JP3400987B2 - 放射エネルギーデバイス - Google Patents

放射エネルギーデバイス

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JP3400987B2
JP3400987B2 JP2000402092A JP2000402092A JP3400987B2 JP 3400987 B2 JP3400987 B2 JP 3400987B2 JP 2000402092 A JP2000402092 A JP 2000402092A JP 2000402092 A JP2000402092 A JP 2000402092A JP 3400987 B2 JP3400987 B2 JP 3400987B2
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    • Y02E10/44—Heat exchange systems

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非映像光学に使用
される放射エネルギーデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】非映像
光学は、光などの放射エネルギーの放射、集中、及び／
又は変換を取扱い、そこでは映像の生成は重要でない。
例えば望遠鏡システムおよびカメラシステムのような映
像システムでは、映像の生成が主に重要となる。非映像
光学では、映像の生成を考慮することなく、光などの放
射エネルギーを最大の効率で伝達、放射または集中する
ことが目標となる。非映像システムの全てでないとして
もその大部分において、視覚的にコヒーレントな映像は
形成されない。非映像光学の応用例として、繊維光学、
照明、及び光学的検出があり、そこで主に重要なのは光
エネルギーの効率的な伝達である。
【０００３】多くの実用的な状態が応用光学に存在し、
そこでは光ビームのような放射エネルギー放出の角発散
と断面積に関する放射エネルギー変換を行うことが望ま
しい。例えぱ、光ファイバーシステムにおける光学パワ
ーの発射およびファイバー同士の結合には、光エネルギ
ーのそのような角度変換が通常必要である。同様に多く
の照明の用途では、放射光源を特定の空間強度と角発散
の指向性ビームに変換することが必要である。
【０００４】本発明の背景に重要なのは、米国特許Ｎ
ｏ．４，１１４，５９２、Ｎｏ．４，２４０，６９２に
図示されるような非映像放射エネルギー変換デバイスで
ある。これらのデバイスはエネルギー伝達効率の点で映
像デバイスより優れた光伝達特性を有するが、スキュー
光線エネルギー損失を生じやすい。放射エネルギーフロ
ーラインに基づく非映像放射エネルギーデバイスが米国
特許Ｎｏ．４，２３７，３３２に開示される。双曲線状
反射体の形状の、そのような放射エネルギーデバイスと
レンズとの組合せが、９０度の角度への任意の角度θの
入力エネルギーの理想的変換体として提案されている。
ウィンストン等、「非映像光学における研究：微弱源の
検出、」エネルギー工学科学に関する第二回シンポジウ
ムの議事録(Ｗｉｎｓｔｏｎ,ｅｔ ａｌ.,”Iｎｖｅｓ
ｔｉｇａｔｉｏｎｓｉｎ Ｎoｎ−Iｍａｇiｎｇ ０ｐ
ｔｉｃｓ：Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｆａｉｎｔ Ｓ
ｏｕｒｃｅｓ，”Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈ
ｅ Ｓｅｃｏｎｄ Ｓｙｍｐｏｓiｕｍ ｏｎ Ｅｎｅ
ｒｇｙ Ｅｎｇiｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，
頁１１０〜１１５（１９８４年４月１０〜１１日）及び
オーギャラファー等、「最大の理論的集中比を有する軸
方向に対称な非映像光束コンセントレーター、」アメリ
カ光学協会誌Ａ、第四巻（０’Ｇａｌｌａｇｈｅｒ，ｅ
ｔ ａｌ．,”Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ
Ｎｏｎｉｍａｇｉｎｇ Ｆ１ｕｘ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａ
ｔｏｒｓ Ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｍａｘｉｍｕｍ Ｔｈｅ
ｏｒｅｔiｃａｌ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔiｏｎ Ｒａｔ
ｉｏ，”Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆｔｈｅ ０ｐｔｉｃａｌ
Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ Ａ，Ｖｏ
ｌ．４）頁６６〜６８（１９８７年）を参照されたい。
【０００５】本技術における上記及び他の開発にもかか
わらず、望ましい特性を有する非映像放射エネルギーデ
バイスの必要性が依然として存在する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明にかかる放射エネルギーデバイスは、端部を
有する放射エネルギー源と、前記放射エネルギー源から
放射エネルギーを受け入れるように位置決めされた第一
のレンズと、前記第一のレンズより放射エネルギーが伝
えられるものであり、前記第一のレンズからの放射エネ
ルギーが入射する非直線状反射面を有する光学素子と、
前記光学素子より放射エネルギーが伝えられるものであ
り、前記第一のレンズを通過して前記光学素子の非直線
状反射面に入射した放射エネルギーの反射を受ける第二
のレンズと、前記第二のレンズからの放射エネルギーを
受け入れるように位置決めされ、端部を有する放射エネ
ルギー受容体とを含み、光線が辿る距離を実光学距離と
定義し、１以上の誘電媒体中を通る光路に沿った前記実
光学距離と前記誘電媒体の屈折率との積の総和を有効光
学距離と定義するとき、前記光学素子の前記非直線状反
射面の全ての部分は、前記放射エネルギー源の端部より
前記第一のレンズ、当該非直線状反射面上の点、及び前
記第二のレンズを経由して前記放射エネルギー受容体の
端部に至る複数の前記有効光学距離が、前記非直線状反
射面上の点の各々について実質的に一定であるような形
