(57)【要約】      （修正有）【課題】熱負荷を最小化する高い出力効率、電池寿命の増加、および製造の容易さの利点を有する照明装置を提供する。【解決手段】照明装置１は、ディフューザー３０と集光素子１０を含む。ディフューザー３０は光源４０から入力として光線を受信し、および出力として光線を分配する。集光素子１０は、基部表面１２上に形成された入力光開口部、基部表面の対向面上に形成された出力光開口部、および少なくとも２つの側壁面２０を含む。側壁面２０は、入力開口部１４と出力開口部１８の間におおむね延びる。ディフューザー３０は、ディフューザー３０から出力された光線が、入力光開口部１４を通って集光素子１０内に結合されるように、基部表面１２に光学的に取り付けられる。【選択図】図３
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
照明装置であって：
光源から入力として光線を受信し、および出力として光線を分配するためのディフューザー；および
基部表面上に形成された入力光開口部と、基部表面の対向面上に形成された出力光開口部と、入力光開口部と出力光開口部の間におおむね延びる少なくとも２つの側壁面とを含む集光素子、を有する照明装置であって、
ここで、ディフューザーは、ディフューザーから出力される光線が、入力光開口部を通って集光素子内に結合されるように、基部表面に光学的に取り付けられることを特徴とする、照明装置。
【請求項２】
ディフューザーに入力として光線を伝達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】
基部表面と光源の各々が関連付けられた幅を有し、ここで光源の幅は基部表面の幅未満であることを特徴とする、請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
光源とディフューザーの各々が関連付けられた幅を有し、ここで光源の幅はディフューザーの幅未満であることを特徴とする、請求項２に記載の照明装置。
【請求項５】
基部表面とディフューザーの各々が関連付けられた幅を有し、ここで基部表面の幅はディフューザーの幅未満であることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項６】
ディフューザーと集光素子が一つの物体から形成される、請求項１に記載の照明装置。
【請求項７】
ディフューザーが、基部表面の少なくとも一部にディフューザーの少なくとも一部を光学的に接合することにより、基部表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】
ディフューザーが、基部表面の少なくとも一部にディフューザーの少なくとも一部を直接取り付けることにより、基部表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】
集光素子が、およそ１．５２以下の屈折率を有する物質から構成される、請求項１に記載の照明装置。
【請求項１０】
集光素子内に結合された光線の一部は、全内部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】
ディフューザーと集光素子は、出力光開口部を通って集光素子から放射される前に、結合された光線の一部が少なくとも１回、側壁面の少なくとも１つによって反射されるように配置される、請求項１に記載の照明装置。
【請求項１２】
集光素子は、内部側壁面、基部表面および対向面の各々によって部分的に画定された、おおむね空洞の部分を含む、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適用された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特性を有する、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性の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た少なくとも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つのレンズが、基部表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つのレンズが、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た少なくとも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】
側壁面はおおむね平らな面である、請求項１に記載の照明装置。
【請求項２３】
側壁面はおおむね湾曲面である、請求項１に記載の照明装置。
【請求項２４】
照明装置であって：
光線を伝達するための光源であって、該光源は出力面を含み、関連付けられた幅を有し、そこから光線が伝達される、光源；および
集光素子であって：
