(57)【要約】表面の形をした光源を提供する装置および方法が開示される。一実施形態では、装置は、光拡散体を含んだ第１シートを備え、光源が、第１シートの一辺に沿って設置されている。第１シートは、光源によって生成される光を拡散し、ここで光拡散粒子の分布は、所定の光パターンを発するように、光拡散体の全体にわたってばらついている。一実施形態では、光を発することのできる平面を製造することを含む方法が提供され、平面を製造することは、液体の中へ拡散体粒子を導入することと、平面において拡散体粒子の不均一な分布を形成するように光拡散体粒子が移動しているときに、液体を固化させることと、を含む。
2009524901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光拡散体を含む第１シートと、
該第１シートの辺に沿って設置された光源と
を含む装置であって、
該第１シートは、該光源によって生成された光を拡散して、それにより該光は所定の光パターンで発散する、装置。
【請求項２】
前記第２シートの前記辺の上へ光を集束させる反射体をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
光源に対し垂直である鏡張りされた辺をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１シートに対して平行な向きの第２シートをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１シートに隣接して、第３シートの一部分の表面が鏡張りされる、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記光拡散体は、光拡散粒子の分布を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記光拡散粒子は、第１屈折率を有する、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記光拡散粒子の分布は、前記光拡散体の全体にわたって均一である、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記光拡散粒子の分布は、前記光拡散体の全体にわたってばらついている、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１シートは、その全表面にわたって均一な光を作り出す、請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
前記光拡散体は、金属粉末、金属顔料、有機粉末、および有機顔料のうちの１つ以上であり、前記光拡散体が入射光を反射する、請求項６に記載の装置。
【請求項１２】
前記光拡散体は１つ以上の透明な粒子および透明な泡であり、該光拡散体は屈折によって光を分散させる、請求項６に記載の装置。
【請求項１３】
前記光源は、線状光源または管状光源のうちの１つである、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記第２シートの第２辺に沿って設置される追加的な光源をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１シートは、前記第２シートよりも高い屈折率を有する、請求項４に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１シートおよび前記光源は、実質的に透明な光発散表面を提供する、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１シートおよび前記光源は、実質的にクリアな光発散表面を提供する、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
光を発することのできる平面を製造することを含む方法であって、該平面を製造することは、
液体の中へ拡散体粒子を導入することと、
該平面において拡散体粒子の不均一な分布を形成するように該光拡散体粒子が移動しているときに該液体を固化させることと
を含む、方法。
【請求項１９】
前記平面を製造することは、該平面を固めるように前記液体を冷却することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記平面を製造することは、前記平面を固めるように前記液体を重合させることをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
