KR20020040861A - Lamp apparatus and method for effectively utilizing light from an aperture lamp - Google Patents
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Abstract
다양한 램프 시스템들이 기술되며 상기 램프 시스템들은 아피쳐 램프(3)로부터의 빛을 효과적으로 이용한다. 램프 시스템들은 각각 에텐튜 재 순환, 편광 재순환 및/또는 색 재 순환을 포함하는 다양한 회복을 하도록 구조를 형성하고 있다. 다양한 새로운 광학 기기들이 기술되고 상기 광학 기기들에는 통합 렌즈(9)를 가진 무전극 광 전구(5), 통합적인 플랜지를 가진 모울드된 석영 볼 렌즈, 통합적인 플랜지를 가진 모울드 된 석영 CPC, 잘려진 CPC, 세그먼트된 CPC가 포함된다. 다양한 새로운 광학 시스템들이 기술되고 상기 시스템에는 각 선택 및/또는 에텐듀 선택을 수행하는 시스템이 포함된다.Various lamp systems are described and the lamp systems effectively utilize the light from the aperture lamp 3. The lamp systems are each structured to allow for a variety of recovery, including ethenic recycling, polarization recycling, and / or color recycling. Various new optics are described, which include an electrodeless light bulb (5) with an integrated lens (9), a molded quartz ball lens with an integrated flange, a molded quartz CPC with an integrated flange, a cut CPC , Segmented CPC. Various new optical systems are described and include a system for performing each selection and / or etendue selection.
Description
일반적으로, 본 발명은 미국 특허 번호 5,773,918 및 5,903,091에서 기술된 형태의 램프 시스템과 관련성을 가지며, 상기 특허의 각각은 전체적으로 참조로서 본 명세서에 기술되어 있다. 상기 '918 및 '091 특허 각각은 낭비되는 빛의 유용한 이용을 가능하게 하는 다양한 램프 시스템을 기술하고 있다.In general, the present invention relates to lamp systems of the type described in US Pat. Nos. 5,773,918 and 5,903,091, each of which is described herein in its entirety by reference. Each of the '918 and' 091 patents describes various lamp systems that allow for the useful use of wasted light.
요약summary
본 명세서에 기술된 많은 발명들이 함께 계류 중인 2000년 6월 29일에 출원된 PCT 공개 번호 PCT/US00/16302 및 PCT 공개 번호 WO 99/36940에 기술되어 있으며, 상기 각각의 출원들은 전체적으로 참조로서 본 명세서에 기술되어 있다.Many of the inventions described herein are described in PCT Publication No. PCT / US00 / 16302 and PCT Publication No. WO 99/36940, filed June 29, 2000, which are incorporated by reference in their entirety. Described in the specification.
본 발명의 한 가지 특징에 따르면, 램프 시스템은 빛을 재 순환할(recycling) 수 있는 충전물(a fill)을 함유하는 엔벨로프(an envelope)를 포함한다; 그리고 상기 엔벨로프로부터 일정한 간격을 두고 설치된 광학 기기(a optical element)를 포함하며 상기 광학적 요소는 원하는 각(desired angle)의 바깥쪽으로 상기 엔벨로프로부터 방출되는 빛을 상기 충전물에 의하여 재 순환시키기 위하여 엔벨로프 내부로 빛을 되돌려 보내는 역할을 하는 한편 원하는 각 범위의 빛은 통과할 수 있도록 형성되어 있으며, 상기에서 원하는 각 범위의 빛 출력은 상기 광학 기기가 없는 경우와 비교할 때 보다 높은 값을 가지고, 상기에서 원하는 각은 상기 엔벨로프로부터 방출되는 빛의 균일성 및 각 분포(uniformity and angular distribution)에 의하여 선택된다.According to one feature of the invention, the lamp system comprises an envelope containing a fill which is capable of recycling light; And an optical element installed at regular intervals from the envelope, the optical element being inside the envelope to recirculate the light emitted from the envelope by the filling outward of a desired angle. It serves to return the light while passing through the light of the desired angle range, the light output of the desired angle range has a higher value when compared to the case without the optical device, the desired angle Is selected by the uniformity and angular distribution of light emitted from the envelope.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 빛을 재 순환시킬 수 있는 충전물을 함유하는 엔벨로프(an envelop)를 포함한다; 그리고 상기 엔벨로프에 매우 근접하게 배치된 높은 온도의 와이어 그리드 편광기(wire grid polarizer)를 포함하며 원하지 않는 편광(light of an undesired polarity)을 상기 충전물에 의한 재 순환을 위하여 상기 엔벨로프로 되돌려 보내는 한편 원하는 편광(light of the desired polarity)을 통과할 수 있도록 형성되고, 상기에서 와이어 그리드 편광기는 적어도 약 400℃의 작동 온도(an operating temperature)를 견딜 수 있다.According to another feature of the invention, it comprises an envelope containing a filler capable of recirculating light; And a high temperature wire grid polarizer disposed very close to the envelope and returning light of an undesired polarity to the envelope for recirculation by the filling while the desired polarization. and a wire grid polarizer capable of withstanding an operating temperature of at least about 400 ° C.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 빛을 재 순환시킬 수 있는 충전물을 함유하는 엔벨로프를 포함하며; 상기 엔벨로프와 관련된 원하는 각에 해당하는 아피쳐를 규정하는 광학 기기를 포함하고; 상기 광학 기기의 아피쳐 영역에서 상기 광학 기기에 매우 근접하게 배치된 높은 온도의 와이어 그리드 편광기를 포함하며, 상기에서 광학 기기는 상기 엔벨로프로부터 일정한 간격을 두고 배치되어 있고 상기 원하는 각의 바깥 쪽 빛은 상기 충전물에 의하여 재 순환하여 상기 엔벨로프 내부로 되돌려 보내도록 형성되어 있고 상기에서 편광기는 원하지 않은 편광을 상기 충전물에 의하여 재 순환 되도록 상기 엔벨로프 내부로 되돌려 보내도록 형성되어 있으며, 상기에서 램프 시스템을 벗어나는 빛은 원하는 수용 각(acceptance)의 범위 내이며 원하는 편광성(of a disired polarity)을 가지며, 상기에서 빛 출력은 상기 광학 기기와 편광기가 없는 경우와 비교할 때 보다 높은 값을 가진다. 예를 들어, 상기 편광기는 상기 광학 기기에 의하여 규정된 아피쳐 내에 설치된다. 다른 실시 예에서, 상기 편광기는 평면이고 상기 시스템은 편광기와 전구(bulb) 사이에 설치된 렌즈(a lens)를 포함하며, 상기에서 상기 렌즈는 상기 편광기에 의하여 엔벨로프 내부로 되돌려 보내는 빛의 양을 증가시키기에 적합하도록 되어 있다.According to another feature of the invention, it comprises an envelope containing a filler capable of recirculating light; An optical instrument defining an aperture corresponding to a desired angle associated with the envelope; A high temperature wire grid polarizer disposed in close proximity to the optics in an aperture region of the optics, wherein the optics are arranged at regular intervals from the envelope and the outside light of the desired angle is Is configured to recirculate by the filler and to return it back into the envelope, wherein the polarizer is configured to return unwanted polarization to the interior of the envelope to be recycled by the filler, wherein the light exits the lamp system. Is in the range of the desired acceptance angle and has a desired polarity, wherein the light output has a higher value compared to the case without the optical device and the polarizer. For example, the polarizer is installed in an aperture defined by the optical device. In another embodiment, the polarizer is planar and the system includes a lens installed between the polarizer and the bulb, wherein the lens increases the amount of light sent back into the envelope by the polarizer. It is adapted to make.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광학 장치(a optical apparatus)는 다수 개의 광섬유(optical fibers)를 포함하며 상기 광섬유는 사이에 작은 틈(interstitial)을 가지며; 반사성 물질(reflective material)은 선택적으로 상기 작은 틈 위에 설치된다.According to another feature of the invention, an optical apparatus comprises a plurality of optical fibers, the optical fibers having a small interstitial therebetween; Reflective material is optionally installed on the small gap.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명에는 다수 개의 광섬유를 포함하는 광학 장치 상에 마스크(a mask)를 만드는 방법이 포함하며 상기 광섬유는 사이에 작은 틈을 규정하고, 상기 방법은 광학 장치의 한 쪽 끝 부분에 상기 광섬유와 상기 작은 틈 양쪽에 걸쳐서 광-활성 물질을 설치하는 것을 포함하며; 상기 광-활성 물질을 광-활성(photo-activate)화 시키기 위하여 적당한 빛으로 상기 광학 장치의 다른 끝을 비추는 것(illuminate)을 포함하며; 원하는 마스크(the desired mask)를 제공하기 위하여 상기 활성화된 또는 활성화되지 않은 물질 중의 어느 하나를 제거하는 것을 포함한다.According to another feature of the invention, the invention includes a method of making a mask on an optical device comprising a plurality of optical fibers, said optical fiber defining a small gap therebetween, said method comprising Installing a photo-active material at one end over both the optical fiber and the small gap; Illuminating the other end of the optical device with suitable light to photo-activate the photo-active material; Removing any of the activated or non-activated materials to provide the desired mask.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 램프 시스템은 빛을 재 순환시킬 수 있는 충전물을 함유하는 엔벨로프; 다수 개의 광섬유를 가지며 상기 광섬유는 사이에 작은 틈 공간(interstitial space)을 규정하고 반사성 물질이 상기 작은 틈 공간 위에 설치되는 광 섬유 번들(a fiber optic bundle)을 포함하며, 상기에서 반사성 물질은 충전물에 의한 재 순환을 위하여 상기 광섬유로 입사되지 않는 빛의 일부를 엔벨로프 내부로 되돌려 보낸다.According to another feature of the invention, a lamp system comprises an envelope containing a filler capable of recirculating light; It has a plurality of optical fibers and the optical fiber comprises a fiber optic bundle defining a small interstitial space between and a reflective material is installed over the small gap space, wherein the reflective material is in the filler material. Part of the light that is not incident on the optical fiber is returned to the inside of the envelope for recirculation.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 램프 시스템은 빛을 재 순환시킬 수 있는 충전물을 함유하는 엔벨로프; 빛 방출 아피쳐(a light emitting aperture)의 영역을 제외한 상기 엔벨로프를 둘러싸고 있는 반사성 물질; 빛 방출 엔벨로프를 따라 배열되고 상기 엔벨로프에 근접하게 위치하는 광학 기기를 포함하며, 상기에서 광학 기기는 원하는 각 분포 범위 내의 빛을 통과시키며 원하는 각 분포를 벗어나는 빛을 재 순환을 위하여 상기 엔벨로프로 되돌려 보낼 수 있도록 형성된 비-반사성 코팅(anti-reflection coating)을 유지하고 있다.According to another feature of the invention, a lamp system comprises an envelope containing a filler capable of recirculating light; A reflective material surrounding the envelope except for a region of a light emitting aperture; Optics arranged along a light emitting envelope and positioned proximate to the envelope, wherein the optics pass light within a desired angular distribution range and return light outside the desired angular distribution back to the envelope for recirculation. It maintains an anti-reflection coating so formed.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 램프 시스템은 빛을 재 순환시킬 수 있는충전물을 함유하는 엔벨로프; 상기 광 방출 엔벨로프를 따라서 배열되는 광학 기기(optical element)를 포함하며, 상기에서 광학 기기는 엔벨로프로부터 일정 거리를 둔 반사성 구조(reflective structure)를 포함하며, 상기 반사성 구조는 다수 개의 광 방출 아피쳐(light emitting aperture)를 규정하고, 상기에서 광학 기기와 반사성 구조는 함께 상기 다수 개의 광 방출 아피쳐를 통과하지 못하는 빛을 재 순환을 위하여 상기 엔벨로프로 되돌려 보낼 수 있는 구조로 되어 있다.According to another feature of the invention, the lamp system comprises an envelope containing a filling capable of recirculating light; An optical element arranged along the light emitting envelope, wherein the optical device comprises a reflective structure spaced from the envelope, the reflective structure comprising a plurality of light emitting apertures ( A light emitting aperture is defined, wherein the optics and the reflective structure together are capable of returning light that does not pass through the plurality of light emitting apertures back to the envelope for recirculation.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 램프 시스템은 빛 방출 아피쳐 영역을 제외하고 반사성 세라믹 물질로 둘러싸인 엔벨로프; 광축(optical axis)을 따라서 상기 아피쳐에 매우 근접하게 위치하는 광학 기기를 포함하며, 상기에서 아피쳐 영역(the area of the aperture)은 전구(133)로부터 멀어지는 광축을 따른 방향 상으로 증가하고, 상기와 같은 구조에 의하여 균일 영역의 아피쳐와 비교할 때 상기 광학 기기에 상대적으로 보다 근접하여 위치하는 상기 전구에 보다 큰 광학적 접근(greater optical access)을 허용한다.According to another feature of the invention, the lamp system comprises an envelope surrounded by a reflective ceramic material except for the light emitting aperture region; An optical device located very close to the aperture along an optical axis, wherein the area of the aperture increases in a direction along the optical axis away from the bulb 133, Such a structure allows for greater optical access to the bulb which is located relatively closer to the optics as compared to the features of the uniform area.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 램프 시스템은 첫 번째 아피쳐(a first aperture) 영역을 제외하고 반사성 세라믹으로 둘러싸인 엔벨로프; 상기 둘러싸인 엔벨로프의 반대편 입력단(input end)과 함께 위치하는 속이 빈 광학 기기(hollow optical element)를 포함하며, 상기에서 둘러싸인 엔벨로프와 접촉하는 상기 입력단의 표면은 반사성을 가지며, 상기에서 입력단은 두 번째 아피쳐(a second aperture)를 규정하고 상기 두 번째 아피쳐의 내부 주위면(an inside perimeter)은 두 번째 아피쳐가 엔벨로프를 위한 광 방출 아피쳐를 규정하도록 상기 첫 번째 아피쳐의 원주면의 내부(inside of a perimeter)가 된다.According to another feature of the invention, the lamp system comprises an envelope surrounded by reflective ceramic except for a first aperture area; A hollow optical element positioned with an input end opposite the enclosed envelope, wherein the surface of the input end in contact with the enclosed envelope is reflective, wherein the input end is a second sub- Defines a feature and an inside perimeter of the second feature defines the inside of the circumferential surface of the first feature such that the second feature defines a light emitting feature for the envelope. inside of a perimeter).
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 램프 시스템은 엔벨로프; 상기 엔벨로프에게 통합적으로 결합된 광 막대(a light rod); 광 막대가 엔벨로프에게 결합된 지역을 제외하고 엔벨로프를 덮고 있는 반사성 세라믹 물질을 포함하고, 상기에서 반사성 세라믹 물질은 상기 막대로 입사되는 빛을 산란시키는 것을 피하기 위하여 엔벨로프와 광 막대의 결합부(junction) 근처에서 경사가 지도록(bevel) 만들어진다.According to another feature of the invention, the lamp system comprises an envelope; A light rod integrally coupled to the envelope; The reflective ceramic material covers the envelope except where the light rod is coupled to the envelope, wherein the reflective ceramic material is a junction of the envelope and the light rod to avoid scattering light incident on the rod. It is made to bevel nearby.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 높은 온도의 단일체로 이루어진 광학 기기는 광학 부분(an optics portion); 광학 부분과 결합되는 설치 부분(a positioning portion)을 포함하고, 상기에서 설치 부분은 광학 부분의 작동을 간섭하지 않도록 적합하게 만들어져 있고 상기에서 두 부분(two portion)은 적어도 400℃의 작동 온도를 견딜 수 있는 적당한 물질을 이용하여 단일한 구조(one-piece construction)로 형성되어 있다. 예를 들어, 상기 광학 부분은 잘려진 볼 렌즈(truncated ball lens), 볼 렌즈의 입구 면 상의 설치 부분 플랜지를 포함하고, 상기 두 부분은 모울드된 석영으로 만들어진다. 다른 예로서, 상기 광학 부분은 CPC를 포함하고, 설치 부분은 CPC 출구 면 상의 플랜지가 되며, 상기 두 부분은 모울드된 석영으로 만들어진다.According to another feature of the invention, an optical instrument consisting of a single unit of high temperature comprises: an optics portion; A positioning portion engaged with the optical portion, wherein the mounting portion is adapted to not interfere with the operation of the optical portion, wherein the two portions withstand an operating temperature of at least 400 ° C. It is formed in one-piece construction using any suitable material. For example, the optical part comprises a truncated ball lens, a mounting part flange on the entrance face of the ball lens, the two parts being made of molded quartz. As another example, the optical portion includes a CPC, the installation portion is a flange on the CPC exit face, and the two portions are made of molded quartz.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광학 기기는 다수 개의 끝이 잘려진 원뿔(cone) 부분을 포함하며 직선형의 단면 부분을 가진 경사진 스텝(angled steps)을 자지며 곡선형 단면 부분에 접근하기 용이하도록 형성되어 있다.According to another feature of the invention, the optical device comprises a plurality of truncated cone portions and has angled steps with a straight cross-sectional portion to facilitate access to the curved cross-sectional portion. Formed.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 둥근 입력 면과 출력면을 포함하며 상기출력면은 둥근 형상의 부분부터 4개의 면을 가진 상대적으로 보다 사각형으로 생긴 면까지 잘려져 있으며 상기 4개의 면들은 실질적으로 출력면에 수직이다.According to another feature of the invention, it comprises a rounded input face and an output face, the output face being cut from a rounded portion to a relatively more square face with four faces, the four faces being substantially output Perpendicular to the plane;
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광학 기기는 각각의 모서리를 따라 서로 다른 것에 결합된 4개의 세그먼트(segment)를 포함하고, 상기에서 CPC의 작은 부분(minor portion)에 해당하고 비교적 보다 작은 사각 출력(rectangular output)을 제공하는 동안 원하는 각 변환(a desired angular transformation)을 제공하기 위하여 CPC의 곡선을 유지한다.According to another feature of the invention, the optical device comprises four segments coupled to each other along each edge, wherein the square output corresponds to a smaller portion of the CPC and is relatively smaller. Maintain the curve of the CPC to provide a desired angular transformation while providing a rectangular output.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광학 시스템은 광축을 따라 배열되고 원하는 각 범위까지만 빛이 통과하도록 제한하는 구조를 가진 입력 아이리스(iris)와 출력 아이리스(iris); 및 출력 아이리스에 근접하도록 설치되고 내부 광선들이 변하지 않는 상태로 방출되는 동안 광축에 대하여 내부로 모서리 광선(edge rays)들이 휘도록 만들어진 광학 기기를 포함한다.According to another feature of the invention, an optical system comprises: an input iris and an output iris having a structure arranged along an optical axis and restricting light to pass only to a desired angular range; And optics installed close to the output iris and adapted to bend the edge rays inwardly with respect to the optical axis while the inner rays are emitted unchanged.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 램프 시스템은 재-순환시킬 수 있고 충전물을 함유하고 있으며 첫 번째 아피쳐의 영역을 제외하고 반사성 세라믹 물질에 의하여 덮혀 있는 엔벨로프; 및 상기 엔벨로프로부터 일정한 간격을 두고 배치되며 광축을 따라서 첫 번째 아피쳐와 같이 정열된 두 번째 아피쳐를 규정하는 반사기(reflector)를 포함하며, 상기 반사기는 첫 번째 아피쳐로부터의 빛을 반사하며, 두 번째 아피쳐의 영역의 바깥쪽에서 반사기에 부딪힌 빛은 재-순환을 위하여 첫 번째 아피쳐의 내부로 되돌아가며, 상기에서 첫 번째 아피쳐로부터 두 번째 아피쳐까지의 거리 및 첫 번째 아피쳐와 관련된 두 번째 아피쳐의 상대적인 크기는목표 에텐튜(target etendue)에 따라서 선택된다.According to another feature of the invention, the lamp system comprises an envelope which can be re-circulated and contains a filler and covered by a reflective ceramic material except for the region of the first aperture; And a reflector disposed at regular intervals from the envelope and defining a second feature aligned along the optical axis, such as the first feature, wherein the reflector reflects light from the first feature, Light hitting the reflector outside of the area of the second aperture is returned to the interior of the first feature for recirculation, where the distance from the first feature to the second feature and the first feature are related. The relative size of the second feature is chosen according to the target etendue.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 램프 시스템은 재 순환을 할 수 있는 충전물을 함유하며 아피쳐의 영역을 제외하고 반사성 세라믹에 의하여 덮혀 있는 엔벨로프; 상기 엔벨로프에 인접하고 원하는 범위의 빛을 투과시키며 원하는 범위 외의 빛을 재 순환을 위하여 엔벨로프 내부로 되돌려 보내도록 만들어진 각 선택 광학 기기(an angle selecting optical element); 상기 각 선택기(angle selector)로부터 빛을 수신하기에 적합하게 만들어진 집적기(intgrator); 상기 집적기로부터의 빛을 수신하기에 적합하게 만들어진 각 변환 광학 기기(an angle transforming optical element)를 포함한다. 몇몇 실시 예에서, 광 선택 광학 기기, 집적기 및 각 변환 광학 기기는 모두 속인 빈 구조(hollow)이며 각각에 대하여 통합적으로 만들어진다. 몇몇 다른 실시 예에서, 각 선택 광학 기기, 집적기, 각 변환 광학 기기는 분리된 별개의 구조로 만들어지며 각각에 대하여 구조들을 설치하기 위한 다양한 기계적 특징들을 이용한다.According to another feature of the invention, the lamp system comprises an envelope containing a refillable filler and covered by a reflective ceramic except for the region of the aperture; An angle selecting optical element adjacent the envelope and adapted to transmit light in a desired range and to send light outside the desired range back into the envelope for recirculation; An integrator adapted to receive light from each angle selector; An angle transforming optical element adapted to receive light from the integrator. In some embodiments, the light selection optics, integrator, and each conversion optics are all hollow and made integrally for each. In some other embodiments, each selection optics, integrator, and each conversion optic is made of a separate and separate structure and utilizes various mechanical features for installing the structures for each.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광학 장치(an optical apparatus)는 입력 면에 빛을 수신하고 첫 번째 광축을 따라서 첫 번째 출력 면을 통하여 첫 번째로 편광된 빛을 투과시키며 두 번째 출력 면을 통하여 두 번째 편광된 빛을 반사시키도록 만들어진 편광 큐브(polarizer cube); 상기 첫 번째 편광된 빛과 동일하게 편광되도록 하기 위하여 두 번째 편광된 빛을 변화시키는 상기 두 번째 출력 면에 근접하여 설치된 편광성 회전기(a polarization rotater); 및 상기 첫 번째 출력 면을 투과하는 빛이 동일한 방향으로 진행하도록 편광성 회전기의 빛을 유도하기 위한 미러(mirror)를 포함한다.According to another feature of the invention, an optical apparatus receives light at the input plane, transmits the first polarized light through the first output plane along the first optical axis and through the second output plane. A polarizer cube made to reflect a second polarized light; A polarization rotater disposed proximate to the second output surface for changing a second polarized light to be polarized identically to the first polarized light; And a mirror for guiding light of the polarizing rotator such that light passing through the first output surface travels in the same direction.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광학 튜브(a optics tube)는 내부에 렌즈를 수용하고 고정시키기 위한 렌즈 튜브; 상기 렌즈 튜브의 입력단(input end)에 연결되고, 광축을 따라 광학적 정열을 제공하기 위하여 아피쳐 램프 상에 해당하는 특징을 가지고 결합하도록 만들어진 구조적 특징(a structural feature)을 규정하고 있는 첫 번째 플랜지; 상기 렌즈 튜브의 출력단에 연결되고, 엔클로져(an enclosure) 상에 해당하는 특징을 가지고 결합하도록 만들어진 구조적 특징을 규정하는 두 번째 플래지를 포함하며, 상기와 같은 구조에 의하여 아피쳐 램프는 엔크로져 내부로 빛을 제공하기 위한 적당한 정열(proper aligment)로 고정된다.According to another feature of the invention, an optical tube (a optics tube) comprises a lens tube for receiving and fixing the lens therein; A first flange connected to an input end of the lens tube and defining a structural feature adapted to combine with a corresponding feature on an aperture lamp to provide optical alignment along the optical axis; A second flange connected to the output end of the lens tube and defining a structural feature adapted to engage with a corresponding feature on an enclosure, whereby the aperture lamp is internal to the enclosure; It is fixed with a suitable aerment to provide light.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 램프 시스템은 RF 구동 광원(RF driven light source); 상기 RF 구동 광원에 설치된 렌즈 튜브(a lens tube); 상기 렌즈 튜브와 광원 사이에 설치되고 광원으로부터의 EMI를 감소시키도록 만들어진 RF 조절 밸브(RF chock)를 포함한다. 예를 들어, 상기 RF 조절 밸브는 도체성 메시 스크린(a conductive mesh screen)을 포함한다.According to another feature of the invention, the lamp system comprises an RF driven light source; A lens tube installed in the RF driving light source; And an RF chock valve installed between the lens tube and the light source and adapted to reduce EMI from the light source. For example, the RF regulating valve includes a conductive mesh screen.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 램프 시스템은 길이, 너비, 깊이를 가지면서, 길이 또는 너비 중의 어느 하나 보다 훨씬 작은 깊이를 가지는 것을 특징으로 하는 엔클로져; 상기 엔클로져 내부로 빛을 유도하도록 설치된 아피쳐 램프; 및 상기 아피쳐 램프로부터 빛을 수신하고 상기 엔클로져 내부에 보다 균일하게 광출력이 분포하도록 형상(shape)을 갖추도록 만들어진 렌즈 시스템을 포함한다. 예를 들어, 상기 엔클로져는 표준적인 2??2 또는 2??4의 홈통(trough)을 포함하며 상기에서 렌즈 시스템은 깊이와 관련된 하나의 차원(one dimension)에서 빛의 각상 분포(angular extent)를 감소시키기 위하여 설치된 실린더형 렌즈를 포함한다.According to another feature of the invention, the lamp system has an enclosure, characterized in that having a length, width, depth, having a depth much smaller than any of the length or width; An aperture lamp installed to guide light into the enclosure; And a lens system adapted to receive light from the aperture lamp and to have a shape such that light output is more evenly distributed within the enclosure. For example, the enclosure includes a standard 2 ?? 2 or 2 ?? 4 trough where the lens system is an angular extent of light in one dimension with respect to depth. It includes a cylindrical lens installed to reduce the.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 투영 시스템(a projection system)은 무전극 광원(electrodeless light source); 상기 무전극 광원에 의하여 조명된(illuminated) 이미지 게이트(an image gate); 및 상기 이미지 게이트로부터 이미지를 투영하기 위하여 선택적으로 개폐되는 셔터(a shutter)를 포함하며, 상기에서 무전극 광원은 상기 셔터의 개폐(the opening and closing)에 따라서 조절된다.According to another feature of the invention, a projection system comprises: an electrodeless light source; An image gate illuminated by the electrodeless light source; And a shutter that is selectively opened and closed to project an image from the image gate, wherein the electrodeless light source is adjusted in accordance with the opening and closing of the shutter.
