JP2002511684A

JP2002511684A - 線形投光源およびシステム

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Publication number: JP2002511684A
Application number: JP2000543759A
Authority: JP
Inventors: リン，ヘフェン; クパー，ジェリー・ウェイン; シャックレット，ローレンス・ウェイン; マクファーランド，マイケル・ジェームズ; ゾウ，ハン; ジマーマン，スコット・エム; ウィルソン，ジョン・コルビン; ビーソン，カール・ダブリュー
Original assignee: アライドシグナル・インコーポレイテッド
Priority date: 1998-04-16
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2002-04-16
Also published as: WO1999053238A1; DE69917253D1; KR20010042747A; AU3199599A; CA2329437C; DE69917253T2; KR100614123B1; CA2329437A1; US6550942B1; TW449728B; EP1071906B1; EP1071906A1; US6186649B1

Abstract

(57)【要約】【課題】光源の効率、出力放射照度及び出力放射輝度を向上させるため、１つ以上の線形開口部を内蔵する極く外部反射エンクロージャを利用する改良に係る線形投光源が提供すること。【解決手段】改良型の線形投光源は反射率の高い外部エンクロージャを備える。この外部エンクロージャには、効率並びにイラディアンス出力及び／又はラジアンス出力を高めるために、１つまたはそれ以上の線形開口が形成されている。この改良型の線形投光源に光学要素を付設すれば、より複雑な投光システムを構築することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】【発明の分野】

本発明は、全体として、高効率の線形投光源及び改良された出力放射照度及び
放射輝度を有する線形投光源装置に関する。放射照度は、単位面積当たりの光束
として定義され、例えば、平方ｃｍ当たりのワット単位（Ｗ／ｃｍ²）にて表わ
すことができる。放射輝度は、光の明るさである。放射輝度は、例えば、ステラ
ジアンが立体角の単位であるとき、ステラジアン当たり平方ｃｍ当たりのワット
単位（Ｗ／ｃｍ²ステラジアン）にて表わすことができる。

【０００２】多くの用途に対して、狭小な出力開口及び高出力効率を有する投光源であるこ
とが好まれる。かかる投光源は、一般に、ランプ構造体内に形成された内部のス
リットアパーチャアを有するアパーチャアランプを使用して製造される。しかし
ながら、アパーチャアランプは、全体として、ランプ内での光の吸収が増し、ま
た、蛍光体被覆の表面積が減少するため、従来のランプよりも光の放射量が少な
い。内部のスリットアパーチャアを有するランプよりも効率的である改良された
狭小な投光源であることは極めて望ましい。

【０００３】例えば、光学スキャナ及び光複写機のような用途の場合、走査をし又は光複写
すべき領域の狭小なストリップを照明するため、高出力放射照度を有する線形投
光源装置が望まれる。かかる装置用の投光源アセンブリは、一般に、裸の線形光
源と、アパーチャアランプと、又は鏡面反射器により部分的に取り巻かれたラン
プとから成っている。鏡面反射器は、平滑面を有するミラー状反射器であり、入
射角度及び反射角度を表面に対して直角の方向に測定したとき、光の入射角度が
反射角度に等しいという性質を有する。より高出力放射照度を有する改良された
線形投光源装置であることは好ましいことである。

【０００４】平坦なパネルディスプレイのような特定の他の用途の場合、極めて薄い厚さを
有する投光源装置であることが極めて望まれる。かかる装置は、１つ以上の投光
源源と、導波管と、又は光を投光源源から集め且つ分配する光パイプと、追加的
な散乱要素と、反射要素と、光を導波管から抽出する平行化要素とを備える形態
とされている。導波管の端縁を通じて投光源を接続することにより深さを顕著に
節減することができる。この装置から抽出された光の量は、導波管内にて生じる
反射又は散乱事象の数に比例し、この数は、導波管の厚さに逆比例する。光の出
力を最大にするため、薄い導波管であることが好ましい。しかしながら、その結
果、導波管の端縁は小さい表面積となり、導波管の端縁を直接、接続することの
できる光源の寸法を制限することになる。他方、導波管の端縁の表面積が増大す
ると、導波管の抽出効果は低下する。薄い導波管を利用し、しかも最大の投光源
の入力とすることは極めて望ましい。このため、狭小な開口部から高出力の放射
照度及び放射輝度を有する極めて効率的な線形投光源が必要とされている。

【０００５】

【従来技術の説明】

放出された光を集中させ且つ向けて１つの狭小な角度範囲になるようにするた
め、内部のスリットアパーチャアを有する管状の蛍光灯を使用することが可能な
ことは周知である。内部スリットを有する２型式のアパーチャアランプが一般に
使用されている。その第一の型式は、図１にアパーチャアランプ１０として断面
図で図示されている。このランプは、角度１８を画定する１つの狭小な領域１６
を除いて、内面の全体に蛍光体被覆１４を有する中空のガラス管１２から成って
いる。この管の中央には、管の端部における電極（図示せず）により供給された
電流により励起されたとき、紫外光線を放出するガス混合体が充填されている。
一方、この紫外光線は、蛍光体被覆１４に衝突して可視光に変換される。典型的
な蛍光体被覆は、拡散反射器でもある。拡散反射器は、入射光をある範囲の角度
に拡散する反射器であることを認識すべきである。拡散反射器は、典型的に、反
射性被覆が比較的厚いとき（例えば、約０．１５ｍｍ以上）にのみ高反射率を有
する。必然的に、アパーチャアランプの内側における反射性の蛍光体被覆は、実
質的に、０．１５ｍｍ以下の厚さであり、その結果、反射率は劣る（６０乃至８
０％程度）。蛍光体被覆により反射されなかった光の大部分は、被覆を透過する
。蛍光体被覆に、アパーチャア（この場合、空隙１６）を形成することにより、
光をアパーチャアから外に優先的に向けることができる。しかしながら、蛍光体
被覆を通じて、幾分かの光は失われるため、この型式のアパーチャアランプの効
果は著しく低下する。

【０００６】内部アパーチャアを有し且つ当業者に公知の第二の型式のランプは、図２に、
アパーチャアランプ５０として図示されている。このランプは、ガラス管５２を
有している。このガラス管の内部には、蛍光体被覆５４と、追加的な反射性被覆
５６とがある。角度５９を画定し且つ光が優先的に一方向に逃げるのを許容する
蛍光体被覆５４及び反射性被覆５６の双方にアパーチャア開口５８がある。

【０００７】図１及び図２に図示した内部アパーチャアランプ１０、５０に関連する６つの
重要な問題点がある。第一に、蛍光体被覆及び反射性被覆を極めて薄くしなけれ
ばならず、このため、ランプの作用を妨害しないように被覆材料の選択は極めて
制限される。有機質材料から出る全てのガスのため、又は紫外光線の効果に起因
して有機質材料が分解するため、ランプの効率が低下する結果、内部被覆に対し
て有機質材料を使用することはできない。第二に、被覆材料に対する制限のため
、被覆の反射率は望ましい程に高くはない。第三に、ランプ内にて発生された相
当な量の紫外光線は、蛍光体被覆が存在しない領域内でガラス管に吸収されるた
め無駄となる。第四に、紫外光線に起因する脱色を少なくし、また、アパーチャ
アの領域内にてガラスの高透過性の損失を少なくし得るように、これらの型式の
アパーチャアランプを製造するためには、より高価なガラスを使用しなければな
らない。第五に、蛍光体被覆により覆われたランプの内面の面積はアパーチャア
を有する領域により減少するから、電気エネルギを光エネルギに変換する効率が
これに応じて低下する。第六に、内部アパーチャアランプは、従来のランプより
も製造することがより難しく、このため、より高価である。かかる難点は、内部
アパーチャアが存在しない標準的なランプと比較して、アパーチャアランプを効
率を低下させ且つコストを増大させることにつながることになる。