拡散体粒子を導入することは、前記液体と、様々な濃度の拡散体粒子を有する第２液体の１つ以上の容器との間の接触を維持することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記平面を製造することは、前記液体を１つ以上の場所で加熱することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記液体は、前記光拡散体粒子によって吸収される波長の光を発する光源で加熱される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記液体を加熱することは、前記１つ以上の場所における前記光拡散体粒子の濃度を感知する温度制御機構によって温度を制御することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記拡散体粒子の不均一な分布は、所定のパターンを発するように予め定められている、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
前記拡散体濃度が前記平面で均質的にならないように、前記拡散体粒子はいろいろな濃度で導入される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
前記拡散体粒子は、前記液体内の異なる場所では異なる濃度で導入される、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、照明システムに関する。特に、本発明は、表面の形をした光源を提供するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
照明は、対象を照らして見るために、そして写真技術、顕微鏡、科学的な目的、娯楽用製作物（舞台、テレビおよび映画など）、画像の投影のために、さらにはディスプレイのバックライトとして使用される。
【０００３】
照明を目的として、現行の技術には、点または一次元の形をした光源のシステムが多数ある。このようなシステムは、多数の欠点を有する。すなわち、光源における光の強度がその他の空間または周囲に比べて極端に高いので、このような光源は目に悪い。さらにこのような光源は、対象の影を非常にくっきりと投影するので、目に心地よいものではなく、写真技術および娯楽用製作物などの用途には好まれないことがある。このような光源は、さらに、テーブル・トップ、テレビのフロント・パネル、およびモニタのフロント・パネルなどの表面上にグレア（ｇｌａｒｅ）を引き起こす。
【０００４】
表面の形をした光源の役割を果たす従来技術のシステムがある。グレアを減らすために、家庭照明用の蛍光灯は拡散体パネルで覆われることがある。こうしたシステムはかさばる。さらに、これらは透明ではない。拡散体および拡散反射体（例えば、傘形反射体）は、写真技術および映画撮影術の光源として用いられているが、それらは均一的な照明を近似するに過ぎない。
【０００５】
ＬＣＤスクリーンなどのフラットパネル・スクリーンのバックライトは、均一的またはほぼ均一的な光を提供する。ＬＣＤスクリーンを背面から照らす従来のソリューションでは、シートの形をした光ガイドが備えられ、その上に、光を抽出するためのドットまたはプリズムなど何らかの形状が印刷されている。光ガイドは、２つの低屈折率の材料の間に高屈折率の材料を挟むことによって形成される。ドットの形状および出現率は、表面にわたって均一的な照明が実現されるように管理される。均一的に照射しているのは、一次元の光源であって、表面ではない。これらの方法により表面にわたって均一的な照明が得られるが、局所的には照明は均一ではない。外観をよく見ると、闇に囲まれて光っている複数のドットのように見える。このような不均一性は、目に心地よいものではなく、フラットパネル・スクリーンのバックライトとして用いた場合には、モアレ模様を乱す原因となる。上述のようなシステムにおいて光の局所的な均一性を実現するには、拡散体パネルまたはフィルムによって覆う必要があり、そのためシステムはさらに費用がかかり、かさばり、透明性のないものになる。
【０００６】
局所的に表面にわたって均一的な照明を提供する（すなわち、表面を局所的に均一に照射する）システムがある。これらのシステムは、光ガイドを用い、誘導される光の一部を抽出する方法を用いるという意味で、上述のシステムと類似する。しかし、光の抽出は、ドットまたは幾何学的な形状を用いて行われるのではなく、微細な光散乱、回折または拡散粒子を用いて行われる。このような粒子は、光ガイドの全体にわたって均一に分布させられる。これにより、不連続的に明るいのではなく、連続的に明るい光源がもたらされる。
【０００７】
一方、シートの一端から別の端へと光が誘導されるときに、光の一部が抽出されることにより、抽出用として残る光はますます少なくなり、故に照明はますます弱くなる。従って、これらのシステムは、全表面にわたって照明の均一性を提供するものではない。おおよその均一性を提供するには、光ガイドの一端からもう一方の端までにおいて、全体的な光の減少が多すぎてはならない。しかしこのことは、光ガイドの辺における光の浪費を引き起こすので、システムのエネルギー効率が低下する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（概要）
表面の形をした光源を提供する装置および方法が開示される。一実施形態において、装置は、光拡散体を含んだ第１シートを備え、光源が、第１シートの一辺に沿って設置される。第１シートは、光源によって生成された光を拡散し、光拡散粒子の分布は、所定の光パターンを発するように光拡散体の全体にわたってばらついている。
【０００９】
