JP2003092015A - 高いアスペクト比の照明要素 - Google Patents

高いアスペクト比の照明要素

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JP2003092015A
JP2003092015A JP2002178875A JP2002178875A JP2003092015A JP 2003092015 A JP2003092015 A JP 2003092015A JP 2002178875 A JP2002178875 A JP 2002178875A JP 2002178875 A JP2002178875 A JP 2002178875A JP 2003092015 A JP2003092015 A JP 2003092015A
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lighting element
prism
prisms
curve
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Richard A Miller
リチャード・アラン・ミラー
Kenneth A Aho
ケネス・アルフレッド・アホ
Jr Sanford Cobb
サンフォード・コブ・ジュニア
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Minnesota Mining and Manufacturing Co
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は高いアスペクト比を有する照明要素
を提供することを有する。 【構成】 照明要素は光線を光採取機に対して視射角で
提供するように成された光源を有する。採取機は複数の
線形の三角形プリズムをその光が当たるサイドに有す
る。プリズムは平坦なアーク状カーブを有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は照明器具、特に米国特許
第４,９８４,１４４号に記載の高いアスペクト比を有す
る照明器具に関する。なお、この米国特許はこの明細書
中に挿入する。
【０００２】
【従来技術】ある種の用途において、高いアスペクト比
を有する、すなわち、厚さよりも非常に大きい長さと幅
を有する照明要素が望まれている。例えば、自動車のテ
ールライトは可能な限り薄くデザインされる。これはそ
のスペースに必要な体積がラゲージエリアの費用に影響
するからである。同様に、ラップトップ型のコンピュー
タのディスプレイに用いられている照明要素は大きさお
よび重量の両者を小さくさせるために可能限り薄くすべ
きである。
【０００３】そのような高いアスペクト比の照明要素を
製造する一つの試みが１９８７年２月２０日に出願さ
れ、１９９１年１月８日に発行された米国特許第４,９
８４,１４４号に記載されている。この特許の発明の一
つの態様によれば、照明要素は平坦側と構造側を有する
光採取フィルムを有する。構造側はその上に２等辺のプ
リズムを挾角５９〜７９°の範囲で形成される。これら
の挾角は出力光線の角度の好ましい範囲を提供するよう
に選択される。
【０００４】米国特許第４,９８４,１４４号の図１に記
載する照明要素の限定は一般の平行光線であっても集束
あるいは分散するという事実に基づいている。多くの光
源は少し集束する光線を発する。しかしながら、集束光
は最短半径に達し、次いで、分散する。従って、事実上
すべての典型的な光源は分散光線を発する。従って、採
取機の平坦表面が図に示されるように、水平に存在する
ならば、光線は採取フィルムの異なる要素に異なる角度
でぶつかる。この角度の変化が出力光線にもたらされ
る。このことはある種のディスプレイ、特に積み重ねた
要素を用いるものにおいて問題である。また、別の問題
が、採取機上における光度が光源からの距離が離れるこ
とによって小さくなるという事実から派生する。これは
結果として、光学ウインドを越えて均一でない光出力を
もたらす。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
のない優れた照明装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば照明要素
は光学窓を限定するハウジングを有する。複数の三角形
の線形プリズムを有する光採取フィルムをハウジングの
内部から光を採取するために用いる。プリズムは平坦な
アーク状カーブを形成する。光がプリズムの一つの面に
入り、それが第２の面によって完全に内部で反射し、第
３の面を通って採取機フィルムから現れるような視射角
でプリズムに向かって光線が当たるように、光源が配置
される。
【０００７】本発明を図面によって説明する。図１は本
発明による第１の照明要素の模式的断面図である。図２
は本発明で用いる光採取機の拡大図である。図３は本発
明で用いる別の光採取機の拡大図である。図４は本発明
による二つの照明要素を用いる照明器具の図である。図
５は本発明による三つの照明要素を用いる照明器具の図
である。
【０００８】図１において１０で示される本発明の一つ
の照明要素を示す。照明器具１０は光源１１および側壁
１２および１４を含む。光源１１はランプやパラボラ状
反射体のごとき点光源からなる単純な光源または以下に
述べるような本発明の照明要素それ自体であってもよ