【０００８】従って、本発明によって、光源の効率、出力放射照度及び出力放射輝度を向上
させるため、１つ以上の線形開口部を内蔵する極く外部反射エンクロージャを利
用する改良に係る線形投光源が提供される。かかる改良に係る投光源は、追加的
な光学要素と組み合わせて、より複雑な投光源装置を製造することができる。本
発明の追加的な目的は、以下の説明から明らかになるであろう。

【０００９】

【発明の概要】

本発明の１つの実施の形態は、改良された線形投光源である。この線形投光源
は、（ａ）線形光源の長軸線に対して垂直の方向に幅ｗ₁を有する線形光源と、
（ｂ）上述した線形光源を部分的に取り巻く外部反対エンクロージャとを備え、
この外部反対エンクロージャが最大の内幅ｗ₂を有し、外部反射性エンクロージ
ャは（０．０３）（ｗ₂）≦ｗ₃≦（０．７５）（ｗ₂）となるように、最大幅ｗ₃ を少なくとも１つ有する。線形光源は、幅寸法ｗ₁の少なくとも３倍の長さ寸法
を有する光源として画定される。線形光源は、単一の要素から成るものとし、又
は多数の要素を保持する線形列とすることができる。線形光源が多数の要素を保
持する１つの列であるならば、その列の長さは、個々の要素の幅の少なくとも３
倍の長さ寸法を有する。幅寸法の少なくとも３倍の長さ寸法を有する開口部とし
て線形開口部が画定される。

【００１０】高光学的効率及び高出力放射照度及び／又は放射輝度を有する装置を実現し得
るように、上述した線形投光源と、１つ以上の追加的な光学要素とを利用する線
形投光源装置を対象とする本発明の別の実施の形態が開示されている。かかる線
形投光源装置は、（ａ）線形光源の長軸線に対して垂直な方向への幅ｗ₁を有す
る線形光源と、（ｂ）上述した線形光源を部分的に取り巻く外部反対エンクロー
ジャとを備え、該外部反対エンクロージャが最大の内幅ｗ₂を有し、外部反射性
エンクロージャが（０．０３）（ｗ₂）≦ｗ₃≦（０．７５）（ｗ₂）となるよう
に最大幅ｗ₃ノ少なくとも１つの線形開口部を有し、（ｃ）少なくとも１つの線形
開口部に近接する少なくとも１つの光学的要素とを備えている。光学的要素は、
例えば、円柱状ロッドレンズと、両凸レンズと、非球面の両凸レンズと、両凸プ
リズムと、両凸レンズの列と、両凸プリズムの列と、ミラーと、反射性集光器と
又は導波管とを含むことができる。両凸により、我々はレンズ又はプリズムの断
面（一方向にのみ）を有する線形の光学要素を意味するものとする。

【００１１】本発明の実施の形態は、特定の実施の形態の以下の詳細な説明及び係る実施の
形態を図示し且つ例示する添付図面を参照することにより、一層良く理解されよ
う。

【００１２】本発明の実施の形態は、特定の実施の形態の以下の詳細な説明及び係る実施の
形態を図示し且つ例示する添付図面を参照することにより、より完全に理解され
、また、更なる利点が明らかになるであろう。

【００１３】

【発明の実施の形態】

図面に例示した以下の好ましい実施の形態は、本発明の一例であり、この出願
の特許請求の範囲に包含される本発明の範囲を限定することを意図するものでは
ない。改良された外部反射エンクロージャ、線形開口部、及びオプション的に、
追加的な光学要素を使用する投光源及び投光源装置が本明細書に開示されている
。

【００１４】本発明の１つの実施の形態は図３に断面図で図示した線形投光源１００である
。線形投光源１００は、外部エンクロージャ１０４により部分的に取り巻かれた
線形光源１０２から成っている。線形光源１０２は、外部エンクロージャ１０４
内に中心決めし又はエンクロージャの一側部に変位させることができる。外側エ
ンクロージャの壁に形成された１つ以上の線形開口部１０８は光がエンクロージ
ャから逃げることを許容する。外部エンクロージャ１０４の内面に近接して、反
射層１０６が存在している。この図面において、線形光源の幅は１１０であり、
外部エンクロージャの最大内幅は１１２、線形開口部の最大幅は１１４である。
オプション的に、外部エンクロージャ１０４を透明材料で製造する場合、この外
部エンクロージャは、線形光源１０２を完全に取り巻くようにすることができる
。しかしながら、光が線形投光源から逃げることができるように、開口部１０８
は依然として反射層１０６に留まる必要がある。

【００１５】線形光源１０２は、光を放出する任意の発生源とすることができる。一例とし
ての線形光源は、以下の型式の光源を１つ以上を非限定的に含む。すなわち、蛍
光灯、発光ダイオード（ＬＥＤｓ）、レーザダイオード、有機質発光ダイオード
、エレクトロルミネッセンスストリップ又は高強度放電ランプを含む。一例とし
て、一列に配置された多数の発光ダイオードが線形光源である。単一又は多数の
線形光源の要素は、１つの色、多数の色、又は白色光（多数の色から成る）の光
を放出することができる。図３に図示した線形の光源１０２は全ての方向に光を
放出することができる。蛍光灯は、光を全ての方向に放出する線形光源１０２の
一例である。線形投光源装置１００の効率を最大にするため、線形光源１０２は
非吸収性面１１６を有することが好ましい。かかる非吸収面１１６は、反射性、
伝送性又はその双方とすることができる。

【００１６】線形光源１０２の表面１１６と反射層１０６との間には間隙１１８がある。線
形光源１０２が蛍光灯か、または、ランプの光出力の大きさがランプ温度に対し
て敏感である、他の形式のランプである場合には、線形光源１０２と反射層１０
６との間に間隙を設けることは重要である。間隙１１８は、線形光源１０２が理
想的な作用温度へと迅速に上昇できるよう、断熱層として機能することができる
。望ましくは、この間隙は、線形光源の幅１１０よりも約１０パーセント大きい
ものとされる。

【００１７】図３に示した外部エンクロージャ１０４は、その断面形状として、円形、楕円
形、長円形、カスプ（ｃｕｓｐ）形状、小面を有する形（ｄａｃｅｔｅｄ）をと
ることができるが、これらに限定されない。線形開口１０８は、望ましくは、外
部エンクロージャ１０４の最大内のり幅１１２よりも小さい、最大の幅１１４を
有するものとする。さらに望ましくは、線形開口１０８の最大幅１１４は、外部
エンクロージャの最大内のり幅１１２の約３パーセントないし約７５パーセント
の範囲内にあるものとする。最も望ましい場合には、線形開口１０８の最大幅１
１４が、外部エンクロージャ１０４の最大内のり幅１１２の約５パーセントない
し約５０パーセントの範囲内にあるものとされる。さらに、線形光源１０２がチ
ューブ状の蛍光灯であるなら、望ましくは線形開口１０８の最大幅１１４は、線
形光源の幅１１０の約１０パーセントないし約１００パーセントの範囲内にある
ものとされる。さらに望ましくは、線形開口１０８の幅１１４は、線形光源の幅
１１０の約２０パーセントないし約９０パーセントの範囲内にあるものとされる
。線形開口１０８の幅は、線形光源の長さに沿って均一としてもよく、または、
光源に沿って出力光の分配状況を変えるため、線形光源の長さに沿って線形開口
１０８の幅が変化するようにしてよい。本発明の、この後者の例の特徴は、均一
な照明が要求される場合に重要な利点を与える。元来、不均一なランプの光出力
を修正して均一な照射を行うことができるからである。照明源から比較的一定で
均一な出力を与えるために、開口の幅は、ランプの長さに沿った任意の箇所で広
くすることができる。その箇所とは、ランプの出力が低いところである。

【００１８】反射層１０６は、光を反射する任意の材料で構成することができる。反射層は
、放散型反射手段、鏡面型反射手段、またはこれら放散型および鏡面型の反射手
段を組み合わせたものであってもよい。

