(57)【要約】本発明は、光送信器から均一な出力を供給するための方法および装置を提供する。本発明は、少なくとも１つの別個の光源（３０）と、少なくとも１つの光源からの光のための反射ボリューム（４２）を内側に画定するとともに、少なくとも１つの光源からの光のための光射出開口（４６）を有するハウジング（３８）とを備える。反射ボリュームは、少なくとも１つの光源の複数の反射像（５０）を、拡張された像面内に生成するようになっており、光射出開口は、複数の反射像から光を放出するように配置されている。少なくとも１つの光源および複数の反射像から光射出開口によって放出された光の角度分布を制御するために光射出開口の前方で出力レンズ（４８）が使用される。
2008514022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光送信器から均一な出力を供給するための光学装置であって、
複数の別個の光源と、
光源からの光のための反射ボリュームを内側に画定するハウジングと、
を備え、
ハウジングは、内側に反射ボリュームを形成し且つ別個の光源からの光を反射して拡張された像面内に複数の反射像源を生成するようになっている少なくとも１つのミラー面を有し、
ハウジングは、別個の光源からの光および複数の反射像源のための光射出開口を更に有し、また、
別個の光源および複数の反射像源から光射出開口によって放出された光の角度分布を制御し且つ前記放出された光を対象物に対して投影するために光射出開口の前方に配置された投影レンズ配置を備える、光学装置。
【請求項２】
別個の光源の規則的な配列を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記配列が六角形配列である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
内側の反射ボリュームは、反射壁面または反射面を有するハウジング内のキャビティによって与えられる、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
反射ボリュームは、その内面が反射するコーティング材でコーティングされた壁面または表面を有する透明ブロックにより与えられる請求項１から３のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
内側の反射ボリュームは、反射ボリュームが矩形断面を有するように配置された２対の対向壁間に形成されている、請求項１から５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
対向壁の各対が平行であり、反射ボリュームが一定の断面を有し、拡張された像面が像平面である、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
対向壁の各対は光射出開口の方向で分岐するように配置され、反射ボリュームの断面が光射出開口に向かって増大し、拡張された像面が曲線をなす表面である、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
反射ボリュームは、楕円断面を画定する湾曲壁面によって境界付けられている、請求項１から５のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記壁面が円筒状であり、反射ボリュームの断面が一定であり、拡張された像面が像平面を備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
湾曲壁面が円錐台であり、反射ボリュームが光射出開口に向かって増大し、拡張された像面が曲線を成す表面である請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
投影レンズ構成の焦点面が光射出開口と一致している、請求項１から１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
投影レンズ構成が凸レンズを備える、請求項１から１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
