(57)【要約】  照明装置は、ディフューザーおよび集光素子を含む。ディフューザーは入力として光源から光線を受け取り、出力として光線を分布させる。集光素子は、ベース面上で形成された入力光学的開口部、ベース面の対向面上で形成された出力光学的開口部、および少なくとも２つの側壁を含む。側壁は、入力光学的開口部と出力光学的開口部との間に実質的に伸びる。ディフューザーの出力からの光線が入力光学的開口部を介して集光素子に入力結合するように、ディフューザーはベース面に光学的に取り付けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明装置であって、該照明装置は：
入力として光源からの光線を受け取り、出力として光線を分布させるためのディフューザーと；
ベース面上に形成された入力光学的開口部、ベース面の対向面上に形成された出力光学的開口部、および入力および出力の光学的開口部の間に実質的に延びる少なくとも２つの側壁面を含む集光素子と、を含み、
ここで、ディフューザーは、ディフューザーの出力からの光線が入力光学的開口部を介して集光素子に入力結合されるようにベース面に光学的に取り付けられる、照明装置。
【請求項２】
ディフューザーへの入力として、光線を伝送するための光源をさらに含む、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
ベース面および光源の各々は関連する幅を有し、光源の幅がベース面の幅よりも小さい、請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
光源およびディフューザーの各々は関連する幅を有し、光源の幅がディフューザーの幅より小さい、請求項２に記載の照明装置。
【請求項５】
ベース面およびディフューザーの各々は関連する幅を有し、ベース面の幅がディフューザーの幅より小さい、請求項１に記載の照明装置。
【請求項６】
ディフューザーおよび集光素子は単体から形成される、請求項１に記載の照明装置。
【請求項７】
ディフューザーは、ディフューザーの少なくとも一部をベース面の少なくとも一部に光学的に結合することで、ベース面に光学的に取り付けられる、請求項１に記載の照明装置。
【請求項８】
ディフューザーは、ディフューザーの少なくとも一部をベース面の少なくとも一部に直接取り付けることで、ベース面に光学的に取り付けられる、請求項１に記載の照明装置。
【請求項９】
集光素子は、およそ１．５２以下の屈折率を有する材料から構成される、請求項１に記載の照明装置。
【請求項１０】
集光素子に入力結合された光線の一部が、内部全反射によって集光素子の内部に閉じ込められる、請求項１に記載の照明装置。
【請求項１１】
入力結合された光線の一部が出力光学的開口部によって集光素子から出力結合される前に、側壁面の少なくとも１つによって少なくとも一度反射されるようにディフューザーおよび集光素子が配置される、請求項１に記載の照明装置。
【請求項１２】
集光素子は、内側壁面、ベース面、および対向面の各々によって部分的に画定された実質的な中空部を含む、請求項１に記載の照明装置。
【請求項１３】
側壁面の少なくとも１つの少なくとも一部に塗布されるコーティングをさらに含む、請求項１に記載の照明装置。
【請求項１４】
コーティングは反射コーティングである、請求項１３に記載の照明装置。
【請求項１５】
コーティングは拡散性の特質を有する、請求項１３に記載の照明装置。
【請求項１６】
コーティングは誘電体コーティングである、請求項１３に記載の照明装置。
【請求項１７】
集光素子に光学的に取り付けられる少なくとも１つのレンズをさらに含む、請求項１に記載の照明装置。
【請求項１８】
少なくとも１つのレンズはベース面に光学的に取り付けられる、請求項１７に記載の照明装置。
【請求項１９】
少なくとも１つのレンズは対向面に光学的に取り付けられる、請求項１７に記載の照明装置。
【請求項２０】
少なくとも１つのレンズは負のレンズである、請求項１７に記載の照明装置。
【請求項２１】
集光素子に光学的に取り付けられる少なくとも１つの偏光子をさらに含む、請求項１に記載の照明装置。
【請求項２２】
側壁面は実質的に平面である、請求項１に記載の照明装置。
【請求項２３】
側壁面は実質的に曲面である、請求項１に記載の照明装置。
【請求項２４】
照明装置であって、該照明装置は：
光線を伝送するための光源であって、該光源は出力面を含み、関連する幅を有し、該光源から光線が伝送される、光源と；
集光素子と、を含み、該集光素子は：
光学的に取り付けられたディフューザーを有する入力光学的開口部であって、該入力光学的開口部は出力面の幅以上の関連する幅を有するベース面上に形成され、ここで、ディフューザーは光源から光線を受け取り、入力として光線を入力光学的開口部へ分布させる入力光学的開口部と、
ベース面の対向面上に形成される出力開口部と、