光学的にそれに取り付けられたディフューザーを有する入力光開口部であって、基部表面上に形成された該入力光開口部は、出力面の幅以上の関連付けられた幅を有し、ここでディフューザーは、光源から光線を受信し、および入力光開口部に入力として光線を分配する、入力光開口部、
基部表面の対向面上に形成された出力開口部、および
入力開口部と出力開口部の間におおむね延びる少なくとも２つの先細の側壁面、を含む集光素子、
を含む照明装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、一般的な光透過性基板により支えら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】
新しいアプリケーションのための重要なイネイブラーとしての形状係数は、ニアアイディスプレイ技術における設計の革新への中心的な衝動として現れてきた。円錐形あるいは先細の光学素子は、そのようなニアアイディスプレイにおいて使用される、光導波路装置またはシステムへの入力のための出口開口部にまたがる多数の光波長を結合し、および／または光均一性を均質にするために、典型的に使用される。そのような実装では、出口開口部を均一に充填するために、円錐形または先細の光学素子は、入力開口部および出口開口部の大きさに対して、光の伝播方向に相対的に長くなければならない。さらに、従来の円錐形または先細の光学素子は、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、出口開口部からの光の出力を形作るために、入力開口部から上流および／または出口開口部から下流に、追加の光学コンポーネントを必要とする。
【考案の概要】
【０００３】
本考案は、集光光学素子、ディフューザー、および光源を含む光学照明装置を対象とする。集光光学素子は、基部表面上に形成された入力開口部、および基部表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、光源から受信した光線を、集光光学素子へと分配し、それは出力開口部から光線を出力し、結果として高い空間的均一性と狭い角度分布を有する出力光ビームをもたらす。光学素子、ディフューザーおよび光源の形状の組み合わせは、熱負荷を最小化する高い出力効率、電池寿命の増加、および製造の容易さを含む、いくつかの重要な利点を光学照明装置に提供する。
【０００４】
本考案の実施形態の教示に従い、照明装置が提供される。照明装置は：光源から入力として光線を受信し、および出力として光線を分配するためのディフューザー；および基部表面上に形成された入力光開口部と、基部表面の対向面上に形成された出力光開口部と、入力光開口部と出力光開口部の間におおむね延びる少なくとも２つの側壁面とを含む集光素子を有し、ここで、ディフューザーは、ディフューザーから出力される光線が、入力光開口部を通って集光素子内に結合されるように、基部表面に光学的に取り付けられる。
【０００５】
任意で、照明装置はさらに：ディフューザーに入力として光線を伝達するための光源を含む。
【０００６】
任意で、基部表面と光源の各々は関連付けられた幅を有し、光源の幅は基部表面の幅未満である。
【０００７】
任意で、光源とディフューザーの各々は関連付けられた幅を有し、光源の幅はディフューザーの幅未満である。
【０００８】
任意で、光源とディフューザーの各々は関連付けられた幅を有し、光源の幅はディフューザーの幅未満である。
【０００９】
任意で、光源とディフューザーの各々は関連付けられた幅を有し、光源の幅はディフューザーの幅未満である。
【００１０】
任意で、ディフューザーは、基部表面の少なくとも一部にディフューザーの少なくとも一部を光学的に接合することにより、基部表面に光学的に取り付けられる。
【００１１】
任意で、ディフューザーは、基部表面の少なくとも一部にディフューザーの少なくとも一部を直接取り付けることにより、基部表面に光学的に取り付けられる。
【００１２】
任意で、集光素子は、およそ１．５２以下の屈折率を有する物質から構成される。
【００１３】
任意で、集光素子内に結合された光線の一部は、全内部反射によって集光素子の内部に閉じ込められる。
【００１４】
任意で、ディフューザーと集光素子は、出力光開口部を通って集光素子から放射される前に、結合された光線の一部が少なくとも１回、側壁面の少なくとも１つによって反射されるように配置される。
【００１５】
任意で、集光素子は、内部側壁面と、基部表面と、対向面の各々とによって部分的に画定された、おおむね空洞の部分を含む。
【００１６】
任意で、照明装置はさらに、側壁面の少なくとも１つの少なくとも一部に適用されたコーティングを含む。
【００１７】
任意で、コーティングは反射コーティングである。
【００１８】
任意で、コーティングは拡散特性を有する。
【００１９】
任意で、コーティングは誘電性のコーティングである。
【００２０】
任意で、照明装置はさらに、集光素子に光学的に取り付けられた少なくとも１つのレンズを含む。
【００２１】
任意で、少なくとも１つのレンズが、基部表面に光学的に取り付けられる。
