(57)【要約】中空楔形状光ガイドは、内部全反射形体１１を有する頂部平坦シート１０と、時計運動せしめられる反射光採収形体２１を有する底部平坦シート２０とを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空楔形状光ガイドにして、
（ａ）互いに平行に対向する頂部および底部縁ならびに互いに平行に対向する側縁を有する長方形入力穴と、
（ｂ）前記長方形入力穴の頂部縁に直交して取り付けられた透明頂部平坦シートと、
（ｃ）前記長方形入力穴の底部縁に固定された底部平坦シートと、
を備え、
該底部平坦シートは前記頂部平坦シートに向かって傾斜し、前記頂部平坦シートと前記底部平坦シートとの間で前記光ガイドの長さにそって減少する間隙を形成しており、
（ｄ）前記頂部平坦シートは内部全反射形体を有する頂面をさらに備え、前記内部全反射形体は、
（ｉ）前記長方形入力穴の前記頂部縁に垂直で前記頂部平坦シートのほぼ長さに対して延びる複数の直角三角形断面を備え、
（ｅ）前記底部平坦シートは一つの面上で反射光採収形体を含み、
（ｉ）前記反射光採収形体は、所定の計測角度だけ長方形入力穴に関して平行から角度を付けて変位された面を含む、
中空楔形状光ガイド。
【請求項２】
前記直角三角形は、前記頂部平坦シートのバルク材よりも透明性が実質的に低い面部分を有している、請求項１に記載の光ガイド。
【請求項３】
前記反射光採収形体は、鋸歯形体、ひな壇形体、および鋸歯−ひな壇組合せ形体からなる組から選択される、請求項１に記載の光ガイド。
【請求項４】
前記光ガイドの形状を支持する透明構造要素をさらに備える、請求項１に記載の光ガイド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報ディスプレイ、照明、直接光照射機器のための均等分散平行光に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナル・コンピュータに用いられているような現在の光導波管は、プラスチックのような中実材料からつくられている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、モジュール構造技術にもとづく楔形状中空縁照明導波管に関する。導波管は、屈折媒体に代えて空気を使用する。導波管は、市場で入手できるもの（シートまたはロール）に類似し、かつ、様々なディスプレイ幾何学的形体を収容するサイズに切断されうる光学フィルムからつくられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
まず、図１において、中空楔形状光ガイドは、頂部平坦シート１０および傾斜底部平坦シート２０から形成される。底部平坦シート２０は、ひな壇（テラス）として配置構成された反射光採収形体２１を含む。望ましくは、これらのひな壇配置された形体は、光不平行効果を最少にするものとする。中空の楔形状光ガイドの側面３０は、鏡面反射体である。
【０００５】
楔形状導波管の反射光採収形体２１は、頂部平坦シート１０の内面に対応している光出口平面に直角な軸の周りを「時計運動せしめられる（ｃｌｏｃｋｅｄ）」。本発明者は、光ガイドの採収形体が入力穴に関して傾斜され、かつ、出口穴に直角な軸の周りを回転せしめられる（または時計運動せしめられる）場合において、光を好適角度に屈折させるために、実用中空楔形状光ガイドにとって「時計運動角度」が必要とされることを発見した。
【０００６】
光入力面は、頂部平坦シート１０、底部平坦シート２０、鏡面側面３０によって画成される単純な長方形穴である。
【０００７】
頂部平坦シート１０は、内部全反射形体１１を有する頂面をさらに備える。本発明の一実施例においては、これら内部全反射形体１１は、例えば、Ｗｈｉｔｅｈｅａｄ（米国特許４，２６０，２２）によって教示されるような内部全反射（内部全反射）フィルムから形成される。本発明の特定の実施例においては、内部全反射形体１１は、頂部平坦シート１０のバルク材よりも透明性が実質的に低い。
【０００８】
頂部平坦シート１０の構造体は、１またはそれを超えるフィルムを支持する透明構造部材を備える。フィルムは、面積層または縁締結等の技術によって支持される。最も透過性のよいミクロ構造フィルムの場合には、適正な光学的性能を保証するように空気ギャップが維持されなければならない。構造部材の例は、Ｉｎｅｏｓ  Ａｃｒｙｌｉｃｓ（Ｌｕｃｉｔｅ（登録商標）およびＰｅｒｓｐｅｘ（商標））、ＡＴＯＦＩＮＡ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｐｌｅｘｉｇｌａｓ（登録商標）およびＴｕｆｆａｋ（商標））、ＧＥ（Ｌｅｘａｎ（登録商標））から供給されているもののような光学級プラスチック・シート・ストックおよび本明細書に引用されたような非複屈折ポリマである。また、液晶ディスプレイ（型式７０５９、１７３７およびＥＡＧＬＥ２０００）の製造に用いられるＣｏｒｎｉｎｇホウケイ酸ガラスのようなガラス支持構造体が入手可能である。プラスチック・シートは、非常に良好な光学的透明性、低費用、ガラスよりも撓みに耐える能力を提供する。ガラス・シートは、良好な光学的品質に加えて様々な機能的コーティングの適用のための高温性能を提供する。
【０００９】