光源は、光源を取り囲む内側の反射ボリューム内に配置されている、請求項１から１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
前記光源によって放出される光の角度範囲を制御するために内側の反射ボリューム内に各光源上にわたって配置されたそれぞれの光源レンズを更に備える、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
光源レンズが凸レンズである、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
光源レンズが凹レンズである、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
光送信器から均一な出力を供給するための方法であって、
複数の別個の光源を設けるステップと、
別個の光源からの光を反射して拡張された像面内に複数の反射像源を生成するようになっている少なくとも１つのミラー面により、光源からの光のための反射ボリュームを内側に形成するステップと、
別個の光源および複数の反射像源からの光を光射出開口を通じて内側の反射ボリュームの外部へ方向付けるステップと、
光射出開口の前方に配置された投影レンズ構成を使用して、別個の光源および複数の反射像源から光射出開口によって放出された光の角度分布を制御するとともに、前記放出された光を対象物に対して投影するステップと、
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、別個の光源からの光放射線を均一化するための光学装置およびその方法に関する。特に、本発明は、光送信器から均一な出力を供給するための光学装置および方法に関する。
【０００２】
本発明は、少なくともその好ましい形態において、１つ以上の内蔵された別個の光放射線源（例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザ）から発生する自由空間放射線の均一化および制御された視準を行なう。
【０００３】
本発明は、別個のＬＥＤまたはレーザ素子と共に、自由空間光放射線を介して伝えられる信号を利用する通信システムの送信器において用途を有してもよい。しかしながら、本発明は可視領域に限定されず、本発明の原理は高紫外線から（約５０ｎｍから）上の任意の波長と共に使用されてもよい。実際には、使用される可能性が高い最も長い波長はｍｍ波ＲＦ帯域（約１００ＧＨｚ）にある。言うまでも無く、本明細書の残りの部分においては、本発明が伝達し或いは集めるように設計されている電磁放射線が「光（ｌｉｇｈｔ）」または「光（ｏｐｔｉｃａｌ）」と称される。
【０００４】
光媒体が商業的な無線通信目的で使用される場合には、
１．光源によって形成されるできる限り多くの信号光が明確な放射パターンで送信器により自由空間内へ伝えられなければならない。逆に、送信システムは、光源によって生成される光が送信器から出る前に光の吸収量をできる限り少なくしなければならない。
２．高いデータ転送速度をサポートできるようにするため、装置における光学的な時間的分散は最小限に抑えられなければならない。
３．高速でデータを送信するためには、光源を非常に急速（実際には、数十ピコ秒から数十ナノ秒程度）に変調することが必要である。これは、光源が物理的に小さい場合には達成するのが容易である（低い装置キャパシタンス、したがって高速応答時間を確保する）。そのような小型の光源は、通信システムによって必要とされる所望の角度放射特性または物理サイズ特性を有していない場合がある。
４．光源固有の放射パターンに関係なく選択された光源を利用できることが望ましい。
５．光源および関連する光学素子は、可能な限り、簡単で、安価で、空間的にコンパクトでなければならない。
６．送信パターンの「デッドスポット」、したがって受信側の位置決めに伴う問題が回避されなければならない。
７．送信器の放射パターンは明確で且つ容易に制御できなければならない。
８．高データ転送速度用途では、エレクトロニクスから光源までの信号経路長を最小限に抑えることが望ましい。したがって、光源をエレクトロニクスに非常に近接してプリント回路基板（ＰＣＢ）上に取り付けるとともに、光源とＰＣＢとの間での信号ワイヤの使用を回避することが好ましい。
