電磁エネルギーレベルの所望の収集と、潜在的により大きなランプと適合すべく比較的大型とされる。例えば、図５の構成で約５，０００ワットの高ワット型ランプを使用する場合、主リフレクタのそれぞれは２０インチの直径を有し、光源とターゲットとの間隔は約４０インチである。前と同様、図６の実施例は、類似のサイズの主リフレクタを使用しているが、光源とターゲットとの間の距離は減少している。例えば、図６の実施例による高ワット型光学システムの実施例も、約２０インチの直径の第１及び第２リフレクタを有するが、光源とターゲットとの間の距離は１６インチである。

以上、本発明について説明したが、当業者においては、本発明の主旨及び範囲から逸脱することのない種々の改造構成が自明であろう。これらのすべての改造構成も請求項の範囲内に含まれるものと理解される。

放物面状リフレクタと合焦レンズとを使用する公知の光軸上型凝集−収集光学システムを断面で示す略図楕円面状リフレクタを使用する公知の光軸上型凝集−収集光学システムを断面で示す略図公知の光軸外型凝集−収集光学システムを断面で示す略図二つの放物面状リフレクタを使用する公知の光軸上型凝集−収集光学システムを断面で示す略図本発明の実施例に依る、より大きな二つの放物面状リフレクタを使用する公知の光軸外型凝集−収集光学システムを断面で示す略図本発明の実施例によるより大きな偏心度を有する二つのリフレクタを使用する凝集−収集光学システムの断面図本発明の実施例に使用可能な複数の導波管ターゲットの断面の略図本発明の実施例に使用可能な複数の導波管ターゲットの断面の略図本発明の実施例に使用可能な複数の導波管ターゲットの断面の略図本発明の実施例に使用可能な複数の導波管ターゲットの断面の略図本発明の実施例に使用可能な複数の導波管ターゲットの断面の略図本発明の実施例に使用可能な複数の導波管ターゲットの断面の略図本発明の実施例に使用可能な複数の導波管ターゲットの断面の略図本発明の実施例に使用可能な複数の導波管ターゲットの断面の略図本発明の実施例に使用可能な複数の導波管ターゲットの断面の略図本発明の実施例に使用可能な複数の導波管ターゲットの断面の略図本発明の実施例によるデュアル放物面状リフレクタシステムの略図標準放物面状リフレクタシステムでの入射角の略図本発明の実施例によるデュアル放物面状または楕円面状リフレクタシステムの略図本発明の実施例によるデュアル放物面状または楕円面状リフレクタシステムの略図本発明の実施例によるデュアル放物面状または楕円面状リフレクタシステムの略図

Claims

ターゲットを電磁放射線によって照明するための光学装置であって、以下を有する、
第１焦点と第１光軸とを有する第１リフレクタ、前記電磁放射線は、前記第１リフレクタの前記第１焦点の近傍に向けられる、
第２焦点と第２光軸とを有する第２リフレクタ、前記第２リフレクタは、前記第１リフレクタに対して、前記第１リフレクタから反射された放射線の少なくとも一部を受け、この放射線の前記一部を前記第２リフレクタの前記第２焦点の近傍に位置するターゲットに対して反射するように、配置、配向されており、前記第２リフレクタは前記第１リフレクタに対して非対称である。
前記第１リフレクタは第１焦点距離を有し、前記第２リフレクタは前記第１焦点距離と異なる第２焦点距離を有することを特徴とする請求項１の光学装置。
前記第２リフレクタの前記第２焦点距離は、前記第１リフレクタの前記第１焦点距離よりも長く、これによって前記ターゲットに入力される前記放射線の入射角を減少させることを特徴とする請求項２の光学装置。
前記第１及び第２リフレクタの非対称性は、出力結合効率を最大化するように選択されることを特徴とする請求項１の光学装置。
前記第１焦点距離と前記第２焦点距離との間の焦点距離差は、フレネル反射損失と画像収差との間のトレードオフを最適化するように選択されることを特徴とする請求項２の光学装置。