い。側壁１２および１４は、他の側壁(図示していない)
とともに光学窓１６を有する閉鎖容器を形成する。光採
取フィルム１８は光を該閉鎖容器から採取する。光源１
１は平行光線を発光し、その光がフィルム１８にフィル
ムに対するタンジェントに関して小さな角度で当たるよ
うにする。これは時々視射角(grazing angle)として知
られている。光採取フィルム１８は平坦であっもよい外
表面２０と構造表面２２を有する。構造表面２２はその
上に複数の線形プリズム、例えばプリズム２４,２６お
よび２８を有し、それらは閉鎖容器の内部に面してい
る。プリズム２４,２６および２８の軸は光源１１から
やってくる光の方向に対し、垂直である。ある態様にお
いては、側壁１４は鏡またはミネソタ・マイニング・ア
ンド・マニファクチャリング・カンパニーから「シルバ
ールックス(Ｓilverlux)」の名前で市販されている。反
射テープを用いて反射させてもよい。プリズムであるた
めに、構造表面２２は平坦ではない。しかしながら、プ
リズムはそれ自体平坦なアーク状を成していてもよい。
【０００９】図２はプリズム２４,２６および２８を含
むフィルム１８の部分の拡大図である。光線３０が図１
の光源１１から到達し、プリズム２６のバセット３２に
当たる。光線３０は面３２を透過し、面３４によって完
全に内部に反射する。次いで、図２に示されたコースを
通って表面２０から抜け出す。従って、光は照明要素１
０の内部から採取される。
【００１０】照明要素１０の好ましい態様において、プ
リズム、例えばプリズム２４,２６および２８は７０．
８６°の角度を有する２等辺三角形を有する。この角度
は照明器具の軸に対し９°の角度を有する光を、もし採
取フィルムがポリカーボネートから形成されている場合
にその軸に対し通常の方向に発光するように選択され
る。選択された角度はしかしながら、照明器具の性能に
悪影響を与えない程度に５〜１０°程度変化してもよ
く、そして、光源の位置、その特性および採取フィルム
の反射率、さらには特定の場合に生じる他の条件に基づ
いて変化する。さらに、２等辺のプリズムが示されてい
るが、プリズムが両側から照明される限り２等辺三角形
であることは特に必要ではない。一般に、従って、その
角度は５９〜７０°の範囲である。
【００１１】図３は別の採取フィルム１８'を示す。図
２の採取フィルムにあるように、フィルム１８'は三角
形のプリズム２４,２６および２８を構造表面２２を有
する。フィルム１８'の該表面２０'はその表面に形成さ
れた構造３６および３８を有する。構造表面３６および
３８は単に一般的なピロー(pillow)レンズである。他の
構造を外表面に提供してもよい。どのような構造が存在
したとしても光は照明要素を逃れることにおいて所定の
望ましい分散特性を有するようにされる。
【００１２】図１の態様における照明要素は出力アパー
チャを横切って出力される比較的均一な光を提供するよ
うにされている。図１に示されてもいるように、フィル
ム１８はその長さの部分を少なくとも平坦なカーブを持
っている。結果として、照明要素１１からくる光線を遮
り、照明要素１１からより遠い採取フィルム１８の部分
を照明要素からより近い領域で遮るよりも光線のより大
きな部分を遮るようにする。この方法によって、見掛け
の光度の分散を変えることができる。これは通常の条件
下ではないが、アパーチャーを要素１１に近い点でより
遠い点でより明るくすることが可能である。典型的には
アパーチャー全体を通して均一な光度に見えるのが好ま
しい。
【００１３】図４は本発明の照明要素であり、光源がそ
れ自体本発明の照明要素である場合を示す。図４におい
て、照明要素１１'はランプ４０およびフィルム４２を
有する。ランプ４０にはコリメーター、好ましくはパラ
ボラ状鏡を有する点光源である。フィルム４２は構造表
面、好ましくは図２に示された構造表面を有する。原理
的には、フィルム４２は平行点光源として作用するラン
プ４０を平行線ソースにする。
【００１４】フィルム４２の曲率は出力光の光度均一性
よりもむしろ出力光線の平行化(ｃollimation)に調整さ
れている。出力光の平行化を可能にする照明要素の設計
には、使用すべき光源の特性および位置を知らねばなら
ない。この情報が与えられたら入射光とフィルムで作る
角度を決定してもよい。典型的には照明器具とフィルム
との間で成す角度はフィルムのセンターと両端で決定さ
れる。従って、カーブはそれらのスロープに合わせて形
成される。カーブの正確性は付加的な点での望ましい傾
きを決定することによって増大されるかも知れない。一
般に、得られたカーブは一定の曲率半径を有さないが、
その変化は非常に小さく、ほぼ一定の半径を使用しても
よい。フィルムが従うカーブはしばしば対照的であっ
て、両サイドから光を照射することができる。
【００１５】図４のシステムは本発明の別の照明要素を
用いている。この照明要素において照明要素１１'は光
源として使用され、フィルム４４は採取機として作用す
る。見られるようにフィルム４４は照明要素１１'から
くる光の道筋を横切って下にカーブし、均一な光を提供
する。上述のように、フィルム４２は効果的に点光源を
線光源に変える。同様に、フィルム４４は効果的に線光
源を面光源を発するように使用する。
【００１６】図５は本発明の照明要素２つを光源として
用いる薄いバックリット(backlit)ディスプレイを示
す。２つのうち１つの照明要素５０はランプ５２、鏡５
４および採取フィルム５６を有している。採取フィルム
