JP2014515871A - 透明シートに光を結合するシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

光を透明シートに結合するシステムおよび方法である。このシステムは光源と、この光源に光学的に結合された光拡散性光ファイバとを備えている。光拡散性光ファイバは、コアと、クラッドと、さらに長さとを有し、コアの少なくとも一部は、光拡散性光ファイバの長さの少なくとも一部に沿ってコアからクラッド外へと出てさらに透明シートに入る実質的に連続した光放射を提供するよう構成された、不規則に配列された空洞を備えている。

Description

関連出願の説明

本出願は、その内容が引用されその全体が参照することにより本書に組み込まれる、２０１１年４月２６日に出願された米国特許出願第１３／０９４，２２１号および２０１１年１０月１０日に出願された米国特許出願第１３／２６９，７３３号の優先権の利益を主張するものである。

本開示は一般に、光学媒体への光の結合に関し、特に、透明シートに光を結合するシステムおよび方法に関する。

フラットスクリーンディスプレイを利用した電子ベースの装置の多様性がますます増加している。こういった装置のサイズは、最大でフラットスクリーンテレビから、最小の携帯電話などのハンドヘルド装置にまで及ぶ。

特定の種類のフラットスクリーンディスプレイでは、ディスプレイを見るために必要な光を光源が提供する。例えば、ある種類の液晶ディスプレイでは、アドレス指定可能な液晶ディスプレイ構造を裏から光源で照らし、かつ直交する偏光板がこの構造の両側に採用されている。他の種類のフラットスクリーンディスプレイは、バックライトまたは外部光源を備えずに代わりに周辺光を使用して動作する、反射型ディスプレイ（例えば、反射型液晶ディスプレイ）である。

周辺光を利用する反射型ディスプレイは特定の用途（例えば、いわゆる電子書籍用途）では魅力的であるが、このようなディスプレイは暗い環境では実用的でなく外部光源が必要になる。しかしながらこの外部光源は、ディスプレイを読取り可能にするのに十分な均一性および強度を有する光を提供すると同時に、ディスプレイのコンパクト性を維持するように構成することが好ましい。

本発明の一実施の形態は、透明シートに光を結合するシステムである。このシステムは、光を生成する光源と、光拡散性光ファイバとを備えている。この光拡散性光ファイバは、光源に光学的に結合され、かつ透明シートに隣接して配置されている。光拡散性光ファイバは、コアと、クラッドと、さらに長さとを有している。コアは、コアからクラッド外へと出てさらに透明シートに入る実質的に連続した光放射を提供するよう構成された、不規則に配列された空洞を備えている。

本開示の別の実施形態は、縁部と表面とを有する透明シートに光を結合するシステムである。このシステムは、光を生成する光源と、さらにこの光源に光学的に結合された、少なくとも１つの光拡散性光ファイバとを備えている。この少なくとも１つの光拡散性光ファイバは、コアと、クラッドと、さらに長さとを有している。このコアの少なくとも一部は、光拡散性光ファイバの長さの少なくとも一部に沿ってコアからクラッド外へと出て行く実質的に連続した光放射を提供するよう構成された、不規則に配列された空洞を備えている。このシステムはさらに透明シートを備え、この少なくとも１つの光ファイバの長さの前記少なくとも一部は、この光ファイバ部分の長さの少なくとも一部からの光が透明シートに入るように、透明シートの縁部と表面とのうちの少なくとも１つに隣接して配置されている。

本発明の別の実施形態は、縁部と表面とを有する透明シートに光を結合する方法である。この方法は、少なくとも１つの光拡散性光ファイバの長さの少なくとも一部を、透明シートの縁部と表面とのうちの少なくとも１つに隣接して配置するステップを含む。この少なくとも１つの光拡散性光ファイバは、コアと、クラッドと、さらに長さとを有している。このコアの少なくとも一部は、光拡散性光ファイバの長さの少なくとも一部に沿ってコアからクラッド外へと出て行く実質的に連続した光放射を提供するよう構成された、不規則に配列された空洞を備えている。この方法はさらに、光拡散性光ファイバの長さの少なくとも一部からの光が透明シートに入るように、光を少なくとも１つの光拡散性光ファイバに沿って送るステップを含んでいる。

さらなる特徴および利点は以下の詳細な説明の中に明記され、ある程度は、その説明から当業者には容易に明らかになるであろうし、あるいは、以下の詳細な説明、請求項、さらに添付の図面を含め、本書において説明されたようにこれを実施することにより認識されるであろう。

前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、請求項の本質および特徴を理解するための概要または構成を提供するよう意図されている実施形態を示していることを理解されたい。添付の図面は、本開示のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれかつその一部を構成する。図面は種々の実施形態を示し、そしてその説明とともに、その原理および動作の説明に役立つ。