【００２２】
任意で、少なくとも１つのレンズが、対向面に光学的に取り付けられる。
【００２３】
任意で、少なくとも１つのレンズは負のレンズである。
【００２４】
任意で、照明装置はさらに、集光素子に光学的に取り付けられた少なくとも１つの偏光子を含む。
【００２５】
任意で、側壁面はおおむね平らな面である。
【００２６】
任意で、側壁面はおおむね湾曲面である。
【００２７】
本考案が教示する実施形態に従って、さらに照明装置が提供される。該照明装置は：光線を伝達するための光源であって、出力面を含み、関連付けられた幅を有し、そこから光線が伝達される、光源；および集光素子であって：光学的にそれに取り付けられたディフューザーを有する入力光開口部であって、基部表面上に形成された該入力光開口部は、出力面の幅以上の関連付けられた幅を有し、ここでディフューザーは、光源から光線を受信し、および入力光開口部に入力として光線を分配する、入力光開口部と、基部表面の対向面上に形成された出力開口部と、入力開口部と出力開口部の間におおむね延びる少なくとも２つの先細の側壁面とを含む集光素子、を含む。
【００２８】
本明細書に定義がない限り、本明細書で使用される全ての技術的および／または科学的用語は、本考案が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるも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物質を、本考案の実施形態の実行または試験に用いてもよいが、例示的な方法および／または物質は以下に記載される。矛盾する場合、定義を含む特許明細書が支配する。加えて、物質、方法、および実施例は、単なる例示であり、必ずしも限定を意図したものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
本考案のいくつかの実施形態は、添付の図面を参照しながら、単なる例として本明細書に記載される。特定の図面をここで詳細に参照して、示される詳細は一例であり、本考案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記述により、本考案の実施形態を実施する方法が当業者に明らかとなる。
【００３０】
ここで図面に注意を向けると、類似の参照番号または記号は、対応するまたは類似するコンポーネントを示す。図面において。
【図１】本考案の実施形態に従って構成され実施された、多数の平面から形成された集光光学素子に取り付けられたディフューザーを有する、光学照明装置の概略図を例示する断面図である。
【図２】図１の光学照明装置のコンポーネントの概略図を例示する分解断面図である。
【図３】本考案の実施形態に従って構成され実施された、多数の湾曲面から形成された集光光学素子に取り付けられたディフューザーを有する、光学照明装置の概略図を例示する断面図である。
【図４】光軸に垂直な平面でとられた、図１の装置の集光光学素子の断面図であり、集光光学素子の長方形の対称性を例示する。
【図５】光軸に垂直な平面でとられた、図１または図３の装置の集光光学素子の断面図であり、集光光学素子の円形の対称性を例示する。
【図６】図１の装置に似ており、集光光学素子の出力光開口部に配置されたレンズを含む、光学照明装置の概略図を例示する断面図である。
【図７】図１の装置に似ており、ディフューザーと集光光学素子との間に配置されたレンズを含む、光学照明装置の概略図を例示する断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００３１】
本考案は光学照明装置を対象とする。
【００３２】
本考案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に関連してより一層理解され得る。
【００３３】
本考案は、例えばフラットパネルインジケータ―、小型照明器、およびスキャナーなどの非イメージングアプリケーション同様に、例えば携帯電話、コンパクトディスプレイ、３次元ディスプレイ、およびコンパクトビームエクスパンダーなどの様々なイメージングアプリケーションに適用可能である。本考案の実施形態は、ニアアイディスプレイの技術分野における光学システム、特に、光導波路を拡張する開口部内に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システムに適用された時に、特に有益で有り得る。
【００３４】
本考案の少なくとも１つの実施形態について詳細に説明する前に、以下の説明で明らかにされる、および／または、図面および／または実施例に例示された、コンポーネントの構成と配置および／または方法の詳細に、本考案の適用は必ずしも限定されないと理解される。本考案は、他の実施形態であり得、または様々な方法で実施または実行され得る。最初に、本明細書全体にわたって、例えば前と後ろ、上と下などの方向の基準が作られる。これらの方向の基準は、本考案およびその実施形態を例示するための典型であるにすぎない。
【００３５】
