(57)【要約】【課題】新規かつ非自明な方法で、ほぼ長手方向の均一な集光性の高い光出力を有利に提供する照明装置を提供すること。【解決手段】少なくとも１つの光源ユニットと、光導波路と、光抽出構成とを含む、細長の照明を生成するための照明装置であって、  前記光源からの光が前記光導波路の一端部または両端部で前記光導波路に入射するときに、第２のサブガイドの変化する横断面積が、前記光導波路内の光束密度を制御し、前記光導波路内を伝搬する光の一部が、前記光抽出構成により方向を変えられて、入口開口で有効発光物を形成し、さらに一体型集光装置により投射されて、反射外被が漏れた光を捕捉し前記光導波路に戻して再使用しながら、ほぼ長手方向の均一な集光性の高い光出力を提供すること。【選択図】図１Ａ
2006337972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光源ユニットと、
ほぼ平行な、光結合された第１のサブガイドおよび第２のサブガイドを含む光導波路であって、前記第１のサブガイドが、前記光導波路の長手方向長さに沿ってほぼ一定の横断面積と前記光導波路に沿って長手方向に延びる入口開口とを有し、前記第２のサブガイドが、前記光源の光が入射する、前記第２のサブガイドの端部近くに最大横断面積を持つ、前記光導波路の長手方向長さに沿って変化する横断面積を有し、前記第１のサブガイドが、前記光導波路に一体化された集光装置を提供し、前記集光装置の動作が前記第２のサブガイドにより影響を受けることがない光導波路と、
前記第２のサブガイドに沿ってほぼ長手方向に延び、前記入口開口に対して離間して配置され、前記光導波路の長手方向長さに沿って変化する光抽出効率を有する、前記第２のサブガイドの表面上の光抽出構成と、
少なくとも前記光抽出構成が配置される表面を覆う、前記第２のサブガイドの形状の一部に一致する反射外被とを含む、細長の照明を生成するための照明装置であって、
前記光源からの光が前記光導波路の一端部または両端部で前記光導波路に入射するときに、前記第２のサブガイドの前記変化する横断面積が、前記光導波路内の光束密度を制御し、前記光導波路内を伝搬する光の一部が、前記光抽出構成により方向を変えられて、前記入口開口で有効発光物を形成し、さらに前記一体型集光装置により投射されて、前記反射外被が漏れた光を捕捉し前記光導波路に戻して再使用しながら、ほぼ長手方向の均一な集光性の高い光出力を提供することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記光源ユニットが、複数の発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記光抽出構成が、前記光導波路の長手方向長さに沿って幅が等しく深さが変化するプリズム構造のアレイを含むことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光抽出構成が、前記光導波路の長手方向長さに沿って深さが等しく幅が変化するプリズム構造のアレイを含むことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項５】
前記プリズム構造の各々が、全体として三角形の横断面を有することを特徴とする請求項３および４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記プリズム構造の各々が、全体として台形の横断面を有することを特徴とする請求項３および４に記載の照明装置。
【請求項７】
前記プリズム構造の各々の前記横断面が、少なくとも１つの湾曲部を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の照明装置。
【請求項８】
前記光抽出構成が、印刷された光散乱パターンを含むことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項９】
前記光抽出構成が、エンボスされた光散乱パターンを含むことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの光源ユニットと、
ほぼ平行な、光結合された第１のサブガイドおよび第２のサブガイドを含む光導波路であって、前記第１のサブガイドが、前記光導波路の長手方向長さに沿ってほぼ一定の横断面積と、前記光導波路に沿って長手方向に延びる入口開口とを有し、前記第２のサブガイドが、前記光源の光が入射する、前記第２のサブガイドの端部近くに最小横断面積を持つ、前記光導波路の長手方向長さに沿って変化する横断面積を有し、前記第１のサブガイドが、前記光導波路に一体化された集光装置を提供し、前記集光装置の動作が前記第２のサブガイドにより影響を受けることがない光導波路と、
前記第２のサブガイドに沿ってほぼ長手方向に延び、前記入口開口に対して離間して配置され、前記光導波路の長手方向長さに沿って変化する光抽出効率を有する、前記第２のサブガイドの表面上の光抽出構成と、
