(57)【要約】【課題】【解決手段】単一の光源から１つ又はより複数の遠方の位置及び（又は）物体を照明する照明システム１０及び方法が開示されている。照明システム１０は、光を放出する光源１２と、光を部分的にコリメートする半径方向コリメータ１４と、コリメートされた光を光ファイバ２０内に結合する複数のモーフィング要素１５、１６とを備えている。
2007530991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明システム（１０）において、
光源（１２）と、
熱障壁領域（１８）により光源から分離された内面を有する、該光源（１２）の一部分を取り囲む半径方向コリメータ（１４）と、
半径方向コリメータに隣接する光入力端部（１６５、１６７）と、光を光ファイバに連結する光出力端部（１６９）とを有するモーフィング要素（１６）と、を備える照明システム。
【請求項２】
請求項１に記載の照明システム（１０）において、モーフィング要素（１６）は、矩形の断面を有する第一の部分（１６１）と、円錐形断面を有する第二の部分（１６３）とを更に有する、照明システム。
【請求項３】
請求項１に記載の照明システムにおいて、モーフィング要素は、光入力端部に隣接する平凸レンズ（１６５）を更に有する、照明システム。
【請求項４】
請求項１に記載の照明システムにおいて、モーフィング要素の光入力端部は凸型の形状（１６７）を有する、照明システム。
【請求項５】
請求項１に記載の照明システムにおいて、半径方向コリメータ（１４）を取り囲み且つ少なくとも１つの層（１５、１６）に配置された複数のモーフィング要素（１６）を更に備える、照明システム。
【請求項６】
請求項１に記載の照明システム（１０）において、半径方向コリメータ（１４１）は、円筒状内面（１４６）と凸型外面（１４８）とを有するリング形状レンズを備える、照明システム。
【請求項７】
照明システム（１００）において：
光源（１２）と；
該光源（１０１）から遠方の物体と；
光導波路（１０）であって、
光源からの光を部分的にコリメートする半径方向コリメータ（１４、２４１）と、
該半径方向コリメータに隣接して該コリメータから部分的にコリメートされた光を集める複数のモーフィング要素（１５、１６）と、
モーフィング要素（１５、１６）により集められた光を物体（１０１）まで伝送すべく複数のモーフィング要素の各々に連結された光ファイバ（２０）とを備える前記光導波路（１０）と；を備える、照明システム。
【請求項８】
請求項７に記載の照明システムにおいて、モーフィング要素（１６）は、円筒状フレネル面（１６７）を有する光入力端部と、光ファイバに連結された光出力端部（１６９）とを備える、照明システム。
【請求項９】
請求項７に記載の照明システムにおいて、モーフィング要素（１５、１６）は、矩形の形状を有する、光入力端部に隣接した第一の部分（１６１）と、円錐形の形状を有する、光出力端部（１６９）に隣接した第二の部分（１６３）とを備える、照明システム。
【請求項１０】
光を光源（１２）から遠方の位置（１０）まで提供する方法において、
光源（１２）を提供するステップと、
光源（１２）を取り囲む半径方向コリメータ（１４）を使用して光源から放出された光を部分的にコリメートするステップと、
円筒形フレネル面（１４７）を有する光入力端部を備えるモーフィング要素（１６）により、半径方向コリメータ（１４）から部分的にコリメートされた光を集めるステップと、
モーフィング要素（１６）により集められた光を光ファイバ（２０）に連結するステップと、
光ファイバに連結された光を光源から遠方の位置（１０１）まで伝送するステップと、を備える、光を光源から遠方の位置まで提供する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として、光導波路、より具体的には、光を光源から遠方の位置まで分配するファイバ照明器に関する。
【背景技術】
【０００２】
分散型又は集中照明システムは、光源から遠方の複数の位置を照明するため１つ又はより複数の光源を使用する。これらの照明システムは、典型的に、光源から遠方の位置まで光を伝送すべく光ファイバ、ロッド又は管を有している。一例は、光を単一の光源から乗物の計器盤のバックライトした複数の計器に誘導すべく光ファイバを使用するファイバ照明器である。ファイバ照明器を使用することのできるその他の例としては、直接照明が危険であり又は保守が困難な用途のものを含む。
