(57)【要約】光源からの光をコリメートするための光コリメートシステムが、複数の要素（２、２’、・・・；１２、１２’、・・・）を有している。各要素は、第１の壁部（３、３’、・・・；１３、１３’、・・・）と第２の壁部（４、４’、・・・；１４、１４’、・・・）とを含んでいる。各要素の第1の壁部と第２の壁部とは、互いに離間されている。任意の要素（２；１２）の第１の壁部（３；１３）と、隣接する要素（２’；１２’）の第２の壁部（４’；１４’）とは、光源と反対の方向に向かって幅が広がるくさび形構造を形成する。第１および第２の壁部の、くさび形構造に面した側には、鏡面反射を呈する表面が付与されている。好ましくは、各要素の第１および第２の壁部と支持部材との間に形成された空間には、鏡面反射および／または乱反射を呈する材料が付与される。
2005531803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光をコリメートするための光コリメートシステムであって、
各々が第１の壁部と第２の壁部とを備えている、複数の要素を含み、
各要素の前記第１の壁部と前記第２の壁部とが、互いに離間されており、
任意の要素の前記第１の壁部と、隣接する要素の前記第２の壁部とが、前記光源と反対の方向に向かって幅が広がるくさび形構造を形成しており、
前記第１の壁部および前記第２の壁部の前記くさび形構造に面した側に、鏡面反射を呈する表面が付与されていることを特徴とする光コリメートシステム。
【請求項２】
前記第１の壁部および前記第２の壁部が、まっすぐな壁部であることを特徴とする請求項１記載の光コリメートシステム。
【請求項３】
前記第１の壁部および前記第２の壁部が、湾曲した壁部であり、好ましくは放物形状の壁部であることを特徴とする請求項１記載の光コリメートシステム。
【請求項４】
前記第１の壁部および前記第２の壁部が、放物形状の壁部であることを特徴とする請求項３記載の光コリメートシステム。
【請求項５】
各要素の前記第１の壁部および前記第２の壁部が、支持部材の前記光源と反対の側に設けられており、該支持部材の、各要素の前記第１の壁部と前記第２の壁部との間の部分に、鏡面反射および／または乱反射を呈する材料を含む光反射要素が設けられていることを特徴とする請求項１、２または３記載の光コリメートシステム。
【請求項６】
各要素の前記第１の壁部と前記第２の壁部との間に形成された空間に、鏡面反射および／または乱反射を呈する材料が付与されていることを特徴とする請求項１、２または３記載の光コリメートシステム。
【請求項７】
前記反射を呈する材料が、酸化アルミニウム、硫酸バリウム、ピロリン酸カルシウム、酸化チタンおよびホウ酸イットリウムからなる群より選択されていることを特徴とする請求項６記載の光コリメートシステム。
【請求項８】
前記反射を呈する材料が、Ａｌｏｎ−Ｃの粒子と混合されていることを特徴とする請求項７記載の光コリメートシステム。
【請求項９】
前記第１の壁部および前記第２の壁部が、ガラス、金属またはプラスチックから作られていることを特徴とする請求項１、２または３記載の光コリメートシステム。
【請求項１０】
前記第１の壁部および前記第２の壁部の前記光源に面している側の位置における、各要素の前記第１の壁部と前記第２の壁部との間の距離ｄｓｐが、可視光の波長よりも大きくされていることを特徴とする請求項１、２または３記載の光コリメートシステム。
【請求項１１】
前記距離ｄｓｐが、ｄｓｐ≧１０μｍであることを特徴とする請求項１０記載の光コリメートシステム。
【請求項１２】
前記距離ｄｓｐが、ｄｓｐ≧１ｍｍであることを特徴とする請求項１１記載の光コリメートシステム。
【請求項１３】
前記第１の壁部および前記第２の壁部の前記光源に面している側の位置における、前記第１の壁部と前記第２の壁部との間の距離をｄａｗとして、前記くさび形構造の高さｈｗが、０．５×ｄａｗ≦ｈｗ≦５０×ｄａｗの範囲内にあることを特徴とする請求項１１記載の光コリメートシステム。
【請求項１４】