【０００５】
実際には、これらの要件を全て満たすためには、通信信号を生成する光学装置は、下記のように設計される必要がある。
１．個々の別個の光源の出力を合計する。
２．利用可能な出力のほぼ１００％を均一な出力密度の明確な角度パターンで放射する。
３．発生する全ての光線に関して、できる限り短い光路長（すなわち、最少数の反射）を伴う。
４．できる限り簡単で、コンパクトで、安価に製造できる。
【背景技術】
【０００６】
様々な目的で多くの別個の光源からの光を合計し、光を視準し（すなわち、発生する放射線の角度分布パターンを制御し或いは変更し）、光を均一化する（空間領域にわたって均一な或いは等方向性の照明を与える）装置は知られている。
【０００７】
しかしながら、この周知の装置は、多くの重大な欠点を伴っており、一般に前述した特徴のうちの２つ以上を同時に与えることができない。特に、従来技術の装置は、以下のうちの１つ以上を伴う傾向がある。
１．角度放射線パターンの制御／方向性が制限される。頻繁に、実用上の光源は、理想的な送信器において必要とされる角度パターンよりも小さい角度パターンを有する。
２．効率性を欠いている。多くの場合、出力は視準で失われる。
３．別個の光源の使用に起因する異方性（不均一性）。通信用途においては、放出された放射線を所与の領域にわたって可能な限り均一にすることが望ましい。なぜなら、これによって、受信側の位置に伴う問題が回避されるからである。
４．複数の反射に起因して時間的分散が悪い。高データ転送速度信号の歪みを防止するためには、できる限り少ない内部反射を有することが望ましい。
５．高いコスト／複雑度。
【０００８】
例えば、図１ａからｄに示されるように、以下の簡単な従来の光学系および通信分野でのこれら光学系の用途について考える。
【０００９】
拡散器
拡散器は、１つ以上の別個の光源１０からの照明の均一性を得る伝統的な手段である。これは、光源１０から発せられる光を、放射線を多くの異なる方向へ同時に散乱させるフィルタスクリーン１２、例えばスリガラスシートに通過させることによって達成される。これが図１ａに示されており、図１ａはＰＣＢ１０ａに取り付けられた単一の光源１０を示している。しかしながら、出力放出効率および角度をもった放射パターンの画定を制御することは難しい。
【００１０】
コリメータ
コリメータは、それぞれが明確な形状の開口１６を有する１つ以上の不透明なスクリーン１４を使用しており、これらのスクリーン１４は開口１６の中心が同一直線上に位置するように配置されている。これらの開口１６により、特定の範囲の方向から光線を出現させることができ、その一方で、図１ｂに示されるように他の全ての光線がスクリーン１４により吸収される。これにより、均一性に影響を及ぼすことなく角度範囲が狭められる。
【００１１】
コリメータ１４は、しばしば、フィルタスクリーン１２から発せられる光の角度パターンを制限するために拡散器１２と併せて使用される。この構成に伴う重要な問題も先と同様に効率である。すなわち、光源１０により生成されて発生される放射線のかなりの量がスクリーン材料によって吸収される場合がある。
【００１２】
レンズ
適切に配置されたレンズ１８の系（おそらく、単一の凸レンズまたは凹レンズ）は、コリメータの開口に関連する消耗を伴うことなく、光源１０から発生する光の角度特性を変えることができる。これが図１ｃに示されている。しかしながら、そのような構成は均一性に役立たない。多くの光源が凸レンズの焦点面上に配置される場合には、「像」（すなわち、出射する放射線パターン）が多数の不均一な点からなる。ただし、光源が物理的に連続し且つそれらの直径にわたって均一な特性を有する場合（これは、不可能ではないにしても、実際に配置することが難しい）を除く。
【００１３】
成形ミラー