본 발명의 선행의 기술된 특징 및 다른 특징은 개별적으로 또는 조합되어 이루어진다. 본 발명은 청구항에서 명백하게 표현되지 않는 한 상기와 같은 특징들의 둘 또는 그 이상이 필요한 것으로 추론되어서는 아니된다.The foregoing and other features of the invention are made individually or in combination. The present invention should not be inferred as requiring two or more of the above features unless expressly stated in the claims.
일반적으로, 본 발명의 다양한 특성은 아피쳐 램프(an aperture lamp)의 빛을 효과적으로 이용하는 램프 시스템과 관련된다. 램프 플라즈마에 의한 흡수(absorption)와 재-방사(re-emission)를 위하여 몇몇 특성은 아피쳐로부터 방출되는 빛의 일부를 상기 아피쳐로 되돌려 보낼 수 있도록 형성된 새로운 구조와 관련된다.In general, various aspects of the present invention relate to lamp systems that effectively utilize the light of an aperture lamp. Some properties related to the absorption and re-emission by the lamp plasma relate to the new structure formed to return some of the light emitted from the aperture back to the aperture.
본 발명의 미리 기술되고 그와는 다른 목적, 특징, 이점은 수반되는 도면에서 제시된 보다 특정적인 적적한 실시 형태에 대한 아래의 설명으로부터 명백해질 것이며, 도면에서 참조 부호는 일반적으로 다양한 관점에서 본 동일한 부분과 관련된다. 도면에서 축척이 일치될 필요는 없으며, 도면에서 강조하고자 하는 점은 본 발명의 원리를 제시하고자 하는 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The previously described and other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from the following description of more specific suitable embodiments set forth in the accompanying drawings, in which like reference numerals are generally the same as viewed from various points of view. Is associated with. The scales need not be consistent in the drawings, and the emphasis is placed on the drawings to present the principles of the invention.
도 1은 에텐듀(etendue) 재순환을 실행을 위한 본 발명에 따른 램프시스템의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.1 shows a schematic cross-sectional view of a lamp system according to the invention for carrying out etendue recycling.
도 2는 람베르시안 분포(Lambertian distribution)와 비교할 때 아피쳐 램프에 대한 빛의 각 분포 그래프를 도시한 것이다.FIG. 2 shows a graph of each distribution of light for an aperture lamp as compared to the Lambertian distribution.
도 3은 비-제한적인 출력을 가진 램프 시스템, 제한된 출력과 재 순환을 하지 않는 램프 시스템 및 제한된 출력과 에텐듀 재-순환을 이용하는 램프시스템에 대한 빛 강도 대 빔 각(intensity versus beam angle)의 그래프를 도시한 것이다.3 shows the intensity versus beam angle of a lamp system with a non-limiting output, a lamp system with limited power and no recirculation, and a lamp system with limited power and etendue recirculation. The graph is shown.
도 4는 편광성 재-순환을 위한 높은 온도의 와이어 그리드 평광기(a high temperature wire grid polarizer)를 이용하는 본 발명에 따른 램프 시스템의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.4 shows a schematic cross-sectional view of a lamp system according to the invention using a high temperature wire grid polarizer for polarizing re-circulation.
도 5는 에텐듀 재-순환과 편광성 재-순환을 모두 이용하는 본 발명에 따른 램프 시스템의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.5 shows a schematic cross-sectional view of a lamp system according to the invention using both etendue recirculation and polarizable recirculation.
도 6은 본 발명에 따른 첫 번째 광 섬유 번들(fiber optic bundle)의 절단 사시도를 도시한 것이다.Figure 6 shows a cut perspective view of a first fiber optic bundle according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 광 섬유 번들을 이용하는 개략적인, 절단된 단면도를 도시한 것이다.7 shows a schematic, cut cross-sectional view using an optical fiber bundle according to the present invention.
도 8a부터 8d는 본 발명에 따른 광 섬유 번들을 만들기 위한 공정 단계의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.8a to 8d show schematic cross-sectional views of the process steps for making an optical fiber bundle according to the invention.
도 9a부터 9d는 본 발명에 따른 광 섬유 번들을 만들기 위한 대안적인 공정 단계의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.9A-9D show schematic cross-sectional views of alternative process steps for making optical fiber bundles in accordance with the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 두 번째 광 섬유 번들의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.10 shows a schematic cross-sectional view of a second optical fiber bundle in accordance with the present invention.
도 11은 본 발명에 따른 세 번째 광 섬유 번들의 사시도를 도시한 것이다.11 shows a perspective view of a third optical fiber bundle in accordance with the present invention.
도 12는 본 발명에 따른 마이크로-렌즈 배열(a micro-lens array)을 이용하는 램프 시스템의 개략적인, 절단 단면도를 도시한 것이다.FIG. 12 shows a schematic, cross-sectional cutaway view of a lamp system using a micro-lens array according to the present invention.
도 13은 모서리를 깍은 아피쳐(a chamfered aperture)을 이용하는 램프 시스템의 부분 단면도를 도시한 것이다.FIG. 13 shows a partial cross-sectional view of a lamp system using a chamfered aperture.
도 14는 도 13의 모서리를 깍은 아피쳐의 확대 절단 단면도를 도시한 것이다.FIG. 14 is an enlarged cross-sectional view of the cut corner of FIG. 13.
도 15는 전구 아피쳐를 규정하기 위한 광학 기기를 이용하는 램프 시스템의 단면도를 도시한 것이다.15 illustrates a cross-sectional view of a lamp system using optical instruments to define bulb apertures.
도 16은 각 선택 코팅(angle selective coatings)을 이용하는 램프 시스템의 단면도를 도시한 것이다.FIG. 16 shows a cross-sectional view of a lamp system using angle selective coatings.
도 17은 본 발명에 따른 원격 아피쳐 램프 시스템의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.17 shows a schematic cross-sectional view of a remote aperture lamp system according to the present invention.
도 18은 본 발명에 따른 또 다른 원격 아피쳐 램프 시스템의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.18 shows a schematic cross sectional view of another remote aperture lamp system according to the invention.
도 19-24는 본 발명에 따른 다른 광학 기기 및 원격 아피쳐 구조의 사시도를 각각 도시한 것이다.19-24 show perspective views of different optical instruments and remote aperture structures, respectively, in accordance with the present invention.
도 25는 편광된 빛의 평면적인 광원을 제공하는 구조를 가진 광학 시스템의 다이어그램을 도시한 것이다.25 shows a diagram of an optical system having a structure that provides a planar light source of polarized light.
도 26은 도 25의 광학 시스템을 이용하는 램프 시스템의 단면도를 도시한 것이다.FIG. 26 illustrates a cross-sectional view of a lamp system using the optical system of FIG. 25.
도 27은 구성 요소로서의(integral) 광 막대를 가진 피복된(jacketed) 전구의 단면도를 도시한 것이다.FIG. 27 shows a cross sectional view of a jacketed bulb with an integral light rod.
도 28은 전구 자켓이 경사가 진(beveled) 구성 요소로서의 광 막대를 가진 피복된 전구의 단면도를 도시한 것이다.FIG. 28 shows a cross-sectional view of a coated bulb with a light bar as a component in which the bulb jacket is beveled.
도 29는 구성 요소로서의 렌즈를 가진 무전극 램프 전구의 단면도를 도시한 것이다.29 illustrates a cross-sectional view of an electrodeless lamp bulb with a lens as a component.
도 30은 도 29의 전구를 이용하는 아피쳐 램프의 단면도를 도시한 것이다.30 illustrates a cross-sectional view of an aperture lamp using the bulb of FIG. 29.
도 31은 볼 렌즈의 개략도를 도시한 것이다.31 shows a schematic diagram of a ball lens.
도 32는 본 발명의 특징에 따른 모울드된 볼 렌즈의 개략도를 도시한 것이다.32 shows a schematic diagram of a molded ball lens according to a feature of the present invention.
도 33은 모울드된 볼 렌즈의 전방 개략도를 도시한 것이다.33 shows a front schematic view of the molded ball lens.
도 34는 모울드된 볼 렌즈를 만드는 모울드의 단면도를 도시한 것이다.34 illustrates a cross-sectional view of a mold making a molded ball lens.
도 35는 모울드된 볼 렌즈를 만드는 대안적인 모울드의 단면도를 도시한 것이다.35 illustrates a cross-sectional view of an alternative mold that produces a molded ball lens.
도 36은 구성요소로서의 플랜지를 가진 모울드된 CPC의 개략도를 도시한 것이다.36 shows a schematic diagram of a molded CPC with flanges as components.
도 37은 모울드된 CPC의 단면도를 도시한 것이다.37 shows a cross sectional view of a molded CPC.
도 38은 구성요소로서의 플랜지를 가진 모울드된 TLP의 사시도를 도시한 것이다.38 shows a perspective view of a molded TLP with flanges as components.
도 39는 TLP의 단면도를 도시한 것이다.39 shows a cross-sectional view of a TLP.
도 40은 각이 진 단계들(angled steps)을 가진 끝이 가늘어지는 빛 원추형(a tapered light cone)의 개략도를 도시한 것이다.FIG. 40 shows a schematic of a tapered light cone with angled steps.
도 41은 렌즈를 함께 가진 테이프 진(a tapered) 빛 원추형의 개략도를 도시한 것이다.FIG. 41 shows a schematic of a tapered light cone with a lens.
도 42-44는 각각 CPC에 대한 좌측면도, 정면도, 저면도를 도시한 것이다.42-44 show left side, front and bottom views for CPC, respectively.
도 45-47은 도 42-44에 도시된 점선(the dashed line)을 따라 절단된 잘려진(truncated) CPC의 평면도, 정면도 및 우측면도를 각각 도시한 것이다.45-47 show top, front and right side views, respectively, of a truncated CPC cut along the dashed line shown in FIGS. 42-44.
도 48은 원거리 아피쳐를 가진 적당한 잘려진 CPC의 정면도를 도시한 것이다.48 shows a front view of a suitable truncated CPC with distant apertures.
도 49는 부분화된(segmented) 고체 CPC의 사시도를 도시한 것이다.49 shows a perspective view of a segmented solid CPC.
도 50은 부분화된 속이 빈 CPC의 사시도를 도시한 것이다.50 shows a perspective view of a partially hollow CPC.
도 51은 본 발명의 특징에 따른 굽은 가장자리 광선들(bending edge rays)을 위한 광학 시스템의 개략도를 도시한 것이다.51 shows a schematic diagram of an optical system for bending edge rays in accordance with an aspect of the present invention.
도 52는 굽은 가장자리 광선들의 또 다른 광학 시스템의 개략도를 도시한 것이다.52 shows a schematic diagram of another optical system of curved edge rays.
도 53은 본 발명의 특징에 따른 인텐듀(etendue) 선별 방법을 이용하는 램프 시스템의 단면도를 도시한 것이다.FIG. 53 illustrates a cross-sectional view of a lamp system using an etendue sorting method in accordance with aspects of the present invention. FIG.
도 54는 본 발명의 특징에 따른 각 선별 방법과 집적기를 이용하는 램프 시스템의 단면도를 도시한 것이다.54 illustrates a cross-sectional view of a lamp system utilizing each sorting method and integrator in accordance with aspects of the present invention.
도 55-59는 도 54에서 제시된 램프 시스템의 대안적인 광학 구조들의 단면도를 각각 도시한 것이다.55-59 show cross-sectional views of alternative optical structures of the lamp system shown in FIG. 54, respectively.
도 60은 도 59의 영역 60의 확대도를 도시한 것이다.FIG. 60 illustrates an enlarged view of area 60 of FIG. 59.
도 61은 본 발명의 특징에 따른 예시적인 광학 시스템의 개략적인 다이어그램을 도시한 것이다.61 shows a schematic diagram of an exemplary optical system in accordance with aspects of the present invention.
도 62는 본 발명의 특징에 따른 또 다른 예시적인 광학 시스템의 개략적인 다이어그램을 도시한 것이다.62 shows a schematic diagram of another exemplary optical system in accordance with aspects of the present invention.
도 63은 본 발명의 특징에 따른 또 다른 예시적인 광학 시스템의 개략적인 다이어그램을 도시한 것이다.63 shows a schematic diagram of another exemplary optical system in accordance with aspects of the present invention.
도 64는 본 발명의 특징에 따른 투영 시스템(projection system)의 개략적인 다이어그램을 도시한 것이다.64 shows a schematic diagram of a projection system in accordance with aspects of the present invention.
도 65는 본 발명의 또 다른 특징에 따른 편광 큐브을 이용하는 램프 시스템의 개략적인 다이어그램을 도시한 것이다.65 shows a schematic diagram of a lamp system using a polarizing cube according to another feature of the present invention.
도 66은 본 발명의 또 다른 특징에 따른 편광 큐브를 이용하는 램프 시스템의 개략적인 다이어그램을 도시한 것이다.66 shows a schematic diagram of a lamp system using a polarizing cube according to another feature of the present invention.
도 67-69는 본 발명의 특징에 따른 광학 홀더(an optics holder)의 평면도, 좌측면도 및 우측면도를 각각 도시한 것이다.67-69 illustrate top, left and right side views, respectively, of an optics holder in accordance with aspects of the present invention.
도 70은 광학 홀더의 사용에 적당한 아피쳐 전구의 정면도를 도시한 것이다.70 illustrates a front view of an aperture bulb suitable for use of the optical holder.
도 71-72는 본 발명의 특징에 따른 렌즈 튜브의 좌측면도, 평면도를 각각 도시한 것이다.71-72 show left and top views, respectively, of a lens tube in accordance with aspects of the present invention.
도 73은 렌즈 튜브에 의하여 수용되기에 적합한 RF 스크린의 개략도를 도시한 것이다.73 shows a schematic of an RF screen suitable for being accommodated by a lens tube.
도 74는 튜브에 설치된 RF 스크린의 확대된 절단 단면도를 도시한 것이다.74 shows an enlarged cross sectional view of an RF screen installed in a tube.
도 75는 본 발명의 특징에 의한 빛 상자(light box)에 사용되는 엔클로져의 사시도를 도시한 것이다.75 shows a perspective view of an enclosure used for a light box in accordance with aspects of the present invention.
도 76은 빛 상자에 사용된 렌즈의 사시도를 도시한 것이다.76 shows a perspective view of a lens used in a light box.
도 77은 빛 상자의 절단 단면도를 도시한 것이다.77 shows a cross sectional view of the light box.
아래의 설명에서, 제한하기 위한 목적이 아니라 설명의 목적을 위하여, 구체적인 상세한 사항들, 예를 들어 특별한 구조, 인터페이스, 기술 등, 이 설명되며 상기의 구체적인 설명은 본 발명의 자세한 이해를 제공하기 위함이다. 그러나, 상기와 같은 구체적인 사항들을 벗어나서 본 발명은 다른 실시 형태로 실행될 수 있다는 것은 제시된 기술에 대하여 이익을 가지는 당업자에게는 명백할 것이다. 몇몇 실시 예에서, 공지된 기기들과 방법들에 대한 기술은 불필요한 자세한 사항들로 인하여 본 발명의 기술이 불명확해지는 것을 피하기 위하여 생략된다.In the following description, for purposes of explanation and not for purposes of limitation, specific details are set forth, such as particular structures, interfaces, techniques, etc., and the above detailed description is intended to provide a detailed understanding of the invention. to be. However, it will be apparent to those skilled in the art having the benefit of the presented technology that the present invention may be practiced in other embodiments, without departing from the foregoing specific details. In some embodiments, descriptions of well-known devices and methods are omitted to avoid obscuring the technology of the present invention due to unnecessary details.
에텐듀 재-순환(Etendue recycling)Etendue recycling
본 발명에 따르면, 상기에서 언급된 PCT 공개 번호 WO 99/36940에서 아피쳐 램프가 기술된 곳에서 증가된 양의 빛은 아피쳐 램프로부터 필요한 에텐튜 내부로전달된다. 예를 들어, 투영 시스템과 같은 몇몇 실시 예에서, 중요한 수행 매개 변수는 주어진 면적과 각 허용값(angular acceptance)을 가진 광학 이미징 기기(an optical imaging element)에게 전달되는 루멘 수(the number of lumens)가 된다. 본 명세서의 내용에서 에텐듀,ε,은 다음과 같이 정의된다:According to the invention, an increased amount of light is transmitted from the aperture lamp into the necessary etheneu, where the aperture lamp is described in the above-mentioned PCT Publication No. WO 99/36940. For example, in some embodiments, such as projection systems, important performance parameters are the number of lumens delivered to an optical imaging element with a given area and angular acceptance. Becomes In the context of this specification, etendue, ε, is defined as follows:
ε= π×(면적)×sin2(θ)ε = π × (area) × sin 2 (θ)
상기에서 θ는 특정한 빛 광선의 원뿔형의 반각(the half angle of the cone of the specified light rays)을 나타낸다.In the above, θ represents the half angle of the cone of the specified light rays.
종래의 아크 램프와 같은 3 차원적인 광원은 다른 요소들 사이에서 발생하는 집광 효율 때문에 결과로서 발생하는 손실로 인하여 필요한 물체 또는 평면 위로 빛을 재 지향시키고(redirect) 수집하기 위한 외부 반사기(reflector)를 이용한다. 게다가, 아크 램프는 일반적으로 광원 루멘의 상당한 부분들이 다른 형태의 현저하게 밝지 않은 방전 부분으로부터 발산되도록 하면서 단지 국부적인 밝은 점(a localized bright spot)들만을 제공한다.Three-dimensional light sources, such as conventional arc lamps, have an external reflector for redirecting and collecting light over the required object or plane due to the resulting losses due to condensing efficiency between other elements. I use it. In addition, arc lamps generally provide only localized bright spots, allowing substantial portions of the light source lumen to diverge from other forms of notably bright discharge portions.
'940 공개의 아피쳐 램프는 상당히 균일한 광 출력을 가진 2 차원 광원을 제공하는 것에 의하여 상기에 제시된 많은 문제들을 처리한다. 볼 렌즈는 램프 아피쳐와 접촉하도록 위치시킬 수 있고 그에 따라 적당한 렌즈들은 필요한 광 각들을 가지는 빛을 제공하기 위하여 설치될 수 있다. 그러나, 한 걸음 더 나아간 개량을위한 잠재성은 본 발명의 발명자들에 의하여 확인되었다.The aperture lamp of the '940 publication addresses many of the problems presented above by providing a two-dimensional light source with a fairly uniform light output. The ball lens can be placed in contact with the lamp aperture so that suitable lenses can be installed to provide light with the necessary light angles. However, the potential for further improvements has been confirmed by the inventors of the present invention.
아피쳐 램프로부터의 실질적인 광 분포는 도 2에서 제시된다. 도 2에 도시된 것처럼, 보다 높은 각(higher angles)에 대하여 광 출력은 람베르시안(Lambertian) cos(θ) 곡선 보다 더 빨리 감쇠한다(fall off). 람베르시안 광 분포는 균일한 밝기(brightness)를 가진다. 환언하면, 임의의 각으로부터 관측된 밝기(brightness)는 동일한 값을 가진다. 상기의 결과는 람베르시안 광원의 임의의 각 필터링(angular filtering)은 동일한 밝기를 만들어 낸다는 것이다. 빛은 에텐튜로서 같은 비율로 더해지거나 감해진다.The actual light distribution from the aperture lamp is shown in FIG. 2. As shown in FIG. 2, for higher angles the light output falls off faster than the Lambertian cos (θ) curve. The Lambertian light distribution has a uniform brightness. In other words, the brightness observed from any angle has the same value. The result is that any angular filtering of a Lambertian light source produces the same brightness. Light is added or subtracted in the same proportions as the ethentu.
그러나, 서브-람베르시안 광원(sub-Lambertian source)에 대하여, 보다 큰 각에 대해서는 작은 빛(less light)이 존재한다. '940 공개 공보에서 기술된 렌즈 구조는 상기 각들을 투과된 빛 내부로 통합시키고 결과적으로 렌즈 구조들이 빛을 증가시키는 것 보다 더 크게 비례적으로 에텐듀를 증가시킨다. 본 발명의 제시된 특징에 따르면, 원하는 각을 벗어나는 빛은 인텐듀 상에 서브-람베르시안 광 출력의 충돌(impact)을 감소시키기 위하여 램프로 다시 재-지향시킨다. 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 아피쳐 램프의 크기는 제한된 출력 각에 대하여 보다 큰 램프 아피쳐 면적이 목적 에텐튜(target etendue)와 결합하도록 증가된다. 아피쳐 크기의 증가는 현저하게 광 출력의 양을 증가시키는 반면에 전방으로 지향된 밝기의 피크 값을 약간 감소시키는 효과를 가진다. 상기와 같은 차이(differential)는 목적 에텐듀 내부로 지향된 빛의 양에 있어서 실질적인 이득을 나타낼 수 있다.However, for sub-Lambertian sources, there is little light for larger angles. The lens structure described in the '940 publication incorporates the angles into the transmitted light and consequently increases the etendue significantly more than the lens structures increase the light. According to the presented feature of the present invention, light outside the desired angle is redirected back to the lamp to reduce the impact of the sub-lambersian light output on the intente. According to another feature of the invention, the size of the aperture lamp is increased so that for a limited output angle a larger lamp aperture area is combined with the target etendue. Increasing the aperture size significantly increases the amount of light output, while having the effect of slightly reducing the peak value of the brightness directed forward. Such a difference may represent a substantial gain in the amount of light directed into the target etendue.
엔텐듀 재-순환을 시킬 수 있는 하나의 램프 시스템은 아피쳐를 규정하는 반사성 외부 표면을 가지는 볼 렌즈를 이용한다. 큰 각의 빛은 램프 내부로 다시 되돌아가며, 상기 램프에서 빛은 재 흡수되고 앞서의 조정하는 구 접근(the previous integrating sphere approach)에 의하여 주어지는 가능성으로 빛은 재-방출된다. 상기와 같은 구조는 광출력을 감소시키는 결과를 가져오지만 인텐튜를 감소시키게 될 것이다. 광출력은 램프 아피쳐의 크기를 증가시키는 것에 의하여 더욱 증가될 수 있다.One lamp system capable of end-end recirculation uses a ball lens having a reflective outer surface that defines an aperture. The large angle of light is returned back into the lamp, where the light is reabsorbed and the light is re-emitted with the possibility given by the previous integrating sphere approach. Such a structure would result in a reduction in light output but would reduce the intent. Light output can be further increased by increasing the size of the lamp aperture.
도 1은 실행되는 엔텐듀 재-순환을 위한 적절한 램프 시스템의 개략적인 단면도를 도시한 것이다. 아피쳐 전구(3)는 세라믹 컵(7) 내부에 설치된 전구(5)를 포함한다. 전구(5)는 전방 세라믹 워셔(a front ceramic washer)(9)에 기댄 상태로 설치되고 전방 세라믹 워셔(9)는 첫 번째 아피쳐(11)와 경계를 형성한다. 전구(5)가 설치된 부분 외의 컵(7) 내부 공간은 반사성 세라믹 물질(13)로서 채워진다. 후방 세라믹 디스크(15)는 반사성 물질(13)의 뒤편에 컵(7)의 내부에 설치된다. 아피쳐 컵(3)의 구조와 관련된 보다 상세한 사항들은 '940을 참조할 수 있다.Figure 1 shows a schematic cross-sectional view of a suitable lamp system for the end-end recirculation performed. The aperture bulb 3 comprises a bulb 5 installed inside the ceramic cup 7. The bulb 5 is installed in a state of leaning against a front ceramic washer 9 and the front ceramic washer 9 forms a boundary with the first aperture 11. The space inside the cup 7 outside the portion where the bulb 5 is installed is filled with a reflective ceramic material 13. The rear ceramic disc 15 is installed inside the cup 7 behind the reflective material 13. For more details regarding the structure of the aperture cup 3, reference may be made to '940.
볼 렌즈(17)는 아피쳐(11) 전방에 설치되고 아피쳐(11)로부터 방출된 빛의 빔 각(the beam angle)을 감소시키는 기능을 한다. 광학 기기(19)는 볼 렌즈(17)로부터 일정한 간격을 두고 설치되며 통과하는 빛의 원하는 각에 해당하는 두 번째 아피쳐(21)를 형성하며(define), 상기에서 각은 대칭 광 축과 관련하여 정의된다. 아피쳐(11)와 접하는 반사성 표면(23)은 원하는 각의 범위를 벗어나는 적어도 일부 빛을 전구(5) 내부로 다시 향하도록 형성되어 있으며 상기 전구에서 빛은 플라즈마에 의하여 흡수되고 재 방출된다. 예를 들어, 경로 A를 따라 전파하는광자(photon)는 경로 B를 따라서 볼 렌즈(17)를 벗어나며 상기 경로 상에서 광자는 광학 기기(19)와 충돌하게 되며 경로 C를 따라서 전구(5)로 되돌아간다. 되돌아가는 낭비된 빛의 일부는 재 방출되고 원하는 각의 범위 내로 첫 번째 아피쳐(11)를 벗어나서 두 번째 아피쳐(21)를 통과할 가능성이 존재하며, 상기와 같은 가능성으로 인하여 아피쳐(21)를 통과하는 빛이 강도를 증가시킬 수 있다.The ball lens 17 is installed in front of the aperture 11 and functions to reduce the beam angle of light emitted from the aperture 11. The optics 19 are installed at regular intervals from the ball lens 17 and define a second aperture 21 corresponding to the desired angle of the light passing therethrough, wherein the angle is relative to the symmetrical optical axis. Is defined. The reflective surface 23 in contact with the aperture 11 is formed to direct at least some light outside the desired angle range back into the bulb 5, where the light is absorbed and re-emitted by the plasma. For example, a photon propagating along path A leaves the ball lens 17 along path B, where photons collide with the optics 19 and return to bulb 5 along path C. Goes. Some of the wasted light that is returned is re-emitted and there is a possibility of passing the second feature 21 out of the first feature 11 within the desired angle range, and because of this possibility The light passing through may increase the intensity.
도 1에서 제시된 적절한 구성 형태에 있어, 볼 렌즈(17)은 첫 번째 반지름 R1을 가지며 광학 기기(19)는 두 번째 반경 R2를 가지고, 상기 두 번째 반지름 R2는 R1보다 큰 값을 가진다. 볼 렌즈(17)와 광학 기기(19)는 공통 중심을 공유하지 않는다. 그러나, 그들 각각의 중심점들 C1, C2는 중심 라인 CL로 표시된 공통 광학 축을 따라서 정열 된다. 광학 기기(19)는 중심점 C2가 전구 내부에 위치하도록 형성되며 적절하게는 광학 기기(19)에 의하여 반사된 빛의 대부분이 아피쳐(11)를 통과하며 전구(5) 내부로 입사되도록 하기 위하여 아피쳐(11)에 적절하게 근접하여 형성된다.In the suitable configuration shown in FIG. 1, the ball lens 17 has a first radius R1 and the optics 19 has a second radius R2, the second radius R2 having a value greater than R1. The ball lens 17 and the optical device 19 do not share a common center. However, their respective center points C1, C2 are aligned along the common optical axis indicated by the center line C L. The optical instrument 19 is formed such that the center point C2 is located inside the bulb and suitably allows most of the light reflected by the optical instrument 19 to pass through the aperture 11 and enter the bulb 5. It is formed in close proximity to the aperture 11.