【００１９】放散型反射手段は、非常に高い反射率（例えば９５パーセント以上または９８
パーセント以上）を有するものとして製作することができる。しかしながら、高
い反射率を有する放射型反射手段は、一般的にかなり厚い。例えば、９８パーセ
ント以上の反射率を有する放散型反射手段は、典型的には数ミリメートルの厚さ
がある。放散型反射手段の例としては、Ｌａｂｓｈｅｒｅ，Ｉｎｃ．のＳｐｅｃ
ｔｒａｌｏｎ（商標）のようなフルオロポリマー材料、Ｆｌｕｏｒｇｌａｓや、
Ｗ．Ｌ．ＧｏｒｅａｎｄＡｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．や、Ｅ．Ｉ．ｄ
ｕＰｏｎｔｄｅＮｅｍｏｕｒｓ＆Ｃｐａｎｙから出されているポリテ
トラフルオロエチレン（それぞれ、Ｆｕｒｏｎ、ＤＲＰおよびＴｅｆｌｏｎとい
う商標名で販売されている）、硫酸化バリウムのフィルム、ＰａｌｌＧｅｌｍ
ａｎＳｃｉｅｎｃｅｓによって作られたポリエーテル・スルホンおよびポリプ
ロピレン・フィルタ材料、ならびに、例えば二酸化チタニウムのような反射性フ
ィルタ材料を利用したポリマー複合物などがあるが、これらに限定されるもので
はない。後者の材料の例としては、ＲＴＰによって製造される、二酸化チタニウ
ムを入れ込んだＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン・ターポリマ
ー）がある。反射材料として、例えば二酸化チタニウムを入れ込んだＡＢＳのよ
うな構造材料を使用した場合には、構造支持体１０４は、図４および図５に示す
ように、反射層１０６と組み合わせることができる。

【００２０】ほとんどの正反射材料は、約８０％ないし９０％の範囲の反射率を有する。正
反射体によって反射されない光は吸収されて熱に変換され、従って、反射体のよ
うなものを利用する光学装置の効率を低下させる。正反射材料の例としては、限
定的ではないが、３Ｍの製品であるＳｉｌｖｅｒｌｕｘ（登録商標）及び銀、ア
ルミニウム又は金のような薄い金属層によってコーティングされたその他のプラ
スチックの支持フィルムがある。金属コーティングの厚みは、使用される材料及
び金属コーティングの製造方法に依存して約０．０５μｍないし約０．１ｍｍと
することができる。

【００２１】正反射及び乱反射材料の組合せの１つの例は、正反射体によって裏打ちされた
乱反射体の１以上の層である。正反射体及び乱反射体のこのような組合せは、米
国特許出願第０８／６７９，０４７号に開示されており且つ参考として本明細書
に組み入れられている。正反射及び乱反射材料の組み合わせを使用することによ
って、より薄い層内に、乱反射体単独を使用する場合よりもより高い反射率がも
たらされる。

【００２２】照射源１００の効率は、直線開口部１０８を通って出て行く線形光源１０２か
ら射出される光のパーセンテージとして規定される。この効率は、直線開口部１
０８の幅１１４、反射層１０６の内側面の円周、反射層１０６の反射率及び線形
光源１０２の反射率に大きく依存する。例えば、直線開口部１０８の幅１１４が
反射層１０６の内側面の円周の１／１０である場合には、線形光源１０２から射
出される光のほんの１０％が反射層１０６によって反射されることなく直線開口
部１０８から出て行くであろう。残りの９０％の光は、反射層１０６又は線形光
源１０２によって１回以上反射された後に、直線開口部１０８から出て行くか、
又は反射面によって吸収されて熱に変換されるであろう。ある光は、１０回以上
反射された後に出て行くかも知れない。光が反射され得る回数がより多いことは
、反射層１０６の反射率が空間及びコストが許す実際的な考慮の１００％に近い
ということを極めて重要なものとさせる。例えば、光学的表面の反射率が反射当
たり９０％であり、光がこの表面によって１０回反射される場合には、全効率は
、（０．９０）¹⁰すなわち３５％である。残りの６５％の光は損失される。しか
しながら、反射体の反射率が反射当たり９５％まで増大せしめられ、光がその表
面によって１０回反射される場合には、全効率は、（０．９５）¹⁰すなわち６０
％となり、３５％以上の著しい改良となる。反射率が９５％よりも大きい場合に
は、更に大きな改良が達成されるかもしれない。従って、本発明のためには、層
１０６用に採用される材料の反射率は９０％より大きいのが好ましく、９５％よ
り大きいのがより好ましく、約９７％であるのが最も好ましい。

【００２３】本発明の別の実施形態が、図４（断面図）及び図５（斜視図）において線形照
射光源１５０として示されている。この実施形態においては、幅１６０を有する
線形光源１５２は、最大内側幅１６２を有する外部反射エンクロージャ１５４に
よって包囲されている。外部反射エンクロージャ１５４の壁内に設けられた一以
上の直線開口部１５８によって光がエンクロージャから出て行くことができる。
直線開口部１５８の最大幅は、寸法１６４である。図４及び５に示された外部反
射エンクロージャ１５４は、限定的ではないが、円形、楕円形、長円形、尖端形
又は切子面形を含むあらゆる断面形状を有することができる。直線開口部１５８
は、外部反射エンクロージャ１５４の最大内側幅１６２よりも小さい最大幅１６
４を有するのが好ましい。直線開口部１５８の最大幅１６４は、外部反射エンク
ロージャの最大内側幅１６２の約３％〜約７５％の範囲であるのがより好ましい
。直線開口部１５８の最大幅１６４は、外部反射エンクロージャの最大内側幅１
６２の約５％〜約５０％の範囲であるのが最も好ましい。更に、線形光源１５２
が管状の蛍光灯である場合には、直線開口部１５８の最大幅１６４は、線形光源
の幅１６０の約１０％〜約１００％の範囲であるのが好ましい。直線開口部１５
８の幅１６４は、線形光源の幅１６０の約２０％〜約９０％の範囲であるのが最
も好ましい。直線開口部１５８の幅は、線形光源の長さに沿って均一であっても
良いし、又は光源の非均一を補償するために光源に沿った出力光の分布を変える
ように線形光源の長さに沿って変えても良い。

【００２４】図４及び５に示された実施形態は、外部エンクロージャ１５４の構造材料もま
た反射材料である点を除いて、図３と類似している。この実施形態は、外部反射
エンクロージャのための構造材料が乱反射体である場合に特に有用である。乱反
射体の例は上記したものである。反射材料は、外部反射エンクロージャに必要な
形状に、切断し、形作り、押し出し、又は成形することができ、もろちん、照射
装置のための構造部材として機能するために、十分な引張り弾性率、曲げ率、加
熱撓み温度、及び耐衝撃性を有することができる。

【００２５】これらの実施例１５０、２００、３００、３５０、４００、４５０、５００で
用いられる好ましい反射材料は、ホストポリマー（ｈｏｓｔｐｏｌｙｍｅｒ）
より、ほぼ大きな屈折指数を有し、かつ、純粋な形態（ｎｅａｔｆｏｒｍ）で
は光学的に透明又は白色である微粒子、例えば、二酸化チタン（ルチルと鋭錐石
）、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、硫化亜鉛、硫酸バリウム、酸化アンチモン、
酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、ストロンチウムチタンテート（ｓｔｒｏｎ
ｔｉｕｍｔｉｔａｎｔａｔｅ）等を充填した、エンジニアリング熱可塑性樹脂
である。粒子、空隙、又は、フォーミング（ｆｏａｍｉｎｇ）等により形成され
たガス充填気泡を含むエンジニアリング熱可塑性樹脂もまた好ましい材料であっ
て、該粒子、空隙又は気泡はホストポリマーよりもほぼ小さい屈折指数を有する
。主な粒子サイズは、ポリマーマトリックス内に分散するため、もっと、かなり
微細であり得るが、フィラー粒子又は空隙は好ましくは約０．１ミクロンから約
３．０ミクロンのサイズで存在し、最も好ましくは、約０．１ミクロンから約１
ミクロンで存在する。フィラー粒子の最適なサイズは、関係式ｄ＝２λ。／（π
nδ）（ｄは粒子の直径、λ。は有効な真空波長（ｖａｃｕｕｍｗａｖｅｌｅ
ｎｇｔｈｏｆｉｎｔｅｒｅｓｔ）、nはマトリックスポリマーの屈折指数、
δはフィラーとマトリックスとの屈折指数の差を示す）から推定してもよい。本
発明で有用な熱可塑性樹脂は好ましくは黄味を帯びていないものであり、射出成
形や押し出しに有用なものとして当業界で知られている、広範囲のプラスチック
が含まれる。例えば、ＡＢＳ、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（エチレン
テレフタレート）（ＰＥＴ）、ポリ（ブチレンテレフタレート）（ＰＢＴ）、ポ
リプロピレン、ナイロン６、ナイロン６６、ポリカーボネート、ポリスチレン、
ポリ（フェニレンオキサイド）及びそれらのブレンドとアロイである。