光源１０から伝えられる光を反射するために、特別な幾何学的形状を有するミラーを使用することができる。１つ以上の光源１０の出力を合焦させて合計することで周知の簡単なミラーの幾何学的形状は、図１ｄに示されるような放物面反射鏡２０である。しかしながら、この構成は様々な欠点を有する。第１に、光源１０をそれ（それら）が取り付けられるＰＣＢ１０ａから取り外すことなくそのようなミラーを使用することは難しい。したがって、光源１０をＰＣＢ１０ａに対して接続するためにワイヤ２２を設ける必要がある。他の検討材料は、温度変化に起因する寸法の不安定性である。したがって、光の発生パターンは温度に依存する。これらの理由により、特別な幾何学的形状を有するミラーは高速通信用途において望ましくない。
【００１４】
多数の別個の光源からの光が加重される他の用途は、可視照明産業において存在する。そのような用途は、主に、多数の低強度の別個の光源から視認性の高い光ビームまたはビーコンを生成することに関連している。例えば、ＷＯ０２０５２１９０は、多数の弱い光源から強力な指向性光源を形成するために、円筒（または、更に複雑な）形状の反射キャビティの内側に取り付けられた多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）源を含む構成について記載している。同様の構成がＪＰ９２６５８０７に開示されている。
【００１５】
しかしながら、これらの従来技術の装置を用いると、角度をもった照明の制御および範囲が制限され、照明領域も小さい。また、これらの構成では、かなりの面積の均一な照明を与えることも不可能である。
【００１６】
可視照明目的のＬＥＤ技術が最近になって進歩してきたことを指摘しておかなければならない（主に、自動車産業において）。しかしながら、これらの進歩は、先の理由により、本発明の適用分野、すなわち光高速通信の分野には当てはまらない。
【００１７】
したがって、従来のシステムでは、光送信システムにおいて望ましい全ての特徴（十分な照明領域にわたる視準および均一性を含む）を同時に達成することが難しい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は従来技術の欠点を克服しようとしている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の１つの態様においては、光送信器から均一な出力を供給するための光学装置であって、
少なくとも１つの別個の光源と、
少なくとも１つの光源からの光のための反射ボリュームを内側に画定するとともに、少なくとも１つの光源からの光のための光射出開口を有するハウジングと、
を備え、
反射ボリュームは、少なくとも１つの光源の複数の反射像を、拡張された像面内に生成するようになっており、光射出開口は、複数の反射像から光を放出するように配置されており、また、
少なくとも１つの光源および複数の反射像から光射出開口により放出された光の角度分布を制御するために光射出開口の前方に位置された出力レンズを備える光学装置が提供される。
【００２０】
本発明の他の態様においては、
光送信器から均一な出力を供給するための方法であって、
少なくとも１つの別個の光源を設けるステップと、
少なくとも１つの光源からの光のための反射ボリュームを内側に形成して、少なくとも１つの光源の複数の反射像を拡張された像面内に生成するステップと、
複数の反射像からの光を光射出開口を通じて内側の反射ボリュームの外部へ方向付けるステップと、
光射出開口の前方に配置された出力レンズを使用して、少なくとも１つの光源および複数の反射像から光射出開口によって放出された光の角度分布を制御するステップと、
を備える方法が提供される。
【００２１】
本発明は、後述するその好ましい形態において、３つの主要な構成要素、すなわち、１）１つ以上の別個の光源と、２）光源を取り囲む少なくとも１つのミラーキャビティと、３）投影レンズ系とを備える高速データ通信システムでの使用に適する光学装置／方法である。
【００２２】
ミラーキャビティを使用することにより、光源からの光放射線の効率的な加重および効果的な均一化が可能になるとともに、放射方向に沿って且つ放射方向に対して垂直にかなりの領域にわたって略均一な出力放射パターンを生成することができる。光通信システムにおけるこの利点は、受信側の位置に伴う問題を回避することである。投影レンズ系を設けると、出力放射パターンを柔軟に画定することができる。
【００２３】
したがって、本発明は、少なくともその好ましい形態において、多くの利点を有する。すなわち、
