JPH0643325A - テーパ状多層照明装置 - Google Patents

テーパ状多層照明装置

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JPH0643325A
JPH0643325A JP5064307A JP6430793A JPH0643325A JP H0643325 A JPH0643325 A JP H0643325A JP 5064307 A JP5064307 A JP 5064307A JP 6430793 A JP6430793 A JP 6430793A JP H0643325 A JPH0643325 A JP H0643325A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】任意の角度にて光線を平行にと投射でき、光線
を収束して導入角度を制御することができるようにす
る。 【構成】光を光源から受光するくさび状断面を有する層
１２と、くさび状断面の層に連結された第１の層２８と
は、くさび状断面の層と装置外部との間の臨界角θより
大きな臨界角θｃを備えた界面を形成する。界面はくさ
び状断面の層内の光が底面に対してなす角度がθｃより
も小さい時にこの光を所定角度方向に進行させ、くさび
状断面の層内の光が装置外部へ通過する前に第１の層内
に進入させて、光学装置から外部に光を投射する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は照明光を選択する照明
装置に関し、より詳細にはバックライト用、照度及び光
集中制御用の、くさび状又は円盤状の斜状照明装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】液晶ディスプレーをはじめとする照明装
置には多様な態様が存在する。平板パネル状液晶ディス
プレーにおいては、コンパクトは光源として適切なバッ
クライトを与えることが重要である。一般的な照明を目
的とするくさび状の光学装置が周知である。この装置の
大端部に光が入った後、内部において光がテーパ面にて
反射されて、その反射角が反射界面の臨界角になると、
光はくさび状装置から外部に出る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな装置では光線を非平行状態で照射して、光線が両側
から放射されるため光源として充分な効果を発揮しない
ことがある。
【０００４】従って、この発明の目的は従来品を改良し
た照明装置及びその製造方法を提供することにある。こ
の発明の別の目的は三次元照明装置を提供することにあ
る。
【０００５】この発明の更に別の目的はバックライティ
ング等の照明目的に使用されるくさび状の多層装置を提
供することにある。この発明のさらに別の目的は選択制
御及び光線の収束を行うためのくさび状装置を提供する
ことにある。
【０００６】この発明のさらに別の目的は表面から任意
の角度にて光線を平行に放射することが可能な照明装置
を提供することにある。この発明のさらに別の目的は改
良を加えた光線ガイドを提供することにある。
【０００７】この発明のさらに別の目的は、照射のため
に透過角度を制御するとともに、放線の収束のために
導入角度を制御することができる照明装置を提供するこ
とにある。
【０００８】この発明のさらに別の目的は、長方形状の
表面領域から平行な照射を発生させるための多層型光学
くさびに対して蛍光管光源が連結された照明システムを
提供することにある。 この発明のさらに別の目的は、
照明装置の空間パラメーター全体にわたって屈折率が可
変である照明装置を提供することにある。
【０００９】この発明のさらに別の目的は、任意の空間
パラメーターに沿って非直線的勾配を備えた光学楔照明
装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び作用】上記した目的を
達成するために、この発明は、集光及び選択して投光す
るための光学装置であって、受光し、かつ光屈折率ｎ1
及び少なくとも傾斜角度φを規定するために収束するく
さび状の上面及び底面を有するくさび状断面の層と、前
記くさび状断面の層は前記上面及び底面を結ぶ背面と、
同背面と反対側に設けた端面とを備え、前記背面は端面
よりも厚く、かつ背面を通して光が入射されるようにな
っていることと、光屈折率ｎ2 を有し、かつ前記くさび
状断面の層の底面に連結された第１の層と、前記第１の
層及びくさび状断面の層は、くさび状断面の層と周囲の
