(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光装置であって、
蛍光材料を備えるコレクタープレートであって、該蛍光材料は、その蛍光放射の波長よりも短い波長を有する光でポンピングされたとき蛍光放射を発し、前記コレクタープレートは、前記蛍光放射の少なくとも一部分が該コレクタープレートのエッジに向かって伝播することを可能にする波案内手段を形成するように配位された両側表面を備えている、前記コレクタープレートと、
光を内部に閉じ込めるため前記コレクタープレートの前記エッジのうち少なくとも１つに形成された反射材料と、
前記コレクタープレートの少なくとも別のエッジに沿って延在し、且つ、前記コレクタープレートの前記少なくとも別のエッジから放射された前記蛍光放射の一部分を受け取るように取り付けられた、細長いビーム成形光学エレメントと、
を備え、
前記細長いビーム成形光学エレメントは、前記蛍光放射の前記一部分を強め、前記蛍光放射の前記一部分の角度分布を減少させると共に、光の連続的な細長いストライプに対応する放射パターンを生成する、発光装置。
【請求項２】
前記コレクタープレートは、液体を備え、該液体には前記蛍光材料が溶解されている、請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記コレクタープレートは水を備え、該水には前記蛍光材料が溶解されている、請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記細長いビーム成形光学エレメントは、液体を備え、該液体には前記蛍光材料が溶解されている、請求項１に記載の発光装置。
【請求項５】
前記細長いビーム成形光学エレメントは、水を備え、該水には前記蛍光材料が溶解されている、請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
発光装置であって、
蛍光材料を備えるコレクタープレートであって、該蛍光材料は、その蛍光放射の波長よりも短い波長を有する光でポンピングされたとき蛍光放射を発し、前記コレクタープレートは、前記蛍光放射の少なくとも一部分が該コレクタープレートのエッジに向かって伝播することを可能にする波案内手段を形成するように配位された両側表面を備えている、前記コレクタープレートと、
前記コレクタープレートの少なくとも１つのエッジに沿って延在し、且つ、前記コレクタープレートの前記少なくとも１つのエッジから放射される前記蛍光放射の一部分を受け取るように取り付けられた、細長い非対称の非画像形成光学エレメントと、
を備え、
前記細長い非対称の非画像形成光学エレメントは、前記蛍光放射の前記一部分を強め、前記蛍光放射の前記一部分の角度分布を減少させると共に、光の連続的な細長いストライプに対応する放射パターンを生成し、
前記細長い非対称の非画像形成光学エレメントは、非対称視野を備えている、発光装置。
【請求項７】
前記細長い非対称の非画像形成光学エレメントは、複合パラボラ反射手段を備えている、請求項６に記載の発光装置。
【請求項８】
前記細長い非対称の非画像形成光学エレメントは、前記コレクタープレートの上方又は下方に前記蛍光放射を選択的に差し向けるため異なる態様で形成された、２つの対向表面を備えている、請求項６に記載の発光装置。
【請求項９】
発光装置であって、
蛍光材料を備えるコレクタープレートであって、該蛍光材料は、第１の光源及び第２の光源のうち少なくとも１つから放射され且つその蛍光放射の波長よりも短い波長を有する光でポンピングされたとき蛍光放射を発し、前記コレクタープレートは、前記蛍光放射の少なくとも一部分が前記コレクタープレートのエッジに向かって伝播することを可能にする波案内手段を形成するように配位された両側表面を備えている、前記コレクタープレートと、
前記コレクタープレートの少なくとも１つのエッジに沿って延在し、且つ、前記コレクタープレートの前記少なくとも１つのエッジから放射される前記蛍光放射を受け取るように取り付けられた、細長い光学エレメントであって、該細長い光学エレメントは、前記蛍光放射の前記一部分を強め、前記蛍光放射の前記一部分の角度分布を減少させると共に、光の連続的な細長いストライプに対応する放射パターンを生成する、前記細長い光学エレメントと、
前記第２の光源から前記コレクタープレートの前記エッジの基端部分への光の射出を容易にする光学エレメントと、
を備え、
前記第１の光源には太陽が含まれており、
前記第２の光源は、光を内部に導入するため前記コレクタープレートの一つのエッジに隣接して配置された１つ以上の人工光源を備える、発光装置。
【請求項１０】
前記光学エレメントは、屈折系レンズを備える、請求項９に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記光学エレメントは、回折光学エレメントを備える、請求項９に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記光学エレメントは、全体内側反射（ＴＩＲ）レンズを備える、請求項９に記載の発光装置。
【請求項１３】
前記１つ以上の人工光源は、前記蛍光材料をポンピングするため前記蛍光放射より短い前記波長で光を放射する、請求項９に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源に係り、より詳しくは、光にさらされるとき色の付いた蛍光発光を表示する透明媒体を備えた光源に関する。
【０００２】
【従来技術】
店、サービスセンター、及び、様々な他のビジネス場は、装飾的な宣伝の目的のため、並びに、単に彼らの後援者に基本的情報を与えるため、明るく色の付いた記号を用いることが常である。一つの一般的な例は、ネオンの「オープン」サインである。文字によるサイン並びに個々の文字やロゴ文字は、広告宣伝において遍く行き渡っている。バンドライトは、長く成長するストライプの光源であり、これは建築物の頂部にしばしば設置されるが、商品への注意を引き付けるべくウィンドウディスプレイの縁にアクセントを付けるためにも使用される。蛍光光源として一般に知られている、希ガス及び水銀蒸気ランプが普及している。それらは、信号系及びバンドライト内に設置するため、可撓性の低コスト媒体を提供するからである。
【０００３】
しかし、昼間の時間の間、目で捉えられる明るさのレベルの色の付いたバンドライトの効果的なデザインは、特に困難な問題を持っている。不利なことに、従来のバンドライトにより提供された実光度は、昼間に高輝度を生成するには不十分である。周囲の日光は、約１０，０００フットカンデラ（平方フット当たりのルーメン数）であり、物体の輝度（フットランベルト(foot-Lamberts)で表現された反射率の倍数照度に等しい）を、５００ｆｔ−Ｌ（黒体）から８，０００ｆｔ−Ｌの範囲にあるようにさせる。その結果、従来のバンドライトは、それらの数百フットランベルトの輝度が眼に良く捉えられる夜間の間でのみ有用である。しかし、昼間時間の間でも、それらが数百倍も明るくなるのが好ましいが、電力供給装置を備えた実現可能な選択ではない。
【０００４】