【０００３】
ファイバ照明器は、単一の光源が複数の遠方に隔てられた位置を照明することを許容することに加えて、例えば、熱感受性装置又は物体の熱損傷を防止することもできる。光源はファイバ照明器内にて遠方にあるため、光源により発生された熱及びその他の損傷を与える放射線は、熱感受性装置又は物体から遮蔽されることができる。熱はまた、熱感受性装置又は物体が望ましくない熱に晒されるのを回避できるよう光源から離れるよう向けられることもできる。このように、例えば、ディスプレイケース内の物体を、直接照明による潜在的な熱損傷及び放射線に晒すことなく、照明することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、ファイバ照明器は、光源からの光を、複数のレンズ及び反射器を使用してファイバ内に結合（カップリング）する。次に、光ファイバはその光を遠方の位置に伝送する。例えば、米国特許明細書５，８９２，８６７号には、球面構造に構成された複数のレンズが開示されている。球面構造に構成された複数のレンズは、光源からの光を複数の焦点に収束する。光を光ファイバへと更に収束させるべく、追加的な集光レンズを焦点の各々に配置しなければならない。しかし、球面レンズ構造を製造するときの複雑さ及びコスト、また、複数の集光レンズを焦点の各々に整合させることに起因する問題点が生ずる。
【０００５】
このため、先行技術の上記及びその他の問題点を解決して、光源からの光で遠方の複数の位置を照明するファイバ照明器及びその使用方法を提供することが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの実施の形態に従い、光源と、該光源を取り囲む半径方向コリメータとを備える照明システムが提供される。半径方向コリメータは、熱障壁領域により光源から分離された内面を有する。該照明システムは、半径方向コリメータに隣接する光入力端部と、光を光ファイバに連結する光出力端部とを有するモーフィング（morphing）要素を更に備えている。
【０００７】
本発明の別の実施の形態によれば、光源と、該光源を取り囲む管と、該管の周りに配設された複数の組立体とを備え、該複数の組立体の各々が少なくとも１つのプリズムと、少なくとも１つのレンズとを備える、照明システムが提供される。該照明システムは、光源と管の内面との間に配設された熱遮蔽体を更に備えている。該照明システムはまた、半径方向コリメータに隣接する光入力端部と、光を光ファイバに連結する光出力端部とを有するモーフィング要素も備えている。
【０００８】
本発明の別の実施の形態によれば、軸線に沿って整合された光源と、光源を取り囲み且つ軸線に沿って整合された筒形レンズとを備えるファイバ照明器が提供される。該筒形レンズは、円筒状の内面と、凸型外面とを備えている。ファイバ照明器は、光源と筒形レンズの円筒状内面との間に配設された熱遮蔽体と、複数のモーフィング要素とを更に備えている。該モーフィング要素は、筒形レンズの外面に隣接する円筒状の形状の光入力端部と、光を光ファイバに連結する光出力端部とを備えている。
【０００９】
本発明の別の実施の形態によれば、光源と、該光源から遠方の物体と、光導波路とを備える照明システムが提供される。該光導波路は、光源からの光を部分的にコリメートする半径方向コリメータと、該半径方向コリメータに隣接して該コリメータから部分的にコリメートされた光を集める複数のモーフィング要素と、モーフィング要素により集められた光を物体まで運ぶため複数のモーフィング要素の各々に連結された光ファイバとを備えている。
【００１０】
更に、本発明の別の実施の形態によれば、光源を提供するステップと、光源を取り囲む半径方向コリメータを使用して光源によって放出された光を部分的にコリメートするステップとを備える、光を光源から遠方の位置まで伝播する方法が提供される。半径方向コリメータにより投射された、部分的にコリメートした光は、光入力端部を備えるモーフィング要素にて集められる。モーフィング要素により集められた光は、光ファイバに連結され且つ、光ファイバにより光源から遠方の位置まで伝送される。
【００１１】