本開示による一例の光結合型光学システムの上面図 図１の光結合型光学システムの斜視図 一例の光拡散性光ファイバの断面図であって、中心コア部（コア）の詳細な断面図を含んでいる図 あるコアおよびクラッドの形状を有する光拡散性光ファイバの例の断面写真 異なるコアおよびクラッドの形状を有する光拡散性光ファイバの例の断面写真 図３Ａに類似した、光散乱材料から成る外側層を含んだ光拡散性光ファイバの別の実施形態例を示した図 一例の光拡散性光ファイバに沿った結合端部から終端部までの距離ｚの関数として散乱光の強度Ｉ_C（ｚ）をプロットした図であって、散乱損失による散乱光強度の降下を示している図 光拡散性光ファイバからの理想的な散乱光の強度Ｉ_S（ｚ）を概略的にプロットした図であって、散乱光の望ましい一定の強度Ｉ_CONSTを距離ｚの関数として示している図 透明シートの縁部部分と透明シートの縁部に隣接して動作可能に配置された光拡散性光ファイバとの拡大断面図（Ｘ−Ｙ平面） 図５Ａに類似し、さらに反射部材を含んだ図であって、透明シートに結合されないはずであった散乱光の少なくとも一部を透明シートに結合させるように、反射部材を光拡散性光ファイバに対して動作可能に配置した図 図５Ａに類似し、さらに屈折率整合材料を含んだ図であって、散乱光が屈折率整合材料を通って移動するように、屈折率整合材料が光拡散性光ファイバと透明シートとの間に配置されている図 図５Ｂに類似した図であって、屈折率整合材料を使用して光拡散性光ファイバと反射部材とを支持している実施形態例を示した図 図５Ｃに類似した図であって、クラッドの一部が光拡散性光ファイバの長さの少なくとも一部に沿ってこの光拡散性光ファイバから除去されてクラッド間隙を画成し、このクラッド間隙が屈折率整合材料で満たされている実施形態例を示した図 図５Ｄに類似した図であって、光拡散性光ファイバが、屈折率整合材料で満たされたクラッド間隙を含んでいる実施形態例を示した図 図５Ａに類似した図であって、屈折率整合材料が、透明シートの縁部に貼り付けられた接着ストリップの形態である実施形態例を示した図 図５Ｇに類似し、クラッドの一部に接して動作可能に直接配置された反射部材をさらに含んでいる図 図５Ｇに類似した図であって、光拡散性光ファイバを透明シートに対して支持するよう構成された支持部材を含んでいる実施形態例を示した図 図５Ｇに類似した図であって、光拡散性光ファイバを透明シートに対して支持するよう構成された支持部材を含んでいる実施形態例を示した図 屈折率整合接着ストリップと光拡散性光ファイバとが透明シートの上表面に隣接して存在している点を除いて、図５Ｇに類似している図 図５Ｋに類似し、屈折率整合材料が光拡散性光ファイバと、動作可能に配置された反射部材とを支持している図 図５Ｋに類似した図であって、透明シートの上表面に接着された多数の光拡散性光ファイバを示している図 反射部材が存在せずかつ光拡散性光ファイバがクラッド間隙を有している点を除いて、図５Ｌに類似している図 図５Ｋに類似した図であって、透明シートの上表面に接着された、図５Ｍで構成されているような多数の光拡散性光ファイバを示している図 図１に類似した図であって、屈折率整合材料が、光拡散性光ファイバに沿った距離ｚの関数として変動する屈折率ｎ₂₀₀を有している実施形態例を示した図 光拡散性光ファイバに沿った距離ｚに対する、屈折率整合材料の屈折率ｎ₂₀₀のプロファイルの例を示した図 図６Ａに類似した図であって、屈折率整合材料の厚さが光ファイバに沿った距離ｚに伴って変動する実施形態例を示した図 図６Ａに類似した図であって、屈折率整合材料の厚さが光ファイバに沿った距離ｚに伴って変動する実施形態例を示した図 図６Ａに類似した図であって、光拡散性光ファイバが２つの光源に光学的に結合されている実施形態例を示した図 図６Ａに類似した図であって、屈折率整合材料（見易いように斜線で図示されている）が連続的ではなく、光拡散性光ファイバと透明シートとの間の離散的位置に離散部分として提供されている実施形態例を示した図 図６Ａに類似した図であって、透明シートの２つの縁部に隣接して光ファイバを存在させることができる曲げ部を光拡散性光ファイバが含んでいる実施形態を示した図 図７Ａに類似した図であって、透明シートの異なる縁部に沿って、複数の光拡散性光ファイバを採用した実施形態例を示した図 図７Ｂに類似した図であって、非光拡散性光ファイバの端部を１つに纏めてファイバ束を形成した実施形態例を示した図 ３つの光拡散性光ファイバと１つの非光拡散性光ファイバが纏ってファイバ束を形成し、かつ４つの光拡散性光ファイバが透明シートの各縁部に隣接して存在している、図７Ｃに類似した実施形態を示している図 本開示の光結合システムを含んでいる一例のフラットスクリーン装置を示した分解斜視図

ここで本開示の実施形態を詳細に参照し、その例を添付の図面に示す。可能な限り、同様の構成要素または部分の参照に同じ参照番号を使用する。デカルト座標を、参照のためにいくつかの図に示す。

図１は、本開示による一例の光結合型光学システム（「システム」）１０の上面図である。図２は、図１の光結合型光学システムの斜視図である。システム１０は概して、透明シート２０と、透明シートに隣接して動作可能に配置された光拡散性光ファイバ５０と、さらに光拡散性光ファイバに光学的に結合された光源１００とを備えている。一例において光源１００は、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）または少なくとも１つのダイオードレーザを含む。光源１００が放射する光１０２は、一例において３５０ｎｍから１，０００ｎｍまでの波長範囲内のものであり、一方別の例では、３８０ｎｍ（紫）から７５０ｎｍ（赤）までなどの可視波長範囲内のものである。