少なくとも前記光抽出構成が配置される表面を覆う、前記第２のサブガイドの形状の一部に一致する反射外被とを含む、細長の照明を生成するための照明装置であって、
前記光源からの光が前記光導波路の一端部または両端部で前記光導波路に入射するときに、前記第２のサブガイドの前記変化する横断面積が、前記光導波路内の光束密度を制御し、前記光導波路内を伝搬する光の一部が、前記光抽出構成により方向を変えられて、前記入口開口で有効発光物を形成し、さらに前記一体型集光装置により投射されて、前記反射外被が漏れた光線を捕捉し前記光導波路に戻して再使用しながら、ほぼ長手方向の均一な集光性の高い光出力を提供することを特徴とする照明装置。
【請求項１１】
前記光源ユニットが、複数の発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記光抽出構成が、前記光導波路の長手方向長さに沿って幅が等しく深さが変化するプリズム構造のアレイを含むことを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記光抽出構成が、前記光導波路の長手方向長さに沿って深さが等しく幅が変化するプリズム構造のアレイを含むことを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
【請求項１４】
前記プリズム構造の各々が、全体として三角形の横断面を有することを特徴とする請求項１２または１３に記載の照明装置。
【請求項１５】
前記プリズム構造の各々が、全体として台形の横断面を有することを特徴とする請求項１２または１３に記載の照明装置。
【請求項１６】
前記プリズム構造の各々の前記横断面が、少なくとも１つの湾曲部を含むことを特徴とする請求項１４または１５に記載の照明装置。
【請求項１７】
前記光抽出構成が、印刷された光散乱パターンを含むことを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
【請求項１８】
前記光抽出構成が、エンボスされた光散乱パターンを含むことを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
【請求項１９】
前記反射外被が、前記照明装置の組付けを容易にするインタフェース構成を有することを特徴とする請求項１または１０に記載の照明装置。
【請求項２０】
前記光源ユニットと前記光導波路との間に光拡散部品をさらに含むことを特徴とする請求項１または１０に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、光導波路を使用して、長手方向の均一な集光性の高い照明を提供する、薄型照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スキャナ、ファックス機、電子コピー機等の原稿処理装置では、均一で効率のよい、十分な強度を持つ長手方向の照明を、対象の原稿に当てる必要がある。効率と強度の両方が必要なため、長手方向の照明が好ましい。必要な照明は、蛍光灯等の放電管や、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）からなるＬＥＤアレイにより提供することができる。近年では、ＬＥＤ技術およびセンサ技術の進歩に伴い、必要な照明光束を２つのＬＥＤにより提供することができる。したがって、限られた数のＬＥＤを使用して、原稿処理装置に長手方向の照明を提供することのできる照明装置が必要である。
【０００３】
光ファイバ等の光導波路が、単一の光源から、光源から離れた所望の位置まで、伝送損失を生じることなく光を誘導できることが公知である。さらに、長さに沿って光指向構成が適切に内蔵された光導波路を使用して、長手方向の照明を提供することができる。光導波路に基づく照明システムは、光導波路を修正して、導波路を横方向に通って伝搬する光の総量の増分量の方向を変えることにより形成される。
【０００４】
一般に、光導波路に基づく装置の照度分布は、２つの係数によって決まる。第１の係数は、光導波路内の局所的な光束密度であり、第２の係数は、局所的な光抽出効率である。出力光の量とこれによる照度とは、これら２つの係数の積に比例する。ある量の照度を提供するにはある量の出力光が必要であるが、高いエネルギー効率を達成し、有害な散乱光を減らすために、標的面の画定された領域にほぼすべての出力光を投射する集光装置がさらに望ましい。
【０００５】
光導波路内の局所的な光束密度を増減させる従来の方法は、光導波路の局所的な横断面積を増減することである。しかし、光導波路の横断面を変化させると、通常、集光装置を光導波路内に組み込む可能性がなくなるか、または限られる。さらに、全内部反射条件が妨げられるおそれがあるため、局所的な光束密度の達成可能な変調が限られる。
【０００６】