入力開口部と出力開口部との間に実質的に伸びる少なくとも２つのテーパー状の側壁面と、を含む、照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共通の光透過性基板によって支持された複数の反射面を含む、基板誘導光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
新しい用途の重要な実現要因としての形状因子は、ニアアイディスプレイ・テクノロジーにおける設計革新のための重要な推進力として現れた。円錐形またはテーパー状の光学素子は、典型的に、そのようなニアアイディスプレイに使用される光導波路デバイスまたはシステムへの入力のために多波長の光を組み合わせる、および／または出口開口部にわたって光均一性を均一化するために使用される。そのような実施において、出口開口部を均一に満たすために、円錐形またはテーパー状の光学素子は、入力出口開口部および出口開口部の大きさに対して光伝搬の方向に比較的長くなければならない。さらに、従来の円錐形またはテーパー状の光学素子は、光導波路などの後続の光学システムへの入力として使用するための出口開口部から光出力を形成するために、入力開口部から上流および／または出口開口部から下流の追加の光学部品を必要とする。
【発明の概要】
【０００３】
本発明は、集光素子、ディフューザー、および光源を含む光学照明装置に関する。集光素子は、ベース面上に形成される入力開口、およびベース面に取り付けられたディフューザーを有する。ディフューザーは、光源から受け取った光線を集光素子へと分布させ、出力開口から光線を出力し、高い空間的均一性および狭い角分布を有する出力光学ビームがもたらされる。光学素子の幾何学的形状の組合せ、ディフューザー、および光源は、熱負荷を最小限にする高い電力効率、増加したバッテリー寿命、および製造の容易さを含む、いくつかの重要な利点を備える光学照明装置を提供する。
【０００４】
本発明の一実施形態の教示によれば、照明装置が提供される。該照明装置は、入力として光源からの光線を受け取り、出力として光線を分布させるディフューザーと、ベース面上に形成された入力光学的開口部、ベース面の対向面上に形成された出力光学的開口部、ならびに入力光学的開口部および出力光学的開口部の間に実質的に延びる少なくとも２つの側壁面を含む集光素子であって、ここで、ディフューザーは、ディフューザーの出力からの光線が入力光学的開口部を介して集光素子に入力結合されるように、ベース面に光学的に取り付けられる、集光素子とを含む。
【０００５】
随意に、照明装置は入力として光線をディフューザーへ伝送するための光源をさらに含む。
【０００６】
随意に、ベース面および光源の各々は関連する幅を有し、光源の幅はベース面の幅より小さい。
【０００７】
随意に、光源およびディフューザーの各々は関連する幅を有し、光源の幅はディフューザーの幅より小さい。
【０００８】
随意に、光源およびディフューザーの各々は関連する幅を有し、光源の幅はディフューザーの幅より小さい。
【０００９】
随意に、光源およびディフューザーの各々は関連する幅を有し、光源の幅はディフューザーの幅より小さい。
【００１０】
随意に、ディフューザーは、ディフューザーの少なくとも一部をベース面の少なくとも一部に光学的に結合することで、ベース面に光学的に取り付けられている。
【００１１】
随意に、ディフューザーは、ディフューザーの少なくとも一部をベース面の少なくとも一部に直接取り付けることで、ベース面に光学的に付けられている。
【００１２】
随意に、集光素子は、およそ１．５２以下の屈折率を有する材料から構成される。
【００１３】
随意に、集光素子に入力結合された光線の一部は、全反射によって集光素子内に閉じ込められる。
【００１４】
随意に、ディフューザーおよび集光素子は、出力光学的開口部を介して集光素子から出力結合される前に、入力結合された光線の一部が少なくとも１つの側壁面によって少なくとも一度反映されるように配置される。
【００１５】
随意に、集光素子は、内側壁面、ベース面、および対向面の各々によって部分的に画定される実質的な中空部を含む。
【００１６】
随意に、照明装置は、少なくとも１つの側壁面の少なくとも一部に塗布されたコーティングを含む。
【００１７】
随意に、コーティングは反射コーティングである。
【００１８】
随意に、コーティングは拡散性の特質を有する。
【００１９】
随意に、コーティングは誘電体コーティングである。
【００２０】
随意に、照明装置は、集光素子に光学的に取り付けられた少なくとも１つのレンズをさらに含む。
【００２１】
随意に、少なくとも１つのレンズは、ベース面に光学的に取り付けられる。
【００２２】
随意に、少なくとも１つのレンズは、対向面に光学上的に取り付けられる。
【００２３】
随意に、少なくとも１つのレンズは負のレンズである。
【００２４】
随意に、照明装置は、集光素子に光学的に取り付けられた少なくとも１つ偏光子をさらに含む。