昼間に蛍光バンドライトを使用することは、非効率的だけではなく、コスト高にもなり、光を生成するために電力が絶えず供給されなければならないことでもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、昼間の時間の間に使用する上で適切な明度及びコントラストを発生すると共に、大量のパワーを消費しない光源を提供することが望まれている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの態様では、発光装置は、コレクタープレートと、細長いレンズと、を備えている。コレクタープレートは蛍光材料を備え、該蛍光材料は、その蛍光放射の波長よりも短い波長を有する光でポンピングされたとき蛍光放射を発する。プレートは、該蛍光放射の少なくとも一部分が該プレートのエッジに向かって伝播することを可能にする波案内手段を形成するように配位された両側表面を備えている。細長いビーム成形光学エレメントは、コレクタープレートの少なくとも一つのエッジに沿って延在し、且つ、前記コレクタープレートを伝播する蛍光放射を受け取るように取り付けられている。好ましくは、細長いビーム成形光学エレメントは、コレクタープレートのエッジと光学的に接触しており、より好ましくは、該エッジと屈折率が一致し、これにより反射損失を減少させる。
【０００７】
本発明の別の態様では、発光装置は、蛍光放射の波長より短い波長を有する光でポンピングされたとき蛍光放射を放射する蛍光材料を備えるコレクタープレートを含んでいる。コレクタープレートは、蛍光放射の少なくとも一部分がプレートのエッジに向かって伝播することを可能にする波案内手段を提供するため配位された両表面を有する。発光装置は、内部に光を閉じ込めるためコレクタープレートのエッジの少なくとも１つに反射材料を更に備える。細長いビーム成形光学エレメントは、コレクタープレートの少なくとも別のエッジに沿って延在し、コレクタープレート内に伝播する蛍光放射を受け取るように取り付けられている。
【０００８】
本発明の更に別の態様では、発光装置は、コレクタープレートと、細長い非画像形成光学エレメントと、を備える。コレクタープレートは、蛍光放射の波長より短い波長を有する光でポンピングされたとき蛍光放射を放射する蛍光材料を備えるコレクタープレートを含んでいる。該プレートは、蛍光放射の少なくとも一部分がプレートのエッジに向かって伝播することを可能にする波案内手段を提供するため配位された両表面を有する。細長いビーム成形光学エレメントは、コレクタープレートの少なくとも別のエッジに沿って延在し、コレクタープレート内に伝播する蛍光放射を受け取るように取り付けられている。
【０００９】
本発明の更に別の態様では、発光装置は、略平坦なコレクタープレートと、非対称光学エレメントと、を備えている。コレクタープレートは、蛍光放射の波長より短い波長を有する光でポンピングされたとき蛍光放射を放射する蛍光材料を備える。該プレートは、蛍光放射の少なくとも一部分がプレートのエッジに向かって伝播することを可能にする波案内手段を提供するため配位された両表面を備える。非対称光学エレメントは、コレクタープレートのエッジに沿って延在し、コレクタープレート内に伝播する蛍光放射を受け取るように取り付けられている。非対称光学エレメントは、蛍光放射が、コレクタープレートに関して非対称に非対称光学エレメントから出力されるように構成されている。
【００１０】
本発明の更に別の態様では、発光装置は、コレクタープレートと、細長い光学エレメントと、１つ以上の光源と、を備えている。コレクタープレートは、蛍光放射の波長より短い波長を有する光でポンピングされたとき蛍光放射を放射する蛍光材料を備える。該コレクタープレートは、蛍光放射の少なくとも一部分がプレートのエッジに向かって伝播することを可能にする波案内手段を提供するため配位された両表面を備える。細長い光学エレメントは、コレクタープレートの少なくとも１つのエッジに沿って延在し、コレクタープレート内に伝播する蛍光放射を受け取るように取り付けられている。１つ以上の光源は、内部に光を導入するためコレクタープレートの１つのエッジに隣接して配置されている。
【００１１】
本発明の更に別の態様では、不動産構造体に蛍光プレートを設ける工程を備える装飾照明を提供する方法に関し、蛍光プレートは、太陽光にさらされたとき蛍光を放射する蛍光材料を備えている。不動産構造体は、建築物、タワー、パビリオン、天蓋、サイロ、アーチ道、円柱、ポスト、壁、デバイダー、フェンス、彫像、彫刻、サイン及び広告板から構成されるグループから選択される。蛍光プレートは、蛍光材料が蛍光を放射するように太陽光にさらされる。蛍光の少なくとも１つの実質的な部分は、そのエッジからの放射のため蛍光プレート内で案内され、該エッジからの光の放射は、エッジに隣接して並置された光学エレメントを利用して変えられる。
【００１２】
本発明の更に別の態様では、発光装置は、光にさらされたとき多色蛍光を示す光学的伝達媒体を備えている。この蛍光媒体は、平坦なスラブの形態に延びており、全体としての内側反射（total internal reflection）を介して蛍光の大多数を捕捉する波案内手段として作用する。一つの平坦面は、スラブが例えば水平に配位されたとき励起光、好ましくは太陽光を受け取る。太陽光のより短い波長は、スラブの媒体を蛍光させ、スラブの面に多色外観を与える。しかし、ほとんどのスラブの照明は、周囲の光景が明るく日光で照らされていることに起因して強く輝く外観を引き出すには不十分である。その例外はスラブのエッジである。波案内された光の蓄積は、平坦なスラブの下方水平に伝播し、その結果、スラブのエッジがスラブの残りの部分よりも遙かに高い明度（５〜１５倍明るい）を表示する。この強化された側部放射は、スラブのエッジを目に留まらせ、人目に付かずにはいられないような視覚的な輝きをもたらし、事実上あらゆる方向から目に見えることになる。光学エレメントは、スラブエッジの厚さを拡大するために使用することができ、その結果、エテンデュー（etendue；視野により乗じられた表面積）の保存の光学原理により要求されるように、この強化した輝きが目に見えるところの立体角度を減少させる。形成された放射パターンは、ネオン球により生成されたものに類似して、光の連続的な細長いストライプに対応している。例えば日中のバンドライトとして建築物の頂上部に取り付けられた、そのような輝くエッジは、日中の作動の間に電力を供給する必要無しに建築物の目に留まる印又は装飾を提供するように、その放射を地面に向かって下方に差し向けさせることができ、空に向かって上方には浪費的には放射されない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に示されたように、発光システム１は、略平面コレクター２と、該コレクターに装着されたレンズ即ちビーム成形要素３と、から形成されている。コレクター２は、頂部表面４及び底部表面５を有するシートと、４つのエッジと、を備えている。コレクター２は、長さ６、幅７及び厚さ８を有する。４つのエッジは、外側エッジ９と、３つの反射エッジ１０とを含む。３つのエッジ１０には、反射層が形成されており、該反射層は、例えば誘電多層スタック又は銀フィルム等の反射フィルム又はフォイルから形成された鏡のように反射する層であるのが好ましい。「ラジエント・ライト・フィルム（Radiant Light Film）ＶＭ２０００」という商標名で３Ｍから市販されている反射テープが、９９％の反射率を提供するので特に有効である。
【００１４】
ＸＹＺ座標系が、空間配置を提供するため図１に備えられている。ＸＹ平面は、コレクターシート２の平面に平行な水平平面に対応する。レンズ３は、Ｙ軸に沿って長さ方向に延在し、Ｚ軸は、Ｙ軸に垂直且つコレクターシートの平面に対して直角である。