状に形成されている（請求項１）。
【０００７】
【０００８】また、前記放射エネルギー源が放射エネル
ギー入口部を構成するようにすることもできる（請求項
２）。
【０００９】また、前記放射エネルギー受容体が放射エ
ネルギー出口部を構成するようにすることもできる（請
求項３）。
【００１０】また、前記第一のレンズを収束レンズによ
り構成し、前記第二のレンズを収束レンズにより構成す
ることもできる（請求項４）。
【００１１】そして、本発明にかかる放射エネルギーデ
バイスを、第二の光学素子に光学的に結合される中実の
誘電体の第一の光学素子から構成することもできる。第
二の光学素子は、中実の誘電体を通る放射エネルギーフ
ローラインに実質的に対応する形状を有する反射表面を
有する。
【００１２】本発明の特徴は、非映像放射エネルギーデ
バイス内の「有効光学距離」と呼ぱれる新規の概念を利
用する。有効光学距離のこの新しい概念は、非映像シス
テムにおける誘電素子を通る放射エネルギーフローライ
ンを求めるのに使用できることが発見されている。従
来、放射エネルギーフローラインの判断は、光路が空気
のみを通過する非映像システムに限定された。
【００１３】本発明の他の態様、特徴および利点は、簡
単な説明が以下でなされる図面に関連して行われる、発
明の実施の形態の説明より明らかになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】ここで図１を参照すると、放射エ
ネルギー集中体１０が断面で示される。集中体１０は反
射光学素子１２と収斂レンズ１４から構成される。反射
素子１２は、一対の双曲線１６ａ，１６ｂで示されるよ
うに双曲線の形状を有する。反射素子１２により、素子
１２の内部表面１８に当たる放射エネルギー光線が反射
される。素子１２の反射機能は、例えば鏡のような素子
１２の内部表面１８または外部表面２０上の反射皮膜に
よってもよいし、または素子１２は、クロームのような
高度に研磨した金属から構成してもよい。
【００１５】素子１２は、点線２４で示すようにその上
端部に第一の円形開口部を有し、それは放射エネルギー
入口部として作用する。第一の円形開口部、従って放射
エネルギー入口部は、ｒ1に等しい半径を有し、それは
素子１２を通る垂直中心軸２２からの水平距離である。
素子１２は、線２６で示すようにその下端部に第二の円
形開口部を有し、それは放射エネルギー出口部として作
用する。第二の円形開口部、従って放射エネルギー出口
部の半径はｒ2である。
【００１６】収斂レンズ１４は素子１２の放射エネルギ
ー入口部に設けられる。レンズ１４の焦点距離は素子１
２の高さに等しいように選択され、その高さは図１にＦ
で示される。
【００１７】上述したように、素子１２は曲線１６ａ、
１６ｂで示される双曲線の形状を有する。具体的に、曲
線１６ａ、１６ｂは水平軸上の一対の焦点ｆ1，ｆ2に関
する双曲線であり、焦点ｆ1，ｆ2は素子１２の放射エネ
ルギー出口部と共面である。双曲線の定義に従えぱ、曲
線１６ａの各点はｆ2よりもｆ1に近い一定の距離ｄに位
置し、また曲線１６ｂの各点はｆ1よりもｆ2に近い同一
の距離ｄに位置する。素子１２の下部円形開口部は焦点
ｆ1とｆ2と共面であるので、距離ｄは下部開口部の直径
に等しい。素子１２は中心軸２２の回りで回転対称にし
てもよく、その場合、曲線１６ａ又は１６ｂの回転は反
射素子１２の形状を形成することになる。
【００１８】反射素子１２の双曲線形状は、レンズ１４
との組み合わせで、集中体１０を通る放射エネルギーの
通過に関連して特定の機能を行う。特に、それにより、
予め決められた鋭角内で放射エネルギー入口部において
入射する放射エネルギーが、直接に又は内部表面１８か
らの一回以上の反射により、デバイスの放射エネルギー
出口部へ伝達される。出口部２６に達する放射エネルギ
ーは集中体１０から、放射エネルギー出口部２６の平面
と直角な方向から出口部２６の平面に平行な方向までの
範囲における、全方向に放出される。
【００１９】一般に、集中体１０のようなデバイスの受
入れ角度は、放射エネルギーの光線が、反射素子１２に
よる反射なしに集中体１０を直接通るか又は素子１２の
内部表面１８からの一回以上の反射により、放射エネル
ギー入口部２４から放射エネルギー出口部２６へ通過す
ることが保証されるように放射エネルギー入口部２４へ
入射しなけれぱならない角度と定義される。集中体１０
の垂直中心軸２２又はそれに平行な光線に関して定義さ
れる受入れ角度は、図１においてθで示される。定義に
よれば、受入れ角度未満またはそれに等しい角度で放射
エネルギー入口部２４に入射する放射エネルギーは直接
または反射により出口部２６へ達し、また受入れ角度よ
り大きい角度で入口部に入射するエネルギーは出口部２
６へ達しないことになる。
【００２０】集中体１０のような光学デバイスの伝達比
は、放射エネルギー入口部２４に入射する放射エネルギ
ーの、集中体１０を通過して出口部で放出される放射エ
ネルギーに対する比と定義される。従って、集中体１０
の伝達比は、全放射エネルギーが受入れ角度内で放射エ
ネルギー入口部２４に入射する時には実質的に１に等し
く、また全放射エネルギーが受入れ角度を越える角度で
入射するときは実質的に０である。
【００２１】入射角度によって実質的に０又は１である
伝逢比を有する光学デバイスは「理想的」デバイスとみ
なされる。そのような理想的デバィスは必然的に厳密に
定義された受入れ角度を有する。勿論、多くの光学デバ
イスの伝達比は、多くのデバイスがそのように厳密に定
義された受入れ角度を有しないので、０と１の間で異な
りうる。
【００２２】図１に示す集中体の構成方法は比較的簡明
である。集中体１０は典型的には以下の三つの予め決め
られたパラメータに従って作られる。 １）放射エネルギー入口部２４の半径、２）受入れ角度
θ、３）レンズ１４の焦点距離。下記の方法を使用し
て、集中体１０は前記三パラメータの任意の数値粗合せ
に対して設計できる。しかし、任意の数値組合せを使用
しうるが、幾つかの実際的な検討事項を考慮すべきであ
る。
【００２３】重要な検討事項はレンズ１４の焦点距離を
選択することである。或るレンズ直径に対して比較的短
い焦点距離を有するレンズが、比較的長い焦点距離を有
するレンズよりも太きい固有の光学収差を有することは
良く知られている。そのような収差は一般的に受入れ角
度の「ぶれ」を生じる。そのようなぶれの結果、受入れ
角度を越える放射エネルギーの入射角に対して伝達比の