物との間の臨界角θa より大きな臨界角θc を備えた光
学的実効界面を形成し、この実効界面はくさび状断面の
層内の光が底面に対してなす角度がθc よりも小さい時
にこの光を角度をもって通過させる手段を形成すること
と、前記θc −θa は角度φ以上となり、前記くさび状
断面の層内の光が周囲の物に通過する前に第１の層内に
進入させることと、前記光学装置から周囲の物に光を投
光する手段とを設けたことをその要旨とする。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に従って詳述す
る。本実施例に従って構成された多層照明装置は図２お
いて符号１０によって示されている。公知のくさび部材
１１は図１に示されている。このくさび部材１１の内部
において、光線はくさび部材１１の表面にて反射され
て、反射角が臨界角<Sin-11/n>になると反射が終了され
る。なお、ｎはくさび部材１１の屈折率を表す。光はく
さび部材１１の頂部表面及び低部表面から均一に、かつ
異なる通過角度をもって照射される。
【００１２】図２(A) に示す多層照明装置１０（以下、
単に「装置１０」という）は、光屈折率がｎ1 であるく
さび状層１２を備えている。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は図２
(A)及び図２(C) に隣接する位置に示され、うちＹ軸は
紙面に直交する方向に延びている。くさび状層１２によ
く使用される材料はガラス、ポリメチルメタクリレイ
ト、ポリスチレン、ポリカーボネイト、ポリビニルクロ
ライド、メチルメタクリレイト／スチレンコポリマ（Ｎ
ＡＳ）及びスチレン／アクリロニトリル等の透明材であ
る。くさび層１２は更に、上面１４、低面１６、側面１
８及び背面２０を備え、背面２０は厚さＡ0 を有するよ
うに形成されて上面１４、低面１６、側面１８を結んで
いる。管状をなす蛍光灯２２等の光源は背面２０からく
さび状層１２内に光２３を投射する。光２４は内部で層
の表面で何度も反射され、くさび状層１２に沿って端２
６に向かう。上面１４及び底面１６が平坦である場合に
は、これら上面１４と底面１６による直線状のテーパの
傾斜角はφとなっている。両面１４，１６にて非直線状
のテーパが形成される場合には、連続体のなす角度をφ
と設定することができる。この非直線状テーパは光の照
射や収束について所望の制御を行うために設計される。
この非直線状テーパについては後述する。
【００１３】くさび状層１２に対してエアギャップを介
在させることなく、第１の層２８が連結されている。第
１の層２８は光屈折率ｎ2 を有し、底面１６に対して光
学的に連結されている。層２８の厚さの範囲は若干の波
長に相対する値から大きな値にまで設定可能であり、所
望の機能を発揮することができる。この結果、テーパ層
１２と第１の層２８の間に生ずる誘電体の界面の臨界角
は、テーパ層１２とこれを取り巻く物（ambient ；以後
「周囲の物」という））との間の界面の臨界角よりも大
きくなる。後記からも明かなように、この特徴は装置１
０から光２４が所望の角度で照射されることを許容す
る。
【００１４】第１の層２８には第２の層３０が連結され
ている。第２の層３０は光屈折率ｎ 3 を備えており、こ
れは第１の層２８の光屈折率ｎ2 よりも大きな値であ
り、かつｎ1 よりも大きな値であることが望ましい。こ
のように、光屈折率を設定すると、光２４は第１の層２
８を経て第２の層３０に達するようになる（図２(B) で
明確に示されている）。最も好ましい具体例では、ｎ3
＞ｎ1 ＞ｎ2 であり、第１の層２８と第２の層３０との
間にエアギャップは介在しない。
【００１５】このような多層形状の装置１０において、
上面１４から反射する毎にくさび状層１２は入反射角か
ら傾斜角２φ（底面１６に対する垂線に関する傾斜角）
を減ずる。底面１６に関する入反射角が、くさび状層１
２及び第１の層２８間の界面の臨界角よりも小さい時
に、光２４は第１の層２８に連結される。従って、第１
の層２８及びこれに関連する光学的な臨界物は、下記の
条件が満たされた時に光２４を角度をもって通過させる
ためのフィルターを形成する。
【００１６】
【数１】
【００１７】即ち、ここに示される臨界角は空気及びく
さび状層１２間の界面の臨界角よりも大きい。従って、
仮に２つの臨界角にφ以上の差がある時には、光２４は
くさび状層１２と第１の層２８との間の界面を横切り、
上面１４を経てくさび状層１２から外部に照射される。
この結果、２つの臨界角の差がφ内の場合には、光の一