１．光源および関連する光学素子は、簡単であり、安価であり、空間的に非常にコンパクトである。そのような光源は任意の角度放射特性を有してもよい。
２．装置は、関連するエレクトロニクスに非常に近接してＰＣＢ上に取り付けることができるとともに、ＰＣＢから信号を取り外すワイヤの必要性を回避する。
３．光源により生成されるほぼ全ての信号光を装置により明確なパターンで非常に低い光学的な時間的分散を伴って自由空間内へと伝えることができる。
【００２４】
また、本発明に係る装置／方法は、簡単なミラーの幾何学的形状を使用し、したがってその作用が温度や圧力によって特に影響されないため、多くの極端な環境で機能することができる。
【００２５】
後述する本発明は、光データ通信の分野では既知の従来技術に対して幾つかの重大な利点を有する。すなわち、
１．数十ピコ秒から数万ピコ秒レベルで変調できる複数の光源が使用され、また、時間的分散（光路長での反射／変化の過大な数に起因する）が最小限に抑えられる。
２．光出力がほぼ１００％まで効率的に加重されてもよい。
３．照明の発生パターンの正確で可変な制御が可能である。
４．照明領域の均一性は通信用途では重要である。これは、照明の数パーセントの違いが適切に受けられる信号或いは全くそうではない信号間の違いを意味し得るからであり、また、本発明はそのような均一性を達成することができる。
【００２６】
添付図面を参照しながら一例として本発明について更に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
背景理論
最初に、図２を参照しながら本発明の背景について説明する。
【００２８】
個々の照明パターンが所要の照明パターンとは実質的に異なる別個の光源Ｐ０を使用して対象面ＰＴに対して均一な照明を行なうためには、図２に示されるように光源面ＰＳ内に所定間隔で配置された幾つかの光源、例えば複数の別個の光源を使用する必要がある。位相を無視すると、以下の式は、その上の任意の位置（Ｘｉｊ、Ｙｉｊ）に（２Ｎ＋１）×（２Ｍ＋１）個の同一の出力光源Ｐ０が位置された光源面ＰＳから垂直距離Ｌだけ離れた対象面ＰＴ上の１つの点（ｘ、ｙ）に出力密度を与える。
【数１】
2008514022.tif 000003
【００２９】
光源Ｐ０の数が非常に多く（ＮおよびＭ＞＞１、厳密には無限）且つ光源位置が規則的な配列で配置されている場合には、観察者２４が対象面上に位置していれば常に、出力密度が同じ値を有することが検査により分かっている。したがって、観察者２４は、自分の位置がどのような位置であっても、非常に多数の光源Ｐ０または同じ数の光源Ｐ０を見ることになる。
【００３０】
無数の或いは非常に多数の光源Ｐ０を設けることは現実的ではない。しかしながら、互いに平行に且つ光源面および対象面ＰＳ、ＰＴに対して垂直に配置された多くの平面ミラーを使用することにより、限られた数（すなわち、１または複数）の光源Ｐ０は、概ね、それらの対応する像位置に配置される実際の光源と全く等価な無限に続く鏡像（または虚像）源を生成できる。このように形成された「ミラーキャビティ」の内側で観察者２４が見られるようにするため、キャビティの開放面の像を生成するようにレンズ系が配置されてもよい。このようにすれば、観察者は、対象面ＰＴ上における自分の位置とは無関係に多数の像源を見ることができる。
【００３１】
なお、平面垂直ミラーおよび平面平行ミラーを有するミラーキャビティからの光は、光源の光の放射方向と平行な方向でキャビティから出現する。
【００３２】
次節では、本発明を実際にどのように実現できるのかについて説明する。ここでは、図３から図５を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。
【００３３】
複数の別個の光源３０、好ましくは高速ＬＥＤまたはレーザまたはレーザダイオードまたはこれらの組み合わせは、光源面ＰＳを効果的に構成する平面３２上に取り付けられている。光源は、例えば図３ａに示されるような直線配列３４で或いはマトリクス配列で規則正しい間隔をもって配置されるとともに、平面３２の面に対して垂直に取り付けられている。小型化を促進させるため、図３ａにおいて光源のために使用される配列３４は、光源３０間に非常に小さな隙間を持つ六方最密配列の断面に対応している。しかしながら、多くの他の構成が可能であることは明らかである。表面３２は、反射性材料によって形成され或いは反射性材料でコーティングされることが好ましい。