【００１５】
コレクター２は、可視光を伝達する材料を含んでいる。好ましい実施形態では、この材料は、例えばアクリル、ポリカーボネート、又は、シリコン等のポリマー材料である。好ましくは、この材料は、蛍光色素のためのホストとして作用することができる。一例としての蛍光アクリル材料は、、ロッカウェイＮＪのＣＹＲＯ産業から「アクリライト（Acrylite）」という商標名で、幾つかの色について市販されている。例えばガラス等の材料も使用することができるが、それらの壊れやすい性質、コスト高、及び、重量の故に、より好ましいものではない。
【００１６】
コレクター６の長さ６は、建築物の長さであることができるが、２．４４ｍ（８フィート）まで市販されている標準サイズであってもよい。幅７は、エッジ９の輝度が高くなるように、少なくとも数インチであるのが好ましい。厚さ８は、１０．２ｃｍ（４インチ）以下程度であってもよく、この実施形態では、コレクター２の長さ６及び幅７より遙かに小さく、コレクター２のボディ全体に亘って均一である。他の実施形態では、厚さは、その長さ６又は幅７に亘ってばらつき得る。更なる実施形態では、長さ６、幅７、厚さ８及び／又は形状は、特に意図された用途により設定された詳細事項に適合するように変更されてもよい。しかし、好ましくは、コレクターの長さ６は、約０．１５ｍ（約０．５フィート）から約０．９１ｍ（約３フィート）の範囲であり、幅７は、約０．１５ｍ（約０．５フィート）から約３０．５ｍ（約１００フィート）の範囲である。厚さ８は、０．３２ｃｍ（０．１２５インチ）から１．２７ｃｍ（０．５インチ）であるのが好ましい。
【００１７】
コレクター２内部の蛍光放射は、コレクター材料の屈折率ｎに起因した、限定角度θｃ＝ｓｉｎ-1（１／ｎ）に対して、総合した内部反射により案内された蛍光放射の割合は、次式で表される、
ｆTIR＝ｃｏｓθc＝√（ｎ2−１）／ｎ
ｎ＝１．５の典型的な値に対して、この割合は、放射の大部分である０．７４５４である。蛍光放射は、それが横方向に伝播するとき強度が増大するが、無制限にではない。蛍光放射の波長は、該波長を生成したのと非常に類似した蛍光材料により再吸収されるからである。ＣＹＲＯから市販されている０．３２ｃｍ（１／８インチ）厚の蛍光プラスチックシートでは、平坦面４上に投影された影は、それらがエッジ９から１０．２ｃｍ（４インチ）以下にあるとき、エッジ放射において可視となる。これは、シートのエッジ９で利用可能な最大輝度は、エッジの１０．２ｃｍ（４インチ）以内の材料に起因していることを示唆している。これらの案内された光線のうちのあるものは、エッジ９から全体として内側に反射する。そこを通って伝播された割合は、１０．５％がｎ＝１．５でＴＩＲを経験するように、ｓｉｎθｃ／ｃｏｓθｃ＝ｔａｎθｃである（ｎ＝１．３３に対して、水の場合であるθｃ＞１のとき、そのようなエッジＴＩＲは存在しないであろう）。伝達された光線は、フレネル反射（４〜１０％）により僅かに減じられ、ランベルトに非常に近い分布でエッジ９により放射される。好ましくは、レンズ３は、この分布をより有用な分布へと再形成し、このとき適切な光学形状は、コレクター２の放射エッジ９に沿って展開される。
【００１８】
作ったり使用したりする上で便利なエッジレンズ３の形態は、透明シリンドリカルロッドである。図１で表されたシリンドリカルレンズ３は、長さ１１及び厚さ１２を有するシリンドリカルボディを備える。より詳しくは、レンズ３は、真円柱形状であり、これは、この形状が、広く市販され普及されていることによっている。この形状は、良好な拡大レンズを作り、例えば、レンズ３が所定の明るさの遙かに狭いエッジ９を有するように見えるようなパワーを備えさせる。
【００１９】
レンズ３の長さ１１は、それが取り付けられているエッジ９の長さに等しく、且つ、その直径がコレクタープレート２のコレクターの厚さ８より大きいのが好ましいが、本装置はそれに限定されるものではない。好ましくは、レンズ３は、それらの間でほぼ光透過性のインターフェースを形成するためコレクター２のエッジ９と物理的に接触する。より好ましくは、レンズ３は、反射損失を最小にするためコレクター２と屈折率が一致している。しかし、レンズ３及びエッジ９は、出力エッジ９の全ての幅１１に対しては必ずしも接触する必要はない。例えば、レンズ３は、それが取り付けられているところの出力エッジの長さ１１の一部分で接続されてもよく、又は、周期的な位置でのみエッジに接続されていてもよい。好ましい実施形態では、レンズ３は、コレクター２に直接取り付けられている。他の実施形態では、別の光学エレメントは、コレクター２及びレンズ３の間に挿入されてもよい。
【００２０】
コレクター２のエッジ９からの出力光を制御するため、他の型式のレンズ又はビーム形成光学系３が用いられてもよい。これらのレンズ及び他のビーム形成光学系は、屈折、反射及び／又は回折の手段を用いてもよく、当該技術分野で周知されている技術、並びに、今後に開発されるであろう設計を用いることもできる。他の型式のビーム形成光学エレメントが後述される。レンズという用語は、ビーム形成光学系と関連して用いることができるが、この要素は、必ずしも従来の屈折系レンズを備える必要がなく、出力ビームを形成するため反射又は回折を用いる他の形式の光学エレメントを含むことができることが理解されるべきである。
【００２１】
レンズ３をコレクター２に取り付けるための好ましい方法は、溶媒接着剤や、空気ギャップ及び気泡が無い光学的にクリアなジョイントを提供する任意の同様の方法を含んでいる。その代わりに、レンズ３及びコレクター２は、クランプ、ねじ又は他の締め具の援助で機械的に接続することができ、又は、締め具が必要とされないほど十分に一緒に適合するように設計されてもよい。好ましくは、レンズ３は、コレクター２の材料と類似した材料から形成されるが、レンズ３は、幾つかの用途ではそうでないが、透明であり、且つ、蛍光材料を含んでいないのが好ましい。２つの材料に関する屈折率は、材料のジョイントのところでフレネル反射を減少させるため緊密に一致されてもよい。これに加えて、又は、その代わりに、可能ならば接着剤の形態の屈折率が一致した溶液を、反射損失を最小にするため用いてもよい。他の好ましい実施形態は、部品２、３の両方に対して同じ材料を用い、これにより、屈折率の差を完全に無くしている。これらの部品２、３は、例えば、化学溶媒の援助を用いて、一緒に溶解されてもよい。他の実施形態では、コレクター２及びレンズ３の組み合わせが、モノリシック部品を形成するように、鋳造され、又は、一緒に製作されてもよい。
【００２２】
図２は、レンズ３をコレクター２に接合する代替形態が用いられるところの別の実施形態を示している。この場合では、レンズ３は、好ましくはレンズ３の長さ１１を通して延在する、溝３０を備えている。溝３０は、主要エッジ９のところ又はその近傍でコレクター２の暑さ８と緊密に一致するように設計され、コレクターの主要エッジが溝の内側に適合され、そこに結合されることを可能にする。再び、この結合プロセスは、上述したように、２つの部品２、３の屈折率を一致させることを含むのが好ましい。この溝３０は、レンズ３及びコレクター２の実施形態に構造的な安定性を追加することができる。幾つかの好ましい実施形態では、溝３０の深さは、所望の視野を提供するため適切なところ（レンズ３の中央部及びエッジの間）にコレクター２の主要エッジ９を配置するように選択される。