当該光コリメートシステムが、複数のレンズを含むレンズ・アセンブリをさらに含んでおり、各レンズが、前記くさび形構造のうちの１つと協働していることを特徴とする請求項１、２または３記載の光コリメートシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光をコリメートするための光コリメートシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
そのような光コリメートシステム自体は、既知である。それらのシステムは、とりわけ、たとえばテレビセットやモニターといった（画像）表示装置内の、バックライト・コリメートシステムとして使用される。そのような光コリメートシステムは、特に、（携帯型）コンピュータ、テレビセット、または（携帯）電話に用いられる、ＬＣＤパネルとも表記される液晶表示装置のような、非発光型ディスプレイのバックライトとしての使用に適している。
【０００３】
かかる表示装置は、通常、それぞれ少なくとも１つの電極で制御された画素の、規則的なパターンを付与された基板を含んでいる。かかる表示装置は、制御回路を用いて、（画像）表示装置の（画像）スクリーンの適切なフィールド内への、画像またはデータのグラフィック表示を実現する。様々な種類の液晶効果が利用されながら、ＬＣＤ装置内のバックライトから発せられた光が、スイッチまたは変調器によって変調される。また、表示は、電気泳動効果または電気機械効果に基づいたものであってもよい。
【０００４】
そのような光コリメートシステムはまた、一般的な照明目的または店舗照明のための照明器具としても使用される。店舗照明の例としては、店舗のウインドーの照明や、たとえば宝石等の商品が載せられて展示された、（透明または半透明の）ガラスまたは合成樹脂のプレートの照明が挙げられる。そのような光コリメートシステムはさらに、たとえば、特定の条件下でガラス壁面が光を放射するようにするため、または窓を通しての視界を光を用いて抑制もしくはシャットアウトするために、窓ガラスとしても使用される。さらに別の応用は、そのような光コリメートシステムを、宣伝ボードや、製図用机や、Ｘ線写真の照明に用いることである。
【０００５】
冒頭の段落で述べたような光コリメートシステムでは、使用される光源は、通常、たとえば１つまたは複数の冷陰極蛍光灯（ｃｏｌｄ−ｃａｔｈｏｄｅ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  ｌａｍｐ；ＣＣＦＬ）といった、管状の低圧水銀蒸気放電ランプであり、動作中において光源により発せられた光は、光導波路として働く発光パネルに結合される。この光導波路は、通常、たとえば合成樹脂またはガラスから作られた、比較的薄く平面的なパネルを構成し、光は、内部（全）反射の作用の下、その光導波路を通って伝送される。
【０００６】
かかる光コリメートシステムには、代替の光源として、電気光学素子とも呼ばれる複数の光電素子が設けられていてもよい。この光電素子の例としては、たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ）といった、エレクトロルミネセンス素子が挙げられる。光源から発せられた光が、動作中において光透過端面に入射してパネル内に分散するように、これらの光源は、通常、発光パネルの光透過端面の近傍にまたは光透過端面に接して設けられる。
【０００７】
高い発光強度が望まれる場合および／または大面積の発光表面が提供されなくてはならない場合には、光コリメートシステムは、好ましくは直接照射型のバックライト・コリメートシステムとして体現される。１つのそのような直接照射型のバックライト・コリメートシステムが、国際公開公報ＷＯ−Ａ  ９７／３６１３１より知られている。この既知のバックライト・コリメートシステムは、少なくとも１つの光源と、その光源のごく近傍に配された、光方向付けアセンブリとを含んでおり、その光方向付けアセンブリは、複数のいわゆるマイクロプリズムと、それらのマイクロプリズムの間に配された、光の通過を局所的にブロックするブロック手段とを含んでいる。この既知の光コリメートシステムでは、光ブロック手段は反射要素である。一方、光方向付けアセンブリから伝播して離れていく光線を、再びマイクロプリズムに戻すように方向付けるために、光源の後方および／または周囲に、すなわち光方向付けアセンブリと反対側の方向に、反射器が配されている。鏡面反射および乱反射を呈する材料を採用することにより、この好ましい形態は、利用可能な光出力の合計量およびバックライト・コリメートシステムの効率を増大させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の既知の光コリメートシステムの１つの欠点は、利用可能な光出力の合計量および光コリメートシステムの効率が、なお比較的乏しいことである。