非常に急激な低下を生じず、その低下はより緩やかとな
り、また伝達比が零まで低下する前に数度の入射角変化
を要しうる。従って、受入れの厳密な角度を確保するた
めに比較的長い焦点距離を有することが一般に望まし
い。
【００２４】しかし、レンズ１４の焦点距離は前述のよ
うに反射素子１２の高さに等しいので、比較的長い焦点
距離を有するレンズ１４の使用により、より高い素子１
２が必要となる。これは材料が増加するため不利となる
か、または小サイズのものが必要な用途では不利となる
ことがある。従って集中体１０の性能と構成との間に直
接的で適当な折り合いがある。厳密な性能を要する用途
では、長い焦点距離を有するレンズ１４が必要となるの
で、より高い素子１２を設けねぱならない。
【００２５】受入れ角度および放射エネルギー入口部２
４のサイズは、集中体１０が使用される特定の用途によ
り指定されるのが典型的である。
【００２６】焦点距離、受入れ角度および放射エネルギ
ー入口部２４のサイズが一旦選択されると、集中体１０
は下記の順序に従って構成しうる。先ず、放射エネルギ
ー出口部２６の半径が、選択された放射エネルギー入口
部２４の半径と選択された受入れ角度に基づいて、下記
の等式〔１〕に従い、計算される。
【００２７】 ｒ2＝ｒ1 ＊ ｓｉｎθ， 〔１〕 ここでｒ2は放射エネルギー出口部２６の半径、ｒ1は放
射エネルギー人口部２４の半径、またθは選択された受
入れ角度である。
【００２８】レンズ１４の焦点距離、素子１２の高さ、
および放射エネルギー入口部２４と出口部２６の半径は
既に決められているので、集中体１０の決定すべき唯一
のパラメータは双曲線素子１２の形状すなわち偏心度で
あり、それは二つの焦点を位置決めし且つ両焦点に関し
て壁を双曲線にすることにより決定される。
【００２９】第一の焦点は、集中体１０の中心軸２２に
関し選択された角度でレンズ１４の中心を通過する光線
が、放射エネルギー出口部２６により表される平面と交
差する点を見出して位置決めされる。その光線は、双曲
線を構成する基準となるべき一焦点を通過することにな
る。他方の焦点は、集中体１０の中心軸２２の反対側に
同一距離で置くことにより簡単に決められる。このよう
な光線は図１に番号３２で示される。光線３２は左側焦
点ｆ1を通過し、また焦点ｆ1とｆ2は軸２２から等距離
にある。次いで壁は、これら二焦点に関して双曲線に作
られる。
【００３０】デバイスの実際の構成において、双曲線１
６aと１６bの一つが一旦決められると、素子１２は通常
の方法、例えぱ旋盤により製造できる。
【００３１】図１におけるデバイス１０の動作理論は、
レンズ原理と非映像光学原理との相互作用により決ま
る。周知のように且つ以下に詳述するように、空気中で
は双曲線である、放射エネルギーフローラインに対応す
る形状を有する放射エネルギー集中体は、放射エネルギ
ーの仮想源をより小さい実際源に効果的に変換するの
で、集中効率を向上する。図１において、エネルギーの
実際源は放射エネルギー出口部２６に一致し、また仮想
源はより大きく、その縁部は二焦点ｆ1とｆ2により表さ
れる。回転対称の実施例においては、仮想源は円形とな
ろう。従って、反射素子１２は、仮想源が反射されるよ
うに当たる全ての放射エネルギー光線を実際源，すなわ
ち放射エネルギー出口部２６に伝達するように作用す
る。
【００３２】レンズ１４がその放射エネルギー入口部２
４において光学的に反射素子１２に結合されると、θよ
り大きい角度でレンズ１４に入射する放射エネルギー光
線は、ｆlとｆ2により表される仮想源内に入射されない
ので、実際源，すなわち放射エネルギー出口部２６に反
射されないことになる。これは光学素子の二つの基本原
理を知れぱ明らかである。第一に、薄いレンズの中心を
通過する光線は実質的に偏向しない。第二に、完全レン
ズに当たる平行光線はレンズの焦平面上の１点に収斂す
る。
【００３３】これらの二つの基本原理に留意すれぱ、図
１に示される光線３２、及び光線３２に平行な方向のレ
ンズ１４に当たる全ての光線は、仮想源の端部ｆ1で焦
点を結ぶことになる。と言うのは、上述のようにｆ1は
レンズ１４の焦平面上にあり、またレンズ１４の中心に
入射する光線３２は偏向しないで通過するからである。
【００３４】ここで、図１に示される角度θよりも大き
い角度でレンズの中心に入射する光線を想定する。その
ような光線は、偏向しないでレンズ１４の中心を通過す
るので、ｆ1の左側、すなわち仮想源の外側に明らかに
入射することになる。またそのような光線に平行な光線
は、焦平面上の同一点に収斂するので仮想源内には入射
しないことになる。従ってθよりも大きい人射角度を有
する全ての光線は、仮想源内には入射しないことにな
る。これらの光線は、仮想源内に入らないので、反射素
子１２により放射エネルギー出口部へ反射されないこと
になり、また上述したように素子１２はその仮想源内に
は入射した光線だけをその出口部２６へ反射する。
【００３５】本発明と関連のある放射エネルギーデバイ
スの例を図２に示す。図２には放射エネルギー変換体４
０が示される。この放射エネルギー変換体４０にあって
は、鋭角θ以内でその放射エネルギー入口部へ入射した
放射エネルギーを、その放射エネルギー出口部へ伝達す
る。しかし、図１で示されるデバイスのように全方向に
デバイスから放射エネルギーが放出される代わりに、放
射エネルギーは変換体４０から、専ら、垂直軸に関する
第二の鋭角θ2以内で、放出される。
【００３６】ここで図２を参照すると、放射エネルギー
変換体４０は断面で示される。変換体４０は、反射光学
素子４２、凸レンズすなわち収斂レンズ４４、および凹
レンズすなわち発散レンズ４６から構成される。反射素
子４２は、一対の双曲線４６ａと４６ｂで示されるよう
に双曲線の形状を有し、また素子４２の内部表面４８ま
たは外部表面５０のいずれかに反射被覆を施工できる。
素子４２は、その中心軸５６の回りに回転対称とするこ
とができ、または互いに面するすなわち対向する二つの
反射側部を有するようにして、放射エネルギー用の方形
の入口部と出口部を備えるトラフ状の構造を形成でき、
あるいは放射エネルギー用の方形の入口部と出口部も備
えた、ピラミッド状の構造を形成する四つの反射側部を
有することができる。
【００３７】素子４２は、回転対称とすることができる
ならば、点線５４で示すようにその上端部に第一の円形
開口部を有し、それは放射エネルギー入口部として作用