도 3은 제한되지 않는 출력을 가진 강도 대 빔 각의 그래프를 도시한 것이며, 제한된 출력 및 재 순환하지 않은 동일한 램프 시스템 및 에텐듀 재 순환을 이용하는 제한된 출력을 동일한 램프 시스템이 함께 도시되어 있다. 그래프로부터 명백한 것처럼, 단순히 출력을 제한하는 것(예를 들어, 반사되지 않는 아피쳐 스톱(non-reflecting aperture stop))은 강도를 증가시키는 것이 아니라 단지 빛의 빔 각을 감소시킨다. 그러나, 본 발명에 따라 에텐듀 재 순환을 이용하는 것에 의하여(예를 들어, 도 1의 실시 형태와 같은 방식으로), 단지 빔 각만 감소하는 것이 아니라, 빛 강도가 현저하게 증가한다.FIG. 3 shows a graph of intensity versus beam angle with unrestricted output, with the same lamp system with limited output and the same lamp system with no recirculation and with limited output using etendue recirculation. As is evident from the graph, simply limiting the output (eg, non-reflecting aperture stop) does not increase the intensity but merely reduces the beam angle of the light. However, by using etendue recirculation according to the present invention (eg, in the same manner as in the embodiment of FIG. 1), not only the beam angle is reduced but also the light intensity is increased significantly.
고온 편광성 재순환(High temperature polarization recycling)High temperature polarization recycling
앞서에서 언급된 '091 특허에서 기술된 것처럼, 원하지 않는 편광은 예를 들어 황(sulfur), 셀레늄(selenium), 텔루르(tellurium), 인듐 할로겐화물(indium halide) 및 다른 금속 할로겐화물들과 같은 램프 플라즈마에 의하여 유용하게 재 순환 될 수 있다. 상기와 같은 재 순환을 수행하는 종래의 광학 기기들은 Minnesota Mining and Manufacturing(3M)사에 의하여 제작된 이중 밝기 향상 필름(DBEF)과 같은 광학 필름들을 포함한다. 상기와 같은 필름들은 플라스틱으로 만들어지며 높은 온도를 견디지 못한다. 더욱이, 상기 필름들은 자외선(ultraviolet light)의 존재 하에서 질적 저하가 생길 수 있으며, 상기와 같은 질적 저하는 넓은 스펙트럼분포를 가지는 빛에 대하여 필름을 이용하는 광학 시스템의 가용 수명을 제한하게 된다.As described in the aforementioned '091 patent, undesired polarization can be achieved by lamp plasmas such as, for example, sulfur, selenium, tellurium, indium halides and other metal halides. Can be usefully recycled. Conventional optical devices that perform such recirculation include optical films such as dual brightness enhancing film (DBEF) manufactured by Minnesota Mining and Manufacturing (3M). Such films are made of plastic and cannot withstand high temperatures. Moreover, the films may experience a degradation in the presence of ultraviolet light, which degrades the useful life of the optical system using the film for light having a broad spectral distribution.
도 4는 편광성 재 순환을 위하여 고온 와이어 그리드 편광기(high temperature wire grid polarizer)를 이용하는 본 발명에 따른 램프 시스템의 단면도를 도시한 것이다. 아피쳐 전구(33)는 세라믹 컵(37) 내에 설치된 전구(35)를 포함하는 아피쳐 전구(3)와 유사하다. 전구(35)는 세라믹 와셔(39)에 기댄 상태로 설치되고 상기 세라믹 와셔(39)는 아피쳐(41)를 규정한다. 전구(35)가 설치된 부분을 제외한 컵(37)의 내부 공간은 반사성 세라믹 물질(43)로 채워진다. 후방 세라믹 디스크(45)는 반사성 물질(43)의 뒤편에서 컵 내부(37)에 설치된다.4 shows a cross-sectional view of a lamp system according to the invention using a high temperature wire grid polarizer for polarizing recirculation. The aperture bulb 33 is similar to the aperture bulb 3 including the bulb 35 installed in the ceramic cup 37. The light bulb 35 is installed in a state of leaning against the ceramic washer 39 and the ceramic washer 39 defines the aperture 41. The inner space of the cup 37, except for the portion where the bulb 35 is installed, is filled with a reflective ceramic material 43. The rear ceramic disc 45 is installed in the cup interior 37 behind the reflective material 43.
본 발명의 특징에 따르면, 와이어 그리드 편광기(46)는 아피쳐(41)의 전방에 직접 설치된다. 볼 렌즈(47)는 아피쳐(41)와 관련되어 편광기(46)의 반대편에 편광기(46)에 기대어 설치된다. 램프 시스템은 또한 선택적인 선명 편광기(an optional cleanup polarizer)(49)를 포함할 수 있고, 도 4에서 선택적인 선명 편광기(49)는 볼 렌즈(47)의 곡선형 외부 평면 위에 설치된다.According to a feature of the invention, the wire grid polarizer 46 is installed directly in front of the aperture 41. The ball lens 47 is mounted to the polarizer 46 against the polarizer 46 on the opposite side of the polarizer 46. The lamp system may also include an optional cleanup polarizer 49, in which an optional clear polarizer 49 is mounted on the curved outer plane of the ball lens 47.
와이어 그리드 편광기(46)는 원하는 편향성(polarity)을 가진 빛을 통과시키고 원하지 않은 편향성의 빛을 아피쳐(41)를 통하여 전구(35)로 되돌려 보내도록 형성되어 있다. 되돌아 온 빛은 충전물에 의하여 흡수되고 원하는 편향성을 가지고 재 방출될 가능성을 가지며, 상기와 같은 과정에 의하여 유용한 광 출력을 증가시킨다. 와이어 그리드 편광기(46)의 이점은 고온 물질(예를 들어 금속 또는 유리)로 만들어지고 높은 작동 온도(예를 들어, 적어도 400℃)를 견딜 수 있다는 점이다. 적당한 와이어 그리드 편광기들은 예를 들어 0rem, Utah의 Moxtek 사를 포함하는 다양한 제공자들로부터 상업적으로 이용 가능하다.The wire grid polarizer 46 is configured to pass light having a desired polarity and return light of an undesired deflection to the bulb 35 through the aperture 41. The returned light has the potential to be absorbed by the filler and re-emitted with the desired deflection, thereby increasing the useful light output. An advantage of the wire grid polarizer 46 is that it is made of a high temperature material (eg metal or glass) and can withstand high operating temperatures (eg at least 400 ° C.). Suitable wire grid polarizers are commercially available from various providers, including, for example, Moxtek, Inc. of 0rem, Utah.
특정한 램프 구조에 따라서, 아피쳐(41)의 전방 상의 직접적인 온도는 편광기(46)의 최대 작동 온도를 초과할 수 있다. 상기와 같은 환경에서, 편광기(46)는 설치되지 않으며 대신 선명 편광기(cleanup polarizer)(46)가 램프 시스템의 주 편광기로 사용된다. 편광기들(46, 49)은 볼 렌즈(47)와 통합적으로 만들어지거나 또는 분리된 별도의 장치로 만들어 질 수 있다.Depending on the particular lamp structure, the direct temperature on the front of the aperture 41 may exceed the maximum operating temperature of the polarizer 46. In such an environment, the polarizer 46 is not installed and instead a cleanup polarizer 46 is used as the main polarizer of the lamp system. The polarizers 46 and 49 can be made integrally with the ball lens 47 or as a separate device separate from it.
에텐듀 및 편광성 재 순환(Etendue and polarization recycling)Etendue and polarization recycling
도 5는 에텐듀 재 순환과 편광성 재 순환을 모두 이용하는 본 발명에 따른 램프 시스템의 단면도를 도시한 것이다. 아피쳐 램프(3)는 상기에서 도 1과 관련하여 기술된 것과 동일하다. 볼 렌즈(17)는 아피쳐 램프의 전방에 위치하고 광학 기기(19)는 이파쳐 램프(3)로부터 일정한 간격을 두고 있다. 와이어 그리드 편광기(51)는 광학 기기(19)에 의하여 규정된 두 번째 아피쳐(21)에 설치되어 있다.5 illustrates a cross-sectional view of a lamp system according to the present invention utilizing both etendue recirculation and polarizable recirculation. The aperture lamp 3 is identical to that described in connection with FIG. 1 above. The ball lens 17 is located in front of the aperture lamp, and the optical device 19 is spaced apart from the aperture lamp 3. The wire grid polarizer 51 is provided in the second aperture 21 defined by the optical device 19.
작동 시, 아피쳐(21)에 의하여 정의된 원하는 각 범위를 벗어나는 적어도 일부분의 빛은 아피쳐(11)를 통하여 전구로 되돌아가고 원하는 각 범위 내에 존재하지만 원하지 않는 편광성을 가진 적어도 일부분의 빛은 아피쳐(11)를 통하여 전구로 되돌아 간다. 결과적으로, 아피쳐(21)을 통하여 램프 시스템을 벗어나는 빛은 원하는 각 범위 내에 있고 동시에 원하는 편광성을 가진 빛이다. 전구로 되돌아 간 빛의 일부는 플라즈마에 의하여 재-순환되고 원하는 각 범위와 원하는 편광성을 가지고 램프 시스템을 벗어나게 되며, 상기와 같은 방법으로 유용한 빛 출력을 증가시킨다.In operation, at least a portion of the light outside the desired angular range defined by the aperture 21 is returned to the bulb through the aperture 11 and is within the desired angular range but at least a portion of the light with undesired polarization is Return to the bulb through the aperture (11). As a result, the light exiting the lamp system through the aperture 21 is light in the desired angular range and at the same time having the desired polarization. Some of the light returned to the bulb is recirculated by the plasma and leaves the lamp system with the desired angular range and the desired polarization, increasing the useful light output in this manner.
유리한 점으로서, 편광기(51)는 적당한 작동 온도에서 편광기의 작동온도를 유지하기 위하여 아피쳐 전구(3)으로부터 충분한 간격을 두고 있고, 상기 작동 온도는 전형적으로 구체적인 최대 작동 온도보다 훨씬 작은 값을 가진다. 더욱이, 와이어 그리드 편광기(51)의 물질은 UV 빛의 존재 하에서 실질적인 질적 저하를 발생시키지 않고, 그에 의하여 램프 시스템의 가용 수명을 제한하지 않는다.Advantageously, the polarizer 51 is sufficiently spaced from the aperture bulb 3 to maintain the operating temperature of the polarizer at a suitable operating temperature, which operating temperature typically has a value much smaller than the specific maximum operating temperature. . Moreover, the material of the wire grid polarizer 51 does not cause substantial quality degradation in the presence of UV light and thereby does not limit the useful life of the lamp system.
조합 에텐듀/편광성 재 순환 램프 시스템의 보다 유리한 점은 와이어 그리드편광기(51)과 함께 적당한 구조를 가진 광학 기기(19)는 전자기적 간섭(EMI) 누설을 감소시킬 수 있다는 점이다. 광학 기기(19)와 편광기(51) 양쪽 모두 도체성 물질로 만들어 질 수 있다. 예를 들어, 광학 기기(19)는 은(silver)으로 만들어진 거울(a mirror)을 포함할 수 있고 와이어 그리드 편광기(51)는 금속 와이어들의 배열(an array of metal wires)을 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 광학 기기(19)와 편광기(51)는 전기적 도체성 물질(예를 들어, 알루미늄)로 만들어진 렌즈 튜브 상에서 통합될 수 있고, 상기 모든 것들은 전기적으로 함께 연결될 수 있고 효과적인 EMI차폐(shield)를 형성하기 위하여 접지될 수 있다.A further advantage of the combined etendue / polarized recirculation lamp system is that, with the wire grid polarizer 51, an optical instrument 19 having a suitable structure can reduce electromagnetic interference (EMI) leakage. Both optical instrument 19 and polarizer 51 may be made of a conductive material. For example, the optics 19 may comprise a mirror made of silver and the wire grid polarizer 51 may comprise an array of metal wires. According to the invention, the optical device 19 and the polarizer 51 can be integrated on a lens tube made of an electrically conductive material (e.g. aluminum), all of which can be electrically connected together and effective EMI shielding ( may be grounded to form a shield.
광섬유 내부로의 빛의 효과적인 커플링(Efficient coupling of light into a fiber optic)Efficient coupling of light into a fiber optic
본 발명의 제시된 특징에 따르면, 아피쳐 램프로부터 광 섬유 번들(a fiber optic bundle) 내부로 보다 효과적인 빛의 커플링을 제공하기 위한 구조를 가지며, 상기에서 광 섬유 번들은 각각의 섬유(fiber)들 사이에 작은 틈새 공간(interstitial spaces)을 가진다. 상기 작은 틈새 공간은 각 섬유를 둘러 싼 클래딩(cladding)으로 인하여 "죽은 공간(dead space)"이 될 수 있다. 종래의 램프 시스템에 있어서, 작은 틈새 공간을 부딪히는 램프 시스템으로부터의 빛은 순차적으로 섬유로 전달되지 않고 낭비된 빛으로 소비되어 버린다. 상기 작은 틈새 공간(interstitial space)은 섬유 번들의 14-40%의 범위를 차지할 수 있으며 따라서 중요한 광 손실을 나타낸다.According to a presented feature of the invention, there is a structure for providing a more efficient coupling of light from an aperture lamp into a fiber optic bundle, wherein the fiber bundle is comprised of individual fibers. It has small interstitial spaces in between. The small crevice space can be a "dead space" due to the cladding surrounding each fiber. In a conventional lamp system, light from a lamp system that strikes a small gap space is consumed as wasted light instead of being sequentially transmitted to the fiber. The small interstitial space can range from 14-40% of the fiber bundle and thus represents a significant light loss.
본 발명에 따르면, 광학 섬유 번들의 수용 평면의 작은 틈새 면적 상에 반사 층(reflecting layer)을 설치하는 방법으로 상기와 같은 문제를 피할 수 있고, 빛이 도달하지 않는 각각의 섬유 평면들은 반사 층을 설치하지 않은 상태로 둔다. 작은 틈새 면적으로부터 반사된 빛은 활성 램프 공간(the active lamp volume) 내부로 되돌려 보내지고, 상기 되돌려 보낸 빛의 일부는 재 순환되고 재 방출된다. 상기 재 방출된 빛은 상기 섬유들에 의하여 전송되는 빛으로 활성 섬유 평면들(active fiber surfaces)을 차단하고 진입할(intercepting and entering) 가능성을 가진다. 반사성 작은 틈새 공간들은 효과적으로 아피쳐 램프의 반사성 엔벨로프의 일부분이 된다. 마찬가지로, 다음 단계로 각각의 섬유 아피쳐들의 합은 램프를 위한 효과적인 아피쳐 면적을 나타내고, 상기 아피쳐 램프는 적절하게 상기와 같은 효과적인 아피쳐 면적을 고려한 구조를 가지고 있다.According to the present invention, the above problem can be avoided by installing a reflecting layer on the small gap area of the receiving plane of the optical fiber bundle, and each of the fiber planes that do not reach the light has a reflective layer. Leave not installed. The light reflected from the small gap area is returned to the inside of the active lamp volume, and part of the returned light is recycled and re-emitted. The re-emitted light has the possibility of intercepting and entering active fiber surfaces with light transmitted by the fibers. Reflective small gap spaces effectively become part of the reflective envelope of the aperture lamp. Likewise, in the next step, the sum of the respective fiber apertures represents an effective aperture area for the lamp, and the aperture lamp has a structure that considers such an effective aperture area as appropriate.
도 6은 본 발명에 따른 첫 번째 광 섬유 번들(a first optic bundle)의 절단 사시도를 도시한 것이다. 광 섬유 번들(61)은 다수 개의 각각의 광학 섬유들(63)을 포함한다. 상기 각각의 섬유들(63)은 그들 사이에 작은 틈새 공간을 규정하고 반사성 물질(65)은 작은 틈새 공간에 걸쳐서 설치된다.6 shows a cut away perspective view of a first optic bundle according to the invention. The optical fiber bundle 61 includes a plurality of respective optical fibers 63. Each of the fibers 63 defines a small gap between them and a reflective material 65 is installed over the small gap.
도 7은 본 발명에 따른 광 섬유 번들을 이용하는 광학 시스템의 개략적인 절단 단면도를 도시한 것이다. 아피쳐 램프(62)는 아피쳐(67)을 형성하는(define) 반사성 세라믹(66)에 의하여 덮힌(covered) 전구(64)를 포함한다. 램프 시스템은 그 위에 설치된 반사성 물질(65)을 가지는 번들의 한 쪽 끝이 아피쳐(67)에 인접하도록 설치되는 것과 같은 방식으로 형성되어 있다. 경로 A를 따라서 아피쳐를 벗어나고 플라즈마로부터 방출된 광자(photon)는 반사성 세라믹 물질(65)에 입사되고 플라즈마로 되돌아가며, 상기 과정에서 광자는 플라즈마(68)에 흡수되고 각각의 섬유들(63)의 하나로 입사될 가능성을 가지고 재 방출된다.Figure 7 shows a schematic cut cross-sectional view of an optical system using an optical fiber bundle according to the present invention. The aperture lamp 62 includes a bulb 64 covered by a reflective ceramic 66 that defines an aperture 67. The lamp system is formed in such a way that one end of the bundle with the reflective material 65 installed thereon is installed adjacent to the aperture 67. Photons leaving the aperture and emitted from the plasma along path A enter the reflective ceramic material 65 and return to the plasma, in which photons are absorbed by the plasma 68 and the respective fibers 63. Emitted again with the possibility of entering one of
유리한 점으로서, 광 섬유 번들의 광학적 성질은 작은 틈새 공간들 상에 반사성 층들을 형성하기 위한(depositing) 다양한 잠재적 과정들은 스스로에게 제공한다. 상기 과정의 하나가 아래에서 기술된다.Advantageously, the optical nature of the optical fiber bundle provides itself with various potential processes for depositing reflective layers on small gap spaces. One of the above processes is described below.
광자-활성 표면 화학(photo-active surface chemistry)은 패턴화된 금속화(patterned metalization)의 업계에 공지되어 있다. 상기 유형의 공정 과정에서, 얇은 필름 광자-활성 층은 종속적인 표면(subject surface) 위에 형성된다. 상기 표면은 빛에 노출된 영역에 있는 광자 활성 층의 화학적 활성을 변화시키는 패턴화된 이미지에 노출된다. 상기 "노출된(exposed)" 표면은 다음 단계로 미리 노출되어 있던 상기 영역 상의 초기 광 활성 층을 제거하기 위하여 화학적 성질들이 "전개(developed)"되고, 노출되어 있지 않았던 상기 영역에 얇은 필름 금속성 반사성 층을 선택적으로 형성시킨다. 활성 광 표면(active fiber surface)을 덮고 있는 영역을 노출시키는 것은 얇은 필름을 광자 활성화시키기 위하여 필요한 빛에 섬유 번들의 다른 표면을 노출시키는 것 만큼이나 간단하다.Photo-active surface chemistry is known in the art of patterned metalization. In this type of process, a thin film photon-active layer is formed on the subject surface. The surface is exposed to a patterned image that changes the chemical activity of the photon active layer in the area exposed to light. The “exposed” surface is “developed” in chemical properties to remove the initial photoactive layer on the area that was previously exposed to the next step, and a thin film metallic reflective to the area that was not exposed. The layer is optionally formed. Exposing the area covering the active fiber surface is as simple as exposing the other surface of the fiber bundle to the light needed to photon activate the thin film.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명에 따른 광 섬유 번들을 만들기 위한 공정 과정 단계의 개략적인 단면도를 도시한 것이다. 도 8a는 다수 개의 각각의 섬유들(73)과 작은 틈새 물질(74)을 포함하는 초기 광 섬유 번들을 도시한 것이다. 도 8b에서, 광 활성 접착 층(a photo-active adhesion layer)(77)은 광 섬유 번들(71)의한쪽 끝에 형성되고(deposited) 광 섬유 번들(71)의 다른 쪽 끝은 층(77)을 활성화시키기 위하여 적당한 빛(77)에 노출된다. 각각의 섬유들(73)과 일치하는 층(77)의 단지 상기 영역만이 실질적으로 빛에 노출된다. 도 8c에서 도시된 것처럼, 추가적인 공정 후에 나머지 접착 층(77)은 작은 틈새 영역(74)과 일치하는 영역에 해당한다. 마지막으로, 도 8d에서 도시된 것처럼, 금속화된 반사기 층(metalized reflector layer)(75)은 나머지 접착 층(77) 위에 선택적으로 형성된다.8A-8D show schematic cross-sectional views of process steps for making an optical fiber bundle according to the present invention. 8A shows an initial optical fiber bundle comprising a plurality of individual fibers 73 and a small crevice material 74. In FIG. 8B, a photo-active adhesion layer 77 is deposited at one end of the optical fiber bundle 71 and the other end of the optical fiber bundle 71 forms a layer 77. It is exposed to suitable light 77 to activate. Only this area of the layer 77 coinciding with each of the fibers 73 is substantially exposed to light. As shown in FIG. 8C, the remaining adhesive layer 77 after further processing corresponds to a region coinciding with the small gap region 74. Finally, as shown in FIG. 8D, a metalized reflector layer 75 is optionally formed over the remaining adhesive layer 77.
섬유 번들 상에 있는 작은 틈새 영역을 반사성 표면으로 선택적으로 전환시키기 위하여 사용될 수 있는 다양한 다른 공정 과정들이 존재한다. 상기 공정 과정은 추가적이다 - 즉 반사성 물질이 작은 틈새 공간에 선택적으로 추가된다. 선택적으로 제거되는 공정은 초기 얇은 필름이 섬유 표면에 광 활성적으로 접착되고 작은 틈새 영역으로부터 제거되는 곳에 적용될 수 있다; 전체적인 영역은 차후에 코팅되지 않은 틈새 영역에 잘 접착되는 반사성 물질로 코팅될 수 있다; 결과로서 나타나는 표면은 다음 단계로 활성이 강한 용매에 노출되고 상기 용매는 아래쪽에 형성된(underlying developed) 활성 섬유 표면 위의 광-활성 물질에 대하여 작용하지만 틈새 물질 상의 반사성 물질에 대하여는 작용하지 않는다. 상기와 같은 것은 선택적으로 이루어 질 수 있고, 예를 들어 유기 광 활성 물질 및 무기 반사성 층으로 이루어 질 수 있다(상기 물질들은 금속성이거나 또는 색선별 성질(dichroic)을 가질 수 있다).There are a variety of other processing procedures that can be used to selectively convert small gap areas on the fiber bundles to reflective surfaces. The process is additional-that is, reflective material is optionally added to the small gap space. The optional removal process can be applied where the initial thin film is photoactively bonded to the fiber surface and removed from the small gap area; The whole area can be coated with a reflective material that later adheres well to the uncoated crevice area; The resulting surface is exposed to an active solvent in the next step and the solvent acts on the photo-active material on the underlying active fiber surface but not on the reflective material on the crevice material. Such may optionally be done, for example an organic photoactive material and an inorganic reflective layer (the materials may be metallic or have dichroic properties).
도 9a 내지 9d는 본 발명에 따른 광 섬유 번들을 만들기 위한 대안적인 공정 과정의 개략적인 단면도를 도시한 것이다. 도 9a에서, 광 섬유 번들(81)은 섬유번들의 끝 표면 상에 형성된(deposited) 광-안정화 될 수 있는 유기 물질(87) 층을 가진다. 도 9b에서 도시된 것처럼, 추가적인 공정과정 후에 제거되는 물질이 틈새 물질(84)과 일치하는 반면 나머지 물질(remaining)(87)은 섬유(fibers)(83)와 일치하는 물질이다. 도 9c에서, 방향성을 가지도록 형성된 층(85)이 번들(81)에 추가된다. 도 9d에서, 용매는 유기 층(87) 위에 형성된 반사성 물질(85)과 함께 유기 층(87)을 선택적으로 제거하기 위하여 사용된다. 남아 있는 반사성 층(85)은 틈새 물질(84)과 일치하는 반사성 물질에 해당한다.9A-9D show schematic cross-sectional views of an alternative process procedure for making an optical fiber bundle according to the present invention. In FIG. 9A, the optical fiber bundle 81 has a layer of organic material 87 that can be photo-stabilized deposited on the end surface of the fiber bundle. As shown in FIG. 9B, the material removed after the further processing coincides with the niche material 84 while the remaining material 87 is material that matches the fibers 83. In FIG. 9C, a layer 85 formed to be directional is added to the bundle 81. In FIG. 9D, a solvent is used to selectively remove the organic layer 87 along with the reflective material 85 formed over the organic layer 87. The remaining reflective layer 85 corresponds to the reflective material coinciding with the gap material 84.
유리한 점으로서, 상기 두 개의 공정 과정들은 반사성 층의 자체적으로 정열된 선택적인 공정 과정을 제공하기 위하여 섬유 번들의 기하학적 형태를 이용하며, 그에 의하여 추가적인 광-마스크의 필요성을 제거하며 제고 공정을 단순화시킨다.Advantageously, the two process steps utilize the fiber bundle geometry to provide a self-aligned selective process of the reflective layer, thereby eliminating the need for additional photo-masks and simplifying the inventory process. .
색 재순환(Color recycling)Color recycling
도 10은 본 발명에 따른 두 번째 광 섬유 번들의 개략적인 단면도를 도시한 것이다. 본 발명의 제시된 특징에 따르면, 틈새 공간에 존재하는 반사성 물질은 훨씬 더 많은 빛을 재 순환시키기 위하여 선택적인 파장 반사와 결합한다. 도 10에서, 광 섬유 번들(91)은 각각의 광 섬유(93)와 틈새 물질(94)을 포함한다. 번들(91)의 한 쪽 끝은 추가적으로 틈새 물질(94)과 선택적인 반사성 층(95)과 일치하는 완전히 반사하는 층(95)을 포함하며, 완전히 반사하는 층(95)은 섬유(93)와 적어도 일치하고 도 10에 도시된 것처럼 번들(91)의 상기 끝의 전 평면을 덮고 있다. 예를 들어, 선택적인 반사성 물질(97)은 레드/그린/블루(red/green/blue :RGB) 대역 통과 색선별 물질(band pass dichroic material)을 포함한다. 작동 시, 반사 층(95)에 입사하는 빛은 전구로 되돌아가고 원하는 파장 범위를 벗어나면서 반사 층(97)에 입사하는 빛은 선택적으로 재 순환을 위하여 전구로 되돌아 간다. 공정 과정을 고려하여, 선택적인 반사성 층(97)과 반사성 층(95)의 순서는 역으로 될 수 있다(예를 들어, 색 선별 물질은 금속 물질의 상부에 있을 수 있다).10 shows a schematic cross-sectional view of a second optical fiber bundle in accordance with the present invention. According to the presented feature of the invention, the reflective material present in the interstitial space combines with selective wavelength reflection to recirculate even more light. In FIG. 10, optical fiber bundle 91 includes each optical fiber 93 and crevice material 94. One end of the bundle 91 additionally includes a fully reflecting layer 95 that coincides with the interstitial material 94 and the optional reflective layer 95, wherein the fully reflecting layer 95 is formed from the fibers 93. At least coincident and covers the entire plane of the end of the bundle 91 as shown in FIG. 10. For example, the optional reflective material 97 includes a red / green / blue (RGB) band pass dichroic material. In operation, light incident on reflective layer 95 is returned to the bulb and light incident on reflective layer 97 selectively returns to the bulb for recirculation outside the desired wavelength range. Considering the process, the order of the optional reflective layer 97 and the reflective layer 95 may be reversed (eg, the color picker material may be on top of the metal material).