透明シート２０は、厚さＴＨ２２を画成する本体２２と、対向する実質的に平面的かつ実質的に平行な上下表面２４と、さらに長方形の透明シートでは４つの縁部２６など、１以上の縁部２６とを有している。透明シート２０は、例えば、ガラス、プラスチック、コーニングのＥＡＧＬＥ ＸＧ（登録商標）、ＥＡＧＬＥ（登録商標）、およびＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）などのディスプレイガラス、およびＰＹＲＥＸ（登録商標）ガラスの他、溶融シリカ、ＰＰＭＡのようなプラスチック材料、または任意の他の透明材料から形成することができる。ここで「透明」という用語は、一般に、透明シートが少なくとも可視波長範囲の光１０２を透過し、さらに透明シート本体２２の所与の厚さＴＨ２２において、吸収される光よりも透過する光の方が多いことを意味する。

一例において、透明シート本体２２の厚さＴＨ２２は０．３ｍｍ以上であり、さらに別の例では０．７ｍｍ以上である。一例において、透明シート本体２２の屈折率は、５５０ｎｍで約１．５以上である。また一例において、上下表面２４のうちの１以上は、光１０２を散乱させるように設計された粗い部分を有する粗面でもよい。

システム１０は、少なくとも１つの光拡散性光ファイバ５０を含んでいる。用語「光拡散」は、光の散乱が光拡散性光ファイバ５０の長さに沿って実質的に連続的であること、すなわち離散的（例えば、点）散乱に関連するような飛びまたは不連続性が存在しないことを意味する。

一例において、光拡散性光ファイバ５０は、結合端部５２および終端部５４を含んでいる。結合端部５２および終端部５４は、光拡散性光ファイバ５０の長さＬを画成する。結合端部５２は、光源からの光１０２が導波光１０２Ｇとして光拡散性光ファイバ５０内で移動するように、光源１００に光学的に結合されている。光拡散性光ファイバ５０は、透明シート縁部２６および透明シート表面２４のうちの少なくとも１つに隣接して配置されている。一例において、終端光学部材５６が光拡散性光ファイバ５０の終端部５４に隣接して動作可能に配置されている。一例において、終端光学部材５６は光１０２を吸収する光吸収体であり、一方別の例において終端光学部材５６は、反射された導波光が光ファイバ５０に沿って反対方向に、すなわち光源１００に向かって移動するよう光１０２（例えば、導波光１０２Ｇ）を反射する、光反射体である。この例では、光アイソレータ（図示なし）を採用して、光１０２が光源１００に戻らないようにしてもよい。

図３Ａは、中心コア部（「コア」）６０ＣＳと外側クラッド６６とを有している、一例の光拡散性光ファイバ５０の断面図であり、コアの構造例を詳細に示したものである。光拡散性光ファイバ５０は、直径Ｄ６０を有する中心（すなわち内側）コア領域６０と、この中心コア領域を少なくとも部分的に包囲している、外側コア領域６２とを含んでいる。中心コア領域６０は、図３Ａの差込み図に示したように不規則に配列された不規則なサイズの空洞６４を含む環状の空洞領域６０Ｖに包囲された、中心透明（固体）領域６０Ｃを含んでいる。光拡散性光ファイバ５０は、コア６０ＣＳを包囲しているクラッド領域６６をさらに含んでいる。一例において、クラッド領域６６は低屈折率ポリマーから作られ、一方コア６０ＣＳはシリカを含む。

不規則に配列された不規則なサイズの空洞６４（「不規則な空気ライン（air lines）」とも称される）を有する光拡散性光ファイバの例は、米国特許第７，４５０，８０６号明細書に記載されており、この特許は参照することにより本書に組み込まれる。

一例において、中心透明領域６０Ｃの公称屈折率は、波長５５０ｎｍで約１．４６である。また一例において、コアの直径ＤＣＳは、約１２５μｍから３００μｍまでの範囲内である。さらに一例において、光拡散性光ファイバ５０の直径Ｄ５０は、０．２ｍｍ（２００μｍ）から０．２５ｍｍ（２５０μｍ）までの範囲内である。

図３Ｂおよび図３Ｃは実際の光ファイバコア６０ＣＳの断面写真であり、光ファイバの中心コア領域６０および外側コア領域６２の、２つの異なる構造を示している。図３Ｂの光ファイバコア６０ＣＳは、比較的小さい空洞６４を含んだ比較的大きい環状空洞領域６０Ｖを有し、その損失は約１．２ｄＢ／ｍである。図３Ｃの光ファイバコア６０ＣＳは、比較的大きい空洞６４を含んだ比較的小さい環状空洞領域６０Ｖを有し、その損失は約０．４ｄＢ／ｍである。図３Ｂおよび図３Ｃに示した両方のコア６０ＣＳにおいて、中心コア領域６０および外側コア領域６２はシリカであり、またクラッド６６は低屈折率ポリマーである。

光拡散性光ファイバ５０の、散乱に起因する損失は、中心コア領域６０および外側コア領域６２の特定の構造に依存して０．２から２ｄＢ／ｍまで変動し得る。しかしながら、以下でより詳細に説明するが、本開示の態様は例えば最大約３００ｄＢ／ｍまでのより大きな損失が得られるように光拡散性光ファイバ５０を変更したものを含む。すなわち一例において、光拡散性光ファイバ５０の損失は約０．２ｄＢ／ｍから約３００ｄＢ／ｍまでの範囲内とすることができ、この損失は、２５０ｎｍから２，０００ｎｍまでの波長範囲において実質的にスペクトル的に均一であり、また別の例では、可視波長すなわち「白色光」スペクトル範囲（例えば、３８０ｎｍから７５０ｎｍ）に亘って実質的にスペクトル的に均一である。