【００２３】
好ましくは、コレクター２は、十分な励起エネルギーを有する入射放射に応答して蛍光を発する、分散された化学物質種を含んでいる。そのような蛍光色素の例は、多数あり、有機的な蛍光色素を備えている。ウヴェらに付与された米国特許番号４，４９２，７７８号は、そのような一つの色素、及び、それをプラスチック材料内に投入する方法を開示している。その開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。ディピエトロに付与された米国特許番号６，１０３，００６号は、幾つかのそのような色素、並びに、それらを如何に透明プラスチック中に組み込むべきかを開示している。パーキンソンらに付与された米国特許番号５，０９５，０９９号は、フェナレノン環を含む希土類キレート化合物を備える蛍光色素を開示している。ディピエトロに付与された米国特許番号６，１０３，００６号並びにパーキンソンらに付与された米国特許番号５，０９５，０９９号は、参照によりそれらの開示内容が本明細書に組み込まれる。
【００２４】
図３に示されるように、そのような化学物質種は、第１の波長範囲４８内の光を吸収し、該第１の波長範囲の波長より長い第２の波長範囲４９内の光を再放出する。材料の吸収バンド４８内の波長を有するポンプ放射は、吸収され、より長い波長４９の放射は、色が付いているものとして感じされるほぼ十分に狭い放射バンドで放射されるが、全ての方向に放射されるのが好ましい（即ち吸収された光の方向には関係しない）。吸収及び放射バンドは、吸収波長λabsorption５１及び放射λemission５２の付近に中心があるものとして示されている。典型的な色素は、放射波長より短い、少なくとも５０ナノメートル（ｎｍ）の吸収バンドを持っており、該吸収バンドは典型的には比較的幅広いが、必ずしもそうであるわけではない。吸収バンドは、その最大半値幅（ＦＷＨＭ）が、例えば約３０乃至５０ナノメートルの間又はそれ以上であり得る。この蛍光化学物質は、例えば太陽又はＵＶ発光ダイオード（ＬＥＤ）等から放射された、好ましくは約３５０及び４５０ナノメートル（ｎｍ）の間、より好ましくは約３８０及び４１０ｎｍの範囲にある青若しくは紫外線（ＵＶ）近傍の光を吸収し、次に、約５００及び６５０ｎｍの間の範囲内であり、４３０及び１７００ｎｍの間でさえあり得る可視スペクトルで光を放射するように適合される。より長い及びより短い波長も可能であると考えられる。
【００２５】
有利には、図１に示された発光システム１は、昼間の時間帯の間で用いることができる。コレクター２に入射した太陽光は、コレクター２内に含まれる蛍光材料を励起させる。蛍光の光は、コレクター２内部の各点から全ての方向に放射されるのが好ましいであろう。放射された光の主要部分は、全体内側反射（ＴＩＲ）に対する条件を満足させる。即ち、当該光は、コレクター内部の波案内伝播のための条件を満足させる角度でコレクター２内部から放射される。この種の拘束された伝播は、当該技術分野で周知されている。蛍光の光が内部から波案内の表面上に入射する角度は、該表面に対する法線から測定された臨界角度よりも大きいことだけが必要となる。該臨界角度は、方程式θｃ＝ｓｉｎ-1（ｎ／ｎ’）により与えられる。ここで、ｎ及びｎ’は、各々、ボディ材料及び周囲の媒体に関する屈折率である。蛍光の光の別の部分は、コレクター２の外側エッジ５に向かって差し向けられ得る。この部分は、好ましくは、レンズ非形成エッジ１０上の鏡状反射コーティングによりコレクター２内に戻り反射される。好ましくは、コレクター５内部の光の大部分は、この態様で、究極的にはレンズ形成エッジ９に向かって伝播される。
【００２６】
全体内側反射のための条件を満足し、コレクター２のボディに沿って伝播する、蛍光材料により放射された光は、出力エッジ９から伝播されるか、又は、光を反射するエッジ１０のうち一つで反射層により反射されるかのいずれかである。エッジ１０の一つで反射されなかった光、コレクター材料内部で再吸収されなかった光、及び、例えばコレクター材料内の散乱中心からの散乱によってコレクター２の頂部４及び底部５から伝達されなかった光を総合した光は、首尾良く当該材料を通り出力エッジ９に向かって伝播される。従って、出力を最大にするためには、非出力エッジ１０は、出力エッジ９からの放射又は蛍光発光の更なる励起のために、好ましくは鏡状反射を介して、光を再指向させる反射層１を備え付けるのが望ましい。拡散反射器を用いることもできる。
【００２７】
レンズ３に円柱形状を用いてもよい。そのようなプラスチックロッドは、様々な直径及び材料で処方無しで利用可能であるからである。しかし、この形状は、最適効率ではない。エッジ９からくる光線の中には、出力ビームへと屈折される代わりに全体内側反射を被るものがあるからである。
【００２８】
図４Ａ及び図４Ｂは、コレクター２の、主要放射エッジ９を通してレンズ３に光を分配するときの側面図を示している。特に、レンズ３の長さ１１に垂直な平面内にある、即ち紙面の平面内若しくはＸＺ平面にある光線の３つのファン（図４Ａ参照）、及び、紙面の平面から出て３０°の３つのファン（図４Ｂ参照）を表している。図４Ａの装置では、中央ファン６０の光線の全てが、出力光線の一部分となる。その一方で、側面ファン６２及びエッジファン６４の増大部分は、レンズ３内にトラップされるようになる。しかし、図４Ｂの装置では、レンズ３内のトラッピングは、ファンがレンズ３の長さ１１に垂直な平面から出る（即ち、紙面の平面又はＸＺ平面から出る）ことにより増していく。
【００２９】
図５Ａ及び図５Ｂは、これらのトラップされた光線の２つの側面図を示している。図５Ａは、レンズ３を用いて内部反射される、紙面の平面（即ちＸＺ平面）内のエッジファン６４の一部分を示している。図５Ｂは、内部反射される、側面ファン６２の一部分を示している。
【００３０】
図６は、コレクター２の厚さの４倍にまでレンズ３のサイズを増大する効果を示している。トラッピングにより引き起こされた光の出力減少は、軽減されない。図６Ａは、光線のうち約１０％が、該ファンが紙面の平面内にあるときトラップされていることを示している。図６Ｂは、紙面の平面から出て３０°傾斜されているファンのため、トラッピングが３０％にまで行っていることを示している。実用的な利便性及びそのようなレンズの円柱形状の市販の入手可能性にも係わらず、円柱断面として本明細書で開示されているレンズ３内部の光線の図示のトラッピングに起因して、最適効率の観点で理想的ではない。
【００３１】
他の形状をレンズ３に対して利用することができるが、一定断面を備えた形状は、主要エッジ９から出力ビームへの光を１００％は転換しないであろう。エッジ９により放射された光は、垂直平面（レンズ３の長さ１１に垂直で且つＸＺ平面に平行な平面）内で±θｃ延在するが、水平平面（該垂直平面に垂直且つＸＹ平面に平行であり、レンズの長さ方向に一致する）内では±９０度延在する。後者の範囲のうち、水平平面内の範囲±θcの光線のみが、その断面形状に係わらず、レンズ３から出て外側水平範囲±９０°内へと屈折される。スラブ波案内手段２からの光の分布は、ランベルトに近いので、水平角度範囲±θｃに含まれる光線の比率は、ｓｉｎθｃとなる。残りの光線、即ちｎ＝１．５に対して約１／３である、１−ｓｉｎθｃ＝（ｎ−１）／ｎは、レンズ３内にトラップされる。このトラップされた光のほとんどは、レンズ３の端部により放射され、結局のところ、残りの光は、コレクター２の蛍光色素により吸収され再放出される。従って、レンズ３それ自身内に色素を含ませることは、レンズから逃げる蛍光放射を増大させる。