대안으로, 세 개의 분리된 번들은 동일한 램프의 세 개의 각 아피쳐로부터 동시에 분리된 색 대역(separate color bands)(예를 들어, 레드, 그린 및 블루에 대하여 각각 하나씩) 선택적으로 추출하기 위하여 사용될 수 있다. 세 개의 분리된 섬유 또는 섬유 번들은 세 개의 원하는 RGB 대역에 대하여 색 선별 대역통과 필터(dichroic bandpass filters)를 이용하여 코팅될 수 있다. 각 대역 통과 필터로부터 반사된 빛은 필터가 아피쳐 램프에 매우 근접하여 위치하기 때문에 즉시 재 순환 될 수 있을 것이다.Alternatively, three separate bundles can be used to selectively extract separate color bands (eg, one for each of red, green, and blue) simultaneously from each of the three features of the same lamp. have. Three separate fibers or fiber bundles can be coated using dichroic bandpass filters for three desired RGB bands. The light reflected from each bandpass filter will be immediately recirculated because the filter is located very close to the aperture lamp.
또 다른 대안으로, 큰 코어 광 섬유(a large core optical fiber), 테이퍼 진 광 파이프(a tapered light pipe) 또는 다른 광 도파관(light guide)은 아피쳐 램프의 끝단에 있는 도파관의 끝에 있는 색 선별 대역 통과 필터를 가지도록 형성될 수 있다. 원하는 파장 범위를 벗어나는 빛은 섬유/TLP/광 도파관을 통하여 반사되어 되돌아가고 아피쳐를 통하여 램프로 다시 입사된다. 상기에서 기술된 것처럼, 세 개의 분리된 도파관은 RGB 대역의 각각을 위하여 사용될 수 있다. 섬유/TLP/광 도파관은 원하지 않은 편향성 빛을 재 순환시키는 어느 하나의 끝 부분에 있는 편광성 필터를 포함할 수 있다.Alternatively, a large core optical fiber, a tapered light pipe, or other light guide may be used as a color screening band at the end of the waveguide at the end of the aperture lamp. It can be formed to have a pass filter. Light outside the desired wavelength range is reflected back through the fiber / TLP / optical waveguide and returned back into the lamp through the aperture. As described above, three separate waveguides can be used for each of the RGB bands. The fiber / TLP / optical waveguide may include a polarizing filter at either end that recirculates unwanted deflected light.
도 11은 본 발명의 특징에 따른 세 번째 광 섬유 번들의 사시도를 도시한 것이다. 단일 섬유 번들(101)은 다른 기하학적 영역 위에 각각의 대역 통과 필터들(R, G, B)를 가지도록 형성되어 있고, 상기 각각의 밴드 패스 필터들은 RGB 색상의 각각을 위한 각각의 출력 윈도우들(103, 105, 107)을 분리한다. 각 대역 통과 필터로부터 반사된 빛은 필터들이 아피쳐 램프에 매우 근접하여 위치할 수도 있으므로 즉시 재 순환 될 수 있다. 편광성 필터는 멀리 떨어져서 위치하는 윈도우들(103, 105, 107)에 적용될 수 있고, 상기와 같은 적용에 의하여 재 순환을 위하여 섬유들을 통하여 원하지 않은 편광을 다시 반사시켜 되돌려 보내는 것에 의하여 램프 발생 효율을 증가시킨다. 번들(101)은 번들(101)의 R/G/B 대역 통과 필터 끝 부분에서 틈새 공간에 있는 반사성 물질을 포함할 수 있다.11 illustrates a perspective view of a third optical fiber bundle in accordance with aspects of the present invention. The single fiber bundle 101 is formed to have respective band pass filters R, G, B over different geometric regions, each band pass filter having respective output windows for each of the RGB colors ( 103, 105, 107). The light reflected from each bandpass filter can be immediately recycled because the filters may be located very close to the aperture lamp. The polarizing filter can be applied to remotely located windows 103, 105, and 107, and by this application the lamp generation efficiency is reflected back by reflecting back the unwanted polarization through the fibers for recirculation. Increase. The bundle 101 may include reflective material in the gap space at the end of the R / G / B band pass filter of the bundle 101.
마이크로-렌즈 배열(Micro-lens array)Micro-lens array
도 12는 본 발명에 따른 마이크로-렌즈 배열을 이용하는 램프 시스템의 개략적인, 절단 단면도를 도시한 것이다. 마이크로-렌즈 배열(111)은 세 개의 렌즈(113, 115, 117)를 포함한다. 렌즈들(113, 115, 117)의 각각은 '국소적 아피쳐(local aperture)"를 규정하는 완전히 반사하는 색선별성(dichroic)과 어떤 색이 렌즈를 통과할 것인지를 규정하는 파장 선택 대역 통과 필터(예를 들어 R/G/B 각각의 하나)로서 한쪽 면이 처리된다(treated). 배열(111)은 전구(121) 가까이에 설치되고 전구(121)를 둘러 싸고 있는 반사성 세라믹(125)에 의하여 정의된 아피쳐(123) 내에 위치한다. 세 개의 렌즈들은 세 개의 분리된 이미지를 만드는세 개의 서로 다른 광축 상에 존재하고, 상기 세 개의 분리된 이미지는 각각의 색 대역에 대하여 하나씩 만들어진다. 각 색상으로부터 사용되지 않는 빛은 램프 플라즈마 내부에서 재 순환된다.Figure 12 shows a schematic, cutaway cross-sectional view of a lamp system using a micro-lens arrangement according to the present invention. Micro-lens array 111 comprises three lenses 113, 115, 117. Each of the lenses 113, 115, and 117 is a wavelength selective bandpass filter that defines a fully reflective dichroic that defines a 'local aperture' and which color will pass through the lens. One side is treated as (for example, one each of R / G / B) The array 111 is installed in the reflective ceramic 125 which is installed near the light bulb 121 and surrounds the light bulb 121. It is located within the aperture 123 defined by the three lenses, which are located on three different optical axes which make three separate images, which are made one for each color band. Unused light from color is recycled inside the lamp plasma.
상기에서 기술한 램프 시스템은 예시의 수단으로 제시된 것이며 제한으로 주어진 것은 아니다. 본 명세사 상의 이익이 존재하면서, 수 많은 다른 광학 시스템들이 본 발명의 다양한 특성을 이용하도록 만들어 질 수 있다.The lamp system described above is presented by way of example and not by way of limitation. With the benefit of the present specification, numerous other optical systems can be made to utilize the various features of the present invention.
완전하게 채워진 CPC를 가진 모서리가 절단된 아피쳐(Chamfered aperture with overfilled CPC)Chamfered aperture with overfilled CPC
본 발명의 제시된 특징에 따라, 아피쳐 램프는 테이퍼 진 아피쳐를 가지며 과도하게 채워진 광학 기기로의 밀접한 접근을 허용한다.In accordance with the presented features of the present invention, the aperture lamp has a tapered aperture and allows close access to overfilled optics.
광학 기기의 입구 면(예를 들어, 아피쳐 전구에 가장 가까운 면)이 완전히 광원에 의하여 비추어지지 않는 경우, 광학 기기는 불완전하게 채워졌다(underfilled)고 말한다. 상기와 같은 상황은 입구 면이 아피쳐보다 더 커고 상기 광학 기기는 아피쳐에 매우 근접하여 위치하고 있는 경우에 발생할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 볼 렌즈(17)는 아피쳐(11)와 관련하여 불완전하게 채워진 상태에 있다. 한편, 입구 면이 광원에 의하여 완전하게 비추어지는 경우 광학 기기는 완전하게 채워졌다(overfilled)고 말한다. 상기와 같은 상황은 입구 면이 아피쳐 보다 더 작거나 또는 광학 기기가 아피쳐로부터 일정 간격을 두고 배치된 경우에 발생할 수 있다. 예를 들어, 광 섬유 번들(61)은 도 7에서아피쳐(67)와 관련하여 완전하게 채워진다.If the entrance face of the optics (eg the side closest to the aperture bulb) is not fully illuminated by the light source, the optics are said to be underfilled. This situation can occur when the entrance face is larger than the aperture and the optics are located very close to the aperture. For example, the ball lens 17 shown in FIG. 5 is in an incompletely filled state with respect to the aperture 11. On the other hand, the optical device is said to be completely overfilled when the entrance face is completely illuminated by the light source. Such a situation may occur if the entrance face is smaller than the aperture or if the optics are arranged at some distance from the aperture. For example, the optical fiber bundle 61 is completely filled with respect to the aperture 67 in FIG. 7.
몇몇 불완전하게 채워진 광학 기기들과 관련된 문제는 광 출력에 있어 원하지 않는 불 균일성을 발생시킬 수 있는 시차의 어두운 링(dark rings of parallax)이 나타난다는 것이다. 완전하게 채워진 광학 기기와 관련된 문제는 광학 기기의 모서리 부분을 너머 입사되는 빛이 손실된다는 것이다.A problem associated with some incompletely filled optics is the appearance of dark rings of parallax that can cause unwanted unevenness in the light output. The problem with fully filled optics is the loss of light incident beyond the edges of the optics.
본 발명의 특징은 아피쳐 면을 경사지게 하고(beveling), 상기와 같은 경사에 의하여 광학 기기가 보다 근접하도록 위치시키는 것에 의하여 완전하게 채워진 광학 기기에 대한 빛 손실의 양을 감소시키는 것이다.It is a feature of the present invention to reduce the amount of light loss for a fully filled optical device by beveling the aperture surface and positioning the optical device closer by the inclination as described above.
도 13-14와 관련하여, 램프 시스템(131)은 빛 방출 아피쳐(137) 영역을 제외하고 반사성 세라믹(135) 내부에 위치하는(encase) 전구(133)를 포함한다. 세라믹 디스크(136)(아피쳐 컵과 통합되어 설치될 수도 있다)는 아피쳐(137)를 형성한다(define). 디스크(136)의 전면(face)(138)은 전구(133)와 접촉하는 디스크(136) 면 상의 입구 영역이 디스크(136)의 반대편의 입구 영역보다 더 작도록 테이퍼 진(tapered) 형태로 되어있다. 달리 말하면, 아피쳐(133)의 면적은 전구(133)로부터 멀어지는 광 축을 따른 방향 상으로 증가한다. 상기와 같은 구조는 전구(133)에 대하여 보다 큰 광학적 접근을 허용하며 광학 기기(139)가 균일한 영역의 아피쳐와 비교할 때 상대적으로 보다 전구에게 밀접하게 위치하도록 할 수 있다.With reference to FIGS. 13-14, the lamp system 131 includes a bulb 133 encased inside the reflective ceramic 135 except for the light emitting aperture 137 region. The ceramic disk 136 (which may be installed integrally with the aperture cup) defines the aperture 137. The face 138 of the disk 136 is tapered so that the inlet area on the face of the disk 136 in contact with the bulb 133 is smaller than the inlet area on the opposite side of the disk 136. have. In other words, the area of the aperture 133 increases in the direction along the optical axis away from the bulb 133. Such a structure allows greater optical access to the bulb 133 and allows the optics 139 to be located closer to the bulb relative to the aperture of the uniform area.
램프 아피쳐를 규정하는 반사성 입구 면을 가진 속이 빈 CPC(Hollow CPC withreflective entrance face defining lamp aperture) Hollow CPC with reflective entrance face defining lamp aperture (CPC) with reflective entrance face defining lamp aperture
본 발명의 제시된 특징에 따르면, 첫 번째 광학 기기는 아피쳐 램프의 집적된 공간(integrating volume)의 일부분을 형성하고 광 방출 아피쳐(light emitting aperture)를 규정한다.According to the presented feature of the present invention, the first optics form part of the integrated volume of the aperture lamp and define a light emitting aperture.
상기에서 기술된 것처럼, 아피쳐 램프에 사용된 불완전하게 채워진 또는 완전하게 채워진 광학 기기 중 어느 하나와 관련된 문제가 존재한다. 본 발명은 전면(face)에 반사성 코팅을 가진 속이 빈 광학 기기(hollow optical element)을 이용하여 상기 문제들을 해결한다.As described above, there is a problem associated with either incompletely or completely filled optics used in an aperture lamp. The present invention solves these problems by using a hollow optical element with a reflective coating on the face.
도 15와 관련하여, 램프 시스템(141)은 아피쳐를 형성하는 세라믹 디스크를 가진 아피쳐 전구를 포함한다. 속이 빈 광학 기기(147)는 디스크(143)에 기댄 상태로 위치하고 아피쳐(151)를 형성하는 전면(face)(149)을 가진다. 본 발명의 제시된 특징에 따르면, 전면(149)의 외측 주위면(outer perimeter)은 이피쳐(145) 주위면의 바깥쪽이 되는 반면 전면(149)의 내측 주위면(inside perimeter)은 아피쳐(145)의 주위면의 내부가 되고, 전면(149)은 적어도 가시광선의 영역에서 높은 반사성(예를 들어 반사율이 90% 이상이 되도록)을 가지도록 만들어진다. 전면(149)의 반사성 표면에 입사하는 빛의 일부는 빛 방출 플라즈마로 되돌아간다. 따라서, 전면(149)은 아피쳐 전구를 위한 집적된 공간(the integrating volume)의 일부를 형성하고 아피쳐(151)는 아피쳐 전구를 위한 빛 방출 아피쳐를 제공한다.With reference to FIG. 15, lamp system 141 includes an aperture bulb with a ceramic disk forming an aperture. The hollow optics 147 have a face 149 that rests against the disk 143 and forms an aperture 151. According to the presented features of the present invention, the outer perimeter of the front face 149 is outward of the peripheral face of the feature 145 while the inner perimeter of the front face 149 is the aperture ( Being the interior of the peripheral surface of 145, the front surface 149 is made to have high reflectivity (e.g., reflectivity of 90% or more) at least in the region of visible light. Some of the light incident on the reflective surface of the front surface 149 is returned to the light emitting plasma. Thus, front face 149 forms part of the integrating volume for the aperture bulb and aperture 151 provides the light emitting aperture for the aperture bulb.
유리한 점으로서, 본 발명의 제시된 특징은 광학 기기의 출력면에서 좋은 공간적인 균일성(spatial uniformity)과 각도 상의(angular) 균일성을 가진 광학 기기(147)를 통과하는 높은 밝기를 유지한다. 속이 빈 광학 기기는 빛의 에텐듀 전환(etendue conversion)을 위하여 고체성 광학 기기보다 잠재적으로 보다 높은 효율성을 가진다. 예를 들어, 상기에서 언급된 것처럼, 고체성 광학 기기는 아피쳐를 불완전하게 채워야 한다(underfill)(즉, 빛으로 완전하게 채워야 한다). 속이 빈 광학 기기는 또한 고체성 광학 기기와 비교될 때, 특히 아피쳐(145)를 덮고(covering) 전구와 광학 기기 사이에 밀폐된 절연 공간(a closed insulated space)을 형성하고 있는 고체성 광학 기기와 비교될 때, 전구 윈도우의 전도성 냉각(conductive cooling)을 위하여 보다 좋은 열적 특성(thermal characteristics)을 제공한다. 본 발명의 제시된 특성의 또 다른 이점은 아피쳐 전구와 첫 번째 광학 기기 사이에 허용오차(tolerance)가 완화된다는 것이다. 광학 기기 자체가 아피쳐를 규정하기 때문에, 상기 시스템은 자체 결정되고 광학 기기는 전구와 관련하여 정확하게 중심이 일치된 필요가 없다.Advantageously, the proposed feature of the present invention maintains high brightness through the optics 147 with good spatial uniformity and angular uniformity at the output side of the optics. Hollow optics have potentially higher efficiency than solid state optics for the etendue conversion of light. For example, as mentioned above, solid state optics must underfill the aperture (ie, completely fill with light). Hollow optics are also compared to solid state optics, in particular solid state optics covering the aperture 145 and forming a closed insulated space between the bulb and the optics. Compared with, it provides better thermal characteristics for the conductive cooling of the bulb window. Another advantage of the presented features of the present invention is that the tolerance between the aperture bulb and the first optics is relaxed. Since the optics themselves define the aperture, the system is self-determined and the optics need not be exactly centered with respect to the bulb.
예를 들어, 광학 기기(147)의 전면(149)과 내부 면(153)은 적당한 반사성 표면을 제공하기 위하여 고온 색선별 코팅(a high temperature dichroic coating)으로 코팅 될 수 있다. 선택적으로, 코팅 과정에 따라서, 전체 광학 기기(147)를 코팅하는 것이 비용 면에서 보다 효율적일 수 있다. 광학 기기(147)는 CPC로 예시되었지만, 다른 속이 빈 광학 기기는 TLP, 광 막대 또는 집적기(a light rod or integrator), 및 구형 반사기 또는 각 선택기(a spherical reflector or angle selector)를 포함하여 제한 없이 이용될 수 있다.For example, the front side 149 and the inner side 153 of the optics 147 may be coated with a high temperature dichroic coating to provide a suitable reflective surface. Optionally, depending on the coating process, coating the entire optics 147 may be more cost effective. Optical instrument 147 is illustrated as a CPC, but other hollow optics include a TLP, a light rod or integrator, and a spherical reflector or angle selector. Can be used without.
적절하게, 속이 빈 광학 기기(147)는 내부 평면(153) 상에 가능한이음새(seams)가 없거나 거의 없도록 형성된다. 내부 이음새(seams)가 없는 광학 기기를 제조하는 한 가지 방법은 이음새 없는 모울드(a seamless mold) 주변에 속이 빈 석영 튜브를 수축시키는 것이다(shrink).Suitably, the hollow optics 147 are formed with little or no possible seams on the inner plane 153. One way to make optics without internal seams is to shrink hollow quartz tubes around a seamless mold.
선택적인 높은 각 차단(Selective high angle cutoffSelective high angle cutoff
본 발명의 제시된 특징에 따르면, 높은 각의 빛(high angle light)은 광 빔(the light beam)으로 제거되고 플라즈마에게 되돌아가고 상기 플라즈마에서 되돌아간 빛의 일부분은 원하는 빔 각의 범위로 재 방출된다. 제시된 특징에서는, 각 선택(the angle selection)은 가능한 빛 방출 플라즈마에 근접하도록 만들어진다. 선택된 각 범위는 예를 들어 광학 기기의 수용 각(acceptance angle)에 해당할 수 있다. 광원의 효율성을 증가시키는 것에 추가하여, 제시된 본 발명은 아피쳐로부터 방출된 빛의 이용 효율성을 증가시키며 상기와 같은 증가는 방출된 빛이 빔 각(beam angle)에 걸쳐서 보다 균일하기 때문에 발생한다.According to the presented feature of the present invention, high angle light is removed with the light beam and returned to the plasma and a portion of the light returned from the plasma is re-emitted to the desired beam angle range. . In the features presented, the angle selection is made to be as close as possible to the light emitting plasma. Each selected range may correspond to, for example, an acceptance angle of the optical instrument. In addition to increasing the efficiency of the light source, the present invention presented increases the utilization efficiency of the light emitted from the aperture and this increase occurs because the emitted light is more uniform over the beam angle.
도 16과 관련하여, 램프 시스템(154)은 아피쳐(159) 영역을 제외하고 반사성 세라믹(157) 내부에 위치하는 전구(155)를 포함한다. 광학 기기(161)는 광 축을 따라서 아피쳐(159)와 함께 정열한다. 예를 들어, 제한 없이 광학 기기(161)는 CPC, TLP, 구형 반사기, 막대(a rod), 원뿔형(a cone)이 될 수 있으며, 적절하게는 석영 또는 다른 고온의 유전체 물질(high temperature dielectric material)로 만들어 진다. 제시된 것처럼, 광학 기기(161)는 평면상의 전면들(a planar faces)을 가지는 석영 정 원뿔형(a right quartz cone)으로 나타난다. 각 선택 색선별코팅(an angle selective dichroic coating)은 전구 내부 평면(161), 전구 외부 평면(165), 광학 기기의 입구 면(167) 또는 광학 기기의 출구 면(169) 중 어느 하나 위에 설치된다. 예를 들어, 각 선택 코팅은 광 축(optical axis)에 대하여 ±25도의 각 범위 내에서 전구를 벗어나는 빛의 가시광선 영역에 대하여 높은 투과성을 가지며 상기 각 범위를 벗어나는 가시광선 영역의 빛에 대하여 높은 반사성을 가지도록 형성된다.In connection with FIG. 16, the lamp system 154 includes a light bulb 155 located inside the reflective ceramic 157 except for the region of the aperture 159. The optical instrument 161 aligns with the aperture 159 along the optical axis. For example, without limitation, the optics 161 may be a CPC, TLP, spherical reflector, a rod, a cone, suitably quartz or other high temperature dielectric material. Made of) As shown, the optics 161 appear as a right quartz cone with a planar faces. An angle selective dichroic coating is installed on any one of the bulb inner plane 161, the bulb outer plane 165, the entrance face 167 of the optics or the exit face 169 of the optics. . For example, each selective coating has a high transmittance for visible light regions outside the bulb within an angle range of ± 25 degrees relative to the optical axis and high for light in the visible region beyond that range. It is formed to have reflectivity.
전구(155) 위 또는 전구 근방의 코팅들(163-167)은 고온 색선별 코팅들인 반면에 코팅(169)은 상대적으로 저온 코팅이 될 수 있다. 평면들(163-167)로 이루어진 영역의 코팅은 일반적으로 전송(transport)으로 인한 손실 및 보다 멀리 떨어진 평면(169)으로부터의 반사(return)로 인한 손실 때문에 보다 효과적이다. 적절한 실시 예는 전구면 위에 코팅면들(163, 165), 광학 기기(161)의 입구 면(167) 위에 각 선택 코팅, 및 출구 면(169) 위의 비 반사 코팅(anti-reflective)을 가지지 않는다. 램프 시스템은 원격 아피쳐(remote aperture) 및/또는 3M사로부터 구입 가능한 DBEF와 같은 반사성 편광기(a reflective polarizer) 또는 출구 면(169) 위에 또는 근방에 설치된 상기에서 기술된 와이어 그리드 편광기(wire gird polarizer)를 포함할 수 있다. 상기와 같은 구조 및 광학 기기(161) 및 전구(155)가 빛 누설(light leakage)을 감소시키기 위하여 조밀하게 배치된다는 점과 관련하여, 광학 기기와 전구 사이의 영역은 반사성 편광기로부터 반사된(returned) 빛의 양과 높은 각 빛 차단(high angle light cutoff)으로 인하여 광자 플럭스 밀도(photon flux density)를 상대적으로 증가시킬 수 있다. 적절한 구조가 형성된 경우, 발생된 빛의 50% 또는 그 이상의 양이 상기 영역을 통하여 플라즈마로 되돌아 갈 것이다. 증가된 광자 플럭스 밀도는 보다 람베르시안 빛 출력에 근접하는 빛을 제공하는 추가적인 이점을 가질 것이다.Coatings 163-167 over or near bulb 155 are hot dichroic coatings, while coating 169 may be a relatively low temperature coating. Coating of the area consisting of planes 163-167 is generally more effective due to loss due to transport and loss due to return from farther plane 169. A suitable embodiment does not have coating surfaces 163, 165 on the bulb face, each optional coating on the inlet face 167 of the optics 161, and an anti-reflective coating on the outlet face 169. Do not. The lamp system is a wire polarizer and / or a wire gird polarizer as described above mounted on or near an exit surface 169 or a reflective polarizer such as DBEF available from 3M. ) May be included. With respect to such a structure and that the optical device 161 and the light bulb 155 are densely arranged to reduce light leakage, the area between the optical device and the light bulb is returned from the reflective polarizer. The amount of light and the high angle light cutoff can increase the photon flux density relatively. If a suitable structure is formed, 50% or more of the generated light will return to the plasma through the region. Increased photon flux density will have the additional advantage of providing light closer to Lambertian light output.
원격 아피쳐(Remote aperture)Remote aperture
도 17과 관련하여, 아피쳐 램프 시스템(173)은 아피쳐(179) 영역을 제외하고 반사성 세라믹 물질(177) 내부에 위치하는(encased) 전구(175)를 포함한다. 테이프 진 광 파이프(a tapered light pipe : TLP)(181)는 아피쳐(179)와 함께 정열된다. 적절하게, 아피쳐(179)는 TLP(181)가 빛으로 완전하게 채워지도록 하기 위하여 TLP(181)의 좁은 끝부분보다 더 커다. TLP(181)는 전구(175)로부터 일정한 간격을 두고 위치하는 원격 아피쳐(185)을 규정하는 TLP(181)의 보다 큰 끝부분 위의 구조(a structure)(183)를 포함한다. 상기와 같은 램프 구조에 있어, 상기 구조(183)는 기본적으로 광 집적 수용기(the light integrating container)의 일부분이 된다.With reference to FIG. 17, the aperture lamp system 173 includes a bulb 175 encased inside the reflective ceramic material 177 except for the region of the aperture 179. A tapered light pipe (TLP) 181 is aligned with the aperture 179. Appropriately, the aperture 179 is larger than the narrow end of the TLP 181 so that the TLP 181 is completely filled with light. The TLP 181 includes a structure 183 over the larger end of the TLP 181 that defines a remote aperture 185 positioned at regular intervals from the bulb 175. In such a lamp structure, the structure 183 is essentially part of the light integrating container.