【００２５】
随意に、側壁面は実質的に平面である。
【００２６】
随意に、側壁面は実質的に曲面である。
【００２７】
本発明の教示の実施形態によれば、照明装置がさらに提供される。該照明装置は、光線を伝送するための光源であって、該光源は出力面を含み、関連する幅を有し、該光源から光線が伝送される、光源と、集光素子と、を含み、該集光素子は、光学的に取り付けられたディフューザーを有する入力光学的開口部であって、該入力光学的開口部は出力面の幅以上の関連する幅を有するベース面上に形成され、ここで、ディフューザーは光源から光線を受け取り、入力として光線を入力光学的開口部へ分布させる入力光学的開口部と、ベース面の対向面上に形成される出力開口部と、入力開口部と出力開口部との間に実質的に伸びる少なくとも２つのテーパー状の側壁面と、を含む、照明装置である。
【００２８】
本明細書に別段の定義がない限り、本明細書中で使用される全ての技術的および／または科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載のものと類似または同等の方法および材料が実施されることができ、あるいは本発明の実施形態の試験に用いることができるが、例示的な方法および／または材料を下記に記載する。矛盾する場合、定義を含む本特許明細書が統制する。さらに、材料、方法、および実施例は単なる例示であり、必ずしも限定するように意図されたものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
本発明のいくつかの実施形態は、添付の図面を参照して、例としてのみ本明細書に記載されている。特に図面を詳細に参照すると、詳細が一例として、本発明の実施形態の例示的説明の目的のために示されるということが強調される。この点では、図面について行われる説明により、本発明の実施形態を実施する方法は当業者に明らかとなる。
【００３０】
ここで、同様の参照番号または文字が、対応するまたは同様の構成要素を示す図面に注目する。図面において：
【図１】多数の平面で形成された集光素子に取り付けられたディフューザーを有する、本発明の実施形態に従って構成および実施された光学照明装置の略図を例証する断面図である。
【図２】図１の光学照明装置の構成要素の略図を例証する断面分解図である。
【図３】多数の曲面で形成された集光素子に取り付けられたディフューザーを有する、本発明の実施形態に従って構成および実施された光学照明装置の略図を例証する断面図である。
【図４】集光素子の長方形の対称性を例証する、光軸に垂直な平面における図１の装置の集光素子の断面図である。
【図５】集光素子の円対称を例証する、光軸に垂直な平面における図１あるいは図３の装置の集光素子の断面図である。
【図６】集光素子の出力光学的開口部に配置されたレンズを含む、図１の装置に類似する光学照明装置の略図を例証する断面図である。
【図７】ディフューザーと集光素子との間に配置されたレンズを含む、図１の装置に類似する光学照明装置の略図を例証する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は光学照明装置に関連する。
【００３２】
本発明に係る光学照明装置の原理および操作は、明細書に添付の図面を参照することでより良く理解され得る。
【００３３】
本発明は、例えば、平面パネルインジケータ、小型化照明装置、およびスキャナーなどの非イメージング用途と同様に、例えば、携帯電話、小型ディスプレイ、三次元ディスプレイ、および小型化ビームエキスパンダなどの様々なイメージング用途に適用可能である。本発明の実施形態は、ニアアイディスプレイ・テクノロジーの分野における光学系、特に、光導波路を拡張する開口部に入力結合される光を生成するために、照明器からの照明を必要とするマイクロディスプレイを有する光学系に適用される場合に、特に価値があり得る。
【００３４】
本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その適用時に、以下の記載で明らかにされた、および／または、図面および／または例において例証された構成要素および／または方法の構成ならびに配置の詳細に必ずしも制限されないことが理解される。本発明は、他の実施形態で、あるいは様々な方法で実施または実行され得る。最初に、この文書全体にわたって、例えば、前面および後面、上部および下部などの方向について言及する。これらの方向への言及は、本発明およびその実施形態を説明するための例示的なものにすぎない。
【００３５】
ここで図面について参照すると、図１−７は、本開示の実施形態に従って構成および実施された、一般的に（１）で示される光学照明装置、および光学照明装置（１）の対応する構成要素の断面図を説明する。概して言えば、光学照明装置（１）は、集光素子（１０）（以下、光学素子（１０）と称す）、ディフューザー（３０）、および光源（４０）を含む。光源（４０）は、ディフューザー（３０）を介して、光（より一般的には放射線）を光学素子（１０）に伝送する。光源（４０）は、ディフューザー（３０）に近接する端部に出力面（４２）を含み、光源から光が伝送される。