【０００９】
本発明の１つの目的は、上記の欠点を、全体的または部分的に除去することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の本発明の目的を達成するために、本発明の光コリメートシステムは、
各々が第１の壁部と第２の壁部とを備えている、複数の要素を含み、
各要素の第１の壁部と第２の壁部とが、互いに離間されており、
任意の要素の第１の壁部と、隣接する要素の第２の壁部とが、光源と反対の方向に向かって幅が広がるくさび形構造を形成しており、
第１の壁部および第２の壁部のくさび形構造に面した側に、鏡面反射を呈する表面が付与されている。
【００１１】
本発明に係る光コリメートシステムでは、くさび形構造の壁部からの鏡面反射の結果として、光がコリメートされる。既知の光コリメートシステムでは、マイクロプリズムの光学的に滑らかな壁部によって入射光が内部全反射（ＴＩＲ）されることにより、光のコリメートが実現される。
【００１２】
本発明に係る光コリメートシステムにおいては、上記のくさび形構造は、開通した中空の構造である（空気で満たされており、屈折率がｎ＝１）。くさび形構造の設計に応じて、くさび形構造内で連続した反射が起こることもある。かかる連続した反射は、その光コリメートシステムにおいて大きな開口を得るのに有利である。好ましくは、第１および第２の壁部は、シート材料から作られる。そのようなシートは、たとえば深絞り熱伸処理によって、所望の形状に容易に圧伸することができる。既知の光コリメートシステムでは、くさび形のマイクロプリズム構造は、中実な透明材料から作られる。既知の光コリメートシステムにおけるマイクロプリズムは、そのプリズムが作られる基となった材料の屈折率に対応する屈折率を有する（一般的には、その屈折率は
【数１】
2005531803.tif 000003
である）。
【００１３】
本発明の説明においては、中空のくさび形構造を指して、（中空の）くさびコリメータとも呼ぶ。
【００１４】
本発明に係る光コリメートシステムの１つの好ましい実施形態は、第１の壁部および第２の壁部が、まっすぐな壁部であることを特徴とする。そのようないわゆる円錐型の開通したくさびは、比較的製造が容易である。
【００１５】
本発明に係る光コリメートシステムの別の１つの好ましい実施形態は、第１の壁部および第２の壁部が湾曲した壁部であり、好ましくは放物形状の壁部であることを特徴とする。湾曲したまたは放物形状のくさびは、製造がより難しいが、放物形状の壁部からの高々１回の鏡面反射のみによって、より大きな開口で、相当程度の光コリメートを達成可能とするので、光学的にはより効率がよい。
【００１６】
本発明に係る光コリメートシステムの１つの好ましい実施形態は、各要素の第１の壁部および第２の壁部が、支持部材の、光源と反対の側に設けられており、その支持部材の、各要素の第１の壁部と第２の壁部との間の部分に、鏡面反射および／または乱反射を呈する材料を含む光反射要素が設けられていることを特徴とする。かかるバックライト・コリメートシステム内で発生させられた光は、任意の要素の第１の壁部と、隣接する要素の第２の壁部との間の、開口窓を通ってのみ、すなわち上記のくさび形構造の位置においてのみ、出射を許される。１つの要素の第１の壁部と第２の壁部との間では、光は透過することを許されない。１つの要素の第１の壁部と第２の壁部との間に反射要素を設けることによって、光は、効果的かつ効率的に反射されて戻され、その後、バックライト・コリメートシステム内で再利用される。
【００１７】