【００２６】本発明のもう一つの実施例を、図６（断面図）と図７（斜視図）の線形投光源
２００として示す。本実施例では、幅２１０を有する線形光源２０２が、外部反
射エンクロージャ２０４の側部に埋設されており、該エンクロージャは、最大内
幅２１２を有している。外部反射エンクロージャ２０４の壁部の、一又はそれ以
上の線形開口部２０８は、エンクロージャから光が逃げるのを許容する。各線形
開口部２０８の最大幅は、寸法２１４である。図６及び図７において、線形開口
部２０８は、外部反射エンクロージャ２０４の、線形光源２０２と反対側の側部
にあるように図示されている。しかし、これに限らず、線形光源２０２と線形開
口部２０８は互いに隣接していてもよい。外部反射エンクロージャ２０６は拡散
反射材料から構成されていてもよく、又は高い反射率を得るため、追加の反射層
が外部反射エンクロージャ２０４の内表面２０６上に設けられていてもよい。図
６及び図７に示す線形光源２０２は、光を半球状（立体角２π）に照射するか、
または、２πより小さい立体角に照射することが好ましく、（立体角が４πにな
るような）全ての方向に照射しないことが好ましい。線形光源２０２の例として
は、発光ダイオード、レーザーダイオード、有機発光ダイオードとエレクトロル
ミネセント片（ｓｔｒｉｐｓ）が挙げられるが、これらに限らない。本発明の本
実施例では、外部反射エンクロージャ２０４はまた、線形光源２０２からの光出
力を均質化するように機能することもできる。この均質化は、線形光源２０２が
発光ダイオード、レーザーダイオード又は有機発光ダイオードのアレイである場
合に特に重要であり、そのダイオードの各々は非常に小さな発光面を有していて
よい。もし、線形光源２０２が異なる色を発する要素（例えば、赤、緑、青の発
光ダイオード）を含む場合、外部反射エンクロージャ２０４はその色を混ぜて白
色光出力を形成することができる。

【００２７】本願発明の他の実施例は、図８の断面に示された線形の照明源２５０によって
図示されている。この形状は、線光源が例えば管状のけい光ランプの場合に特に
役立つ。前記けい光ランプは、内側が螢光体層２５４でコーティング（被覆）さ
れている透明なガラス製の覆い２５２として図８に図示されている。線形光源は
、開口幅２６２を有する開口部２６４を除いて、外部エンクロージャ２５６によ
って囲まれている。外部エンクロージャ２５６は、反射材料、無反射材料、又は
透明な材料から構成することができる。外部エンクロージャ２５６が、無反射材
料や透明な材料から構成されている場合、追加の反射層２５８を外部エンクロー
ジャ２５６の内面に設けることが必要である。外部エンクロージャ２５６及び／
又は反射層２５８を含む反射構造体は、拡散反射材料、鏡面反射材料、又は拡散
反射材料と鏡面反射材料の組み合わせから構成することができる。拡散反射材料
と鏡面反射材料の例は、上記に表にされている。図８は、図８において、線形光
源と反射層２５８との間にギャップ（間隙）がほとんどないか又は全くないとい
うことを除いて、図３と同様である。好適な実施例において、前記ギャップは、
前記ランプ幅２６０の１０パーセントよりも小さい。前記線形光源がけい光ラン
プの場合、前記ギャップを取り除くことによって、開口部２６４から漏れる前に
外部反射エンクロージャの内側で光が反射しなければならない回数を減少させる
ことにより、前記線形照明源の出力の効率をより高くすることができる。（なお
、けい光ランプの内側にコーティングされた螢光体は、典型的に、約６０−８０
％の反射率を有しており、光りの残りのほとんどは、螢光体コーティングを通過
することによって、光りが前記ランプの一方のサイドから他方のサイドまで移動
することができるように伝達される状態となる）。しかしながら、けい光ランプ
は、周囲温度に影響されやすい。外部エンクロージャ２５６及び／又は反射層２
５８を、前記けい光ランプに近接して配置することによって、又は、前記けい光
ランプに実際に接触させて配置することによって、前記ランプの安定所要時間を
長くすることができ、この結果前記ランプが暖機されている間、光りの出力を減
少させることができ、あるいは、前記けい光ランプの定常状態にある作動温度を
下げ、これによって、また、光りの出力を低下させることができる。オプション
で、外部エンクロージャ２５６が透明な材料から構成され、反射層２５８が用い
られている場合、外部エンクロージャ２５６が、前記けい光ランプのガラス製の
覆い２５２を完全に囲むようにしてもよい。しかしながら、光りを線形照明源か
ら漏らすために、開口部２６４は、依然として、反射層２５８にとどめなければ
ならない。前記オプションの形状の一例として、開口部２６４を有する可撓性の
ある拡散反射層２５８を使用してもよく、また、外部エンクロージャ２５６用の
透明な収縮管を使用してもよい。前記部片が正確な形状に組み立てられた後、前
記収縮管を加熱して、当該収縮管を反射器及びけい光ランプの周囲にぴったりと
収縮させることができる。

【００２８】本発明の他の実施例は、より複雑な線形投光システムを構成するために、図３
ないし図８に示すタイプの線形投光源を含んでいる。線形投光システムは、追加
の光学要素、例えば、光導波管、シリンドリカルロッドレンズ、両凸レンズ、非
球面両凸レンズ、両凸レンズアレイ、プリズム、両凸プリズムアレイ、反射体、
集信機、コリメーターなどを有していてもよい。この光学要素は、投光源から出
射された光を、整形したり、焦点に集めたり、平行光にしたり、あるいは投射し
たりするのに用いられる。この投光システムの例は、図９ないし図１４に示され
ているが、この発明の範囲を限定する意味ではない。例えば、図３ないし図８に
示す線形投光源のいずれかを、線形投光システムを構成するために光学要素のい
ずれかと共に用いてもよい。同様に、その光学要素を、図１０に示すレンズ及び
図９に示す光導波管と共に用いても良いし、、レンズとＣＰＣを組み合わせても
よいし、あるいは、マルチステージＣＰＣを連設させてもよい。

【００２９】図９には、本発明の他の実施例を示している。線形投光システム３００は、線
形投光源３２０と光導波管３１６を備えている。例として、線形投光源３２０は
、図４に示すタイプとして説明され、線形光源３０２と外部反射エンクロージャ
３０４を備えている。外部反射エンクロージャ３０４の線形開口３０８は、線形
投光源３２０から光導波管３１６まで光を通過する。光導波管を用いることによ
って、線形投光源３２０から離れた場所に全反射によって光を動かしてもよい。
当業者であれば理解できるように、他の光学部材を光導波管３１６と用いること
によって他の形態の投光システムを構成することができる。かかる形態の投光シ
ステムの応用例には、フラットパネルディスプレイ用のエッジ−リット投光シス
テム及びコリメート投光システムがある。