上記およびその他の好ましい特徴について、実装および要素の組み合わせの様々な詳細を含め、添付の図面を参照してさらに詳しく説明し、請求項にて指摘する。当然のことながら、本明細書に記載された個々の方法およびシステムは、単なる例示として示されるものであり、制限するものではない。当業者には当然のことながら、本明細書に記載された原理および特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な多数の実施形態で用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
添付の図面は、本明細書の一部として含まれており、本発明の好適な実施形態を図示するものであって、上述の要約および以下に述べる好適な実施形態の詳細な説明と共に、本発明の原理を明らかにし、教示するものである。
【００１１】
（詳細な説明）
表面の形をした光源を提供する装置および方法が開示される。一実施形態において、装置は、光拡散体を含んだ第１シートと、第１シートの一辺に沿って設置された光源とを備える。第１シートは、光源によって生成される光を拡散し、ここで光拡散粒子の分布は、所定の光パターンを発するように、光拡散体の全体にわたってばらついている。
【００１２】
一実施形態によれば、エネルギー効率のよい照明システムが提供され、それによって、表面全体のみならず局所的にも均一な照明を発する平面が作られる。システムは、光ガイドおよび一次光源を含み、一次光源は、最大光量が光ガイドの中へ導かれるようなやり方で設けられる。光ガイドは、所定の低い屈折率の透明な材料から成る複数のシートに挟まれた透明な材料から成るシートとして、作られる。中央のシートには、粉末、染料、透明な泡など、光を拡散、分散、および／または回折する微細な材料が含まれる。拡散材料は、表面のうちの広い面の１つに入ってくる光のごく一部のみを分散するように、淡い濃度となっている。濃度は、シート上の場所によって異なっており、それにより、光源の表面にわたって均一的な照明、または所望のパターンの照明を実現する。
【００１３】
別の実施形態によれば、規定の不均一な濃度で光拡散材料を有する透明なシートを製造する方法には、光拡散材料を、均質的または様々な濃度にて、液体材料の中へ取り入れることが含まれる。液体材料の、透明な材料への（制御された方法での）固化が行われる。物理的拡散、浮力、対流、および／または不均一な拡散率が原因となって、光拡散材料の移動が起こる。
【００１４】
図１Ａは、本発明の一実施形態にしたがう、例示的な光ガイドおよび光源システム１９９のブロック図を示す。光ガイド１００は、透明なシートである。光ガイド１００は、広い面で接合された３枚のシートで構成されており、各々のシートは光透過性である。中央のシート１０４（コア）は、脇の２枚のシート１０２および１０６（以降、クラッディングまたはクラッディング・シート１０２、１０６と称する）よりも、屈折率が高い。光ガイドの一辺１１２の近くに、管状または線状の一次光源１０８が設置されている。一次光源１０８は、白熱フィラメント、蛍光もしくはガス放電管、またはＬＥＤのバンク（ｂａｎｋ）、あるいは他の任意の同様の光源であり得る。光源１０８によって生成される光の最大量が下辺からコア１０４へ入るように、一次光源１０８からの光が、集束反射体１１０または他の光学装置を用いて、光ガイド１００のコア１０４の中へ結合される。一次光源１０８からの光は、繰り返し全反射されて、一次光源の辺１１２からコアの反対側の辺１１４まで進む。
【００１５】
図１Ｂは、本発明の一実施形態にしたがう、例示的な光ガイドおよび光源システム１９９を正面から見たブロック図を示す。光ガイド１００は、上辺１１４、下辺１１２、左辺１１６および右辺１１８を有する。左辺１１６および右辺１１８（これらは、一次光源／下辺１１２に対して垂直である）は、これらの辺にて光が損失されないように、鏡張りになっていることが好ましい。
【００１６】
図１Ｃは、本発明の一実施形態にしたがう、例示的な光ガイドおよび光源システム１９９を側面から見たブロック図を示す。図１Ｃは、一次光源１０８からの、全反射されている単一の光線１２０を図示している。
【００１７】
屈折率の低いクラッディング・シートが使用され、その辺に入ってくる光をコアが伝導する。クラッディング・シートは、コア１０４よりも屈折率の低い固体、液体、ガス（空気など）、または真空であり得る。同様に、光が主としてコア１０４を通って反対側の端へ進むように一次光源１０８からの光を集束させることによっても、類似する結果が得られる。すなわち、光はコア１０４によって伝導される。特に、レーザーによって生成される光などのコヒーレント光は、損失されることなくコア１０４を通じて伝導される。コア１０４を通って進む光は、コア１０４のあらゆる場所にて少量ずつ抽出される。このことが行われる一般的な原理については、以降に説明する。
【００１８】
図２Ａは、本発明の一実施形態にしたがう、例示的なコア２００のブロック図を示す。コア２００はシートとして記載されているが、説明の目的のために、長方形の形状で表す。透明な材料で作られた平行六面体（ｐａｒａｌｌｅｌｅｐｉｐｅｄ）シート（コア）２００は、光分散粒子の濃度が極めて低い状態で示されている。光分散粒子の濃度が非常に低いので、目２０２で図示されている短い方からシート２００を見ると、ほぼ完全に透明に見える。目２０４で図示されている長い方から見ると、２０６に図示するように、視覚的にずっと高い濃度で光分散粒子が観測される。一般的に視野方向２０４からでは、ほぼ全ての視野方向が光分散粒子にぶつかるが、それに対し一般的に視野方向２０２からは、光分散粒子にぶつかる視野はほとんどない。
【００１９】
図２Ｂは、本発明の一実施形態にしたがう、光線２０８を拡散する例示的なコア２００のブロック図を示す。光線２０８は、シート２００の長い方の距離を横断してシート２００の中へ導かれる。光２０８は、ほぼ完全に分散される。
【００２０】
図２Ｃは、本発明の一実施形態にしたがう、横断する光線２１０および２１２を拡散する例示的なコア２００のブロック図を示す。光線２１０または光線２１２などシート２００の中へ横断方向に送られる光は、分散せずにほぼ完全にコア２００を通り抜ける。この分散しない光は、あたかも全く透明なシートを通って進むかのように進むので、シートの一端において、反対側の端にある対象の本質的にクリアな画像が作り出される。故に、コア２００は、広い方の面を通して見ると、透明であると同時にクリアである。
【００２１】
一実施形態では、光分散粒子は、小粒であって、シート２００の全体にわたって均質的に（しかし必ずしも均一的にではなく）分布している。
【００２２】
図３Ａは、本発明の一実施形態にしたがう、表面の形をした光源３００のブロック図を示す。光ガイド３５０のコア３０４には、光分散粒子のまばらな分布である拡散体３４０が含まれる。コア３０４内の拡散体は、コアへの入射光を反射する金属、有機物、または他の粉末もしくは顔料で作られている。あるいは、コア３０４内の拡散体は、小さくて透明な粒子または泡で構成されていてもよく、これらは屈折、境界線における反射によって、粒子内部の拡散によって、または全反射によって、光を分散する。一次光源１０８からの光は、光ガイド３５０の全表面にわたって分散され、双方の広い面から出て行く。光ガイド３５０は、その表面のうちの１つから見た場合、本質的に透明でありかつクリアである。光は、集束反射体１１０を用いて集束させられる。
【００２３】
図３Ｂは、本発明の一実施形態にしたがう、光ガイド３００を側面から見たブロック図を示す。コア３０４内の拡散体は、小さくて透明な粒子または泡で構成されているとよく、これらは屈折、境界線における反射によって、粒子内部の拡散によって、または全反射によって、光を分散する。一次光源１０８からの光は、光ガイド３００の全表面にわたって分散され、双方の広い面から出て行く。光ガイド３００は、その表面のうちの１つから見た場合、本質的に透明でありかつクリアである。光は、集束反射体１１０を用いて集束させられる。
【００２４】
図４は、本発明の一実施形態にしたがう、コアの例示的なコア要素４９９のブロック図を示す。コア要素４９９は、コアと同じ厚みおよび横幅を有するが、高さは非常に低い。光４００がコア要素４９９へ入る。光の一部は分散され、照明光４０２のように光ガイドを出て行き、残りの光４０４は、次のコア要素へと進む。入ってくる光のパワー４００は、分散光４０２のパワーと、次の要素へと続く光４０４のパワーとの合計に一致する。コア要素４９９へ入る光４００に対する分散光４０４の割合は、コア要素４９９の光分散度である。コア要素４９９の光分散度は、コア要素４９９の高さに正比例する。コア要素４９９の光分散度とコア要素４９９の高さとの比は、光分散密度である。コア要素４９９の高さが低くなるにつれて、光分散密度は定数に近づく。コア要素４９９のこの光分散密度は、コア要素４９９における拡散体の濃度に対してある一定の関係にある。この関係は、ある程度まで正比例に近似させられる。関係は、実験によって容易に測定されるので、要素の拡散体濃度が分かれば、コア要素４９９の光分散密度を測定することが可能となり、逆も同様である。
【００２５】
コア要素４９９の高さが低くなると、発散する光４０２のパワーが比例して減少する。コア要素４９９の高さに対する発散する光４０２のパワーの比は、要素の高さが低くなるにつれて定数に近づくが、これは、コア要素４９９における発散パワー密度（ｅｍａｎａｔｅｄ  ｐｏｗｅｒ  ｄｅｎｓｉｔｙ）である。コア要素４９９における発散パワー密度は、光分散密度と入射する光のパワー（言い換えれば、要素を通って進む光のパワー）とを掛けたものである。コア３０４を通って進む光のパワーの勾配は、発散パワー密度の負の数である。上記の２つの関係により微分方程式が得られる。この方程式は、「ｄＰ／ｄｈ＝−ｑＰ＝−Ｋ」の形で表すことができ、ここで、
ｈは、一次光源の辺１１２からのコア要素の高さであり、
Ｐは、その要素を通って誘導される光のパワーであり、
ｑは、要素の光分散密度であり、
Ｋは、その要素における発散パワー密度である。
【００２６】
この方程式は、各要素における光分散密度が与えられたときに、発散エネルギー密度を求めるために用いられる。この方程式はまた、発散エネルギー密度が与えられたときに、各要素の光分散密度を求めるためにも用いられる。特定の発散エネルギーを有する特定の光源を設計するために、上記の方程式を解いて、コア３０４などのコアの各コア要素における光分散密度を算出する。これにより、コアの各コア要素における拡散体濃度が算出される。かかるコアを製造し光ガイド内で使用して、光源に対し、必要な発散エネルギー密度を光源の表面にわたって提供する。
【００２７】
コア内で拡散体の均一的な密度が用いられていたら、発散パワー密度は、高さとともに指数関数的に減少する。光源に近い辺（辺１１２など）から反対側の辺１１４までのパワーの減少が最小限に抑えられるように拡散体濃度を選択することによって、均一的な発散パワー密度に近似できる。パワーの損失を減らすため、および発散パワーの均一性を向上させるために、反対側の辺１１４によって光をコアの中へ反射する。代替的な実施形態では、もう１つの一次光源によって、反対側の辺１１４の方へ光を調達する。
【００２８】
均一的な照明を実現するために、光分散密度、従って拡散体濃度は、コアの表面にわたってばらついている必要がある。このことは、上述の手法を用いて行うことができる。閉形式解はｑ＝Ｋ／（Ａ−ｈＫ）であり、ここでＡはコア１０４へ入っていくパワーであり、Ｋは各要素における発散パワー密度であって、均一的な照明の場合には定数である。コアの全高がＨであるとすれば、ＨとＫとの積はＡ未満である。すなわち、発散されるパワーの合計は、光ガイドへ入っていくパワーの合計未満であり得る。この場合に上記の解が実現可能となる。光ガイドへ入っていく全部のパワーが照明に利用されるのであれば、ＨとＫとの積はＡと等しくなるので、光分散密度ｑは、ｈがＨに近づくにつれて、すなわちコア５０４の要素が高くなれば、無限大に近づく。本発明の一実施形態では、ＨとＫとの積がＡをわずかに下回るように保たれており、それにより消耗されるパワーがごく少量となるのに加え、光分散密度は常に有限となる。
【００２９】
図５は、本発明の一実施形態にしたがう、拡散体粒子の濃度が多様なコアを有する面５００の形をした例示的な光源の図を示す。拡散体の濃度は、コア５０４の底部（一次光源の辺）からコア５０４の反対側の辺にかけて、希薄から高濃度まで変動する。
【００３０】
図６は、本発明の一実施形態にしたがう、一次光源を２つ有する面６００の形をした例示的な光源を示す。２つの一次光源１０８、６０９を用いることにより、コア内の拡散体濃度の高いばらつき具合不要となる。上記に提示された微分方程式を別個に用いて、一次光源１０８、６０９各々に起因する発散パワー密度を導き出す。これら２つのパワー密度を加算すると、特定のコア要素にて発散される光パワー密度の合計が得られる。
【００３１】
光源６００の均一的な照明は、光分散密度ｑ＝１／ｓｑｒｔ（（ｈ−Ｈ／２）∧２＋Ｃ／Ｋ∧２）によって実現することができ、ここでｓｑｒｔは平方根関数であり、∧は累乗法を表し、Ｋは一次光源あたりの平均の発散パワー密度であり（数値的には、各要素における発散パワー密度の合計の半分に等しい）、さらにＣ＝Ａ（Ａ−ＨＫ）である。
【００３２】
図７は、本発明の一実施形態にしたがう、鏡張りされたコアを有する面７００の形をした例示的な光源の図を示す。鏡張りされたコア７２０を用いることによって、コア７２０内の拡散体濃度の高いばらつき具合は不要となる。コア７２０の上辺７１０は鏡張りされており、それにより光をコア７２０の中へ反射する。光源７００にて均一的な照明を実現する光分散密度は：
ｑ＝１／ｓｑｒｔ（（ｈ−Ｈ）∧２＋Ｄ／Ｋ∧２）であり、
ここでＤ＝４Ａ（Ａ−ＨＫ）である。
【００３３】
本発明のいずれのシステム（面５００、６００および７００の形をした光源など）の場合も、たとえ一次光源のパワーが変化した場合であっても、同じ発散パターンが維持される。例えば、光源５００の一次光源が定格パワーの半分を提供する場合、コアの各要素は、各自の定格パワーの半分を発散するようになる。具体的には、均一的な照明として機能するように設計された光ガイドのコアは、その１つまたは複数の一次光源のパワーを変えることによって、すべてのパワー定格において均一的な照明として機能する。一次光源が２つあれば、この効果を維持するべく、それらのパワーが並行して変更される。
【００３４】
図８は、本発明の一実施形態にしたがう、例示的なコア製造工程８００を示すフロー図である。拡散体粒子が、均質的または様々な濃度でベース液の中へ導入される（８１０）。ベース液は、制御された方法で透明な固体へと固化される（８２０）。この透明な固体が、最終的にコアの本体を形成する。固化は、ベース液を冷却するか、重合するか、または類似する任意の物理的もしくは化学的な手段によって実現される（８３０）。固化の工程では、ベース液中の拡散体の物理的拡散率が時間に応じて制御されるように、制御された温度もしくは重合スケジュール、またはその他の手段を用いる。工程中、拡散体材料が、物理的および化学的変化を受ける可能性もある。固化の間には、物理的拡散に起因して、あるいは別の実施形態では浮力、対流、不均一な拡散率、および他の力に起因して、拡散体粒子の移動が起こる（８４０）。ベース液は、所定の位置依存性の拡散体濃度で固化し、コアとなる。必要に応じ、本工程の全体を通じて、追加の拡散体材料またはベース液を導入してもよい（８５０）。
【００３５】
図９Ａは、本発明の一実施形態にしたがう、拡散体粒子の様々な濃度を有するベース液９１０のブロック図を示す。ベース液９１０は、拡散体粒子９０２をいろいろな濃度レベルで含む。拡散体粒子９０２は、作り出されるコアと同じサイズかまたはそれより大きい長方形のトレイに保持されているベース液９１０のいろいろな場所にて添加される。拡散体粒子が添加される場所は、同一サイズであっても、様々なサイズであってもよい。ベース液９１０には拡散体粒子のエリアが３つだけ示されているが、このようなエリアは、ベース液９１０の表面にわたって何百あるいは何百万でも存在し得る。ベース液９１０は、その後、３０４などのコアを形成するべく制御された方法で固化される。
【００３６】
図９Ｂは、本発明の一実施形態にしたがう、例示的なコア９２０のブロック図を示す。固化の工程において、拡散体粒子のエリアでは、互いの中およびベース液の中への物理的拡散が生じて、所定の拡散体濃度パターンを有する拡散体濃度の連続的なグラデーションが形成される。必要なコアよりもトレイが大きい場合は、上述のように形成されたシートからコア・シートを切り取る。
【００３７】
拡散体粒子エリアを設計するために、物理的拡散工程は、線形の、位置不変のシステム、すなわちコンボリューション演算として近似される。拡散体粒子エリアは、互いに近くに設計され、さらにコンボリューション後の最終的な濃度が所定のパターンを有するような濃度で設計される。このことは、デコンボリューションによって行われ得る。一実施形態によれば、デコンボリューションを実行するのに必要なコンボリューション演算のインパルス応答は、実験的に、または温度スケジュールの情報を用いて識別されたり、または他の制御された固化工程が使用されたりする。辺においては位置不変ではないので、別の実施形態では、線形であるが位置不変ではないモデルを用いるとよい。そのとき拡散体粒子エリアの粒子濃度は、行列反転または最小二乗法などの線形システム解法を用いて計算される。
【００３８】
一実施形態では、拡散体濃度が様々な拡散体粒子エリアが、ノズルによってベース液９００の中へ導入され、各ノズルは、拡散体溶液を異なる濃度または量で放出したり、あるいは異なる期間にわたって放出したりする。別の実施形態では、拡散体材料の入っているトレイに空けられた可変サイズの穴を通して拡散体を注入することによって、拡散体粒子エリアが作られる。
【００３９】
図９Ｃは、本発明の一実施形態にしたがう、隔室を有する例示的なベース液９３０のブロック図を示す。ベース液そのものは、拡散体の様々な濃度を有する部分という形で、設定トレイの中へ取り入れられる。これらの部分は、最初は、図９Ｃに示すように隔壁を用いて分離され得る。隔壁は、全ての部分が用意された後で、取り除かれる。次いで、ベース液が固化されるときに、これらの部分は互いの中へ物理的に拡散し、拡散体濃度の連続的なグラデーションを作り出す。
【００４０】
上記の工程（または以下に明示する工程）は、最終的なシートの形をしたトレイの中で実行しなくてもよい。例えば、三次元のブロックの全体、同時に処理され、そこからシートが切り取られ得る。あるいは、上記の工程をコンベヤ・ベルト上で次々に行って連続的なシートを形成し、これを最終的に必要なサイズのシートに切り分けることもできる。温度（凝固）に起因する固化の場合には、コンベヤ・ベルトの別個の場所が、精密に制御された温度を有し得る。
【００４１】
別の実施形態では、ベース液の固化シートは、濃度の異なる拡散体のベース液の容器群と２つの側面で接している。ベース液の全体には、拡散体の濃度勾配が生じる。一定の時間が経過すると、物理的な拡散工程が落ち着き、線形の勾配が形成される。時間を短くすれば、特定の用途向けにいろいろな種類の勾配が得られ、均一的な照明条件に近づけることができる。
【００４２】
別の実施形態では、ベース液と拡散体との均質な混合物が作られる。ベース液が固化するときに、シートは、ある角度の傾斜を持って保たれている。ベース液よりも重いか軽いかに応じて、拡散体粒子が、重力および浮力を受けて上方または下方へ移動し、ひいては拡散体濃度のグラデーションを形成する。シートの角度は、工程の全体を通じて、制御されたやり方で変えられる。
【００４３】
図１０は、本発明の一実施形態にしたがう、光源１０１０およびベース液１０００のブロック図を示す。広がりのある光源１０１０が、中に少量の拡散体のあるベース液１０００の上へ一端から光エネルギーを投影する。光源１０１０からの光は、拡散体によって吸収される波長である。特定の場所における拡散体粒子は、その場所における光分散密度とその点に到達する放射のパワーとの積に比例する放射熱を受ける。受ける熱が一定である場合、拡散体粒子の加熱が生じる。この平衡状態は、均一的な照明に用いるものと同じ拡散体濃度のグラデーションである。この平衡状態が実現されなければ、拡散体粒子および周囲のベース液の優先的温度上昇が生じる。これによって物理的拡散率のばらつきが生じ、その結果、平衡が実現されるまで、拡散体粒子の移動が起こる。光源１０１０のパワーは、ベース液１０００が固化するまで減らされ得る。放射熱の一様性のために、光源１０１０は一様に照明された表面である。
【００４４】
別の実施形態では、ベース液１０００内の様々な場所の温度は、温度制御機構を用いて制御される。フィードバック・システム（図示せず）が、拡散体の現在の濃度を感知し、必要な濃度を実現するべく温度を調整する。現在の濃度は、形成コアに光を通すことによって、そして発散される光密度を感知することによって感知され得る。
【００４５】
別の実施形態では、濃度パターンの線形の性質は、容器間に勾配を設定することによって実現される。濃度パターンの非線形の性質に対する補正は、様々な拡散体濃度の拡散体粒子エリアを追加することによって実現される。非常に小さなスケールの補正のために、光源１０１０が微小な温度勾配を作り出すと同時に、これらの拡散体粒子エリアの物理的拡散が行われる。
【００４６】
図１１Ａは、本発明の一実施形態にしたがう、１つの表面から光を発する光源１１００を示す。光ガイド１１００は、１つの側面に鏡１１０２を有する。一実施形態では、鏡１１０２からの正反射を避けるために、鏡１１０２の外観につや出しまたはつや消しが施される。別の実施形態では、光拡散シートまたはフィルムが、鏡１１０２と装置１１１０の残りの部分との間に、または出力クラッディング・シートのすぐ後ろに追加される。鏡１１０２は、部分的に銀仕上げされた（ｓｉｌｖｅｒｅｄ）鏡であるとよいと考えられ、それにより一部の光を通過させて、反対側にある対象が見えるようにする。この装置は、片側からしか見えないガラスとして使用されてもよい。さらにこのシステムは、照明がカメラと同じ方向から来るように、写真技術のために使用され得る。
【００４７】
図１１Ｂは、本発明の一実施形態にしたがう、１つの表面から光を発する例示的な光ガイド１１２０のブロック図を示す。この実施形態では、１つのクラッディング・シート１１０６のみを使用しており、コアが直接鏡張り１１０４されている。
【００４８】
別の実施形態によれば、光ガイドの背後にカメラまたは類似するデバイスを設置することが望ましいことがあり得る。しかし、光ガイドが鏡を含む場合、バックライトが通らなくなり、そのためカメラは光ガイドを通して見ることができない。図１１Ｃは、本発明の一実施形態にしたがう、鏡張りされていない水平方向の一帯を有する例示的な光ガイド１１４０のブロック図を示す。この部分における照明パワーの損失を補うために、鏡張りされていない一帯の前にあるエリア１１０７では、高い濃度の拡散体が用いられる。様々な視角から見た照明の一様性を実現するために、鏡の反射率の連続的なグラデーションと、拡散体濃度の連続的なグラデーションとが対応させられており、この拡散体濃度の連続的なグラデーションはさらに鏡の反射率低下に起因する照明パワーの損失にも対応している。この鏡の反射率のグラデーションは、バックライトを通して見るべくカメラが利用するエリアにおいては、鏡が完全にまたは本質的に透明となるようになっている。
【００４９】
図１２は、本発明の一実施形態にしたがう、３つ以上の色の照明を可能にする光ガイド１２００を示す。光ガイド１２００は、特別な光パターンの発散も可能にする。１つ以上の光ガイド１２０１が互いに隣り合って設置される。各光ガイドは透明なので、全ての光ガイドに起因する照明を表面で見ることができる。この方法で、様々な照明効果を実現することができる。一次光源１０８の各々は、固有の発散スペクトルを有する。各々の一次光源のパワーは、個別に制御され得る。光源１２００の可視の表面１２０２は、変更可能な色の光源である。レンズ・システムまたは他の光学装置を使用して集中的なビームを作り出してもよく、それにより非常にエネルギー効率の良い様々な色のための照明器具を形成し、さらには連続的な色のグラデーションに加え、連続的な色の変化を作り出すことができる。
【００５０】
コアの厚みは薄いため、光源の広い表面を通じて入ってくる光はほぼ全て、光源をそのまま通過する。故に、光源は、本質的に横断する光に対して透明である。
【００５１】
本装置の１つの使途は、家庭、職場、工場、写真技術などのための照明源、ならびに実験用光源としての使用である。
【００５２】
本装置および方法の別の使途は、ＬＣＤスクリーンなどのフラットパネル・ディスプレイのバックライトとしての使用である。このようなスクリーンは、ラップトップ型およびデスクトップ型のモニタに一般的に使用され、ディスプレイのバックライトは均一的に照明された表面である。
【００５３】
別の実施形態によれば、光の不均一な発散が好ましい場合もある。異なる２つの色の、２つの一次光源を有するシステムを用いて、色のグラデーション（一般に、色調、彩度、輝度またはスペクトル）のある光が実現され得る。このシステムは、色フィルタを用いたシステムよりもエネルギー効率がよい。
【００５４】
本装置は、建築用および一般市民生活用の照明（家庭、職場および公的空間を含む）に、医療用写真技術を含む写真技術に、さらに映画撮影技術および舞台に使用することができる。均一的な光源は、較正および実験のための標準光源としても有用である。
【００５５】
本装置の透明性は、写真を撮る人が、光源の背後から対象を撮影することを可能にし、影のない写真を提供し、これは医療（特に歯列矯正術）の写真技術において特に重要である。カメラは、本装置を含んだバックライトを有して照らされているフラット・スクリーンの背後から、画像を捕らえることができる。
【００５６】
本装置および方法は、美的および芸術的な目的にも使用され得る。例えば、光ガイドの対向する２つの辺にある様々な色の一次光源は、連続的な色調のグラデーションを有する光源を提供する。そのような器具の具体的な用途には、舞台および映画制作においてパノラマ式背景幕または空色の背景幕として構成し、空における色調のグラデーションをシミュレートすることが挙げられる。他の様々な光度および色調のグラデーションを実現することができる。
【００５７】
別の実施形態によれば、本装置および方法は、日光を、同じ方向からの人工光源に置き換える。日光の開口と人工光源に別々の空間を必要としないので、自動圧縮も提供される。別の実施形態は、透明な表面がそれを通る視界を不明瞭にする光源として、必要に応じてプライバシーを提供する。同様に、ハーフミラーまたは片側からしか見えないガラスを、ハーフミラーの一端にある透明な光源によって増強してもよく、それにより対象が一方向では見えにくく、反対方向では見えやすいようになる。
【００５８】
表面の形をした光源を提供する装置および方法について記載してきた。当然のことながら、本明細書に記載されている実施形態は、説明目的であり、本特許発明の対象物を限定するものとみなされるべきではない。本発明の範囲または精神から逸脱することなく、多様な変形、使用、代替、組み換え、改善、製造方法のあることが、当業者には明らかであり得る。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一実施形態による例示的な光ガイドのブロック図を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の一実施形態による例示的な光ガイドを正面から見たブロック図を示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の一実施形態による例示的な光ガイドを側面から見たブロック図を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の一実施形態による例示的なコアのブロック図を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の一実施形態による光線２０８を拡散している例示的なコアのブロック図を示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の一実施形態による横断する光線２１０および２１２を拡散している例示的なコアのブロック図を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の別の実施形態による例示的な光ガイドのブロック図を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の一実施形態による例示的な光ガイドを側面から見たブロック図を示す。
【図４】図４は、本発明の一実施形態によるコアの例示的なコア要素を示す。
【図５】図５は、本発明の一実施形態による拡散体粒子の濃度が多様なコアを有する例示的な光ガイドの図を示す。
【図６】図６は、本発明の一実施形態による２つの一次光源を有する例示的な光ガイドのブロック図を示す。
【図７】図７は、本発明の一実施形態による鏡張りされたコアを有する例示的な光ガイドの図を示す。
【図８】図８は、本発明の一実施形態による例示的なコア製造工程を示すフロー図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の一実施形態による拡散体粒子の様々な濃度を有する例示的なベース液のブロック図を示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の一実施形態による例示的なコアのブロック図を示す。
【図９Ｃ】図９Ｃは、本発明の一実施形態による隔室を有する例示的なベース液のブロック図を示す。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態による光源と一緒に例示的なベース液のブロック図を示す。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明の一実施形態による１つの表面から光を発する例示的な光ガイドのブロック図を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本発明の別の実施形態による１つの表面から光を発する例示的な光ガイドのブロック図を示す。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、本発明の一実施形態による鏡張りされていない水平方向の帯を有する例示的な光ガイドのブロック図を示す。
【図１２】図１２は、本発明の一実施形態による２色より多くの照明を可能にする光ガイドを示す。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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