本発明に係る光コリメートシステムの１つの好ましい実施形態は、各要素の第１の壁部と第２の壁部との間に形成された空間に、鏡面反射および／または乱反射を呈する材料が付与されていることを特徴とする。光コリメートシステム内に支持部材が設けられている場合には、この鏡面反射および／または乱反射を呈する材料は、３つの壁部、すなわち各要素の第１および第２の壁部と支持部材との間に形成された空間内に、付与される。そのような材料は、第１および第２の壁部の鏡面反射を呈する表面を、光コリメートシステム内の光源から発せられる光への直接露出から強力に遮蔽し、それにより、それら鏡面反射を呈する表面による光吸収を通じた光の損失を抑制する。好ましくは、この材料は乱反射を呈するものとされる。
【００１８】
通常、効率的な光の再利用、光の（再）分配、光伝送、および光コリメートを含む応用例では、反射層および／またはコーティングが存在する。反射を呈する材料に課せられる要求は、可視光の波長領域内において光吸収がないこと、吸収により誘起されるカラーシフトがないこと、熱、光、湿度の（複合的な）影響下において化学的劣化に対する耐性が高いこと、および処理／製造が容易でありながら低コストで入手可能であることが含まれる。適当な性能を示す反射層は、バインダーなしの乾燥無機粉末粒子層である。好ましくは、この反射を呈する材料は、酸化アルミニウム、硫酸バリウム、ピロリン酸カルシウム、酸化チタンおよびホウ酸イットリウムからなる群より選択される。そのような粉末は、（バックライト）光コリメートシステム内における光の再利用に、極めて効率的に寄与する。好ましくは、反射性粉末は、Ａｌｏｎ−Ｃ粉末（約２０ｎｍの平均１次粒子サイズを有するガンマ構造の酸化アルミニウム粉末（デグサ社；Ｄｅｇｕｓｓａ））の粒子と混合される。少なくとも５μｍの平均粒子径を有するピロリン酸カルシウムの粉末を、１重量％のＡｌｏｎ−Ｃ粉末と混合した場合、結果として得られる粉末混合物は、いわゆる流動性粉末のように挙動する。
【００１９】
本発明に係る光コリメートシステムの１つの好ましい実施形態は、第１の壁部および第２の壁部が、ガラス、金属またはプラスチックで作られていることを特徴とする。好ましくは、開通したくさび構造は、たとえば、光学的に滑らかなアルミニウム・シート、または後にアルミニウム層もしくは銀の層でコーティングされたプラスチックのＰＥＴシートの、深絞り熱伸処理によって作製することができる。アルミニウムのシートまたは層は、鏡面反射を呈する表面として機能する。任意の要素の第１の壁部と隣接する要素の第２の壁部との間の開口窓すなわち空間は、支持部材の位置において、完全に開通させられたままとされていてもよい。
【００２０】
本発明に係る光コリメートシステムの１つの好ましい実施形態は、支持部材の位置における、各要素の第１の壁部と第２の壁部との間の距離ｄｓｐが、可視光の波長よりも大きくされていることを特徴とする。約５００ｎｍよりも実質的に大きな距離ｄｓｐ、好ましくはｄｓｐ≧１０μｍである距離ｄｓｐを選択することにより、くさび構造の内部および周辺における光回折現象が防止され、回折に起因する、くさびコリメータ構造のコリメート性能の外乱が生じないようにすることが可能となる。好ましくは、距離ｄｓｐは、ｄｓｐ≧１ｍｍである。これにより、１つの要素の第１および第２の壁部の間の空間に、（１重量％のＡｌｏｎ−Ｃと混合された）流動性のピロリン酸カルシウム粉末を容易に付与することができる。
【００２１】
本発明に係る光コリメートシステムの１つの好ましい実施形態は、くさび形構造の高さｈｗが、０．５×ｄａｗ≦ｈｗ≦５０×ｄａｗの範囲内にあることを特徴とする。ここで、ｄａｗは、第１の壁部および第２の壁部の光源に面している側の位置における、第１の壁部と第２の壁部との間の距離である。光コリメートシステム内に支持部材が設けられている場合には、ｄａｗは、支持部材の位置における第１の壁部と第２の壁部との間の距離である。高さｈｗを上記の範囲内とすれば、光コリメートシステム内の光源から発せられた等方性の光を、１０°≦θｃ≦９０°の範囲内のコリメート角θｃにコリメートすることができる。
【００２２】