ここで図面を参照すると、図１−７は、本開示の実施形態に従って構成され実施された、概して（１）と指定される光学照明装置、および光学照明装置（１）の対応するコンポーネントの断面図を例示する。概して、光学照明装置（１）は、集光光学素子（１０）（以下、光学素子（１０）と呼ぶ）、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）を介して光学素子（１０）へと光（より一般的には放射物）を伝達する。光源（４０）は、ディフューザー（３０）の近位端に出力面（４２）を有し、そこから光が伝達される。
【００３６】
光源（４０）は様々な方法で実施することができ、偏向または非偏向の源でもよい。光源（４０）の非限定的な実装の例は、限定されないが、発光ダイオード（ＬＥＤ）、混色用のＲＧＢ  ＬＥＤを有する光パイプ、混色用にダイクロイックミラーと組み合わせて各々が異なる色を発する複合ＬＥＤ、ダイオードレーザー、および混色用にダイクロイックミラーと組み合わせて各々が異なる色を発する複合ダイオードレーザーを含む。
【００３７】
ディフューザー（３０）は、光源（４０）から入力として伝達された光線を受信し、および受信した光線を出力として分配する（つまり分散する）。ディフューザー（３０）によって分配された光線は、光学素子（１０）に入力される。特に、ディフューザー（３０）を介して光学素子（１０）内に結合された光線が、光学照明装置（１）の光軸（２８）に対する広範囲の角度をカバーするように、ディフューザー（３０）は光を分配する。ディフューザー（３０）を介して光学素子（１０）内に結合された光は、光線（２２）、（２４）、（２６）によって図１に示される。
【００３８】
光学素子（１０）は、入力光開口部（１４）（入口光開口部と交換可能に呼ばれる）の形成された基部表面（１２）、出力光開口部（１８）（出口光開口部と交換可能に呼ばれる）の形成された、基部表面（１２）の反対側に配された出力面（１６）、および、光開口部（１４）と（１８）の間（つまり、面（１２）と（１６）の間）に延びる複数の内部側壁面（２０）を含む。出力光開口部（１８）は、典型的には、入力光開口部（１４）よりも少なくとも３倍大きく、および、光学素子（１０）を通って伝播する光源（４０）からの光線は、出力光開口部（１８）を均一に充填する。基部表面（１２）は、光学素子（１０）の近位端にあり、および出力面（１６）は光学素子（１０）の遠位端にある。用語「近位」および「遠位」は、それぞれディフューザー（３０）からより近い、およびより遠い光学素子（１０）の部分を指して、通常の意味で使用される。
【００３９】
内部側壁面（２０）の各々において、内部側壁面（２０）の近位端または近位縁は、基部表面（１２）の一部において終端し、内部側壁面（２０）の遠位端または遠位縁は出力面（１６）の一部において終端するように、内部側壁面（２０）は面（１２）と（１６）の間に延びる。図に示されるように、内部側壁面（２０）の少なくとも２つは、一般的に、互いに対向して配される。
【００４０】
面（１２）および（１６）は、黒の実線で図１−３、６および７に例示されるが、面（１２）および（１６）は、それらの上に形成された光開口部（１４）および（１８）を介して光学素子（１０）へと光線が伝播する（つまり、光学素子（１０）に出入りする）ようにするための光伝達面であると理解されるべきであることに、留意されたい。
【００４１】
ある実施形態によれば、光学素子（１０）は、頂上部分が取り除かれたピラミッドの一般的形態を有するピラミッド状の構造として構成され、取り除かれた頂上部分はピラミッドの頂点を含む。そのような実施形態では、内部側壁面（２０）は、光軸（２８）から外へ延びる、平らで先細の側壁面である。他の実施形態では、例えば図３に示されるように、内部側壁面（２０）はある程度の湾曲を有する非平面の面でもよく、結果として光学素子（１０）は円錐状の構造を有する。
【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）はより具体的には正方形の台として形成されてもよく、それにより、基部表面（１２）および出力面（１６）が平行した平らな正方形あるいは長方形の面となる。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）に沿って断面図をとった時、基部表面（１２）は凹面または放物面である。しかしながら、ある実施形態では、基部表面（１２）および／または出力面（１６）は、長方形または正方形の平らな面であってもよく、および内部側壁面（２０）の１つ以上は、ある程度の湾曲を有する非平面の面であってもよい。
【００４３】