【００３４】
表面３２からは、表面に対して直角に、多数の更なる限られた範囲の反射面が延びている。これらの反射面の正確な数およびレイアウトは、出力される照明の形状を規定する。この場合、矩形領域の照明を達成するため、光源３０を収容するボックス３８を形成する２対の垂直壁３６が設けられている。ボックス３８内に面する壁３６の内面４０は、壁３６を反射性材料によって形成することにより或いは壁３６を反射性材料でコーティングすることにより反射するようになっている。これらの面４０は「ミラー面」と呼ばれる。ミラー面４０の各対は、光源配列３４の両側に配置された２つの限られた平行な面からなり、２対のミラー面が直角に交わっている。これらの４つの面４０および表面３２は、協働して、光源３０を取り囲む菱面体反射ボリュームまたはキャビティ４２を形成する。ボックス３８の残りの側は、ボリュームまたはキャビティ４２のための矩形の光射出開口４６を構成する開放面４４を形成し、この開放面は、光ボリュームまたはキャビティ４２からの矩形領域の照明を生み出す。
【００３５】
そのような反射ボリュームまたはミラーキャビティ４２は、多くの方法で、すなわち、
１）ボックス３８のエッジに沿って接合される適切に寸法付けられた反射性材料のシートから、
２）適した固形材料で、例えば真鍮ブロック中で菱面体キャビティ４２を圧延し、その後、材料の自己反射特性を利用することにより、あるいは、例えば銀メッキを用いて、キャビティ４２の内面を高反射層でコーティングすることにより、
３）透明材料（例えばプラスチック、アクリル）からなる固体ブロックをボリューム４２の形状に成形した後、面４４から離れた外面を反射性材料で覆うとともに、光源面３２に穴を穿設して別個の光源３０を取り付けることにより、
簡単に形成することができる。
【００３６】
図４に示されるように、レンズまたはレンズ系４８も、光源面３２と直交する方向で、キャビティ４２の射出開口４６から所定の距離をもって配置されている。この距離はレンズ４８の有効焦点距離に対応しており、これにより、射出開口４６における光源３０の像は、前述した理由によりレンズ４８の焦点面内に位置する。すなわち、レンズ４８の焦点面は射出開口４６と同一平面上にある。反射を防止し且つ出力効率を高めるため、レンズ４８が光学的にコーティングされてもよい。簡単のため、この場合、レンズ４８は、フレネルレンズなどの単一の凸レンズを備える。
【００３７】
各光源３０が２πステラジアンでキャビティ４２の射出開口４６に向かう順方向に放射する場合、キャビティ４２の開口４６にいる観察者は、光源３０を直接に見るだけでなく、原理上は、開口４６と平行な２次元面内で光源配列３４の無限に続く像または反射５０も見る。これらの反射はミラー面４０に起因している。これが図５に示されている。このように、開口４６がレンズ４８の焦点面内に位置するため、この無限に続く反射は、レンズ４８が空間内に突出する像であり、最終的には、レンズ４８が対象面ＰＴ上に突出する像である。
【００３８】
図３ａおよび図３ｂを参照すると、ミラーキャビティ４２の開放面４４または射出開口４６の高さおよび幅（垂直寸法および水平寸法を表す）をそれぞれｈおよびｗとする。光源面３２に対して垂直な方向におけるミラー面の長さをｌとする。レンズ４８は、光源面ＰＳと直交する方向でキャビティ４２の射出開口４６から距離ｆを隔てて配置されており、距離ｆは図示のようにレンズ４８の有効焦点距離となっている。
【００３９】
光源３０が前述したように２πステラジアンで放射しないがその代わり最大半角θで放射する場合、図５に示されるように光源３０の一連の反射の可視範囲の見かけの半径は、以下によって与えられる。
（１）垂直面および水平面のそれぞれにおいて、Ｒｖｅｒｔ＜ｌｔａｎ（θ）＋ｈ／２、Ｒｈｏｒｉｚ＜ｌｔａｎ（θ）＋ｗ／２
【００４０】
θ→π／２となるため、予想通り、Ｒｘ→∞となるのが分かる。
【００４１】
対象面がレンズ系の焦点面から距離Ｌをもって位置されている場合、照明パターンは、以下によって与えられる高さＨおよび幅Ｗを有する。