本発明に係る光コリメートシステムの１つの好ましい実施形態は、この光コリメートシステムが、複数のレンズを含むレンズ・アセンブリをさらに含んでおり、各レンズが、くさび形構造のうちの１つと協働していることを特徴とする。くさびコリメータの光出射側における光学的なレンズ・アセンブリの存在により、達成されるコリメートの程度がさらに向上させられる。
【００２３】
本発明に係る施策を通じて、とりわけ単純な光コリメートシステムが得られる。特に、利用可能な光出力の合計、および光コリメートシステムの効率は、むしろ高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、いくつかの実施形態および図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。図は、単に概略的なものであり、正しい縮尺で描かれてはいない。明確さのため、いくつかの寸法は特に大きく誇張されている。図中では、可能な限りの個所において、同一の参照番号で同等の要素を示している。
【００２５】
図１Ａは、本発明に係るくさびコリメータの１つの実施形態の断面図を、概略的に示した図である。図１Ｂは、くさびコリメータの変更実施形態を概略的に示している。図１Ａおよび１Ｂの光コリメートシステムは、光源（図１Ａおよび１Ｂには図示されていない。入射光の方向は、矢印Ｌｉｎで示されている）からの光をこの光コリメートシステム内に受け入れる、支持部材１を含んでいる。支持部材１の光源と反対側の面には、複数の要素２、２’・・・が設けられている。各要素２、２’・・・は、第１の壁部３、３’・・・と、第２の壁部４、４’・・・とからなっている。好ましくは、第１の壁部３、３’・・・および第２の壁部４、４’・・・は、ガラス、金属またはプラスチックから作られている。各要素２、２’・・・の第１の壁部３と第２の壁部４’とは、支持部材１の位置において、互いに離間されている。オプションである支持部材の位置における、第１の壁部３と第２の壁部４’との間の距離は、いわゆる開口幅ｄａｗである。光源からの光をコリメートするため、１つの要素２の第１の壁部３と、隣接する要素２’の第２の壁部４’とは、光源と反対の方向に向かって幅が広がるくさび形構造を形成している。第１の壁部３、３’・・・および第２の壁部４、４’・・・の、このくさび形構造に面した側には、鏡面反射を呈する表面が付与されている（図１Ａおよび１Ｂには図示されていないが、図３において見て取れる）。図１Ａおよび１Ｂの例では、くさび形構造は、カバープレート８で蓋をされている。ある別の実施形態では、このカバープレートは、複数のレンズを含むレンズ・アセンブリとして形成される（図２参照）。図１Ａおよび１Ｂの例では、第１の壁部３、３’・・・および第２の壁部４、４’・・・は、まっすぐな壁部とされている。支持部材は、この光コリメートシステムではオプションの特徴である。特に、第１および第２の壁部がシート材料から作られる場合には、そのようなシートは所望の形状に容易に圧伸することができるので、光コリメートシステムの第１および第２の壁部に十分な支持を与えるための支持部材は必要ではない。
【００２６】
図１Ａでは、各要素２、２’・・・の第１の壁部３、３’・・・および第２の壁部４、４’・・・と、支持部材１との間に形成された空間には、鏡面反射および／または乱反射を呈する材料が付与されている。
【００２７】
図１Ｂでは、支持部材１の、各要素２、２’・・・の第１の壁部３、３’・・・と第２の壁部４、４’・・・との間の部分には、鏡面反射および／または乱反射を呈する材料を含む光反射要素６、６’が設けられている。
【００２８】
光反射要素６、６’の鏡面反射または乱反射を呈する材料は、好ましくは、酸化アルミニウム、硫酸バリウム、ピロリン酸カルシウム、酸化チタンおよびホウ酸イットリウムからなる群より選択された、粉末材料を含んでいる。即座に入手可能であること、価格の安さ、化学的な純度、高温（＞１０００°Ｃ）に対する耐性、および、空気中において９００°Ｃでアニーリングすると、λ＝４００−８００ｎｍの範囲内の可視光に対して非吸収特性を有することが実証されていることのため、８μｍと１０μｍとの間の平均粒子径を有するピロリン酸カルシウムの使用が特に推奨される。ピロリン酸カルシウムを１重量％のＡｌｏｎ−Ｃナノ粒子と混合すると、結果として得られる粉末混合物は、いわゆる流動性粉末のような挙動を呈する。