작동 시, 일부 광선들(A)은 원격 아피쳐(185)를 통하여 램프 시스템(173)을 벗어나는 반면, 다른 일부 광선(B)은 구조(183)에 의해 반사되고 TLP(181)을 통하여 되돌아가서 전구(185) 내부로 입사된다. 전구 내부로 다시 반사된 빛의 일부(B)는 반사성 물질(177)에 의하여 다시 유도되고 램 시스템을 벗어나는 빛처럼 전구(175)를 벗어날 수도 있다. 또한, 충전 물질의 적절한 선택(예를 들어, 황 또는 인듐 할로겐화물(indium halide))으로, 전구(175)로 재 입사된 빛의 일부(B)는충전물의 의하여 흡수되고 램프 시스템을 벗어나는 빛(A)으로 재 방출되고, 상기와 같은 방식에 의하여 시스템의 효율성을 증가시킨다. 램프 시스템 아피쳐로서 아피쳐(179)를 이용하는 램프 시스템과 비교할 때, 원격 아피쳐를 규정하는 구조(183)에 의하여 제공된 이점들은 아래와 같은 것들을 포함한다:In operation, some rays A exit the lamp system 173 through the remote aperture 185, while some rays B are reflected by the structure 183 and return through the TLP 181. It is incident into the light bulb 185. A portion B of light reflected back into the bulb may be guided back by the reflective material 177 and exit the bulb 175 like light leaving the ram system. In addition, with the appropriate choice of filling material (eg, sulfur or indium halide), a portion (B) of light re-incident to the bulb 175 is absorbed by the filler and exits the lamp system ( Back to A), increasing the efficiency of the system in this manner. Compared with the lamp system using the aperture 179 as the lamp system feature, the advantages provided by the structure 183 defining the remote feature include the following:
1) 구조(183)를 규정하는 아피쳐를 위한 보다 큰 선택 범위 - 예를 들어, 구조(183)는 높은 반사성 금속(예를 들어, 전구(175)와 접하는 구조(183) 면 위에 윤을 낸(polished)), 색 선별 코팅들, 또는 다른 높은 반사성 물질들로 만들어 질 수 있다;1) Larger selection range for the aperture defining structure 183-for example, structure 183 is glazed over the surface of structure 183 in contact with a highly reflective metal (eg, bulb 175). (polished), color screening coatings, or other highly reflective materials;
2) 전구에 대한 열적 요구 사항(thermal requirements)으로부터 아피쳐(185)에 대한 광학적 요구 사항의 분리 - 아피쳐(185)는 전구(175)로부터 멀리 떨어져 위치하므로, 아피쳐(185)는 아피쳐(179) 주위 영역에 비하여 높은 온도를 가지지 않는다;2) Separation of the optical requirements for the aperture 185 from the thermal requirements for the bulb-since the aperture 185 is located far from the bulb 175, the aperture 185 is an aperture 179 does not have a high temperature compared to the surrounding area;
3) 시스템 아피쳐를 형성하기 위한 잠재적인 보다 높은 정확성 - 금속 색선별 제조 공정 과정은 비견되는 세라믹 제조 공정 과정들보다 잠재적으로 보다 높은 정확성 및 반복 가능성을 가진다;3) Potential Higher Accuracy to Form System Aperture—Metal Chromatic Manufacturing processes have potentially higher accuracy and repeatability than comparable ceramic manufacturing processes;
4) 잠재적인 보다 높은 광학적 정열(optical alignment); 및4) potential higher optical alignment; And
5) 보다 좋은 구조 관리(configuration management) - 도 19-24에 도시된 것처럼, 광학 기기 및 원격 아피쳐는 메이 형상 및 크기(may shapes and sizes)을 가질 수 있다. 그러나, 단일 아피쳐 램프는 서로 다른 시스템 수준 요구 사항들을 충족시키기 위한 여러 개의 서로 다른 광학 기기들을 이용할 수 있다. 예를 들어,동일한 아피쳐 램프가 필요한 원격 아피쳐 구조를 가지도록 하기 위하여 광학 기기(optical piece)를 변경시키는 것에 의하여 원형의 광 섬유 또는 사각형 LCD 이미지 게이트(image gate)에게 결합 될 수 있다.5) Better Configuration Management—As shown in FIGS. 19-24, the optics and remote apertures may have may shapes and sizes. However, a single aperture lamp can use several different optics to meet different system level requirements. For example, the same aperture lamp can be coupled to a circular optical fiber or square LCD image gate by modifying an optical piece to have the required remote aperture structure.
도 18과 관련하여, 아피쳐 램프 시스템은 상기 기술된 시스템과 유사하며, 상기 시스템과 다른 점은 광학 기기(the optical element)가 원격 아피쳐(191)를 형성하는 구조(a structure)(189)를 가지는 복합 포물선 초점(compound parabolic concentrator : CPC)(187)이라는 점이다. 상기 CPC(187)는 고체성 또는 속이 빈 형태가 될 수 있으며 전형적으로 석영과 같은 유전체 물질로 만들어진다. 예를 들어, 구조(189)는 아피쳐(191)를 형성하기 위하여 제거된 부분(예를 들어 드릴을 이용하거나(drilled) 또는 기계로 성형된(machined))을 가지는 미러(a mirror)가 된다. 상기 미러는 광학적 투명 접착성(optically transparent adhesive)을 가진 고체 CPC의 끝 부분에 부착된다. 예를 들어, 상기 미러는 높은 광택성을 가진 금속 시트(polished sheet of metal)로 만들어진다. 대안으로, 구조(189)는 아피쳐(191)를 형성하기 위하여 위 부분에 만들어진(deposited) 패턴화된 색선별 코팅(patterned dichroic coating)을 가진 투명 석영 디스크가 된다. 상기 디스크(disc)는 CPC의 가장 자리 주위로 광학적 투명 접착성을 가진 속이 빈 CPC(a hollow CPC)에 부착된다. 다른 대안으로, 광학 기기 홀더(an optics holder)는 광학 기기(187)의 끝 부분에 반사성 구조(189)를 위치시키도록 설계될 수 있다.With reference to FIG. 18, the aperture lamp system is similar to the system described above, except that the optical element forms a structure 189 of the remote aperture 191. Compound parabolic concentrator (CPC) 187. The CPC 187 may be in solid or hollow form and is typically made of a dielectric material such as quartz. For example, structure 189 may be a mirror having portions removed (eg, drilled or machined) to form aperture 191. . The mirror is attached to the end of the solid CPC with an optically transparent adhesive. For example, the mirror is made of a highly polished sheet of metal. Alternatively, structure 189 is a transparent quartz disk with a patterned dichroic coating deposited on top to form aperture 191. The disc is attached to a hollow CPC with optically transparent adhesive around the edge of the CPC. Alternatively, an optics holder may be designed to position the reflective structure 189 at the end of the optics 187.
도 19 및 도 20에서, 본 발명의 특징에 따른 광학 기기는 TLP의 축에 수직인 원형의 단면적을 가진 끝이 잘려진 원뿔형(a truncated cone)으로 형성된 TLP를 포함하고 상기 원형의 단면적은 광원의 보다 근접하여 위치하는 TLP의 한 쪽 끝의 반대편에 있는 TLP의 끝 부분에 아피쳐를 형성한다(define). 원격 아피쳐는 임의의 필요한 형상을 가질 수 있다. 도 19에서 원격 아피쳐는 사각형인 반면에 도 20에서 원격 아피쳐는 원형이 된다.19 and 20, an optical device according to a feature of the invention comprises a TLP formed into a truncated cone with a circular cross-sectional area perpendicular to the axis of the TLP, the circular cross-sectional area being greater than that of the light source. Defines an aperture at the end of the TLP opposite to one end of the TLP in close proximity. The remote aperture can have any desired shape. In FIG. 19 the remote aperture is square while in FIG. 20 the remote aperture is circular.
도 21 및 도 22에서, 본 발명에 따른 광학 기기는 TLP 축에 수직이며 원격 아피쳐를 형성하는 사각형의 단면적을 가진 잘려진 사각 면으로 이루어진 피라미드의 형태로 된 TLP를 포함한다. 도 21에서, 원격 아피쳐는 타원형이다. 도 22에서 원격 아피쳐는 임의의 또는 상상 가능한 아피쳐 형상의 예로서 별 모양을 가진다.In Figures 21 and 22, the optical device according to the invention comprises a TLP in the form of a pyramid consisting of a truncated rectangular plane with a rectangular cross-sectional area perpendicular to the TLP axis and forming a remote aperture. In FIG. 21, the remote aperture is elliptical. In FIG. 22 the remote aperture has a star shape as an example of any or imaginable aperture shape.
도 23에서, 본 발명에 따른 광학 기기는 원격 아피쳐를 규정하는 실린더 막대형 광 도파관(cylindrical rod light guide)을 포함한다. 예시된 광 도파관은 실린더형이다. 그러나, 광 도파관은 일정한 단면적 또는 프리즘형의(prismatic) 광 도파관들을 포함하는 임의의 유용한 형상이 될 수 있다는 것을 인식할 것이다.In Fig. 23, the optical device according to the present invention comprises a cylindrical rod light guide defining a remote aperture. The illustrated optical waveguide is cylindrical. However, it will be appreciated that the optical waveguide may be of any useful shape, including constant cross-sectional area or prismatic optical waveguides.
도 24는 본 발명에 따른 원격 아피쳐를 규정하는 CPC의 사시도를 도시한 것이다. 광 도파관 또는 TLP 형태의 광학 기기의 내부에서, 빛은 원격 아피쳐를 벗어나거나 또는 램프로 반사되어 되돌아가기 전에 광학 기기의 벽면 상에서 여러 번 반사하게 된다. TLP와 비교할 때, CPC 형태의 광학 기기 내에서 대부분의 빛은 전형적으로 원격 아피쳐를 벗어나거나 또는 반사되어 램프로 되돌아 가기 전에 CPC의 벽 면 상에서(각각의 방향으로) 단 한 번만 반사하게 된다.24 shows a perspective view of a CPC defining a remote aperture in accordance with the present invention. Inside an optical device in the form of an optical waveguide or TLP, light is reflected several times on the wall of the optical device before exiting the remote aperture or reflecting back to the lamp. Compared to TLP, most light in CPC-type optics typically reflects only once (on each direction) on the wall of the CPC before exiting the remote aperture or reflecting back to the lamp.
도 24에서, 다수 개의 원격 아피쳐들이 CPC의 끝 부분 상에서 반사성 구조에 의하여 형성된다. 상기와 같은 구조는 예를 들어 광 섬유를 사용하는 분산된 조명분야에 있어서 유용하다. 제시된 구조에서, 두 개의 보다 큰 원격 아피쳐들이 차량의 헤트램프을 위한 광 섬유들(optical fibers)에게 결합되는 반면 보다 작은 원격 아피쳐들은 정지등(brake lights) 및/또는 내부 조명등을 위하여 광 섬유들에게 결합될 수 있다.In FIG. 24, a plurality of remote features are formed by the reflective structure on the end of the CPC. Such a structure is useful in distributed lighting applications using optical fibers, for example. In the proposed structure, two larger remote features are coupled to optical fibers for the vehicle's hemp lamp while the smaller remote features are used for optical lights for brake lights and / or internal lighting. Can be combined.
본 발명에 따른 다수 개의 광학 기기의 실시 예들이 본 명세서에서 기술되고 예시되었지만, 당업자는 수많은 다른 광학 기기들(예를 들어, 렌즈들)이 본 명세서에서 제시된 발명의 원리에 따라서 아피쳐 램프와 조합하여 사용될 수 있는 원격 아피쳐를 가지도록 형성될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 상기에서 제시된 광학 시스템은 예시로서 주어진 것이며 제한으로 주어진 것은 아니다. 본 명세서의 이익을 이용하는 형태로서, 수많은 다른 광학 시스템들이 본 발명의 다양한 특징들을 이용하기에 적합하도록 만들어 질 수 있을 것이다.Although embodiments of a plurality of optical instruments in accordance with the present invention have been described and illustrated herein, those skilled in the art will appreciate that many other optical instruments (eg lenses) may be combined with an aperture lamp in accordance with the principles of the invention presented herein. It will be appreciated that it can be configured to have a remote aperture that can be used. Thus, the optical system presented above is given by way of example and not by way of limitation. In the form of taking advantage of the present disclosure, numerous other optical systems may be made suitable to utilize the various features of the present invention.
편향된 빛의 평면 광원(Plane source of polarized light)Plane source of polarized light
본 발명의 제시된 특징에 따르면, 편향된 빛의 평면 광원은 투과성 및 반사성 편광 기기(투과된 하나의 편광성 및 반사된 두 번째 편광성)을 이용하는 구조를 포함하고 상기에서 편향 기기는 평면 형태를 가지며, 곡선 형이 아니고(예를 들어, 구형이 되지 않는다), 편향된 빛의 평면 광원은 상기 편향 기기에게 인접하는 렌즈를 포함한다.According to a presented feature of the invention, the planar light source of the deflected light comprises a structure using a transmissive and reflective polarizing device (one polarized light and a second polarized light transmitted) wherein the deflecting device has a planar shape, The planar light source of the deflected light, which is not curved (for example not spherical), comprises a lens adjacent to the deflecting device.
일반적인 문제는 균일한 평면 광원을 만들고 실용적일 만큼 밀접하게 에텐듀를 보존하면서 높은 각도에서 균일하지 않은 빛의 평면 광원(예를 들어 아피쳐 전구)으로부터 편향된 빛을 제공하는 것이다. 본 발명의 제시된 특징에 의하여 해결된 구체적인 문제는 재 순환되는 편향성 낭비 빛(recycled polarization waste light)의 양을 증가시키는 것이다.A common problem is to provide light that is deflected from a planar light source (eg, an aperture bulb) of non-uniform light at high angles while creating a uniform planar light source and preserving the etendue as practically as closely as possible. A specific problem solved by the presented features of the present invention is to increase the amount of recycled polarization waste light.
높은 각(high angles)에 대하여 본 명세서에서 기술된 아피쳐 램프의 광 출력은 람베르시안 cos(θ) 곡선보다 더 빨리 감쇠한다. 생성된 빛은 람베르시안 광원을 가정하고 일반적인 빛 강도(light intensity)(광원에 수직이고 광원을 중심점으로 하여)를 사용하는 것에 의하여 예견된 빛의 약 70 내지 80%가 된다.For high angles the light output of the aperture lamp described herein decays faster than the Lambertian cos (θ) curve. The generated light is about 70-80% of the light predicted by assuming a Lambertian light source and using a typical light intensity (perpendicular to the light source and centering the light source).
그러나, 아피쳐로부터의 빛은 법선(normal)으로부터 약 70도에 이르기까지는 람베르시안 분포에 가깝고 최대 람베르시안 각 이상의 빛은 재 사용을 위하여 반사되어 아피쳐 내부로 되돌아 갈 수 있다. 상기와 같은 것을 "에텐듀 재 순환"이라고 표시한다.However, light from the aperture is close to the Lambertian distribution from normal to about 70 degrees and light above the maximum Lambertian angle can be reflected for reuse and returned to the interior of the aperture. Such a thing is indicated as "the etendue recirculation".
도 25 - 26과 관련하여, 본 발명의 제시된 특징은 도 5에서 제시된 실시 예와 유사하고, 상기 실시 예와 다른 점은 볼 렌즈가 제외되고 렌즈(예를 들어, 평면-볼록 렌즈(plano-convex lens)가 효과적으로 재생될 수 있는 반사되고 편향된 낭비 빛의 양을 증가시키기 위하여 편향기(polarizer)와 결합되어 사용된다는 것이다. 편향기/렌즈는 원하지 않는 각을 반사시켜 전구 아피쳐 내부로 되돌려 보내기 위하여 중심 아피쳐를 가진 구형 미러와 결합된다.With reference to FIGS. 25-26, the presented features of the present invention are similar to the embodiment shown in FIG. 5, except that the lens is excluded from the ball lens (eg, plano-convex lens). A lens is used in conjunction with a polarizer to increase the amount of reflected and deflected waste light that can be effectively reproduced .. The deflector / lens is used to reflect unwanted angles back into the bulb aperture. It is combined with a spherical mirror with a central aperture.
구형 또는 곡선형의 편향 기기가 원하지 않는 편향성을 반사시켜 아피쳐 내부로 되돌려 보내기 위하여 요구될 수도 있다. 그러나, 곡선형의 편향성 기기들은 보다 복잡하고 높은 비용을 필요로 한다. 평면형의 편향 기기와 관련하여, 원하지않은 편향성을 가진 반사된 빛의 대부분은 아피쳐로 다시 입사되지 않는다. 유리한 점으로서, 본 발명의 특징에 따라 이용된 평면-볼록 렌즈(plano-convex lens)는 편향기로부터 반사된 빛을 상으로 만들어서(image) 광원 아피쳐(the source aperture) 내부로 다시 되돌려 보내고, 상기와 같은 방법에 의하여 회복되는 낭비 빛(waste light)의 양을 증가시킨다. 렌즈 또는 편향 기기는 미러의 중심 아피쳐 내부에 적당하게 설치될 수 있다. 전구 아피쳐 면적은 초기 알파 값(the initial alpha value)을 보존하기 위하여(미러 또는 편향기가 없는 경우에 비하여) 조정될 수 있다. 본 발명의 제시된 특징은 볼 렌즈, 중심 아피쳐, 편향 기기 및 렌즈의 크기를 위한 적당한 조정장치들(adjustments)과 결합하여 이용될 수 있다.Spherical or curved deflection devices may be required to reflect undesired deflection back into the aperture. However, curved deflection devices are more complex and require higher costs. In the case of planar deflection devices, most of the reflected light with unwanted deflection is not incident back into the aperture. Advantageously, the plano-convex lens used in accordance with the features of the present invention images the light reflected from the deflector and sends it back into the source aperture, The amount of waste light recovered by the above method is increased. The lens or deflection device may suitably be installed inside the central aperture of the mirror. The global aperture area can be adjusted to preserve the initial alpha value (relative to no mirror or deflector). The proposed features of the present invention can be used in combination with suitable adjustments for the size of the lens, center aperture, deflection device and lens.
도 26과 관련하여, 구형 반사기(193)는 전구 아피쳐의 평면(아피쳐 출구 평면)의 중심에서 곡률 중심이 같도록 설치되고, 상기과 같은 설치에 의하여 전구 아피쳐의 평면에서 아피쳐의 반전된 상(inverted image)을 형성한다. 구형 반사기의 중심 아피쳐는 첫 번째 차수까지(to first order)( 각 오류와 수차(error angles and aberrations)를 무시하고) 아피쳐 전구로부터의 빛의 최종적인 각 출력을 정의한다. 반사성 평면 편향 기기(195)는 구형 미러 아피쳐의 평면에 위치한다. 편향기의 반사면 바로 아래쪽에 렌즈를 두 번 통과하고 편향기로부터 반사되는 전구 아피쳐의 빛이 아피쳐 상에 상이 형성되도록 하는 초점 길이를 가지는 평면 볼록 렌즈(197)가 위치한다. 편향기(polarizer)는 렌즈의 평면에 결합될 수 있고(만약 열적으로 실용적이라면), 렌즈의 평면 위에 형성될 수 있거나 또는 광학적 평면의 각각에 프레스넬 비-반사성 코팅(Fresnel non-reflecting)을 형성하여 분리될 수 있다. 편향기로부터 반사된 빛의 양은 편향기 및 편향기의 반사성(reflectivity)에 의하여 범위가 정해지는 각에 의존한다.With respect to FIG. 26, the spherical reflector 193 is installed such that the center of curvature is equal at the center of the plane of the bulb aperture (the aperture exit plane), and the inversion of the aperture in the plane of the bulb aperture is achieved by such an installation. Form an inverted image. The central aperture of the spherical reflector defines the final angular output of light from the aperture bulb up to first order (ignoring error angles and aberrations). Reflective planar deflection device 195 is located in the plane of the spherical mirror aperture. Just below the reflecting surface of the deflector is a planar convex lens 197 having a focal length through which the light of the bulb aperture reflecting from the deflector is imaged on the aperture. The polarizer can be coupled to the plane of the lens (if thermally practical), can be formed on the plane of the lens or form a Fresnel non-reflecting on each of the optical planes. Can be separated. The amount of light reflected from the deflector depends on the deflection and the angle delimited by the reflectivity of the deflector.
집적된 광 막대와 경사진 아피쳐를 가진 전구(Bulb with integral light rod and beveled aperture)Bulb with integral light rod and beveled aperture
본 발명의 특징에 따르면, 집적된 광 막대를 가진 아피쳐 전구는 막대(rod)로 입사되는 빛을 산란시키는 것을 피하기 위하여 전구와 막대의 결합부 근처에서 경사진 반사성 세라믹 물질을 가진다.According to a feature of the present invention, an aperture bulb with an integrated light rod has a reflective ceramic material that is inclined near the junction of the bulb and the rod to avoid scattering light incident on the rod.
도 27과 관련하여, 램프 시스템은 반사성 세라믹 자켓(217) 내부에 설치된 통합된 실린더 막대형 광 도파관(213)(고체형이거나 또는 속이 빈 형태가 될 수 있다)을 가진 전구(215)를 포함한다. 전구(215)에서 발생된 빛은 광 막대(light rod)(213)를 통하여 램프 시스템을 벗어난다. 자켓(217)을 넘어서는 부분에서, 빛은 내부 전반사(total internal reflection)에 의하여 막대(213) 아래쪽으로 효과적으로 전달된다. 그러나, 세라믹 물질(217)과 막대(213) 사이의 접촉면(an interface)에 입사하는 빛은 산란되며, 상기 산란된 빛은 도 27에서 화살표를 가진 선으로 표시되었다. 막대(213)로 입사되는 빛의 상당한 부분은 램프 시스템의 외부로 전달되지 않는다.With reference to FIG. 27, the lamp system includes a light bulb 215 with an integrated cylinder rod optical waveguide 213 (which may be solid or hollow) installed inside the reflective ceramic jacket 217. . Light generated by the light bulb 215 exits the lamp system through a light rod 213. At the portion beyond the jacket 217, light is effectively transmitted below the rod 213 by total internal reflection. However, light incident on an interface between the ceramic material 217 and the rod 213 is scattered, and the scattered light is represented by a line with arrows in FIG. 27. A significant portion of the light incident on the rod 213 is not transmitted outside of the lamp system.
도 28과 관련하여, 본 발명의 제시된 특징은 자켓(217)의 경사진 표면(219)이 막대와 접촉하지 않도록 각 θ로 전구(215)와 막대(213)의 접합부 근처에서 세라믹 물질(217)을 경사지도록 하는 것에 의하여 상기와 같은 문제를 해결한다. 유리한 점으로서, 전구(215)와 막대(213)의 결합부 근처 막대(213) 벽에 입사하는 빛은 반사설 물질(217)을 가진 접촉면에 입사하지 않고, 빛의 상당한 부분은 내부 전반사에 의하여 막대(213) 아래쪽으로 전달된다.With reference to FIG. 28, the presented feature of the present invention is that the ceramic material 217 near the junction of the bulb 215 and the rod 213 at an angle θ such that the inclined surface 219 of the jacket 217 does not contact the rod. Solving the above problem solves the above problem. Advantageously, the light incident on the wall of the rod 213 near the junction of the bulb 215 and the rod 213 does not enter the contact surface with the reflective material 217, and a significant portion of the light is caused by total internal reflection. It is passed down the bar 213.
통합된 렌즈를 가진 전구(Bulb with integral lens)Bulb with integral lens
본 발명의 제시된 특징에 따르면, 무전극 램프 전구는 통합된 첫 번째 광학 기기에 적합하도록 만들어진다. 유리한 점으로서, 본 발명의 제시된 특징은 두 개의 광학 접촉면들과 하나의 열적 접촉면(thermal interface)을 필요로 하지 않는다.According to the presented feature of the invention, the electrodeless lamp bulb is made to be suitable for the first integrated optical device. Advantageously, the presented features of the present invention do not require two optical contact surfaces and one thermal interface.
본 명세서 및 '940 공개 공보에 기술된 몇몇 램프 시스템은 아피쳐 램프와 매우 근접한 위치에 있는 볼 렌즈 또는 다른 광학 기기의 사용을 보여준다. 상기와 같은 장치 배열에서, 전구의 표면과 광학 기기의 입구면은 두 개의 광학적 접촉면을 제공하고, 접촉면의 각각은 프레스넬 반사 손실(Fresenel reflection losses)의 영향을 받는다. 상기 표면들은 손실을 줄이기 위하여 비-반사 코팅으로 처리될 수 있지만, 상기와 같은 코팅은 전구의 높은 온도를 견딜 수 있어야 하고 비용이 추가되며 제조 공정 과정에서 복잡성을 가지게 된다. 상기와 같은 장치 배열이 가진 다른 문제는 전구 윈도우와 광학 기기 사이에 공기 공간(air space)은 전구 윈도우 온도를 증가시키는 원인이 되는 절연 층을 제공하게 되고, 잠재적으로 전구의 작동범위 또는 램프 시스템의 수명을 제한하게 된다.Some lamp systems described herein and in the '940 publication disclose the use of ball lenses or other optics in a position very close to the aperture lamp. In such a device arrangement, the surface of the bulb and the entrance face of the optics provide two optical contact faces, each of which is affected by Fresenel reflection losses. The surfaces can be treated with a non-reflective coating to reduce losses, but such coatings must be able to withstand the high temperatures of the bulb, add cost and have complexity in the manufacturing process. Another problem with such a device arrangement is that the air space between the bulb window and the optics provides an insulating layer that causes the bulb window temperature to increase, potentially reducing the operating range of the bulb or the lamp system. It will limit the lifetime.
본 발명은 전구와 통합된 첫 번째 광학 기기를 만드는 것에 의하여 상기와같은 문제를 해결한다. 도 29-30과 관련하여, 무전극 램프 전구 엔벨로프(221)는 몸체부(a body portion)(223)와 광학부(optics portion)(225)를 포함한다. 몸체부(223) 및 광학부(225)는 통합적으로 결합되고 단일체(monolithic)가 될 수 있고 함께 둘러싸인 공간(227)을 규정한다. 적절하고 예시된 실시 예에서 전구(221)는 평평한 입구면(223) 및 잘려진 볼 렌즈의 일반적인 형상을 가지는 광학부로 이루어진 사람의 눈의 단면적에 유사하다.The present invention solves this problem by making the first optical device integrated with the bulb. 29-30, the electrodeless lamp bulb envelope 221 includes a body portion 223 and an optics portion 225. Body portion 223 and optics 225 may be integrally coupled, monolithic, and define a space 227 enclosed together. In a suitable and illustrated embodiment, the bulb 221 is similar to the cross-sectional area of the human eye consisting of a flat entrance face 223 and optics having the general shape of the clipped ball lens.
전구(221)는 전구의 높은 작동 온도를 견딜 수 있는 석영, 다층-결정 알루미나(poly-crystalline alimuna), 사파이어(sapphire), 또는 다른 적당한 광 투과성 물질로부터 만들어진다. 적절한 실시 예는 아래와 같이 구성된다.The bulb 221 is made from quartz, poly-crystalline alimuna, sapphire, or other suitable light transmissive material that can withstand the high operating temperature of the bulb. A suitable embodiment is configured as follows.
1) 구형 석영 전구로부터 시작하고, 고체 석영 막대가 상기 전구에 결합된다(weld).1) Starting with a spherical quartz bulb, a solid quartz rod is welded to the bulb.
2) 결합 영역(the area of the weld)이 가열되고 석영 막대가 평평하게 만들어진 상태에서 전구의 내부로 밀어 넣어지고 광학부의 전면을 형성한다.2) With the area of the weld heated and the quartz rod flattened, it is pushed into the interior of the bulb and forms the front of the optic.