図３Ｄは図３Ａに類似した、光拡散性光ファイバ５０の実施形態例を示したものである。図３Ｄの光拡散性光ファイバ５０は、透明部６０Ｃおよび空洞部６０Ｖを有している中心コア領域６０と、外側コア領域６２とを含んでいる。クラッド６６が外側コア領域６２を包囲している。コア６０ＣＳはシリカを含み、一方クラッド６６は低屈折率ポリマーから成る。

光拡散性光ファイバ５０は、クラッド６６を包囲する２次被覆としての役目を果たすアクリレートポリマー材料などの被覆層７０をさらに含み、かつ光散乱層７２がこの被覆層を包囲している。光散乱層７２は、リン、ＴｉＯ₂粒子、または効果的な角度間隔での散乱（すなわち、均一な角度の散乱）のためのアクリレート白インクなどのドープポリマーなど、光散乱材料を含む。

再び図１および図２と、さらに図５Ａの断面図を参照すると、光拡散性光ファイバ５０は、透明シート２０の縁部２６に隣接して動作可能に配置され、かつ縁部と接触させてもよいし、あるいは縁部から間を空けて間隙３６を画成してもよい。一例において、間隙３６の幅Ｗ３６は、０ｍｍ（すなわち、光拡散性光ファイバ５０は縁部２６と接触している）から最大５ｍｍまでの範囲内とし得る。

システム１０の一般的な動作中、光源１００が光１０２を生成し、この光１０２が結合端部５２で光拡散性光ファイバ５０に結合され、それにより、終端部５４に向かって光拡散性光ファイバに沿って移動する導波光１０２Ｇが形成される。しかしながら、導波光１０２Ｇが光拡散性光ファイバ５０に沿って移動するとき、コア６０を離れかつ（一実施の形態では）クラッド６６から出て行く拡散光すなわち散乱光１０２Ｓが光ファイバの光拡散特性により生成され、それにより実質的に連続な散乱光１０２Ｓの光放射が光ファイバの長さの少なくとも一部に沿って提供される。

図４Ａは、コア６０内を移動している導波光１０２Ｇの強度Ｉ_c（ｚ）を、光ファイバに沿った距離ｚに対してプロットしたものである。強度Ｉ_c（ｚ）は、光拡散性光ファイバ５０の結合端部５２での最大値Ｉ_MAXから終端部５４での最小値Ｉ_MINまで単調に減少している。散乱光１０２Ｓの強度Ｉ_S（ｚ）は、光の散乱が光拡散性光ファイバ５０の長さに亘って均一であるとき、類似した形を有する。図４Ａのプロットの形状は、個々の光拡散性光ファイバ５０の損失特性により決定される。

図４Ｂは、散乱光１０２Ｓの理想的な強度Ｉ_S（ｚ）を概略的にプロットしたものであり、距離ｚの関数として、すなわち光拡散性光ファイバ５０の長さに沿って、一定の強度Ｉ_CONSTの望ましい散乱光を示している。一例においてＩ_CONSTは、公差範囲内、すなわち上限Ｉ_Uおよび下限Ｉ_Lの狭い強度範囲内で変動し得る。図４Ｂのプロットは、透明シート２０に結合される散乱光１０２Ｓの量でもあり得、したがって、光拡散性光ファイバ５０からの散乱光が不均一な強度プロファイルを有していたとしても、技術を用いて、散乱光が透明シート２０に入る前にこの散乱光を調整してもよい。光拡散性光ファイバ５０に沿った距離に伴って散乱光の強度Ｉ_Sと導波光１０２Ｇの強度Ｉ_Cとが低下するのを少なくとも部分的に補償する方法の例を以下で説明する。

一例において、光の散乱は等方性であるため、散乱光１０２Ｓの一部が透明シート縁部２６の方に導かれてシート縁部で透明シート本体２２に結合され、一方残りの部分は透明シート縁部から外れ、すなわち透明シート本体に結合されない。図面では説明を簡単にするため、透明シート本体２２に結合される散乱光１０２Ｓの部分のみを図示している。透明シート本体２２に結合された散乱光１０２Ｓの部分は、以下でより詳細に説明するような、フラットスクリーンディスプレイを含む様々な用途で照明光としての役目を果たし得る。

図５Ｂは図５Ａに類似した図であり、反射表面１４２を有する反射部材１４０をさらに含んだものである。反射部材１４０は、透明シート２０とは反対側で光拡散性光ファイバ５０に隣接して配置されている。反射部材１４０は、透明シート２０から外れることになるはずであった散乱光１０２Ｓを受け取って反射し、さらにこの散乱光の少なくとも一部を、散乱かつ反射された光１０２ＳＲとして透明シートの縁部２６に向けて導くよう（例えば、反射表面１４２の形状により）構成されている。すなわち、反射部材１４０は、光拡散性光ファイバ５０内部での散乱プロセスの等方性の本質に起因して失われるはずであった少なくともいくらかの散乱された（かつ反射された）光１０２ＳＲを加えることによって、透明シート２０内に結合される散乱光１０２Ｓの量を増加させるように働く。

