(57)【要約】【課題】ライトパイプの側面からの照明光の効率的な抽出が出来るルミネアを提供する。【解決手段】指向性側面光抽出能を有するルミネアは光伝送コアつきライトパイプを含む。ライトパイプは光抽出構造を当該照明器具の長手方向側面に沿って備え、当該ルミネアの長手方向軸に沿って、実質的に１８０°未満のルミネアの半径方向の帯に閉じ込められる。効率のために、第２の端部は第２の端部から第１の端部へ向かって、いわゆるα再配向角度での光の光子内容がいわゆるβ再配向角度の光子内容の少なくとも１０％である限りにおいて、再配向角の除外範囲以外の再配向角度で、回収した光を配向するための光回収構造を備え、また再配向角度の除外範囲は式（Ｉ）で定義され、ここでβτはβ再配向角度、またατはα再配向角度である。2008510266.tif 000012【選択図】図２
2008510266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指向性側面光抽出つきルミネアであって、
ａ）光伝送コアを有するライトパイプは、前記ライトパイプが第一の光源からの光を受け取る第１の端部と、第２の端部と、長手方向の軸とを有することと、
ｂ）前記ルミネアの第一の長手方向側面に沿って前記ライトパイプの前記コアの表面にある光抽出手段は、前記ルミネアの前記長手方向の軸に沿って前記光抽出手段が実質的に１８０°未満の前記ルミネアの半径方向帯に閉じ込められることと、
ｃ）前記光抽出手段の半径方向中心と交差する第一の平面を通過する角度でα角又はαコンポーネント角と呼ばれる角と、前記第一の平面に直交する第２の平面を通る角度でβ角又はβコンポーネント角と呼ばれる角と、
ｄ）前記第２の端部から前記第１の端部へ再配向角の除外範囲以外の再配向角度で、α再配向角にある光の光子内容がβ再配向角にある光の光子内容の少なくとも１０％である限り、回収した光を配光するための前記第２の端部にある光回収手段であって、再配向角の前記除外範囲は次式で定義され、
（式）
2008510266.tif 000009
ここでβτはβ再配向角またατはα再配向角である
ことを含むことを特徴とするルミネア。
【請求項２】
指向性側面光抽出つきの複数のルミネアであって、各々のルミネアは、
ａ）光伝送コア付きライトパイプは、前記ライトパイプが第一の光源からの光を受け取る第１の端部と、第２の端部と、長手方向の軸とを有することと、
ｂ）前記ルミネアの第一の長手方向側面に沿って前記ライトパイプの前記コアの表面にある光抽出手段は、前記ルミネアの前記長手方向の軸に沿って前記光抽出手段が実質的に１８０°未満の前記ルミネアの半径方向帯に閉じ込められることと、
ｃ）前記光抽出手段の半径方向中心と交差する第一の平面を通過する角度でα角又はαコンポーネント角と呼ばれる角と、前記第一の平面に直交する第２の平面を通る角度でβ角又はβコンポーネント角と呼ばれる角と、
ｄ）前記第２の端部から前記第１の端部へ再配向角の除外範囲以外の再配向角度で、α再配向角にある光の光子内容がβ再配向角にある光の光子内容の少なくとも１０％である限り、回収した光を配光するための前記第２の端部にある光回収手段であって、再配向角の前記除外範囲は次式で定義され、
（式）
2008510266.tif 000010
ここでβτはβ再配向角またατはα再配向角であり、
ｅ）各ルミネアは前記光抽出手段と一般に平行になるように同一の標的領域に向かって光のある程度の部分を配光する各々のルミネアから互いから離してあること
を含むことを特徴とするルミネア。
【請求項３】
請求項２に記載のルミネアであって、前記複数のルミネアは一対のルミネアである
ことを特徴とする請求項２に記載のルミネア。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて前記光回収手段は次式で定義されるように回収した光をα及びβ再配向角で再配向し、
（式）
2008510266.tif 000011
ここでβτはβ再配向角またατはα再配向角である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のルミネア。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて光回収手段が−２０°から−３０°の範囲のα再配向角で回収した光を再配向し、β再配向角は無視できる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のルミネア。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて前記各々の半径方向の帯は２０°から６０°の間である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のルミネア。
【請求項７】
請求項１又は請求項２に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて前記半径方向の帯は６０°から１３０°である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のルミネア。
【請求項８】
請求項１又は請求項２に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて前記ルミネアの最大断面寸法に対する長さの比率が２０を越える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のルミネア。
【請求項９】
請求項１又は請求項２に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて前記ルミネアの前記第２の端部は鏡を有して前記鏡によって受け取った光を前記ルミネアへ戻すように再配向する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のルミネア。
【請求項１０】
請求項９に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて前記鏡は平坦である