【００３２】
図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂに示されたトラッピングを無くすために、他のプロフィールが、容易に製造される真円柱を超えて好ましい。特に、非画像形成光学理論が、この他の方法では損失される光を出力ビームに追加するため、蛍光厚板に隣接して並置されたレンズ又はビーム形成光学系に適切なプロフィールを設計するため用いられる。非画像形成光学エレメントは、画像形成が目的でないので、光学的スループットを増加又は最大にすることができる。その代わりに、端縁、即ち入力及び出力光線の両方の境界を確立するエッジ光線を指定することによって、入力光線の各々を収集し、それらを出力光線の所望の分布へと再指向する、レンズ形状を生成することができる。このように、これらのエッジ光線の境界内の光線のほぼ全ては、光学系を通して伝達される。非画像形成光学エレメントは、狭いアパーチャから同じ明るさの幅広いアパーチャへと放出される光を効率的に連結するのに特に良く適したものであると共に、幅広い視野を狭い視野へと相互に変換する。そのような非画像形成光学エレメント７０は、その可能となる断面が図７Ａ乃至図７Ｃに示されており、別々の第１及び第２のアパーチャ７８及び８０のための境界を形成する後方及び前方エッジ７４、７６により境界を画成された１つ以上の特殊形状を備えた反射表面７２を備えていてもよい。反射表面７２の間に閉じ込められているものは、第１のアパーチャ７８から第２のアパーチャ８０に延在している、キャビティ８２である。光は、第１のアパーチャ７８を通って、このキャビティに入り、反射側壁７２から反射し、そこから第２のアパーチャ８０を通って屈折して出ていく可能性がある。
【００３３】
適切な非画像形成光学エレメント７０は、反射表面のためのミラー７２を始めとした種々のミラー、並びに、全体内側反射に頼る反射表面を始めとする種々の波案内手段を含んでいてもよい。種々のミラーでは、反射表面７２は、光を反射させるため適切に特殊な形状を備えて金属化された表面を備えていてもよい。これとは対照的に、種々の波案内手段は、媒体内の光を、全体内側反射を介して適切な方向に側壁から反射させるため、透明媒体の側壁を形成することにより形成される。種々の波案内手段では、キャビティ８２は、反射表面７２に対応する側壁を有する、例えばガラス等の材料又はポリマーベースの材料で充填される。反射表面７２は、側壁と空気との間の境界のところ、又は、側壁と透明媒体を取り囲む被覆層との間の境界のところに形成され、そのうちいずれが、非画像形成光学エレメント７０が如何に手段として提供されるかに依存して可能となる。非画像形成要素７０のための透明媒体として好ましく用いられる材料の例には、アクリル、ポリカーボネート、及び、シリコンなどが含まれる。種々の波案内手段とは対照的に、種々のミラーのキャビティ８２は、空気又は他の透明媒体でも充填されてもよい。全体内側反射による代わりに、反射は、金属化又は高い反射率を備えた材料により提供される。
【００３４】
好ましくは、レンズ又はビーム成形光学系３として使用される非画像形成光学エレメントは、種々の波案内手段を持ち、より好ましくは、非画像刑背要素を形成する透明媒体、及び、コレクター２を形成する透明媒体として、類似の又は同一の材料が用いられる。加えて、レンズ又はビーム形成光学系３は、光学系２に融合されてもよい。特に、コレクター２は、レンズ３を提供した鋳型を使用して製作されてもよい。コレクター４及びレンズ３を同じ鋳型から形成し、これにより２つの構成要素をモノリシックな光案内手段へと統合化することは、製造を簡単にし、構造的完全性を改善し、非画像形成要素７０がコレクターから光学的に分離された場合の他の方法で発生し得る、反射損失を減少させる。
【００３５】
周知されているように、非画像形成要素７０は、±ξ2以下の角度で第２のアパーチャ８０を通り、±ξ1以下の角度で第１のアパーチャ７８に入射する光の大部分を再指向するのに特に良く適したものとなっている。従って、与えられた非画像形成要素７０は、その入力視野±ξ1及びその出力視野±ξ2により特徴付けることができる。±ξ1及び±ξ2の特定の値に対して反射側壁７２の適切な形状を選択するための周知された技術は、応用光学、１９７６年度、第１５巻、２８８０〜２８８３頁のＡ．ラベル及びＷ．Ｔ．ウィンストンにより記載された「有限の源及び制限された出口角度のための理想的コンセントレーター（Ideal concentrators for finite sources and restricted exit angles）」で与えられる。その開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。より一般的な参考文献は、１９８９年、サン・ジエゴ社のアカデミックプレス、Ｗ．Ｔ．ウェルフォード及びＲ．ウィンストンによる本、「高度収集機能を備えた非画像形成光学（High Collection Nonimaging Optics）」と、１９９５年、Ｒ．ウィンストンにより発行された、ＳＰＩＥ巻ＭＳ１０６、非画像形成光学における選択された論文と、である。それらの開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【００３６】
図７Ａに示された構成は、複合パラボラコンセントレーター（ＣＰＣ）の構成である。ＣＰＣの設計及び定義しているパラボラ形状は、当該技術分野で周知され、１９７８年、ニューヨーク、アカデミックプレス、「高度収集機能を備えた非画像形成光学」の１７１〜１７３頁において、Ｗ．Ｔ．ウェルフォード及びＲ．ウィンストンにより、詳細に議論されている。その開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。ラブルらに付与された米国特許番号４，１３０，１０７号と、ウィンストンに付与された次の米国特許番号、即ち４，１１４，５９２号、４，２３０，０９５号、４，２３７，３３２号、４，２４０，６９２号、４，３５９，２６５号及び４，３８７，９６１号も参照せよ。それらの開示内容は参照により本明細書に各々組み込まれる。これらのＣＰＣは、前述されたシリンダー内に光を非常に大量にトラップするのと同じ全体内側反射を用いることによって機能する。しかし、ＣＰＣを用いた場合、主要エッジ９により放射された光の大多数は、可能となる最大の範囲まで、幾つかの実施形態において、空間的に拡張されたり、角度をなして狭くなった後、出口アパーチャ８０から出るように差し向けられる。
【００３７】