原則として、光導波路の局所的な光抽出効率は、光抽出構成の投射面積を変化させることにより、例えば、散乱パターンの幅を変化させることにより、変調させることができる。しかし、従来技術に記載された光抽出構成の幅の変化により、照明領域の幅が比例して変化するが、これは出力光束が増加しても照度は増加しないことを意味する。個々の光抽出構成間の間隔を変化させることにより、出力光量を変調させることもできるが、この方法により、照明面に、許容できない高周波強度変調が生じるおそれがある。
【０００７】
長手方向の光導波路を用意して横方向の光伝送を行うことのできる方法は、多数ある。例えば、光導波路に、その長さに沿った種々の点で溝を切り、１つまたは複数の溝面に反射材料を被覆する。前述した技法により用意された照明装置の例が、Ｓｉｃｋ他の米国特許第４０５２１２０号、Ｙｅｖｉｃｋの第４１７２６３１号、Ｋａｃｈの第４１７３３９０号、Ｓｉｃｋの第４１９６９６２号に概ね開示されている。あるいは、Ｔａｉ他の米国特許第５８３５６６１号に開示されているように、三角形以外の形状を持つ、反射材料を使用しない溝を、光導波路内で使用することもできる。
【０００８】
前述した特許に開示された技法を使用して用意された照明装置は、光導波路に沿って横方向に光を射出することができるが、一般に照明が拡がるため、文献に記載された装置では、必要に応じて照明の均一性をさらに制御することはできない。一部の従来技術の設計は、照明を集中させる手段を提供しようとしている。例えば、特に三角形の光導波路を示す、Ｏ’Ｂｒｉｅｎの米国特許第２８２５２６０号、修正された円筒形の光伝導部材を示すＭｏｒｉの米国特許第４６７８２７９号、Ｗｉｎｄｒｏｓｓの米国特許第５２９５０４７号、および二等辺三角形の横断面を持つ光導波管と共に一体型光学レンズを使用する、Ｊｅｎｋｉｎｓ他の米国特許第６２０６５３４号を参照されたい。それにもかかわらず、一般に、これらの従来特許に示された光導波路を使用して、十分に均一な強度を持つ光を長手方向領域に当てることはできない。
【０００９】
良好な照明の均一性を得るために、Ｔａｋｅｄａ他の米国特許第５８０８２９５号およびＫａｗａｉ他の第５９０５５８３号は、可変横断面を持つ光導波路を使用し、光導波路の反射領域中心を通過する通常の線から側方に離れた光源を配置している。このような従来特許による設計によって照明の均一性は高まるが、可変横断面を使用すると、集光構成を使用して照明領域の幅および位置を制御したり、集光性の高い照明を達成したりする可能性が限られる。さらに、反射領域の通常の線から側方に離れた光源を配置することにより、ＬＥＤパッケージの自由や光導波路に対するＬＥＤの組付けが妨げられる。Ｌｉｎ他の米国特許第６４６４３６６号は、反射領域の通常の線から側方に離れた光源を配置する必要なしに、光源近くで所望の均一性を達成する光均質化部を開示している。しかし、この光均質化部により、光導波路の長さが長くなることは避けられず、これは非常に限られた空間での一部の適用において受け入れることができない。
【００１０】
集光装置を使用して集光性の高い照明を達成する可能性、および可変横断面を持つ光導波路を使用して均一な照明を達成する可能性を維持するために、Ｌｉｎ他の米国特許第６４６４３６６号は、２つの光結合されたサブガイドを含む光導波路を使用している。第１のサブガイドは、所定の横断面形状と、光導波路の長手方向長さに沿ってほぼ均一な横断面積とを有する。第２のサブガイドも、所定の横断面形状を有するが、光導波路内の光束密度を制御する、光導波路の長手方向長さに沿って変化する横断面積を有する。局所的な光度を制御する機能と光を集中させる機能とが異なるサブガイドにより行われるため、米国特許第６４６４３６６号により構成された照明装置は、高い集光性を持つ、均一性の高い照明出力を提供する。このような設計では、光導波路内の光の伝搬は、全内部反射に依拠しており、これは導波路面が完全に平滑であれば損失のないプロセスとなる。しかし、実際の光導波路の表面には、常にいくつかの欠陥がある。このような欠陥があると、光が漏れ、出力光度が低下するおそれがある。米国特許第６４６４３６６号は、光抽出構成の外側にある反射手段を使用して漏れた光を捕捉することを認めて特許請求しているが、この種の反射手段を実施する方法を教示していない。
したがって、従来技術の前述した欠点を克服する照明装置を提供するという、かねてから未解決の要求がある。
【特許文献１】米国特許第４０５２１２０号
【特許文献２】米国特許第４１７２６３１号
【特許文献３】米国特許第４１７３３９０号
【特許文献４】米国特許第４１９６９６２号
【特許文献５】米国特許第５８３５６６１号
【特許文献６】米国特許第２８２５２６０号
【特許文献７】米国特許第４６７８２７９号
【特許文献８】米国特許第５２９５０４７号
【特許文献９】米国特許第６２０６５３４号
【特許文献１０】米国特許第５８０８２９５号
【特許文献１１】米国特許第５９０５５８３号