ことを特徴とする請求項９に記載のルミネア。
【請求項１１】
請求項９に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて
ａ）前記鏡は前記長手方向の軸と実質的に直交し、
ｂ）前記鏡は一定範囲の角度にわたって光を再配向するため非表面反射であるが完全に拡散しない表面を有する、
ことを特徴とする請求項９に記載のルミネア。
【請求項１２】
請求項１１に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて、前記再配向角はΣが１５°のガウス分布を有する
ことを特徴とする請求項１１に記載のルミネア。
【請求項１３】
請求項１１に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて、前記鏡はテクスチャ表面を含む
ことを特徴とする請求項１１に記載のルミネア。
【請求項１４】
請求項１に記載のルミネアであって、
ａ）前記光回収手段は前記第１の前述したルミネアについて請求項１に記載したのと同じ特徴を有する第２のルミネアを含み、
ｂ）前記第１の前述したルミネアの前記第２の端部は前記第２のルミネアの第２の端部と一体的に接合され、
ｃ）前記第１の前述したルミネアの長手方向の軸は前記第２のルミネアの前記長手方向の軸に対して角度が付けてある
ことを特徴とする請求項１に記載のルミネア。
【請求項１５】
請求項１又は請求項２に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて、前記ライトパイプの表面は反射係数が空気のそれより実質的に大きいがコアのそれよりは実質的に小さい伝送クラッディング層をもたない
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のルミネア。
【請求項１６】
請求項１又は請求項２に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて、前記光抽出手段の光抽出効率は前記ライトパイプの前記第１の端部から前記第２の端部に向かって非均一的に増加する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のルミネア。
【請求項１７】
請求項１６に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて、
ａ）前記第２の端部での光抽出効率は前記ルミネアの長さに沿った最大光抽出効率より小さく、
ｂ）前記光回収手段は前記第２の端部から前記第１の端部へ向かって２０°を越えるα再配向角の絶対値で回収した光を配光する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のルミネア。
【請求項１８】
請求項１６に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて、前記第２の端部の光抽出効率は前記ルミネアの長さに沿った最大光抽出効率になる
ことを特徴とする請求項１６に記載のルミネア。
【請求項１９】
請求項１６に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて、前記長手方向の軸に沿って前記光抽出手段にある全てのギャップは前記ライトパイプの直径の約２０％より少ない
ことを特徴とする請求項１６に記載のルミネア。
【請求項２０】
請求項１又は請求項２に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて、前記ルミネアの各々連続５％の長さの各々にわたる光度は前記ルミネアの長さに沿った平均光度の１０％以内の均一さである
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のルミネア。
【請求項２１】
請求項１又は請求項２に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて、前記光抽出手段は
ａ）ランバート拡散を示し前記コアとほぼおなじ又はこれより大きな反射係数を有するバインダーを含む塗料の層と、
ｂ）前記塗料内の光拡散粒子と
を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のルミネア。
【請求項２２】
請求項２１に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて、前記塗料は有機溶媒を用いる塗料を含む
ことを特徴とする請求項２１に記載のルミネア。
【請求項２３】
請求項１又は請求項２に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについてさらに
ａ）前記ルミネアを部分的に包囲するような形状で前記ルミネアの第１の長手方向側面に向いた長手方向の開口部を有する細長い反射器であって、前記反射器は前記光抽出手段によって拡散された光を照明しようとする希望の標的領域に向かって反射させる役割をなし、
ｂ）前記反射器は非表面反射拡散反射表面を有し、
ｃ）前記反射器への開口部での前記反射器の幅は前記ルミネアの最大断面寸法の少なくとも１．３倍である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のルミネア。
【請求項２４】
請求項１又は請求項２に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて、前記ライトパイプはアクリル・ポリマーからなる光伝送部分を有する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のルミネア。
【請求項２５】
請求項１又は請求項２に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて、前記ライトパイプは石英製の光伝送部分を有する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のルミネア。