【００３０】図１０（断面図）及び図１１（斜視図）には、本発明の別の実施例が示されて
いる。線形投光源システム３５０は、線形投光源３７０と、レンズ３６６とから
構成される。例示のため、線形投光源３７０は、図４で先に示された形式を持つ
ように示されている。外部反射エンクロージャにおける線形開口３５８は、光が
線形投光源３７０からレンズ３６６まで通過することを可能にする。線形投光源
システムに対してより高い出力放射度及び放射輝度を達成するため、好ましくは
、線形開口３５８は、外部反射エンクロージャ３５４の最大内径幅３６２より小
さい最大幅３６４を持つ。更に好ましくは、線形開口３５８の最大幅３６４は、
外部反射エンクロージャの最大内径幅３６２の約３％から約７５％の範囲にある
。最も好ましくは、線形開口３５８の最大幅３６４は、外部反射エンクロージャ
の最大内径幅３６２の約５％から約５０％の範囲にある。これに加えて、線形光
源３５２が管状蛍光灯である場合、好ましくは、線形開口３５８の最大幅３６４
は、線形光源３５２の幅３６０の約５％から約１００％の範囲にある。更に好ま
しくは、線形開口３５８の幅３６４は、線形光源３５２の幅の約２０％から約９
０％の範囲にある。レンズ３６６の例には、凸レンズ、非球面凸レンズ、円柱ロ
ッドレンズ、平凸レンズ、両面凸レンズ、凸状フレネルレンズ、及び、任意形式
の多重エレメントのレンズなどが含まれるが、これらに限定されるものではない
。レンズ３６６が図１０及び１１に示されたように円柱ロッドレンズである、線
形投光源システムが特に有用である。レンズ３６６は、任意の透明材料から作る
ことができる。この線形投光源システムは、例えば光学スキャナ、ファクシミリ
装置、及び、写真複写機などを含む多数の用途で使用することができる。

【００３１】図１２は、本発明の更に別の実施例を示している。線形投光源システム４００
は、線形投光源４３０と、透明光学エレメント４１６とから構成される。例示の
ため、線形投光源４３０は、図４に示された形式を持つように示されており、線
形光源４０２と外部反射エンクロージャ４０４とから構成される。外部反射エン
クロージャ４０４は、光が線形投光源４３０から透明光学エレメント４１６まで
通過することを可能にする、最大幅４１４を持つ線形開口４０８を有する。透明
光学エレメント４１６は、開口４０８に隣接した入射表面４１８と、側壁４２０
及び４２２により画定された長さ４３２のテーパー部と、出射表面４２４と、を
有する。オプションで、透明光学エレメント４１６は、平行な側壁４３４及び４
３６を備えた直線部も備えており、これによって該直線部は、（側壁４２０及び
４２２により画定された）テーパー部と、出射表面４２４との間に位置決めされ
ている。好ましくは、入射表面４１８は平面であるが、平面性は要求されない。
光学エレメント４１６の射出幅４２８は、好ましくはテーパー部の入射幅４１６
より大きい。更に好ましくは、光学エレメント４１６の射出幅４２８は、入射幅
４１６の少なくとも２倍である。テーパー部の側壁４２０及び４２２は、平面、
湾曲面、或いは、切子面のいずれでもよい。透明光学エレメント４１６の出射表
面４２４も、平面、湾曲面、或いは、切子面のいずれでもよい。好ましくは、出
射表面４２４は、湾曲凸レンズであるのがよく、これにより、当該レンズは単一
の曲率半径を持ち得、双曲面形状とすることができる。あるいは、単一の曲率半
径を持たない一般形状でもよい。更に好ましくは、出射表面４２４は、単一の曲
率半径Ｒを持つ。ここで、曲率半径Ｒは、出射幅４２８の二分の一から出射幅４
２８の二分の一の約１．５倍までの範囲にあるようにしてもよい。換言すれば、
曲率半径Ｒの範囲は、（幅４２８）／２≦Ｒ≦（１．５）（幅４２８）／２である。光は入射表面４１８を通って透明光学エレメント４１６に入る。この光
のうちある部分は、側壁４２０及び４２２のより内側の表面から、及び、光学側
壁４３４及び４３６のより内側の表面から反射する。これらの反射は、側壁４２
０、４２２、４３４及び４３６がコーティングで覆われていない場合、ＴＩＲに
より生じ得る。さもなくば、これらの側壁が反射コーティングで覆われている場
合には、通常の反射により引き起こされ得る。側壁４２０及び４２２が広がった
テーパーを形成するので、光は、光学エレメント４１６のテーパー部により部分
的に集束される。次に、この光は、出射表面４２４を出て、出力光ビームを更に
形成することができる。出射表面４２４は、より集束されるか或いはより焦点に
集められたいずれかの光出力ビームを結果として生じさせることができる。

【００３２】図１３は本発明の別の実施例を図示している。線形照明システム４５０は、照
明光源４７６及びテーパ付き光学構造体４６６を備える。例として、線形照明光
源４７６は、図４に示されたタイプのものとして図示されている。照明光源４７
６は、さらに線形光源４５２及び外部反射エンクロージャ４５４を備える。外部
反射エンクロージャ４５４の開口４５８は、照明光源４５２から側壁４７０，４
７２を有するテーパ付き光学構造体４６６に、光が通過するのを許容する。仮に
テーパ付き光学構造体４６６が中実構造（中空ではない）の場合、テーパ付き光
学構造体４６６の光入力端（入射端）４６８は、好ましくは、平面であるが、必
ずしも平面であることを要求されない。テーパ付き光学構造体４６６の出力端（
出射端）の幅４８０は、入力端の幅４７８よりも大きい。好ましくは、テーパ付
き光学構造体４６６の出力端の幅４８０は、少なくとも入力端の幅４７８の２倍
である。特に有用なのは、テーパ付き光学導波管（構造体）の側壁４７０，４７
２が放射形状又は複合パラボリック・コンセントレータ（ＣＰＣ）形状である、
線形照明システムである。テーパ付き光学構造体４６６は、反射性材料により被
覆されていないか、あるいは被覆されている、表面（側壁）４７０，４７２を有
した、中実状の透明材料から構成するか、又は反射性材料により被覆された、表
面（側壁）４７０，４７２を有し且つ開口端４６８，４７４を有する中空構造体
により構成することができる。光が、入力端４６８でテーパ付き光学構造体４６
６に入射し、表面４７０，４７２で反射し、出力端４７４から出射する。テーパ
付き光学構造体４６６によって、テーパの出力端４７４での光線は、入力端４６
８の光線よりも、より視準（平行）となる。光学構造体４６６が澄んだ（クリー
アな）誘電性材料から製造される場合にあっては、出力端４７４を図示するよう
に平面ではなく、凸状に形成することも可能である。このような場合、付与され
た視準度は、より短い長さの要素により達成される。ここで、長さは、入力端４
６８から出力端４７４への垂直距離として定義される。

【００３３】本発明の別の実施例は線形照明システム５００として図１４に図示される。線
形照明システム５００は、線形照明光源５２０及びレンズ状光学素子５１８のア
レイ５１６を備える。例として、線形光源５２０は、図４に示されたタイプのも
のとして図示されている。線形照明光源５２０は、さらに、開口５０８を有する
外部反射エンクロージャ５０４によって部分的に囲繞された線形光源５０２を備
える。レンズ状の光学素子５１８は、レンズ状プリズム及び、分離或いは組み合
わせて使用される凸レンズを含むことができる。仮に、レンズ状光学素子５１８
がレンズ状プリズムの場合、該プリズムの側壁は平面、曲面、或いは刻面とする
ことができる。仮に、レンズ状光学素子５１８が凸レンズの場合、該レンズは、
一つの曲率半径、多数の曲率半径を有するか、或いは非球面の凸レンズとするこ
とができる。レンズ状光学素子のアレイ５１６の目的は、開口５０８から出射す
る光にさらに形状を付けたり、該光をさらに視準（平行に）したり、該光をさら
にフォーカスしたりすることである。