部が上面１４から外部に照射される。このように、まず
底面１６のために条件θ< θc が満たされるように装置
１０は構成される。また、例えばｎ3 ＞ｎ2 の条件が満
たされる限りは、脱出光２４（層２８に入った光）は第
２の層３０に入る。そして、光２４は第２の層３０内で
平行光線２５になる。これは、くさび状層１２に隣接
し、かつ第２の層３０との間に光屈折率に関して適切な
関係を有する第１の層２８によるものである。
【００１８】装置１０から光２４が照射される角度を制
御するために、第２の層３０は図２(E) に示すような着
色層３３又は図２(B) ，２(C) に示すような切り子面３
４のような光を拡散させる手段を備えている。着色層３
３は、例えば特有の屈折率を有する分子を所定率のもと
に分布させて構成してもよい。これを適切に行うことに
より、光はくさび状層１２を経て周囲の物内に逆進した
り（図２(A) および図２(C) の光２９を参照）、第２の
層３０から直接に周囲の物内に出たりする（図２(E) の
光２９′参照）。着色層３３は画像や他の視覚情報を好
ましい状態で映し出すために使用される。
【００１９】本発明の別例においては、”ｎ”の値に関
連する複数の層が更に設けられている。この場合では、
屈折率が最も低い層の屈折率を使用して所望の光学的作
業を行うことが望ましい。例えば、この最小屈折率は口
径や照射角度を求める式の中でｎ2 に代わって用いられ
る。
【００２０】切り子状表面３４は光２９を反射して、第
２の層３０、第１の層２８およびくさび状層１２を通し
て周囲の物内に逆進させる（図２(A) ，２(C) 参照）。
図２(B) に示すように、切り子面３４間の距離は回折効
果（diffraction effect)を防止するのに充分なだけの
大きさになっており、かつなんらかの方法に探知されな
いように充分な小ささになっている。前記した距離は均
一ではなく不規則的になっているが、これによって望ま
しくない回折効果が軽減される。典型的なバックライテ
ィング備えたディスプレーでは、前記距離を０．００１
−０．００３インチに設定することにより、所望の目的
を達成することができる。
【００２１】切り子状面３４は再送される光が装置１０
から外部に照射される際の角度を制御するためのもので
ある。層３０における照射角の配置は下記の式にて求め
られる幅を有している。即ち、
【００２２】
【数２】
【００２３】φは極めて小さな値であることから、装置
１０はコリメータとして有効に機能する。従って、直線
的な切り子状面３４に対して、再送される光２９の空気
中における角度を下記の式にて求めることができる。
【００２４】
【数３】
【００２５】複数の異なる界面からのフレスネル反射
は、照射角度を２φを超える値にまで広げる。しかし、
図２(B) に示すように反射防止用コーティング３１を内
部界面に施すことで照射角度の広がりを防止することで
きる。
【００２６】図示する実施例のための輝度率（brightne
ss ratio／以後ＢＲという）はエテンデュー・マッチ
（etendue match ）や図２(D) に従って決定される。Ｂ
Ｒは以下のように求めることができる。
【００２７】ＢＲ＝照明領域／全体領域
【００２８】
【数４】
【００２９】（殆どの透明誘電材料に適用）例えば、く
さび状層１２はアクリル（ｎ1 ＝１．４９）にて形成
し、第１の層２８をフルオロポリマ（ｎ2 ＝１．３−
１．３４）又はゾル−ゲル（ｎ2 ＝１．２−１．３）に
て形成することができる。更に、第２の層３０はポリカ
ーボネイト（ｎ3 ＝１．５９）、ポリスチレン又は空気
界面において金属化されたアクリル（ｎ3 ＝１．４９）
にて形成することができる。
【００３０】図２(B) ，２Ｃに示した平坦、即ち直線状
の切り子状面３４は入射光２４を再送し、さらには入射
角の範囲をほぼ維持する。図３(A) ，３(B) に示す曲線
状の切り子３６は同じく入射光２４を再送するが、この
切り子３６の曲率により再送される光２９の外部照射時
における角度が決定される。例えば、湾曲したトラフ形
状（trough-shaped ）をなす鏡は平行光線を一線上の焦
点に収束させることができる。加えて、凹面は実像を、
凸面は虚像を発生させる（図３(B) 参照）ことは周知で
ある。それぞれの場合において、所望の照射角度範囲内
において光線源から不均等に照射される光に像（光源
像）は等しくなっている。結果として、このようなトラ
フ形状の切り子３６は並んで第１の層２８から平行に入
射してくる光２５を再送して、複数の光源像は再送光２
９を形成する。湾曲した切り子３６の離間距離を肉眼で