【特許文献１２】米国特許第６４６４３６６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明は、新規かつ非自明な方法で、ほぼ長手方向の均一な集光性の高い光出力を有利に提供する照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するため、本発明の長手方向の照明を提供する照明装置は、
少なくとも１つの光源ユニットと、
ほぼ平行な、光結合された第１のサブガイドおよび第２のサブガイドを含む光導波路であって、前記第１のサブガイドが、前記光導波路の長手方向長さに沿ってほぼ一定の横断面積と、前記光導波路に沿って長手方向に延びる入口開口とを有し、前記第２のサブガイドが、前記光源の光が入射する、前記第２のサブガイドの端部近くに最大横断面積を持つ、前記光導波路の長手方向長さに沿って変化する横断面積を有し、前記第１のサブガイドが、前記光導波路に一体化された集光装置を提供し、前記集光装置の動作が前記第２のサブガイドにより影響を受けることがない光導波路と、
前記第２のサブガイドに沿ってほぼ長手方向に延び、前記入口開口に対して離間して配置され、前記光導波路の長手方向長さに沿って変化する光抽出効率を有する、前記第２のサブガイドの表面上の光抽出構成と、
少なくとも前記光抽出構成が配置される表面を覆う、前記第２のサブガイドの形状の一部に一致する反射外被とを含む、細長の照明を生成するための照明装置であって、
前記光源からの光が前記光導波路の一端部または両端部で前記光導波路に入射するときに、前記第２のサブガイドの前記変化する横断面積が、前記光導波路内の光束密度を制御し、前記光導波路内を伝搬する光の一部が、前記光抽出構成により方向を変えられて、前記入口開口で有効発光物を形成し、さらに前記一体型集光装置により投射されて、前記反射外被が漏れた光を捕捉し前記光導波路に戻して再使用しながら、ほぼ長手方向の均一な集光性の高い光出力を提供することからなる。
又、前記光源ユニットが、複数の発光ダイオードを含むことが好適である。
又、前記光抽出構成が、前記光導波路の長手方向長さに沿って幅が等しく深さが変化するプリズム構造のアレイを含むことが好適である。
又、前記光抽出構成が、前記光導波路の長手方向長さに沿って深さが等しく幅が変化するプリズム構造のアレイを含むことが好適である。
又、前記プリズム構造の各々が、全体として三角形の横断面を有することが好適である。
又、前記プリズム構造の各々が、全体として台形の横断面を有することが好適である。
又、前記プリズム構造の各々の前記横断面が、少なくとも１つの湾曲部を含むことが好適である。
又、前記光抽出構成が、印刷された光散乱パターンを含むことが好適である。
又、前記光抽出構成が、エンボスされた光散乱パターンを含むことが好適である。
さらに、本発明の長手方向の照明を提供する照明装置は、
少なくとも１つの光源ユニットと、
ほぼ平行な、光結合された第１のサブガイドおよび第２のサブガイドを含む光導波路であって、前記第１のサブガイドが、前記光導波路の長手方向長さに沿ってほぼ一定の横断面積と、前記光導波路に沿って長手方向に延びる入口開口とを有し、前記第２のサブガイドが、前記光源の光が入射する、前記第２のサブガイドの端部近くに最小横断面積を持つ、前記光導波路の長手方向長さに沿って変化する横断面積を有し、前記第１のサブガイドが、前記光導波路に一体化された集光装置を提供し、前記集光装置の動作が前記第２のサブガイドにより影響を受けることがない光導波路と、
前記第２のサブガイドに沿ってほぼ長手方向に延び、前記入口開口に対して離間して配置され、前記光導波路の長手方向長さに沿って変化する光抽出効率を有する、前記第２のサブガイドの表面上の光抽出構成と、
少なくとも前記光抽出構成が配置される表面を覆う、前記第２のサブガイドの形状の一部に一致する反射外被とを含む、細長の照明を生成するための照明装置であって、
前記光源からの光が前記光導波路の一端部または両端部で前記光導波路に入射するときに、前記第２のサブガイドの前記変化する横断面積が、前記光導波路内の光束密度を制御し、前記光導波路内を伝搬する光の一部が、前記光抽出構成により方向を変えられて、前記入口開口で有効発光物を形成し、さらに前記一体型集光装置により投射されて、前記反射外被が漏れた光線を捕捉し前記光導波路に戻して再使用しながら、ほぼ長手方向の均一な集光性の高い光出力を提供することからなる。
又、前記光源ユニットが、複数の発光ダイオードを含むことが好適である。
又、前記光抽出構成が、前記光導波路の長手方向長さに沿って幅が等しく深さが変化するプリズム構造のアレイを含むことが好適である。
又、前記光抽出構成が、前記光導波路の長手方向長さに沿って深さが等しく幅が変化するプリズム構造のアレイを含むことが好適である。
又、前記プリズム構造の各々が、全体として三角形の横断面を有することが好適である。