図８Ａは、スラブコレクタープレート２の厚さ８を超えた幅で増加する平坦な出口平面６６を備えた、θ変換「トラフ」の斜視図を示している。マッチングした上側側部及び下側側部７２は、平坦区分７２ｂを備えた傾斜されたパラボラ断面区分７２ａを備えている（図８Ｂを参照せよ）。図８Ｂは、湾曲断面の形状が、逆転−光線−トレーシング（reverse-ray-tracing）により如何に決定されか、即ち、光線が、出力アパーチャ８０からＣＰＣへ、及び、入力アパーチャ７８から出るように逆方向に如何に伝播されるかを示している。３０°（ξ２）で出力アパーチャ８０を通過した縁光線６８は、より小さい角度ｓｉｎ−１（ｓｉｎ３０°/１．５）＝１９．５°へと屈折される。パラボラ区分７２ａは、波案内手段２により支持されている最大角度まで様々に異なる量で、中心光軸に対して１９．５°の角度で向けられたこれらの平行光線を反射する。パラボラ区分７２ａは、ＣＰＣによりこれらの平行光線を反射し、該光線を、コレクター２の主要エッジ９で一つの束に収束させる。残りのパラボラ光線については、直線区分７２ｂは、それらを波案内コレクター２により支持されるのと同じ最大角度で入口アパーチャ７８に反射させる。この逆光線トレースがこれらの２つのサブ区分を発生させる方法として使用されているが、それらは、反対方向に作動し、即ち、コレクター２からの光は、パラボラ区分７２ａ及び直線区分７２ｂから反射されて入口アパーチャ７８に直接連結され、出口アパーチャ７８を通って出る。好ましくは、非画像形成光学エレメントは、主要エッジ９からの放射のその角度分布を狭めることによって、スラブ２内で拡散して波案内された光を強めるように設計されている。
【００３８】
図８Ｃは、レンズ３の長さ１１に垂直な平面（即ち、紙面の平面又はＸＺ平面）内に含まれている、案内光線ファン６７を表している。この出力ビームは、スラブ２内の±４８°の元の範囲と比べると、空気中で±３０°を張ることになる。図８Ｄは、類似のファンを表しているが、紙面平面から３８°傾斜されている。出力ファン６９は、スネルの法則の非線形性の故に、公称値±３０°よりも幅広い。拡散矩形入力分布は、図８Ｅに示されたように、蝶ネクタイ状（bow-tie）出力分布を生じさせる。案内光角度分布の矩形形状のこの歪みは、入射角度が臨界角度に近づくとき、スネルの法則の非線形性に起因している。
【００３９】
図９Ａに示された実施形態では、コレクター２は、曲げられている。そのような曲がりは、本発明が例えば建築物の頂部に取り付けられるような用途にとっては望ましい。この配位は、下方にある通り上の人によって見ることができるように、出力光を下方に差し向ける。図示のように、コレクター２は、該コレクターの頂部表面４及び底部表面５のいずれか一方又は両方にコーティング８４が形成された曲がり部分８２を備えている。曲がり部分８２は、ある物質で被覆されており、該物質は、それが適用される領域の頂部表面４又は底部表面５からコレクター２内の光を反射させる。このコーティング８４は、図１で説明されたように鏡状反射能を持つのが好ましい。他の好ましい実施形態では、コーティング物質は、任意型式の反射材料、例えば、蛍光の色に応じて、アルミニウムのような金属フィルム、銅、銀、又は、金から形成されてもよい。反射コーティング８４は、臨界角度より小さい角度で差し向けられた光がコレクター２から逃げるのを防止する。コーティング８４を用いると、代わりに、光は、主要エッジ９に伝播し、レンズ３を通って放射される。
【００４０】
屋根頂上部取り付け式太陽被照明装置は、好ましくは、それらの出力パターン内で下方バイアスを持っており、好ましい範囲は、水平（ＸＹ平面に平行）乃至水平下６０°である。この設計を実行する一つの方法は、図９Ａ及び図９Ｂに表されるように、スラブ波案内手段を曲げることによっている。そのような曲がりは、その曲率半径がスラブ厚の１０倍より小さい場合に小エネルギー損失を引き起こすことができる。図９Ｂに示されたこの特別な形態は、水平から下方６０°に延在する出力を生成する。
【００４１】
非対称光学出力を生成する非対称レンズ形態も可能である。図７Ｂ及び図７Ｃに示されるように、角度＋ξ1a及び−ξ1bにより画成された範囲内の光は、第１のアパーチャ７８において非対称非画像形成光学エレメント７０が受け取ることができる。その一方で、角度＋ξ2a及び−ξ2bにより画成された範囲内の光は、第２のアパーチャ８０において非対称非画像形成光学エレメント７０が出力することができる。ここで、例えば、＋ξ1a≠−ξ1b及び＋ξ2a≠−ξ2bである。非対称視野は、発光装置１から放射された光の方向を制御する上で有用である。
【００４２】
図７Ｂ及び７Ｃに表された非画像形成光学エレメント７０は、互いに異なる形状を有する頂部表面及び底部表面７２を備えている。従って、非画像形成光学エレメント７０は、頂部及び底部表面７２の間に配置された水平平面（即ち、ＸＹ平面に平行な平面）に関して非対称である。これらの非画像形成光学エレメント７０は、コレクションの出力エッジ９により放射された光を受け取るように図８Ａに示されるようにコレクタープレート２に関して位置決めされたとき、コレクタープレートの頂部４及び底部５に略平行であるコレクタープレート２を通過する平面に関して非対称である。この非対称、即ち非画像形成エレメント７０の頂部及び底部表面７２の異なる特殊な形状は、前記コレクタープレートに関して非対称に、例えば、選択的に上方若しくは下方、或いは、一方の側に、光を差し向けるようにビームを成形する。換言すれば、光は、出力エッジ９から延びるコレクタープレート２に略平行な平面に対して非対称に差し向けられる。様々な実施形態では、例えば、光は、上記したＸＹ平面に略平行な水平平面であり得る、コレクタープレート２を通過する平面の上方若しくは下方に差し向けられてもよい。
【００４３】
屋根頂部設置式のこの技術の重要な用途は、蛍光色素が内部で溶けた状態での流体充填光学エレメントを用いている。経済的因子は、その流体が水であるということを要求しているが、グリセリンのより高い屈折率がより小さい設置スペースのために魅力がある。図１０に示されるように、流体充填レンズ１００３は、湾曲し若しくは平坦な透明前部表面１０１６及び湾曲し若しくは平坦な透明後部表面１０１８に加えて、頂部及び底部の反射表面１０８４を備えている。頂部及び底部表面１０８４は、好ましくは、鏡状反射能を持つ。鏡状反射能を提供するために、表面は、金属性の反射テープを備えていてもよい。平坦な前部表面１０１６が光学的には好ましいが、構造的な強度は、何らかの湾曲を要求し得る。同様に、後部表面１０１８は、平坦か若しくは湾曲してもよく、或いは、蛍光色素液体がレンズ１００３内の液体と連通することが可能となるように後部表面を設けないようにすることもできる。コレクター１００２は、従来の水タンクであるが、透明頂部１０１４を備える。側壁１０１５は、透明であるが、他方、底部は透明ではない。しかし、それらは、流体内で太陽光のより長い経路長を促進し、これにより効率を最大にするため、反射材料と整列されている。好ましくは、１０１５以外の側壁は、適切な構造的支持を提供する金属製であり、反射性を持つが、液体の重量を支持するのに十分な厚さを有するプラスチックシートの代わりに、より安価である。透明頂部１０１４も保護シリコンオーバーコートを有し、そのより低い屈折率は、汚染物や鳥の有機堆積物に起因したＴＩＲ損失を軽減することを援助する。蛍光色素液体を使用する一つの利点は、太陽からのＵＶ光への余剰の露出で分解する蛍光色素が、発光装置の蛍光出力を回復させるため容易に置き換えることができるということである。
【００４４】