特定の実施形態によれば、光学素子（１０）は、光軸（２８）に対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１に例示された光学素子（１０）は、図４に例示されるように、実際に４つの平らな先細の内部側壁面（２０）を含み、図４は、面（１２）および（１６）と平行な平面（１３）でとった光学素子（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）を中心にした円形の対称性を有する。そのような円対称の構成は、図１および３に例示された光学素子（１０）の実施形態に適用可能であり、図５に例示され、図５は、面（１２）および（１６）と平行な平面（１５）でとった光学素子（１０）の断面図を示す。図４および５では、光学素子（１０）を、ディフューザー（３０）の方に向かって、断面（１３）および（１５）で見て、基部表面（１２）があるかのように示される。
【００４４】
上述の実施形態に係る、長方形または円形の対称性を有する光学素子（１０）の構造は、三次元での出力光開口部（１８）の充填を可能にする。しかしながら、特定の実施形態では、光学素子（１０）は、二次元での（つまり紙の面における）開口部の充填を可能にする比較的平らな、つまり薄い光学素子として構成されてもよいことに留意されたい。そのような薄い実施形態は、背面照明または前面照明に使用するための薄い光導波路を照らすために使用された時に、特に有益であり得る。
【００４５】
光学照明装置（１）の主要なコンポーネントの各々は、図２に例示されるように、関連付けられた幅を有する。具体的には、基部表面（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。それらの幅はすべて、主たる光線が光学照明装置（１）を通過するのに伴って伝播する方向に対して、垂直な次元で測られる。光学素子（１０）はさらに、幅（ＷＰ）に垂直な次元で、基部表面（１２）から出力面（１６）までを測定した（ＬＰ）の長さを有する。
【００４６】
特定の実施形態によれば、幅（ＷＬ）は幅（ＷＰ）未満である。２つの幅（ＷＬ）と（ＷＰ）が等しい場合もあるが、製造が容易なように、幅（ＷＬ）は幅（ＷＰ）未満であるのが望ましく、それによって、光学照明装置（１）の性能および操作にマイナスに影響することなく、ディフューザー（３０）および光学素子（１０）に対する光源（４０）の側面の配置におけるわずかな変化が可能になる。
【００４７】
基部表面（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）のコンポーネントを構成するために使用される特定の物質、および使用されるコンポーネントの特定の種類に左右される場合もある。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）の種類に応じて、光源（４０）の端部と基部表面（１２）の端部の間の、より大きなまたはより小さな間隔が求められる場合もある。好ましくは、図１および２に例示された光学照明装置（１）の特定の実装に示されるように、光学照明装置（１）の構成が容易なように、幅（ＷＤ）は幅（ＷＰ）と（ＷＬ）の双方よりも大きい。しかしながら、幅（ＷＬ）が幅（ＷＤ）と等しい場合もあり、および／または幅（ＷＰ）が幅（ＷＤ）と等しい場合もある。
【００４８】
ディフューザー（３０）は、光学素子（１０）の基部表面（１２）（つまり入力光開口部（１４））に光学的に取り付けられる。入力光開口部（１４）において光学素子（１０）にディフューザー（３０）を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、出力および色収差の両方の観点から、内部側壁面（２０）に沿った放射物（つまり光）の分配を均質にするために協同的に機能し、それによってより大きな（ＷＰ）対（ＬＰ）比（つまり基部対長さの比）を可能にする。より大きな比率は、光学照明装置（１）の全体的な形状係数の有意な減少を可能にする。ディフューザー（３０）と共に光学素子（１０）の構成は、大きな角度範囲での光線の収集、特に光源（４０）によって入力光開口部（１４）に放射されたとりわけ高い角度の光線の捕捉を可能にし、一方で同時に、出力光開口部（１８）における少なくとも８５％の空間的均一性を達成する。
【００４９】
ディフューザー（３０）は、基部表面（１２）の一部に、少なくともその一部が光学的に取り付けられた前面（３２）を含む。ディフューザー（３０）は、様々な方法で基部表面（１２）に光学的に取り付けられてもよい。特定の実施形態によれば、ディフューザー（３０）は光学素子（１０）に直接、刻み込まれてもよく、あるいは、光学素子（１０）とディフューザー（３０）は、１つの物質（例えば硝子）の板から刻まれ、またはエッチングされてもよく、それにより、光学素子（１０）とディフューザー（３０）は１つの物体から形成される。他の実施形態では、ディフューザー（３０）は、光学素子（１０）から分離した構造であり、光学接合剤などの接着剤を介して基部表面（１２）に光学的に取り付けられる。そのような実施形態では、空隙がディフューザー（３０）と光学素子（１０）との間に存在するとは限らないが、光学照明装置（１）の全体的な形状係数をさらに減らすために、空隙は存在しないのが好ましい。
【００５０】