【請求項２６】
請求項１又は請求項２に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて、前記光抽出手段は前記ルミネアに接着剤を用いて取り付けられた材料を含む
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のルミネア。
【請求項２７】
請求項１又は請求項２に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて、前記光抽出手段は前記ライトパイプコアのテクスチャ表面を更に含む
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のルミネア。
【請求項２８】
請求項２７に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて、前記テクスチャ表面は一般に半球形の形状、一般に円錐形の形状、一般に円柱形の形状、及び一般に角錐形の形状からなるグループから選択される構造を含む
ことを特徴とする請求項２７に記載のルミネア。
【請求項２９】
請求項１又は請求項２に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて、前記光抽出手段は前記ライトパイプコアの粗表面を含む
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のルミネア。
【請求項３０】
請求項２９に記載のルミネアであって、各々の前述のルミネアについて、前記粗表面は化学エッチングによるものである
ことを特徴とする請求項２９に記載のルミネア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は２００４年４月１６日付米国特許出願第６０／５６２，９２１号から優先権を請求するものである。
【０００２】
本発明はライトパイプ（ｌｉｇｈｔ  ｐｉｐｅ）を含みライトパイプの側面から選択方向へ光を抽出するルミネアに関する。さらに詳しくは、本発明は高効率で好ましくは均一な方法でライトパイプの側面からの光の抽出に関する。
【背景技術】
【０００３】
ライトパイプは主として２つの主モードで照明するために使用される。端部光モードでは、ライトパイプは全長に沿って光を伝送するように最適化され、ライトパイプの外側表面へ、代表的には照明器具へ、光を伝送する。側面光モードでは光はライトパイプの側面から抽出されて全長に沿って照明を提供する。本発明は光が高効率また望ましくは均一な方法でライトパイプの側面から抽出されるような側面光モードに関する。ライトパイプの側面から光が抽出されるライトパイプの部分は本明細書でルミネア（ｌｕｍｉｎａｉｒｅ）と称する。ルミネアは端部光モードライトパイプシステムと統合したり、又はルミネアを光源に直接結合したりすることが可能である。
【０００４】
ルミネアの既知の一つがＡｂｅ  ｅｔ  ａｌ．への米国特許第５，８５７，７６１号（特許文献１）に開示されている。Ａｂｅ  ｅｔ  ａｌ．特許は、たとえばノートブック・コンピュータ用ディスプレイとして使用されるような薄く平坦な表示パネルに光を供給する特殊用途を指向している。Ａｂｅ  ｅｔ  ａｌ．は、たとえば個人の事務所等で広い範囲を照明する用途と比較してルミネアからの光抽出の効率及び方向性についてあまり必要性をもっていない。Ａｂｅ  ｅｔ  ａｌ．は事実幾つかの実施例で拡散部材を使用して効率と指向性の代わりに均一性を実現しているが、これはルミネアがそれ自体で充分な均一性を実現していないためである。
【０００５】
Ｍａｓｕｔａｎｉ  ｅｔ  ａｌ．への米国特許第６，４８８，３９７号（特許文献２）では光抽出手段の一定幅ストリップを備えたルミネアを開示している。しかし、Ｍａｓｕｔａｎｉ  ｅｔ  ａｌ．の開示は本発明の各種実施例で解決した照明の高効率および均一性の点を解決していない。
【０００６】
米国特許公開第２００２０１５９７４１Ａ１号（特許文献３）ではルミネアの各種応用を開示している。しかし、これらの応用は本発明の各種実施例で解決した照明の効率及び均一性を解決していない。
【０００７】
ルミネアから間隔を開けた反射エンクロージャを含む本発明の実施例に関連して、Ｇｏｔｏ  ｅｔ  ａｌ．への米国特許第６，０９５，６７３号（特許文献４）ではエンクロージャ付きルミネアを開示している。しかしＧｏｔｏ  ｅｔ  ａｌ．のエンクロージャはルミネアと密接しているのでルミネアとエンクロージャの間に間隙が存在しない。
【特許文献１】米国特許第５，８５７，７６１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，４８８，３９７号
【特許文献３】米国特許公開第２００２０１５９７４１Ａ１号
【特許文献４】米国特許第６，０９５，６７３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、照明の効率また望ましくは照明の均一性も提供する実施例を有するルミネアを提供するのが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、好適な形態において、指向性側面光抽出のあるルミネアを提供する。ルミネアは光伝送コア付きライトパイプを含む。ライトパイプは第１の光源からの光を受け取る第１の端部と、第２の端部と、長軸とを有する。ライトパイプのコア表面はルミネアの第１の長手方向側面に沿って光抽出手段を備え、これはルミネアの長軸に沿って、実質的に１８０°未満の、ルミネアの半径方向の帯に封入される。光抽出手段の半径方向中心を横断する第１の平面を通る角度をα角又はα要素角と呼ぶ。当該第１の平面に直交する第２の平面を通る角度をβ角又はβ要素角と呼ぶ。α角は第２の平面に関係しβ角は第１の平面に関係する。第２の端部から第１の端部へ向かって回収した光を配向するため第２の端部には光回収手段（ｌｉｇｈｔ−ｓａｖｉｎｇ  ｍｅａｎｓ）を含み、いわゆるα再配向角度での光の光子内容がいわゆるβ再配向角度の光子内容の少なくとも１０％であることとし、ここで再配向角度の除外範囲は次式で定義され、