又、前記プリズム構造の各々が、全体として台形の横断面を有することが好適である。
又前記プリズム構造の各々の前記横断面が、少なくとも１つの湾曲部を含むことが好適である。
又、前記光抽出構成が、印刷された光散乱パターンを含むことが好適である。
又、前記光抽出構成が、エンボスされた光散乱パターンを含むことが好適である。
又、前記反射外被が、前記照明装置の組付けを容易にするインタフェース構成を有することが好適である。
又、前記光源ユニットと前記光導波路との間に光拡散部品をさらに含むことが好適である。
【００１３】
好ましくは、照明装置は、少なくとも１つの光源ユニットと、一体型光抽出構成とオプションの集光装置とを持つ光導波路と、高反射外被とを含む３部品アセンブリとして構成される。光抽出構成は、導波路成形プロセス中または後で、印刷により生成することができる。光抽出構成の抽出効率は、光均質化部を使用せずに非常に均一な照明を達成できるように、光導波路の長さに沿って変化する。別の実施形態では、導波路に入射した光が直ちに抽出される可能性が低く、光導波路の光入射部近くの出力照明が、主に、光導波路の遠位端に到達した後に反射して戻る光線から提供されるものとなるように、光導波路形状が構成される。したがって、光入射部近くの出力光の均一性は、光源ユニットの相対位置および強度分布とは無関係である。
【００１４】
光導波路の表面の大部分は、形が一致する外被により覆われる。設計された出力面以外の箇所で光導波路から漏れる光が、反射外被面により反射されて光導波路に戻る。反射外被面と光導波路面とが光結合されていないため、光導波路内の損失のない全内部反射が、反射外被の存在により影響を受けることがない。反射外被は、漏れた光線を捕捉して再使用するだけであるため、システムの効率が増加する。
【００１５】
前記反射外被の別の光学的機能は、光導波路と、光導波路が配備される装置との間に適切な機械的インタフェースを提供することである。反射外被が光学的仕上げを必要としないため、光導波路を修正するよりも反射外被を修正する方が経済的である。反射外被を適応インタフェースとして使用することにより、費用のかかる光導波路の再設計を行うことなく、同一設計の光導波路を様々な装置で使用することができる。したがって、本発明により構成された照明装置は、高い集光性を持つ均一性の高い照明出力を提供し、組付けを容易にし、光源ユニットのパッケージをより自由にし、比較的安価に再設計することができる。
【００１６】
本発明の一実施形態では、一体型集光装置を持つ光導波路の第１の部分が、所定の横断面形状と、光導波路の長手方向長さに沿ってほぼ均一な横断面積とを有する。この部分は、画定された入口開口と画定された出力面とを有する。入口開口は、光導波路の第１の部分と第２の部分との間に配置される。オプションとして、第１の部分の入口開口は、光抽出構成を持つ第２の部分に光結合され、光抽出構成に当たる光を第１の部分の入口開口側に向けなおして、集光装置の有効発光物を形成する。光導波路の第２の部分は、所定の横断面形状を有するが、横断面積が光導波路の入口で最小または最大になるようにして、光導波路の長手方向長さに沿って変化する横断面積を有する。
【００１７】
したがって、本発明は、本明細書中の開示において例示される構成の特徴、要素の組合せ、および部品の配置を含み、本発明の範囲は特許請求の範囲に示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図面は一律の縮尺に従わず、単に例示のためのものであり、複数の図面を通して同一の参照符号は同一の要素を示す。
本発明は以下の説明および添付の図面を参照することにより、より完全に理解することができる。
【００１９】
本発明は、新規かつ非自明な方法で、ほぼ長手方向の均一な集光性の高い光出力を有利に提供する、効率のよい照明装置を対象とする。好ましくは、照明装置は、少なくとも１つの光源ユニットと、光導波路と、光導波路を受ける反射外被とを含む３部品アセンブリとして構成される。光導波路は、光結合された第１のサブガイドおよび第２のサブガイドを有する。光抽出構成は、第２のサブガイドに組み込まれて、第１のサブガイドの入口開口に光結合される。光抽出構成は、光導波路内の光の方向を変えて、入口開口で有効発光物を形成する。有効発光物からの光が、第１のサブガイドの内面により提供される集光装置により、光導波路外に投射される。第１のサブガイドは、所定の横断面形状と、光導波路の長手方向長さに沿ってほぼ均一な横断面積とを有する。第２のサブガイドは、所定の横断面形状、好ましくは多角形状を有するが、光導波路内の光束密度を制御する、光導波路の長手方向長さに沿って変化する横断面積を有することができる。光抽出構成の光抽出効率は、光導波路の長手方向長さに沿って変化し、照明の均一性をさらに制御する。反射外被は、光導波路を受けるよう全体として凹状の横断面を有する。外被の内面は反射性が高く、光導波路から漏れる光線がすべて、最小の損失で光導波路内へ向けて戻される。外被の外面は、照明装置を適用対象に組み付けるのを容易にする適切な固定構成を有することができる。