確認可能な範囲よりも小さく設定することにより、光線
源は結果として極めて均一に並べられているように見え
る。前述したように、切り子の離間距離を１インチ中に
５００本の光線を放射すべく、０．００２インチに設定
すると、このような結果を生ずる。
【００３１】照射角度範囲の変化によって照度の変化を
示す例が図４(A)-４(C) に示されている。図４はディフ
ューザー要素４０（図２(C) において仮想線で示す）を
使用した場合の照度の分布を示すものである。これによ
ると、異なる角度範囲に対応して予測される照射状態が
示され、これが実際に計測した光の照射角度と比較され
ている。なお、光の計測にはディスプレー・エンジニア
リング社（Display Engineering ）の商標であるウエッ
ジ・ライト・ユニット（Wedge Light Unit) が使用され
ている。この際、各種の視覚的要求を満たすため、好ま
しい角度範囲は容易に変更可能である。この変更は湾曲
切り子３６の曲率を変えることにより達成される。上下
方向に目視角度範囲を図示したように制御することに加
えて、湾曲切り子３６の曲率を適切に変化させれば、水
平方向における目視角度範囲を圧縮したり変更したりす
るこも可能である。上記した角度分布は、装置１０が口
径ＮＡ＝（ｎ1 2−ｎ2 2）1/2 ）の範囲内で光２９を処理
するときに適切なものとなる。かりに、光がこの範囲外
にあるときには、照射角度の調整はより困難なものにな
る。
【００３２】湾曲切り子の形状としては、放物線、楕
円、双曲線、環状及びこれらの組み合わせが考えられ
る。従って、使用者は異なる設計の切り子を使用した
時、それぞれの場合における照明の平均的な照度の分布
を認識することが可能となる。どのような形状であろう
と、切り子面３４は周知の鋳造加工にて形成されること
が望ましい。この公知の方法においては大事な過程は、
マスターツールによる超微細加工である。この加工は、
適切な形状を有するダイアモンド工具により線引き加工
を施すことにより行われる。結果として、このようにし
て得られた型は第２の層３０に所望の形状を浮き出させ
る。直接に線引き切削した表面も使用可能であるが、上
記した浮き出し方法はより望ましい。非直線くさび 本発明の別の態様によると、まず第１に光のガイドであ
るくさび状層１２は、これまでに述べた直線状以外の形
状であってもよい。これらの形状に層１２を形成するこ
とにより、光の分布の選択がより広汎な範囲において可
能になる。他の形状は、図２(B) 、２Ｃに示されるくさ
び軸（wedge axis）”ｚ”（入力端から小端２６に延び
る座標軸）の機能としてくさび状層１２の厚さに関連づ
けて、より一般的に説明することができる。直線てきな
くさびは以下の数式で特長を表すことができる。
【００３３】
【数５】
【００３４】Ａｏ＝くさびの最大厚さ（図２(A) 参照） Ｃ＝定数＝ｔａｎφ 空間及び角度の分布を広い範囲内で選択可能にしたこと
により光を照射する力（第２の層３０に連結された力）
が得られる。この照射力はほぼ切り子状をなす表面３
４、３６又は拡散反射器３３又は別の手段により周囲の
物に送出するために得ることができる光である。
【００３５】仮に、ＬとＭとがｘ軸及びｙ軸に沿った方
向余弦であるならば、Ｌｏ及びＭｏはＬ及びＭの厚端
（ｚ＝０）における値である。この初期における超関数
は、充分に定義された角度範囲内で、その範囲外には光
は殆ど或いは全くないランベルシャン（Lambertian) で
ある。この超関数は、理想的な非画像光学要素は制限さ
れたランベルシャン照射超関数を有しているところか
ら、極めて重要である。重要な関係は断熱的に不変であ
り、ＡｏＬｏにほぼ等しいＡ（ｚ）ｃｏｓ（θｃ）は暗
黙のうち脱出の位置（ｚ）をあたえている。この概念を
図式化べく、均一の照射を求めるものとしてｄｐ／ｄｚ
＝一定であると仮定する。さらに、最初の相空間は図６
に示す楕円を埋めるものと仮定し、以下の式にて楕円を
表す。
【００３６】
【数６】
【００３７】そして、ｄＰ／ｄＬ＝定数・［１−Ｌ2/σ
2 ］1/2 しかし、ｄＡ／ｄＺ＝［Ａ0/ＬC ］ｄＬ0/ｄＺ なお、
ＬC ＝ｃｏｓθC 従って、［１−（ＬC Ａ）2/（Ａ0
σ）2 ］1/2 ｄＡ＝常数・ｄＺ この実施例ではσ＝ＬC とする。これにより、Ａ／Ａ0
＝ｓｉｎ ｕを代入して解釈可能になり、以下のような
結果を得ることができる。
【００３８】
【数７】
【００３９】
【数８】
【００４０】なお、Ｄはくさびの長さ。もし、各ユニッ