（式）
2008510266.tif 000003
ここでβτはβ再配向角度、またατはα再配向角度である。
【００１０】
望ましくは、光回収手段は回収した光を次式で定義されるα及びβ再配向角で配向する：
（式）
2008510266.tif 000004
ここでβτはβ再配向角度、またατはα再配向角度である。
【００１１】
前述の本発明によるルミネアは高効率を実現しこれは主にルミネアの第２の端部に光回収手段を含めたことによる。本発明の各種実施例は高度な照明の均一性も実現する。ただし光回収手段を含めることにより均一性を達成するために光抽出手段の一層注意深いパターン作製が必要となることが多いのも確かである。
【００１２】
本発明のその他の特徴及び利点は添付の図面との関連で以下の説明から明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１はライトパイプの側面からの光を抽出する原理を示す側面光照明システム１０を示す。システム１０は光源１２と、ライトパイプ１４と、照明しようとする標的表面１６とを含む。矢印１８はライトパイプの側面から光を放射するライトパイプ１４の領域２０から標的表面１６の指向性照明を示す。側面光放射領域２０は本明細書において「ルミネア」と称する。部分２０は側面光抽出を提供するのに最適化されているライトパイプ１４の長さの一部分と、ライトパイプの長軸に沿って光を放射するのに最適化されたライトパイプ１４の残りの部分（たとえば部分２１）の幾らか又は全部を含む。
【００１４】
図２Ａは図１のルミネア２０のコア２６に入射する光線２４を示す。光線２８はルミネア２０の側面から好適な方向に入射するが、これはルミネア２０上のストリップとして図示してある光抽出手段３０が存在するためである。光抽出手段３０は図示の便宜上点描領域として図示してある。光線２８の方向は図２Ｂで一層容易に観察できる。図示したように、光抽出手段３０はルミネアの長軸に沿った半径方向の帯３２（ｓｗａｔｈ）に封入され、このような半径方向の帯は実質的に１８０°未満である。光線３４はルミネア２０の端部から放出され、光抽出手段を経由してルミネアから放出されなかった残留光を表わす。光線３４を補足してルミネア２０を通して再配向するのが望ましい。
【００１５】
図３は図２Ａにおける光線３４等の光線を補足して再配向する一つの方法を示す。図３に図示してあるように、光線３４を補足する一つの方法は、たとえば図３のルミネア４０ａ、４０ｂ、４０ｃ上でそれぞれ鏡４２ａ、４２ｂ、４２ｃとして図示してあるような鏡を用いることである。これらの鏡は所望であれば鏡として反射する表面を有する。鏡４２ａ〜４２ｃが各々の光抽出手段４４ａ、４４ｂ、４４ｃに対してなす角度はルミネアへ再配向されて戻る光の光学的挙動に有意に影響を与える。したがって、参照番号４６では相互に直交するＸ、Ｙ、Ｚ平面を示し、ルミネア４０ａ、４０ｂの左手に図示した端部で参照番号４８ａ、４８ｂで示してあるＸ〜Ｚ軸に相当する。同様に参照番号４６はルミネア４０ｃの左手で参照番号４８ｃで示したＹ〜Ｚ軸に相当する。
【００１６】
参照番号４６はアルファ（α）およびベータ（β）角を示す。ルミネア４０ａ〜４０ｃの左側のテクスチャ表記では、上から下へ、プラス（＋）とマイナス（−）のα角に角度を付けた鏡４２ａ、４２ｂと、プラス（＋）β角に角度を付けた鏡４２ｃを示す。図３を参照すると、光抽出手段の半径方向中心と交差する第１の平面（図示していない）を通る角度はα角又はα要素角、第１の表面に直交する第２の表面（図示していない）を通る角度はβ角又はβ要素角と称する。α角は第２の平面を参照しβ角は第１の表面を参照する。
【００１７】
図４は本明細書で用いている術語「再配向」角を明示している。図４においてルミネア４０ａが図示してあり、角度５０は軸上光線について鏡４２ａによって再配向された光の角度であり、鏡は反射鏡である。角度５０はそのため「再配向」角と称する。これに対して角度５２は「チルト」角と称し、これは参照番号４８ａとして図示してあるようにＹ軸に対して鏡によってなされる角度である。反射鏡４２ａについて、再配向角度はチルト角の２倍である。
【００１８】
ルミネア端部にある平坦な鏡は光回収手段の一例で、この場合再配向角は０である。平坦な鏡を用いると、高い確率でルミネアの入力端からの光をルミネアの出力端に結合することになり入力端へ同じ経路で光を逆行させる。この反射によって図１の伝送ファイバー２１および／または光源１２へその光が戻り結合する場合ルミネアの損失が発生することになる。
【００１９】
（好適な再配向角）
図３及び図４に図示した鏡は光回収手段の一種として機能する。つまり、これ以外では無駄になっていた光（たとえば図２の光線３４）を保存するための手段である。好適な再配向角は図５に図示してあり、図５はα再配向角対β再配向角のプロットである。好適な角度は斜線陰影で図示され次式で定義されるドーナツ型の領域６０を含む：
（式）
2008510266.tif 000005
ここでβτはβ再配向角度、またατはα再配向角度である。
【００２０】
２つの三角形の領域６２は好適な再配向角から除外される。これらの領域６２は次式によって定義される：
（式）
2008510266.tif 000006
【００２１】
領域６２はたとえばＡｂｅ  ｅｔ  ａｌ．への米国特許５，８５７，７６１号４カラム目４６〜５６行で教示される−２０から＋２０°のβτ（すなわち−１０から１０までのβ）を表わすもので、α角は０またβ角の増加で増加するα角の許容バンドが加わる。Ａｂｅ  ｅｔ  ａｌ．特許では１０度を越える（β）鏡チルト角──図３で定義されるジオメトリによる──では、「放射部材に沿って不均一な」照明を発生させるため好適ではない（４カラム目、５２〜５６行）。円形領域６４内部の他の角度は前述の除外角度以外でも好適である。これらの角度は前述の除外角を別にすれば次式で定義される：
（式）
2008510266.tif 000007
【００２２】