図５Ｃは図５Ａに類似した図であり、散乱光１０２Ｓが屈折率整合材料を通って移動するように、光拡散性光ファイバ５０と透明シート２０との間に配置された屈折率整合材料２００をさらに含んだものである（すなわち、屈折率整合材料は光路内に配置されている）。一例において、屈折率整合材料２００の屈折率ｎ₂₀₀は、光拡散性光ファイバ５０のコア６０の屈折率（ｎ₆₀）と透明シート２０の屈折率（ｎ₂₀）の間であり、すなわち（０．９９）ｎ₆₀＜ｎ₂₀₀＜ｎ₂₀である。

一例において、屈折率整合材料２００は、さらに光拡散性光ファイバ５０を透明シート２０に対して支持するように働く。一例において、屈折率整合材料２００は接着特性を有している。ｎ₆₀の一例の値は、波長５５０ｎｍで１．４６であり、またｎ₂₀₀の一例の値は、波長５５０ｎｍで１．４５から１．５５までの範囲内である。屈折率整合材料の例としては、ポリマーベース接着剤、光硬化性ポリマー、およびエポキシ接着剤が挙げられる。

図５Ｄは図５Ｂに類似した図であり、屈折率整合材料２００を使用して光拡散性光ファイバ５０および反射部材１４０を支持している実施形態例を示している。

図５Ｅは図５Ｃに類似した図であり、コア６０ＣＳが露出されるように、またはクラッドの厚さが大幅に薄くなるように、クラッド６６の一部がその長さの少なくとも一部に沿って光拡散性光ファイバ５０から除去された実施形態例を示している。クラッド６６の除去された部分は、屈折率整合材料２００で満たされているように図示されている、間隙６８を形成する。コア６０ＣＳが露出している例では、コアの露出部分にシランを塗布してコアの表面を保護する。

図５Ｅに示されている構造によれば、光拡散性光ファイバ５０のコア６０ＣＳから放射される散乱光１０２Ｓの量が増加し、この増加した散乱光は、コアから外側へ実質的に放射状に間隙６８内へと導かれる。この構造で光拡散性光ファイバ５０の散乱損失を、例えば最大で上記の３００ｄＢ／ｍなど、比較的高くなるようにすることができる。

図５Ｆは図５Ｄに類似した図であり、光拡散性光ファイバ５０が屈折率整合材料２００で満たされた間隙６８を含んでいる実施形態例を示している。光の散乱は既に等方性ではなくなっているが、反射部材１４０が散乱光の少なくとも一部を透明シート２０内へと逆方向に反射する利点が依然得られることに留意されたい。

図５Ｇは図５Ａに類似した図であり、屈折率整合材料２００が、透明シート２０の縁部２６に貼り付けられた接着ストリップの形態である実施形態例を示している。屈折率整合接着ストリップ２００は、光拡散性光ファイバ５０を縁部２６に対して支持するように働き、さらに透明シート本体２２内への散乱光１０２Ｓの結合を強化する上述の屈折率整合機能を果たす。

図５Ｈは図５Ｇに類似した図であり、透明シート２０とは反対側でクラッド６６の一部に動作可能に直接配置された、反射部材１４０をさらに含んでいる。一例において反射部材１４０は、反射テープ、またはクラッド部分に堆積された反射膜を含む。

図５Ｉは図５Ｇに類似した図であり、光拡散性光ファイバ５０を透明シート２０に対して支持するように構成された支持部材１５０を含んだ実施形態例を示している。支持部材１５０は、前方端部１５２と、前方端部１５２で開口している内部キャビティ１５４とを有している。一例において、キャビティ１５４は反射後面１４２を含み、この反射後面１４２は、図示のように湾曲したものでもよいし、あるいは平面でもよい。一例において、支持部材１５０は鋳造で形成された一体構造のものである。一例において、支持部材１５０は、光拡散性光ファイバ５０を据え付けることが可能な、支持マウントまたは支持ステム１５６を含んでいる。さらに一例において、支持部材１５０は、多数の光拡散性光ファイバ５０を支持するように構成することができる。

一例において支持部材１５０の前方端部１５２は、透明シート２０の厚さＴＨ２０に合わせたサイズの開口１５８を画成し、その結果、支持部材１５０は上下表面２４を握持して透明シートの縁部部分２６に摺動的にしっかりと係合することができる。一例において、前方端部１５２は透明シート２０の上下表面２４を握持するのを助けるよう柔軟である。図５Ｊは図５Ｉに類似した図であり、例えば反射テープを使用して形成された一例の支持部材１５０を示している。

図５Ｋは、屈折率整合接着ストリップ２００および光拡散性光ファイバ５０が透明シート２０の上表面２４に隣接して存在していることを除いて、図５Ｇに類似した図である。図５Ｌは、屈折率整合材料２００が光拡散性光ファイバ５０と反射部材１４０との両方を支持するために使用されていることを除いて、図５Ｋに類似した図である。

図５Ｍは図５Ｋに類似した図であり、透明シートの上表面２４に夫々屈折率整合接着ストリップ２００を介して接着された、多数の光拡散性光ファイバ５０を示している。別の例では、単一の屈折率整合接着ストリップ２００をこれに採用してもよい。この構造は、散乱光１０２Ｓを透明シート本体２２に上表面２４を介して結合させる多数の位置を提供する。