トの長さ毎に所望する力がｄＰ／ｄＺであるならば、く
さび状相２の形状は下記の式で決定される。
【００４１】
【数９】
【００４２】これら全ての場合において、照射分布は、
フレネル反射によって変更されるところからほぼ所望の
形状をとるに過ぎない。さらに、装置１０が湾曲してい
ても、その曲率が大き過ぎないときには、システムの性
質を表す平均角度φを割り出すのに役立つ。
【００４３】本発明の別の態様によれば、例示した装置
は屈折率ｎ1 ，ｎ2 を有する２つの屈折手段の間のｘ，
ｙ界面を備えた形状をなす。要素ｎＭ，ｎＮは界面を横
切るように維持され、ｎ1 Ｍ1 ＝ｎ2 Ｍ2 ，ｎ1 Ｎ1 ＝
ｎ2 Ｍ2 となる。ｘ，ｙ面に投射された光の入射角は
【００４４】
【数１０】
【００４５】で求めることができる。上記の関係式を使
用して
【００４６】
【数１１】
【００４７】という式を求める。そして、例えば、ｎ1
＝１．４９，ｎ2 ＝１．３５，Ｍ1 ＝０．５とすると、
有効率は１．０３５（ｎ1 ／ｎ2 ）であり、これは実際
の率より僅かに大きいに過ぎない。空間パラメータにおける屈折率の変化 くさび状の光ガイドを一般的にいって、くさび状相１２
はｚ軸に沿って延び、幅がｘ軸に沿っている（例：図２
(A) ）。光学的な方向余弦（ｎＬ，ｎＭ，ｎＭ）を採用
するものとする。ここで、Ｌ，Ｍ，Ｎはｘ，ｙ，ｚに沿
った幾何学的方向余弦であると、ｎは空間位置ともに変
化する屈折率となる。光線がくさび状層１２内に案内さ
れると、ｘ内における動作は殆ど周期的なものであり、
光線がｚに沿って伝搬するため１周期内における量∫nL
dxは一定である。この特性は、断熱不変性（adiabatic
invariance) と称され、光案内特性を分析するための有
用な枠組となる。
【００４８】第１の例では、図２(A) に示した装置１０
はくさび状層１２内において均一な屈折率を有し、ｚ内
では直線的なテーパ形状をなし、その幅はＡ（ｚ）＝Ａ
ｏ−Ｃ・ｚ の式で表される。そして、ジグザグ式の光
線通路に沿ってＬ（ｚ）Ａ（ｚ）は断熱不変性の定数と
ほぼ等しい。ある光線がｚ＝０、Ｌ＝Ｌｏで進行を開始
したとすると、（Ａｏ−Ｃ・ｚ）Ｌ（ｚ）はＬｏＡｏに
ほぼ等しくなる。このあと、Ｌ＝ｃｏｓθｃ（θｃは臨
界角＝［1-(n2/n1)2］1/2になると、光線はくさび状層
１２から漏出する。従って、くさび状層１２から離れる
条件はＡｏ−Ｃ・ｚ＝ＬｏＡｏ／ｃｏｓθｃである。こ
れはｚ＝（Ａｏ／Ｃ）（１−Ｌｏ／ｃｏｓθｃ）の時に
起きる。結果として、ｚ内の光線の密度は初期方向余弦
Ｌｏ内の光線の密度に比例する。例えば、Ｌｏ内の初期
分布状態が均一であるなら、密度は均一である。
【００４９】第２の例においては、屈折率のグラフは均
一を示しておらず、ｘ及びｚにおいて下がっている。仮
に、ｚ内ではｘ内よりも下がりが非常に緩慢であるなら
ば、光線通路は未だに周期的であり、断熱不変性は適用
される。そして、光線２４がｚ内に進入すると、ｘ，ｎ
Ｌ空間における通路は殆ど周期的になる。従って、Ｌ
（ｚ）の最大値は増加し、ｚにおいて脱出のための臨界
値に達する。この脱出のためのｚの値は屈折率ｎの詳細
な推移に基づく。この値が特定されると、第１の例と同
様に分析が進められる。よって、放物線状の屈折率グラ
フでは、屈折率グラフの形状は、
【００５０】
【数１２】
【００５１】但し
【００５２】
【数１３】
【００５３】但し、｜ｘ｜＞ρ で表すものとなる。そして、ｘ＝０の臨界角は下記の式
にて求めることができる。
【００５４】
【数１４】
【００５５】そして、ｚの機能がゆっくりと減少するｎ
ｏにおいては、ｘ＝０での勾配θは∫nLdxの断熱不変性
によって徐々に増加する。このとき、θは減少し光線は
脱出する。光線の分布の詳細は、屈折率（ｎ）がｚに従
っていかに変化するかによる。非くさび状テーパ形状 一般的にいって、光はいかなる形状（例：平行６面体、
円筒体又は不均一なくさび体）の層内にも投射可能であ
る。ところが、層が周囲の物に光を照射するための手段
に連結された時には、適切な結果を得るために、屈折率
は（ｘ，ｙ，ｚ）内で所望の変化をする。
【００５６】図５に示すような径方向ｒに傾斜する円盤
状の光ガイド４６を例に説明する。円筒状極座標の方向
余弦はｋｒ，ｋθ、ｋｚである。このガイド４６内を進
む光４８は下記の関係を満足させる。
【００５７】∫nkz dz〜定数 （断熱不変性） nrkθ＝定数 （角運動量保存） 断熱不変性の条件は装置１６における場合と同様であ
る。そして、装置１０に関する従前の説明はガイド４６
にも該当する。角運動量保存の条件は、光源４７から拡