図６はその他の好適なまた除外された再配向角を示す。図５と同様だが除外領域６３は−２０〜＋２０°のβτ、及び−２〜＋２°のατで定義される長方形を含む。この領域は除外されて、使用される異なったα許容バンドで引用したＡｂｅ  ｅｔ  ａｌ．特許の−１０〜＋１０β角と識別される。許容量はプラス又はマイナス１°αである。図５の領域６０は好適な角度を示す。領域６５も好適な角度を示し、長方形の領域６３を除外する。
【００２３】
再配向角の特に好適な範囲は−２０〜−３０（更に好適には−２５）α再配向角で、β再配向角は無視できる。
【００２４】
上記のα及びβ再配向角の好適範囲に加えて、引用したＡｂｅ  ｅｔ  ａｌ．への特許とさらに区別する上で、α再配向角での光の光子内容がβ再配向角での光の光子内容の実質的パーセンテージであるような条件が好適である。このパーセンテージは望ましくは１０だが、２０，３０，又は４０でもあり得る。
【００２５】
応用
本発明のルミネアの一つの応用が図７Ａと図７Ｂに図示してある。図面において、光拡散手段６７を有するルミネア６６は標的領域６９に向けて角度６８で光を配向する。光抽出手段の半径方向の帯６７はルミネアの長軸に対して直交する照明パターンの大きさに関係する。一般に、狭い半径方向の帯は狭い照明パターンを発生させ、広い半径方向の帯は広い照明パターンを発生させる。光抽出手段の半径方向の帯は照明しようとする標的領域から６フィート離れたルミネアで６０から１３０°が望ましい。照明しようとする大型の標的領域より２０フィート上にルミネアがある場合好適な半径方向の帯は２０ないし９０°である。ルミネアで使用されるライトパイプの形状が分かれば、本明細書に基づいて、照明しようとする領域とルミネア（又はルミネア群）からの距離に基づいて適切な半径方向の帯を選択するのは当業者には難しいことではない。ルミネアの断面形状は円形が望ましいがルミネアによって発生する配光分布に対して更に制御を提供するような形状とすることもできる。二次光学系たとえばレンズ・アレイ、円柱レンズ、フレネルレンズなどを側面照光ライトパイプと組み合わせることができる。
【００２６】
９０°の帯幅をもつルミネアでの照明の効率を増加させるためには、ルミネアの最大断面寸法に対するルミネア全長の比率が２０を越えるのが望ましく、３０を越えるのが好適である。これによりルミネアに入射する光の多くの部分が光抽出パターンに衝突するのを確実にし、これにより高効率を提供する一助となる。
【００２７】
本発明のルミネアの別の応用が複数のルミネアたとえば７０ａ及び７０ｂとして図８Ａに図示してあり、これは標的領域７４に向かって光を配光するための光拡散手段７１ａ及び７１ｂを各々に有する。角度７２ａ及び７２ｂは２０から６０°の範囲にあるのが望ましい。しかし、光は厳密には角度７２ａと７２ｂの間に閉じ込められるわけではない。ルミネア７０ａ及び７２ａは互いに協動し両者が領域７４の範囲７６に光を提供するので、標的領域７４は更に均一に照明される。しかし希望であればこの用途に２本以上のルミネアを使用することができる。
【００２８】
図８Ｂはルミネア７０ａ及び７０ｂと標的領域７４の側面図を示す。領域７４はたとえば商店の冷蔵又は冷凍ケース内の食品等である。ルミネア７０ａ及び７０ｂは食品に照明を提供し、エネルギー効率が良いが、更に重要なこととして、たとえば従来の蛍光灯照明と比べて保守の手間が少ない。本発明のルミネアで冷蔵又は冷凍ケース内の蛍光管を置き換える場合、保守の手間が低減する二つの領域が存在する。
【００２９】
低温環境が一つの領域である。蛍光灯は低温環境ではうまく機能しない。冷蔵ケースの場合全ての蛍光管は保護気密カバーで包囲されていて、これで冷気を遮断し電球自体からの自己加熱を幾分提供する。蛍光管内で水銀を気相に保つために熱が必要である。密封が破れた場合熱が逃げ電球はわずかに少ない光を発生する。電球を交換したり器具を物理的にゆすったりした場合には密封が破れる危険がある。密封を交換又は補修するにはケースの内容物を取り出す必要がある場合がほとんどである。有利にも本発明のルミネアはこれと同じ制約を有していない。冷蔵又は冷凍ケース内部又は外部で同じように機能する。冷蔵ケース内で動作温度環境を維持するための封止は必要でない。
【００３０】
管の破損が第２の領域で本発明のルミネアでは保守の手間が少ない。冷蔵又は冷凍ケース内で蛍光灯を交換する際には電球が破損する有意な危険がある。この危険性のためこれらのケースは電球を交換する前に食品を空にしておく。これによって食品類のガラス及び水銀汚染の危険栓を減少している。これはコストがかかり時間のかかる操作だが、本発明のルミネアはガラスや水銀を使用していないためこれの使用により除外することができる。冷蔵又は冷凍ケース内で管が破損した場合物品はガラスで汚染され恐らく水銀で汚染されるので破棄されるべきである。これも又コストがかかる。
【００３１】
本発明のルミネアはこれが破損する稀な場合を除き交換する必要がない。本発明のルミネアの光源は冷蔵又は冷凍ケースの外部にあってケースの運転を止めて内容物を取り出すことなくまたケースに入れる必要もなく簡単に交換できる。
【００３２】
図８Ａ及び図８Ｂの用途の一例として、標的領域７６が２．５フィート幅ではルミネア７０ａ及び７０ｂは１インチだけ離していずれかの側面から設置される（図８Ｂ参照）。標的領域７６はルミネアの中心から６インチである（図８Ａ参照）。各ルミネアは直径１２ミリである。代表的には、各ルミネアは９０°よりわずかに狭い半径方向の帯を有する。これによりルミネア横断方向での光の角度分布を充分に狭くする。図８Ａから明らかなように、ルミネアは各々の光軸の周囲を回転させることで方向を定めることができる。配光分布は２本の個々のルミネアの各々で生成されるパターンの重ね合せであり均一になるように設計できる。
【００３３】
当業者には明らかになるように、図８Ａ及び図８Ｂのルミネアの一般に平行な構成を他の用途でも使用することができる。たとえば、例として宝石店や美術館のディスプレイ・ケースで使用することができる。
【００３４】
更なる光回収手段