【００２０】
図１Ａは、本発明の一実施形態により構成された、全体を１０で示す照明装置の斜視図である。アセンブリの詳細な構造を示すために、図１Ｂは、図１Ａの線１ａ−１ａ’に沿って取った照明装置１０の横断面を示す。図２は、図１Ｂの線１ｂ−１ｂ’に沿って取った照明装置１０の横断面を示す。
【００２１】
図１Ａに示すように、照明装置１０は、光源ユニット１１と、反射外被２０と、光導波路３０とを含む。
【００２２】
照明装置１０の横断面である図１Ｂに示すように、反射外被２０は光導波路３０を受ける凹状の横断面を有する。第１のサブガイド３０ａは、一体型集光装置３５を使用して照明装置１０から光出力を投射し、第２のサブガイド３０ｂは、光導波路３０内の局所的な光束密度を制御する。光導波路３０は、光を光導波路３０の出力面３３側に向けなおすために、第２のサブガイド３０ｂに結合された光抽出構成４０を含む。反射外被２０は、出力面３３を除く光導波路３０のほぼ全面を覆う。この反射外被２０は、光導波路３０の表面を汚染から保護する機能と、光導波路３０から漏れた光を再使用する機能と、光導波路３０と照明装置１０を配備する装置との間に適切なアセンブリ・インタフェース２１を設ける機能とを含む複数の機能を有する。固定ピン３４を反射外被２０の間隙２２に嵌入することにより、光導波路３０を反射外被２０内に確実に都合よく組み付けることができる。確実なアセンブリにするために、少なくとも２対の固定ピン３４および間隙２２が必要である。
【００２３】
図２を参照すると、光導波路３０は、内部反射により長手方向長さを通して光を伝送し、光が光源ユニット１１から光導波路３０に入射する際に通る光入力端部３１を有する。光源ユニット１１は、ＬＥＤ、ＬＥＤアレイ、白熱光源、レーザ、または他の同様の発光源を含むあらゆる適切な光源を含むことができる。設計的事項として、光源ユニット１１は、単色光を生成しても多色光を生成してもよい。光線は、光入力端部３１で光導波路３０に入射した後、レイ・パス２で示すように光抽出構成４０に当たり、これにより、上方へ向けられて、一体型集光装置３５により、出力光４として照明装置１０外へさらに投射される。レイ・パス２は、図１Ｂの別の図にも示される。あるいは、光は、前方に伝搬した後、レイ・パス５に示されるように光抽出構成４０に当たるか、または、光導波路３０の全長に沿って伝播して、他端部３９に達し、レイ・パス６に示すように、反射外被２０の反射面により反射されて戻る。光導波路３０内を伝搬する光線の大部分が、全内部反射の条件を満たし、この条件下で、光線が、損失を受けることなく反射または抽出される。しかし。少ない光線では、光導波路３０の表面への入射角が小さいため、または光導波路３０の表面に製造上の欠陥があるため、常に全内部反射の条件を満たすことができるわけではない。このような光線は、レイ・パス７で示されるように、光導波路３０から漏れるおそれがある。この漏れた光線は、再使用されなければ損失となる。本発明によれば、この漏れた光線が捕捉されて、レイ・パス群７’により示されるように、反射外被２０によって光導波路３０内へ向けなおされる。
【００２４】
引き続き図２を参照すると、本実施形態の光抽出構成４０は、光導波路３０の長さに沿って深さが変化するプリズム構造４１のアレイからなる。光線は、プリズム構造４１の斜辺４２に当たって初めて出力側へ向けられるため、光入力端部３１近くのプリズムが浅いことは、光線が斜辺４２に当たって抽出される可能性が低いことを意味する。すなわち、プリズムが浅いことは、この領域における抽出効率が低いことに対応する。光入力端部３１近くの光導波路３０内の光束強度が非常に高いので、この領域における低い光抽出効率が、この高い局所的な光束強度を補償し、これにより平滑な出力照明が得られる。この結果、本発明による照明装置１０において、米国特許第６４６４３６６号に記載された光均質化部を使用したり、米国特許第５９０５５８３号に記載された反射領域の通常の線から側方に離れた光源を配置したりすることなしに、光入力端部３１近くの局所的な出力強度スパイクが回避される。入念な設計を通して、第２のサブガイド３０ｂの横断面の大きさと光抽出構成４０の抽出効率とを適切に調節することにより、光導波路３０の全長に沿った良好な照明の均一性を達成することができる。これは、現行の強力なコンピュータ・モデリング・プログラムの支援により容易に達成することができる。
【００２５】
図３は、本発明による光導波路３０の斜視図である。前述した重要な特徴が、この図に再び示される。
【００２６】