特定の実施形態では、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）はさらに、前面（３２）に対向する裏面（３４）を含み、少なくともその一部は出力面（４２）の一部に光学的に取り付けられる。ディフューザー（３０）と光源（４０）との間の光学的な取り付けは、様々な方法で実施されてもよく、限定されないが、光学接合剤を介して、裏面（３４）と出力面（４２）のそれぞれの部分を接着接合することを含む。光源（４０）からの光を伝達する出力面（４２）の領域は、ディフューザー（３０）に取り付けられた出力面（４２）の領域より小さくてもよいことに、留意されたい。
【００５１】
一般的に、光学素子内に結合した（光源（４０）からの入力形態に対応する）ディフューザー（３０）からの光線は、３つの群に分類することができ、それぞれが３つの光線（２２）、（２４）、（２６）のうちの１つにより示される。光線（２２）によって示される光線の第１群は、ディフューザー（３０）の出力において、光軸（２８）に対して相対的に小さな角度（つまり、アークタンジェント（ＷＯ／２ＬＰ）のおよその絶対値未満の角度であり、ＷＯは出力面（１６）の幅である）で伝播する光線に対応する。光線（２２）は、内部側壁面（２０）から反射することなく、光学素子（１０）を通って光開口部（１４）と（１８）との間に直接、伝播する。
【００５２】
光線の第２群は、光学素子（１０）から放射される前に、内部側壁面（２０）の少なくとも１つからの少なくとも１回の反射を経る光線である。光線の第２群は、光線（２４）によって示され、光学素子（１０）内に結合され、出力光開口部（１８）を介して光学素子（１０）から放射される前に少なくとも１回、反射される。図１に示されるように、光線（２４）は、上方の内部側壁面（２０）から反射され、反射された光線（２５）は次に、出力光開口部（１８）を介して光学素子（１０）から放射される。明らかなように、第２群の光線は、内部側壁面（２０）の１つ以上によって反射される場合もある。例えば、光学素子（１０）が正方形あるい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装では、ディフューザー（３０）からの光線は、出力光開口部（１８）を介して光学素子（１０）から放射される前に、内部側壁面（２０）の１つから反射され、その後に第１の反射面に隣接する第２の内部側壁面から反射される場合もある。
【００５３】
特定の実施形態では、光学素子（１０）は、相対的に高い屈折率の物質から構成され、それによって第２群の光線は、内部側壁面（２０）による全内部反射（ＴＩＲ）にさらされる。そのような実施形態では、（光軸（２８）に対して）特定範囲の角度で伝播する、ディフューザー（３０）によって分配された光線は、屈折率によって定義された臨界角よりも大きい（内部側壁面（２０）に垂直に測定された）入射の同位角を有し、それによって、第２群の光線は、内部側壁面（２０）によるＴＩＲにさらされる。
【００５４】
特定の実施形態によれば、内部側壁面（２０）は、ＴＩＲを誘導する屈折率を有する物質から構成される代わりに、角度選択的な光反射物質でコーティングされてもよい。そのような角度選択的なコーティングは、特定の角度範囲内の光線が、内部側壁面（２０）によって反射されるようにし、およびそのような角度範囲外の光線が、内部側壁面（２０）を通って伝達されるようにする。代替的に、内部側壁面（２０）は、ＴＩＲを誘導する屈折率を有する物質から構成されると共に、角度選択的な反射物質でコーティングされてもよい。コーティングは、内部側壁面（２０）の特定領域、あるいは内部側壁面（２０）の全体に施されてもよい。光反射コーティングは、金属または誘電性のコーティングでもよく、特定の実施形態では、拡散反射体が有するような様々な拡散特性を有し、例えば  ３Ｍ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｆｉｌｍ  ３６３５−１００などのコーティングを用いて実装されてもよい。
【００５５】
光線（２６）で示される光線の第３群は、ディフューザー（３０）の出力において、光軸（２８）に対し相対的に大きな角度で伝播する光線に相当し、それは、（ＴＩＲを経るのに必要な臨界角未満、および／または角度選択的なコーティングによって画定された角度範囲外であるために）内部側壁面（２０）によって反射されない角度に変換する。そのように、第３群の光線は、内部側壁面（２０）からのいかなる反射も受けず、それゆえに出力光開口部（１８）を通って光学素子（１０）を出ることを妨げられる。図１に示されるように、光線（２６）は、相対的に高い角度で光学素子（１０）内に結合され、および内部側壁面（２０）の１つ（例えば、図１における上部側壁面）に衝突し、そこでは光線は反射によって出力光開口部（１８）へと再配向されることなく、上部側壁面を通って伝達されることで、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）内に結合される光線のおよそ４％〜７％のみが、内部側壁面（２０）を通って放射されるために失われる。言い換えれば、ディフューザー（３０）を介して光学素子（１０）内に結合される光線のおよそ９３％〜９６％は、第１または第２の光線群に分類される。したがって、ディフューザー（３０）を介して光学素子（１０）内に結合される光線の大部分は、その後、出力光開口部（１８）を通って光学素子（１０）から放射される。