他のコレクターの設計も可能である。図１１に示されたように、コレクター１１０２は、例えば、複数の層１１１５、１１１６、１１１７、１１１８を備え、該層の各々は、隣接する層とは異なる蛍光材料を含んでいる。層１１１５、１１１６、１１１７、１１１８は、レンズ１１０３を一緒に連結するスタック内に配列されている。図１１に示されたスタックは、４つの層１１１５、１１１６、１１１７、１１１８を備え、各々は、同様の厚さを有するが、スタックは、任意数の層を含んでもよく、その厚さは、一定の厚さに限定されない。例えば、頂部層１１１８は、他の層１１１６、１１１７及び１１１８より小さい厚さを持っていてもよい。層１１１５、１１１６、１１１７、１１１８は、図１の、レンズ３及びコレクター４を接続させるため使用されるのと類似の方法により互いに連結され得る。層１１１５、１１１６、１１１７、１１１８は、それらの各々の主要エッジ１１２０、１１２１、１１２２、１１２３においてレンズ１１０３に連結されている。他の実施形態では、コレクタースタックは、成形プロセスの間に色素でコレクター材料を選択的にドーピングすることにより形成することができ、これにより、異なる化学構成の領域を備えた単一成形コレクターを形成する。この技術は、互いに個々の層を結合する必要性を無くす一方で、レイヤリングを形成する。
【００４５】
更に別の実施形態では、例えば色素等の蛍光物質は、コレクター２の長さ６に沿って延在する複数の細長いセグメントで分配してもよい。該セグメントは、コレクター２の主要エッジ９に沿って、様々に異なる色、影、又は、色調の領域を形成するため様々に異なる色素を備えている。より一般的には、例えば色素等の蛍光物質は、内部に様々な色の領域を形成するため、コレクター２内部に様々に異なる種類のパターンに配列することができる。幾つかの場合には、これらの色は、結果として出力された色、影又は色調が、色素が蛍光する色のものと異なっているように配列してもよい。例えば、黄色及び青色の蛍光色素が、緑色出力を生成するように配列され得る。他の実施形態では、これらの色は、全てが結合されるとは限らない。その代わりに、当該出力は、多色に現れる。
【００４６】
図１２に示された別の好ましい実施形態では、複数のＬＥＤ１２４０が、主要エッジ１２０９とは反対側にあるコレクター１２０２の基端エッジ１２１５に隣接して配置される。ＬＥＤ１２４０は、出力領域が基端エッジ１２１５に配置された複数の全体内側反射（ＴＩＲ）レンズ１２９０に面した状態で印刷回路基板（ＰＣＢ）１２５０に取り付けられている。ＴＩＲレンズ１２９０は、コレクター１２０２と一体に成形されてもよく、このとき押し出し又は成形により基端エッジ１２１５に形成される。他の時では、ＴＩＲレンズ１２９０は、図１２に示されたように基端エッジ１２１５に取り付けられたポリマーストリップ１２９２に含まれてもよい。ＴＩＲレンズ１２９０を内部に備えた状態でのポリマーストリップ１２９２の製作は、射出成形又は他の比較可能な方法によるものであるのが好ましい。好ましくは、可能ならば接着剤形態の屈折率マッチングが取れた溶液は、ポリマーストリップ１２９２をコレクターエッジ１２１５に係合させるとき反射損失を最小にするために用いられる。印刷回路基板１２５０は、コレクター１２０２の基端エッジ１２１５に対して配置されているポリマーストリップ１２９２に対して係合されている。ＬＥＤ１２４０は、基端エッジ１２１５を通してコレクター１２０２内に光を効率的に連結させるＴＩＲレンズ１２９０へと光を差し向けるような態様で配置されている。ＬＥＤ１２４０を使用することは、周囲の光のレベルが適切なレベルの蛍光に蛍光材料をポンピングするのに不十分である間、発光装置１２０１の作動を可能にする。
【００４７】
ＬＥＤ１２４０により放射され且つコレクター１２０２へと連結された光は、蛍光材料の励起バンド内の波長を有する。従って、ＬＥＤ１２４０は、約３８０乃至４８０ナノメートル（ｎｍ）、より好ましくは３００乃至４１０ナノメートルの範囲にある波長の光を放射する。この光は色素をポンピングし、好ましくは、コレクター１２０２内部に可視蛍光を引き起こす。そのような可視蛍光は、約４３０乃至７００ｎｍの間の範囲にあり、最も好ましくは約５２５ｎｍ乃至約６５０ｎｍの範囲にあるが、そうでなくとも好ましくは約４３０乃至１７００の間にあるのがよい。更に別の波長も可能である。他の実施形態では、コレクター１２０２の他の任意エッジは、そこに取り付けられている反射層を有する代わりにＬＥＤ１２４０が備え付けられていてもよい。これによって追加の予備ポンプ発光を設けることもできる。これらの実施形態では、ＬＥＤ１２４０を含んでいないエッジは、図１に表されたものに類似した鏡状反射層で被覆されることが好ましい。更には、ＬＥＤは、安価で強固な低パワー消費照明装置として選択されるが、例えば白熱電球、蛍光、コヒーレント光等の他の発光方法を適切な場合に使用してもよい。また、ＬＥＤ１２４０又は他の光源は、コレクター１２０２内の他の蛍光材料をポンピングする必要がなく、蛍光を誘起しないコレクター光へと単に射出するように用いることができる。この光は、蛍光と類似した態様で、レンズ３を通ってコレクター１２０２から出てくる。
【００４８】
図示のように、ＴＩＲレンズ１２９０は、ＬＥＤからコレクターへの放射を連結させるようにＬＥＤ１２４０とコレクター１２０２との間に挿入されている。これらのレンズ１２９０は、ポンピング放射をコレクタープレート１６０５内へと適切に差し向けるため、及び、それを該プレート中に（好ましくは、均一に）分布させるため、設計されている。ＴＩＲレンズ１２９０は、ＬＥＤ放射を平行化するためコリメーターとして使用することもでき、又は、単に発散ビームを形成するようにしてもよい。代替の実施形態では、蛍光を誘起し、適切な効果を形成する態様で、コレクター１２０２を通して光を他の仕方で分布させるように、適切な光学エレメントを用いてもよい。
【００４９】
図１３は、パーキン・ジュニアらに付与された米国特許番号５，８０６，９５５号にも記載されている、一例としてのＴＩＲレンズ１３９０を表している。該特許の開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。このレンズ１３９０は、例えばガラス又はプラスチック等の透明材料から形成されるのが好ましい。図示のように、レンズ１３９０は、第１の略凹状の特殊な形状を備えた内側表面１３７０と、第２の滑らかな外側表面１３７５と、を有する。内側表面１３７０は、レンズ１３９０に隣接して中央に配置された光源１３３４に面して、これを部分的に取り囲む。特殊な形状を備えた内側表面１３７０は、レンズ１３９０を通過する共通軸線の回りに中心を定められた複数の環状特徴部１３７０を備えている。これらの環状特徴部１３７０の各々は、光源１３３４からの光が通過するところの、中心に面するファセット１３７１と、入射光線が全体内側反射を介して反射されるように光源に対して角度をなしている反対側に面する全体内側反射ファセット１３７２と、を有する。これらの全体内側反射面１３７２は、所望の通りに光ビームを形成するように配位されている。これらのファセット１３７２は、例えば、点光源として近似される光源１３３４からの光の平行化ビームを形成するように設計されてもよい。レンズ１３９０は、光を反射しないが、固定的屈折レンズとして作用する中心部分１３６７も有している。一緒に、中心部分１３６７及び環状特徴部１３７０は、意図されたビーム成形を生じる。ＴＩＲレンズ１３９０が用いられているが、他の型式のレンズ及び光学エレメントは、コレクタープレート１２０２へのＬＥＤ放射を適切に連結させ、分布させるために用いてもよい。その代わりに、コレクターの基端エッジ１２１５の近傍にあるＬＥＤ１２４０を単に配置することによりコレクター１２０２へと光が射出されてもよい。レンズ１２９０又は他の光学エレメントは、ＬＥＤからコレクタープレートへの効率的な伝達を容易にするために使用される必要はない。
【００５０】