径しながら外方に向かう光の流れを必要とする。従っ
て、光は径が増すなかで、径方向において平行になる。
これにより、特性は装置１０と似たものとなり、光４８
は面５１に対して選択された角度で照射される光５２と
なってｚ方向に平行にされる。
【００５８】図示の便宜上、ガイド材は不変の屈折率ｎ
を有するものとして示す。このような幾何学的条件下で
は、５Ｂ−５Ｂ線における二次元の断面に沿う光線４８
は、前述したくさび内と同様に動作する。同様に、種々
の層５４，５６が追加され、他の手段も所望の光学操作
のために使用され得る。例えば、円盤状の光ガイド４６
を使用する場合には、切り子の列５６は光ガイド４６と
同心の環状であることが望ましい。よって、切り子の列
５６が断面において直線的ならば、前述した装置１０内
における場合と同様に、光線５２は屈折率の実効値の２
φ倍の角度の中で平行な方向に照射される。
【００５９】装置１０は選択された接着材と積層とを注
意深く行うことにより製造される。例えば、屈折率ｎ１
のくさび層１２は屈折率ｎ２の第１の層２８に接着材に
より付着されている。図３に示すように、接着材層６０
は液状な状態で第１の層２８の上面に対して塗布され、
かつ層２８はくさび層１２の底面１６に接着剤によって
結合されている。一般的に、種々の層を結合する作業は
任意の順序で行えばよい。
【００６０】くさび層１２を第１の層２８及び他の同種
の層に重合させる過程は、おおむね滑らかな面よりなる
内部層の界面を形成する工程を含むものであることが望
ましい。もし、不適切な状態に製造されら、内部層が作
業に悪い影響を与える。なぜならば、異なる屈折率を有
する層間の各界面は、独自の臨界角を有する反射面とし
て機能するからである。界面が滑らかに形成されている
と、平ではない表面の悪影響が無視することができる。
従って、装置１０において色々な層を積載するには、接
着剤及び／又は滑らかな界面を形成するための接合技術
を使用する必要がある。積層過程の例として、接着剤層
を追加することなく接合することが挙げられる。
【００６１】最も好適な実施例では、もし粗い面があっ
たら光の分布を歪ませる内部層を追加することなく、層
の積載を行うことが望ましい。装置１０においてこのよ
うな形態はくさび層１２と第２の層３０との間に液状層
である。第１の層２９（例えば液状層）が接着剤として
作用すれば、この方法の効果は極めて大きい。接着剤を
付与するのは、装置１０の種々の層を連結させる前後い
ずれでもよく、一度に全部又は一部づつ付与してもよ
い。このようにして、くさび状面１２の底面及び第２の
層３０の上面により光学的界面が形成される。
【００６２】接着剤層にコーティングを施した他の実施
例によれば、第１の層２８は第２の層３０に施されたコ
ーティングである。そして、第２の段階において、コー
ティングされた薄膜がくさび状層３０に対し、接着剤に
より積層される。なお、第２の層３０は連続したロール
状の薄膜であることから、くさび状層１２に直接屈折率
の低いコーティングを施すよりは、第２の層３０に施す
ことが望ましい。実際には、コーティングはこのような
連続的なロール材に行うほうが、分離されたものに行う
よりもコストの削減が可能である。この方法によると、
後で施された屈折率が低い層の厚さを調整することがよ
り効果的である。
【００６３】次の実施例では１つの薄膜と２つの接着剤
を使用し、第１の層２８は打ち抜き加工又は鋳造加工さ
れた薄膜にて形成されている。第１の層２８はくさび状
層１２に対し、又はくさび状層１２及び第２の層３０の
間に接着剤にて積層されている。前述したような悪影響
を与える光の散乱を防止するために、接着剤層は平坦か
つ滑らかな必要がある。薄膜は屈折率が低い市販の廉価
な材料を使用すればよい。このような、追加される接着
剤層は、層間に接着剤を有する多層構造であるところか
ら、強度を向上させる。
【００６４】接着剤を使用は以下のような効果を生ず
る。即ち、くさび状層と第１の層との間の接着剤の光屈
折率が第１の層２８の光屈折率に可能な限りに近いと
き、装置１０は最も効果的に動作する。くさび／接着剤
界面における臨界角が可能な限り低いとき、光が装置１
０から外部に出る前に、低質の薄膜からの反射が最も少
なくなる。加えて、第１の層の薄膜の表面における光屈
折率の変化は最も少なくなり、薄膜表面の粗さの影響を
受けることを減少させる。
【００６５】さらに、製造方法の別例として、第１の層
２８が極めて薄い点に着目し、このの層を蒸着、スッパ
タリング又はイオン蒸着することも可能である。同様