図５Ｎは、反射部材１４０が存在していないこと、そしてクラッド６６の一部が除去されて、上で論じたようなクラッド間隙６８が形成されていることを除いて、図５Ｌに類似した図である。この構造によれば、散乱光１０２Ｓはクラッド間隙６８の位置から光拡散性光ファイバ５０を出て、透明シート本体２２に上表面２４から入ることができる。

図５Ｏは図５Ｋおよび図５Ｍに類似した図であり、透明シートの上表面２４に夫々屈折率整合材料部分２００を介して接着された、多数の光拡散性光ファイバ５０を示している。別の例では、単一の屈折率整合層２００をこれに採用してもよい。この構造は、散乱光１０２Ｓを透明シート本体２２に上表面２４を介して結合させる多数の位置を提供する、別の方法を与える。

図６Ａは図１に類似した図であり、屈折率整合材料２００が距離ｚ（すなわち、光拡散性光ファイバ５０に沿った距離）の関数として変動する屈折率ｎ₂₀₀を有することで、光拡散性光ファイバ５０からの散乱光１０２Ｓの強度Ｉ_Sが低下するのを少なくとも部分的に補償する実施形態例を示している。図６Ｂは距離ｚに対する屈折率ｎ₂₀₀のプロファイルの一例を示したものである。屈折率整合材料２００の厚さＴＨ２００は約１０μｍである。コア６０の（有効）屈折率は、グラフに水平な実線で示したように１．４６である。透明シート２０は、屈折率ｎ₂₀＝１．５のガラスから作られている。光拡散性光ファイバ５０の結合端部５２の位置またはその付近での屈折率整合材料２００に関する変動する屈折率のプロファイルの値は、コアの屈折率を僅かに下回り、さらに終端部５４に向かって１．４９まで増加する。屈折率整合材料２００の屈折率が増加すると、コア６０から散乱される光の量が増加する。これは、光拡散性光ファイバ５０固有の距離に伴う光散乱量の減少を、少なくとも部分的に和らげるように働く。

図６Ｃおよび図６Ｄは図６Ａに類似した図であり、屈折率整合材料２００の厚さＴＨ２００が距離（ｚ）に伴って変動する、すなわちＴＨ２００＝ＴＨ２００（ｚ）の実施形態例を示している。厚さＴＨ２００が大きくなると、対応して散乱光１０２Ｓの減衰の量が大きくなる。すなわち、ＴＨ２００（ｚ）は光拡散性光ファイバ５０の結合端部５２の位置またはその付近で最も厚く、かつ終端部５４の位置またはその付近の最小厚さまで単調に減少する。図６Ｃは、直線的に変動している厚さプロファイルＴＨ２００（ｚ）を示し、一方図６Ｄは湾曲している厚さプロファイルＴＨ２００（ｚ）を示している。具体的な厚さプロファイルＴＨ２００（ｚ）は、光拡散性光ファイバ５０の損失特性により決定される。

一実施形態例において、厚さプロファイルＴＨ２００（ｚ）は、光拡散性光ファイバ５０に沿った距離に伴う散乱光１０２Ｓの強度Ｉ_Sの変動を実質的に補償するように構成され、その結果、散乱光の強度は光拡散性光ファイバの長さに沿って実質的に均一になる。

別の実施形態例において、光拡散性光ファイバ５０は、光拡散性光ファイバに沿った距離の関数としての散乱光の強度Ｉ_Sが実質的に一定になるように構成される。これは例えば、コアの空洞領域６０Ｖに含まれる空洞６４のサイズを変化させるように働く、光ファイバの延伸プロセス中の温度の変更によって達成することができる。空洞６４が小さくなると、光ファイバ５０の損失は大きくなる。すなわち、一実施形態例において光拡散性光ファイバ５０は、その長さの少なくとも一部に亘って実質的に一定の強度Ｉ_Sで散乱光１０２Ｓを放射するように構成される。この光拡散性光ファイバ５０を形成する方法の例は、米国特許出願第１２／９５０，０４５号明細書に開示されており、この明細書は参照することにより本書に組み込まれる。不規則に配列された空洞を有する光ファイバを形成する方法の例は米国特許第７，４５０，８０６号明細書に開示されており、この特許は参照することにより本書に組み込まれる。

図６Ｅは図６Ａに類似した図であり、光拡散性光ファイバ５０が２つの光源１００に各端部５２および５４で光学的に結合されている実施形態例を示している。光アイソレータ５８が各光源１００に隣接して随意的に採用されて、光源１００内へと光が入っていかないようにする。この２光源構造の対称性により、散乱光１０２Ｓの実質的に均一な強度Ｉ_Sが得られる。

図６Ｆは図６Ａに類似した図であり、屈折率整合材料２００（ここでは見易いように斜線で図示されている）が連続的でなく、いくつかの離散的位置ＤＬのいくつかの屈折率整合材料２００の部分２００Ｐを使用して光拡散性光ファイバ５０が透明シート２０に（例えば、図示のように縁部２６で）光学的に結合された（一例では取り付けられた）実施形態例を示している。一例では、屈折率整合材料部分２００Ｐが存在している離散的位置ＤＬの密度は、入力端部５２から光拡散性光ファイバ５０の長さに沿って変化し、結合端部５２の方で比較的低密度でありかつ終端部５４の方で比較的高密度である。説明を簡単にするために、各離散的位置ＤＬの屈折率整合材料２００の部分２００Ｐは、一実施の形態において本質的に同一のものとして図示されている。しかしながら、異なるサイズの屈折率整合材料２００の部分２００Ｐを、異なる離散的位置ＤＬで使用してもよい。一例において、屈折率整合材料部分２００Ｐおよび離散的位置ＤＬの具体的構造は、光拡散性光ファイバ５０の長さに沿って実質的に均一の量の散乱光１０２Ｓが透明シート本体２２に入ることを可能にするように選択される。