前述の光回収手段について平坦な反射鏡を用いることに加え（たとえば図３の４２ａ）、ある範囲の角度にわたって光を再配向する再配向手段を、図９と図１０で説明するように、使用できる。図９において、光抽出手段８２を備えたルミネア８０は参照番号８６のＹ−Ｚ軸で示されるジオメトリに公称的には平坦だが粗な表面８４を含む。粗表面８４は（本明細書で用いているように）ルミネアの「第２の」端部に配置され、拡散反射器よりより指向性が高いが表面反射鏡より指向性が弱く一定角度範囲にわたり光を再配向するように調整できる。一定の角度範囲にわたって光を再配向する別の実施例は、反射鏡と組み合わせたホログラフィック・ディフューザである。更に別の実施例はルミネアの端面を点刻し反射鏡を使用するものである。
【００３５】
非鏡面端部表面が発生できる多くの再配向分布があるが、ガウス拡散分布が代表的な形状である。ガウス再配向分布は次式により記述することができる：
（式）
2008510266.tif 000008
ここでδは拡散分布の幅を制御するパラメータ、ＰＯは任意の値のδについてと全反射力についての定数である。約１５°のδが広すぎる角度にわたって光を配光する拡散反射器と光の充分な再配向を提供しないチルト０°の反射鏡との間の合理的な妥協を提供する。
【００３６】
図１０は光線が軸外の角度で端面鏡に衝突する場合の反射拡散分布を示す。
【００３７】
光回収手段の別の形態を図１１に図示したように形成することができる。図１１は一対のルミネア１００ａ、１００ｂを示し、各々が（本明細書で用いているように）これの「第１の」端部に各々の光源１０２ａ、１０２ｂを備える。ルミネア１０２ａは光抽出手段１０４ａを有し、ルミネア１００ｂは光抽出手段１０４ｂを有する。光回収手段１０６は一対のルミネア１００ａ、１００ｂの各々の第２の端部に屈曲領域を構成する。つまり、光抽出手段１０４ａを経由してルミネア１００ａから放出されない光源１０２ａからの光は回収光としてルミネア１００ｂへ「再配向」される。これにより無駄になる光を出さずに済む。
【００３８】
その他
ルミネアの好適な構成に関して図１２はコア１１２を有するルミネア１１０を示す。図１３はコア１１６と伝送クラッディング１１８を有するコントラスト・ルミネア１１４を示す。図１２のルミネア１１０は空気でできた「クラッディング」に依存する。代表的には、図１３の伝送クラッディング１１８は空気より実質的に大きくコアより実質的に小さい反射係数を有する。図１２のルミネア１１０はこのような伝送クラッディングがない。図１３にあるような非吸収性伝送クラッディングの使用により、図１２にあるような空気クラッディングの使用に対して代表的には約１％の効率向上が得られる。
【００３９】
望ましくは、図１２と図１３のルミネアの各々のコアはアクリル・ポリマー又は石英を含む。コア材料は低い光吸収係数を有して材料の光透過率が最大限になり効率を最大限にできるような材料から選択される。高品質光学用石英が非常に効率的で低い光吸収係数をもっている。しかしこの材料は容易に破損する。ある種のアクリル・ポリマー材料も低い光吸収係数を有し高効率のルミネア装置を作製できることが分かった。このような材料は当業者には明らかであろう。
【００４０】
照明の均一性──光抽出手段のパターン作製
ルミネアに光回収手段を組み込むことにより照明の効率を向上させることにともない懸念が発生する。効率を向上させると、大抵は照明の均一さを実現するのが困難になる。代表的には、本発明は照明の高度な均一性を実現するが、たとえばルミネアの長さの各々連続５％の各々にわたる光度がルミネアの全長に沿って平均光度の１０％以内の均一さになる。本発明は光抽出手段の光抽出効率のプロファイルをルミネアの全長に沿って注意深く制御することにより高い均一性を実現することができる。
【００４１】
図１４Ａはルミネアの第２の端部にある鏡（たとえば図３の鏡４２ａ）のαチルト角に対する光抽出効率をプロットしており、長さ６１０ミリ、直径１９ミリで半径方向の帯幅８５°の円形ルミネアにより光の高い均一性を実現する。ルミネアに入射する光束は光源（図示していない）からルミネアへ、クラッドつき伝送ファイバーを用いて結合される。光源は図１４Ｂのプロットに示したように強度分布１２８を有する。上記説明から明らかなように、鏡のチルト角は鏡により「再配向」された光の角度より２倍大きくなる。光の高い均一性を実現するための図１４Ａの光抽出効率曲線についてここで更に詳細に説明する。
【００４２】
図１４Ａに図示してあるように、αチルト角−１５°では、効率が非一様なパターンを有することが曲線１２０により示され、ルミネアの端部での抽出効率１２２は最大値未満である。０°αチルト角では、光抽出の効率が実質的に一様に１２２（ルミネアの第２の端部）でピークまで増加すれば良いことが曲線１２４で示されている。＋１５°αのチルト角では光抽出効率は非一様に増加し効率は１２２（ルミネアの第２の端部）でピークに達することが曲線１２６で示されている。
【００４３】
ルミネアの全長に沿って光抽出効率のプロファイルに到達する好適な方法は反復設計アプローチを使用し、各々の反復設計を適当な光モデリング・ソフトウェアで検証することである。このアプローチはＷ．  Ｊ．  ＣａｓｓａｒｌｙとＢ．  Ｉｒｖｉｎｇによる「表示装置に応用される耐雑音性照明の最適化」（Ｎｏｉｓｅ  ｔｏｌｅｒａｎｔ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ａｐｐｌｉｅｄ  ｔｏ  ｄｉｓｐｌａｙ  ｄｅｉｃｅｓ，  Ｐｒｏｃ．  ＳＰＩＥ，  Ｖｏｌ．  ５６３８，  Ｐａｇｅｓ  ６７  −  ８０，  Ｆｅｂ  ２００５）による論文に記述されている。この論文では、希望の空間照明分布を実現するように抽出パターンを調節する反復アプローチを説明している。開始時の抽出パターンでの照明出力分布を用いて、照明出力が高すぎる場合に抽出を減少させ、また照明出力が低すぎる場合には抽出を増加させる。抽出パターンへの調節を行なってしまえば、照明出力を再計算し新しい抽出パターンを推定する。この手順を反復する。多数の反復回数の後で、指定された空間照明分布を実現するのに必要な抽出パターンが得られる。照明出力分布を計算するために使用することができる市販のソフトウェア・パッケージの一例はカリフォルニア州パサデナのオプティカル・リサーチ・アソシエーツによるＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ（Ｒ）ソフトウェアである。