（２）Ｈ＝ｈ（Ｌ／ｆ）およびＷ＝ｗ（Ｌ／ｆ）
【００４２】
したがって、ｈ、ｗ、およびｆの適切な選択により、光源配列３４のサイズとは無関係に照明領域または角度を正確に制御することができる。
【００４３】
各光源が出力Ｐ０を有し且つ光源がＮ個存在する場合、対象面上の出力密度は以下のようになる。
（３）Ｐｔ＝ＮＰ０ｆ２／ｈｗＬ２
【００４４】
原則として視準吸収は無いため、発生出力の１００％が照明領域で対象面ＰＴと衝突する。
【００４５】
照明領域において、観察者２４または受信者は、観察者／受信者の位置とは無関係にかなりの数の光源３０およびそれらの反射を見ることができる。これは、対象面ＰＴの均一な照明を生み出す。
【００４６】
なお、ミラー面が厳密に平行および垂直である場合、ミラーキャビティ４２の開口４６から発せられる光は、各光源の発生光と同じ角度分布を有する。レンズ直径が２ａである場合、光がレンズから逃れないようにするためには、放出角度（φｈｏｒｉｚおよびφｖｅｒｔ）、レンズ半径、開口寸法は、以下の制約によって関連付けられる。
（４）ｔａｎ（φｈｏｒｉｚ）＝（ａ−ｗ／２）／ｆ、および
（５）ｔａｎ（φｖｅｒｔ）＝（ａ−ｈ／２）／ｆ
【００４７】
水平面および垂直面における反射のおおよその数は、図３ａに表わされるように、この幾何学的構成では以下によって与えられる。
（６）ｎ〜ｌｔａｎ（θ）／ｈ
【００４８】
時間的分散のため、この数ｎを小さく維持したいと思う場合（例えば１０未満）には、以下のようになる。
（７）ｌｔａｎ（θ）／ｈ＜１０
これは、θ〜３０°の一般的な光源の場合、ミラーボックスの高さに対する長さの比率に関して以下のような上限を与える。
（８）ｌ／ｈ＜１７．３
【００４９】
ミラーボックス３８に関する高さに対する長さの比率の簡単な選択により、系の時間的分散を制御できるのが分かる。なお、方程式（１）で与えられた水平面の光源像に関する式は以下のように書き換えることができる。
（９）Ｒｖｅｒｔ＜ｈ（ｎ＋１／２）（ｓｉｍｉｌａｒｌｙ  Ｒｈｏｒｉｚ＜ｗ（ｎ＋１／２））
【００５０】
したがって、許容される反射の数が多ければ多いほど、水平像（Ｒ）は大きくなる。例として、ｎ〜１０の場合には、Ｒｖｅｒｔ〜１０．５ｈとなり、ｈ＝１５．０ｍｍの場合には、Ｒ〜１５７．５ｍｍとなり、また、水平面に関しても同様である。
【００５１】
光源空間密度は光源面上でＮ／ｈｗである。像の面積はπＲｈｏｒｉｚＲｖｅｒｔ＝ｈｗ（ｎ＋１／２）２であり、そのため、見える（実際のおよび像）光源の総数（Ｍ）は以下の通りである。
（１０）Ｍ〜Ｎ／ｈｗ×πｈｗ（ｎ＋１／２）２＝Ｎπ（ｎ＋１／２）２
【００５２】
したがって、見かけの光源の数は反射数の平方と共に増大し、このことは、数少ない反射を用いて多数の見かけの光源を形成できることを意味し、上記から２つの重大な要件を満たす。
【００５３】
更なる実施形態および変形
図３から図５の実施形態は、矩形のミラーキャビティ４２および所定サイズの光射出開口４６を想定している。しかしながら、これは必須事項ではない。幾何学的形態を変えられるようにした場合、すなわち、出力照明領域を可変にすることが望ましい場合には、手動調整またはサーボモータ機構などの手段により少なくとも１つのミラー面を移動可能に配置することができる。
【００５４】
他の可能性は、図６ａおよび図６ｂに示されるように、円形断面、より一般的には楕円形断面のミラーキャビティ６２および光射出開口６６を使用することである。この構成を達成するため、１つ以上の湾曲したミラー面を使用することができ、また、図６の構成では、光源３０の六角形配列６４を伴う円筒ミラーボックス６８が使用される。これにより、円筒対称性を有する像パターンが生成される。この場合、少数の実際の光源から多数の仮想光源が生成される。
【００５５】
他の可能な変形が図７に示されている。図３から図５の実施形態では光源３０が露出している。しかしながら、実際には、各光源３０によって発せられる放射線を変更することが望ましい場合がある。
【００５６】