【００３６】
光源（４０）は、様々な方法で実施することができ、偏光または非偏光の光源であってもよい。光源（４０）の非限定的な例としては、制限されないが、発光ダイオード（ＬＥＤ）、混色用ＲＧＢ  ＬＥＤを有する光導波路、混色用ダイクロイックミラーと組み合わせてそれぞれが異なる色を発する多数のＬＥＤ、ダイオードレーザー、および混色用ダイクロイックミラーと組み合わせてそれぞれが異なる色を発する多数のダイオードレーザーが挙げられる。
【００３７】
ディフューザー（３０）は、入力として光源（４０）から伝送された光線を受け取り、受け取った光線を出力として分布させる（つまり分散する）。ディフューザー（３０）によって分布された光線は、光学素子（１０）へ入力される。特に、ディフューザー（３０）は、ディフューザー（３０）を介して光学素子（１０）に入力結合された光線が光学照明装置（１）の光軸（２８）に対して広範囲の角度をカバーするように光を分布させる。ディフューザー（３０）を介して光学素子（１０）に入力結合される光は、光学的光線（２２）、（２４）、（２６）によって図１で表わされる。
【００３８】
光学素子（１０）は、入力光学的開口部（１４）（ほぼ同じ意味で入口光学的開口部と呼ばれる）が形成されるベース面（１２）、出力光学的開口部（１８）（ほぼ同じ意味で出口光学的開口部と呼ばれる）が形成される、ベース面（１２）と対向して配置された出力面（１６）、および光学的開口部（１４）と（１８）との間に（つまり面（１２）と（１６）との間に）伸びる複数の内側壁面（２０）を含む。出力光学的開口部（１８）は、典型的に、入力光学的開口部（１４）より少なくとも３倍大きく、光学素子（１０）を介して伝搬する光源（４０）からの光線は、出力光学的開口部（１８）を均一に満たす。  ベース面（１２）は光学素子（１０）の近位端にあり、出力面（１６）は光学素子（１０）の遠位端にある。用語「近位」および「遠位」は、光学素子（１０）の一部がそれぞれディフューザー（３０）により近いおよびより遠いかに関して、それらの通常の意味で使用される。
【００３９】
内側壁面（２０）の各々について、内側壁面（２０）の近位端または縁部はベース面（１２）の一部で終わり、および内側壁面（２０）の遠位端または縁部は、出力面（１６）の一部で終わるように、内側壁面（２０）が面（１２）と（１６）との間に伸びる。図面に示されるように、内側壁面（２０）の少なくとも２つは、一般的に互いに対向して配置される。
【００４０】
面（１２）および（１６）は、図１−３、６および７において黒の実線で示されるが、面（１２）および（１６）は、それらの上に形成された対応する光学的開口部（１４）および（１８）を経由し、光学素子（１０）を介して、光線が伝搬する（つまり、光学素子（１０）を出入りする）ことを可能にする光伝送面であることが理解されなければならないことに留意されたい。
【００４１】
ある実施形態によれば、光学素子（１０）は、頂部が取り除かれたピラミッドの一般形態を有するピラミッド状の構造として構成され、ここで、取り除かれた頂部はピラミッドの頂点を含む。そのような実施形態では、内側壁面（２０）は、光軸（２８）から外側へ伸びる平坦なテーパー状の側壁面である。他の実施形態では、例えば、図３に示されるように、内側壁面（２０）はある程度の曲率を有する非平面であってもよく、その結果、円錐形のような構造を有する光学素子（１０）をもたらす。
【００４２】
光学素子（１０）がピラミッド状の構造として実施される実施形態では、光学素子（１０）は、それは、ベース面（１２）および出力面（１６）が平行の平坦な正方形あるいは長方形の面であるように、正方形の錐台としてより具体的に形成されてもよい。光学素子（１０）がピラミッド状の構造として実施される他の実施形態では、光軸（２８）における断面図の場合、ベース面（１２）は凹面か放物面である。しかし、ある実施形態では、ベース面（１２）および／または出力面（１６）は長方形あるいは正方形の平面であってもよく、内側壁面（２０）の１つ以上はある程度の曲率を有する非平面であってもよいことに留意されたい。
【００４３】
ある実施形態によれば、光学素子（１０）は光軸（２８）を中心にして長方形の対称性を有する。そのような実施形態では、図４で示されるように、図１で示された光学素子（１０）は４つの平坦なテーパー状の内側壁面（２０）を実際に含み、それは、面（１２）および（１６）と平行な平面（１３）における光学素子（１０）の断面図を示す。他の実施形態では、光学素子（１０）は光軸（２８）を中心にして円対称性を有する。そのような円対称の構成は、図１および３で例証された光学素子（１０）の実施形態に適用可能であり、面（１２）および（１６）と平行な平面（１５）における光学素子（１０）の断面図を示す図５において例示される。図４および５では、光学素子（１０）は、ベース面（１２）を有するようにディフューザー（３０）の方に向いている断面の平面（１３）および（１５）中に見られ、かつ断面の平面（１３）および（１５）は仮想線で示される。