【００４４】
光抽出手段の一つの特定のパターンが図１５Ａに図示してある。図１５Ａでは光抽出手段１３２のパターンを備えるルミネア１３０の２つの部分を示す。ルミネアの全長に沿った抽出密度の変動の図示のため、光抽出手段１３２はルミネアの長さに直交する長方形のストライプとして図示してある。手段１３２は例として以下で説明するように光抽出粒子を含む適当な塗料であり得る。塗料を用いる場合の主要な係数は塗料パターンの密度であり、塗装された各々の領域の形状ではない。これは制御された方法で塗布することが可能な円形、楕円形、長方形、又は他の何らかの形状を用いることができることを意味している。
【００４５】
図１５Ａにおいて、光抽出手段１３２は２０の部分１３２ａ、１３２ｂ等に分割されている。破線１３６と１３８は光抽出手段の部分１３２ａの始めと終わりを示している。光抽出手段の各々の部分（たとえば１３２ａ）はその長さに沿って同一の光抽出効率を有している。照明の均一性にとってルミネアの長さに沿って光抽出手段のギャップ（たとえば１３３）はライトパイプの直径の約２０％未満であるのが望ましい。ルミネアをのぞき込んだ場合に観察される構造を最小限にするのが好ましい場合にはもっと小さいギャップが用いられる。図１５Ａの光抽出手段のパターンは図１４Ａの曲線１２４とほとんど相関する。
【００４６】
望ましくは、たとえば図１５Ａに図示したような光抽出手段のパターンが光抽出の均一性を実現して次のような相関が適用されるようにする：ルミネアの各々連続した５％の長さの各々にわたる平均光度は──２０の部分が用いられると仮定して──ルミネアの長さに沿って平均光度の１０％以内にまで均一である。
【００４７】
図１５Ｂは平坦な鏡のαカット・チルト角の関数として光抽出効率を示す。曲線１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃは各々が６０°、８５°、１２０°の光抽出手段の帯幅を表わしている。プロット上の曲線に示してある点の各々一つずつが長さ６１０ミリ円形ルミネアの光抽出手段の特定のパターン（及び鏡チルト角）に対応している。ルミネアは直径１９ミリで、光源の強度分布は前述の図１４Ｂに図示した通りである。
【００４８】
図１５Ｂから幾つかの点を推測することができる。一つの重要な点は、効率が図示した３つの帯の範囲にわたって帯幅とともに増加する傾向にあることである。さらに、この種のルミネアでは帯幅が小さい場合に端部鏡をチルトすることで更に利点があることをデータが示している。たとえば、６０°の帯幅の場合では、０°から±２０°までのαチルト角の変化によっておよそ（〜）１０％多くの光源光束がルミネアから放出される。観察されるべき別の点は効率の低い点がαチルト角＝０°で発生しないことで、実際にプラス側の小さいαチルトで効率の損失がある。最後の点はチルト角が大きい場合の効率は全て９０％に達することである。もっと長いルミネア（又はもっと小さい半径）を用いるなら、効率は９０％以上にまで増加させることができる。
【００４９】
上記で説明したように、図１５Ｂに図示した曲線の各々の点はことなるルミネア設計を表わしている。図１５Ｃはα鏡チルト角＝−１５°の設計の場合を示す。曲線１３８ａ、１３８ｂ、１３８ｃは各々帯幅６０°、８５°、１２０°でのルミネア表面における長さに沿った（インチで表わす）光抽出手段の効率のプロファイルである。これらの曲線は互いに類似の形をしており、帯幅がもっと狭ければ光抽出手段の全体的効率がもっと高い必要があることが分かる。
【００５０】
本発明のルミネアの幾つかの実施例では、ルミネアから抽出される光の指向性を向上するために反射器を使用することができる。図１６Ｂは図１６Ａに示す反射器より高い効率を提供する反射器を示す。
【００５１】
図１６Ａは光抽出手段１４２を備えるルミネア１４０を示す。図１６Ｂは同様に光抽出手段１４６を備えるルミネア１４４を示す。図１６Ａは望ましくない反射器１４８を示し、これは表面鏡でライトパイプと同心円状である。図示の目的で、反射器はライトパイプと反射器の間に間隙があるように図示してある。光線の軌跡１５２で示したように、反射器１４２の反射性の性質のため、光線が光抽出手段から上向きに垂直に放出されて光拡散手段を通って又はルミネアの他の部分を通って戻る確率が増加する。光が光拡散手段を通る場合光の一部が失われ照明効率が低下する。
【００５２】
図１６Ｂでは好適な反射器１５０を使用している。反射器１５０は非反射性、拡散反射表面を有し反射器はライトパイプから遠くに移動されている。このような表面とジオメトリでは光が反射器から反射されるが光抽出手段を通過しないか又はルミネアの残りの部分を通過しない確率が減少する。ライトパイプに光束が再衝突する確率を最小限に抑さえるように設計された形状を備える表面反射性反射鏡も効果的に使用することができる。
【００５３】
図１６Ｂにおいてルミネア１４４を反転させ光抽出手段がルミネアの下側に来るようにすることができる。このような構成では反射器は得られる光ビームに指向性を付与するような形状とすることができる。
【００５４】
図１７は光抽出手段で好適なテクスチャ・パターンを示す。このようなパターンはルミネアの表面に押印することで又は表面にバンプを作ることで、又はその両方で作製できる。その他のパターンを使用して希望する抽出効率を実現することもできる。たとえば、半球状の押印を用いた六角形パターンを用いて抽出手段の密度を最大限にすることができる。
【００５５】
図１８はルミネア１６６の表面の半球状の３つの押印１６４を示す。このような半球状の押印の多くはルミネア上に光抽出手段を作製できる。押印のその他の形状たとえば図１９Ａ〜図１９Ｄに図示したような形状は各々プリズム形、ピラミッド形、コーン形、円柱形を含む。
【００５６】
これ以外に、図１８の半球形１６４や図１９Ａ〜図１９Ｄのその他の形状を垂直方向に反転させ図１８のルミネア１６６の表面にバンプを形成することができる。
【００５７】