図７Ａは図６Ａに類似した図であり、光ファイバを図示のように２つの縁部２６に隣接して存在させることができる曲げ部５１を光拡散性光ファイバ５０が含んでいる、システム１０の実施形態を示している。これにより、散乱光１０２Ｓは異なる側から入ることができ、より多くの光を透明シート２０に結合させることができる。

図７Ｂは図７Ａに類似した図であり、透明シート２０の異なる縁部２６に沿って、複数の光拡散性光ファイバ５０を採用したシステム１０の実施形態例を示している。図７Ｂのシステム１０は、３つの部分の非光拡散性光ファイバ２５０を採用している。光ファイバ２５０の第１部分は、光源１００を１×２結合器２８０に光学的に接続する。光ファイバ２５０の第２部分および第３部分は、透明シート２０の対向する縁部２６の第１および第２の光拡散性光ファイバ５０に、光結合器２８０を光学的に接続する。一例において、光ファイバ２５０の第２部分および第３部分は、機械的コネクタなどの接合部材５９を介して各光拡散性光ファイバ５０に光学的に接続される。

図７Ｃに示した別の実施形態では、単一の光ファイバとサーキュレータとを使用するのではなく、２つの光ファイバ２５０を光源１００で光ファイバ束ＦＢとして１つに纏め、光１０２を２つの光ファイバ端部２５２に直接結合させる。さらに、複数の光源１００を使用して、光ファイバ束ＦＢの各光ファイバ２５０に対して１つずつ用いてもよい。

一般的に言うと、光ファイバ束ＦＢは、非光拡散性光ファイバ２５０、または光拡散性光ファイバ５０、あるいはこれらを組み合わせたものを含み得、２以上の光拡散性光ファイバ５０が透明シート２０の対応する各縁部２６および／または表面２４に隣接して配置される。図７Ｄは、３つの光拡散性光ファイバ５０と１つの光ファイバ２５０が纏ってファイバ束ＦＢを形成し、かつ４つの光拡散性光ファイバが透明シート２０の各縁部２６に隣接して存在している、図７Ｃに類似した実施形態を示している。

図８は、本開示のシステム１０を含んでいる一例のフラットスクリーン装置３００の分解斜視図である。フラットスクリーン装置３００は、上表面３１２および下表面３１４を有した光変調ディスプレイアセンブリ３１０を含んでいる。光変調ディスプレイアセンブリ３１０は、光変調機器３１５に電気的に接続されている。透明シート２０は、光変調ディスプレイアセンブリ３１０の上表面３１２上に、またはこれに隣接して存在している。一例において、光変調ディスプレイアセンブリ３１０は、透明な電気接続部３１８を介して光変調機器３１５でアドレス指定可能な複数の画素３１６を含んでいる。透明な電気接続部３１８は典型的には格子状構造（例えば、ソースバスラインおよびゲートバスラインの）を有し、図を簡単にするため選択された電気接続部のみが示されている。一例の光変調ディスプレイアセンブリは、交差偏光子で挟まれた液晶セル（画素）のアレイを画成する液晶マトリクスを含む、液晶ディスプレイアセンブリである。一例の反射型液晶ディスプレイアセンブリは、参照することにより本書に組み込まれる、米国特許第６，４０４，４７１号明細書に開示されている。

フラットスクリーン装置３００は、反射表面３３２を含んだ反射部材３３０をさらに備えている。反射部材３３０は、光変調アセンブリの下表面３１４に隣接して存在している。

フラットスクリーン装置３００の動作中、散乱光１０２Ｓは、上述したような形で例えば縁部２６の位置で透明シート２０に結合される。散乱光１０２Ｓはその後、透明シート２０で例えば粗面２４から散乱するなどして再び導かれ、光変調ディスプレイアセンブリ３１０を通って移動する。この散乱光１０２Ｓは、反射部材３３０の反射表面３３２で反射されて光変調ディスプレイアセンブリ３１０へと戻ってこれを通過し、さらに透明シート２０から出ることで観察者４００に見えるようになる。すなわち散乱光１０２Ｓは、光変調ディスプレイアセンブリ３１０を２回通過することで、光変調機器３１５の動作で決められたように変調される。その結果が、観察者４００に見えるディスプレイの画像である。

本開示を、好ましい実施形態とその具体的な例とを参照して本書において図示および説明してきたが、他の実施形態および例が、同様の機能を果たし得る、および／または同様の結果を達成し得ることは、通常の当業者には容易に分かるであろう。全てのこの同等の実施形態および例は、本開示の精神および範囲の範囲内であり、さらに添付の請求項によって保護されると意図されている。その精神および範囲から逸脱することなく、本開示の種々の改変および変形が作製可能であることも、当業者には明らかであろう。すなわち、本開示の改変および変形が添付の請求項およびその同等物の範囲内であるならば、本開示はこの改変および変形を含むと意図されている。