【００４４】
上述された実施形態によると、長方形または円の対称性を有する光学素子（１０）の構造は、三次元で出力光学的開口部（１８）を満たすことを可能にする。しかし、ある実施形態では、光学素子（１０）が、開口部を二次元（つまり紙の平面）で満たすことを可能にする比較的平坦な、つまり薄い光学素子として構成され得ることに注目されたい。そのような薄い実施形態は、バックライトあるいはフロントライト用途の薄い光導波路を照らすために使用される場合に特に価値があり得る。
【００４５】
図２で示されるように、光学照明装置（１）の主要な構成要素の各々は、関連する幅を有する。具体的には、ベース面（１２）は幅ＷＰを有し、ディフューザー（３０）は幅ＷＤを有し、および出力面（４２）は幅ＷＬを有する。幅のすべては、主光線が光学照明装置（１）を通り抜ける時に、主光線の伝搬方向に垂直な寸法で測定される。光学素子（１０）は、幅ＷＰに垂直な寸法で、ベース面（１２）から出力面（１６）まで測定されるＬＰの長さをさらに有する。
【００４６】
ある実施形態によれば、幅ＷＬは幅ＷＰより小さい。２つの幅ＷＬおよびＷＰは等しくてもよいが、生産の容易さのために幅ＷＬが幅ＷＰより小さいことが好ましく、これにより、光学照明装置（１）の性能および動作に悪影響を与えずに、ディフューザー（３０）および光学素子（１０）に対する光源（４０）を横方向配置においてわずかに変化させることができる。
【００４７】
ベース面（１２）、ディフューザー（３０）、および出力面（４２）の特定の幅は、光学照明装置（１）の構成要素を構成するために使用される特定の材料、および使用される構成要素の特定の種類に依拠し得る。例えば、光学照明装置（１）を実施するために使用されるディフューザー（３０）の種類によって、光源（４０）の端部とベース面（１２）の端部との間に、より大きいまたはより小さい距離が必要とされ得る。好ましくは、光学照明装置（１）の構造の容易さのために、図１および２で例証された光学照明装置（１）の特定の実施において示されるように、幅ＷＤは幅ＷＰおよびＷＬの両方より大きい。しかし、幅ＷＬは幅ＷＤと等しくてもよく、および／または幅ＷＰは幅ＷＤと等しくてもよい。
【００４８】
ディフューザー（３０）は、光学素子（１０）のベース面（１２）（つまり、入力光学的開口部（１４））に光学的に取り付けられている。入力光学的開口部（１４）でディフューザー（３０）を光学素子（１０）に光学的に取り付けることによって、ディフューザー（３０）および光学素子（１０）は、パワーおよび色収差の両方の観点において、内側壁面（２０）に沿って放射線（つまり光）の分布を均一化するために共同して機能し、これによって、より大きなＷＰ対ＬＰの比率を可能にする（つまりベース対長さの比率）。より大きな比率は、光学照明装置（１）の全体的な形状因子の著しい減少を可能にする。ディフューザー（３０）とともに光学素子（１０）の構成は、広い角度範囲の光線を集めること、特に、光源（４０）によって入力光学的開口部（１４）に放射された特に高角度の光線を捕捉することを可能にし、それと同時に、出力光学的開口部（１８）で少なくとも８５％の空間的均一性を同時に達成することができる。
【００４９】
ディフューザー（３０）は、少なくとも一部がベース面（１２）の一部に光学的に取り付けられた前面（３２）を含んでいる。ディフューザー（３０）は、様々な方法でベース面（１２）に光学的に取り付けられてもよい。ある実施形態によれば、ディフューザー（３０）は、光学素子（１０）あるいは光学素子（１０）に直接刻まれてもよく、光学素子（１０）およびディフューザー（３０）が単体から形成されるように、ディフューザー（３０）は単一のスラブ材料（例えばグラス）に掘られるか、エッチングされてもよい。他の実施形態では、ディフューザー（３０）は、光学素子（１０）とは別構造であり、光学接着剤などの接着剤を介してベース面（１２）に光学的に取り付けられている。そのような実施形態では、ディフューザー（３０）と光学素子（１０）との間に空隙が存在してもよいし、存在しなくてもよいが、光学照明装置（１）の全体的な形状因子をさらに減少させるためには空隙が存在しないことが好ましい。
【００５０】
ある実施形態では、ディフューザー（３０）および光源（４０）は、互いに光学的に取り付けられている。ディフューザー（３０）は、少なくとも一部が出力面（４２）の一部に光学的に取り付けられた、前面（３２）と反対側の後面（３４）を含む。ディフューザー（３０）と光源（４０）との間の光学的取り付けは、後面（３４）および出力面（４２）のそれぞれ一部が光学接着剤を介して粘着結合することを含むが、これに限定されない様々な方法で実施され得る。光源（４０）からの光が伝送される出力面（４２）の面積が、ディフューザー（３０）に取り付けられている出力面（４２）の面積より小さくてもよいことに留意されたい。