本願に含まれ且つ、本願の一部を構成する添付図面は、本発明の実施の形態を示し、また、本明細書の説明と共に、本発明の目的、有利な効果及び原理を説明する役割を果たすものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下の説明において、本明細書の一部を形成し、また、本発明が実施可能である特定の一例としての実施の形態を単に一例として示した添付図面に関して説明する。これらの実施の形態は、当該技術分野の当業者が本発明を実施することを可能にするのに十分詳細に説明されており、また、本発明の範囲から逸脱せずに、その他の実施の形態が利用可能であり且つ変更を加えることが可能であることを理解すべきである。このため、以下の説明は、限定的な意味に解釈されるべきではない。
【００１３】
図１ないし図９には、単一の光源を使用して１つ又はより複数の遠方の位置を照明する装置及び方法が開示されている。色々な実施の形態は、光源からの光を半径方向にコリメートする半径方向コリメータと、半径方向にコリメートした光を光ファイバに連結する複数のモーフィング要素とを有している。本明細書にて使用するように、「半径方向にコリメートした」とは、光源の中心軸線を含む半径方向面内にて部分的にコリメートされたことを意味する。光源１２の中心軸線１は図１に示されている。
【００１４】
図１Ａ及び図１Ｂには、一例としての照明システムが図示されている。図１Ａには、光源１２と、半径方向コリメータ１４とを有する照明システム１０の頂面図が示されている。図１Ｂには、図１Ａの線Ａ−Ａに沿った照明システム１０の断面図が示されている。光源１２は、適宜な任意の光源とすることができる。例えば、光源１２は、セラミック金属ハロゲンランプのようなアークランプとすることができる。照明すべき位置又は物体を含む複数の因子に依存して、アークランプは、例えば、３９Ｗ、７０Ｗ又は１５０Ｗのような適宜なワット数を有して、例えば、フィリップスライティング（Ｐｈｉｌｉｐｓ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ）からマスタカラー（ＭａｓｔｅｒＣｏｌｏｒ）シリーズランプとして販売されているＴ−６ランプとすることができる。光源１２はまた、例えば、米国特許明細書６，５９４，００９号により教示されたように、１つ又はより複数のファイバ内に投射された紫外線光により照射された蛍光粒子のような任意の点状放出面とすることもできる。かかる実施の形態において、熱遮蔽体１８は、粒子を外部熱源により影響を受けないよう隔離する。一例としての実施の形態において、光源１２及び半径方向コリメータ１４は、中心線の軸線１に沿って整合させることができる。
【００１５】
色々な実施の形態において、半径方向コリメータ１４は、光源１２の発光部分１１を取り囲む。発光部分１１は、例えば、セラミック金属ハロゲンランプの発光円筒状要素とすることもできる。本明細書にて使用するように、「半径方向コリメータ」という語は、光源１２を貫通し且つその軸線を含む半径方向面内にて光を部分的にコリメートする、全体としてリング形状をしたレンズ又は光学要素組立体を意味する。図１Ａ及び図１Ｂには、光源１２を取り囲む単一のアナモルフィックレンズを備える半径方向コリメータが示されている。光学設計技術分野の当業者は、アナモルフィックレンズの代わりとしてのみならず、本発明により開示されたその他のレンズの代わりとしても、その他の適宜なレンズ又はレンズ系を使用することが可能である。同様に、光学設計の当業者は、プリズム又はレンズのような本発明により開示された光学要素の任意のものを、より複雑で機能的に等価的又は機能的により優れた光学要素又は当該技術にて既知の光学要素の系にて置換することができる。
【００１６】
照明システム１０は、熱遮蔽体１８と、モーフィング要素１６と、光ファイバ２０とを更に有している。熱遮蔽体１８は、光源１２と、半径方向コリメータ１４の内面との間に配置することができる。色々な実施の形態において、熱遮蔽体１８は光源１２によって発生された熱気が逃げるのを許容する。熱遮蔽体は、例えば、静止し又は流れる空気を有する空隙とすることができる。流れる空気は、例えば自然の対流の煙突効果、ファン、又はその他の冷却装置（図示せず）により提供することができる。モーフィング要素１６は、半径方向コリメータ１４に隣接し且つ該半径方向コリメータ１４から隔てた位置に配置することができる。本明細書にて使用するように、「モーフィング要素」とは、半径方向にコリメートされた光を集める入力端部と、集められた光を光ファイバに連結する出力端部とを有する光学要素を意味する。色々な実施の形態において、入力端部の断面直径は、出力端部の断面直径よりも大きい。このことは、伝播した光を減少した断面内に集中させて、ファイバの断面と適合させ且つ、伝播経路に沿って優れたエテンデュ（ｅｔｅｎｄｕｅ）を確保する。この態様にて、結合効率を最大にすることができる。