【００３４】以下の例は、本発明の幾つかの実施例を図示するために含まれるが、本発明の
範囲を限定することを意味するものではない。実施例１この例は、拡散反射性材料の層と鏡面反射性材料層との組み合わせを用いた反
射器を形成することを例示する。反射力測定は市場で入手できるマクベス（Ｍａ
ｃｂｅｔｈ）の３１００番の分光光度計を用いて行った。ニューヨーク州フーシ
ックフォールスのフーロン社（Ｆｕｒｏｎ）製造の、白い乱反射性のポリテトラ
フルオロエチレン（製品番号１２８−１０白）の厚さ０．５ｍｍ（０．０２０イ
ンチ）のシートの反射力が測定され、鏡面反射器の背面配置なしに９５．６パー
セントであると測定された。９２パーセントの反射率を有するＳｉｌｖｅｒｌｕ
ｘ（３Ｍの商標名）の鏡面反射シートが白い拡散材料の背面に配置されると、複
合材料の反射力は９６．８パーセントに増大し、この値は２つの反射性の材料の
別々に測ったそれより大きかった。このような大きさの反射力の増大は光がシス
テム内部で何回も反射される照明システムにおいて非常に重要である。例えば、
光が照明システム内で２０回反射するとした場合、２０回の反射の全体の効率は
、拡散性反射材料単独に対し０．９５６の２０乗即ち４０．７パーセントとなり
、また鏡面反射性材料単独に対し０．９２０の２０乗即ち１８．９パーセントに
なり、反射材料の組み合わせに対し０．９６８の２０乗即ち５２．２パーセント
となる。この例において、拡散性及び鏡面性の反射材料の組み合わせは拡散性反
射材料単独で用いた場合より２８パーセント効率が大きく、また鏡面反射性材料
を単独で用いた場合より１７６パーセント効率が大きい。実施例２この例では、市場で入手可能な蛍光開口ランプで（図２に概念的に示した先行
技術の形状を利用した）内部開口を有したものの効率がこの発明の記載に基づい
て設計された改良された投光源と比較された。

【００３５】市場で入手できる内部開口ランプは、ＬＣＤ照明で作られた３ｍｍ直径のコー
ルドカソード蛍光ランプであった。このランプはランプの一方の側からほとんど
光が逃げることを許す９０度の内部開口を有していた。この９０度の開口は、開
口の幅が反射層の内部幅の約５０パーセントである場合に対応するものであるこ
とに注意して欲しい。ランプは積分球の内部に置かれ全光出力が測定された。全
光出力をランプの長さで割ることにより、単位長さ当たりの出力４．０ルーメン
／インチを得た。

【００３６】第２のランプ（上述の開口式ランプと同じ長さ）が、内部開口はないが前の開
口式ランプと同じ特性（３ｍｍの直径、同じ蛍燐光体及びガス充填成分）を有し
たＬＣＤから得られた。このランプは、光を逃がす９０度の線形開口を除き拡散
反射性及び鏡面反射性の材料の組み合わせにより緊密に包まれた。この場合、拡
散反射性及び鏡面反射性材料の組み合わせは、ガラスの包囲体の外面に置かれて
線形の外部開口を形成した。拡散反射性及び鏡面反射性材料の組み合わせは、フ
ルオグラス（Ｆｌｕｏｒｇｌａｓ）より市販のＦＵＲＯＮ（商標名）で知られる
ポリテトラフルオロエチレンの拡散反射性材料の０．２５ｍｍ（０．０１０イン
チ）の厚さのシートで、３Ｍより市販の鏡面反射性の材料であるＳｉｌｖｅｒｌ
ｕｘ（商標名）で裏打ちされたものより成っていた。反射性の材料は、ランプと
反射性の材料とを透明なプラスチックのシュリンク（収縮性）チューブで完全に
包囲しその後該チューブを加熱してそれが反射性の材料をランプの外面にきつく
押し付けるようになるまで行うことにより、所定の位置に保持された。投光源が
積分球の中に置かれ全光出力が測定された。ルーメン／インチに変換するためラ
ンプの長さで割り、内部開口式の効率の７０パーセントの改良である６．８ルー
メン／インチの出力を得た。実施例３例２の２つの投光源、ＬＣＤ照明からの内方９０°孔ランプ及び本発明の改良
された線形投光源はそれぞれランプから表面４ｍｍを照射するために使用された
。この放射度（単位：ｍＷ／ｃｍ²）は双方の源で測定された。４ｍｍの距離に
置いては、標準の内方孔ランプからの放射度は３．４ｍＷ／ｃｍ²であった。本
発明の改良された投光源からの放射度は５．６ｍＷ／ｃｍ²であり、６５％の改
善である。実施例４線形投光源が図４に概括的に示されている構造を使用して構成され、かつ図１
０に概括的に示されている構造を使用して構成され外部レンズを含んでいる線形
照明システムと比較された。双方の場合、光源は２．６ｍｍの外径と２６８ｍｍ
の長さとを有しているハリソン社製の冷陰極蛍光灯であった。このランプは約３
．７ワットのインバーターインプット入力を使用しているインバーターによって
駆動された。裸ランプの光出力は割り付けられ調整された球体を使用して計測さ
れかつ１２３ルーメンとなることが判明した。外部反射エンクロージャが、幅を
調整可能な線状開口を除いてランプを包囲した。この外部反射エンクロージャは
２片の（Ｌａｂｓｐｈｅｒｅ社）のスペクトラロン（商標名）により構成された
。このスペクトラロンは反射力が材料の厚みにより変化する乱反射固形物である
。５５５ｎｍ光源の場合、３ｍｍ厚みのスペクトロランの部分は９７．２％の反
射力を有している。これら２片の反射材料は、エンクロージャの形状が卵形をな
すように機械加工された。この卵形エンクロージャの最大内側幅は約７．０ｍｍ
で、最少内側幅は約４．６ｍｍであった。このエンクロージャの一側における線
状開口は１．１５ｍｍの均一な幅を有するように調整された。線状開口の幅が１
．１５ｍｍであるとき、開口幅は僅かにエンクロージャの最大内側幅の約１６％
であり、ランプの幅の約４４％である。線形照射システムの場合、直径約３．１
８ｍｍの棒状レンズ若しくは平凸シリンダーレンズがエンクロージャの外側へか
つ外部反射エンクロージャ内の卵形凹みから約３．５ｍｍに配置されている。こ
れら３つ（即ち、レンズ無し、棒状レンズ、又は平凸シリンダーレンズ）の全て
の場合、線形照射システムの放射度（単位：ｍＷ／ｃｍ²）が１ｍｍ直径のデテ
クターを使用している棒状レンズから７ｍｍの距離にて測定された。７ｍｍの距
離には、平台型ドキュメントスキャナーの内側に通常取り込まれている光学配置
を模倣した３ｍｍ厚みのガラス板があった。デテクターは約３０ｍｍの範囲で側
方へ移動され線形照射システムの長い軸線に垂直な照射分布の形状を描いた。こ
の結果が図１５に示されている。レンズ無しでの線形照射源では、生じるピーク
照射は約７．３ｍＷ／ｃｍ²であった。投光源の線形開口へ平凸シリンダーレン
ズを位置することにより、ピーク照射は約１４ｍＷ／ｃｍ²まで増加した。シリ
ンダーレンズを棒状レンズと取替ることによりピーク照射は約１５ｍＷ／ｃｍ²
まで増加した。レンズを使用することにより、棒状レンズ又は平凸シリンダーレ
ンズはピーク照射を著しく増大した。実施例５線形投光装置を図１０に図解的に示された形態で使用するように構成した。こ
の装置は光源と、外部反射エンクロージャと、外側のレンズとを備えていた。光
源は外径２．６mmで長さが２６８mmのハリソン（Ｈａｒｒｉｓｏｎ）により作ら
れた冷陰極の蛍光ランプであった。このランプは約３．７ワットのインバーター
入力を使用するインバーターで駆動された。裸ランプの光出力は校正された一体
の半球体を使用して計測されて１２３ルーメンであることが分かった。外部反射
エンクロージャは、幅が調整可能な直線状スリットを除いて、ランプを包囲した
。外部反射エンクロージャは２片のＳｐｅｃｔｒａｌｏｎ^TM（Ｌａｂｓｐｈｅｒ
ｅ会社製）で構成された。Ｓｐｅｃｔｒａｌｏｎ^TMはその反射力が物質の厚さに
依存する散乱した反射性固体である。５５５ナノメートル光に対して、３mm厚さ
のＳｐｅｃｔｒａｌｏｎ^TM部分は９７．２%の反射力がある。２片の反射材は、
エンクロージャの形状が長円形であるように機械加工された。長円形のエンクロ
ージャの最大内側幅は約７．０mmであり、最小内側幅は約４．６mmであった。エ
ンクロージャの一方側の直線状開口部は１．１５mmから２．３５mmの範囲の均一
な幅を有するように調整された。直線状開口部の幅が２．３５mmであるとき、開
口部の幅は蛍光ランプの幅（２．６mm）より小さくエンクロージャの最大内側幅
の約３５%である。直線状開口部の幅が１．１５mmであるとき、開口部の幅はエ
ンクロージャの最大内側幅の約１６%であり、ランプの幅の約４４%である。直径
が約３．１８mmの円筒形棒状レンズエンクロージャの外側に配置されかつ外部反
射エンクロージャの長円形凹部から約３．５mmである。線形投光装置の放射度（
mW／ｃｍ²単位で）は１mm直径の検出器を使用して棒状レンズから７mmの距離で
計測された。３mm厚さのガラス板が７mm以内の距離にあり、このガラス板は、平
台形のドキュメントスキャナー内部に典型的に存在する光学的配置を模擬したも
のである。検出器は約３０mmの範囲に亘り横方向に移動して線形投光装置の長手
方向軸線に垂直な放射度分布の形状を描いた。その結果が図１６に示されている
。最も狭い開口部幅１．１５mmにおいて最も高いピーク放射度（約１６ｍＷ／ｃ
ｍ²）を有し、最も狭い放射度分布（即ち、約５mmの半最大値における全幅）を
も有する。それとは逆に、最も広い開口部幅（２．３５mm）において最も低いピ
ーク放射度（約１１．５ｍＷ／ｃｍ²）を有しかつ最も広い放射度分布（即ち、
約１１mmの半最大値における全幅）を有する。計測された最も狭い開口幅及び最
も広い開口幅の双方に対して、放射度のピーク値はレンズのない線形投光源の放
射度より大きい。線形投光装置からの全光出力は開口部幅に直接比例し、図１７
に示されるように最も広い開口部において最も高い。標準化されたピーク放射度
は開口部幅に反比例し、最も小さい開口部幅において最も高い（図１７に示され
ている）。実施例６反射材のパーセント反射力の関数として線形照射源の出力効率を計測するよう
にして実験がなされた。線形投光源は、線形光源と、外部反射エンクロージャと
、一層の反射材とで構成され、一層の反射材は１．５mmの固定幅を有する線形開
口部を除いて外部管状エンクロージャの内面を裏打ちする。線形光源は、直径が
２．６mm及び長さが２６８mmの冷陰極蛍光ランプであった。ランプは約３．７ワ
ットのインバーター入力を使用するインバーターにより駆動された。外部エンク
ロージャは内径が６．４mmのアクリル管で構成された。５つの異なった反射材が
エンクロージャ内部に連続的に配置された。これらの反射材はポリエチレンフィ
ルター材（ＰａｌｌＧｅｌｍａｎＳｃｉｅｎｃｅ社から入手した）、Ｓｐｅ
ｃｔｒａｌｏｎ^TM（Ｌａｂｓｐｈｅｒｅ社から入手した）、Ｓｉｌｖｅｒｌｕｘ ^TM （３Ｍ社から入手した），Ｐｒｅｄａｔｏｒ^TM（ＰａｌｌＧｅｌｍａｎＳ
ｃｉｅｎｃｅ社から入手した）であった。Ｓｉｌｖｅｒｌｕｘ^TMを除く全ての反
射材は散乱反射材であった。下記の表は材料の反射力の関数として得られた投光
源効率を示す。