【００５１】
一般的に、光学素子（１０）に入力結合されたディフューザー（３０）からの光線（光源（４０）の入力形式に応じた）は、各々が３つの光学的光線（２２）、（２４）、（２６）のうちの１つによって表わされる３つのグループに分類することができる。光学的光線（２２）によって表わされる光線の第１グループは、ディフューザー（３０）の出力で、光軸（２８）に対して比較的小角で伝搬する光線に相当する（つまり、おおよそアークタンジェント（ＷＯ／２ＬＰ）の絶対値より小さい角度で、ＷＯは出力面（１６）の幅である）。光学的光線（２２）は、内側壁面（２０）からの反射なしに、光学的開口部（１４）と（１８）との間を光学素子（１０）を介して直接伝搬する。
【００５２】
光線の第２のグループは、光学素子（１０）から出力結合される前に、内側壁面（２０）の少なくとも１つからの少なくとも１つの反射を受ける光線である。光線の第２のグループは光学的光線（２４）によって表わされ、それは、光学素子（１０）に入力結合され、出力光学的開口部（１８）を経由して光学素子（１０）から出力結合される前に少なくとも一度反映される。図１に示されるように、光学的光線（２４）は上部内側壁面（２０）から反映され、それから反射光線（２５）は、出力光学的開口部（１８）を経由して光学素子（１０）から出力結合される。明らかなように、第２のグループにおける光線は、１つより多くの内側壁面（２０）によって反射されてもよい。例えば、光学素子（１０）が正方形または長方形のピラミッド状の構造として構成される非限定的な実施では、ディフューザー（３０）からの光線は、出力光学的開口部（１８）を経由して光学素子（１０）から出力結合される前に、内側壁面（２０）の１つから反射され、続いて、第１の反射面に隣接する第２の内側壁面から反射されてもよい。
【００５３】
ある実施形態では、第２のグループにおける光線が内側壁面（２０）によって内部全反射（ＴＩＲ）を受けるように、光学素子（１０）は比較的高屈折率の材料から構成される。そのような実施形態では、（光軸（２８）に対して）特定の角度範囲の角度で伝搬するディフューザー（３０）によって分布された光線は、第２のグループにおける光線が内側壁面（２０）によってＴＩＲを受けるように、屈折率によって定義された臨界角より大きい入射角（内側壁面（２０）に垂直で測定された）の同位角を有する。
【００５４】
ある実施形態によれば、内側壁面（２０）がＴＩＲを引き起こす屈折率を有する材料から構成される代わりに、角度選択的な光反射材料でコーティングされてもよい。そのような角度選択的コーティングは、特定の角度範囲の光学的光線が内側壁面（２０）によって反映され、そのような角度範囲の外側の光学的光線が内側壁面（２０）を介して伝送されることを可能にする。あるいは、内側壁面（２０）は、ＴＩＲを引き起こす屈折率を有する材料から構成されると共に、角度選択的な反射材料でコーティングされてもよい。コーティングは、内側壁面（２０）の特定領域または内側壁面（２０）の全体に塗布されてもよい。光反射コーティングは金属コーティングまたは誘電体コーティングであり、ある実施形態では、例えば３Ｍ  明るさ向上フィルム（３Ｍ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｆｉｌｍ）３６３５−１００などのコーティングを使用して実施され得る、拡散反射板の拡散特性などの様々な拡散特性を有する。
【００５５】
光学的光線（２６）によって表わされる光線の第３のグループは、ディフューザー（３０）の出力で、光軸（２８）に対して比較的広い角度で伝搬する光線に相当し、それは、（ＴＩＲを受けるのに必要な臨界角より小さいため、および／または角度選択的なコーティングによって定義された角度範囲外にあるため）内側壁面（２０）によって反射されない角度に変わる。そのため、第３のグループにおける光線は、内側壁面（２０）からのいかなる反射も受けず、従って、出力光学的開口部（１８）を経由して光学素子（１０）から出ることを妨げられる。図１に示されるように、光学的光線（２６）は比較的高角度で光学素子（１０）に入力結合され、内側壁面（２０）（例えば、図１における上部側壁面）のうちの１つに衝突し、ここで、それが反射を介して出力光学的開口部（１８）に再度方向付けされずに、上部側壁面を通って伝送を介して光学素子（１０）を出る。一般的に、ディフューザー（３０）を介して光学素子（１０）に入力結合される光のおよそ４％−７％のみが、内側壁面（２０）を介して出力結合されることにより失われる。言いかえれば、ディフューザー（３０）を介して光学素子（１０）に入力結合された光線のおよそ９３％−９６％は、光線の第１または第２グループに分類される。したがって、ディフューザー（３０）を介して光学素子（１０）に入力結合された光線の大部分は、その後、出力光学的開口部（１８）を介して光学素子（１０）から出力結合される。