また、上述された実施形態において色素が蛍光を生成することができるものとして説明されたが、装置１の設計は、それに限定されるものではない。他の蛍光物質も適切に用いることができる。図１４に示されたように、例えば、発光装置１４０１は、ベース層１４６２と、保護層１４６３との間に挟まれている量子ドット１４６８の層から形成されてもよい。量子ドット１４６２の層のような量子ドットは、当該技術分野で周知されており、多数の源から市販されている。ある種類の量子ドットは、例えば、商標名Ｑドット（Ｑｄｏｔ）の下で販売されており、カリフォルニア州のパロ・アルト（Palo Alto）の量子ドット社により製造、分配されている。量子ドットの特性の幾つかは、カリフォルニア州のパロ・アルトの量子ドット社の「テクノロジーレビュー」１月／２月２０００、５０〜５７頁において、ディビッド・ロットマンにより説明されている。
【００５１】
図示の実施形態では、保護層１４６３及びベース層１４６２は、両方とも量子ドットをポンピングすることができる放射に対して透明である。各層は、当該波長領域において、１より大きい屈折率ｎ（例えば、約１．５）を有する。ベース層１４６２及び保護層１４６３は、例えば、プラスチック等のポリマー材料から形成されてもよい。ベース層１４６２は、保護層１４６３が当該箇所にあるとき量子ドット１４６８の層を支持するのに十分に厚い。量子ドット１４６８の層は、ベース層１４６２を横切って拡幅する個々の量子ドットのアレイを備えている。好ましくは、量子ドットは、好ましくは約２乃至１０ｎｍの厚さの単一層内でベース１４６２に亘って均一に分布される。
【００５２】
他の実施形態では、量子ドットは、ポンピング放射及び蛍光放射にとって透明な材料から単に形成されたコレクター２を通して内部分散されている。上記したように、この場合におけるコレクター２は、例えば、アクリル若しくは他のプラスチック等のポリマーベース材料、ガラス、又は、他の任意の適切な伝達材料から形成され得る。量子ドットは、更に他の方法でコレクター２内に同様に組み込むことができる。コレクター３は、例えば、ＷＯ０１／６６９９７号として公開された、「量子ドット層を有する発光装置」という標題の本願出願人による現在係属中の国際特許出願番号PCT／US０１／０７２４７号で説明されたような量子ドット構造を備えていてもよい。
【００５３】
ドットは、蛍光を発する。即ちそれらドットは、光、特に太陽光に曝されたことに応答して特定の波長で光を放射する。かくして、それらは、コレクター３内に組み込まれた蛍光物質として用いることができる。量子ドットは、延長された期間の間に紫外光に曝されたとき分解しないという追加の利点を提供する。このように分解することは、野外で使用されたときの多数の有機蛍光色素の欠点である。
【００５４】
従って、昼間作業の間に高いコントラストの照明を提供することができる発光装置１は、コレクター２から出力された光の分布を適切に変える光学エレメント３を用いて出力を適合させることができる。光学エレメント３は、例えば、エッジ９から放射された光の発散を増減させ、及び／又は、コレクター３から放射された光をコレクターの上方又は下方に差し向けるように構成されてもよい。光学エレメント３は、非画像形成光学エレメントであってもよい。コレクターは、多色出力を形成するように異なる波長で蛍光する複数の積み重ねられた層又は一連のセグメントであるとすることができる。コレクター３は、蛍光を提供するため量子ドットを形成されてもよい。
【００５５】
装置１は、かくして、サイン、又は、車若しくは他の製造物を装飾するために使用することができる。この装置は、例えば建築物、タワー、パビリオン、天蓋、サイロ、アーチ道、円柱、ポスト、壁、デバイダー、フェンス、レイル、彫像、彫刻、トンネル、プラットフォーム、デッキ、ドック、及び、広告板等の不動産を改善する際に組み込むために特に良く適合される。本装置は、輸送に関して、例えば、車道、滑走路、飛行機、自動車、ボート及び列車等で使用されてもよい。スポーツ設備及び付属物、並びに、それに連係された遊技場及び建築物は、この装置を使用することにより利益を得ることができる。本装置は、低強度の装飾発光にとって特に良く適合可能である。即ち、その発光は、見物人の目に容易に見えるほど十分に明るいが、周囲環境を照らすほどには明るくない。例えば超高層ビル等の建築構造物の輪郭を描く発光は、装飾発光のこのカテゴリーにおいて適合することができる。装置１は、物体を照明するため又は太陽用途のためにも使用することができる。
【００５６】
装置１の多数の他の用途が可能であると考えられる。関連する用途は、上記したものに特に限定されるものではない。また、本発明は、他の特定の形態で具現化することができる。上述された実施形態は、あらゆる観点で図示のみを意図したものであり、それに限定される態様ではないと考えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、コレクターと、該コレクターのエッジに取り付けられた屈折光学エレメントと、を含む発光装置を示す、斜視図である。
【図２】  図２は、屈折光学エレメントが、シリンドリカルレンズを含み、該レンズがコレクターへの取り付けのため溝を有している、発光装置の別の実施形態の斜視図である。
【図３】  図３は、任意単位における強度と、ナノメートル（ｎｍ）単位の波長に関する、吸収及び蛍光を示すグラフである。
【図４】  図４Ａ及び図４Ｂは、各々、図紙面内及び紙面外にあるコレクタースラブ内部で案内される光線に対応する光線ファン、そのうちの幾つかの光線に対するレンズ作用、及び、周辺にある他の光線のトラッピングを示す、図である。
【図５】  図５Ａ及び図５Ｂは、シリンドリカルレンズ内にトラップされた光線を示すと共に、平面外光線のどのくらいの比率のものがトラップされるかを示した、一実施形態の図面である。
【図６】  図６Ａ及び図６Ｂは、より大きいレンズが多くの光線をトラップしている、別の実施形態の斜視図である。
【図７】  図７Ａ乃至図７Ｃは、対称及び非対称の視野を提供する、非画像形成光学エレメントの概略図である。
【図８】  図８Ａ乃至図８Ｄは、複合パラボラコンセントレーター（compound parabolic concentrator; ＣＰＣ）として知られた、非画像形成光学エレメントを備える、別の実施形態を表している。
図８Ｅは、複合パラボラコンセントレーターからの出力のプロットである。
【図９】  図９Ａ及び図９Ｂは、光を下方に出力させる、曲げコレクター／波案内手段の斜視図である。
【図１０】  図１０は、水充填コレクター及びレンズを有する発光装置の実施形態の等角図である。
【図１１】  図１１は、複数の多層シートを備える、装置の一実施形態を示す。
【図１２】  図１２は、全体内側反射レンズを用いてコレクターに連結された発光ダイオード（ＬＥＤ）の装着された組を備えた装置の実施形態の分解図である。
【図１３】  図１３は、全体内側反射レンズの断面図を示す。
【図１４】  図１４は、コレクターが量子ドットの層を備える、装置の一実施形態の等角図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【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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