3) 석영 선반(a quartz lathe)을 사용하여, 토치(torch)가 전구로부터 떨어진 위치에서 막대 아래쪽에 적당한 길이로 위치시키고 상기 막대가 가열되고 당겨져서 볼 렌즈의 광학부의 곡선형의 바깥쪽 평면을 제공한다.3) Using a quartz lathe, place the torch at a suitable length under the rod at a position away from the bulb and the rod is heated and pulled to cover the curved outer plane of the optics of the ball lens. to provide.
4) 광학부가 원하는 형상을 갖추었을 때, 막대의 남은 부분은 잘라내고(pinch off) 광학부 위의 잘려진 부분은 열을 이용하여 끝마무리를 한다.4) When the optics have the desired shape, pinch off the remaining part of the rod and finish the cut off on the optics using heat.
상기에서 기술한 방법으로 만들어진 전구는 광학 측정 장치(optical calibration equipment)를 사용하여 특성을 가지도록 한다. 대략적인 치수들이 몸체부에 대하여 9.0 mm 의 직경, 광축 방향으로 전체적인 길이10.3mm, 광축 방향으로 광학부의 두께가 2.8mm(곡률 반경이 3.4mm)를 가지도록 만들어진 실시 예로서의 전구가 도 30에서 도시된 것처럼 아피쳐 반경(6 mm)을 가진 반사성 세라믹 자켓 내에 위치한다. 본 발명의 제시된 특징에 따른 전구를 위한 상대적인 빛 분포는 유사하게 형성된 반사성 자켓 내에 위치하는 구형 전구와 비교할 때 빔 각 ±30°에서 보다 평평하다.Bulbs made by the method described above are characterized by using optical calibration equipment. An approximate light bulb is shown in FIG. 30 in which the approximate dimensions are made to have a diameter of 9.0 mm relative to the body, an overall length of 10.3 mm in the optical axis direction, and a thickness of the optical part in the optical axis direction of 2.8 mm (curvature radius of 3.4 mm) As in a reflective ceramic jacket with an aperture radius (6 mm). The relative light distribution for the bulb according to the presented features of the invention is flatter at a beam angle of ± 30 ° as compared to a spherical bulb located in a similarly formed reflective jacket.
유리한 점으로서, 광학 기기는 전구와 통합되기(integral) 때문에, 광학 기기를 통하여 유도하는 빛(directing light)에 포함된 프레스넬 손실은 존재하지 않는다. 다른 이점은 전구와 첫 번째 광학 기기 사이의 에어 갭(air gap)이 제거된다는 것이다.Advantageously, since the optics are integrated with the bulb, there is no Fresnel loss included in the directing light through the optics. Another advantage is that the air gap between the bulb and the first optics is eliminated.
통합된 위치 장치를 가진 모울드 된 광학 기기(Molded optical element with integral positioning element)Molded optical element with integral positioning element
렌즈, TLP, 막대, CPC 등과 같은 다양한 광학 기기들이 아피쳐 램프로부터 빛을 유도하는데 유용하다. 광학 기기들은 광학 시스템에 안전하게 위치시키고 정열시키는 것은 어려운 일이 될 수도 있다. 일반적으로, 상기 기기들은 광 축 및 아피쳐와 관련하여 정확하게 위치시켜야 한다. 그러나 광학 기기의 표면과 접촉하는 핀 또는 마운트(pins or mounts)는 광 손실을 발생시킬 수도 있다. 다양한 광학적 투명 접착제들(adhesives)이 대안으로 사용될 수 있지만, 상기와 같은 접착제의 사용은 비용을 증가시키고 조립 공정을 복잡하게 하고 시스템의 수명 및 신뢰성을 감소시킬 수 있다.Various optical devices such as lenses, TLPs, rods, CPCs, etc. are useful for guiding light from an aperture lamp. Optical instruments can be difficult to locate and align safely in an optical system. In general, the devices must be accurately positioned with respect to the optical axis and the aperture. However, pins or mounts in contact with the surface of the optical device may cause light loss. Various optically clear adhesives can be used as an alternative, but the use of such adhesives can increase costs, complicate the assembly process, and reduce the lifetime and reliability of the system.
본 발명의 특징은 광학 경로(optical path)의 질적 저하를 유발시키지 않으면서 다른 기계적 및/또는 광학 기기들과 상호 접촉할 수 있는 통합적 위치 장치(integral positioning element)를 가진 모울드된 광학 기기를 제공하는 것에 의하여 상기와 같은 문제들을 해결한다.It is a feature of the present invention to provide a molded optic having an integrated positioning element capable of mutual contact with other mechanical and / or optical instruments without inducing a qualitative degradation of the optical path. Thereby solving the above problems.
도 31은 많은 광학 시스템을 위한 아피쳐 램프와 결합되어 사용되기에 적당한 잘려진 볼 렌즈를 제시한다. 입구 면은 전형적으로 빛 방출 아피쳐 보다 훨씬 큰 면적을 가지며 볼 렌즈의 측면들은 빛이 렌즈의 측면 부분으로 유도되지 않으므로 모서리가 깍여진(chamfered) 상태가 된다. 도 32-33은 본 발명의 제시된 특징에 따른 모울드 된 볼 렌즈를 나타낸 것이다. 볼 렌즈는 입구면 가까이에 통합적인 플랜지(integral flange)와 두 개의 키 슬롯들(233, 235)을 가진 단일형으로 이루어진다. 상기에서 기술된 것처럼, 원뿔의 45°이상에는 빛이 존재하지 않으며 상기 영역의 바깥쪽으로 모울드 된 렌즈의 형상은 광학적 효과를 가지지 않는다. 유리한 점으로서, 플랜지와 키 스롯(keying slots)은 상기 영역의 바깥 쪽에 위치하며 렌즈의 광학 기능을 손상시키지 않는다.FIG. 31 presents a truncated ball lens suitable for use in conjunction with an aperture lamp for many optical systems. The entrance face typically has a much larger area than the light emitting aperture and the sides of the ball lens are chamfered because light is not directed to the side portions of the lens. 32-33 illustrate a molded ball lens in accordance with the presented features of the present invention. The ball lens consists of a single piece with an integral flange and two key slots 233, 235 near the entrance face. As described above, there is no light above 45 ° of the cone and the shape of the lens moulded out of the area has no optical effect. Advantageously, the flanges and keying slots are located outside of the area and do not impair the optical function of the lens.
도 34-35와 관련하여, 모울드된 볼 렌즈를 만드는 방법의 실시 예는 아래와 같다. 석영 막대의 고체 부분을 가열하여 석영을 부드럽게 만들고 상기 부드럽게 만들어진 물질이 한 끝에 모이도록 한다. 상기와 같이 모여진 물질을 가진 막대를 두 개의 모울드 부분(A, B) 내에 위치시키고 상기 모울드는 상기 물질 주위를 밀폐시킨다(closed). 예를 들어, 하나의 모울드 부분(B)은 렌즈의 구형 부분과 플렌지의 한 쪽 측면을 형성하고 나머지 모울드 부분(A)은 석영 막대를 에워싸고 플랜지의 다른 쪽 측면을 형성한다. 플래지의 두께는 상기 두 개의 부분들 사이에 형성된 채널(channel)에 의하여 정의된다. 제시된 적절한 실시 예에서, 상기 채널은 상기 모여진 물질(gathered material)이 내부로 흘러갈 수 있는 잉여 공간을 제공하고, 플랜지의 외주면이 임의의 형상으로 만들어지도록 한다. 상기 부드러워진 석영은 두 개의 모울드 중 하나 또는 둘 모두에 의하여 제공된 핀 주위를 흘러서 두 개의 키 슬롯(233, 235)을 형성한다. 대안으로 다른 위치형성 특징(positioning features)이 상기 모울딩 과정에 결합될 수 있다.34-35, an embodiment of a method of making a molded ball lens is as follows. The solid portion of the quartz rod is heated to soften the quartz and allow the smoothed material to collect at one end. The rod with such gathered material is placed in two mold parts A and B and the mold is closed around the material. For example, one mold portion B forms one spherical portion of the lens and one side of the flange and the other mold portion A surrounds the quartz rod and forms the other side of the flange. The thickness of the flange is defined by a channel formed between the two parts. In a suitable embodiment presented, the channel provides a surplus space through which the gathered material can flow and allow the outer circumferential surface of the flange to be made in any shape. The smoothed quartz flows around a pin provided by one or both of the two molds to form two key slots 233 and 235. Alternatively other positioning features can be combined in the molding process.
적절한 실시 예는 두 개의 모울드 부분들을 사용할 지라도, 두 개 이상의 모울드 부분들이 광학 경로 상의 이음새들(seams)을 피할 수 있는 적당한 주의를 기울여서 사용될 수 있다. 예를 들어, 석영 막대를 둘러싸고 있는 모울드 부분은 막대 주위로 방사 상(radial)의 위치를 허용하기 위하여 중심 라인을 따라서 분리된 두 개의 부분(two pieces)이 될 수 있다.Although a suitable embodiment uses two mold portions, two or more mold portions may be used with proper care to avoid seams on the optical path. For example, the mold portion surrounding the quartz rod can be two pieces separated along the center line to allow radial position around the rod.
렌즈가 막대의 한 쪽 끝에 모울드 된 후, 막대는 렌즈의 입구 면을 제공하기 위하여 플래지 근처의 적당한 위치에서 잘려진다. 입구 면은 원하는 마감(finish) 정도까지 필요한 만큼 끝마무리가 된다(polished).After the lens is molded at one end of the rod, the rod is cut at a suitable location near the flange to provide the entrance face of the lens. The entrance face is polished as necessary to the desired finish.
도 36-37과 관련하여, 모울드 된 기초 고체 석영 축 대칭 광학 기기(molded ground solid quartz axis symmetric optical element)는 출력단(output end)에 플랜지를 포함한다. 상기 형상은 개략적인 포물-원추형(parabolic-conical)(예를 들어 입력부 가까이는 원추형, 그 후로부터는 포물선형)이 된다. 상기와 같은 특정한 사용 예에서, 보다 작은 직경의 끝 부분(end)은 입력부(input)로 명해지고, 보다 큰 직경의 끝 부분은 출력부(output)로 명해질 것이다.In connection with FIGS. 36-37, a molded ground solid quartz axis symmetric optical element includes a flange at the output end. The shape is roughly parabolic-conical (eg conical near the input, then parabolic). In this particular use example, the smaller diameter end will be referred to as the input and the larger diameter end will be referred to as the output.
통합된 플랜지는 광학적 수행을 성취하기 위하여 내부 전반사(total internal reflection : TIR)를 사용하는 CPC를 기계적으로 장치하기 위한 위치를 제공한다. 상기 CPC는 전구 아피쳐로부터 빛 입력을 수용하기 위하여 TIR에 의존하는 광학 장치 요소이며, 빛을 수용한 후 상기 장치는 수용된 빛을 목표 지점 또는 다른 제어된 크기 또는 각을 가진 광학 기기로 전달한다.The integrated flange provides a location for mechanically mounting the CPC using total internal reflection (TIR) to achieve optical performance. The CPC is an optical device element that relies on a TIR to receive light input from a bulb aperture, and after receiving the light, the device delivers the received light to a target point or to an optical instrument having a different controlled size or angle.
상기 CPC는 TIR에 의존하고 표면과의 임의의 접촉은 손실(loss)을 구성하게 되므로, 플랜지는 출력부에 위치하고, 상기 출력부에서 빛의 입사각이 매우 작기 때문에 손실이 최소화된다. 플랜지의 형상은 이차적인 그라인딩 작용(secondary grinding operations)을 최소화하기 위한 시도(attemp) 뿐만 아니라 공구를 사용하고(tooling) 제조 공정의 결과로서 나타난다.Since the CPC depends on the TIR and any contact with the surface constitutes a loss, the flange is located at the output and the loss is minimized because the angle of incidence of light at the output is very small. The shape of the flange appears as a result of the tooling and manufacturing process as well as attemps to minimize secondary grinding operations.
CPC의 축 대칭 단면적은 다섯 개의 특성으로 특징 지워질 수 있고, 상기 특징은 평평한 입력부(241), 원추형 회전된 부분을 형성하는 직선 세그먼트(243), 포물선형 회전된 부분(245)을 형성하는 포물선형 스플라인(spline), 연관된 플랜지(247), 평평한 출력부(249)로 구성된다. 직선 세그먼트(straight line segment)와 포물선형 스플라인은 주어진 입사각으로부터 최대한 빛을 수용하고 다른 원하는 입사각에서 빛을 방출하도록 조정된다(manipulate).The axial symmetric cross-sectional area of the CPC can be characterized by five characteristics, which feature a flat input 241, a straight segment 243 forming a conical rotated portion, and a parabolic forming a parabolic rotated portion 245. It consists of a spline, an associated flange 247, and a flat output 249. Straight line segments and parabolic splines are adjusted to receive maximum light from a given angle of incidence and to emit light at another desired angle of incidence.
차후의 입력 면 및 출력 면의 그라인딩 및/또는 끝마무리 작업은 일반적으로필요한 작업이다.Subsequent grinding and / or finishing of the input and output surfaces is generally a necessary task.
도 38-39와 관련하여, 모울드된 광학 기기는 출력단(the output end)에 통합된 플랜지를 가진 TLP의 형상을 가진다.In connection with FIGS. 38-39, the molded optics have the shape of a TLP with a flange integrated at the output end.
각 스텝들을 가진 테이퍼 진 원뿔형(Tapered light cone with angles steps)Tapered light cone with angles steps
본 발명의 제시된 특징의 목적은 높은 각 복사(high angle radiation)를 가진 평면 또는 평면에 가까운 광원으로부터 제한된 각 범위를 가진 보다 넓은 영역의 디스크 광원으로 빛 변환(light transformation)을 제공하는 것이며 상기의 빛 변환은 대안적인 방법들 보다 에텐듀 및 전체 빛을 보다 가깝게 보존하면서 복합 포물선형 굴절기(a compound parabolic refractor)보다 비용이 적게 드는 해결방법을 제공하는 방식으로 이루어진다.An object of the presented features of the present invention is to provide light transformation from a planar or near plane light source with high angle radiation to a wider area disk light source with a limited angular range. The conversion is done in a manner that provides a less expensive solution than a compound parabolic refractor while preserving the etendue and total light closer than alternative methods.
굴절 복합 포물선형 석영 집중 기기(a refracting compound parabolic quartz concentrator)의 사용과 관련된 문제는 상기 집중 기기는 값이 비싸다는 것이다. 그러나, 훨씬 값이 적게 들고 간단한 석영 원뿔형(cone)은 원하는 결과에 미치지 못한다. 도 40-41과 관련하여, 본 발명의 제시된 특징은 굴절 복합 포물선형 집중 기기의 실시에 근사시키기 위하여 광 원뿔형에서 하나 또는 그 이상의 각 스텝들(angular steps)을 이용한다. 스텝들의 각각의 각들(angles) 및 위치들(locations)은 스텝화된 원뿔형이 대체하고자 하는 굴절 복합 포물선형 집중 기기에 가장 근사하도록 선택된다.A problem associated with the use of a refracting compound parabolic quartz concentrator is that the concentrator is expensive. However, much less expensive and simple quartz cones do not achieve the desired results. In connection with Figures 40-41, the presently presented feature utilizes one or more angular steps in the light cone to approximate the implementation of a refractive composite parabolic concentrator. Each of the angles and locations of the steps are chosen to be closest to the refractive compound parabolic concentrator that the stepped cone is intended to replace.
각을 형성하는 스텝들을 가진 테이퍼 진 광 원뿔형(tapered light cone)은원통 대칭형(cylindrically symmetric)이며 고체형이거나 또는 속이 빈 형태가 될 수 있다. 스텝들의 길이와 각들은 굴절 복합 포물선형 집중 기기의 실행에 근사하도록 선택된다. 스텝의 수(the number of steps)는 하나로부터 실질적으로 이용할 수 있는 많은 수까지 어떤 값이라도 가능하다. 도 40에서 제시된 실시 예는 두 개의 스텝을 포함한다. 도 41의 실시 예는 출력 면에서 볼록 렌즈를 포함한다. 상기 볼록 렌즈는 원뿔형의 일부 또는 분리되어 결합된 형태 중의 어느 하나가 될 수 있다.The tapered light cone with stepping angles is cylindrically symmetric and can be solid or hollow. The length and angles of the steps are chosen to approximate the performance of the refractive compound parabolic concentrator. The number of steps can be any value from one to a large number available. The embodiment shown in FIG. 40 includes two steps. The embodiment of Figure 41 includes a convex lens on the output side. The convex lens may be any one of a part of a conical shape or a separately combined form.
결과로서 생기는 광학 기기(optic)는 간단하고, 상기 광학 기기는 보다 효과적인 광학 기기에 근사한 것이다(approximate). 대체 될 수 있는 유전체 또는 굴절 기기는 포물선형이거나 또는 간단한 곡선형이 될 수 있다. 상기 어느 경우에서, 본 발명의 제시된 특징은 일련의 하나 또는 그 이상의(a series of one or more) 각이 직선형의 측면들을 가진 형성된 스텝들을 사용하여 집중 기기에 접근시키고, 상기와 같은 방식으로 제조의 용이성이라는 이점을 제공한다.The resulting optics are simple, and the optics are an approximation to more effective optics. The dielectric or refracting device that may be replaced may be parabolic or simple curved. In either case, the proposed features of the present invention allow a series of one or more angles to access the concentrating device using formed steps having straight sides, and in the same manner as described above. It offers the advantage of ease.
결과로서 생기는 광학 기기는 렌즈를 가진 형태(version)보다 더 긴 형태가 될 수 있을 지라도 굴절성 또는 유전체 집중 기기는 볼록 렌즈 없이 제조될 수 있다.Refractive or dielectric concentrators can be made without convex lenses, although the resulting optics may be longer than versions with lenses.
잘려진 광학 기기(Truncated optical element)Truncated optical element
본 발명의 제시된 특징에 따르면, 곡선형 또는 테이퍼 진 광학 기기는 광학 기기의 출력 면에 대하여 실질적으로 수직인 4개의 측면들을 가지도록 만들어진다.According to the presented feature of the present invention, the curved or tapered optics are made to have four sides substantially perpendicular to the output face of the optics.
예를 들어, 도 42-44와 관련하여, 유전체(dielectric)(예를 들어 유리 또는 석영) 고체 CPC는 빛이 내부적으로 반사되어 이미지 게이트 또는 이미지 게이트 광원을 형성하는 원하는 사각형 영역 범위 내에서 벗어나도록 하기 위하여 전면(front surface)에 수직인 또는 약간의 각을 형성하는 측면들을 이루는 4개의 점선으로 표시된(dashed liens) 부분을 따라서 수정될 수 있다. 결과로서 만들어지는 광학 기기는 도 45-47에 도시되어 있다.For example, with respect to FIGS. 42-44, a dielectric (eg, glass or quartz) solid CPC may be used to allow light to fall within the desired rectangular area range to reflect internally to form an image gate or image gate light source. It can be modified along four dashed liens to form sides that are perpendicular or slightly angled to the front surface. The resulting optics are shown in FIGS. 45-47.
도 48과 관련하여, 잘려진 광학 기기는 선택적인 원격 아피쳐 마스크(optional remote aperture mask)를 이용할 수 있고, 상기 아피쳐 마스크는 마스크에 입사하는 빛을 재-순환시키기 위하여 광학 기기의 출력과 면하는(facing) 측면 상에서 적절하게 반사시킨다.With reference to FIG. 48, the clipped optics can use an optional remote aperture mask, which faces the output of the optics to re-circulate light incident on the mask. Reflect properly on the facing side.
유리한 점으로서, 잘려진 광학 기기는 대안적인 시스템에 비하여 상당히 더 큰 범위까지 사각형 이미지 게이트를 요구하는 투영 시스템(a projection system) 내에 빛을 보존할 수 있다. 유전체 CPC는 공지되어 있다. 많은 광학 시스템에서, 상기 CPC는 역 지향(inverse direction)으로 사용되고, 빛을 집중시키지 않고 빛의 각 범위를 높은 값으로부터 낮은 값으로 변환시킨다. 그러나, 원형 출력을 가진 CPC는 사각형 이미지 목표(a rectangular image target)를 완전히 채우며, 낭비된 빛이 발생하게 된다. 본 발명의 제시된 특징에 따라, CPC는 빛은 측면으로부터 보다 사각형에 가까운 출력 형상 안으로 내부적으로 반사되도록 하기 위하여 4개의 측면을 가지도록 잘려지고(truncated)(예를 들어, 잘려나가거나 및/또는 끝마무리가 된다(cut and/or polished), 상기와 같은 방식에 의하여 낭비 빛(waste light)의 양을 감소시킨다.Advantageously, the truncated optics can preserve light in a projection system that requires a square image gate to a considerably larger range than alternative systems. Dielectric CPCs are known. In many optical systems, the CPC is used in the inverse direction and converts each range of light from high to low without focusing the light. However, a CPC with circular output completely fills a rectangular image target, resulting in wasted light. In accordance with the presented features of the present invention, the CPC is truncated (eg, cut off and / or finished) to have four sides to allow light to be reflected internally from the side into a more square output shape. Cut and / or polished, thereby reducing the amount of waste light.
세그먼트된 CPC(Segmented CPC)Segmented CPC
본 발명의 제시된 특징에 따라, 곡선형(예를 들어, 원형 또는 타원형)의 출력면을 가진 광학 기기는 사각형 이미지 게이트에 보다 근접하도록 만들기 위하여 세그먼트된다(segmented). 유리한 점으로서, 상기 세그먼트된 광학 기기는 아피쳐 램프로부터 사각형 이미지 목표에게 제공된 빛의 양을 향상시킨다.In accordance with the presented features of the present invention, optics having curved (eg circular or elliptical) output surfaces are segmented to make them closer to the rectangular image gate. Advantageously, the segmented optics enhance the amount of light provided from the aperture lamp to the rectangular image target.
상기에서 기술된 것처럼, CPC는 보다 높은 각의 빛을 보다 낮은 각의 빛으로 변환시키기 위한 유용한 광학 기기가 된다. 그러나, CPC는 우너형이며 이미지 게이트는 게이트가 완전하게 채워지도록 사각형의 형태를 가지며 빛은 목표의 주위 면에서 손실된다. 도 49-50과 관련하여, CPC는 4개의 측면을 가지도록 만들어진다. 각 면은 상대적으로 보다 사각형에 가까운 출력 윈도우를 제공하기 위하여 다른 측면들의 가장 자리(edge)를 따라서 결합되는 CPC의 최소 부분이다. 측면들의 각각은 원하는 각 변환을 제공하기 위하여 CPC의 곡선을 유지한다. 게이트는 여전히 완전히 채워지지만, 낭비 빛이 훨씬 줄어든다.As described above, CPCs are useful optics for converting higher angle light into lower angle light. However, the CPC is uneven and the image gate is rectangular in shape so that the gate is completely filled and light is lost at the peripheral surface of the target. With regard to Figures 49-50, the CPC is made to have four sides. Each face is the smallest portion of the CPC that is joined along the edges of the other sides to provide a relatively more square output window. Each of the aspects maintains a curve of the CPC to provide the desired angular transformation. The gate is still fully filled, but the waste light is much less.
세그먼트된 CPC는 하나의 형태로 모울드 되거나 또는 4개의 세그먼트로부터 구성될 수 있다. 상기 세그먼트된 CPC는 고체 이거나 또는 속이 빈 형태로 될 수 있다. 아피쳐는 원형이거나 또는 사각형이 될 수 있다. 정사각형 출력에 근사하는 세그먼트된 CPC의 적절한 실시 예는 85도의 입사각을 위하여 설계된 훨씬 작은 25도 CPC로부터 크기가 조절된(scaled) 4개의 측면(facets)을 가진다. 상기 CPC의 개략적인 정사각형 입력은 3.385 직경의 원형 아피쳐의 입력을 수용하기 위하여3.6mm 직경으로 한계를 정한다. 세그먼트된 CPC는 개략적으로 48mm(1.89") 길이이며 출력은 개략적으로 24mm(0.94")의 원에 의하여 한계가 정해진다.The segmented CPC may be molded in one form or may be constructed from four segments. The segmented CPC may be in solid or hollow form. The aperture can be round or square. A suitable embodiment of a segmented CPC approximating a square output has four facests scaled from a much smaller 25 degree CPC designed for an angle of incidence of 85 degrees. The schematic square input of the CPC is limited to a 3.6 mm diameter to accommodate the input of a 3.385 diameter circular aperture. The segmented CPC is approximately 48mm (1.89 ") long and the output is roughly limited by a circle of 24mm (0.94").
모서리 광선을 굽어지게 하는 광학 기기(Optic for bending edge rays)Optical for bending edge rays
본 발명의 제시된 특징에 따라, 굴절 및/또는 반사와 같은 보충 기기들이 광원 근방-필드 에텐듀(light source near-field etendue)를 렌즈 수용 에텐듀와 결합하기 위하여 이용된다. 구체적으로, 광학 기기는 내부 광선들이 변경되지 않은 채 벗어나는 동안 광원 모서리 근방의 광선(rays)이 안쪽으로 이동하도록 만들어진다.In accordance with the presented features of the present invention, supplemental devices such as refraction and / or reflection are used to combine the light source near-field etendue with the lens receiving etendue. In particular, the optics are made such that the rays near the light source edge move inward while the internal rays leave unchanged.
예를 들어, 본 발명의 한 가지 특징은 목적 공간에서 원하는 밝기 분포를 얻기 위하여 단계적인 변화(gradation)를 사용하여 내부 광선들을 현저하게 변화시키지 않고 광원 디스크 모서리 근처의 광선들을 안쪽으로 휘게 만드는 것이다(bend).For example, one feature of the present invention is the use of stepwise gradation to bend the light rays near the edge of the light source disc inwards without significantly altering the internal light rays to achieve the desired brightness distribution in the desired space. bend).
도 51과 관련하여, 두 개의 아이리스(irises)(251, 253) 원하는 범위 까지 통과하는 빛의 각 분포를 제한하기 위하여 사용된다. 렌즈(255)는 목표 근방-필드 렌즈 수용 에텐듀와 보다 좋은 결합을 이루도록 하기 위하여 내부의 광선들을 변화되지 않은 상태로 벗어나게 하는 반면 렌즈 모서리 근방의 광선은 단계적인 방법으로 안쪽으로 휘도록 구조를 형성하고 있다. 도 52와 관련하여, 반사기(257)는 내부의 빛은 변화되지 않은 상태로 벗어나도록 하는 반면 렌즈 모서리 근방의 빛은 단계적인 방법으로 안쪽으로 휘어지도록 구조를 형성한다.In connection with FIG. 51, two irises 251, 253 are used to limit the angular distribution of light passing through the desired range. The lens 255 forms a structure such that the light rays near the lens edges are bent inward in a stepwise manner while the light rays inside the lens are deviated unchanged to achieve a better coupling with the target near-field lens receiving etendue. Doing. With reference to FIG. 52, the reflector 257 forms a structure such that the light in the interior is released unchanged while the light near the lens edge is bent inward in a stepwise manner.