５６は図２に示されている型のものである。好ましい態
様においては、鏡５４はディスプレイの側壁５８と４９
１／２°の角度を成す。第２の本発明による照明要素６
０は、別のランプ(図示せず)、鏡６２および採取体６４
を有する。このディスプレイをさらに図２に示す型の採
取フィルム６６を有する。フィルム６６の平坦側はディ
スプレイされる画像を有してもよい、また、より実用的
には画像を有する媒体を採取フィルム６６の平坦な表面
に重ねる。２つの照明要素５０および６０からの光を採
取フィルム６６に向かわせるためには、それらはディス
プレイの下の表面と約８１°の角度をなす。
【００１７】ランプ５２をディスプレイの側壁に置くこ
とによって得られる長い光路の長さは別の特性を付与す
る。ランプ５２からの通常の平行光線は実際には僅かに
集束するならば、光は最短直径で集束し、次いで拡散し
はじめる。極小光半径は２または３cmである。その大き
さの間隙ストップを最小半径に対応する位置で光路に沿
って置いてもよい。アパーチャーストップが光線に付随
する平行でない光線、すなわち、不均一光線をブロック
する。これは出力ビームの非平行部分を減らす。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による第１の照明要素の模式的断面
図。
【図２】 本発明で用いる光採取機の拡大図。
【図３】 本発明で用いる別の光採取機の拡大図。
【図４】 本発明による二つの照明要素を用いる照明器
具の図。
【図５】 本発明による三つの照明要素を用いる照明器
具の図。
【符号の説明】
１１…光源、１２および１４…側壁、１６…光学窓、１
８…光採取フィルム、２４,２６および２８…プリズ
ム、３０…光線、３２…ハッセット、３４…ハッセッ
ト、１８'…別の採取フィルム、１１'…照明要素、４０
…ランプ、４２…フィルム、５０…照明要素、５２…ラ
ンプ、５４…鏡、５６…採取フィルム、６０…照明要
素、６２…鏡、６４…採取機、６６…採取機。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 6/00 ３３１ Ｆ２１Ｙ 101:00 27/00 Ｇ０２Ｂ 27/00 Ｖ // Ｆ２１Ｙ 101:00 Ｆ２１Ｓ 1/00 Ｅ (72)発明者 ケネス・アルフレッド・アホ アメリカ合衆国55144−1000ミネソタ州セ ント・ポール、スリーエム・センター (72)発明者 サンフォード・コブ・ジュニア アメリカ合衆国55144−1000ミネソタ州セ ント・ポール、スリーエム・センター Ｆターム(参考） 2H038 AA54 BA06 2H042 CA12 CA17

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光学窓を有する光学キャビティを限定す
    るハウジング、 第１と第２の側面を有し、該第２の側面が複数の線形三
    角形プリズムを有し、そのプリズムの各々が第１および
    第２の面を有し、該プリズムが平坦なアーク状カーブを
    形成する光学キャビティから光学窓を通して光を誘導す
    る光採取機、および該採取機の第２の側面に対して視射
    角で光線を移行させ、光が前記プリズムの１つにそのプ
    リズムの第１の面を通って入り、そのプリズムの第２面
    によって完全に反射し、第１の側面を通って採取機から
    発光するように位置する光源からなる照明要素。
  2. 【請求項２】 前記カーブが装置からの平行出力を提供
    するように成された請求項１記載の照明要素。
  3. 【請求項３】 前記カーブが光学窓から均一な光出力を
    提供するように成された請求項１記載の照明要素。
  4. 【請求項４】 更に、該採取機の第２の側面に対して視
    射角で光線を移行させ、光が前記プリズムの１つにその
    プリズムの第１の面を通って入り、そのプリズムの第２
    面によって完全に反射し、第１の側面を通って採取機か
    ら発光するように位置する第２の光源を有する請求項１
    記載の照明要素。
  5. 【請求項５】 前記カーブがその装置から平行出力を取
    り出すように成された請求項４記載の照明要素。
  6. 【請求項６】 該光源が；第１と第２の側面を有し、該
    第２の側面が複数の線形三角形プリズムを有し、そのプ
    リズムの各々が第１および第２の面を有し、該プリズム
    が平坦なアーク状カーブを形成する光学キャビティから
    光学窓を通して光を誘導する光採取機、および該採取機
    の第２の側面に対して視射角で光線を移行させ、光が前
    記プリズムの１つにそのプリズムの第１の面を通って入
    り、そのプリズムの第２面によって完全に反射し、第１
    の側面を通って採取機から発光するように位置する光源
    からなる請求項１記載の照明要素。
  7. 【請求項７】 前記カーブが装置から平行出力を取り出
    すように成された請求項６記載の照明要素。
  8. 【請求項８】 前記カーブが均一出力光を提供するよう
    に成された請求項６記載の照明要素。
  9. 【請求項９】 前記プリズムが２等辺三角形を形成する
    請求項１記載の照明要素。
  10. 【請求項１０】 前記プリズムが挾角５９〜７９°を有
    する請求項９記載の照明要素。
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