に、図２(B) に示すように、第２の層３０により切り子
状層を形成するようにしてもよい（マスキング等）。
【００６６】なお、この発明は上記した実施例群に拘束
されるものではなく、発明の主旨から逸脱しない限りに
おいて任意の変更は可能である。
【００６７】
【発明の効果】以上詳述したように、この発明は選択制
御及び光線の収束を行うことができ、任意の角度にて光
線を平行に放射することが可能であり、さには照射のた
めに透過角度を制御するとともに、光線の収束のために
導入角度を制御することができるという優れた効果を
発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のくさび型光パイプを示す説明図である。
【図２】（Ａ）は本発明における多層くさび装置を示す
説明図である。（Ｂ）は図２（Ａ）の一部拡大説明であ
る。（Ｃ）は第２の切り子層を拡大して描いた図２
（Ａ）を強調するための説明図である。（Ｄ）は照度を
決定するために３つの層の幾何学的な関係を示す説明図
である。（Ｅ）は底面が滑らかな層を有する多層くさび
装置を示す説明図である。
【図３】（Ａ）は第２の層の周囲の物側に湾曲切り子を
有する多層くさび装置を示す説明図である。（Ｂ）は複
数の異なる層の接合を示す一部拡大説明図である。
【図４】（Ａ）は照明角度の非対称範囲の角度全体にわ
たる照度の変化を計算して示す線図である。（Ｂ）は照
明角度の対称範囲の角度全体にわたる照度の分布の変化
を計算して示す線図である。（Ｃ）は図４（Ｂ）におけ
る対称の角度全体にわたる照度の変化を計算して示す線
図である。
【図５】（Ａ）は円盤状光ガイドの平面図である。
（Ｂ）は図５（Ａ）の５Ｂ−５Ｂ線における断面図であ
る。
【図６】楕円が初期相のエアにて充填される状態を示す
説明図である。
【符号の説明】
１０…光学装置、１２…くさび状層、１４…上面、２０
…背面、２４…光、２６…端面、２８…第１の層、３０
…第２の層、３４…切り子面。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】集光及び選択して投光するための光学装置
    であって、 受光し、かつ光屈折率ｎ1 及び少なくとも傾斜角度φを
    規定するために収束するくさび状の上面及び底面を有す
    るくさび状断面の層と、 前記くさび状断面の層は前記上面及び底面を結ぶ背面
    と、同背面と反対側に設けた端面とを備え、前記背面は
    端面よりも厚く、かつ背面を通して光が入射されるよう
    になっていることと、 光屈折率ｎ2 を有し、かつ前記くさび状断面の層の底面
    に連結された第１の層と、前記第１の層及びくさび状断
    面の層は、くさび状断面の層とアンビエントとの間の臨
    界角θa より大きな臨界角θc を備えた光学的実効界面
    を形成し、この実効界面はくさび状断面の層内の光が底
    面に対してなす角度がθc よりも小さい時にこの光を角
    度をもって通過させる手段を形成することと、前記θc
    −θa は角度φ以上となり、前記くさび状断面の層内の
    光が周囲の物(ambient）を通過する前に第１の層内に進
    入させることと、 前記光学装置から周囲の物に光を投光する手段とからな
    る光学装置。
  2. 【請求項２】集光及び選択して投光するための光学装置
    であって、 受光し、かつ光屈折率ｎ1 及び少なくとも傾斜角度φを
    規定するために収束するくさび状の上面及び底面を有す
    るくさび状断面の層と、前記くさび状断面の層は前記上
    面及び底面を結ぶ背面を備えていることと、 ｎ1 とは異なる光屈折率ｎ2 を有し、かつ前記くさび状
    断面の層の底面に連結され、ｎ2 とｎ1 との差にてくさ
    び状断面の層と周囲の物との間の臨界角θa より大きな
    臨界角θc を備えた光学的実効界面を形成するための第
    １の層と、前記くさび状断面の層内の光が周囲の物に通
    過する前に第１の層内に進入させることと、 前記第１の層から出力された光が横切ることを許容し、
    かつ前記光学装置から周囲の物に光を投光する第２の層
    とからなる光学装置。
  3. 【請求項３】集光及び選択して投光するための光学装置
    であって、 受光し、かつ光屈折率ｎ1 及び少なくとも傾斜角度φを
    規定するために収束するくさび状の上面及び底面を有す
    るくさび状断面の層と、 前記くさび状断面の層は前記上面及び底面を結ぶ背面を