이중 아피쳐 에텐듀 선택 방법 및 장치(Dual aperture etentue selection method and apparatus)Dual aperture etentue selection method and apparatus
본 발명의 특징에 따르면, 원하는 에텐듀는 두 개의 아피쳐를 사용하여 선택된다. 예를 들어, 하나의 아피쳐는 아피쳐 램프의 출력 아피쳐에 해당하고 다른 아피쳐는 반사성 구형(또는 구형과 유사한 형태) 반사기에 형성된다. 구형 상에 존재하는 입구는 두 개의 아피쳐에 의하여 형성된 에텐듀를 보존하도록 만들어진 광학 시스템의 입구를 형성한다.According to a feature of the invention, the desired etendue is selected using two features. For example, one aperture corresponds to the output aperture of the aperture lamp and the other aperture is formed in the reflective sphere (or similar shape). The inlets present on the sphere form the inlets of the optical system made to preserve the etendue formed by the two apertures.
두 개의 아이리스(irises)는 수용 에텐듀 양(an acceptance etundue magnitude)을 정의한다. 구형 반사기는 구형의 중심 위에 전환된(inverted) 빛을 반사시키는 경향이 있다(수차(aberrations)를 무시하면).본 발명의 두 개의 아이디어를 사용한다. 램프의 빛 방출 아피쳐는 첫 번째 아이리스에 해당한다. 반사성 반구형 상에 있는 아피쳐는 두 번째 아이리스에 해당한다. 반-구형(hemi-sphere)의 중심은 아피쳐 램프의 아피쳐 중심에 위치한다. 원칙적으로 두 번째 아이리스를 통과하지 않은 빛은 첫 번째 아이리스로 반사되어 되돌아간다(수차가 없다고 가정하는 경우). 따라서, 두 번째 아이리스를 통과하는 빛은 선택된 에텐듀가 된다. 구형(the sphere)은 수차를 감소시키기 위하여 변형될 수 있다. 구형 반사기는 반구형 보다 더 작을 수 있고 구형 반사기의 중심은 수차를 감소시킬 목적으로 램프 아피쳐로부터 약간 벗어나 있다. 다음으로 두 번째 아이리스는 에텐듀를 보존하면서 목표(예를 들어, 이미지 게이트)의 수용 각에 이르도록 두 개의 아이리스에 의하여 규정된 각을 변환하는 광학 기기의 입구(the entry of an optical)를 형성한다.Two irises define an acceptance etundue magnitude. Spherical reflectors tend to reflect inverted light over the center of the sphere (ignoring aberrations). The two ideas of the present invention are used. The light-emitting aperture of the lamp corresponds to the first iris. The aperture on the reflective hemisphere is the second iris. The center of the hemi-sphere is located at the center of the aperture of the aperture lamp. In principle, light that does not pass through the second iris is reflected back to the first iris (assuming no aberration). Thus, the light passing through the second iris becomes the selected etendue. The sphere can be deformed to reduce aberrations. The spherical reflector may be smaller than the hemispherical and the center of the spherical reflector is slightly off the lamp aperture for the purpose of reducing aberrations. The second iris then forms the entry of an optical that converts the angle defined by the two iris to reach the receiving angle of the target (e.g. image gate) while preserving the etendue. do.
도 53과 관련하여, 아피쳐 램프(261)는 첫 번째 아이리스(263)를 형성한다. 구형 반사기(265)는 두 번째 아이리스를 형성한다. 두 번째 아이리스(267)를 지나서, CPC(269)가 훨씬 아래쪽 스트림 광학 기기(downstream optics)까지 빛을 변환하고 유도한다. 주어진 첫 번째 아이리스에 대하여, 반사기(265)는 두 번째 아이리스의 반지름과 두 개의 아이리스 사이의 길이를 설정하는 것에 의하여 에텐듀 선택 기능을 수행한다. 에텐듀는 람베르트의 공식에 따라서 선택될 수 있다:With reference to FIG. 53, the aperture lamp 261 forms the first iris 263. Spherical reflector 265 forms a second iris. Beyond the second iris 267, the CPC 269 converts and directs light to far downstream stream optics. For a given first iris, reflector 265 performs an etendue selection function by setting the radius of the second iris and the length between the two irises. Etendu can be chosen according to Lambert's formula:
{-}2 { - } 2
상기에서:From above:
ε은 에텐듀;ε is etendue;
L 은 두 개의 아이리스 사이의 길이;L is the length between two irises;
R1은 첫 번째 아이리스의 반지름;R1 is the radius of the first iris;
R2는 두 번째 아이리스의 반지름.R2 is the radius of the second iris.
예를 들어, L=6mm 및 R1=R2=3mm가 되는 경우 에텐듀는 15.2mm2된다. 에텐듀 선택기(265) 및 CPC는 하나의 형상 구조로 만들어 질 수 있다. 에텐듀 선택기의 형태에 따라, 광학 기기(269)는 CPC로서 도시되어 있지만, 광학 장치는 대안적으로 복합 비원뿔형 집중 기기(a compound aconic concentrator), 볼 렌즈, 또는 다른 적당한 광학 기기가 될 수 있다.For example, when L = 6 mm and R 1 = R 2 = 3 mm, the etendue is 15.2 mm 2 . The etendue selector 265 and the CPC may be made in one shape structure. Depending on the form of the etendue selector, the optical device 269 is shown as a CPC, but the optical device may alternatively be a compound aconic concentrator, ball lens, or other suitable optical device. .
이중 CPC와 집적기(Dual CPC and integrator)Dual CPC and Integrator
도 54와 관련하여(축척은 동일하지 않음), 램프 시스템(271)은 아피쳐 램프 (273), 각 선택기(275)(예를 들어, CPC, CPC- 유사 반사성 표면), 빛 집적기(277)( 선택적인 각 확장기를 가진 것(with optional angle expander), 빛 변환기(279)(예를 들어 CPC), 선택적 반사/투과 편향기(281) 및 선택적인 원격 반사성 아피쳐(283)을 포함한다.With reference to FIG. 54 (scales are not the same), lamp system 271 includes aperture lamp 273, each selector 275 (eg, CPC, CPC-like reflective surface), light integrator 277. (With optional angle expander, light transducer 279 (e.g. CPC), optional reflective / transparent deflector 281 and optional remote reflective aperture 283) .
각 선택기(an angle selector)(예를 들어, 속이 빈 CPC 또는 복합 비원뿔형 집중 기기)의 이점은 조명 투영 디스플레이 이미지 게이트에서 직접적으로 사용되지 않는 높은 각의 빛을 전구로 되돌려 보내는 것이다. 빛은 광 축으로부터 90도에 이르는 각까지의 범위에서 각 선택기의 바닥(큰 직경)에 입사하고 입사각에 의존하여 통과하거나 또는 통과하지 않을 것이다.An advantage of an angle selector (e.g., hollow CPC or complex non-conical concentrator) is to return high angle light back to the bulb that is not used directly in the illumination projection display image gate. Light will enter the bottom (large diameter) of each selector in a range up to 90 degrees from the optical axis and will or will not pass depending on the angle of incidence.
몇몇 구성에 있어서는, 각 선택기를 벗어나는 빛은 원하는 만큼 균일하지 않을 수도 있다. 집적기(integrator)는 빛을 공간적으로 임의로 분포키며, 일반적으로 균일성을 향상시킨다. 예를 들어, 집적기는 높은 반사성 내부 표면을 가진 튜브 형태로서 터널 집적기(a tunnel integrator)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 균일성은 집적기의 길이를 증가시킴으로서 향상 될 것이다. 그러나, 상기와 같은 사항은 광학 기기들이 접촉을 유지하고 q반사성 손실을 감소시키는 것과 대비하여균형을 유지해야한다. F-수가 1인 광원(F-number equal to 1) 및 속이 빈 실린더형 튜브에 대하여, 4 또는 5의 특성 비율(튜브의 직경에 관하여)이 수용 가능한 균일성을 생산하는 것이 예상된다. F-수가 1보다 작은 경우에, 보다 낮은 특성 비율(aspect ratio)이 만족스러운 값이 된다. 4mm의 아피쳐, 50도의 차단 진입 각(a cutoff entrance angle) 및 약 3mm의 직경을 가지는 속이 빈 튜브 집적기를 가정하면, 집적기의 길이는 10mm보다 작아야 한다.In some configurations, the light outside each selector may not be as uniform as desired. Integrators distribute light randomly in space and generally improve uniformity. For example, the integrator may comprise a tunnel integrator in the form of a tube with a highly reflective inner surface. In general, uniformity will be improved by increasing the length of the integrator. However, the above should be balanced against the fact that the optics maintain contact and reduce the reflection loss. For light sources with an F-number equal to 1 and hollow cylindrical tubes, a characteristic ratio of 4 or 5 (relative to the diameter of the tube) is expected to produce acceptable uniformity. If the F-number is less than 1, a lower aspect ratio is a satisfactory value. Assuming a hollow tube integrator having an aperture of 4 mm, a cutoff entrance angle of 50 degrees and a diameter of about 3 mm, the length of the integrator should be less than 10 mm.
특성 비율(aspect ratio), 튜브 내부 반사성, 집적기 내부의 최대 빛 각(the maximum light angle) 사이에는 절충이 존재한다. 각 선택기에 이어지고 집적기 앞에 있는 짧은 각 변환기(a short angle transformer)의 추가는 90도 근처의 값부터 대략 70도까지 집적기 입력 값을 감소시키는 것이 바람직하다. 집적기의 형태에 따라서, 광학 기기(279)는 CPC로 도시되어 있지만, 대안적으로 복합 비원뿔형 집중 기기(와관상으로 CPC와 매우 유사하다), 볼 렌즈 또는 다른 적당한 광학 기기가 될 수 있다. 제시된 것처럼 광학 기기들은 한 개의 형태로서 속인 빈 구조로부터 만들어 질 수 있다. 상기 구조는 대안으로 굴절성, 적절하게 A/R 코팅된 형태가 될 수 있다. 또한, 상기 구조는 여러 개의 형태로부터 구성될 수 있다.There is a tradeoff between aspect ratio, tube internal reflectivity, and the maximum light angle inside the integrator. The addition of a short angle transformer following each selector and in front of the integrator preferably reduces the integrator input value from a value near 90 degrees to approximately 70 degrees. Depending on the type of integrator, the optical device 279 is shown as a CPC, but could alternatively be a composite non-conical concentrator (which is very similar to a CPC in view), a ball lens or other suitable optical device. As shown, optics can be made from a hollow structure as a form. The structure may alternatively be in a refractive, suitably A / R coated form. In addition, the structure may be constructed from several forms.
각 선택기(275) 및 집적기(277)에 대한 대안적인 구조는 통합된 원뿔형이 된다. 첫 번째 두 개의 단계들(stages)(275, 277)은 작은 각도(예를 들어, 약 2도 보다 작은 각)의 경사각(a slope angle)을 가지는 단일의 매우 높은 반사율을 지닌 원뿔형으로 결합될 수 있다. 단일한 반사율을 가진 작은 각의 원뿔형(a low angle cone of unity reflectance)은 원뿔형을 통과하는 광각을 선택하고 제한하며 광원에 균형(balance)을 되돌려 보낸다. 상기 제한은 원뿔형의 입구 및 출구 영역에 의하여 결정된다. 원뿔형은 낮은 각이므로, 원뿔형의 길이를 따라서 진행하는 빛의 바운스들(bounces)이 존재할 수 있다. Stupp 및 Brennesholtz에 의한 Projection Displays(John Wiley 1999)를 참조하면, 출구 디스크 영역에 걸쳐서 균일한 빛에 대하여, 원뿔형은 길이 L이 아래와 같이 결정된다:An alternative structure for each selector 275 and integrator 277 is an integrated cone. The first two stages 275 and 277 can be combined into a single very high reflecting cone with a slope angle of small angle (eg less than about 2 degrees). have. A low angle cone of unity reflectance with a single reflectance selects and limits the wide angle passing through the cone and returns balance to the light source. The limit is determined by the conical inlet and outlet regions. Since the cone is a low angle, there may be bounces of light that travel along the length of the cone. Referring to Projection Displays (John Wiley 1999) by Stupp and Brennesholtz, for uniform light across the exit disc area, the cone shape is determined by the length L as follows:
, ,
상기에서 Ln은 규격화된 길이(차원이 없는), n은 유전체의 굴절률(예를 들어, 석영 = 1.47, 공기 = 1), A는 평균 직경의 평균 단면적, { theta }_{ C} 는 중앙 또는 설계 차단 각(mid or design cutoff angle)을 나타낸다. 본 명세서에서 기술된 아피쳐 램프에 대하여, 약 5 정도의 규격화된 길이의 선택은 균일성이 90% 이상의 값을 나타내는 결과를 가져온다. 예를 들면(끝부분(end)의 직경이 2.5 또는 3.4mm인 석영 원뿔형):Where L n is the normalized length (dimensionless), n is the refractive index of the dielectric (eg quartz = 1.47, air = 1), A is the average cross-sectional area of the average diameter, {theta} _ {C} is the center Or mid or design cutoff angle. For the aperture lamps described herein, the selection of about 5 standardized lengths results in uniformity of values of 90% or more. For example (a quartz cone with an end diameter of 2.5 or 3.4 mm):
. .
환언하면, 상기 실시 예에서 3.4 mm의 초기 직경, 2.5mm의 최종 직경 및 26mm의 길이는 원뿔형의 끝 부분에서 직경 2.5mm의 원형 평면에 걸쳐서 균일하게 분포시킨다는 결과를 가져온다. 상기 실시 예에서 원뿔형의 경사는 10도 보다 조금 작은 값이다.In other words, in this embodiment, the initial diameter of 3.4 mm, the final diameter of 2.5 mm and the length of 26 mm result in a uniform distribution over the circular plane of 2.5 mm diameter at the end of the cone. In the above embodiment, the slope of the cone is slightly smaller than 10 degrees.
원뿔형은 고체 유전체(dielectric) 또는 속인 빈(공기) 형태가 될 수 있으며 양 경우 모두 중요한 관심은 반사율(reflectivity)이 된다. 유전체의 경우, 되돌아간 빛(returned light)에 대하여 발생할 수 있는 내부 임계각(critical angle)(석영의 경우 법선에 대하여(for quartz versus normal)42.9 도)보다 작다면 빛은 벗어 날 수 있다. 매우 높은 내부 반사(평면 법선을 기준으로 0부터 43도의 내부 각(the internal angles)들에 대하여 거의 균일한)를 위하여 설계된 원뿔형 바깥쪽의 유전체 코팅은 벗어 나는 빛의 양을 감소시켜야 한다.The cone can be in the form of a solid dielectric or a hollow hollow (air), in which case an important concern is reflectivity. In the case of dielectrics, the light may escape if it is less than the internal critical angle (for quartz versus normal 42.9 degrees) that may occur with respect to the returned light. Conical outer dielectric coatings designed for very high internal reflections (nearly uniform with respect to the internal angles from 0 to 43 degrees relative to the plane normal) should reduce the amount of outgoing light.
속이 빈 원뿔형의 경우, 상기와 같은 임계각(critical angle)은 존재하지 않는다. 원뿔형 평면의 법선(cone surface normal)과 관련된 반사율은 거의 0도로부터(되돌아가는 빛의 경우) 거의 90도까지(유도 광선(direct rays)에 대하여) 가능한 높고 실용적이어야 한다.In the case of hollow cones, such critical angles do not exist. The reflectivity associated with the cone surface normal of the conical plane should be as high and practical as possible from almost zero degrees (for returning light) to almost 90 degrees (for direct rays).
도 55-58과 관련하여, 다양한 방법들이 각 선택기, 집적기 및 CPC를 위한 분리된 형태들을 기계적으로 장치하기 위하여 제시되어 있다.With reference to FIGS. 55-58, various methods are presented for mechanically setting the separate forms for each selector, integrator, and CPC.
본 발명의 특징에 따르면, 광학 기기의 기계적 조립체는 다중-부분으로 형성된 속이 빈 각 선택기(multi-part hollow angle selector)(281)(CPC 형태), 집적기(283)(고체형 또는 속이 빈 형태), 속이 빈 CPC(285)의 감소된 허용 오차 구조(reduced tolerance construction)를 허용한다.According to a feature of the invention, the mechanical assembly of the optical instrument comprises a multi-part hollow angle selector 281 (CPC type), an integrator 283 (solid or hollow type). ), Which allows for reduced tolerance construction of the hollow CPC 285.
도 55에서, 위치 핀(locator pin)(287)이 다른 부분들과 관련하여 집적기를 위치시키기 위하여 사용된다. 그러나, 핀 접촉 위치들은 광 손실을 만든다. 집적기의 직경은 각 선택기의 출력 아피쳐 및 해당하는 CPC의 입력 아피쳐보다 더 커다. 집적기와 접촉하는 CPC의 표면은 빛을 재 순환시키기 위하여 반사성을 가진다. 상기와 같은 사항은 완화된 허용오차를 가능하게 만든다.In FIG. 55, locator pins 287 are used to position the integrator in relation to other portions. However, pin contact locations create light loss. The diameter of the integrator is larger than the output aperture of each selector and the input aperture of the corresponding CPC. The surface of the CPC in contact with the integrator is reflective to circulate light. The above makes it possible to loosen tolerances.
도 56에서, 각 선택기의 출구는 핀이 없는 경우 약 6도 정도의 이동 상태로 제한하기 위하여 경사를 이루고 있다. 상기 경사(bevel)는 빛 손실을 감소시키기 위하여 CPC 대신 각 선택기 위에 만들어진다. 도 57에서, 각 선택기와 집적기 모두 도 56의 구조에서 만들어진 접촉하는 라인으로부터 각 선택기(코팅될 수 있다)의 표면에게 손상을 피하기 위하여 경사를 이루고 있다. 도 58에서, 각 선택기는 집적기를 제한하는 플랜지(289)(예를 들어 반대 구멍(a counter bore))을 포함한다.In FIG. 56, the exit of each selector is inclined to limit the movement to about 6 degrees when there is no pin. The bevel is built on top of each selector instead of CPC to reduce light loss. In FIG. 57, both selectors and integrators are inclined to avoid damaging the surface of each selector (which may be coated) from the contacting line made in the structure of FIG. In FIG. 58, each selector includes a flange 289 (eg a counter bore) that limits the integrator.
도 59-60과 관련하여, CPC/CPC-유사 속이 빈 반사성 광학 기기(291, 293) 및 집적기의 두 개의 한-형태 쌍들(two one-piece pairs)이 존재한다. CPC들은 내부 반사성 표면들을 가진 속이 빈 형태이다. 예를 들어, 반사성 물질은 적당한 범위의 각과 파장을 위하여 설계된 다중-층 색선별 코팅(a multi-layer dichroic coating)의 형태이다. CPC들 각각은 CPC들과 집적기 사이에 기계적 접촉면에서 각각 곡선형의 표면(291a, 293a)을 형성한다(작은 CPC 형태로 된).With reference to FIGS. 59-60, there are two one-piece pairs of CPC / CPC-like hollow reflective optics 291, 293 and an integrator. CPCs are hollow with internal reflective surfaces. Reflective materials, for example, are in the form of a multi-layer dichroic coating designed for an appropriate range of angles and wavelengths. Each of the CPCs forms curved surfaces 291a and 293a at the mechanical contact surface between the CPCs and the integrator, respectively (in the form of small CPCs).
집적기의 입구 끝에 있는 작은 CPC(291a)는 두 개의 목적을 가진다:The small CPC 291a at the inlet end of the integrator has two purposes:
1) 집적기의 기계적 홀더(holder),1) mechanical holder of the integrator,
2) 집적기의 최대 입력 각을 90도로부터 실용적인 AR 코팅이 만들 수 있는 값, 즉 50도 또는 대략 60도 까지 감소시키는 것.2) reducing the maximum input angle of the integrator from 90 degrees to the value a practical AR coating can make, ie 50 degrees or approximately 60 degrees.
집적기의 출구 끝에 있는 작은 CPC(293a)는 기계적 홀더로서 작용하는 주요한 목적을 가진다. 양쪽 끝에서, CPC는 광학 시스템을 통과하는 원거리 중심의 빛(telecentric light)의 최대값을 유지하기 위하여 접촉 링(ring of contact)에서 연장되거나 절단되지 않고 충분히 잘 설계되어야 한다. 출구 끝에 있는 작은 CPC(293a)는 입구 끝에 있는 작은 CPC(291a)보다 더 짧은(보다 작은 각 변환) 형태로 이루어질 것이다.The small CPC 293a at the outlet end of the integrator has a primary purpose of acting as a mechanical holder. At both ends, the CPC must be well designed without extending or cutting in the ring of contact to maintain the maximum of telecentric light passing through the optical system. The small CPC 293a at the exit end will be shorter (smaller angular transformation) than the small CPC 291a at the inlet end.
예시적인 광학 시스템들(Example optical systems)Example optical systems
본 발명의 제시된 특징에 따라, 원하는 왜곡/에텐듀(skew/etendue)의 범위를 벗어나는 원하지 않는 편광 및/또는 원하지 않는 빛은 원하지 않은 빛의 일부분이 임의성을 갖게되고(randomized) 유용한 빛으로 재-방출시키기 위하여 아피쳐 램프('940 공개 공보에서 기술된 형태)로 반사되어 되돌아간다. 유리한 점으로서, 전체적인 유용한 빛의 양은 증가한다. 본 발명의 제시된 특징은 예를 들어 편향된 빛의 밝은 공급원을 필요로 하는 투영 디스플레이(projection display)에 대하여 유용하다.In accordance with the proposed features of the present invention, unwanted polarization and / or unwanted light outside the range of the desired skew / etendue may be re-made into useful light where a portion of the unwanted light is randomized and useful. It is reflected back to the aperture lamp (as described in the '940 publication) to emit. Advantageously, the overall amount of useful light is increased. The presented features of the invention are useful, for example, for projection displays requiring a bright source of deflected light.
'940 공개 공보에서 기술된 형태의 램프에 있어서, 전구는 아피쳐 영역을 제외한 부분은 반사성 세라믹 물질 내부에 위치한다. 전구로 반사되어 되돌아 간 빛의 일부는 반사성 물질에 의하여 다시 유도되고(re-directed) 유용한 빛으로 전구를 벗어난다. 또한, 충전 물질을 적당하게 선택(예를 들어, 황 또는 인듐 할로겐화물(indium halide))함으로서, 전구로 재 입사되는 빛의 일부는 충전물에 의하여 흡수되고 유용한 빛으로 재 방출되며, 상기와 같은 방식으로 시스템의 효율성을 증가시키게 된다.In the lamp of the type described in the '940 publication, the bulb is located inside the reflective ceramic material except for the aperture region. Some of the light reflected back to the bulb is re-directed by the reflective material and leaves the bulb as useful light. In addition, by appropriately selecting the filler material (eg, sulfur or indium halide), some of the light re-incident to the bulb is absorbed by the filler and re-emitted as useful light, in this manner. This increases the efficiency of the system.
도 61과 관련하여, 광학 시스템(303)은 복합 포물선형 집중 기기(a compound parabolic concentrator)(305)를 포함하며 상기 집중 기기(305)는 기기의 보다 작은 끝 부분에 비-반사 코팅(an anti-reflection)(A/R)(307)을 유지한다. 종래의 A/R 코팅은 입사의 법선 각(0도)에 대하여 최적화된다. 본 발명의 제시된 특징에 따라, 코팅(307)은 높은 입사각을 가지는 빛이 아피쳐로부터 방출된 빛과 보다 잘 결합하도록(couple) 구조가 형성되어 있다. 예를 들어, 상기 A/R 코팅(307)은 약 40도의 반각(half angle)에 대하여 약 30도 내지 55도 사이의 입사각이 적절하도록 형성되어 있다.With reference to FIG. 61, the optical system 303 includes a compound parabolic concentrator 305, which has an anti-reflective coating on the smaller end of the device. -reflection) (A / R) 307 is maintained. Conventional A / R coatings are optimized for normal angles of incidence (0 degrees). In accordance with the presented features of the present invention, the coating 307 is structured such that light having a high angle of incidence is better coupled with light emitted from the aperture. For example, the A / R coating 307 is formed such that an angle of incidence between about 30 degrees and 55 degrees is appropriate for a half angle of about 40 degrees.
CPC(305)는 원격 아피쳐를 형성하는 CPC의 보다 큰 끝 부분 위에 형성된 구조(a structure)(311)를 포함한다. 아피쳐 램프와 결합되는 경우, 상기 구조(311)는 기본적으로 빛 집적 수용기(the light integrating container)의 일부분이 된다. 작동 시, 광선의 일부분(A)은 원격 아피쳐를 통하여 광학 시스템(303)을 벗어나는 반면 빛의 다른 일부(B)는 구조(311)에 의하여 반사되어 CPC(305)를 통하여 전구로 되돌아간다. 상기에서 기술한 것처럼, 반사되어 전구로 되돌아가는 빛의 일부(B)는 반사성 물질에 의하여 다시 유도되고 광학 시스템을 벗어나는 빛(A)으로되어 전구로부터 방출될 수 있다. 전구로 재 입사된 빛의 일부(B)는 충전물에 의하여 흡수되고 광학 시스템을 벗어나는 빛(A)으로 되어 재 방출된다.The CPC 305 includes a structure 311 formed over the larger end of the CPC that forms the remote aperture. When combined with an aperture lamp, the structure 311 is essentially part of the light integrating container. In operation, a portion A of the light rays exits the optical system 303 through the remote aperture while the other portion B of light is reflected by the structure 311 and returned to the bulb through the CPC 305. As described above, part of the light B reflected and returned to the bulb may be emitted from the bulb by being directed back by the reflective material and into light A leaving the optical system. A portion B of the light re-incident to the bulb is absorbed by the filling and is emitted again as light A leaving the optical system.
광학 시스템(303)은 자외선(UV light)이 다운스트림 구성 성분들(downstream components)을 손상시키는 것을 방지하는 반사성 자외선 차단 필터(reflecting UV blocking filter)(309)를 포함한다. 광학 시스템(303)은 또한 반사성 편광기(313)를 포함한다. 원하지 않는 자외선 및 원하지 않은 편광 모두 충전물에 의한 재-순환을 위하여 반사되어 램프로 되돌아 간다. 예를 들어, 반사성 편광기(313)는 3M사로부터 구입 가능한 이중 밝기 향상 필름(double brightness enhancing film : DBEF)으로 만들어 질 수 있다.Optical system 303 includes a reflective UV blocking filter 309 that prevents UV light from damaging downstream components. Optical system 303 also includes reflective polarizer 313. Both unwanted ultraviolet and unwanted polarization are reflected and returned to the lamp for re-circulation by the charge. For example, the reflective polarizer 313 may be made of a double brightness enhancing film (DBEF) available from 3M.