【００１７】
図１Ｂを参照すると、半径方向コリメータ１４は、光源１２の発光部分１１から光を捕捉し且つ、その光をモーフィング要素１６の入力端部に向けて部分的にコリメートする。１つの実施の形態において、入力端部の寸法は、該入力端部が発光部分１１から捕集した光を部分的にコリメートし得るよう発光部分１１の寸法を上回るものとすることができる。本明細書にて使用するように、「部分的にコリメートする」とは、半径方向コリメータ１４の光入力側における口径よりも小さい口径を半径方向コリメータ１４の光出力側部に有することを意味する。この態様にて、適宜な設計によれば、発光部分１１から半径方向コリメータ１４により捕捉された光の量は、モーフィング要素１６を通って伝播する光に対する全内反射に何らの不良を生じさせることなく、増大させることができる。従って、モーフィング要素１６は、半径方向コリメータ１４によりコリメートされた光を集め且つ、その光を光ファイバ２０内に結合する。光ファイバ２０は、例えば、屈折率適合流体又は当該技術分野の当業者に既知のその他の結合整合方法によりモーフィング要素１６と物理的に結合することができる。次に、光ファイバ２０は、その光を光源から遠方の１つの位置又は複数の位置に伝送する。
【００１８】
作動時、光源１２は光及び熱を発生させる。色々な実施の形態において、熱遮蔽体１８は、その熱を光源１２から離れて軸方向に対流させる。半径方向コリメータ１４は、厳密な整合を必要とすることなく、光源１２の中心線軸線１に対し直交する面内にて連続的なリング状に光を部分的にコリメートさせ得るよう配置することができる。光の部分的なコリメーションは、図１Ｂに仮想線で示してある。モーフィング要素１６は、半径方向コリメータ１４により部分的にコリメートされた光を集め且つ、厳密な整合を必要とすることなく、その光を光ファイバ２０に連結し得るよう半径方向コリメータ１４の回りに配置することができる。光ファイバ２０は、その光を１つ又はより複数の遠方の位置まで伝送する。例えば、光ファイバ２０は平坦なパネルディスプレイのバックライト、建築物の照明、危険な又は危険性のある環境内のライト又は博物館内の物品のような感受性の強い＊−物品の照明のため光を伝送することができる。
【００１９】
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、モーフィング要素１６は、第一の部分１６１と、第二の部分１６３という少なくとも２つの部分を備えている。第一の部分１６１は、入力端部が半径方向コリメータに隣接する状態で配置することができる。図２Ａにおいて、平凸レンズ１６５は第一の部分１６１の入力端部に配置することができる。平凸レンズは、例えば、筒形レンズ又は筒形フレネルレンズとすることができる。図２Ｂと同様に、凸型面１６７を第一の部分１６１の入力端部に取り付けることができる。凸型面は、例えば、円筒状面又は円筒状フレネル面とすることができる。レンズ１６５又は端部１６７の凸型面は、図４Ａ、図４Ｂに示した半径方向コリメータ１４に隣接する位置に配置することができる。当該技術分野の当業者は、これらの端部及び面の光学的設計は、図４及び図５に関してより詳細に説明した半径方向コリメータ１４の面と光学的設計と組み合わせて、図２Ａ及び図２Ｂに示したモーフィング要素１６の第一の部分１６１内に投射される光のコリメーションを向上させることができることが理解される。従って、例えば、光源１２の軸線を含む面内にて図４Ｂに示すように、半径方向レンズ１４の口径を増大させることが可能である。この態様にて、半径方向レンズ１４の集光効率を増大させることができる。レンズ１６５及び端面１６７は、半径方向コリメータ１４から捕捉された光をコリメートし且つ、その光を第一の部分１６１内に投射し、光は該第一の部分にて全内反射（ＴＩＲ）により伝播する。
【００２０】