    備え、背面は投光用開口として操作可能なことと、 光屈折率ｎ2 を有し、かつ前記くさび状断面の層の底面
    に連結され、ｎ2 とｎ 1 との差にてくさび状断面の層と
    周囲の物との間の臨界角θa より大きな臨界角θc を備
    えた光学的実効界面を形成するための第１の層と、前記
    くさび状断面の層内の光が周囲の物に通過する前に第１
    の層内に進入させることと、 光屈折率ｎ3 を有し、かつ光が前記第１の層から離れて
    第２の層に進入することを許容する第２の層と前記光を
    第２の層及びくさび状断面の層の少なくとも一方を通過
    させて第２の層から周囲の物に光を投光する手段とから
    なる光学装置。
  4. 【請求項４】集光及び選択して投光するための光学装置
    であって、 受光し、かつ光屈折率ｎ1 及び少なくとも傾斜角度φを
    規定するために収束するくさび状の上面及び底面を有す
    るくさび状断面の層と、 前記くさび状断面の層は前記上面及び底面を結ぶ背面を
    備え、背面は投光用開口として操作可能なことと、 前記くさび状断面の層の底面に連結され、かつ光屈折率
    ｎ2 を有することによりくさび状断面の層と周囲の物と
    の間の臨界角θa より大きな臨界角θc を備えた光学的
    誘電実効界面を形成する第１の層と、 光屈折率ｎ3 を備え、光が進入することを許容する第２
    の層と、 前記第２の層及び光学装置から外部に角度をつけて出力
    される平行光線を作り出すために光を投光して再送する
    手段の少なくとも一方を光が通過することにより光を光
    学装置から出力するための手段とからなる光学装置。
  5. 【請求項５】集光及び選択して投光するための光学装置
    であって、 受光し、かつ光屈折率ｎ1 及び少なくとも傾斜角度φを
    規定するために収束するくさび状の上面及び底面を有す
    るくさび状断面の層と、前記くさび状断面の層は前記上
    面及び底面を結ぶ背面を備えることと、 前記くさび状断面の層の底面に連結され、かつ光屈折率
    ｎ2 を有して、隣接する層を受承する手段と、 光屈折率ｎ3 を備え、前記底面に連結され手段から光が
    離れて、進入することを許容する第２の層と、 前記光を再送し、光学装置から外部に角度をつけて出力
    するための手段とからなる光学装置。
  6. 【請求項６】集光及び選択して投光するための光学装置
    であって、 受光し、かつ光屈折率ｎ1 及び少なくとも１つの傾斜角
    度を定義するために収束するくさび状の上面及び底面を
    有する基礎層と、前記光は端面よりは厚く形成された背
    面内に進入可能であることと、 光屈折率ｎ2 を有し、かつ前記基礎層の底面に連結さ
    れ、基礎層の背面を通して光の進入を許容する第１の層
    と、 前記前記光を選択して、光学装置から外部に角度をつけ
    て出力するための手段とからなる光学装置。
  7. 【請求項７】光源からの光を集光し、選択して投光する
    ための光学装置であって、 光源からの光を受承し、かつ光屈折率ｎ1 及び少なくと
    も傾斜角度φを規定するために収束するくさび状の上面
    及び底面を有するくさび状断面の層と、前記くさび状断
    面の層は前記上面及び底面を結ぶ背面を備えることと、 前記くさび状断面の層の底面に連結され、かつ光屈折率
    ｎ2 を有して、くさび状断面の層内の光が界面の臨界角
    θc に達するとき光の進入を許容する層手段と、 前記層手段に連結され、光学装置から光を出力し、その
    光の角度範囲を制御する光再送手段とからなる光学装
    置。
  8. 【請求項８】光源からの光を集光し、選択して投光する
    ための光学装置であって、 光源からの光を受承し、かつ光屈折率ｎ1 及び少なくと
    も傾斜角度φを規定するために収束するくさび状の上面
    及び底面を有するくさび状断面の層と、前記くさび状断
    面の層は前記上面及び底面を結ぶ背面を備えることと、 前記くさび状断面の層の底面に連結され、かつ光屈折率
    ｎ2 を有して、光が内部に進入することを許容する光伝
    達手段と、 前記光伝達手段に連結され、その厚さ方向に少なくとも
    光が横切って通過することを許容し、光を再送して光学
    装置から光を出力する角度を制御する光再送層手段とか
    らなる光学装置。
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