【００３７】反射材反射力効率ポリエーテルスルホン９７．７% ５４．３% Ｓｐｅｃｔｒａｆｌｅｃｔ^TM ９７．５% ５４．３% Ｄｕｒａｆｌｅｃｔ^TM ９６% ４８% Ｓｉｌｖｅｒｌｕｘ^TM ９２% ４１．９% Ｐｒｅｄａｔｏｒ^TM ８５% ３１．３% このように、上記表は、反射力の小さな変動が線形投光源の効率を大きく変動さ
せることを示している。実施例７この実施例において、開口ランプ（ａｐｅｒｔｕｒｅｌａｍｐ）を利用する
二つの照明装置は、この発明で教示されるように、二つの改良された照明装置と
比較された。装置１は、市場で入手できる直径３ｍｍのコールドカソード開口蛍
光ランプであって、ＬＣＤ照明によって作られていた。このランプは、光がラン
プの一方の側から優先的に逃げることができる９０°の内側開口を有していた。
９０°の開口は、開口の幅が反射層の内側幅のおおよそ５０％であることに注意
すべきである。装置２は装置１と同じ開口ランプを使用したが、ランプ開口から
おおよそ３．５ｍｍの位置に置かれた直径３．１８ｍｍのロッドレンズが加えら
れた。両装置１及び２に対して、ランプは透明なアクリルエンクロージャの内側
に置かれたが、エンクロージャに対しては反射材料は使用されなかった。装置３
及び４は、本発明の実施例の例示である。装置３及び４は、ＬＣＤ照明から得ら
れた第２のランプを利用しており、その第２のランプは内側開口を有していない
が、前述の開口ランプと同様の技術的特性（直径３ｍｍで、同様の蛍光体及びガ
ス充填混合物）を有している。更に、装置３及び４に対して、外部の反射性エン
クロージャがランプの回りに置かれ、そこにおいて、外部の反射性エンクロージ
ャは、幅がちょうど１．１５ｍｍの直線開口を有していた。外部の反射性エンク
ロージャは、２片のスペクトラロン（ｓｐｅｃｔｒａｌｏｎ^TM）（ラブスフェア
（ＬａｂｓｐｈｅｒｅＩｎｃ．）から）つくられた。スペクトラロン^TMは、反
射力が材料の厚さに依存する拡散反射固形物である。５５５ｎｍの光に対して、
厚さ３ｍｍのスペクトラロン^TMの部分（ｓｅｃｔｉｏｎ）はおおよそ９７．２％
の反射力を有している。反射材料の二つの部分は、エンクロージャの形状が長円
形になるように、機械加工された。長円形エンクロージャの最大内側幅はおおよ
そ７０ｍｍであり、長円形エンクロージャの最小内側幅はおおよそ４．６ｍｍで
あった。装置４に対して、直径がおおよそ３．１８ｍｍのロッドレンズは外側が
反射性のエンクロージャ内の長円形の空洞からおおよそ３．５ｍｍの位置に置か
れた。装置３はレンズを有していない。直線照明装置の放射照度（ｉｒｒａｄｉ
ａｎｃｅ）（ｍＷ／ｃｍ²）は、１ｍｍの検出器を使用してロッドレンズから７
ｍｍの距離で測定される。７ｍｍの距離内に、厚さ３ｍｍのガラス板があり、そ
のガラス板は、典型的に平台ドキュメントスキャナの内側で遭遇する光学装置に
似せてある。検出器はおおよそ３０ｍｍの範囲に亘って一方の側部から他方の側
部に移動され、直線照明装置の長軸線に垂直な放射照度分布の形状を精密に計画
する。結果は図１８に示されている。装置１（開口ランプのみ）は、約３．０ｍ
Ｗ／ｃｍ²の最も悪いピーク放射照度を有していた。装置２（開口ランプにロッ
ドレンズを加えたもの）に対して、ピーク放射照度は４．２９ｍＷ／ｃｍ²まで
わずかに増加した。装置３（本発明によって教示された反射性エンクロージャと
共に使用された開口なしランプ）は、７．０ｍＷ／ｃｍ²のより改良されたピー
ク放射照度を有していた。装置４（本発明によって教示された反射性エンクロー
ジャ及びロッドレンズ装置と共に使用された開口なしランプ）は、１１．８ｍＷ
／ｃｍ²の最高のピーク放射照度を有していた。これらの結果は、狭い直線開口
を有する外部の反射性エンクロージャと共に使用される開口なしランプが、内部
開口ランプより高い放射照度を与えることを、かつ制御された放射照度における
更なる改良が追加の光学要素（この場合、ロッドレンズ）を付加することによっ
て得られることを示している。