図２Ａ及び図２Ｂの第二の部分１６３は、部分１６１からこれらの内部に投射された光を集める。第二の部分１６３は、モーフィング要素１６の光出力端部１６９に配設された光ファイバ（図示せず）内に光を結合する円錐形の形状体を備えている。１つの実施の形態において、第二の部分１６３は、部分１６１の方形又は矩形の断面から円形の断面までモーフィングし且つ、その後、光ファイバ（図示せず）に隣接する円形の光出力端部１６９まで円錐状にテーパーが付けられる。端部１６９の断面積は、第一の部分１６１の断面積よりも小さくすることができる。１つの実施の形態において、第二の部分１６３は、光ファイバに隣接する端部１６９が円形の形状であり且つ、光ファイバとほぼ等しい直径を有するようテーパーが付けられる。モーフィング要素１６は、例えば、プラスチック材料を射出成形する等のような当該技術分野の当業者に既知の方法により形成することができる。
【００２１】
図３には、半径方向コリメータ１４の回りにて円形に単一層に配置された複数のモーフィング要素１６を備えるファイバ照明器の頂面図が示されている。半径方向コリメータ１４及び複数のモーフィング要素１６は、光源１２の回りにて心合わせされている。半径方向コリメータ１４は、光源１２を取り囲む筒形又はトロイダルレンズとすることができる。熱遮蔽体１８は、半径方向コリメータ１４と光源１２との間に位置する。色々な実施の形態において、モーフィング要素の数は、モーフィング要素の第一の部分の断面寸法及び形状並びにモーフィング要素が半径方向コリメータ１４の中心までの距離に依存するものとすることができる。
【００２２】
一例としての実施の形態において、複数のモーフィング要素は、半径方向コリメータ回りにて円形に配設し且つ、１つ又はより複数の層に積層をすることができる。図４Ａには、半径方向コリメータ１４の回りにて円形に配置されたモーフィング要素１５、１６の頂面図が示されている。モーフィング要素１６は、上側層を備え、モーフィング要素１５は下側層を備えている。モーフィング要素１５はモーフィング要素１６の下方にあるから、モーフィング要素１５は図４Ａの頂面図にて図示されていない。図４Ｂには、図４ＡのＡ−Ａの断面図が示されている。
【００２３】
図２Ａ及び図２Ｂを再度、参照すると、断面１６１の断面形状は、例えば、六角形、三角形、四角形又は矩形のような多角形とすることができる。このことは隣接するモーフィング要素の間、また、複数のモーフィング要素の層の間の空隙を解消し又は最小にすることになる。空隙を解消することは、空隙からの漏光を防止することにより、光の伝播効率を向上させることになる。モーフィング要素１５、１６は、それらの軸線が平行なままであり、また、それらの入力ポート口径がそれらの軸線に対して直角であるならば、連続的に且つ、空隙無しに積層することができる。しかし、異なる層にて互いに隣接し且つ、光源１２の発光領域の中心を通って進む軸線を有する積層要素の軸線は、その中心から変位されることになろう。このことは僅かな変位の場合、許容できる。例えば、図４Ａ及び図４Ｂのモーフィング要素の四角形又は矩形の口径は、該モーフィング要素の口径の端縁により限界付けられた複数のより小さい多面体に分割することができる。これらの多面体は、同一の形状及び寸法（例えば、正三角形）とし、又はそれらの寸法及び形状を変化させてもよい。この場合、多角形の口径の各々が円形の出力ポートにて終わる円錐形の断面にモーフィングする均一な多角形の断面を有するモーフィング要素の入力端部とすることができる。これは、空隙無しに連続的に積層し、また、光源１２の発光領域の中心から僅かに変位した半径方向軸線を有するモーフィング要素を構成することになる。例えば、当該技術分野の当業者は、典型的に有限要素解析法にて使用される、メッシュ生成ソフトウェアを使用して、要素の形状及び寸法を識別し、かかるコリメータ列を構成することが可能であることが理解される。下側層におけるモーフィング要素１５は、上側層におけるモーフィング要素１６から偏位させることができる。換言すれば、下側層におけるモーフィング要素は、上側層におけるモーフィング要素の真下にある必要はない。複数の層を備えるその他の実施の形態も同様の態様にて形成することができる。
【００２４】