側壁３０は、互いに対向して平行する鏡面反射体である。側壁は、例えば、３Ｍ社によって製造されたＳｉｌｖｅｒｌｕｘからつくられてもよい。非光学的構造部材は、３Ｍ、Ｎｉｔｔｏｄｅｎｋｏ、またはＡｄｈｅｓｉｖｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈの各社によって製造されたもののような標準感圧接着剤を用いて、これらのフィルムを支持できる。支持部材は、反射体の非照明側に配置される。特定の実施例においては、側壁３０は光学的に透明な材料からつくられる。その材料は、構造部材に鏡面反射体を形成するように、銀またはアルミニュームのような反射材料でコーティングされる。
【００１０】
図３において、長方形の入力穴に入る光は、時計運動せしめられる反射光採収形体２１に光線が当たる時点まで、底部平坦シート２０または内部全反射（ＴＩＲ）形体１１の反射面から反射する。内部全反射フィルムが、その平坦面に直角でかつその「踏面」（すなわち、階段に関連した建設産業からの用語を借りて説明すると、各段付き形体は、踏面と、それより小さい立ち上がり面とからなることになる）に当たる光線に対して与える傾斜を修正すべく、下方採収フィルム上の時計運動によって、光は内部全反射フィルムに対して直角を外れた方向に向けられる。内部全反射フィルム上の段付き形体に立ち上がり面があることによって、数パーセントの光が非所望角度において「ゴースト像」を形成する。特定の実施例においては、立ち上がり面を暗くすることおよび／または立ち上がり面の高さを最少にすることが、ゴーストを除去する。
【００１１】
図４において、本発明の中空楔形状光ガイドに導入される光１００は、中心軸（その軸は好適伝搬方向を示す）の周りで軸対称である、角度をもった分散５を有する。この方向は、出口穴の面内で側壁３０に平行であり、長方形入力穴からガイドの末端に向かって延びる。
【００１２】
図５−図１３は、様々な断面図を示し、また、中空楔形状光ガイドについての光学的シミュレーション光線トレース結果を示す。図５は、本発明の一実施例の光学的性能を実証するために用いられたシミュレーション・モデル幾何学的形態を示す。図６は、スポット位置図形出力を表し、図５の実施例の性能を実証するシミュレーション試験から均等光分散を示す。
【００１３】
図７は、図５の実施例の性能を実証するシミュレーション試験からのスポット方向角度断面出力を表し、所望の光線およびゴースト像を示す。図８は、図７のスポット方向角度断面を通るスライスのグラフ表示である。
【００１４】
図９は、図５の光ガイドに対するシミュレーション光線トレースからのいくつかの光線の詳細を示す。図１０は、光線伝搬方向からみた図５の中空楔形状光ガイドの追加断面図を示す。図１１は、光線伝搬方向における、図５の中空楔形状光ガイドについての光線トレースの詳細を示す。図１２は、光線伝搬方向に直角な方向からみた図５の中空楔形状光ガイドの追加断面図を示す。図１３は、光線伝搬方向に直角な方向における、図５の中空楔形状光ガイドについての光線トレースの詳細を示す。
【００１５】
［明細書に用いられた頭字語の表］
ＬＣＤ：液晶ディスプレイ（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙ）
ＴＩＲ：内部全反射（ｔｏｔａｌ  ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明の精神または範囲から逸脱することなく、本発明の変更実施例を考案することができる。本発明の照明部分は、車両照明、探照灯、作業灯、および映写システムを含むが、それらに限定されない広範囲の用途に使うことができる。ディスプレイ・システムは、角度、空間、熱、および／または構造上の問題点が関係している用途のみならず、航空機のコックピットのような乗り物用途においても利用される。光の波長は、とりわけ材料特性および回折限界によって決定されるが、可視範囲のいずれの側にも広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明にもとづく中空楔形状光ガイドの正面斜視図である。
【図２】図１の中空楔形状光ガイドの背面斜視図である。
【図３】図１の中空楔形状光ガイドの横断面図である。
【図４】説明の目的のための円錐光分散幾何学的形態を示す。
【図５】本発明の一説明的実施例の光学的性能を実証するために用いられたシミュレーション・モデル幾何学的形態を示す。
【図６】図５の実施例の性能を実証するシミュレーション試験からのスポット位置図形出力を表し、均等な光分散を示す。
【図７】図５の実施例の性能を実証するシミュレーション試験からのスポット方向角度断面出力を表し、所望の光線およびゴースト像を示す。
【図８】図７のスポット方向角度断面を通るスライスのグラフ表示である。
【図９】図５の光ガイドに対するシミュレーション光線トレースからのいくつかの光線の詳細を示す。
【図１０】光線伝搬方向からみた図５の中空楔形状光ガイドの追加断面図を示す。
【図１１】光線伝搬方向における、図５の中空楔形状光ガイドについての光線トレースの詳細を示す。
【図１２】光線伝搬方向に直角な方向からみた図５の中空楔形状光ガイドの追加断面図を示す。
【図１３】光線伝搬方向に直角な方向における、図５の中空楔形状光ガイドについての光線トレースの詳細を示す。
【符号の説明】
【００１８】
５：（光線の）円錐角度
１０：頂部平坦シート
１１：内部全反射形体（頂部平坦シート）
２０：底部平坦シート
２１：反射光採収形体
１００：底面
【図１】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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