する。第一の円形開口部、従って放射エネルギー入口部
５４は、ｒ3に等しい半径を有し、それは中心軸５６と
放射エネルギー入口部の円周端部との間の水平距離であ
る。素子４２は、点線５８で示すようにその下端部に第
二の円形開口部を有し、それは放射エネルギー出口部と
して作用する。第二の円形開口部、従って放射エネルギ
ー出口部の半径はｒ４である。
【００３８】収斂レンズ４４は素子４２の放射エネルギ
ー入口部５４に設けられ、また発散レンズ４６は放射エ
ネルギー出口部５８に設けられる。レンズ４４は焦点距
離Ｆ 1を有し、またレンズ４６は焦点距離Ｆ2を有する。
二個のレンズ４４と４６の焦点距離は、その差、即ちＦ
1マイナスＦ2が実質的に素子４２の高さに等しいように
選択され、またレンズ４４と４６は、中心軸５６を横切
る軸６０により表される共通の焦平面を共有する。
【００３９】レンズ４４と４６とで組み合わされた素子
４２の双曲線形状により、予め決められた鋭角θ1内で
放射エネルギー入口部５４に入射する放射エネルギー
は、その表面から一回またはそれ以上の反射により変換
体４０の放射エネルギー出口部５８に反射されるので、
専ら軸５６に関する第二の鋭角θ2以内に、放射エネル
ギー出口部５８から放出される。また放射エネルギーは
反射素子４２の内部表面４８に当たることなくデバイス
を直接通過できる。
【００４０】素子４２の双曲線形状は直線ではないが、
双曲線はその漸近線に近づくにつれて実質的に直線とな
るので、実質的に直線とみなすことができる。従って素
子４２は実質的に直線で、しかも双曲線であるように見
えることがある。
【００４１】図２の変換体４０を構成するために、放射
エネルギー入口部５４の半径、レンズ４４と４６の焦点
距離、ならびに受入れ角θ1と発散角θ2が先ず選択され
る。変換体４０は、前述の任意の数値組合せに従って構
成できる。
【００４２】図１で示したデバイスに関連して上述した
ように、レンズ４４と４６はレンズ収差を最小にするた
めに比較的長い焦点距離を有するように選択することが
望ましい。しかし、図２の変換体４０に関しては、長い
焦点距離を有するレンズの選択は、高さの増加を必要と
する欠点を伴わないことに注意すべきである。と言うの
は、変換体４０の高さは焦点距離の差、Ｆ1マイナス
Ｆ2、の関数であり、またいずれの焦点距離にも直接関
係しないからである。
【００４３】前述のパラメータが選択された後、放射エ
ネルギー出口部５８の半径が下記の等式〔２〕から求め
られる。
【００４４】 ｒ4＝ｒ3 ＊ ｓｉｎ θ1／ｓｉｎ θ2， 〔２〕 ここでｒ3は放射エネルギー入口部の望ましい半径、θ1
は望ましい受入れ角、θ2は望ましい発散角、またｒ4は
求められている放射エネルギー出口部の半径である。
【００４５】曲線４６aと４６bで表される双曲線を求め
るために、レンズ４４が横軸６０上の高さＦ1の所に置
かれ、次いで二つの焦点が位置決めされる。第一の焦点
ｆ3は、選択された受入れ角θ1でレンズ４４の中心を通
って引かれた光線と横軸６０との交差により位置決めさ
れる。一つのそのような光線６２が図２に示される。他
の焦点ｆ4は、横軸６０の他の側で中心軸５６から等し
い距離を離してそれを置くことにより位置決めされる。
光線６２は左側の焦点ｆ3を通過し、また焦点ｆ3とｆ4
は中心軸５６から等距離にある。
【００４６】二つの焦点ｆ3とｆ4が求められた後、一方
の双曲線が焦点に関して求められる。通常の方法で製造
できる反射素子は、第二のレンズ位置までにのみ延び、
横軸６０までは延びない。
【００４７】エネルギー入口部と出口部の半径は等式
〔２〕で規定するように関連するので、放射エネルギー
出口部５８の半径を先ず求め、次いで入口部５４の半径
を求めることに注意すべきである。どの半径を最初に求
めるかは、デバイスか使用される特定の用途の制約条件
によって決まるであろう。
【００４８】図２に示す変換体４０の動作理論は以下の
通りである。収斂レンズ４４と反射素子４２の組合せ
は、図１のレンズ１４と反射素子４２の組合せと概ね同
様に作用する。図２において、仮想源の縁部はｆ3とｆ4
に一致し、また実際源は放射エネルギー出口部５８に一
致する。仮想源内に入るように受入れ角θ1以内でレン
ズ４４に入射する全放射エネルギーは、放射エネルギー
出口部５８に反射される。
【００４９】放射エネルギー出口部５８における発散レ
ンズ４６は、仮想源内に入るすべての光線を鋭角発散θ
2を有するビームに変換する。
【００５０】以下に示される表１は、１°に等しい受入
れ角および１４°に等しい出口角を有し、図２に示され
る実施の形態による複数の放射エネルギー変換体に対す
る実際のパラメータを提供する。
【００５１】
【表１】
【００５２】表１により規定される三つの角度変換体の
Ｆ値に対する伝達比のコンピュータシュミレーションを
図３に示す。レンズのＦ値は、レンズ直径で割った焦点
距離と定義される。図３からわかるように伝達比は、デ
バイスのＦ値が約５から５０まで増加するにつれて、約
０．８７から１に向けて増加する。従ってＦ値、すなわ
ち使用されるレンズの焦点距離が長くなればなるほど、
伝達比が大きくなり、かくしてデバイスは一層「理想
的」になる。
【００５３】例えぱ５のＦ値を有する変換体は、受入れ
角以内でその放射エネルギー入口部に入射する放射エネ
ルギーの約８７％を、選択された鋭角以内でその出力部
へ伝達する。
【００５４】放射エネルギーデバイスの他の例を図４に
示す。図４に示されるデバイスは図２に示されるものと
同様であるが、図４の放射エネルギー変換体は中実の誘
電材料から構成される。
【００５５】ここで図４を参照すると、中実の誘電材料
から構成される放射エネルギー変換体８０は、一部が断
面で示され、また一部が立面で示される。変換体８０
は、その上部に凸曲面８２を、その下部に凹曲面８４
を、および一対の円周端部８８と９０それぞれにおいて
凸面８２と凹面８４に接続する中間面８６を有する。凸
面８２は放射エネルギー入口部として作用し、また凹面
８４は放射エネルギー出口部として作用する。
【００５６】中間面８６は、放射エネルギーを放射エネ
ルギー入口部から放射エネルギー出口部へ反射するよう
に曲がっている。好ましくは中間面８６は、双曲線であ
る。この中間面８６により、放射エネルギーは全反射に
より反射されるので、デバイス上の反射被覆は不必要と
なる。
【００５７】スネルの法則によれぱ、全反射のための条
件は、全ての放射エネルギーが限界角θcを越える角度