도 62와 관련하여, 광학 시스템(315)은 A/R 코팅(307)과 원격 아피쳐(remote aperture)(311)를 함께 가진 CPC(305)를 포함한다. CPC(305)로부터의 빛은 편향 큐브(a polarizer cube)(319)(내부 전반사(total internal reflection)를 위하여 끝마무리가 된 측면들을 가진)로 유도되고 상기 큐브(319)는 CPC(305)와 면하는 큐브(319)의 한쪽 측면 상에 UV 반사성 코팅(321)을 유지하고 있다. 원하는 편향성을 가진 빛은 큐브(319)에 의하여 반사되어 A/R 코팅(323)을 통하여 적당한 광학 기기(예를 들어, 렌즈(325))로 향하게된다. 원하지 않은 편광은 가시광선(visible) 반사 코팅(327)에 의하여 반사되어 CPC(305)를 통하여 전구로 되돌아 간다.With reference to FIG. 62, the optical system 315 includes a CPC 305 with an A / R coating 307 and a remote aperture 311 together. Light from the CPC 305 is directed to a polarizer cube 319 (with finished sides for total internal reflection) and the cube 319 is coupled with the CPC 305. Facing retains the UV reflective coating 321 on one side of the cube 319. Light with the desired deflection is reflected by the cube 319 and directed through the A / R coating 323 to the appropriate optics (eg lens 325). Unwanted polarization is reflected by the visible reflective coating 327 and returned back to the bulb through the CPC 305.
도 63과 관련하여, 광학 시스템(331)은 A/R 코팅(307)을 가진 CPC(305)를 포함한다. 광학 시스템(331)은 CPC 홀더 또는 CPC(305)의 큰 끝 부분에 장치된 플랜지(333)를 포함한다. 예를 들어, CPC(305)는 석영(굴절률(refractive index) 약 1.46)으로 만들어지고 플랜지(333)는 유사한 굴절률을 가진 광학적 투명 접착제를 가지는 CPC(305)에 부착된 석영 디스크가 된다. A/R 코팅(335)은 CPC(305)에 부착되지 않은 플랜지(333)의 끝 부분에 설치된다. 공기 접촉면(굴절률 1.00)은 플랜지(333)와 렌즈(337) 사이에 제공된다. 렌즈(337)는 반사성 UV 코팅(339)을 유지하고 반사성 편광기(341)가 렌즈(337) 뒤에 설치된다. 다른 광학 기기들(예를 들어, 큐브(a cube))이 상기 편광기(341) 뒤에 설치될 수 있다.With reference to FIG. 63, the optical system 331 includes a CPC 305 with an A / R coating 307. The optical system 331 includes a flange 333 mounted to the CPC holder or the large end of the CPC 305. For example, CPC 305 is made of quartz (refractive index about 1.46) and flange 333 is a quartz disk attached to CPC 305 with an optically clear adhesive with similar refractive index. The A / R coating 335 is installed at the end of the flange 333 that is not attached to the CPC 305. An air contact surface (refractive index 1.00) is provided between the flange 333 and the lens 337. Lens 337 retains reflective UV coating 339 and reflective polarizer 341 is installed behind lens 337. Other optical instruments (eg, a cube) may be installed behind the polarizer 341.
조절된 광원을 가진 투영 시스템(Projection system with modulated light source)Projection system with modulated light source
본 발명의 제시된 특징에 따라, 투영 시스템은 무전극 광원과 셔터(shutter)를 포함하고 상기 셔터는 이미지를 투영하기 위하여 개폐되며, 상기에서 무전극 광원에 대한 전력 공급은 효율성을 향상시키기 위하여 셔터의 개폐에 따라서 조절된다.According to a proposed feature of the invention, the projection system comprises an electrodeless light source and a shutter, the shutter being opened and closed to project an image, wherein the power supply to the electrodeless light source is adapted to improve the efficiency of the shutter. Adjusted according to opening and closing.
도 64와 관련하여, 투영 시스템(351)은 필름 게이트(357)를 통하여 이미지를 투영하기 위하여 릴 형태의 필름 프레임(a frame of reel of film)(355)을 비추는 무전극 광원(353)을 포함한다. 종래의 영사기(motion picture projectors)가 관련하여, 필름 게이트는 필름이 이미지 플레임 사이로 전진할 때 닫혀지는 셔터를 포함한다.In connection with FIG. 64, the projection system 351 includes an electrodeless light source 353 that illuminates a frame of reel of film 355 to project an image through the film gate 357. do. In the context of conventional motion picture projectors, the film gate includes a shutter that closes when the film advances between the image frames.
닫혀진 시간은 영사기의 작동 시간의 중요한 부분을 나타낸다. 셔터가 닫히는 경우, 스크린에 도달하는 빛은 없고 닫혀진 시간 동안 빛은 낭비된다. 본 발명에 따르면, 무전극 광원은 투영 시스템에서 이용되고 광원은 필름 게이트 상에 있는 셔터와 동시성을 가지도록(synchronously) 조절되고, 상기 조절 방식은 높은 광 출력은 셔터가 열리는 경우 발생되고 상대적으로 낮은 광 출력은 셔터가 닫히는 경우 발생되는 방법으로 이루어지며, 상기와 같은 방식으로 투영 시스템의 효율성을 증가시키게 된다. 예를 들어, 광원은 초당 32 이미지 프레임에 해당하는 32 Hz로 조절될 수 있다.The closed time represents an important part of the operating time of the projector. When the shutter is closed, no light reaches the screen and the light is wasted during the closed time. According to the invention, an electrodeless light source is used in the projection system and the light source is adjusted synchronously with the shutter on the film gate, the adjustment scheme wherein high light output is generated when the shutter is opened and relatively low The light output is in a way that occurs when the shutter is closed, which increases the efficiency of the projection system in the same way. For example, the light source can be adjusted to 32 Hz, corresponding to 32 image frames per second.
유리한 점으로서, 무전극 광원의 조절은 광원의 수명에 대하여 부정적인 영향을 미치지 않는다. 작은 크기의 전구(예를 들어, 1cm 또는 그 보다 작은)는 조절 주파수와 관련하여 플라즈마 반응 시간 특성(plasma response time characteristics)에 따라서 바람직할 수 있다.Advantageously, the adjustment of the electrodeless light source has no negative effect on the life of the light source. Small sized bulbs (eg 1 cm or smaller) may be desirable depending on plasma response time characteristics with respect to the regulation frequency.
본 발명의 제시된 특징은 LCD 또는 이미지 프레임 사이에 오프 스테이지(off stage)를 포함하는 다른 투영 시스템에게 또한 적용될 수 있다.The presented features of the present invention can also be applied to other projection systems that include off stages between LCD or image frames.
편광 큐브 및 미러 배열(Polarizer cube and mirror arrangement)Polarizer cube and mirror arrangement
본 발명의 제시된 특징은 새로운 P/S 결합체(combiner)와 관련된다. 도 65와 관련하여, 광학 시스템은 편광 분리 큐브(a polarization splitter cube)(403)에게 유도된 빛을 제공하는 광원(401)을 포함한다. 첫 번째 편광은 직접 큐브를 통과하고 다른 편광은 큐브의 전면을 향하여 첫 번째 편광에 대하여 수직 방향으로 반사된다. 편광 회전기(polarization rotator)(405)(예를 들어, 1/4 파 플레이트(quarter wave plate))가 반사된 빛을 수용하는 전면(face) 상에 설치되고첫 번째 편광과 동일하도록 만들기 위하여 반사된 빛의 편향을 회전시킨다. 회전된 편광을 가진 빛은 큐브의 반대 면을 통하여 반사되고 첫 번째 편광의 원래 빛과 결합하기 위하여 미러(407)에 의하여 유도된다.The presented features of the present invention relate to new P / S combiners. In connection with FIG. 65, the optical system includes a light source 401 that provides a guided light to a polarization splitter cube 403. The first polarization passes directly through the cube and the other polarization is reflected in the direction perpendicular to the first polarization towards the front of the cube. A polarization rotator 405 (e.g., quarter wave plate) is installed on the face that receives the reflected light and reflected to make it the same as the first polarization. Rotate the light deflection Light with rotated polarization is reflected through the opposite side of the cube and guided by mirror 407 to combine with the original light of the first polarization.
대안으로, 도 66과 관련하여, 편광 회전기는 빛을 반사시켜 큐브로 되돌려 보내는 대신 빛을 직접 플레이트로 통과시키는 반파 플레이트(a half wave plate)(409)를 포함할 수 있다. 상기와 같은 장치 배열에서, 미러(407)는 반파 플레이트(409)에 인접하여 위치한다.Alternatively, with respect to FIG. 66, the polarization rotator may include a half wave plate 409 that passes light directly to the plate instead of reflecting and returning the light back to the cube. In such a device arrangement, the mirror 407 is located adjacent to the half wave plate 409.
유리한 점으로서, 더 많은 양의 빛이 편향된 빛을 필요로 하는 응용 기기에 제공된다는 점이다.Advantageously, a greater amount of light is provided for applications requiring deflected light.
아피쳐 컵을 결합시키는 광학 기기 홀더(Optics holder incorporating aperture cup)Optics holder incorporating aperture cup
아크 방전 램프와는 달리, 본 명세서에서 기술된 아피쳐 램프는 원하는 이미지 평면(예를 들어, 광학 게이트(an optical gate))에 결합되는 특성 비율(an aspect ratio)을 가진 실질적으로 평면적인 광원의 이익을 제공한다. 그러므로 아피쳐 평면을 이미지 평면과 정확하게 정열시키는 것이 바람직하고, 아래와 같은 정열이 요구된다.Unlike arc discharge lamps, the aperture lamps described herein are substantially planar light sources with an aspect ratio coupled to a desired image plane (eg, an optical gate). Provide profit. Therefore, it is desirable to align the aperture plane accurately with the image plane, and the following alignment is required.
1) 위아래(up and down) 또는 좌우(side to side)로 측방향 이동(lateral shift)이 없을 것;1) no lateral shifts up and down or side to side;
2) 아피쳐 평면이 광 축(이미지 평면에 평행한)에 수직일 것;2) the aperture plane is perpendicular to the optical axis (parallel to the image plane);
3) 광 축 주위로 아피쳐 평면의 회전이 없을 것.3) There should be no rotation of the aperture plane around the optical axis.
본 발명의 제시된 특징에 따라, 광학 기기 홀더는 상기와 같은 요구들을 충족시키도록 만들어진다. 도 67-70과 관련하여, 광학 기기 홀더(411)는 각각의 끝 부분에 플랜지(415, 417)를 가진 속이 빈 튜브(413)를 제공한다. 렌즈와 다른 광학 기기들은 스페이서(spacers), 나사 홈을 가진(threaded) 유지 링(retainer rings) 및 상기 종류와 같은 수단에 의하여 튜브 내부에 설치될 수 있다. 하나의 플랜지(417)는 아피쳐 컵(423) 상에 구조적 특징(421)을 가지고 결합하도록 만들어진 리세스 된 쇼울더(a recessed shoulder)(419)를 형성한다. 특히, 아피쳐 컵은 아피쳐 방향과 관련하여 구조적인 특징을 가지도록 제공될 수 있고 플랜지는 다운스트림 광학 기기와 관련하여 적절하게 아피쳐를 위치시키기 위하여 상기 구조적 특징들과 어울리도록 만들어져 있다. 다른 플랜지(415)는 특별한 응용 기기들에 대하여 엔클로져(enclosure)와 결합하도록 만들어진 구조적 특징(425)을 포함하고 상기의 결합은 아피쳐 컵으로부터 아피쳐 평면이 상기 응용 기기들에 대한 이미지 평면과 관련하여 적당한 방향에서 유지되도록 하는 방식으로 이루어진다.In accordance with the presented features of the present invention, the optical instrument holder is made to meet such requirements. 67-70, the optics holder 411 provides a hollow tube 413 with flanges 415, 417 at each end. Lenses and other optics may be installed inside the tube by spacers, threaded retainer rings, and the like. One flange 417 forms a recessed shoulder 419 that is adapted to engage with structural features 421 on the aperture cup 423. In particular, the aperture cup can be provided to have structural features in relation to the aperture direction and the flange is made to match the structural features in order to properly position the aperture with respect to the downstream optics. The other flange 415 includes a structural feature 425 that is adapted to engage an enclosure for particular applications, the combination of which relates to the image plane for the applications from which an aperture plane from an aperture cup is associated. In such a way that it is maintained in the proper direction.
제시된 적절한 실시 예에서, 아피쳐 컵은 아피쳐의 한 쪽 측면과 평행하게 연장되는 직선의 가장자리를 가진 플랜지를 포함한다. 플랜지(417)에 있는 리세스(recess)는 아피쳐 컵과 결합하도록 만들어진 평평한 평면을 가진 잘려진 원과 마찬가지로 형성되어 있다. 다른 플랜지(415)는 상승된(raised) 사각형 립(lip)(425)을 포함하고 상기 립(425)의 측면은 리세스의 평평한 측면과 평행하도록 형성되어 있다.In a suitable embodiment presented, the aperture cup includes a flange with a straight edge extending parallel to one side of the aperture. A recess in the flange 417 is shaped like a cut circle with a flat plane made to engage the aperture cup. The other flange 415 includes a raised rectangular lip 425 and the side of the lip 425 is formed to be parallel to the flat side of the recess.
적절하게, 광학 기기 홀더는 비용을 감소시키고 리세스와 립의 상대적인 방향성에 높은 정확성을 유지하기 위하여 단일의 캐스트(cast) 부분을 이용하여 구조를 형성한다.Suitably, the optics holder forms a structure using a single cast portion to reduce cost and maintain high accuracy in the relative orientation of the recesses and ribs.
유리한 점으로서, 단일의 캐스트 부분 광학 기기 홀더(411)는 평행한 평면들과 결합 형(mating fittings)을 제공하고 상기 결합 형은 조정 기계들, 정열 핀 또는 참조 표시들(reference markers)이 필요 없도록 한다.Advantageously, the single cast partial optics holder 411 provides parallel planes and mating fittings which eliminate the need for adjustment machines, alignment pins or reference markers. do.
상기에서 기술된 구조와 관련하여, 아피쳐와 이미지 평면 사이에서 발생하는 측방향 이동(lateral shift), 평면 회전(planer rotation) 및 클로킹 회전 잘못된 정열(clocking rotation misalignment)은 조정 장치의 없이 캐스팅(casting)( 및 아피쳐 컵)을 위한 툴링(tooling)의 정확성에 의하여 결정되는 높은 정밀성(accuracy)을 가지도록 하면서 회피될 수 있다.With regard to the structure described above, lateral shifts, planar rotations and clocking rotation misalignments that occur between the aperture and the image plane are cast without the adjustment device. Can be avoided while having a high accuracy determined by the accuracy of the tooling for the (and the aperture cup).
렌즈 튜브 상의 RF 초크(RF choke in lens tube)RF choke in lens tube
본 발명의 제시된 특징에 따라, 광학 기기 홀더는 전자기적 간섭(EMI)을 감소시키기 위하여 RF 초크를 가지도록 만들어진다. 도 71-74와 관련하여, 광학 기기 홀더(431)(예를 들어, 렌즈 튜브)는 RF 구동 광원에 대하여 장치되기에 적합하도록 만들어진 입구 면(entrance side)(433)을 가진다. 광원의 작동 주파수에 따라, 렌즈 튜브의 가장 좁은 입구(opening)는 충분한 RF 방출 차단(cutoff of RF emissions)을 제공하지 못하고 원하지 않는 EMI가 발생할 수도 있다. 본 발명의제시된 특징에 따라, 도체성 스크린(435)은 EMI를 억제를 향상시키기 위하여 광학 기기 홀더와 광원 사이에 위치한다.According to the presented feature of the present invention, the optical device holder is made to have an RF choke to reduce electromagnetic interference (EMI). 71-74, the optics holder 431 (e.g., lens tube) has an entrance side 433 that is adapted to be mounted against an RF driven light source. Depending on the operating frequency of the light source, the narrowest opening of the lens tube may not provide sufficient cutoff of RF emissions and unwanted EMI may occur. In accordance with the presented features of the present invention, the conductive screen 435 is positioned between the optical instrument holder and the light source to improve EMI suppression.
스크린 메시(screen mesh)의 차원은 광원의 작동 주파수에 따라서 또한 비 차단(blockage)을 최소화하기 위하여 선택된다.The dimension of the screen mesh is chosen depending on the operating frequency of the light source and also to minimize nonblocking.
제시된 적절한 실시 예에서, RF 초크(choke)는 좋은 전기적 접촉을 제공하고 메시(mesh)에 대하여 견고함을 더해주는 두 개의 평평한 금속 링(437a, 437b) 사이에 끼인(sandwiched) 금속 메시를 포함한다. 상기 광학 기기 홀더는 RF 초크를 수용하도록 만들어진 쇼울더(439)를 형성하고, 메시는 홀더에서 리세스 되는 방식으로 만들어진다.In a suitable embodiment presented, the RF choke comprises a metal mesh sandwiched between two flat metal rings 437a and 437b that provide good electrical contact and add firmness to the mesh. The optics holder forms a shoulder 439 made to receive the RF choke, and the mesh is made in such a way that it is recessed in the holder.
광학 기기 홀더가 광원에 설치되는 경우, RF 초크는 안전하게 고정된다.When the optics holder is installed in the light source, the RF choke is securely fixed.
빛 박스(Light box)Light box
형광 조명등(florescent lights)은 전형적으로 2 feet ×2 피트 또는 2 피트 ×4 피트의 표준 치수를 가지는 트로프(troughs)에 설치된다. 상기 트로프는 유사한 치수를 가지는 금속 격자를 가지고 천장에 매달린 상태로 유지되도록 적합하게 만들어진다.Fluorescent lights are typically installed in troughs with standard dimensions of 2 feet x 2 feet or 2 feet x 4 feet. The trough is suitably made to remain suspended from the ceiling with a metal grid having similar dimensions.
상기 형광 조명등은 상대적으로 효율적이지만 단지 최소한의 수용 가능한 빛 특성을 가진다.The fluorescent lamp is relatively efficient but has only minimal acceptable light properties.
필요한 것은 상기 형광 설비들을 직접적으로 대체할 수 있는 조명 설비이며, 대체하는 조명 설비는 높은 빛 특성을 가져야 한다.What is needed is a lighting fixture that can directly replace the fluorescent fixtures, which should have high light properties.
일반적인 관점에서, 램프 헤드는 볼 렌즈를 통하여 빛 출력을 유도하는 아피쳐 램프를 수용하고, 상기의 모든 것은 앞서에서 언급된 '302 PCT 공개 공보에 보다 상세하게 기술되어 있다. 적당한 충전물(예를 들어, 인듐할로겐화물)에 대하여 램프에 의하여 제공된 빛의 색 렌더링 지수(the color rendering index)는 90을 넘는 값이 된다.In general terms, the lamp head houses an aperture lamp that directs light output through the ball lens, all of which is described in more detail in the aforementioned '302 PCT publication. The color rendering index of the light provided by the lamp for a suitable filler (eg, indium halide) is above 90.
도 75는 본 발명의 빛 박스를 위하여 사용되는 엔클로져(an enclosure)의 사시도를 도시한 것이다. 엔클로져(515)는 예를 들어 일반 조명 설비 가게에서 구입 할 수 있는 표준 2×2 형광 트로프(trough)가 될 수 있다. 트로프(515)는 한쪽 면에 홀(a hole)(517)을 포함한다. 램프 헤드(517)로부터의 빛 출력은 홀(517)을 통하여 유도된다.75 shows a perspective view of an enclosure used for the light box of the present invention. Enclosure 515 may be, for example, a standard 2 × 2 fluorescent trough available from a general lighting fixtures store. Trough 515 includes a hole 517 on one side. Light output from the lamp head 517 is directed through the hole 517.
도 76은 본 발명의 빛 박스에서 사용된 렌즈의 사시도를 도시한 것이다. 램프 헤드(507)로부터의 빛은 근사적으로 140도의 완전 빔 각(full beam angle)에서 비교적 균일한 분포를 나타낸다. 램프 헤드(507)는 빛 출력(예를 들어, 대략 60-70도 완전 각)을 보다 균일하게 평행으로 만드는(collimate) 볼 렌즈를 포함한다. 예를 들어, 트로프(515)를 위한 렌즈(519)는 빛 박스의 너비(W)와 비교할 때 빛 박스의 깊이(D)에 해당하는 축을 EK라 보다 좁은 광 초점을 형성하도록 만드는 실린더형 렌즈를 포함한다. 적당한 실린더형 렌즈는 파트 번호 01LCP127을 가진 Melles Griot, Irvine, CA로부터 상업적으로 이용 가능하다. 실린더형 렌즈는 대략 24도 완전 각(full angel)까지 단지 한 방향으로(예를 들어, 깊이(D)에 대하여)빛 출력을 더욱 평행하게 만든다. 다른 빛 박스 구조들은 다른 빔 형상 렌즈 구조들(beam shaping lens configurations)로부터 이익을 얻는다.76 shows a perspective view of a lens used in the light box of the present invention. Light from the lamp head 507 exhibits a relatively uniform distribution at a full beam angle of approximately 140 degrees. The lamp head 507 includes a ball lens that collimates the light output (eg approximately 60-70 degree full angle) more uniformly. For example, the lens 519 for the trough 515 may have a cylindrical lens that makes the axis corresponding to the light box's depth (D) narrower than EK to form an optical focus when compared to the light box's width (W). Include. Suitable cylindrical lenses are commercially available from Melles Griot, Irvine, CA with part number 01LCP127. Cylindrical lenses make the light output more parallel in only one direction (eg with respect to depth D) up to approximately 24 degrees full angel. Different light box structures benefit from other beam shaping lens configurations.
도 77은 본 발명의 특징에 따른 빛 박스의 단면도를 도시한 것이다. 빛 박스(521)는 입구(517)을 제공하는 엔클로져(515)를 포함한다. 광원(예를 들어, 램프 헤드(507))을 포함하는)은 입구(517)을 통하여 빛을 유도하도록 설치된다. 광학 시스템(예를 들어, 볼 렌즈와 실린더형 렌즈(519))은 램프 헤드(507)로부터 빛을 수용하도록 만들어진 구조를 가지며 광 빔이 빛 박스의 내부에서 더욱 균일하게 분포하도록 형성되어 있다. 예를 들어, 한 세트의 브라켓(523)은 정해진 위치에 렌즈(519)를 고정하기 위하여 제공된다.77 illustrates a cross-sectional view of a light box in accordance with aspects of the present invention. Light box 521 includes an enclosure 515 that provides an inlet 517. A light source (including for example lamp head 507) is installed to guide light through the inlet 517. The optical system (eg, ball lens and cylindrical lens 519) has a structure made to receive light from the lamp head 507 and is formed so that the light beam is more uniformly distributed inside the light box. For example, a set of brackets 523 are provided to secure the lens 519 in a fixed position.
전형적으로, 빛 분산 덮개(a light diffusing cover)는 트로프(515)위에 설치된다. 필요하거나 또는 바람직하다면, 다양한 반사성 및/또는 분산성 물질은 빛 출력을 변화시키기 위하여 트로프(515) 내부에 설치될 수 있다. 예를 들어, 입구(517)을 가지는 빛 박스의 측면과 상기 입구(517)의 반대편의 빛 박스의 측면 중의 하나 또는 양쪽 모두 마일라(Mylar)와 같은 매우 반사율이 높은 물질로 덮을 수 있다. 매우 잘 연마된 거울화된 마감질(polished mirrored finish)로 이루어진 유연한 물질(a flexible)이 또한 적당하다. 유사한 물질의 작은(예를 들어, 75mm ×125mm) 패치(patch)가 입구(517) 가까이 트로프의 바닥면(floor) 위에 설치될 수 있다. 분산성 물질(diffusing material)은 특별히 입구(517) 가까이 밝은 점이 나타나는 것을 감소시키기 위하여 사용될 수 있다.Typically, a light diffusing cover is installed on the trough 515. If necessary or desired, various reflective and / or dispersible materials may be installed within the trough 515 to vary the light output. For example, one or both of the side of the light box with inlet 517 and the side of the light box opposite the inlet 517 may be covered with a highly reflective material such as Mylar. Also suitable is a flexible material consisting of a very well polished mirrored finish. Small (eg, 75 mm by 125 mm) patches of similar material may be installed on the floor of the trough near the inlet 517. Diffusing material may be used to specifically reduce the appearance of bright spots near the inlet 517.
전력 공급원과 RF 유니트는 트로프(515)의 외부에(예를 들어 천장의 숨겨진 부분) 고정될 수 있다. 대안으로, 상기 부분들은 동축 케이블을 통하여 RF 에너지를 공급하기 위하여 램프 헤드(507)에 적당히 근접한 천장에 설치될 수 있다.The power supply and RF unit may be secured outside of the trough 515 (eg, a hidden portion of the ceiling). Alternatively, the parts may be installed in a ceiling that is reasonably close to the lamp head 507 to supply RF energy through the coaxial cable.
유리한 점으로, 상기 기술된 빛 박스는 표준 형광 설비들의 직접적인 대체물로서 표준 서스펜드형 천장 격자물(standard suspended ceiling lattice work)에서 사용되도록 만들어진다. 본 발명의 상기 기술된 형상은 표준 2×4 트로프까지 연장될 수 있다. 필요하거나 바람직하다면, 램프 헤드는 트로프의 각각의 끝 부분에 제공될 수 있다. 다른 크기의 빛 박스들 또한 이용 가능하다.Advantageously, the light box described above is made for use in a standard suspended ceiling lattice work as a direct replacement of standard fluorescent fixtures. The above-described shape of the present invention can extend up to a standard 2x4 trough. If necessary or desired, lamp heads may be provided at each end of the trough. Other size light boxes are also available.
본 발명에 따른 광학 시스템들의 여러 실시 예들이 본 명세서에서 제시되고 기술되었지만, 당업자는 수많은 다른 시스템들이 본 명세서에서 제시된 발명의 원리에 따라 형성될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 상기에서 기술된 광학 시스템은 예시의 방법으로 주어진 것이며 제한을 위하여 주어진 것은 아니다. 본 발명의 이익이 주어지면, 수많은 다른 광학 시스템들이 본 발명의 다양한 특징들을 이용하기에 적합하도록 만들어 질 수 있다. 본 발명은 현 시점에서 적절한 실시 형태라고 간주되는 것과 관련하여 기술되었다. 그러나, 본 발명이 기술된 실시 형태에 제한되는 것이 아니라 역으로 본 발명의 정신과 범위 내에 포함된 다양한 변형 발명들 및 균등한 장치들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While several embodiments of optical systems in accordance with the present invention have been presented and described herein, those skilled in the art will recognize that many other systems may be formed in accordance with the principles of the invention presented herein. Accordingly, the optical system described above is given by way of example and not by way of limitation. Given the benefit of the present invention, numerous other optical systems can be made suitable for utilizing the various features of the present invention. The present invention has been described in connection with what is regarded as an appropriate embodiment at this point. However, it is to be understood that the present invention is not limited to the described embodiments but conversely includes various modifications and equivalent apparatuses included within the spirit and scope of the present invention.
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| PA0105 | International application |
Patent event date: 20020412 Patent event code: PA01051R01D Comment text: International Patent Application |
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| PG1501 | Laying open of application | ||
| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |