(57)【要約】  第１の表面（１０１）と、これと反対側に位置するフェーセット付きの第２の表面（１０２）と、光を受け入れる少なくとも１つの表面（１０５）とを備えた導波板（１００）を有する光視準デバイスが提供され、第２の表面（１０２）は、複数個の本質的に互いに平行な平面状部分（１０３）及びこれら互いに平行な平面状部分（１０３）を互いに連結する複数個のフェーセット（１０４）を有する。各フェーセット（１０４）は、互いに平行な平面状部分（１０３）に対して非直角の角度（β）をなして形成され、光視準デバイスは、複数個の視準屈折素子（１０６）を更に有し、各視準屈折素子（１０６）は、複数個のフェーセット（１０４）のうちの別々のものにそれぞれ対応し、各視準屈折素子（１０６）は、対応のフェーセット（１０４）で反射されて導波板（１００）から取り出されている少なくとも光の主要部分のビーム経路中に配置されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表面（１０１）と、前記第１の表面と反対側に位置するフェーセット付きの第２の表面（１０２）と、光を受け入れる少なくとも１つの表面（１０５）とを備えた導波板（１００）を有する光視準デバイスであって、前記第２の表面（１０２）が、複数個の互いに平行な本質的に平面状の部分（１０３）及び前記互いに平行な平面状部分（１０３）を互いに連結する複数個のフェーセット（１０４）を有する、光視準デバイスにおいて、
各前記フェーセット（１０４）は、前記互いに平行な平面状部分（１０３）に対して非直角の角度（β）をなして形成され、
前記光視準デバイスは、複数個の視準屈折素子（１０６）を更に有し、各前記視準屈折素子（１０６）は、複数個のフェーセット（１０４）のうちの別々のものにそれぞれ対応し、各前記視準屈折素子（１０６）は、対応の前記フェーセット（１０４）で反射されて導波板（１００）から取り出されている少なくとも光の主要部分のビーム経路中に配置されている、
ことを特徴とする光視準デバイス。
【請求項２】
前記フェーセット（１０４）が前記第２の表面（１０２）の前記互いに平行な平面状部分（１０３）に対してなす前記角度（β）は、１５°〜７５°であり、前記レンズ（１０６）は、前記光視準デバイスの第１の表面側に設けられている、請求項１記載の光視準デバイス。
【請求項３】
前記フェーセット（１０４）が前記第２の表面（１０２）の前記互いに平行な平面状部分（１０３）に対してなす前記角度（β）は、１０５°〜１６５°であり、前記レンズ（１０６）は、前記光視準デバイスの第２の表面側に設けられている、請求項１記載の光視準デバイス。
【請求項４】
前記視準屈折素子（１０６）は、１つのレンズ、複数個のレンズ、１つのフレネルレンズ、複数個のフレネルレンズ、１つのホログラフィー素子、及び複数個のホログラフィー素子から成る群から選択される、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の光視準デバイス。
【請求項５】
屈折素子（１０６）の焦点距離と前記屈折素子（１０６）の光学中心から対応関係にある前記フェーセット（１０４）までの距離の比は、１．２：１〜１：１．２である、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の光視準デバイス。
【請求項６】
屈折素子（１０６）の焦点面は、前記対応のフェーセット（１０４）と交差する、請求項１〜５のうちいずれか一に記載の光視準デバイス。
【請求項７】
前記導波板（１００）は、各々が第１の表面及びこれと反対側の第２の表面を備えた複数個の互いに重なり合った層（１１０）を有し、各前記層の前記第２の表面は、少なくとも１つの平面状部分（１０３）及び前記平面状部分（１０３）に対して非直角の角度をなして形成された少なくとも１つのフェーセット（１０４）を有する、請求項１〜６のうちいずれか一に記載の光視準デバイス。
【請求項８】
前記フェーセット（１０４）は、反射膜を備えている、請求項１〜７のうちいずれか一に記載の光視準デバイス。
【請求項９】
光を受け入れる前記表面と前記導波板（３００）の前記フェーセット（３０４）との間で光路中に配置された光視準部分（３０８）を有する、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の光視準デバイス。
【請求項１０】
前記複数個の屈折素子（１０６）を介して前記視準デバイスから出る光の視準角度は、少なくとも一寸法方向に５°未満、好ましくは３°未満、より好ましくは１．５°未満であり、前記光は、光を受け入れる前記表面を介して受け入れられる、請求項１〜９のうちいずれか一に記載の光視準デバイス。
【請求項１１】
前記導波板は、前記導波板の前記平板状部分に本質的に垂直な対称軸線を有する、請求項１〜１０のうちいずれか一に記載の光視準デバイス。
【請求項１２】
光を受け入れる前記表面は、前記対称軸線に関して対称である、請求項１１記載の光視準デバイス。
【請求項１３】
前記導波板は、前記対称軸線に関して回転対称である、請求項１１又は１２記載の光視準デバイス。
【請求項１４】
前記屈折素子（１０６）は、前記導波板の屈折率よりも小さな屈折率を有する材料によって前記導波板（１００）上に配置されている、請求項１〜１３のうちいずれか一に記載の光視準デバイス。
【請求項１５】
光を受け入れる前記表面（１０５）及び（又は）前記屈折素子（１０６）の前記表面は、反射防止膜を備えている、請求項１〜１４のうちいずれか一に記載の光視準デバイス。
【請求項１６】
請求項１〜１５のうちいずれか一に記載の第１及び第２の光視準デバイスから成る光視準デバイスであって、前記第２の光視準デバイス中の光を受け入れる前記表面は、前記第１の光視準デバイスの前記屈折素子を介して前記第１の光視準デバイスから出た光を受け入れるよう配置されている、光視準デバイス。
【請求項１７】
光源と、前記光源により放出された光を受け入れるよう配置された請求項１〜１６のうちいずれか一に記載の光視準デバイスとを有する光放出デバイス。
【請求項１８】
折り畳み式鏡が、前記光源と光を受け入れる前記表面との間に配置されている、請求項１７記載の光放出デバイス。
【請求項１９】
請求項１〜１６のうちいずれか一に記載の少なくとも１つの光視準デバイス又は請求項１７又は請求項１８記載の少なくとも１つの光放出デバイスを有するディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の表面と、第１の表面と反対側に位置するフェーセット付きの第２の表面と、光を受け入れる少なくとも１つの表面とを備えた導波板を有する光視準デバイスに関する。本発明は又、少なくとも１つの光源及び少なくとも１つの光視準手段を有する光放出デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは、効率が益々高くなっている。効率（ルーメン／ワット）は、熱効率の向上及び色変換蛍光体と組み合わせた高効率の青色ＬＥＤの使用に起因して増大している。
【０００３】
残念ながら、ＬＥＤは、光をあらゆる方向に送る。ＬＥＤの発光面は小さいが、光線は発光部分からあらゆる方向に進む（ほぼ半球体、ランバートの放射パターン）。大抵の用途に関し、角度的広がりの小さな光源が必要である。取出し効率を増大させると共に光出力を付形するために、ＬＥＤは、ＬＥＤダイ（球面レンズに似ている）上に直接配置された１次光学系を備えている。
【０００４】
しかしながら、多くの用途では、必要とされる視準の度合いは、１次光学系で達成できる度合いよりも非常に高い。したがって、追加の光学系が照明システム（２次光学系）に追加される。代表的には、或る用途では、最低約１°までの視準が望ましい。
【０００５】
一般に使用されている視準光学系は、ＣＰＣ（Compound Parabolic Collimator ：複合放物面コリメータ）である。ＣＰＣは、典型的には、透明な材料の円錐形状体から成っている。典型的なＣＰＣは、傾斜放物面により互いに連結された入口平面と出口平面を備えた回転対称形から成っている。ＣＰＣは、高効率コリメータとして知られている。しかしながら、ＣＰＣに関する１つの問題は、高度の視準を得るには高さが必要になるということである。例えば、１×１ｍｍＬＥＤを用いて１°の視準角度を得ようとすると、半径が８１ｍｍの出口平面を備えた長さが４．７ｍのコリメータが生じる。
【０００６】
よりコンパクトな構造を有する視準光学系を達成する一対策は、リズキン等（Rizkin et al.）名義の米国特許出願公開第２００３／０１８９８３２（Ａ１）号明細書に記載されており、この米国特許出願明細書は、光源及び光源によって放出された光を視準する光変換器を記載している。反射光変換器は、第１の反射部材を有し、この第１の反射部材は、光源によって第２の反射部材に向かって光源とほぼ平行な方向に放出された光を反射するようあらかじめ計算された形状を備えており、この第２の反射部材は、第１の反射部材からの光を光源の光軸にほぼ平行な方向に反射するようあらかじめ計算された形状を有している。この対策により、単なるＣＰＣ構造よりも極めてコンパクトな構造が得られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この光変換器によって得られる視準効果は、それほど高くない（±５°の視準）。
このため、当該技術分野においては、高効率視準（即ち、小さな角度的広がり）と小さな構造を組み合わせることができる視準光学系が要望されている。
【０００８】
本発明の目的は、この問題を少なくとも部分的に解決し、高度の視準を可能にする光視準デバイスを提供することにある。本発明の別の目的は、厚さを小さくすることができ、しかも高度の視準を可能にするかかる光視準デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの目的は、本発明の光視準デバイスによって達成される。
本発明は、第１の特徴では、第１の表面と、複数個の互いに平行な本質的に平面状部分及び各々が互いに平行な平面状部分に対して非直角をなして形成され、これら互いに平行な平面状部分を互いに連結する複数個のフェーセットを備えたフェーセット付き第２の表面と、光を受け入れる少なくとも１つの表面とを備えた導波板を有する光視準デバイスを提供する。
【００１０】
本発明の光視準デバイスでは、各フェーセットは、互いに平行な平面状部分に対して非直角の角度をなして形成され、光視準デバイスは、複数個の視準屈折素子を更に有し、各視準屈折素子は、複数個のフェーセットのうちの別々のものにそれぞれ対応している。
【００１１】
各視準屈折素子は、対応のフェーセットで反射されて導波板から取り出されている少なくとも光の主要部分のビーム経路中に配置されている。
導波板は、第１の表面及び第２の表面を有し、第２の表面は、複数個の傾斜した表面（フェーセット）により互いに連結された互いに平行な部分の階段状構造から成る。
このデバイスは、複数個の視準屈折素子を備え、別々の視準屈折素子は各々、対応関係にあるフェーセットで反射され、導波板から取り出される光の少なくとも大部分が対応関係にある視準屈折素子によって受け入れられて視準されるような仕方で別々のフェーセットの各々にそれぞれ対応している。
【００１２】
代表的には、フェーセットで反射される光は、無限大に向かって対応の視準屈折素子上に合焦される。
これにより、本発明の光視準デバイスにより高度の視準が生じる。
【００１３】
導波板中に受け入れられた本質的に全ての光は、導波板の有限個数のフェーセットに当たった後、視準屈折素子のアレイに向かって反射され、そして視準屈折素子によって視準される。
本発明の光視準デバイスは、比較的薄手の構造体であるのが良い。
さらに、導波板中に受け入れられた本質的に全ての光は、視準屈折素子に向かって反射されてこれによって視準されるので、高い光利用度が得られる。
【００１４】
本発明の幾つかの実施形態では、フェーセットは、好ましくは、光を受け入れる表面を介して受け入れられた光が第１の表面に向かって反射されるような角度をなして形成され、即ち、フェーセットは、第２の表面の互いに平行な部分から９０°未満の角度、代表的には約１５°〜７５°の角度をなして形成される。かかる実施形態では、視準屈折素子は、導波板の第１の表面側に、例えば第１の表面上に又は第１の表面から距離を置いたところに配置される。
【００１５】
本発明の他の実施形態では、フェーセットは、好ましくは、光を受け入れる表面を介して受け入れられた光が第１の表面に向かって反射されるような角度をなして形成され、即ち、フェーセットは、第２の表面の互いに平行な部分から９０°よりも大きな角度、代表的には約１０５°〜１６５°の角度をなして形成される。かかる実施形態では、視準屈折素子は、導波板の第２の表面側に、例えば第２の表面上に又は第２の表面から距離を置いたところに配置される。
【００１６】
視準屈折素子は、例えば、レンズ、フレネルレンズ及びホログラフィー素子から成る群から選択されるのが良い。また、視準屈折素子は、複数個のかかるレンズ、複数個のかかるフレネルレンズ及び（又は）複数個のかかるホログラフィー素子から成っていても良い。
【００１７】
本発明の実施形態では、屈折素子の焦点距離と屈折素子の光学中心から対応関係にあるフェーセットまでの距離の比は、１．２：１〜１：１．２であるのが良い。例えば、屈折素子の焦点面は、対応のフェーセットと交差するのが良い。
良好な視準を得るためには、代表的には、視準屈折素子を対応関係にあるフェーセット上又は少なくとも対応のフェーセットの近くに合焦させることが望ましい。
【００１８】
本発明の幾つかの実施形態では、導波板は、各々が第１の表面及びこれと反対側の第２の表面を備えた複数個の互いに重なり合った層を有し、各層の第２の表面は、少なくとも１つの平面状部分及び平面状部分に対して非直角の角度をなして形成された少なくとも１つのフェーセットを有するのが良い。かかる層状構造体を用いると、互いに異なる光源からの光を一視準デバイスで別々に視準することができる。各層は、別個の導波路として働くことができ、各フェーセットは、各視準屈折素子にそれぞれ対応しており、したがって、別々の光源の各々を別々の層の各々に関連させることにより、各光源は、各屈折素子によってそれぞれ視準されることになる。
【００１９】
フェーセットでの反射は、フェーセット表面上における全反射を利用するのが良い。しかしながら、本発明のかかる実施形態では、フェーセットは、反射膜を備えるのが良い。
フェーセットでの全反射を利用するために、フェーセットを表面で反射されるべき光に対するフェーセット表面の角度及び導波板の屈折率と周囲の物質の屈折率との間の関係は、スネルの法則に従って全反射の基準を満たさなければならない。反射膜をフェーセット表面上に設けることにより、スネルの法則を顧慮せずに反射が得られ、例えば導波板材料及びフェーセットの角度に関する選択の自由度が増大する。
【００２０】
幾つかの実施形態では、本発明のデバイスは、光を受け入れる表面と導波板のフェーセットとの間で光路中に配置された光視準部分を有するのが良い。かかる視準部分により、非視準光源からの光を受け入れる領域を介して導入することができる。導波板中に所望の角度的広がりを得るために、かかる視準部分を用いて受け取った光を視準することができる。光を受け入れる表面の近くに配置されると共に光を受け入れる表面と導波板のフェーセットとの間でビーム経路中に配置された光視準デバイスの一部分は、光視準形状物、例えば漏斗又はＣＰＣ（複合放物面コリメータ）を有するものとして設計できる。
【００２１】
本発明の視準デバイスは、複数個の視準屈折素子を介してデバイスから出た光の５°未満、例えば３°未満、より好ましくは１．５°未満の視準角度を少なくとも一寸法方向に生じさせることができるのが良く、この光は、少なくともこの光が２０°未満の角度的広がりで受け入れられると、光を受け入れる表面を介して受け入れられる。
多くの用途、例えば、十分に規定された領域が照明される場合、小さな視準角度が望ましい。
【００２２】
本発明の実施形態では、導波板は、導波板の平板状部分に本質的に垂直な対称軸線を有するのが良い。光を受け入れる表面は、対称軸線に関して対称であるのが良い。
本発明の或る特定の実施形態では、導波板は、対称軸線に関して回転対称であるのが良い。
本発明の光視準デバイスの対称型実施形態は、このデバイスの第１及び（又は）第２の表面に平行な平面の寸法方向の両方において受け取った光を視準することができるのが良い。
【００２３】
本発明の実施形態では、屈折素子は、導波板の屈折率よりも小さな屈折率を有する材料によって導波板上に配置されている。これにより、この表面上の入射角が臨界角度よりも大きい場合、導波板内での全反射が可能である。
【００２４】
本発明の実施形態では、光を受け入れる表面及び（又は）屈折素子の表面は、反射防止膜を備えるのが良い。かかる反射防止膜は、これら表面内におけるフレネルロスを減少させることができ、デバイスの高い光利用効率が得られる。
【００２５】
本発明の実施形態では、本発明の実施形態の２つの光視準デバイス、即ち、第１の光視準デバイス及び第２の光視準デバイスは、第２の光視準デバイス中の光を受け入れる表面が、第１の光視準デバイスの屈折素子を介して第１の光視準デバイスから出た光を受け入れるよう配置されるような構成になっている。
【００２６】
代表的には、本発明の光視準デバイスの非対称実施形態は、光を一寸法方向にしか視準することができず、一方向における狭い角度的分布が得られ、他方、垂直寸法方向には広い角度的分布が得られる。上述したように２つのかかる視準デバイスを互いに前後に配置することにより、第１の視準デバイスは、光を第１の寸法方向に視準することができ、これに対して、第２の視準デバイスは、この部分的に視準された光を受け入れ、この光を第１の寸法方向に垂直な第２の寸法方向にも視準する。この結果、２つの寸法方向における完全な視準が提供される。
【００２７】
本発明は、別の特徴では、光源と、光源により放出された光を受け入れるよう配置された本発明の光視準デバイスとを有する光放出デバイスを提供する。
本発明の実施形態では、折り畳み式鏡が、光源と光を受け入れる表面との間に配置されるのが良い。
【００２８】
本発明の別の特徴は、本発明の以下の詳細な説明から明らかであり、本発明のかかる特徴は、本発明の少なくとも１つの光視準デバイスを有するディスプレイ装置を含むが、これらには限定されない。
【００２９】
次に、本発明の例示の実施形態を示す添付の図面を参照して本発明の上記特徴及び他の特徴について詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明は、第１の表面と、複数個の互いに平行な本質的に平面状の部分及び各々が互いに平行な平面状部分に対して非直角をなして形成され、これら互いに平行な平面状部分を互いに連結する複数個のフェーセットを備えたフェーセット付き第２の表面と、光を受け入れる少なくとも１つの表面とを備えた導波板を有する光視準デバイスに関する。
【００３１】
光視準デバイスの例示の実施形態が、断面図である図１ａに示されている。
光視準デバイスは、前面１０１と、複数個の互いに平行な本質的に平面状の部分１０３及び各々がこれら互いに平行な平面状部分１０３に対して角度βをなして形成されていて、これら互いに平行な平面状部分を互いに連結する複数個のフェーセット１０４を有するフェーセット付き後面１０２とを備えた導波板又は板状導波路１００を有している。更に、光視準デバイスは、光を受け入れる少なくとも１つの表面１０５を有する。光源１０７が、光を受け入れる表面１０５上に放出するよう配置されている。光源は、任意形式のものであって良く、かかる形式としては、白熱電球、蛍光管、ガス放電ランプ、無機系ＬＥＤ及び有機系ＬＥＤ、例えばＯＬＥＤ及びポリＬＥＤの両方を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）が挙げられるが、これらには限定されない。
【００３２】
前面１０１は、複数個のレンズ１０６を備え、これらレンズは各々、別個の各フェーセット１０４にそれぞれ対応し、したがって、各レンズ１０６は、対応のフェーセットで反射され、そして導波プレート１００から取り出されている少なくとも光の主要部分のビーム経路中に配置されるようになっている。
【００３３】
本発明で用いられる「主要部分」という用語は、フェーセット１０４で反射され、導波プレート１００から取り出されている光の少なくとも５０％、例えば少なくとも７５％、例えば９０％以上が対応のレンズ１０６によって受け入れられることを意味している。
【００３４】
本明細書で用いられる「前面」及び「前側」という用語は、反射時に向きが変えられるフェーセット上での反射光寄りのデバイスの表面／側を意味するために用いられている。このため、角度（β）が０°＜β＜９０°である場合、前面は、第１の表面であることを意味する。他方、角度βが９０°＜β＜１８０°の場合、第２の表面は、前面である。
図１ａに示すデバイスでは、βは、＜９０°であり、第１の表面は、前面である。図１ｂに示すデバイスでは、βは、＞９０°であり、第２の表面は、前面である。
【００３５】
全反射のための臨界角度を超える角度で表面１０５を介して受け入れられた光は、前面１０１及び後面１０２の互いに平行な平面状部分１０３上での全反射により導波板中を伝搬する。しかしながら、光がフェーセット表面１０４に当たると、光は、このフェーセット表面で反射されて前面上の全反射のための臨界角度よりも実質的に小さな入射角で前面１０１に向けられてこの光の少なくとも一部分が導波板から取り出されるようになる。フェーセット１０４上で反射され、導波板１００から取り出された光の主要部分がレンズ１０６によって視準されるような幅Ｐを有するレンズ１０６が、前面１０１上に設けられている。
【００３６】
導波板の階段状プロフィールに起因すると共に各フェーセットがこれに対応した視準レンズを有しているので、本質的には全ての光が取り出され、有限個数のフェーセットに当たった後に視準される。
【００３７】
本発明のデバイスのフェーセットのピッチ、即ち１つのフェーセットの中心から隣りのフェーセットの中心までの距離（及び一般的にはレンズのピッチでもある）は、デバイスの用途及び光源のサイズで決まる。例えば、光源としての１×１ｍｍＬＥＤチップに合わせて構成されたデバイスの場合、このピッチは、代表的には約０．１ｍｍ〜約１０ｍｍ、約１ｍｍ〜５ｍｍである。しかしながら、これよりも大きなピッチやこれよりも小さいピッチも又、使用が可能である。代表的には、適当なピッチは、光源のサイズによりスケール変更される。代表的には、レンズ１０６の幅Ｐは、フェーセットのピッチに等しく又はこれに近い。
【００３８】
代表的には、各レンズ１０６の焦点は、対応関係にあるフェーセット１０４上又はその近くに位置している。例えば、レンズの焦点を対応のフェーセットを通り、互いに平行な後側部分１０３に対して角度γ（γ＝２β）をなす想像線に沿って配置するのが良い。β＝４５°の場合、γ＝９０°であり、このことは、レンズ上の焦点が、フェーセットの上方、フェーセット上又はフェーセットの下に位置するが、フェーセットの幅の範囲内に位置すべきであること意味している。
【００３９】
レンズ１０６の焦点距離と、レンズの光学中心と対応のフェーセット１０４との間の距離（上述の想像線に沿って測定した場合）の比は、約１．２：１〜１：１．２であるのが良い。換言すると、焦点距離と上述の距離との差は、約±２０％、例えば約±１０％、例えば約±５％、例えば約±３％、或いはそれどころかこれよりも低く、例えば約±１％であるのが良い。差が小さければ小さいほど、得ることができる理論的に最大の視準は、高くなる。好ましくは、レンズ１０６の焦点面は、対応のフェーセット１０４と交わり、より好ましくは、レンズ１０６の焦点面は、対応のフェーセット１０４上に位置し、最も好ましくは対応のフェーセット１０４の中間部分上に位置する。
【００４０】
代表的には、光源としての１×１ｍｍＬＥＤに合わせて構成されたデバイスのためのレンズの焦点距離は、約１〜２０ｍｍであり、例えば３〜１５ｍｍである。しかしながら、デバイスの用途及び導波板の屈折率に応じて、これよりも長い焦点距離やこれよりも短い焦点距離も又使用可能である。しかしながら、適当な焦点距離は、導波板１００の厚さｄで決まり、この厚さは、ピッチに関して上述したように、光源のサイズに応じてスケール変更できる。
【００４１】
当業者には理解されるように、本発明は、フェーセットからの光を合焦させる従来型レンズの使用には限定されない。これとは逆に、多くの形式の視準屈折素子を使用することができる。かかる屈折素子としては、厚手のレンズ、薄手のレンズ、フレネルレンズ及びホログラフィー素子が挙げられるが、これらには限定されない。さらに、かかる屈折素子は、複数個のかかるレンズ及び（又は）ホログラフィー素子によって構成できる。例えば、各屈折素子は、１組のレンズから成っていても良く。この組は、上述したように対応のフェーセット上又はその近くに有効焦点を有する。
【００４２】
フェーセット１０４が互いに平行な後面部分１０３とのなす角度βは、代表的には、約１５°〜７５°であり、例えば、約３５°〜５５°であり、例えば約４５°である。角度βが４５°の場合、γ＝９０°（２β）であり、かかる場合、レンズ１０６は、好ましくは、対応のフェーセット１０４の上方では真っ直ぐに配置される。
【００４３】
フェーセットの高さ、即ち、２つの隣り合う互いに平行な後側部分相互間の垂直距離は、代表的には、約０．１〜２ｍｍ、例えば０．３〜０．７ｍｍである。しかしながら、デバイスの用途に応じてこれよりも大きな高さやこれよりも小さな高さも又、使用可能である。フェーセットの高さは、代表的には、対応のレンズの焦点距離よりも非常に小さい。
【００４４】
図１では、全てのフェーセットは、本質的に同一の角度βをなすものとして図示されている。しかしながら、本発明は又、各フェーセットが個々に別々の角度βをなす可能性を含む。例えば、光受入れ領域からの距離に従ってβを次第に増大させると共にそれに応じてレンズを位置決めすることにより、本発明のデバイスによって収束する光を得ることができる。
【００４５】
図１ａの導波板１００は、光受入れ領域１０５からの距離に従って次第に薄くなっているので、フェーセットから導波板１００の前面１０１までの距離も又、減少する。レンズの焦点距離と、レンズと対応のフェーセットとの間の距離との比を維持するため、レンズの光学中心を図１ａに示すように前面１０１から次第に増大した距離のところに配置して所望の比を維持するのが良い。
変形例として、レンズ１０６の強度は、それに応じて増大するのが良い（即ち、レンズの焦点距離が減少する）。
【００４６】
さらに別の手法は、全てのレンズのベースがこれらレンズをフェーセットから同一の距離のところに配置するよう前面上に配置されたウェッジ上の一平面内にあるレンズのアレイを構成することである。
【００４７】
本発明の光視準デバイスの導波板及びレンズの製造に用いられるのに適した材料としては、透明なガラス材料、透明なセラミック材料及び透明なプラスチック材料、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）又はポリスチレン（ＰＳ）が挙げられるが、これらには限定されない。導波板及びレンズは、同種の材料であっても良く、異種材料のものであっても良い。
【００４８】
導波板の前面１０１及び互いに平行な平面状部分１０３上での全反射を得るためには、導波板材料の屈折率は、周囲の物質の屈折率よりも高いことが必要である。このため、前面１０１上に設けられたレンズ１０６は、導波板１００よりも低い屈折率を有する材料のものであることが望ましく、又、変形例として、導波板材料の屈折率よりも低い屈折率を有する材料をレンズと導波板との間に配置することが望ましい。代表的には、レンズを光ガイドに結合するために設けられ、この接着剤は、導波板の屈折率よりも低い屈折率を有する。これにより、同じ材料又は本質的には等しい屈折率を備えた材料で作ることができる。
【００４９】
導波板と接着剤との間のインターフェイス、及び接着とレンズとの間のインターフェイスのフレネルロスを減少させるためには、接着剤の屈折率は、レンズの屈折率及び導波板の屈折率にできるだけ近いことが必要である。それにもかかわらず、接着剤の屈折率は、妥当な角度範囲内での全反射を可能にするためにはレンズ及び導波板の屈折率よりも低いことが必要である。
【００５０】
各傾斜フェーセット１０４は、光を高い効率で対応のレンズに向かって反射すべきである。この目的のため、フェーセットは、反射面を備えるのが良い。変形例として、フェーセット上での反射は、フェーセットと導波板の後側の材料との間のインターフェイスのところでの全反射に依存しても良い。
【００５１】
本発明の光視準デバイスを出る光の視準角は、以下に説明するように多くのパラメータを選択することにより様々であって良いが、代表的には、少なくとも一寸法方向において最低５°未満まで、好ましくは３°未満、より好ましくは１．５°未満、又はそれどころかこれよりも小さな角度、例えば１°未満の視準が、本発明の光視準デバイスを用いて達成可能である。
本明細書で用いる「視準角」という用語は、光強度の９８％が含まれる角度範囲を意味している。
【００５２】
多くの光源、例えば発光ダイオードは、光を広い角度範囲で放出する。本発明の視準デバイスで放出された光の同じほど大部分を利用するためには、光源により放出された光をあらかじめ視準として（予備視準）することが有利な場合がある。予備視準は、角度の広がりを減少させてこの光の可能な限り多くが、全反射を生じる角度で導波板中に導入されるようにするために行われる。
【００５３】
この予備視準を得るために任意の視準構造体、例えば、漏斗、上述したＣＰＣ構造体又は合焦フレネルレンズを用いるのが良い。視準構造体は、代表的には、光を受け入れる表面の近くに配置される。本発明の実施形態では、予備視準は、光を受け入れる表面と導波板のフェーセットとの間で光路中に配置された視準構造体によって行われるのが良い。変形例として、予備視準のための視準構造体を光源と光を受け入れる領域との間で光路中に配置しても良い。変形例として、必要な場合、光源それ自体が予備視準構造体を備え、所望の角度範囲内の光が光を受け入れるための領域を介して受け入れられるようにしても良い。幾つかの光源、例えば或る特定の側部発光ＬＥＤの場合、光の主要部分は、所望の角度範囲内で放出され、そのために、予備視準が不要である。
【００５４】
光源と、光源により放出された光の少なくとも一部を受け取ってこれを視準するよう構成された本発明の光視準デバイスとを有する光放出（発光）デバイスは、本発明の好ましい実施形態を構成する。
【００５５】
本発明の光視準デバイスに関する一利点は、所望の視準特性が所与の場合にかかるデバイスに関する構成パラメータが、一連の理論的関係から容易に導くことができるということにある。以下は、図１に示す本発明の視準デバイスの幾つかのパラメータ相互間の理論的関係の説明であり、この場合、平らな後面部分からフェーセットまでの角度βは、４５°である。
【００５６】
これら理論的計算において、
−ｄは、レンズの光中心から導波板の後面までの距離であり、
−ｗは、後面部分１０３に平行な方向に取ったフェーセット１０４の幅であり、
−Ｐは、レンズの幅であり、
−Ｒは、レンズの半径である。
【００５７】
満たされるべき第１の関係は、レンズを出る全ての光線が、最大でもαoutの角度的広がりを有するべきであるという要件である。レンズの中心を通り、鏡のエッジのところで始まる光線は、この要件を満たす必要がある。
【００５８】
ｗ≪ｄであり且つレンズが薄いレンズであると仮定すると、次式が成り立つ。
【００５９】
【数１】
2009516208.tif 000003
上式において、ｎは、導波板及びレンズの屈折率であり、ｔａｎ（αout）≒αout（小さいαout）である。実際には、αoutは、あらかじめ定められる。ｗ又はｄをいったん選択すると、他のパラメータも又固定される。
【００６０】
第２に、フェーセットは、レンズがフェーセットの無限大のところに像を結ぶようにレンズの焦点のところに位置すべきである。屈折率ｎの物質中でのレンズの焦点距離は、導波板及びレンズについて仮定した場合、次式によって与えられる。
【００６１】
【数２】
2009516208.tif 000004
【００６２】
焦点距離は、導波板の厚さに等しい、即ち、ｆ＝ｄである。第３に、レンズのピッチは、１つのフェーセットからの光の全てが対応関係にあるフェーセットの上方に位置するレンズによって捕捉されるようにするようなものであるべきである。導波板中での光の角度的広がりの半角がαである場合、近似的に以下の関係式が得られる。
【００６３】
【数３】
2009516208.tif 000005
上式において、ｗ≪ｄであると仮定されている。
【００６４】
第４に、次に示すように、レンズの幅が、レンズの直径よりも小さいことが必要である。
【００６５】
【数４】
2009516208.tif 000006
【００６６】
以上まとめると、次の不等式が得られる。
【００６７】
【数５】
2009516208.tif 000007
【００６８】
したがって、導波板中の角度的広がりは、以下の方程式から導き出すことができるαよりも小さいことが必要である。
【００６９】
【数６】
2009516208.tif 000008
【００７０】
ｎ＝１．５の場合、これにより、α＜１８°が与えられる。
【００７１】
パラメータについて妥当な対応を得ることには次のような理由がある。光源が広がりＥ（一方向）を有すると仮定すると、以下のことが当てはまる。
【００７２】
【数７】
2009516208.tif 000009
【００７３】
このように、ｎとαと間の関係に関する上述の要件（６）と共に、パラメータｄを選択することができる。上述した関係式（１）及び所要視準量により鏡の幅ｗが得られる。
【００７４】
導波板の全長は、次式によって与えられる。
【００７５】
【数８】
2009516208.tif 000010
上式において、Ｎは、商ｄ／ｗよりも大きな最初の整数である。
【００７６】
α（導波板中での角度的広がり）の計算値も又、導波板とレンズとの間に配置された層（例えば、接着剤）に関する屈折率に所望の最大値を与える。接着剤は、角度的広がりがαよりも小さな光の導波板中における全反射に関する要件を満たして、次式に示すように、９０°−α（前面に対する導波板に案内された光の入射角）が、臨界角度θCよりも高いものであるように選択されるべきである。
【００７７】
【数９】
2009516208.tif 000011
【００７８】
例えば、導波板の屈折率ｎwaveguideが１．５であり且つ受け取った光の角度的広がりαが、±１８°である場合、接着剤ｎadhesiveの屈折率は、１．４２３未満であるべきである。これは、導波板の屈折率よりも低いが、接着剤については高い屈折率である。
【００７９】
第２の実施形態では、図２に示すように、導波板１００は、複数個の重なり合った層１１０を有するのが良い。各かかる層は、前面、後面１０３及び後面と前面を互いに連結するフェーセット１０４を有している。層１１０を互いに上下に配置すると、結果的に得られる導波板は、本質的に、上述の実施形態の場合と本質的に同一の外観及び特性を有する。
【００８０】
層１１０の各々相互間には、層を互いに結合するために接着剤配合物を施すのが良い。かかる接着剤配合物は、代表的には、層材料の屈折率よりも低い屈折率を有する透明な配合物であるのが良い。このため、各々別々の層１１０は、各層１１０中の光が前面及び後面の内側で全反射を行うので別個の導波板として働くことができる。しかしながら、層１１０中の光がフェーセット１０４に当たると、光は、フェーセットで反射されてレンズに向けられ、そしてこの反射光の少なくとも一部分が、導波板から取り出されることになる。というのは、２つの別々の層相互間又は最も上側の層とレンズアレイとの間のインターフェイスへの入射角が、全反射のための臨界角よりも小さいからである。この実施形態の一利点は、例えば別々の色の互いに異なる別々の光源を別々の層１１０に関連付けることができ、かかる光源の各々からの光が光源と関連している層に対応しているレンズによってのみ視準されるということにある。
【００８１】
図１に示すデバイスは、本発明の光視準デバイスの一般的な実施形態の断面図である。しかしながら、本発明のデバイスの実用向きの実施形態では、光視準デバイスは、３次元構造体である。例示目的で、本願では、２つの別々の３次元構造体が図３及び図４に提供されている。
【００８２】
図３ａ及び図３ｂには、本発明の光視準デバイスの回転対称実施形態が示されている。当業者であれば認識されるように、ｎ回（ｎ方向）対称のデバイスも又実現でき、この場合、ｎは、２以上の任意の整数であり、代表的には、２〜１６であり、かかるデバイスは、回転対称（ｎ＝∞）実施形態について本明細書において説明したデバイスの場合と同一の断面を有している。かかるｎ回対称デバイスも又、本発明に含まれる。
【００８３】
図３ｂは、図３ａに示すデバイスの斜視図である。
【００８４】
図３に示す実施形態では、ここではＣＰＣ構造体として示された視準構造体３０８が、光を受け入れる表面３０５と導波板３００のフェーセット３０４との間で光路中に配置されている。円錐（コーン）３０９が、ＣＰＣ構造体により視準された光の向きをフェーセット３０４の方へ変えている。円錐３０９の表面上での反射は、全反射又はこの表面に被着された反射膜に起因している場合がある。ＣＰＣ構造体３０８の表面上での反射は、全反射又はこの表面に被着された反射膜に起因している場合がある。
【００８５】
視準構造体３０８は、ＣＰＣ構造体には限定されず、当業者によって認識されるように、所望の角度的範囲αを提供するために任意の視準構造体を用いることができる。
この実施形態の視準デバイスは、光を受け入れる表面３０５を介して対称軸線３０７に関して回転対称である。
【００８６】
光源３１０、代表的には発光ダイオードが、光を放出するために配置されており、この光の少なくとも一部分は、光を受け入れる表面３０５を介して視準デバイスによって集められる。光源３１０は、光視準デバイスと一緒になって、光放出デバイスを形成する。
【００８７】
視準構造体３０８は、上述したように導波板中の所望の角度的広がりαを得るためのものである。変形実施形態（図示せず）では、光源３１０は、例えば所望の角度的広がりを持つ光を本発明の光視準デバイスに提供するために視準構造体を備えている。
【００８８】
さらに別の変形実施形態では、視準構造体３０８及び変向円錐３０９が省かれ、光を受け入れる領域１０５の左側に対称軸線を備えた図１ａに示すような断面を有する回転対称（ｎ回対称）光視準デバイスが与えられている。かかる実施形態は、側部発光源、例えば側部放出型ＬＥＤからの光を視準する際に特に有用な場合がある。オプションとして、上述したように光を予備視準して導波板中に所望の角度的範囲αを得る上で、注意を払う必要がある。
【００８９】
図４ａには、本質的には平面図で見て矩形の本発明の光視準デバイスの非対称実施形態が斜視図で示されている。
【００９０】
この実施形態では、各レンズ４０６及びフェーセット４０３は、本質的に導波板４００の長さに垂直な方向に延長されている。図４ａに示すようなデバイスは、受け取った光をｙ寸法方向に視準するしかできず、ｘ方向への視準は全く無いか又はごく僅かである。
【００９１】
図４ｂに示すような本発明の更に別の実施形態は、図４ａに示す形式の光視準デバイスを２つ利用している。第１のデバイスは、ｘ方向における光視準を得るために配置されている。第２のデバイスは、ｙ方向における視準を得るために配置され、この第２のデバイスは、光を受け入れる領域が第１のデバイスのレンズから出た光を受け入れるように位置決めされている。この結果、第１のデバイスは、ｘ方向の視準を可能にし、第２のデバイスは、ｙ方向の視準を可能にする。さらに、パラメータは、第１の視準デバイス及び第２の視準デバイスについて互いに異なっているのが良く、この結果、ｘ方向視準とｙ方向視準が互いに無関係に別々である視準デバイスが提供される。
【００９２】
当業者であれば認識されるように、本発明は、上述の好ましい実施形態に限定されることはない。これとは対照的に、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で多くの改造及び変形が可能である。例えば、図４ａに示されているように、光源４１０は、光を放出し、これを光を受け入れる領域４０５に直接当てるよう配置されている。変形実施形態では、光変向手段、例えば折り畳み式鏡又は光ファイバが、光源と視準デバイスとの間に配置される。かかる変向手段は、視準手段に対する光源の配設場所に関してより大きな自由度をもたらす。代表的には、折り畳み式鏡が、光源と光を受け入れる領域との間に配置されていて、光源が視準デバイスの下に配置できるようになっている。このため、光源により放出された光の向きは、折り畳み式鏡によって視準デバイスの光受入れ領域の方へ変えられる。
【００９３】
さらに、図３及び図４に示す視準デバイスでは、フェーセットのなす角度βは、９０°未満であり、レンズは、光ガイド板の第１の表面側に配置されている。当業者であれば認識されるように、角度βが９０°よりも大きく且つその結果レンズが図１ｂに示すように導波板の第２の階段状の側に配置された上述の実施形態の変形例も又、本発明の範囲に含まれる。
【００９４】
さらに、本発明の光視準デバイスによって視準されるべき光をもたらす光源は、任意の光源であって良く、光をもたらすためのＬＥＤの使用には限定されない。かかる光源の例としては、白熱電球、放電ランプ及び蛍光ランプが挙げられる。
【００９５】
本発明の光視準デバイス又は光放出デバイスは、一般に、高度の視準がコンパクトな視準光学系の観点から望ましい場合のある照明分野における任意の用途に利用できる。例としては、ディスプレイ装置のバックライト、車両照明、屋内照明、画像投影システム等が挙げられるが、これらには限定されない。
【００９６】
以上要約すると、本発明は、第１の表面と、複数個の互いに平行な本質的に平面状部分及び各々が互いに平行な平面状部分に対して非直角をなして形成され、これら互いに平行な平面状部分を互いに連結する複数個のフェーセットを備えたフェーセット付き第２の表面と、光を受け入れる少なくとも１つの表面とを備えた導波板を有する光視準デバイスに関する。
【００９７】
各フェーセットは、上述の互いに平行な平面状部分に対して非直角の角度βをなして形成され、デバイスは、複数個のレンズを更に有し、各レンズは、各フェーセットにそれぞれ対応し、各レンズは、対応関係にあるフェーセット上で反射され、導波板から取り出される光の少なくとも主要部分のビーム経路中に配置される。
【００９８】
実施例
本発明の光視準デバイスをコンピュータシミュレーション（光線追跡）によって研究してデバイスの特性を試験した。
【００９９】
これらの計算のため、BREAULT ResearchのＡＳＡＰのようなツールに類似した内部ソフトウェアパッケージに入っているソフトウェアを互換性のあるコンピュータシステムで用いた。
【０１００】
以下の実験における角度的分布測定値の図式による結果が、以下によって表される。
（ｉ）互いに異なる観察角の場合における光の強度を示す強度プロット。光の強度は、互いに異なるグレースケール色調として示され、グレースケール色調が明るい場合には強度が高い。強度の値は、恣意的である。ｘ軸上の値及びｙ軸上の値は、観察角の正弦値（−１から＋１まで）を表している。
（ｉｉ）ｘ方向及びｙ方向におけるそれぞれの強度プロットの中心を通る標準化された強度（０から１まで）を示す線図。
【０１０１】
以下の実験における空間分布測定値の図式による結果は、次によって表される。
（ｉ）互いに異なる座標に関する光の強度を示す強度プロット。光の強度は、互いに異なるグレースケール色調として示され、グレースケール色調が明るい場合には強度が高い。強度の値は、恣意的である。ｘ軸上の値及びｙ軸上の値は、基準点からの距離（単位：ミリメートル）で与えられる。（ｉｉ）ｘ方向及びｙ方向におけるそれぞれの強度プロットの中心を通る標準化された強度（０から１まで）を示す線図。
【０１０２】
実験例１：回転対称視準デバイスの特性
ここでは、図３に示す構造体を利用した視準器の設計を説明するが、出射光の所望の角度的広がりは、１．２°に制限されている。視準器の前面の半径は、１４７ｍｍであり、光源は、１×１ｍｍの正方形ＬＥＤとしてモデル化されており、この光源は、光を半球の状態で一様に放出する。
【０１０３】
システム一式を図３ａに記載されたパラメータによって説明する。何回かの初期試行及び上述の分析的概算に基づく経験や知識による推測を行った後、表１に記載したパラメータを得た。
【０１０４】
〔表１〕
Ｐ              ４．０ｍｍ
Ｒ              ３．６ｍｍ
ｗ              ０．２５０ｍｍ
Ｄ              ８．４ｍｍ
Ｒｉｎ        １２．３ｍｍ
Ｒｃｐｃ        ６．８ｍｍ
Ｌｃｐｃ      ３８ｍｍ
Ｒｌｅｄ        １．４ｍｍ（１×√（２））
ｎwaveguide  １．５
β        ４５°                          
【０１０５】
空気層（ｎ＝１）を導波板とレンズとの間に位置させた状態でシミュレートした。
導波板中の角度的広がりαは、上述したように１８°の理論的上限を十分に下回る１２°に選択した。
【０１０６】
上述のパラメータに関し、結果的に得られた光の角度的広がり及び空間分布が、それぞれ図５ａ及び図５ｂに示されている。
【０１０７】
図５ａは、正弦（観察角）（−１から＋１まで）の観点で角度分布状態を示している。
【０１０８】
これらの量を測定する検出器平面は、この構成体の頂部上に位置決めされている。図５ａから観察されるべきこととして、角度的広がりは、確かに狭い。
【０１０９】
デバイスの頂部上で直接測定された光の空間分布状態を示す図５ｂでは、レンズの構造が、はっきりと目に見える。これが示すことは、幾分かの改良の余地が残されているということである（例えば、導波板中の角度的広がりの増大又はレンズのピッチの減少）。さらに、強度は、半径方向に低下していることが分かる。このことに基づいて、鏡の面積は、対称軸線からの距離につれて増大し、１／ｒに比例した減少が予想される。
【０１１０】
多くの用途では、遠視野分布が重要である。図５ｃには、１ｍの距離のところの空間分布が示されている。レンズの構造は、これ以上は見えない（予測通りに）。さらに、光強度の半径方向における良好で滑らかな低下が観察される。
【０１１１】
この構造体の効率は、９３．４％である。光のロスは、視準器の出口のところでのガラス−空気インターフェイスによって大いなる程度にわたって説明できる（レンズ表面からの４％フレネルロス）。
【０１１２】
実験例２：矩形実施形態の特性
実験例２ａ：一寸法方向における視準
１１×１８０ｍｍの前面面積に関して図４に示すような矩形視準器の特性を評価した。上述の実験例１と同じ材料及びＬＥＤを用いた。このデバイスに関するパラメータは、表２に示されている。
【０１１３】
〔表２〕
Ｄ  １１ｍｍ
Ｗ  ０．３７０ｍｍ
Ｒ  ４．４ｍｍ
Ｐ  ２．６ｍｍ
β  ４５°        
【０１１４】
許容可能な結果を得るため、ｘ方向における導波板中のビームの開き角を制限しなければならなかった。開き角が１５°未満である限り、許容可能な結果が得られた。これは、シミュレーションにおいてＣＰＣを導波板の前に配置することによって達成された。
【０１１５】
結果的に得られた角度分布状態及び空間分布状態が、それぞれ、図６ａ及び図６ｂに示されている。
【０１１６】
図６ａは、正弦（観察角）（−１から＋１まで）の観点で角度分布を示しており、このグラフ図から明らかなように、良好な視準は、１．１°の角度的広がりでｙ方向に達成される。
【０１１７】
デバイスの頂部上で直接測定された空間分布状態で示す図６ｂでは、導波板の構造が明確に見える（光は、視準デバイスにｙ＝０の状態で入る）。
【０１１８】
実験例２ｂ：二寸法方向における視準
二方向における視準を得るため、実験例２ａで上述したように用いた構造体を上述すると共に図４ｂに示された第２の１次元視準器と組み合わせた。この結果、第１の視準器は、光をｙ方向に視準し、第２の視準器にはｙ方向に視準された光が与えられ、この第２の視準器は、この光をｘ方向に視準する。この第２の視準器に関して用いられたパラメータの値が、表３に記載されている。
【０１１９】
〔表３〕
Ｄ  ６．５ｍｍ
Ｗ  ０．５００ｍｍ
Ｒ  ５．２３ｍｍ
Ｐ  ３．５ｍｍ
β  ４５°        
【０１２０】
得られた角度の光分布状態及び空間の光分布状態が、それぞれ、図７ａ及び図７ｂに示されている。図７ａの角度分布状態に関し、角度の広がりが小さく、ｘ方向及びｙ方向において±１°であることが観察される。デバイスの頂部上で直接測定された図７ｂの空間分布状態に関し、この実験例におけるデバイスの構造を反映した典型的なパターンが理解できる（光は、第２の視準器にｙ＝０の状態で入る）。
【０１２１】
遠視野（視準器から１ｍのところ）では、空間分布状態は、この場合も又図７ｃに示されているように滑らかである。注目すべきことは、光出力が境界部のところで低下する急峻度である。
【０１２２】
第２の視準器は、１５６×１８５ｍｍの前面面積を有し、１ｍの距離のところから照明されたスポットは、１７０×１８０ｍｍの面積を有する。したがって、視準デバイスにより用いられる面積は、理論的最小限度に近い。
このシミュレーションにおける光効率は、６４％であった。上述したように導波板とレンズとの間に高屈折率を有する接着剤を用いることにより、効率は、７４％に増大した。
【０１２３】
残りのロスの大部分は、第１の視準器のレンズと第２の視準器の光受入れ面との間のインターフェイスで生じる。第１の視準器のレンズ及び第２の視準器の光受入れ領域に反射防止層が設けられている状態では、効率は、更に改善されることが期待される。
【０１２４】
色混合特性を研究するため、この場合も又、ＬＥＤダイを４つの部分に分割し、遠視野（視準器から１ｍのところ）の照明パターンをこれらの個々のＬＥＤ部分の各々について評価した。結果は、ＬＥＤの４つの互いに異なる部分について図８ａ〜図８ｄに示されている。空間的光分布状態は、ＬＥＤの４つの部分全てについてほぼ同一である。これが意味することは、光混合状態が比較的良好であるということである。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１ａ】本発明の視準デバイスの断面図であり、レンズが導波板の第１の表面上に設けられている状態を示す図である。
【図１ｂ】レンズが本発明の導波板の第２の表面上に設けられた対応のデバイスを示す図である。
【図２】本発明の視準手段の別の実施形態の断面図である。
【図３ａ】本発明の回転対称視準デバイスの断面図である。
【図３ｂ】図３ａのデバイスの斜視図である。
【図４ａ】本発明の視準手段の別の実施形態の斜視図である。
【図４ｂ】図４ａの実施形態の変形例を示す図である。
【図５ａ】本明細書に記載された実験例の１つからの結果を示す図である。
【図５ｂ】本明細書に記載された実験例の１つからの結果を示す図である。
【図５ｃ】本明細書に記載された実験例の１つからの結果を示す図である。
【図６ａ】本明細書に記載された実験例の１つからの結果を示す図である。
【図６ｂ】本明細書に記載された実験例の１つからの結果を示す図である。
【図７ａ】本明細書に記載された実験例の１つからの結果を示す図である。
【図７ｂ】本明細書に記載された実験例の１つからの結果を示す図である。
【図７ｃ】本明細書に記載された実験例の１つからの結果を示す図である。
【図８ａ】本明細書に記載された実験例の１つからの結果を示す図である。
【図８ｂ】本明細書に記載された実験例の１つからの結果を示す図である。
【図８ｃ】本明細書に記載された実験例の１つからの結果を示す図である。
【図８ｄ】本明細書に記載された実験例の１つからの結果を示す図である。
【図１ａ】
2009516208.tif 000012
【図１ｂ】
2009516208.tif 000013
【図２】
2009516208.tif 000014
【図３ａ】
2009516208.tif 000015
【図３ｂ】
2009516208.tif 000016
【図４ａ】
2009516208.tif 000017
【図４ｂ】
2009516208.tif 000018
【図５ａ】
2009516208.tif 000019
【図５ｂ】
2009516208.tif 000020
【図５ｃ】
2009516208.tif 000021
【図６ａ】
2009516208.tif 000022
【図６ｂ】
2009516208.tif 000023
【図７ａ】
2009516208.tif 000024
【図７ｂ】
2009516208.tif 000025
【図７ｃ】
2009516208.tif 000026
【図８ａ】
2009516208.tif 000027
【図８ｂ】
2009516208.tif 000028
【図８ｃ】
2009516208.tif 000029
【図８ｄ】
2009516208.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成20年5月13日(2008.5.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表面（１０１）と、前記第１の表面と反対側に位置するフェーセット付きの第２の表面（１０２）と、光を受け入れる少なくとも１つの表面（１０５）とを備えた導波板（１００）を有する光視準デバイスであって、前記第２の表面（１０２）が、複数個の互いに平行な本質的に平面状の部分（１０３）及び前記互いに平行な平面状部分（１０３）を互いに連結する複数個のフェーセット（１０４）を有する、光視準デバイスにおいて、
各前記フェーセット（１０４）は、前記互いに平行な平面状部分（１０３）に対して非直角の角度（β）をなして形成され、
前記光視準デバイスは、複数個の視準屈折素子（１０６）を更に有し、各前記視準屈折素子（１０６）は、複数個のフェーセット（１０４）のうちの別々のものにそれぞれ対応し、各前記視準屈折素子（１０６）は、対応の前記フェーセット（１０４）で反射されて導波板（１００）から取り出されている少なくとも光の主要部分のビーム経路中に配置され、
前記視準屈折素子（１０６）が、前記導波板（１００）より低い屈折率を有する材料から作られ、または、
前記導波板より低い屈折率を有する材料が、前記導波板（１００）と前記視準屈折素子（１０６）との間に配置されている、
ことを特徴とする光視準デバイス。
【請求項２】
前記フェーセット（１０４）が前記第２の表面（１０２）の前記互いに平行な平面状部分（１０３）に対してなす前記角度（β）は、１５°〜７５°であり、前記レンズ（１０６）は、前記光視準デバイスの第１の表面側に設けられている、請求項１記載の光視準デバイス。
【請求項３】
前記フェーセット（１０４）が前記第２の表面（１０２）の前記互いに平行な平面状部分（１０３）に対してなす前記角度（β）は、１０５°〜１６５°であり、前記レンズ（１０６）は、前記光視準デバイスの第２の表面側に設けられている、請求項１記載の光視準デバイス。
【請求項４】
前記視準屈折素子（１０６）は、１つのレンズ、複数個のレンズ、１つのフレネルレンズ、複数個のフレネルレンズ、１つのホログラフィー素子、及び複数個のホログラフィー素子から成る群から選択される、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の光視準デバイス。
【請求項５】
屈折素子（１０６）の焦点距離と前記屈折素子（１０６）の光学中心から対応関係にある前記フェーセット（１０４）までの距離の比は、１．２：１〜１：１．２である、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の光視準デバイス。
【請求項６】
屈折素子（１０６）の焦点面は、前記対応のフェーセット（１０４）と交差する、請求項１〜５のうちいずれか一に記載の光視準デバイス。
【請求項７】
前記導波板（１００）は、各々が第１の表面及びこれと反対側の第２の表面を備えた複数個の互いに重なり合った層（１１０）を有し、各前記層の前記第２の表面は、少なくとも１つの平面状部分（１０３）及び前記平面状部分（１０３）に対して非直角の角度をなして形成された少なくとも１つのフェーセット（１０４）を有する、請求項１〜６のうちいずれか一に記載の光視準デバイス。
【請求項８】
前記フェーセット（１０４）は、反射膜を備えている、請求項１〜７のうちいずれか一に記載の光視準デバイス。
【請求項９】
光を受け入れる前記表面と前記導波板（３００）の前記フェーセット（３０４）との間で光路中に配置された光視準部分（３０８）を有する、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の光視準デバイス。
【請求項１０】
前記複数個の屈折素子（１０６）を介して前記視準デバイスから出る光の視準角度は、少なくとも一寸法方向に５°未満、好ましくは３°未満、より好ましくは１．５°未満であり、前記光は、光を受け入れる前記表面を介して受け入れられる、請求項１〜９のうちいずれか一に記載の光視準デバイス。
【請求項１１】
前記導波板は、前記導波板の前記平板状部分に本質的に垂直な対称軸線を有する、請求項１〜１０のうちいずれか一に記載の光視準デバイス。
【請求項１２】
光を受け入れる前記表面は、前記対称軸線に関して対称である、請求項１１記載の光視準デバイス。
【請求項１３】
前記導波板は、前記対称軸線に関して回転対称である、請求項１１又は１２記載の光視準デバイス。
【請求項１４】
前記屈折素子（１０６）は、前記導波板の屈折率よりも小さな屈折率を有する材料によって前記導波板（１００）上に配置されている、請求項１〜１３のうちいずれか一に記載の光視準デバイス。
【請求項１５】
光を受け入れる前記表面（１０５）及び（又は）前記屈折素子（１０６）の前記表面は、反射防止膜を備えている、請求項１〜１４のうちいずれか一に記載の光視準デバイス。
【請求項１６】
請求項１〜１５のうちいずれか一に記載の第１及び第２の光視準デバイスから成る光視準デバイスであって、前記第２の光視準デバイス中の光を受け入れる前記表面は、前記第１の光視準デバイスの前記屈折素子を介して前記第１の光視準デバイスから出た光を受け入れるよう配置されている、光視準デバイス。
【請求項１７】
光源と、前記光源により放出された光を受け入れるよう配置された請求項１〜１６のうちいずれか一に記載の光視準デバイスとを有する光放出デバイス。
【請求項１８】
折り畳み式鏡が、前記光源と光を受け入れる前記表面との間に配置されている、請求項１７記載の光放出デバイス。
【請求項１９】
請求項１〜１６のうちいずれか一に記載の少なくとも１つの光視準デバイス又は請求項１７又は請求項１８記載の少なくとも１つの光放出デバイスを有するディスプレイ装置。
【国際調査報告】
2009516208.tif 000031
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