で変換体８０の内部表面に入射することであり、ここで
θcは、外部材料、例えば空気の反射率に対する変換体
８０の誘電材料の反射率の比のアークサインである。図
４に示される限界角θｃは、誘電面８６へ直角の光線に
関して測定される。空気の反射率は約１であるので、誘
電材料が約１．５の反射率を有するガラスから構成され
る場合、限界角は約４２°となる。放射エネルギー反射
の仕方を除き、変換体８０は図２に関連して前述した変
換体４０と実質的に同一の仕方で構成され且つ作用す
る。
【００５８】図５に、放射エネルギーデバイスのさらに
異なる例を示す。図５に示される例は、二部分を有する
放射エネルギー変換体１００を指向するものであり、各
部分は図１で示されかつそれに関連して説明された集中
体１０と同様である。上方部分が横軸１０２の上に示さ
れ、また下方部分が横軸１０２の下に示される。上方部
分は、反射素子１０６の放射エネルギー入口部に置かれ
た凸レンズ１０４から構成される。放射エネルギー入口
部とレンズ１０４は半径ｒ5を有し、また反射素子１０
６はＦ3に等しい高さを有し、その高さはレンズ１０４
の焦点距離に等しい。反射素子１０６の壁は、一つの焦
点ｆ5とｆ6に関して双曲線の形状を有する。
【００５９】変換体１００の下方部分は、反射素子１１
２の放射エネルギー出口部に置かれた凸レンズ１１０か
ら構成される。放射エネルギー出口部とレンズ１１０は
半径ｒ6を有し、また反射素子１１２はＦ4に等しい高さ
を有し、その高さはレンズ１１０の焦点距離に等しい。
変換体１００の高さはＬに等しく、それはＦ3とＦ4の合
計に等しい。軸１０２において素子１０６の壁と出会い
かつそれと面一になる反射素子１１２の壁も、二つの焦
点ｆ5とｆ6に関して双曲線の形状を有する。
【００６０】放射エネルギー変換体１００は、予め決め
られた角θ3以内でその放射エネルギー入口部において
入射する放射エネルギーを放射エネルギー出口部へ結合
するように作用するので、そのような放射エネルギーは
専ら鋭角θ4以内で出る。受入れ角である鋭角θ3は、変
換体１００の中心軸１２０と、焦点ｆ5およぴレンズ１
０４の中心を通る光線１２２との間の角度に等しい。鋭
角６４は、中心軸１２０と、焦点ｆ5およびレンズ１１
０の中心を通る光線１２４との間の角度に等しい。
【００６１】変換体１００を構成する一方法は以下の通
りである。先ず、変換体１００の上方部分の特性は、特
定の用途に基づいて、エネルギー入口部の望ましい半径
ｒ5、望ましい受入れ角θ3、およびレンズ１０４の望ま
しい焦点距離を選択して求められる。これら三パラメー
タが選択されると、軸１０２における反射素子１０６の
半径ｒ7（わかりやすいように、軸１０２の少し上に示
される）は下記の等式〔３〕から求められる。
【００６２】 ｒ7＝ｒ5＊ｓｉｎ θ3 〔３〕 素子１０６の双曲線壁の形状は、二焦点ｆ5とｆ6を位置
決めし、次いでそれに関して壁を双曲線にすることによ
り求められる。焦点ｆ5は、望ましい受入れ角θ3でレン
ズ１０４の中心を通って引かれる光線と横軸１０２との
交点を見出して位置決めされる。他の焦点ｆ6は、焦点
ｆ5と中心軸１２０との間の距離に等しい軸１２０から
の距離で軸１０２上にそれを置いて求められる。焦点ｆ
5とｆ6が位置決めされると、双曲線壁はその焦点に関し
て求められる。
【００６３】上方部分の特性が求められると、下方部分
の特性は、軸１０２における反射素子１１２の半径は軸
１０２における反射素子１０６の半径と同一であるとい
う要件に従って求められる。最初に、望ましい出口角θ
4およびレンズ１１０の望ましい焦点距離が選択され
る。次いでレンズの半径ｒ6は、下記の等式〔４〕に従
い選択された角度θ4および軸１０２における素子１０
６の半径ｒ7に基づいて求められる。
【００６４】 ｒ6＝ｒ7／ｓｉｎ θ4 〔４〕 素子１１２の双曲線壁の形状は、二焦点を位置決めし、
次いで両焦点に関して壁を双曲線ににすることにより求
められる。第一の焦点は、出口角θ4でレンズ１１０の
中心を通って引かれる光線と横軸１０２との交点を求め
て位置決めされる。他の焦点は、今決められた焦点と軸
１２０との間の距離に等しい軸１２０からの距離で軸１
０２上にそれを置いて位置決めされる。二焦点が位置決
めされると、素子１１２の双曲線壁は両焦点に関して求
められる。
【００６５】本発明の重要な特徴は、非映像デバイスの
最近発見された特性に基づく。理想的な非映像デバイス
は、放射エネルギー源から放出される放射エネルギーフ
ローラインに対応する形状を有する反射壁部分を備える
のが有利であることが既に知られている。放射エネルギ
ーフローラインの概念は周知であり、また下記の刊行物
に説明されている。
【００６６】１）ローランド・ウィンストン（Ｒｏｌａ
ｎｄ Ｗｉｎｓｔｏｎ）に発行された「非映像放射エネ
ルギー指向デバイス（Ｎｏｎｉｍａｇｉｎｇ Ｒａｄｉ
ａｎｔ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ Ｄｅｖｉ
ｃｅ）という名称の米国特許Ｎｏ．４，２３７，３３２ ２）ウィンストン等、「幾何べクトル光束と若干の新規
非映像集中体、」アメリカ光学協会誌、第６９巻、第４
号（Ｗｉｎｓｔｏｎ，ｅｔ ａｌ，”Ｇｅｏｍｅｔｒｉ
ｃａｌ Ｖｅｃｔｏｒ Ｆ１ｕｘ ａｎｄ Ｓｏｍｅ
Ｎｅｗ Ｎｏｎｉｍａｇｉｎｇ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔ
ｏｒｓ，”Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ０ｐｔｉｃ
ａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｖｏ
ｌ．６９，Ｎｏ．４）、頁５３２〜５３６（１９７９年
４月） ３）ウィンストン等、「幾何べクトル光束場を妨害しな
い形状の理想的光束集中体：複合双曲線集中体の新規導
出、」アメリカ光学協会誌、第６９巻、第４号（Ｗｉｎ
ｓｔｏｎ，ｅｔ ａｌ．,”Iｄｅａl Ｆ１ｕｘ Ｃｏ
ｎｃｅｎｔｒａｔｏｒｓ Ａｓ Ｓｈａｐｅｓ Ｔｈａ
ｔ Ｄｏ Ｎｏｔ Ｄｉｓｔｕｒｂ ｔｈｅ Ｇｅｏｍ
ｅｔｒｉｃａｌ Ｖｅｃtｏｒ Ｆ１ｕｘ Ｆｉｅｌ
ｄ：Ａ Ｎｅｗ Ｄｅｒiｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ
Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｐａｒａｂｏｌｉｃ Ｃｏｎｃｅ