図３、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、平面ミラー１９は、半径方向コリメータ１４の頂部と底部との間、又は、モーフィング要素１６、１５の間の空隙を架橋するため使用することができる。図３の頂面図には、半径方向コリメータ１４の下方に配置された破線で示したミラー１９と、円形の環状の形状を有するモーフィング要素１６とが図示されている。同様に、図４Ａには、半径方向コリメータ１４の下方に配置された破線で示したミラー１９と円形の環状の形状を有するモーフィング要素１５、１６とが図示されている。図３及び図４Ａにて、明確化のため、図４Ｂにて半径方向コリメータ１４の上方に配置された環状平面ミラーは図示されていない。機能的に、平面ミラーは、さもなければ空隙から漏洩するであろう光をモーフィング要素の入力ポート内に反射する。図４Ｂから明らかであるように、このことは、モーフィング要素１５、１６の集光効率を向上させることができる。
【００２５】
図５には、光源１２の発光部分１１の回りに心合わせされた半径方向コリメータ１４０の１つの実施の形態が示されている。半径方向コリメータ１４０は、管１４２と、管１４２の回りのフレネルレンズ１４４とを備えている。管１４２は、例えば、円筒状ガラス管とすることができる。フレネルレンズ１４４は、管１４２の回りに巻くのを許容する十分に薄く且つ可撓性とすることができる。薄い可撓性のフレスネルレンズは、例えば、テキサス州、フォートワースのフレネル・テクノロジーズ・インク（Ｆｒｅｓｎｅｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，  Ｉｎｃ．）によって製造されている。フレネルレンズ１４４は、また加熱することで包み込むことを許容し得るよう柔軟化させることもできる。１つの実施の形態において、フレネルレンズ１４４は、フレネルレンズの筒形型式のものである。円筒状ガラス管１４２の回りに巻かれたとき、フレネルレンズ１４４の溝は、管１４４の回りで且つ管の軸線に対し直角な面内にて周方向に配向することができる。
【００２６】
図６を参照すると、筒形レンズのみを有する半径方向コリメータの別の実施の形態が示されている。本明細書にて使用するように、「筒形レンズ」という語は、凸型外面を有するトロイダルレンズを意味する。半径方向コリメータ１４１は、円筒状内面１４６と、凸型外面１４８とを備えている。一例としての実施の形態において、回転対称の円環軸線を保持する断面面における凸型外面１４８の形状は、円形とし又は非円形の形状とすることができる。半径方向コリメータ１４１は、例えば、アナモルフィック外面１４８を形成し得るよう旋盤にて旋削されたホウケイ酸ガラス管とすることができる。
【００２７】
別の一例としての実施の形態において、ファイバ照明器は、光を半径方向にコリメートすべく複数の組立体１４１を使用する。図７には、ファイバ照明器１０の断面が示されている。ファイバ照明器１０は、アーク要素１１を取り巻くガラス包被体１３を有する光源１２を備えている。光源１２は、中心線軸１上にて心合わせされている。ガラス又はポリマーシリンダのような管１４２は光源１２を取り囲み、また、軸線１上にて心合わせされている。熱の放散を許容すべく空隙のような熱障壁１８をガラス包被体１３と管１４２との間に配設することができる。
【００２８】
色々な実施の形態において、複数の組立体１４１を光源１２の回りに配置し且つ、該光源１２の中心線１上にて心合わせされるようにすることができる。単一の組立体１４１が図７に示されている。該組立体は、管１４２を透過する光を半径方向にコリメートする複数のレンズと、プリズムとを備えている。組立体１４１により受光される光源１２の発光部分１１からの光線は、光源１２の中心線１に対し直角の面にて投射されたとき、ほぼコリメートされる。しかし、光源１２の中心線１と、組立体１４１の中心線（これは図７の図の平面にある）とを保持する面に投射されたとき、発光部分１１から組立体１４１まで伝播する光線１１２はコリメートされない。従って、図７には、この投射図にて、光線１１２が光学要素１４３、１４４、１４６を透過したとき、コリメートすることのできる状態が示されている。
【００２９】