【００５６】
特定の実施形態では、光学素子（１０）は、例えば１．３３から１．５１６８の範囲の、相対的に低い屈折率の物質から構成される。低い屈折率は、ディフューザー（３０）により出力される光線のいずれも、光学素子（１０）内に結合されるに際してＴＩＲにさらされないように、効果的に臨界角を増大させる。そのような実施形態では、内部側壁面（２０）の全体または一部は、内部側壁面（２０）から結合される光線の反射を達成するために、好ましくは角度選択的な反射物質によってコーティングされる。相対的に低い屈折率は、高い屈折率の物質を使用する時に可能になるよりも、入ってくる光線が光学素子（１０）へとより素早く展開することを可能にすることに留意されたい。これは、複合放物面集光などの従来の集光と比較した場合、より短い長さの（ＬＰ）を用いて出力光開口部（１８）を均一に充填することを可能にする。
【００５７】
当業者によって理解されるに違いないように、図１に示される光線（２２）、（２４）および（２６）は、光波を抽象化したものであり、およびディフューザー（３０）から光学素子（１０）内へと結合される光線を表すものである。光線（２２）、（２４）、（２６）は、光軸（２８）に対する広い範囲の角度をカバーするような多数の類似の光線のうちの３つにすぎず、均一に出力光開口部（１８）を充填するために光学素子（１０）を通る、相応する軌道経路（そのいくつかは、１つ以上の内部側壁面（２０）からの反射を含む）を有する。
【００５８】
光学素子（１０）は、光学照明装置およびシステムにおいて一般に使用される様々な種類の物質から構成されてもよい。特定の実施形態によれば、そのような物質は限定されないが、プラスチックと硝子を含んでもよく、それは、光学素子（１０）の屈折率のさらなる減少を可能にする。特定の実施形態では、面（１２）、（１６）、（２０）は、屈折率をさらに１（あるいはほぼ１）に減らすために、大気中または真空中で空洞部を画定する場合もある。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硝子の空洞化された部分として構成されてもよく、そこは、物質（例えば硝子）の塊あるいは板の内部部分が、光学素子（１０）を形成する空洞化された穴（例えばピラミッド状の構造）が残るまで、刻まれ、あるいは切り取られる。刻み、または切り取りの後に、内部側壁面（２０）を形成する光学素子（１０）の内部の面は、反射性コーティング（例えば角度選択的な反射コーティング）あるいは拡散性のコーティングでコーティングされてもよい。
【００５９】
光学照明装置（１）の主要なコンポーネントに加えて、限定されないが、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）を含む付加的なコンポーネント（例えば光学素子とデバイス）を任意で、基部表面（１２）および／または出力面（１６）において、光学素子（１０）に光学的に取り付けてもよい。そのようなレンズおよびプリズム箔の使用はさらに、出力光開口部（１８）をまたがる光の均一性を向上させる。図６は、出力面（１６）への取り付けを介し、出力光開口部（１８）において光学素子（１０）に光学的に取り付けられたレンズ（５０）として実装された付加的なコンポーネントを含む光学照明装置（１）の特定の実施形態を例示する。図６に例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）は代替的に、凸レンズあるいは一連のレンズとして実装されてもよい。ある実装では、図６に例示されるように、レンズ（５０）は必ずしも出力光開口部（１８）の面領域をすべて覆わなくてもよいが、実際に上記面領域の一部のみを覆ってもよい。
【００６０】
特定の実施形態では、例えば３Ｍ  Ｄｕａｌ  Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｆｉｌｍ（ＤＢＥＦ）などの反射偏光子は、例えば光学接合剤を介した出力面（１６）への取り付けにより、出力光開口部（１８）に配置される。出力光開口部（１８）への反射偏光子の配置は、偏光リサイクルを誘導し、これは、光源（４０）は非偏光源であるが、光学照明装置（１）の出力において偏光された光が望ましい状況において、特に有益であり得る。出力光開口部（１８）への反射偏光子の配置はさらに、光学素子（１０）から放射される光の明るさを増大させる場合もある。
【００６１】