ｎｔｒａｔｏｒ，”Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ０
ｐｔｉｃａl Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒiｃ
ａ，Ｖｏｌ．６９，Ｎｏ．４）、頁５３６〜５３９（１
９７９年４月） ４）ギャラファー等、「パラボラディッシュー次部を有
する『トランペット』型二次集中体、」太陽エネルギ
ー、第３６巻、第１号（Ｇａｌｌａｇｈｅｒ，ｅｔ ａ
ｌ．，”Ｔｅｓｔ oｆ ａ’Ｔｒｕｍｐｅｔ’Ｓｅｃ
ｏｎｄａｒｙＣｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ Ｗｉｔｈ ａ
Ｐａｒａｂｏｌｏｉｄａｌ Ｄｉｓｈ Ｐｒｉｍａｒ
ｙ，”Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ，Ｖｏｌ．３６，Ｎ
ｏ．１）、頁３７〜４４（１９８６年） ５）ギャラファー等、「最大の理論的集中比を有する軸
方向に対称な非映像光束集中体、」アメリカ光学協会誌
Ａ、第４巻（Ｇａｌｌａｇｈｅｒ，ｅｔ ａｌ．，”Ａ
ｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｎｏｎｉｍａｇｉ
ｎｇ Ｆ１ｕｘＣｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒｓ Ｗｉｔｈ
ｔｈｅ Ｍａｘｉｍｕｍ Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ
Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ Ｒａｔｉｏ，”Ｊｏｕｒ
ｎａｌｏｆ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ
ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ Ａ，Ｖｏｌ．４）、頁６６
（１９８７年１月） これら五つの刊行物は引用により本書に編入する。
【００６７】空気を通る放射エネルギーフローラインは
形状が双曲線であることも知られている。従って、図
１、２、４及び５に示される好ましい例は、双曲線であ
る反射面を有する光学素子を備える。
【００６８】放射エネルギーフローラインは、中実の誘
電素子を通過するときにその形状を変化することが発見
されている。誘電光学素子を非映像システムに組み込め
ぱ有用なことが多いので、誘電物質を通る放射エネルギ
ーフローラインの経路を求めることができるのは有利で
あろう。
【００６９】誘電物質内での放射エネルギーフローライ
ンを求める方法を、図６に関連して以下に説明する。こ
こで図６を参照すると、放射エネルギー源１４０は二つ
の縁部、すなわち第一の縁部Ｅ1と第二の縁部Ｅ2を有す
るのが示される。直線源として示される放射エネルギー
源１４０は、円形源または他の形状のものでもよい。例
えぱレンズである中実の誘電光学素子１４２は、放射エ
ネルギー源１４０の右に示される。光学素子１４２は一
対の凸曲面１４４ａと１４４ｂを有する。
【００７０】一対の放射エネルギーフローライン１４６
と１４８は、放射エネルギー源１４０から空気を通って
光学素子１４２の左表面１４４ａへ延び、次いで光学素
子の誘電物質を通り右表面１４４ｂまで延び、次いで再
び空気を通り表面１４４ｂの右側まで延びる。放射フロ
ーラインは空気を通過するとき形状が双曲線であるの
で、放射エネルギー源１４０と表面１４４ａとの間のラ
イン１４６と１４８の部分は縁部Ｅ1とＥ2に関し双曲線
である。しかし、放射フローラインは誘電物質１４２に
入ると形状を変化する。
【００７１】フローラインが形状を変化する特定の仕方
は発見されている。しかし、それが形状を変化する仕方
を説明するには新規の概念が必要となる。本発明の目的
上、用語「実光学距離」は光線が光学システム内を走る
距離を意味する。本発明の目的上、用語「有効光学距
離」は、１）実光学距離に、２）その距離に対する誘電
媒体の屈折率を乗じた積の光路に沿った総量を意味す
る。より具体的には、縁部ＡとＢを有する光線に対する
有効光学距雛は下記の等式〔５〕による。
【００７２】 有効長さ＝∫A B ｎｄＳ， 〔５〕 ここで有効長さは有効光学距離であり、ｎは特定点にお
ける特定の屈折率であり、またＳは実際の光学距離を表
す。
【００７３】一例として、図６に示される放射源１４０
から点Ｐまでの光線１５０の有効光学距離は、放射源１
４０から表面１４４ａまでのその実際長さに空気に対す
る屈折率を乗じたものに、表面１４４ａから表面１４４
ｂまでのその実際長さに誘電媒体１４２に対する屈折率
を乗じたものを加え、それに表面１４４ｂから点Ｐまで
のその実際長さに空気に対する屈折率を乗じたものを加
えたものである。
【００７４】誘電体を通る放射エネルギーフローライン
を求める方法を、図６を参照してここで説明する。空気
中にある放射源１４０から表面１４４ａまでの部分は双
曲線である。従って双曲線の定義に従えば、ライン１４
６上の各点について、その点と一縁Ｅ1との間の実際距
離とその点と他端Ｅ2との間の実際距離における差は一
定である。光線１４６は誘電物質１４２に入ると実際に
はもはや双曲線ではなくなる。即ち、焦点Ｅ1とＥ2間の
実際距離に関してもはや双曲線ではなくなる。しかし、
フローライン１４６は「有効な双曲線」であることが発
見されており、すなはちライン１４６は、フローライン
１４６と二焦点Ｅ1およびＥ2との間の先に定義された有
効距離が実際距離の代わりに使用されるならば、誘電物
質１４２内では双曲線である。またフローライン１４６
上の各点と二焦点すなわち縁部Ｅ1およぴＥ2との間の直
線距離を使用する代わりに、縁部Ｅ1およぴＥ2とフロー
ライン１４６間の光路長が使用される。
【００７５】従って、二フローライン１４６と１４８上
の各点について、１）縁部Ｅ１からその点までの有効光
学距離と、２）縁部Ｅ2からその点までの有効光学距離
との間の差は実質的に一定である。例えば、ライン１４
６上の点Ｐについて、縁部Ｅ 1から点Ｐまでの光路１５
０に沿った先に定義された有効距離は、縁部Ｅ2から点
Ｐまでの光路１５２に沿った有効距離よりも同一量だけ
短い。
【００７６】上記の説明に従った誘電物質内の放射エネ