色々な実施の形態において、光は、図７の中心線１に対して直角な軸線から大きい角度にて伝播することができる。この状態は、組立体１４１の中心線１と、中心とを保持する断面平面図である図７にて光線１１２により示されている。従って、その光は、管１４２を透過し且つ、プリズム１４４と筒形レンズ１４３、１４６の組み合わせによって半径方向にコリメートすることができる。一例としての実施の形態において、プリズム１４４は、筒形レンズ１４３の回りに対称に配置されている。プリズム１４４及び筒形レンズ１４３、１４６により半径方向にコリメートされた光は、第一の層１５及び第二の層１６として配置されたモーフィング要素内に進む。組立体１４１は、筒形レンズ１４６とモーフィング要素１５、１６との間の空隙を架橋し得るよう配置された平面ミラー１９を更に有することができる。筒形レンズ１４６の曲率によって筒形レンズ１４６とモーフィング要素１５、１６との間に空隙が存在するようにされるため、筒形レンズ１４６により投射された光の一部は空隙から漏光し、これにより、モーフィング要素１５、１６により捕捉されるのを回避する可能性がある。図７に示すように、筒形レンズ１４６とモーフィング要素１５、１６の間の空隙を架橋するよう配置された平面ミラー１９は、この光の損失を減少させることができる。１つの実施の形態において、平面ミラー１９は、光源１２の軸線の回りにて対称の環状リングの形態とすることができる。図７には、特定のプリズム及びレンズが示されているが、当該技術分野の当業者は、その他のレンズ及びプリズムを使用することが可能であることが理解される。例えば、レンズ１４３、１４６の曲率は、光源１２の軸線を保持する面内にて非円形とすることができる。更に、ランプに向けたプリズム１４４の側部は、光源１２の軸線を保持する平面内にてコリメート効果を向上させる曲率を有するようにすることができる。
【００３０】
別の実施の形態において、図８に断面図で示したファイバ照明器１０は、各々が光源１２の軸線の回りに円形対称を有するモノリシック（一体構造）なリング要素であるプリズム２４４、レンズ２４３、２４６とを備えている。光源１２は、アーク要素１１を包み込むガラス包被体１３を備えている。ガラスシリンダのような管１４２が光源１２を取り囲み、また、光源１２の軸線１上に心合わせされるようにされている。熱の放散を許容すべくガラス包被体１３と管１４２との間に空隙のような熱障壁１８を配設することができる。リング要素レンズ２４３、２４６は、円環状とすることができる。光源１２に面するリング要素プリズム２４４の内面は円錐状とし、また、レンズ２４６に面するリング要素プリズム２４４の外面は円筒状とすることができる。これらの面が互いに接触する１つの実施の形態において、レンズ２４６の面はプリズム２４４の隣接する面に適合する。このようにして、組立体２４１は、ランプ１２の回りに円形対称を有するリング要素を備える半径方向コリメータである。リング要素を備える組立体２４１は、例えば、図７の組立体１４１のような複数の隣接する組立体の間に存在する側部継目を解消することになる。１つの実施の形態において、光源１２の軸線の回りに対称を有する環状ミラー１９を使用して、リング要素レンズ２４６とモーフィング要素１５、１６の間の空隙から損失される光を最小にすることができる。当該技術分野の当業者は、組立体１４１もモノリシックな形態とすることができ、また、光を半径方向にコリメートさせるため追加的なレンズ及び（又は）プリズムの形態が使用可能であることも認識される。
【００３１】
別の一例としての実施の形態において、遠方の物体を照射し又は遠方の位置に照明を提供する照明システムが開示されている。図９には、光導波路１０を有する一例としての照明システム１００が示されている。光導波路１０は、光源１２と、半径方向コリメータ１４とを備えている。光源１２は、例えば、適宜なワット数を有するＴ−６ランプのようなアークランプとすることができる。半径方向コリメータ１４は筒形ガラスレンズとすることができる。一例としての実施の形態において、半径方向コリメータ１４の外面は円環状である。半径方向コリメータ１４は、光源１２を取り囲み且つ、その内面は熱遮蔽体１８により光源１２から分離されている。一例としての実施の形態において、光源１２及び半径方向コリメータ１４を中心線１上にて心合わせさせることができる。
【００３２】