前記第１及び第２リフレクタのそれぞれは、回転楕円面または回転放物面の少なくとも一部を含むことを特徴とする請求項１の光学装置。
前記第１及び第２リフレクタのそれぞれは、回転楕円面または回転トロイド面の少なくとも一部を含むことを特徴とする請求項１の光学装置。
前記第２光軸は前記第１光軸と一致しないことを特徴とする請求項１の光学装置。
前記電磁放射線の一部は前記第１リフレクタに直接当たり、前記電磁放射線の一部は前記第１リフレクタに直接当たらないこと、及び、前記装置は、更に、前記収束線の束強度を増大させるために、前記第１リフレクタに直接当たらない前記電磁放射線の部分の少なくとも一部を、前記第１リフレクタの前記第１焦点を通して前記第１リフレクタに向けて反射するように構成−配置された追加リフレクタを有することを特徴とする請求項１の光学装置。
前記追加リフレクタは、前記第１リフレクタから離間して放出された電磁放射線を、前記第１リフレクタの前記第１焦点を経て前記第１リフレクタに反射するために、前記第１リフレクタの前記第１焦点に対して第１リフレクタと反対側に配置された球面状レトロリフレクタを含むことを特徴とする請求項９の光学装置。
前記第１光軸及び第２光軸は互いに平行であること、及び、前記第１及び第２リフレクタは、互いに対向−対面する関係に配置されていることを特徴とする請求項２の光学装置。
更に、前記ターゲットにおいて収集、凝集された前記放射線によって照明される画像光源を有し、前記画像光源は記憶された画像を含み、この記憶画像が前記放射線によって投影されることを特徴とする請求項１の光学装置。
前記第１及び第２リフレクタのそれぞれは、前記第１リフレクタの前記第１焦点と前記ターゲットとの間の距離よりも大きな直径を有することを特徴とする請求項１の光学装置。
前記ターゲットはテーパ状導光体であることを特徴とする請求項１の光学装置。
ターゲットを電磁放射線によって照明するための光学装置であって、以下を有する、
第１焦点と第２焦点と第１光軸とを有する第１リフレクタ、前記電磁放射線は、前記第１リフレクタの前記第１焦点の近傍に向けられて、前記第１リフレクタから反射し、前記第２焦点に収束する、及び
第１焦点と第２焦点と第２光軸とを有する第２リフレクタ、前記第２リフレクタの前記第２焦点を通って前記第２リフレクタによって反射されて前記第２リフレクタの前記第１焦点に収束する放射線の少なくとも一部を受けるターゲットが、前記第２リフレクタの前記第１焦点の近傍に位置しており、前記第２リフレクタは、前記第１リフレクタに対して、前記第１リフレクタの前記第２焦点と前記第２リフレクタの前記第２焦点とが近傍に位置するように配置、配向されており、前記第２リフレクタは前記第１リフレクタに対して非対称である。
前記第１リフレクタは第１焦点距離を有し、前記第２リフレクタは前記第１焦点距離と異なる第２焦点距離を有することを特徴とする請求項１５の装置。
前記第２リフレクタの前記第２焦点距離は前記第１リフレクタの前記第１焦点距離よりも長く、これによって前記ターゲットに入力される放射線の入射角が減少されることを特徴とする請求項１６の光学装置。
前記第１及び第２リフレクタの非対称性は、出力結合効率を最大化するように選択されることを特徴とする請求項１５の光学装置。
前記第１焦点距離と前記第２焦点距離との間の焦点距離差は、フレネル反射損失と画像収差との間のトレードオフを最適化するように選択されることを特徴とする請求項１６の光学装置。
前記第１及び第２リフレクタのそれぞれは、回転楕円面の少なくとも一部を含むことを特徴とする請求項１５の光学装置。
前記第１及び第２リフレクタのそれぞれは、回転楕円面または回転トロイド面の少なくとも一部を含むことを特徴とする請求項１５の光学装置。
前記第２光軸は前記第１光軸と一致しないことを特徴とする請求項１５の光学装置。