ルギーフローラインを求める方法の正確さは証明でき
る。
【００７７】反射媒体内のフローラインは、提供される
自由空間内で、光路長をストリング長さの尺度として我
々が使用するものと同様な仕方でストリング構成から求
めることができるのをここで証明することにする。図７
を参照し、ＡとＡ’を放射エネルギー源の縁部とし、ま
た我々は点Ｐにおけるフローラインの方向を知りたいと
する。Ｐ’をＰを通過するフローラインに沿った近い点
とする。ＰとＰ’の両方は反射素子の内側にあることに
注意する。ストリング構成により、〔Ａ’Ｐ〕−[Ａ
Ｐ］は一定でありまた［Ａ’Ｐ’]‐[ＡＰ’］に等し
く、ここに括弧の［ＡＰ］は点Ａから点Ｐまでの光路長
を示し、また同様の表示は他の括弧に使用される。Ｗを
Ａからの光線の広がりのための一定光路の曲線とし、ま
たＷ’をＡ’からの光線の広がりのための一定光路の曲
線とする（すなはちＷとＷ’は波面である）。閉経路Ｐ
→Ｐ’→Ｗ’→Ｐについて下記の線積分を検討する。す
なわち∫ｎｋ．ｄｌ＝０であり、これはヒルベルト積分
定理から得られる。ここでｋは単位光線方向であり、ま
たｄｌは線分である。これにより、[ＷＰ’］＝∫ｎ
ｋ．ｄｌであることかわかる（ここで「．」は点乗積を
示す）。同様に、閉経路Ｐ→Ｐ’→Ｗ→Ｐについて線積
分∫ｎｋ．ｄｌ＝０を検討すると、[W’Ｐ’］＝∫ｎ
ｋ’．ｄｌが得られる。［ＡＰ’］＝［Ａ’Ｐ’］＋
[ＷＰ］であり、また[Ａ’Ｐ’］＝[Ａ’Ｐ]＋[Ｗ’
Ｐ’]であることに注意する。従って、我々がストリン
グ横成により[Ａ’Ｐ］−[ＡＰ］＝[Ａ’Ｐ’］‐［Ａ
Ｐ’］を維持すれば、[ＷＰ’］＝[Ｗ’Ｐ’]を保証で
きる。従って、点ＰとＰ’は互いに接近しているので、
ＰとＰ’との間の線分はｋに対してｋ’に対するのと同
一角度を成す。これは、線分はｋ，ｋ’間の角度を二等
分することを意味する。従って、この線分はフローライ
ンに沿って位置すると結論できる。と言うのは、幾何べ
クトル光束のフローラインの本来的定義は、それは光束
の平均方向であり、また二等分線は丁度平均方向である
からである。
【００７８】図８に、上述した原理を活用した本発明の
実施の形態である放射エネルギーデバイス１６０の断面
を示す。デバイス１６０は反射素子１６２とその反射素
子１６２内の誘電光学索子１６４を備える二つの基本的
部分から構成される。反射素子１６２は放射エネルギー
入口部１６６と放射エネルギー出口部１６８を備え、ま
た素子１６２は三部分、すなわち第一部分１７０、第二
部分１７２および第三部分１７４から構成される。反射
素子１６２の外部形状は、図６に示される放射エネルギ
ーフローライン１４６と１４８の形状に対応する。特に
部分１７０の形状は実際に双曲線であり、部分１７２の
形状は「有効な双曲線」であり、また部分１７４の形状
は実際に双曲線である。
【００７９】誘電素子１６４は、形状が図６の曲面１４
４ａと１４４ｂにそれぞれ対応する二曲面１７６と１７
８を備える。
【００８０】図８の放射エネルギーデバイスの構成方法
は比較的簡明である。最初に、第一部分１７０の双曲線
形状は、図２に関連して上述した方法に従って求められ
る。第一部分１７２の双曲線形状は、図６に関連して説
明したように表面１７６と１７８の曲率を考慮して求め
られる。第三部分の形状は、それを実際の双曲線にする
ことにより求められる。三部分１７０、１７２および１
７４の形状が決まると、光学素子は従来の方法、例えぱ
旋盤により形成できる。
【００８１】特定の用途によりデバイス１６０の変形を
行うことかできる。例えば光学素子１６２の部分１７４
の省略が望ましいことがある。
【００８２】図９に示すのは、誘電体内の放射フローラ
インの経路を利用する本発明の他の実施の形態にあたる
放射エネルギーデバイスの断面であり、それは一対の反
射性で非直線状表面１８４と１８６に光学的に結合され
る第一のレンズ１８２から構成され、またそれぞれの表
面は第二のレンズ１８８に光学的に結合される。本発明
の目的上、表面は断面が直線状であれば「直線状」とみ
なされる。従って、例えぱ円錐は直線状表面の一例であ
り、一方、双曲線形状面は非直線状面の一例である。レ
ンズ１８２と１８８は収斂レンズである。レンズ１８２
は放射エネルギー源または入口部１９０に光学的に結合
され、またレンズ１８８は放射エネルギー受容体すなわ
ち出口部１９２に光学的に結合される。デバイス１８０
は光学的に可逆であるので、源１９０は受容体を構成す
ることもあるし、またその逆もある。
【００８３】表面１８４と１８６は、放射エネルギー源
１９０上の点と放射エネルギー受容体１９２の対応する
点との間の有効光学距離が実質的に一定であるような空
間的形状を有する。特に放射源１９０の縁部Ｅ1からレ
ンズ１８２、表面１８６、レンズ１８８および受容体１
９２の縁部Ｅ3までの有効光学距離は、任意の光路例え
ぱ経路１９６ａ、１９６ｂ、１９６ｃおよび１９６ｄに
ついて実質的に同一である。縁部Ｅ1とＥ3は点として示
されるが、それらは米国特許Ｎｏ．４，４８３，００７
で示されるように分布する曲線でもよい。概念的には、
一定の有効長さを有するストリングが、縁部Ｅ1、Ｅ3間
に取り付けられ、また光路に沿って移動するように制約
されたならぱ、ストリングの移動は表面１８６に一致し
た経路を追跡することになろう。この追跡概念は、楕円
の焦点にストリングの二端部を固定し、鉛筆で楕円を追
跡することにより楕円が形成される周知の方法と同様で
ある。
【００８４】表面１８４は、放射源１９０の縁部Ｅ2か
らレンズ１８２、表面１８４、レンズ１８８および受容
体１９２の縁部Ｅ4までの有効光学距離は、任意の光路
例えば点線１９８で示されるものについて実質的に同一
である。
【００８５】上述した本発明の実施の形態の種々の変形
は、本発明を依然利用しながら行うことができる。特
に、放射エネルギーデバイスは対称的に作用できるの
で、用語「放射エネルギー入口部」及び「放射エネルギ
ー出口部」はそのようなデバイスに関して互いに取り替
えて使用できる。本発明による放射エネルギーデバイス
は、前述の明細で具体的に述べなかった多くの用途に使
用できる。上に示しかつ説明した放射エネルギーデバイ
スは、回転対称にでき、トラフ状構造に構成でき、また
は四側面付きピラミッド状構造に構成できる。例えば図
２において、曲線４６ａと４６ｂがトラフの対向する壁
を表したならば、壁４６ａと４６ｂは紙面に直角の方向
に直線状に延びるであろう。円筒状レンズも使用される