１０ システム
２０ 透明シート
２２ 透明シート本体
２４ 上下表面
２６ 縁部
５０ 光拡散性光ファイバ
５２ 結合端部
５４ 終端部
５６ 終端光学部材
５８ 光アイソレータ
５９ 接合部材
６０ 中心コア領域
６０Ｃ 中心透明領域
６０ＣＳ コア
６０Ｖ 空洞領域
６２ 外側コア領域
６４ 空洞
６６ 外側クラッド
６８ クラッド間隙
７０ 被覆層
７２ 光散乱層
１００ 光源
１０２ 光
１０２Ｇ 導波光
１０２Ｓ 散乱光
１４０ 反射部材
１５０ 支持部材
２００ 屈折率整合材料
２５０ 非光拡散性光ファイバ
２８０ 光結合器
３００ フラットスクリーン装置
３１０ 光変調ディスプレイアセンブリ
３１２ 上表面
３１４ 下表面
３１５ 光変調機器
３３０ 反射部材

Claims (10)

1. 縁部と表面とを有する透明シートに光を結合するシステムにおいて、
   光を生成する光源、および、
   コアと、クラッドと、さらに長さとを有し、前記光源に光学的に結合されかつ前記透明シートに隣接して配置された、光拡散性光ファイバであって、前記コアが、該コアから前記クラッド外へと出てさらに前記透明シートに入る実質的に連続した光放射を提供するよう構成された不規則に配列された空洞を備えている、光拡散性光ファイバ、
   を備えていることを特徴とするシステム。
2. 屈折率整合材料をさらに備え、前記光が該屈折率整合材料の少なくとも一部を通って前記透明シートに入るように、前記屈折率整合材料が前記光拡散性光ファイバと前記透明シートとの間に配置されていることを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 前記屈折率整合材料が、
   ａ）屈折率の空間的変動、
   ｂ）前記光拡散性光ファイバに沿った離散的位置に配置された、離散的部分、および、
   ｃ）前記光拡散性光ファイバに沿った長さの関数としての厚さ変動、
   のうちの少なくとも１つを含むものであることを特徴とする請求項２記載のシステム。
4. 縁部と表面とを有する透明シートに光を結合するシステムであって、
   光を生成する光源、
   コアと、クラッドと、さらに長さとを有し、前記光源に光学的に結合された、少なくとも１つの光拡散性光ファイバであって、前記コアの少なくとも一部が、前記長さの少なくとも一部に沿って前記コアから前記クラッド外へと出て行く実質的に連続した光放射を提供するよう構成された不規則に配列された空洞を備えている、光拡散性光ファイバ、および、
   前記透明シートであって、前記少なくとも１つの光ファイバの長さの前記少なくとも一部が、該光ファイバの長さの該少なくとも一部からの光が前記透明シートに入るように、前記縁部と前記表面とのうちの少なくとも１つに隣接して配置されている、透明シート、
   を備えていることを特徴とするシステム。
5. 複数の光拡散性光ファイバを備え、該複数の光拡散性光ファイバが、ａ）光結合器、ｂ）前記光拡散性光ファイバにより形成されたファイバ束、またはｃ）非光拡散性光ファイバから形成されたファイバ束、を介して前記光源に光学的に結合されていることを特徴とする請求項４記載のシステム。
6. 前記少なくとも１つの光拡散性光ファイバの前記長さの少なくとも一部に沿って、前記光拡散性光ファイバと前記透明シートとの間に配置された、屈折率整合材料をさらに備え、該屈折率整合材料の屈折率がｎ₂₀₀であり、前記透明シートの屈折率がｎ₂₀であり、かつ前記光ファイバコアの屈折率がｎ₆₀であり、さらにこのとき（０．９９）ｎ₆₀＜ｎ₂₀₀＜ｎ₂₀であることを特徴とする請求項４記載のシステム。
7. 光学ディスプレイであって、
   請求項４のシステム、
   上表面と下表面とを有している光変調ディスプレイアセンブリ、および
   前記下表面に隣接して配置された反射部材、
   を備え、
   前記透明シートが、該透明シートに結合される光が、散乱された光を前記光変調ディスプレイアセンブリに導くよう構成されるように前記上表面に隣接して配置されていることを特徴とする光学ディスプレイ。
8. 縁部と表面とを有する透明シートに光を結合する方法であって、
   コアと、クラッドと、さらに長さとを有している少なくとも１つの光拡散性光ファイバの長さの少なくとも一部を、前記透明シートの前記縁部と前記表面とのうちの少なくとも１つに隣接して配置するステップであって、前記コアの少なくとも一部が、前記光拡散性光ファイバの前記長さの少なくとも一部に沿って前記コアから前記クラッド外へと出て行く実質的に連続した光放射を提供するよう構成された、不規則に配列された空洞を備えたものである、ステップ、および、
   前記長さの少なくとも一部からの光が前記透明シートに入るように、光を前記少なくとも１つの光拡散性光ファイバに沿って送るステップ、
   を含むことを特徴とする方法。
9. 前記少なくとも１つの光拡散性光ファイバを、前記透明シートに取り付けられる支持部材で支持するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 屈折率整合材料を、
    ａ）前記少なくとも１つの光拡散性光ファイバの長さに応じて変動する屈折率、
    ｂ）前記少なくとも１つの光拡散性光ファイバの長さに応じて変動する厚さ、および、
    ｃ）前記少なくとも１つの光拡散性光ファイバの長さに沿った離散的位置に位置するいくつかの離散的部分、
    のうちの少なくとも１つを有するように構成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８記載の方法。

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