【００３８】本発明は、直線の投光源及び直線照明装置を必要とする種々の装置に応用可能
であることは理解されるべきである。例示はスキャナ、ファクスマシン、写真複
写機、商用、オフィス用、住宅用、アウトドアー用、自動車用及び機械装置への
応用を含むが、それに限られない。本発明は、コンピュータ用、自動車、軍事、
航空宇宙、消費者、商用及び産業用のディスプレー（例えば平板ディスプレー）
に適用できる。

【００３９】発明の好適な実施例と信じられるものに付いて説明してきたが、当業者は、本
発明の精神を逸脱することなく更なる変更が可能であることは理解できる。本発
明の範囲内に入るこれらの実施例の全てをクレームすることを意図している。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術の内部アパーチャアランプの概略図的な断面図である。

【図２】従来技術の１つの代替的な内部アパーチャアランプの概略図的な
断面図である。

【図３】線形投光源の概略図的な断面図である。

【図４】線形投光源の１つの代替的な形態の概略図的な断面図である。

【図５】図４の実施の形態の斜視図である。

【図６】線形投光源の別の実施の形態の概略図的な断面図である。

【図７】図６の実施の形態の斜視図である。

【図８】別の線形投光源の概略図的な断面図である。

【図９】図４の線形投光源及び導波管を利用する線形投光源装置の概略図
的な断面図である。

【図１０】図４の線形投光源と、レンズとを利用する線形投光源装置の概
略図的な断面図である。

【図１１】図１０の線形投光源装置の斜視図である。

【図１２】図４の線形投光源と、回折及び全内面反射の双方により機能す
るレンズとを利用する線形投光源装置の概略図的な断面図である。

【図１３】図４の線形投光源と、複合的な放物線状集光器（ＣＰＣ）とを
利用する線形投光源装置の概略図的な断面図である。

【図１４】図４の線形投光源と、光学的要素の列とを利用する線形投光源
装置の概略図的な断面図である。

【図１５】強度（放射照度）対検出器の位置とのプロット図である。

【図１６】強度（放射照）対検出器の位置とのプロット図である。

【図１７】相対的な出力対開口部の幅とのプロット図である。

【図１８】強度（放射照度）対検出器の位置とのプロット図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者クパー，ジェリー・ウェインアメリカ合衆国ニュージャージー州08836，マーティンズビル，テュロー・ロード 1336 (72)発明者シャックレット，ローレンス・ウェインアメリカ合衆国ニュージャージー州07040，メイプルウッド，アルデン・プレイス 11 (72)発明者マクファーランド，マイケル・ジェームズアメリカ合衆国ニュージャージー州07882，ワシントン，マスカネットコング・リバー・ロード 148 (72)発明者ゾウ，ハンアメリカ合衆国ニュージャージー州08561，ウィンザー，スクール・ドライブ 11 (72)発明者ジマーマン，スコット・エムアメリカ合衆国ニュージャージー州07920，バスキング・リッジ，ウッドセンド・ロード 230 (72)発明者ウィルソン，ジョン・コルビンアメリカ合衆国ニュージャージー州07470，ウェイン，ウースター・ドライブ 48 (72)発明者ビーソン，カール・ダブリューアメリカ合衆国ニュージャージー州08540，プリンストン，クリストファー・ドライブ 269 Ｆターム(参考） 2H109 AA02 AA13 AA15 AA23 AA26 AA52 AA53 AA64 AA72 AA80 AA92 AA94 AA95 5C072 AA01 CA02 CA07 CA08 CA11 DA02 DA16 EA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】線形投光源であって、（ａ）長手軸と直交する方向に幅ｗ₁を有する線形光源と、（ｂ）前記線形光源を部分的に取り囲む外部反射エンクロージャとを備え、該外
部反射エンクロージャは内側最大幅ｗ₂を有すると共に少なくとも1つの線形開口
を備え、該線形開口の最大幅ｗ₃の値が(0.03)(w₂)以上(0.75)(w₂)以下である、
線形投光源。
【請求項２】前記線形光源は管状の蛍光灯である、請求項１記載の線形投
光源。
【請求項３】前記線形開口の最大幅ｗ₃の値は(0.1)(w₁)以上w₁以下である
、請求項２に記載の線形投光源。
【請求項４】前記線形開口の最大幅ｗ₃の値は(0.2)(w₁)以上(0.9)(w₁)以
下である、請求項２に記載の線形投光源。
【請求項５】前記線形光源は、一列に配設された発光ダイオード、一列に
配設されたレーザダイオード、少なくとも１つの有機発光ダイオード、または、
少なくとも１つのエレクトロルミネッセンスストリップである、請求項１に記載
の線形投光源。
【請求項６】前記線形光源は二色以上の発光体を含む、請求項５に記載の
線形投光源。
【請求項７】前記外部反射エンクロージャの反射物質の反射率Ｒは９０％
以上である、請求項１に記載の線形投光源。
【請求項８】前記外部反射エンクロージャの反射物質の反射率Ｒは９５％
以上である、請求項１に記載の線形投光源。
【請求項９】前記外部反射エンクロージャの反射物質は、拡散反射体、鏡
面反射体、又は、拡散反射体と鏡面反射体の双方である、請求項８に記載の線形
投光源。
【請求項１０】前記反射物質は、前記外部反射エンクロージャの構造体と
して用いられる、請求項８に記載の線形投光源。
【請求項１１】透明又は白色の充填材である微粒子が充填されたエンジニ
アリング熱可塑性物質を含み、該微粒子の屈折率は前記熱可塑性物質の屈折率よ
り大きい、請求項１０に記載の線形投光源。
【請求項１２】前記線形開口の幅は前記投光源の長手方向に沿って変化す
る、請求項１に記載の線形投光源。
【請求項１３】前記線形開口の最大幅ｗ₃の値は、(0.05)(w₂)以上(0.50)(
w₂)以下である、請求項１に記載の線形投光源。
【請求項１４】線形投光システムであって、（ａ）長手軸と直交する方向に幅ｗ₁を有する線形光源と、（ｂ）前記線形光源を部分的に取り囲むと共に、内側最大幅ｗ₂を有し、少なく
とも１つの線形開口の最大幅ｗ₃の値が(0.03)(w₂)以上(0.75)(w₂)以下である外
部反射エンクロージャと、（ｃ）前記少なくとも１つの線形開口に近接して設けられた少なくとも１つの光
学要素とを具備する、線形投光システム。
【請求項１５】前記光学要素は筒状のロッドレンズである請求項１４に記
載の線形投光システム。
【請求項１６】前記光学要素は、両凸レンズ、非球面の両凸レンズ、両凸
のフレネルレンズ、両凸プリズム、一列に配設された両凸レンズ、一列に配設さ
れた両凸プリズム、鏡、または反射集信機である、請求項１４に記載の線形投光
システム。
【請求項１７】前記光学要素は導波管または光導波管である、請求項１４
に記載の線形投光源。
【請求項１８】前記線形開口の最大幅ｗ₃は、(0.05)(w₂)以上(0.50)(w₂)
以下である、請求項１４に記載の線形投光源。
【請求項１９】前記線形光源は管状の蛍光灯である、請求項１４に記載の
線形投光源。
【請求項２０】前記線形開口の最大幅ｗ₃は、(0.1)(w₁)以上(1.0)(w₁)以
下である、請求項１９に記載の線形投光源。
【請求項２１】前記線形開口の最大幅ｗ₃は、(0.2)(w₁)以上(0.9)(w₁)以
下である、請求項１９に記載の線形投光源。