であろうし、それはトラフの長さ方向に延びる。
【００８６】加えて、種々の変形はピラミッド状に作る
ことかできるので、放射エネルギーデバイスはほぼ同ー
長さの四側面を備えることになろう。その四側面は実質
的に９０度で出会うことになろう。この場合の放射エネ
ルギー人口部と出口部は、使用されるレンズと同様に方
形であろう。このピラミッド状実施例は光学ディスプレ
イシステムでは有用であろう。と言うのは、そのような
ピラミッド状デバイスの効率は、デバイスが光放射体と
して使用されたときが、光集光体として便用されたとき
よりも高いからである。
【００８７】本発明の別の変更および実施の形態の代案
を実行できることは、前述の説明からみて技術に有能な
者にとり明らかである。従ってこの説明は、もっばら説
明上のものであり、また技術に有能な者に本発明の実施
の最善の態様を説明するためのものである。構造の詳細
は、本発明の精神からはずれることなく実質的に変更で
きるものであり、また添付の請求の範囲に入る全ての変
更の排他的な使用が保留される。
【図面の簡単な説明】
【図１】放射エネルギーデバイスの一例を表す図であ
る。
【図２】放射エネルギーデバイスの一例を表す図であ
る。
【図３】凸レンズのｆ値目盛り絞りに対する本発明によ
る光ファイィバー結合体の通過量のコンピュータシミュ
レーションの結果を示す図である。
【図４】放射エネルギーデバイスの一例を表す図であ
る。
【図５】放射エネルギーデバイスの一例を表す図であ
る。
【図６】中実の誘電光学素子を通る放射エネルギー源か
らの一対の放射エネルギーフローラインを表す図であ
る。
【図７】本発明の原理の証明に関して参照される線図で
ある。
【図８】本発明の一の実施の形態にかかるデバイスの断
面図である。
【図９】本発明の他の実施の形態にかかるデバイスの断
面図である。
【符号の説明】
１０ 放射エネルギー集中体 １２ 反射素子 １４ 収斂レンズ １８ 内部表面 ２０ 外部表面 ２２ 中心軸 ２４ 放射エネルギー入口部 ２６ 放射エネルギー出口部 ４０ 放射エネルギー変換体 ４２ 反射光学素子 ４４ 収斂レンズ ４６ 発散レンズ ４８ 内部表面 ５０ 外部表面 ５４ 第一の円形開口部（放射エネルギー入口部） ５６ 中心軸 ５８ 第二の円形開口部（放射エネルギー出口部） ８０ 放射エネルギー変換体 ８２ 凸曲面（放射エネルギー入口部） ８４ 凹曲面（放射エネルギー出口部） ８６ 中間面 ８８ 円周端部 ９０ 円周端部 １００ 放射エネルギー変換体 １０４ 凸レンズ １０６ 反射素子 １１０ 凸レンズ １１２ 反射素子 １４０ 放射エネルギー源 １４２ 誘電光学素子 １４６ 放射エネルギーフローライン １４８ 放射エネルギーフローライン １６０ 放射エネルギーデバイス １６２ 反射素子 １６４ 誘電光学素子 １６６ 放射エネルギー入口部 １６８ 放射エネルギー出口部 １７０ 反射素子の第一部分 １７２ 反射素子の第二部分 １７４ 反射素子の第三部分 １８０ 放射エネルギーデバイス １８２ 第一のレンズ １８４ 非直線状表面 １８６ 非直線状表面 １８８ 第二のレンズ
フロントページの続き (72)発明者 ニン， シャオウィ アメリカ合衆国 02904 ロード アイ ランド ノース プロビデンス スミス フィールド ロード 630 アパートメ ント 1218 (56)参考文献 特開 昭53−23648（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−134213（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−96309（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−77204（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−79093（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−100312（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 9/00 - 17/08 G02B 21/02 - 21/04 G02B 25/00 - 25/04

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 放射エネルギーデバイスであって、 端部を有する放射エネルギー源と、 前記放射エネルギー源から放射エネルギーを受け入れる
    ように位置決めされた第一のレンズと、 前記第一のレンズより放射エネルギーが伝えられるもの
    であり、前記第一のレンズからの放射エネルギーが入射
    する非直線状反射面を有する光学素子と、 前記光学素子より放射エネルギーが伝えられるものであ
    り、前記第一のレンズを通過して前記光学素子の非直線
    状反射面に入射した放射エネルギーの反射を受ける第二
    のレンズと、 前記第二のレンズからの放射エネルギーを受け入れるよ
    うに位置決めされ、端部を有する放射エネルギー受容体
    とを含み、 光線が辿る距離を実光学距離と定義し、１以上の誘電媒
    体中を通る光路に沿った、前記実光学距離と前記誘電媒
    体の屈折率との積の総和を有効光学距離と定義すると
    き、前記光学素子の前記非直線状反射面の全ての部分
    は、前記放射エネルギー源の端部より前記第一のレン
    ズ、当該非直線状反射面上の点、及び前記第二のレンズ
    を経由して前記放射エネルギー受容体の端部に至る複数
    の前記有効光学距離が、前記非直線状反射面上の点の各
    々について実質的に一定であるような形状をなす、放射
    エネルギーデバイス。
  2. 【請求項２】 前記放射エネルギー源が放射エネルギー
    入口部を構成する、請求項１に記載の放射エネルギーデ
    バイス。
  3. 【請求項３】 前記放射エネルギー受容体が放射エネル
    ギー出口部を構成する、請求項１に記載の放射エネルギ
    ーデバイス。
  4. 【請求項４】 前記第一のレンズが収束レンズにより構
    成され、前記第二のレンズが収束レンズにより構成され
    る、請求項１に記載の放射エネルギーデバイス。
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