例えば、個々の光源３０のそれぞれが大きな放射角度２θをなす「生の」放射線放出を有する場合には、１つ以上の光源３０にわたって凸レンズカバー７０を配置することにより、光源３０により発せられる放射角度２θを減少させることができる。もう１つの方法として、例えばレーザ源の場合のように放射角度２θがゼロまたはほぼゼロである場合には、光源３０から適切な距離を隔てて配置された透明な凹レンズ７２を用いて光源を覆うことにより、放射角度２θを広げることができる。
【００５７】
このようにすれば、事実上、任意の光源放射角度に対応することができる。
【００５８】
これまで説明した実施形態において、個々の光源３０は、ミラーキャビティ４２、６２内に設けられ、それを直接に照らしている。更なる変形は、ミラーキャビティ４２、６２の外側に光源３０を位置させることであり、また、光源３０から光ファイバ光ガイドまたは光パイプなどの１つ以上の適当な光ガイドを介してミラーキャビティへと光を供給することである。
【００５９】
他の変形においては、図８に示されるように、ミラー面の対向する対の一方または両方におけるミラー面４０を互いに対して僅かに角度をもたせることができ、例えば光源面の虚像を曲がって見えるようにするために射出開口４６の方向で互いに離間させることができる。ミラー面の両方の対がそのように角度をなしている場合には虚像面が球状に見え、一方、そのような対の一方だけが角度をなしている場合には虚像面が円筒状に見える。この場合、曲率は、観察者に球または円筒の内側にいるかのごとく思わせるようになっている。
【００６０】
これは、ミラー面４０の一方の対または両方の対が平行な方向から傾いていたかどうかに応じて、一方または両方の垂直方向での角度の広がりを増大させるべく射出開口４６から発する出力光を変える。しかしながら、前記解析は、光源半角（θ）が（θ−α）に取って代えられる状態（αは既に平行なミラーキャビティ側面の半勾配）でも当てはまる。
【００６１】
なお、最適な勾配（α）は、使用される光源および本発明に係る光学装置における所要出力形態に依存している。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１ａ】様々な従来技術の光学装置の作用を示す概略図であり、光学拡散器を示す図である。
【図１ｂ】様々な従来技術の光学装置の作用を示す概略図であり、光学コリメータを示す図である。
【図１ｃ】様々な従来技術の光学装置の作用を示す概略図であり、レンズ系を示す図である。
【図１ｄ】様々な従来技術の光学装置の作用を示す概略図であり、放物面反射鏡を示す図である。
【図２】光源の無限配列を示す概略図である。
【図３】図３ａおよび図３ｂは、本発明を示す概略平面図および側面図である。
【図４】凸レンズと組み合わされた図３に示される光源配列およびミラーボックスを示す概略側面図である。
【図５】図４に示されるミラーボックスの近くの観察者により見られる様々な反射像を示す概略平面図である。
【図６】図６ａおよび図６ｂは、本発明の更なる実施形態を示す概略平面図および側面図である。
【図７】図３または図６のミラーボックス内の個々の光源のための他のレンズカバーを示す概略図である。
【図８】図３または図６のミラーボックスを変更する効果を示す概略側面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０    光源
１２    フィルタスクリーン／拡散器
１４    スクリーン／コリメータ
１８    レンズ
２０    放物面反射鏡
２４    観察者
３０    光源
４０    ミラー面
４２    反射ボリュームまたはキャビティ
４６    射出開口
４８    レンズ
６２    ミラーキャビティ
７０    凸レンズカバー
７２    凹レンズ
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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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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【国際調査報告】
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