光源ユニット１１は、ＬＥＤ等の、色の異なる複数の別個の発光部品を含み、異なる部品により射出された光線を、照明のために抽出する前に、適切に混合することが望ましい。そうしないと、光入力端部３１近くの照明領域に、不均一な色が生じてしまう。このような色の不均一性を最小限にするために、光線が光導波路３０に入射する前にこの光線を適切に混合する必要があり、または、光入力端部３１と光抽出構成４０の第１の光抽出構造との間に、光線を混合するための空間が必要である。実際には、このような方法の各々は、照明装置１０の長さを無駄に長くすることになる。多くの適用では、特に、照明領域が比較的短い適用の場合には、パッケージの空間が限られているため、無駄な長さを受け入れることができない。
【００２７】
本発明による別の実施形態は、この問題を解決することができる。この実施形態は、図４に示すように、横断面積が光入力端部３１からの距離に伴って次第に増加する第２のサブガイド３０ｂを使用する。このような第２のサブガイド３０ｂは、光導波路３０の遠位端３９側へ光をコリメートするため、光導波路３０に入射した光のうちわずかしか、第１の伝搬路に沿って抽出されず、大部分は、光導波路３０の遠位端３９で反射外被２０の反射面２３により反射されて戻った後に、初めて抽出される。
【００２８】
図４に示すように、光線は、光入力端部３１で光導波路３０に入射した後、プリズム構造４１のアレイの斜辺４２に当たる可能性があり、レイ・パス８により示されるように、光導波路３０外にさらに投射される。しかし、プリズムが比較的浅いため、光線がプリズム間の平坦部４３に当たる可能性の方が高く、レイ・パス９により示されるように、光導波路３０の伸長方向に対するベクトル角が小さくなる。ベクトル角が小さくなるため、この光線９が、光導波路３０の遠位端３９に到達する前に再び光抽出構成４０に当たる可能性がさらに低くなる。同一のプロセスが多くの光線に生じるため、かなりの量の光が、光導波路３０の遠位端３９に到達し、反射外被２０の拡散反射面２３により反射される。
【００２９】
反射面２３が拡散反射するため、反射するすべての光線が、ほぼ同様の角度分布を持つ複数の二次光線を発する。したがって、この反射面２３は、非常に均一な強度と角度分布とを持つ有効光源であると考えられる。これらの光線は、端部３９から再び光導波路３０に入射した後、図２の光入力端部３１から光導波路３０に入射する場合と同様のプロセスを受ける。しかし、この場合、光線は、非常に均一な有効光源から来るため、色の不均一性または光導波路３０の遠位端３９近くの照度スパイクは生じない。さらに、抽出されるこの領域の局所的な光束が、離れた反射面２３から提供されるものであるため、光入力端部３１近くの領域において、色と強度の両方の点で均一な照明を達成することができる。図４に示される実施形態は、好ましくは、比較的短い光導波路のみが必要とされ、使用できる空間が限られている適用に使用される。
【００３０】
本発明によれば、複数の別個の光源ユニット１１により生じる不均一性を、図５に示すさらに別の実施形態によってなくすことができる。この実施形態では、光拡散部品１２を光源ユニット１１と光入力端部３１との間で使用することができる。点状のＬＥＤ光源ユニット１１により射出された光線１は、初めに光拡散部品１２に入射し、拡がった光線１’として光拡散部品１２から出る。これにより、光源ユニット１１の個々の光エミッタの射出面積よりもはるかに大きな射出面積を持つ二次光源を効果的に形成する。全内部反射の条件が光導波路３０内で確実に満たされるようにするために、光拡散部品１２の出力面１３と光導波路３０の光入力端部３１との間に空隙１４が設けられる。実際には、この種の光拡散部品１２は、光源ユニット１１のカバー・プレートとして形成され、または光源ユニット１１と光導波路３０の光入力端部３１との間の間隙に、別の板として挿入される。あるいは、光導波路３０の光入力端部３１に位置する間隙に、硬化性光拡散樹脂を注入することにより、光拡散部品１２を形成することもできる。
【００３１】
光源ユニット１１が光導波路３０の両端部（図示せず）に設けられる場合、好ましくは、第２のサブガイド３０ｂの横断面積が、光導波路３０の長手方向中間点に対して対称に変化する。
【００３２】
本発明の原理によれば、光導波路３０の長手方向長さに沿って光抽出構成４０の幅を変化させることにより、光抽出効率の変調を達成することもできる。しかし、光抽出構成４０の幅の変化に基づく光抽出効率の変調は、特に、一体型集光装置３５を使用する場合には、必ずしも照度の変調につながらない。従来技術の設計では、光抽出構成４０の幅の増加により、出力照明領域の幅が比例して増加するが、出力照度は増加しない。原稿処理装置については、全光束ではなく照度を特定することにより、照明の均一性を特徴付ける。
【００３３】