色々な実施の形態において、光導波路１０は、モーフィング要素１５、１６と、光ファイバ２０と、半径方向レンズ１４とモーフィング要素１５、１６との間の空隙を架橋する平面ミラー１９とを更に有している。モーフィング要素１５、１６は、図３に示した態様にて半径方向コリメータ１４を取り囲んでいる。１つ又はより複数の層の代替的な実施の形態を形成することも可能である。一例としての実施の形態において、モーフィング要素１５、１６は、円錐形の第二の部分内にモーフィングする四角形、矩形、六角形又は三角形の第一の部分を備えている。第一の部分は、凸形面を有する光入力端部を備えている。円錐形の第二の部分は、光ファイバ２０の断面直径とほぼ等しい断面直径を有する光出力端部にて終わっている。図９には、２つのモーフィング要素の結合された２つの光ファイバのみが示されているが、当該技術分野の当業者は、光ファイバをモーフィング要素の各々と結合し、また、光ファイバの各々に結合された光を複数のファイバ内に更に分割することが可能であることが理解されよう。光ファイバ２０は、例えば、屈折率適合流体又は当該技術分野の当業者に既知のその他の整合及び結合方法によりモーフィング要素１５、１６に物理的に結合することができる。また、全ての光ファイバは、同一の遠方の位置１０１に対し照明を提供する必要はない。代替的な実施の形態は、１つ又はより複数の光ファイバを複数の遠方の各位置まで伸ばすことができる。その他の実施の形態は、異なる寸法のファイバに対し供給するため、寸法の相違するモーフィング要素を有することができる。
【００３３】
作動時、色々な実施の形態に従い、光源１２は光を放出する。熱遮蔽体１８は光源１２から熱を放散させる。半径方向コリメータ１４は、光を光源１２の中心線１に対して直交するリング面内に部分的にコリメートする。モーフィング要素１５、１６は、半径方向コリメータ１４によって部分的にコリメートされた光を集め且つ、その光を光ファイバ２０内に結合する。光ファイバ２０は、その光を伝送して光源１２から遠方の物体１０１の部分を照明する。
【００３４】
色々な実施の形態において、光ファイバ２０は、光源１２から遠方の物体１０１まで光を伝送する。物体１０１は、例えば、バックライトを必要とする計器盤のような視覚的情報システムとすることができる。本明細書にて使用するように、「視覚的情報システム」とは、例えば、計器盤及びコンピュータディスプレイのような情報を表示する任意のディスプレイ、計器、装置又はシステムを意味するものとする。物体１０１は、また、例えば、熱又は放射線に対する感受性のある物品のディスプレイケース、単一の光源から複数の照明位置を必要とする建築物、遠方の光源からの照明を必要とする危険であり又は危険性のある位置又は遠方の光源から照明される任意の物品とすることができる。
【００３５】
当該技術分野の当業者には、本発明にて説明した照明システム及び方法は単一の光源から遠方の複数の位置を照明するため使用可能であることが明らかであろう。また、当該技術分野の当業者には、本発明の範囲又は精神から逸脱せずに、開示された過程にて色々な形態変更例及び変更を加えることが可能であることも明らかであろう。本発明の更なる実施の形態は、本明細書及び本明細書に開示された本発明の実施を検討することにより、当該技術分野の当業者に明らかであろう。本明細書及び実施例は、単に一例であると見なされるべきであり、また、本発明の真の範囲は、特許請求の範囲によって示されることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】１Ａは、本発明の一例としての実施の形態による照明システムの頂面図である。１Ｂは、本発明の一例としての実施の形態による照明システムの断面図である。
【図２】２Ａは、本発明の一例としての実施の形態による平凸レンズを含むモーフィング要素の図である。２Ｂは、本発明の一例としての実施の形態による凸型端部面を有するモーフィング要素の図である。
【図３】本発明の一例としての実施の形態による複数のモーフィング要素を含むファイバ照明器の頂面図である。
【図４】４Ａは、本発明の一例としての実施の形態による２層に配置された複数のモーフィング要素を含むファイバ照明器の頂面図である。４Ｂは、本発明の一例としての実施の形態による半径方向に配置された複数のモーフィング要素を含むファイバ照明器の断面図である。
【図５】本発明の一例としての実施の形態による半径方向コリメータの断面図である。
【図６】本発明の一例としての実施の形態による別の半径方向コリメータの断面図である。
【図７】本発明の一例としての実施の形態による照明システムの断面図である。
【図８】本発明の一例としての実施の形態による別の照明システムの断面図である。
【図９】本発明の一例としての実施の形態による照明システムの図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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