【００２９】
支持部材１の位置における、各要素２、２’・・・の第１の壁部３、３’・・・と第２の壁部４、４’・・・との間の距離ｄｓｐは、好ましくは可視光の波長よりも大きい。好ましくは、距離ｄｓｐとｄａｗとの両方とも、１０μｍよりも大きい。また好ましくは、距離ｄｓｐは、１ｍｍよりも大きい。後者の条件は、第１の壁部３、３’・・・と第２の壁部４、４’・・・との間の空間を、バインダーなしの流動性乾燥無機粉末で充填することを、比較的簡単にする。くさび形構造の高さｈｗは、０．５×ｄａｗ≦ｈｗ≦５０×ｄａｗの範囲内にあることが好ましい。ここで、ｄａｗは、支持部材１の位置における、第１の壁部３、３’・・・と第２の壁部４、４’・・・との間の距離である。本発明によれば、この光コリメートシステムから出射する光（図１Ａおよび１Ｂでは、矢印Ｌｏｕｔで示されている）は、コリメートされた光となる。
【００３０】
図２は、本発明に係るくさびコリメータのさらに別の実施形態の断面図を、概略的に示した図である。図２の光コリメートシステムは、光源（図２には図示されていない。入射光の方向は、矢印Ｌｉｎで示されている）からの光をこの光コリメートシステム内に受け入れる、支持部材１１を含んでいる。支持部材１１の光源と反対側の面には、複数の要素１２、１２’・・・が設けられている。各要素１２、１２’・・・は、第１の壁部１３、１３’・・・と、第２の壁部１４、１４’・・・とからなっている。好ましくは、第１の壁部１３、１３’・・・および第２の壁部１４、１４’・・・は、ガラス、金属またはプラスチックから作られている。各要素１２、１２’・・・の第１の壁部１３と第２の壁部１４’とは、支持部材１１の位置において、互いに離間されている。第１の壁部１３’と第２の壁部１４との間の距離は、いわゆる開口幅である。光源からの光をコリメートするため、１つの要素１２の第１の壁部１３と、隣接する要素１２’の第２の壁部１４’とは、光源と反対の方向に向かって幅が広がるくさび形構造を形成している。第１の壁部１３、１３’・・・および第２の壁部１４、１４’・・・の、このくさび形構造に面した側には、鏡面反射を呈する表面が付与されている。図２の例では、くさび形構造は、レンズ・アセンブリ１８として形成されたカバープレートで蓋をされている。このレンズ・アセンブリ１８は、複数のレンズを含んでおり、各レンズが、くさび形構造のうちの１つと協働している。図２の例では、第１の壁部１３、１３’・・・および第２の壁部１４、１４’・・・は、放物形状の壁部である。
【００３１】
図２では、各要素１２、１２’・・・の第１の壁部１３、１３’・・・および第２の壁部１４、１４’・・・と、支持部材１１との間に形成された空間には、乱反射を呈する材料が付与されている。この乱反射を呈する材料は、好ましくは、酸化アルミニウム、硫酸バリウム、ピロリン酸カルシウム、酸化チタンおよびホウ酸イットリウムからなる群より選択される。
【００３２】
図３は、図１Ａおよび１Ｂのくさびコリメータの詳細部分を通る光線の光路を、概略的に示した図である（支持部材およびカバープレートは図示されていない）。第１の壁部３と、隣接する要素の第２の壁部とが図示されている。第１の壁部３には、鏡面反射を呈する表面２３が付与されており、第２の壁部４’には、鏡面反射を呈する表面２４’が付与されている。図３の例では、光線は、開通したくさび（屈折率ｎ＝１）に角度θｉ（垂直方向、すなわち図１ＡのＬｉｎに平行な方向を基準として）で入射し、垂直方向に対して角度θｗ（くさび角）をなす第１の壁部３の鏡面反射を呈する表面２３において反射される。図３の例では、１回のみの反射が起こり、くさびコリメータから出射する光線は、垂直方向に対して角度θｅをなす。反射の回数は、入射角θｉ、要素の高さｈｗ、およびくさび角θｗに依存する。垂直方向に対するコリメート角θｃとは、垂直方向に対して０°≦θｉ≦９０°である等方性の光がくさび形構造に入射した際に、そのくさび形構造から出射し得る光線の、最大の角度θｅを指す。すなわち、θｃ＝（θｅ）ｍａｘである。
【００３３】