【００５６】
ある実施形態では、光学素子（１０）は、例えば、１．３３から１．５１６８の間の範囲の比較的低い屈折率の材料から構成される。ディフューザー（３０）によって出力されたいかなる光線も、光学素子（１０）に入力結合されることでＴＩＲを受けないように低屈折率は臨界角を効率的に増加させる。そのような実施形態では、内側壁面（２０）からの入力結合された光線の反射をもたらすために、内側壁面（２０）の全体あるいは一部は、角度選択的な反射材料でコーティングされることが好ましい。比較的低い屈折率は、高屈折率の材料を使用する時に可能となるよりも、入射する光学的光線を光学素子（１０）により急速に拡大させることができることに留意されたい。これによって、複合放物面集光器などの従来の集光光学と比較すると、出力光学的開口部（１８）は、より短い長さのＬＰを使用して均一に満たすことができる。
【００５７】
当業者によって理解されるに違いないように、光学的光線（２２）、（２４）および（２６）は、図１に示されるように、光波の抽象的概念、およびディフューザー（３０）から光学素子（１０）に入力結合された光線の表現である。光学的光線（２２）、（２４）、（２６）は、光軸（２８）に対して広範囲の角度をカバーし、出力光学的開口部（１８）を均一に満たすために、光学素子（１０）を介する対応する軌道経路を有する、多数の類似した射線のうちの３つにすぎない（それらのうちのいくつかは内側壁面（２０）の１つ以上からの反射を含む）。
【００５８】
光学素子（１０）は、光学的照明装置およびシステムにおいて一般的に使用される、様々な種類の材料から構成され得る。ある実施形態によれば、そのような材料は、限定されないが、光学素子（１０）の屈折率のさらなる減少を可能にするプラスチックおよびガラスが挙げられる。ある実施形態では、面（１２）、（１６）、（２０）は、屈折率を１（または、およそ１）にさらに減少するために、大気中または真空中に中空部を画定することができる。そのような実施形態では、光学素子（１０）はプラスチックまたはガラスのえぐり抜かれた部分として構成されてもよく、材料（例えばガラス）のブロックあるいはスラブの内部は、光学素子（１０）を形成するえぐり抜かれた空胴（例えば、ピラミッド状の構造）が残るまで彫られるか切り抜かれる。彫り込みまたは切り抜きに続いて、内側壁面（２０）を構成する光学素子（１０）の内面は、反射コーティング（例えば、角度選択的な反射コーティング）または拡散性のコーティングでコーティングされ得る。
【００５９】
光学照明装置（１）の主要な構成要素に加えて、１つ以上のレンズ、ディフューザー、偏光子、およびプリズム箔（例えば、３Ｍ均一性テープ）を含むが、これらに限定されない追加の構成要素（例えば光学素子および装置）は、ベース面（１２）および／または出力面（１６）で光学素子（１０）に光学的に取り付けられでもよい。そのようなレンズおよびプリズム箔の使用は、出力光学的開口部（１８）にわたって、光の均一性をさらに向上させる。図６は、出力面（１６）への取り付けを介して、出力光学的開口部（１８）で光学素子（１０）に光学的に取り付けられているレンズ（５０）として実施された、追加の構成要素を含む光学照明装置（１）の特定の実施形態を例証する。図６で示された実施形態では、レンズ（５０）は負のレンズ（つまり凹レンズ）であるが、レンズ（５０）は、凸レンズまたは一連のレンズとして代替的に実施されてもよい。ある実施では、図６で示されるように、レンズ（５０）は必ずしも出力光学的開口部（１８）表面積全体をカバーする必要はなく、実際には前述の表面積の一部だけをカバーしてもよい。
【００６０】
ある実施形態では、例えば３Ｍ二重輝度向上フィルム（ＤＢＥＦ）のなどの反射偏光子は、例えば、光学接着剤による出力面（１６）への取り付けを介して、出力光学的開口部（１８）に配置される。出力光学的開口部（１８）での反射偏光子の配置は、偏光再生利用を引き起こし、これは、光源（４０）が非偏光光源であるが、光学照明装置（１）の出力で偏光が望まれる状況において特に価値がある。出力光学的開口部（１８）での反射偏光子の配置は、光学素子（１０）から出力結合される光の輝度をさらに増加させることができる。
【００６１】
さらに、上述されるように、光学照明装置（１）はマイクロディスプレイに照明を提供するために使用される時に、特別に価値があり得る。マイクロディスプレイが透過性に依存するバックライト付きディスプレイ（例えばＬＥＤバックライト付きディスプレイ）である実施では、マイクロディスプレイは、出力光学的開口部（１８）から照明を受け取るために出力面（１６）で光学素子（１０）に光学的に取り付けられ得る。マイクロディスプレイが反射型ディスプレイ（例えばシリコン基板上の反射型液晶）として行われる実施では、中間の光学的装置（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）、例えば、偏光ビームスプリッタープリズムは、出力光学的開口部（１８）からマイクロディスプレイの反射面に偏光線を供給するために、出力面（１６）とマイクロディスプレイとの間の光学素子（１０）に光学的に取り付けられてもよい。