図２０は２種類の光抽出手段を有するルミネア１８０を示す。第１に、化学エッチングにより形成された粗表面１８２がルミネアから光を抽出するのを補助する。これは粗表面１８２と交差し上向きに延びる光線１８４で示されている。第２に、塗装層１８８の光抽出粒子１８６が下向きに光を導く役割をする。
【００５８】
所望なら粗表面１８２は単独で、すなわち塗料層１８８を含むことなしに使用することができる。
【００５９】
光拡散手段
好適な光拡散手段（たとえば図２Ａの参照番号３０）はランバート拡散を示しコアとほぼおなじ又はこれより大きな反射係数のバインダーを有する塗料層を含む。適当な光拡散粒子、たとえば二酸化チタンや当業者には明らかなようにその他多くの材料等を塗料に追加する。望ましくは塗料は有機溶媒系の塗料とする。
【００６０】
良好に機能した３種類の塗料は次の通りである：（１）製品番号５２０２９の商標名クストディン（ＣＵＳＴＯＤＩＮ）としてドイツ国ミュンヘンのフラムコ社（Ｆｌａｍｕｃｏ  ＧｍｂＨ，  Ｍｕｎｉｃｈ，  Ｇｅｒｍａｎｙ）から発売されているアルキド・バインダー入り油性塗料はうまく機能した。前述の会社はドイツ国ミュンスタ−のブリルクス社（Ｂｒｉｌｌｕｘ  ＧｍｂＨ  ＆  Ｃｏ．  ＫＧ）に買収されたようである。塗料固形物は約４１重量％の二酸化チタンを含有し、これが光拡散粒子として機能し、また５９重量％のアルキド・バインダーを含有する。
（２）カンザス州シャウニーのナズダー社（Ｎａｚｄａｒ，  Ｓｈａｗｎｅｅ，  Ｋａｎｚａｓ）から「全用途スクリーンインク」の９７００シリーズのうちの「９７７５スーパーオパークホワイト」として販売されている第２の油性塗料も良好に機能した。
（３）二酸化チタン顔料を含むエアゾル式塗料としてオハイオ州クリーブランドのシャーウィン・ウィリアムズ社（Ｓｈｅｒｗｉｎ  Ｗｉｌｉａｍｓ，  Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，  Ｏｈｉｏ）から供給される第３の油性塗料も良好に機能した。
【００６１】
前述した種類の塗料による光拡散手段はルミネアにまずステンシルを塗布することでルミネアに塗布することができる。ステンシルは光拡散手段（たとえば図１５Ａの参照番号１３２）の希望のパターンに対応する切り抜き部分を有する。次に、塗料をルミネアの露出した部分に塗布してから、ステンシルを剥す。
【００６２】
光拡散手段をルミネアに適用する別の方法は所望の形状の光拡散手段になるビニール製ステッカー材料をルミネアに張り付けることである。適切なビニール・ステッカーはカリフォルニア州パサデナのアヴェリー・デニソンの一部門アヴェリー・グラフィックスから供給された。フィルムは代表的には表示灯に使用される厚さ０．１４６ミリの粘着性白色ビニール・フィルムである。
【００６３】
説明のために特定の実施態様に関連して本発明を説明したが、多くの変更及び変化を成し得ることは当業者には明らかであろう。したがって付属の請求の範囲は本発明の範囲と精神に含まれるものとしてこれらの変更及び変化をすべて包含することを意図していると理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は本発明による側面光照明システムの略側面図である。
【図２】図２Ａは図１のルミネア２０の断面の等角図で、点描領域に光抽出手段を含み、図２Ｂは図２Ａのルミネアの略断面図である。
【図３】図３は３軸方向の凡例を含めた３種類の異なるルミネアの側面図で、点描領域には光抽出手段を含む。
【図４】図４は図３に図示したルミネア４０ａの側面図である。
【図５】図５はα再配向角対β再配向角のプロットである。
【図６】図６はα再配向角対β再配向角のプロットである。
【図７】図７Ａはルミネアと照明しようとする標的領域の端面図である。図７Ｂは図７Ａの構造の側面図である。
【図８】図８Ａは一対のルミネアと照明しようとする標的領域の端面図である。図８Ｂは図８Ａの構造の側面図である。
【図９】図９は第２の端部に粗表面を有するルミネアの側面図である。
【図１０】図１０は図９に図示した粗表面の光学特性のグラフである。
【図１１】図１１は一体的に接合された一対のルミネアの側面図である。
【図１２】図１２はルミネアの断面図である。
【図１３】図１３はルミネアの断面図である。
【図１４】図１４Ａは光回収手段として用いられる鏡の異なったチルト角でルミネアに沿った長さに対する光抽出効率のプロットである。図１４Ｂは図１４Ａのデータを生成するために使用した光源についての強度分布を示すプロットである。
【図１５】図１５Ａは光抽出効率の変化パターンにおけるルミネア断面光抽出手段付きの単一ライトパイプの２箇所の断面を示す。図１５Ｂは鏡の端面チルト角に対する総体効率を示すプロットである。図１５Ｃは光抽出手段の異なる半径方向帯でのルミネア全長に対する光抽出手段の総体効率のプロットである。
【図１６】図１６Ａ及び図１６Ｂは各々望ましくない反射器と望ましい反射器を備えたルミネアの断面図である。
【図１７】図１７は光拡散手段のテクスチャ・パターンである。
【図１８】図１８はルミネア表面の微小部分を大幅に拡大した断面図で、テクスチャ・パターンを示す。
【図１９】図１９Ａ〜図１９Ｄは図１８の半球形を置き換えることができる別の形状を示す。
【図２０】図２０は２種類のモードを含む光抽出手段を備えるライトパイプの断面図である。
【図１】
2008510266.tif 000013
【図２】
2008510266.tif 000014
【図３】
2008510266.tif 000015
【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】
2008510266.tif 000021
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2008510266.tif 000027
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
2008510266.tif 000033
2008510266.tif 000034