さらに、および上述されたように、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場合に、特に有益であり得る。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）である実装において、マイクロディスプレイは、出力光開口部（１８）から照明を受け取るために出力面（１６）において光学素子（１０）に光学的に取り付けられてもよい。マイクロディスプレイが反射型ディスプレイ（例えばＬｃｏＳ（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ））として実施される実装では、中間の光学的配置、例えば偏光ビームスプリッタプリズムは、出力光開口部（１８）からマイクロディスプレイの反射面へと偏光された光を供給するために、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】
前述の付加的なコンポーネントは、基部表面（１２）および／または出力面（１６）に刻み込まれ、あるいは（例えば光学接合剤により）接着接合されてもよい。そのような付加的なコンポーネントが光学素子（１０）に接着接合されている実施形態では、光学照明装置（１）の全体的な形状係数を制限するために、そのような接合が空隙なしに実施されるのが好ましい。
【００６３】
付加的なコンポーネントが基部表面（１２）において光学素子（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）は付加的なコンポーネントを介して光学素子（１０）に取り付けられる。特に、ディフューザー（３０）の前面（３２）の部分は、付加的なコンポーネントの前部（つまりディフューザー（３０）の近位部分）に取り付けられてもよく、および基部表面（１２）の部分は、付加的なコンポーネントの後部（つまり光学素子（１０）の近位部分）に取り付けられる。そのように、付加的なコンポーネントの入力開口部（例えばレンズの入力開口部）は、付加的なコンポーネントと光学素子（１０）の組合せから生成された光学ユニットの全体的な入力開口部として機能し、および付加的なコンポーネントの前面は、その上に入力開口部が形成された光学ユニットの全体的な基部表面として機能する。
【００６４】
図７は、レンズ（５２）として実装された付加的なコンポーネントを含む光学照明装置（１）の特定の実施形態を例示する。図７に例示された実施形態では、レンズ（５２）は、基部表面（１２）への取り付けを介して入力光開口部（１４）において光学素子（１０）に光学的に取り付けられた負のレンズ（つまり凹レンズ）である。入力光開口部（１４）にそのような負のレンズを含むことで、さらに、出力光開口部（１８）をまたがる光の均一性を向上させ得る。ディフューザー（３０）はレンズ（５２）を介して光学素子（１０）に連結される。特に、ディフューザー（３０）の前面（３２）の部分は、レンズ（５２）の前部（つまりディフューザー（３０）の近位部分）に取り付けられ、および、基部表面（１２）の部分は、レンズ（５２）の後部（つまり光学素子（１０）の近位部分）に取り付けられる。したがって、レンズ（５２）の入力開口部は、レンズ（５２）と光学素子（１０）の組み合わせから生成された光学ユニットの全体的な入力開口部として機能し、およびレンズ（５２）の前方の凹状面は、その上に入力開口部の形成された光学ユニットの全体的な基部表面として機能する。
【００６５】
本明細書で使用される単数形の「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に指示しない限り、複数の引用を含む。
【００６６】
用語「典型的に（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」は、本明細書中で、「実施例、例または例示としての役割を果たす」ことを意味するために、本明細書において使用される。「例示的（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」と記載される実施形態は、他の実施形態よりも好ましい又は有利であるものとして解釈されるとは限らず、および／または、他の実施形態から特徴を組み込むことを必ずしも除外しない。
【００６７】
明確にするために、別個の実施形態の文脈において記載される本考案の特定の特徴は、単一の実施形態において組み合わせて提供されてもよいと理解される。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る本考案の様々な特徴は、別々に、または任意の適切な部分的組み合わせで、あるいは本考案の他の記載された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において記載された特定の特徴は、それらの要素無しでは実施形態が作動しないのでなければ、それらの実施形態の本質的特徴とは認められない。
【００６８】
本考案は、その特定の実施形態と併せて記載されてきたが、多くの代替、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に属する、そのような全ての代替、変更および変形を包含す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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