前記電磁放射線の一部は前記第１リフレクタに直接当たり、前記電磁放射線の一部は前記第１リフレクタに直接当たらないこと、及び、前記装置は、更に、前記収束線の束強度を増大させるために、前記第１リフレクタに直接当たらない前記電磁波の部分の少なくとも一部を前記第１リフレクタの前記第１焦点を通して前記第１リフレクタに向かわせるように構成、配置された追加リフレクタを有することを特徴とする請求項１５の光学装置。
前記追加リフレクタは、第１リフレクタから離間して放出された電磁放射線を第１リフレクタの前記第１焦点を通って前記第１リフレクタに向けて反射するために、第１リフレクタの前記第１焦点に関して前記第１リフレクタと反対側に配置された球面状レトロリフレクタを含むことを特徴とする請求項２３の光学装置。
前記第１及び第２光軸は互いに平行であり、前記第１及び第２リフレクタは、互いに、対向、対面する関係となるように配置されていることを特徴とする請求項１６の光学装置。
更に、前記ターゲットにおいて収集、凝集された前記放射線によって照明される画像光源を有し、前記画像光源は記憶された画像を含み、この記憶された画像が前記放射によって投影されることを特徴とする請求項１５の光学装置。
前記第１及び第２リフレクタのそれぞれは、前記第１リフレクタの前記第１焦点と前記ターゲットとの間の距離よりも大きな直径を有することを特徴とする請求項１５の光学装置。
前記ターゲットはテーパ状導光体であることを特徴とする請求項１５の光学装置。
電磁放射線を収集し、この収集された放射線をターゲット上に合焦する方法であって、該方法は以下の工程を含む、
前記電磁放射線を第１リフレクタの第１光軸上の第１焦点の近傍に向かわせる工程、
前記第１リフレクタから反射された前記放射線の少なくとも一部を受け取るように第２リフレクタを前記第１リフレクタに対して配置、配向する工程、及び
前記第２リフレクタから反射された前記放射線の少なくとも一部を受け取るように前記ターゲットを前記第２リフレクタの焦点の近傍に配置する工程、ここで、出力結合効率を最適化するために前記第２リフレクタは前記第１リフレクタに対して非対称である。
更に、前記ターゲットに入力される前記放射線の入射角を減少させる工程を有することを特徴とする請求項２９の方法。
更に、出力結合効率を最大化するために前記第１及び第２リフレクタの非対称特性を選択する工程を有することを特徴とする請求項２９の方法。
更に、出力結合効率が最大となるように、フレネル反射損失と画像収差との間のトレードオフを最適化する工程を有することを特徴とする請求項２９の方法。
電磁放射線を収集し、この収集された放射線をターゲット上に合焦する方法であって、該方法は以下の工程を有する、
第１リフレクタが第１リフレクタから反射された放射線を前記第１光軸上の第２焦点に収束させるように、前記電磁放射線を第１リフレクタの第１光軸上の第１焦点の近傍に向けさせる工程、
第２リフレクタの第２光軸上の第１焦点が前記第１リフレクタの第２焦点の近傍に位置するように第２リフレクタを配置する工程、これによって、前記第１リフレクタから反射された収束する放射線が前記第１リフレクタの前記第１焦点を通過し、前記第２リフレクタによって前記第２光軸上の第２焦点に向けて方向転換される、及び
前記ターゲットを前記第２リフレクタの前記第２焦点の近傍に配置する工程、ここで、フレネル反射損失を有効に減少させるために、前記第２リフレクタは前記第１リフレクタに対して非対称である。
更に、前記ターゲットに入力される前記放射線の入射角を減少させる工程を有することを特徴とする請求項３３の方法。
更に、出力結合効率が最大となるように、前記第１及び第２リフレクタの非対称特性を選択する工程を有することを特徴とする請求項３３の方法。
更に、出力結合効率が最大となるように、フレネル反射損失と画像収差との間のトレードオフを最適化する工程を有することを特徴とする請求項３３の方法。