【００６２】
前述の追加の構成要素は彫られるか、あるいはベース面（１２）および／または出力面（１６）に（例えば光学接着剤によって）接着され得る。そのような追加の構成要素が光学素子（１０）に接着されている実施形態では、そのような取り付けが光学照明装置（１）の全体的な形状因子を制限するように、空隙なく実施されることが好ましい。
【００６３】
追加の構成要素がベース面（１２）で光学素子（１０）に光学的に取り付けられている実施形態では、ディフューザー（３０）は追加の構成要素によって光学素子（１０）に取り付けられている。特に、ディフューザー（３０）の前面（３２）の一部は、追加の構成要素の前方にある部分（つまりディフューザー（３０）に近接する部分）に取り付けられることができ、ベース面（１２）の一部は、追加の構成要素の後方にある部分（つまり光学素子（１０）に近接する部分）に取り付けられる。従って、追加の構成要素（例えばレンズの入力開口部）の入力開口部は、追加の構成要素と光学素子（１０）との組み合わせから生じる光学ユニットの全体的な入力開口部として機能し、追加の構成要素の前面は、入力開口部が形成される光学ユニットの全体的なベース面として機能する。
【００６４】
図７は、レンズ（５２）として実施された追加の構成要素を含む光学照明装置（１）の特定の実施形態を例証する。図７で例証された実施形態において、レンズ（５２）は、ベース面（１２）への取り付けを介して、入力光学的開口部（１４）で光学素子（１０）に光学的に取り付けられる負のレンズ（つまり凹レンズ）である。入力光学的開口部（１４）におけるそのような負のレンズの含有は、出力光学的開口部（１８）にわたって光の均一性をさらに向上させることができる。ディフューザー（３０）は、レンズ（５２）を介して光学素子（１０）に結合される。特に、ディフューザー（３０）の前面（３２）の一部は、レンズ（５２）の前方部分（つまりディフューザー（３０）に近接する部分）に取り付けられ、ベース面（１２）の一部は、レンズ（５２）の後方部分（つまり光学素子（１０）に近接する部分）に取り付けられる。従って、レンズ（５２）の入力開口部は、レンズ（５２）および光学素子（１０）との組み合わせから生じる光学ユニットの全体的な入力開口部として機能し、レンズ（５２）の前面の凹面は、入力開口部が形成される光学ユニットの全体的なベース面として機能する。
【００６５】
本明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈で明らかにそうでないことを指示しない限り、複数の言及を含む。
【００６６】
「典型的な（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」という単語は、本明細書中で、「実施形態、例または例示として役立つ」ことを意味する。「典型的な（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」と記載される任意の実施形態は、他の実施形態よりも好ましいかまたは有利であるものとして必ずしも解釈されず、および／または、他の実施形態からの特徴の組み込みを必ずしも除外しない。
【００６７】
明確性のために別個の実施形態の内容に記載される本発明の特定の特徴は、単一の実施形態における組み合わせで提供されてもよいことが理解されるべきである。逆に、簡略化のために単一の実施形態の文脈において記載されている本発明の様々な特徴は、別々にもしくは任意の適切な部分的組み合わせ（ｓｕｂｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）で、または本発明の他の実施形態において適切に提供され得る。様々な実施形態の文脈で記載された特定の特徴は、実施形態がそれらの要素なしでは動作しない限り、それらの実施形態の不可欠な特徴として考慮されるべきではない。
【００６８】
本発明は、その特定の実施形態に関連して記載されてきたが、多くの代替案、変更、および変形が当業者には明らかであろうことは明白である。したがって、添付の特許請求の範囲の精神および広い範囲内において、そのような全ての代替案、変更および変形が包含されることが意図されている。
【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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【国際調査報告】
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