本発明によれば、照明装置１０は、一定の幅を有する有効発光物を含んで、前述した問題を解決する。図１Ｂに示す一体型集光装置３５は、元の光抽出構成４０と直接協働するのではなく、入口開口３６でこの有効発光物と協働するように設計される。さらに図１Ｂを参照すると、光抽出構成４０は第２のサブガイド３０ｂ内に配置される。光線２は、光抽出構成４０に当たると、ほぼ上方に第１のサブガイド３０ａ内へ向けられる。光抽出構成４０が第２のサブガイド３０ｂ内に十分深く配置されるため、この光線は、第１のサブガイド３０ａの入口開口３６に到達する前に第２のサブガイド３０ｂの側壁で１つまたは複数の反射を受けることができる。このような反射は、光抽出構成４０により方向を変えられた多くの光線と共に生じる。その結果、光抽出構成４０が入口開口３６から十分な距離だけ離間していれば、光抽出構成４０の元の幅に関係なく、入口開口３６全体を抽出された光線で満たすことができる。この性質により、入口開口３６を一体型集光装置３５の有効発光物として使用することができるため、投射された照明領域は、入口開口３６の幅のみと相関する、光抽出構成４０の実際の幅とは無関係の幅を有する。したがって、一体型集光装置３５の入口開口３６から十分な距離をおいて光抽出構成４０を配置することにより、光抽出構成４０の幅を変更して、照明ゾーンの幅に影響を及ぼすことなしに照明の均一性を変調することができる。
【００３４】
図６に示すような、ほぼまっすぐな側面を持つ、全体として三角形の横断面形状を有する光抽出プリズム構造４１の各々について、約６０゜〜８０゜、または約９５゜〜１２０゜の開口角度Ｖが好ましい。開口角度Ｖの選択は、光導波路３０の屈折率および許容できる照明角度分布によって決まる。
【００３５】
光抽出構成として使用されるプリズム構造４１の各々は、非限定的な例として、図７に示すような台形の形状、または図８に示すような少なくとも１つの湾曲部分を含む形状等の異なる横断面形状を有することができる。湾曲面を持つプリズム構造４１を使用することにより、光導波路３０の長さに平行な面の出力光の角度分布を、必要に応じてさらに変調して、プリズム面の光漏出損失をさらに減らすことができる。
【００３６】
プリズム構造４１に加えて、印刷またはエンボスされた他の光反射もしくは光散乱構造またはパターンを、例えば幅が変化する白色帯等の光抽出構成４０として使用することもできる。
【００３７】
本明細書中に開示された光導波路３０は、全体としてまっすぐな光導波路３０として図示されているが、例えば、全体として円形、半円形、楕円形、長円形等の湾曲した光導波路３０も、本発明により考慮される。
【００３８】
したがって、好ましい実施形態に適用される本発明の新規な特徴について、図示、説明、指摘したが、本発明の精神から逸脱することなく、開示された発明の形状および詳細な種々の省略、代替、および変更を、当業者が行うことができることが理解できよう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲によって示された通りにのみ限定される。
【００３９】
添付の特許請求の範囲は、前述した本発明の一般的な特徴および特定の特徴のすべてを含むものであり、本発明の範囲のすべての記載は、言い回しの問題として、これらの特徴の間に含まれることも理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】本発明の一実施形態により構成された照明装置の斜視図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態により構成された反射外被と光導波路との組付け関係を示す、図１Ａの線１ａ−１ａ’に沿って取った横断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による、光抽出構成と、一体型集光装置を持つ出力面との光学的関係を示す、図１Ｂの線１ｂ−１ｂ’に沿って取った横断面図である。
【図３】本発明の一実施形態により設計された光導波路の斜視図である。
【図４】本発明の別の実施形態により構成された照明装置の横断面図である。
【図５】本発明のさらに別の実施形態により構成された照明装置の詳細側面図である。
【図６】本発明によるプリズム構造の実施形態の側面図である。
【図７】本発明によるプリズム構造の実施形態の側面図である。
【図８】本発明によるプリズム構造の実施形態の側面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  照明装置
１１  光源ユニット
１２  光拡散部品
２０  反射外被
２１  アセンブリ・インタフェース
３０  光導波路
３０ａ  第１のサブガイド
３０ｂ  第２のサブガイド
３１  光入力端部
３５  一体型集光装置
４０  光抽出構成
４１  プリズム構造
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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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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