図４は、図１Ａおよび１Ｂのくさびコリメータについて、くさび角θｗを、コリメート角θｃの関数として示した図である。図５は、図１Ａおよび１Ｂのくさびコリメータについて、ｈｗ／ｄａｗ比を、コリメート角θｃの関数として示した図である。図４および５において、曲線（１）はくさび形構造内で最大でも１回のみの反射が起こる場合の結果、曲線（２）は最大２回の反射が起こる場合の結果、曲線（３）は最大３回の反射が起こる場合の結果、曲線（４）は最大４回の反射が起こる場合の結果、曲線（５）は最大５回の反射が起こる場合の結果をそれぞれ示している。コリメート・レベルが上がる（すなわちθｃが減少する）と、常に、開口ｄａｗが小さくなることが見て取れる。鏡面反射の所与の最大回数に対して、達成可能なコリメートの程度には限界がある。たとえば、鏡面反射の最大回数が１である場合には、まっすぐな壁部を有するくさび形構造は、等方性の光を、約３０°より良好にコリメートすることができない。鏡面反射の最大回数が増大すると、達成可能なコリメートの程度もまた増大する。しかしながら、高いルーメン効率でθｃ＜２０°を達成することは、非常に小さな開口が存在することとなることも手伝って、困難である。反射回数が増大するにつれて、金属反射面における吸収損失に起因するルーメン損失もまた増大する。θｃ＜２０°を実現するためには、放物形状のくさび形構造を採用することが好ましい（図２参照）。ある所与のコリメートの程度において、既知のくさびコリメータの開口は、開通したくさびコリメータの開口よりも大きく、特にコリメートの程度が高い場合にはそうである。１回の鏡面反射を収容するように設計された中空のくさびコリメータは、等方性の光を、オフィス環境で通常要求される、最小でθｃ＝６０°までのコリメート角にコリメートするためには適当な選択肢である。そのとき、２次元開口は５０％近くである。中空のくさび構造に等方性の光が入射する際、ｈｗ／ｄａｗ＝０．６８の比において、ｄａｗ＝４．４ｍｍかつｈｗ＝３．０ｍｍである中空のくさび構造と、ｗ＝６．０ｍｍのコリメータ幅とによって、コリメート角θｃ＝６０°が達成される。くさびの空洞を白色の反射性粉末で充填することを簡単にするためには、これらの寸法が非常に適している。上記に鑑みて、θｃ≧４０°に対しては、開通したくさびを用いることが一般的に推奨される。過小でない開口幅ｄａｗ／ｗにおけるより小さなθｃの値は、好ましくは放物形状のくさび構造によって達成される。円錐状のくさび形構造を用いて、そのくさび構造の上に追加のレンズ・アセンブリを配した場合には、比較的、より大きな開口幅比ｄａｗ／ｗ、より小さなθｗ、およびより小さな比ｈｗ／ｄａｗを実現することができる。
【００３４】
本発明の保護範囲は、ここで挙げた実施形態に限定されるものではない。本発明は、それぞれの新規な特徴および特徴の組合せにおいて体現される。特許請求の範囲中の参照符号は、特許請求の範囲による保護範囲を限定するものではない。「含む」または「備える」との動詞およびそれらの格変化の使用は、請求項中に記載されたもの以外の要素の存在を排除するものではない。ある要素の前に置かれた「１つの」との語は、そのような要素が複数存在することを排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１Ａ】本発明に係るくさびコリメータの１つの実施形態の断面図
【図１Ｂ】本発明に係るくさびコリメータの変更実施形態の断面図
【図２】本発明に係るくさびコリメータのさらに別の変更実施形態の断面図
【図３】図１Ａおよび１Ｂのくさびコリメータの詳細部分を通る光線の、光路を示した図
【図４】図１Ａおよび１Ｂのくさびコリメータについて、くさび角θｗを、コリメート角θｃの関数として示した図
【図５】図１Ａおよび１Ｂのくさびコリメータについて、ｈｗ／ｄａｗ比を、コリメート角θｃの関数として示した図
2005531803.tif 000004
【図２】
2005531803.tif 000005
【図３】
2005531803.tif 000006
【図４】
2005531803.tif 000007
【図５】
2005531803.tif 000008
【国際調査報告】
2005531803.tif 000009
2005531803.tif 000010
2005531803.tif 000011