JPH0757520A - 方向依存性線光源 - Google Patents

方向依存性線光源

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JPH0757520A
JPH0757520A JP3001084A JP108491A JPH0757520A JP H0757520 A JPH0757520 A JP H0757520A JP 3001084 A JP3001084 A JP 3001084A JP 108491 A JP108491 A JP 108491A JP H0757520 A JPH0757520 A JP H0757520A
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JP
Japan
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light
conduit
light source
illumination
source
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JP3001084A
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English (en)
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Jr John F Dreyer
エフ.ドレイヤー ジュニア ジョン
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3M Co
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Minnesota Mining and Manufacturing Co
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Publication date
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    • G02B17/00Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0096Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the lights guides being of the hollow type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21WINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
    • F21W2111/00Use or application of lighting devices or systems for signalling, marking or indicating, not provided for in codes F21W2102/00 – F21W2107/00

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Abstract

(57)【要約】 【構成】内部側面と2個の対立端を有し、断面幅より長
い長さを有しそして全内面反射性材料の中空薄フィルム
から成る光導管と、該光導管の各端に性質の異る照明光
を向ける2個の照明光源とを有する線光源が提供され
る。 【効果】この線光源は方向に依存して異る2種類の光を
放つ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、全内面反射(total int
ernal reflection) の原理に基いて機能する光導管(lig
ht conduit) を用いる光源に関する。
【0002】
【従来の技術】交通管制及び航空管制において使用され
る光は一般に点光源(point source)又は近似点光源(nea
r-point source) である。典型的には、これらの光源は
単色であり、そして色が光の近傍における危険のタイ
プ、又は認められる交通の方向等を指示する。二方向標
示又は多方向標示のため、点光源が背中合せに又は整列
して配列され、各方向に異る色の光源が用いられる。あ
るいは、回転する光源が使用され得る。この例には回転
する空航ビーコン、逆転可能な交通帯の方向指示器が含
まれる。
【0003】
【発明の概要】本発明は方向依存性線光源(line light)
に関し、この光源は、(a)内部側部及び2個の対立端
を有し、長さが断面幅より長く、そして全内面反射材料
の中空薄フィルムから本質上成る光導管、並びに少なく
とも1種の光学的性質において相互に異る照明光を生成
する2個の照明光源を有する。第一の光源は前記光導管
の一端に向けられ、そして第二の光源は該光導管の他端
に向けられる。光導管の側面から出て行く照明光は、そ
れが該光導管を通る方向により決定される光学的性質を
有し、そしてそれが光導管の内部側部に当るのと本質的
に同じ角度で該光導管から出て行く。
【0004】
【具体的な説明】図1及び図2は、線光源10として示さ
れる本発明の光源の1態様の断面図である。示されてい
るこの態様は、共通の長軸を有する、すなわち一方が他
方の内側に存在する、2個のおよそ管状の中空部材を有
する。外側部材は強い光学的に透明な保護カバー12であ
り、これが存在することは好ましいがしかし必須ではな
い。内側部材は全内面反射(TIR) 性の薄フィルム光導管
14である。カバー12の直径は、該カバー12と薄フィルム
14との間に空間を形成するのに十分な大きさであること
ができるが、しかしこのことも必須ではない。
【0005】好ましい光導管14は、米国特許No.4,805,9
84(Cobb, Jr.) により教示されているような透明誘導材
料から作られた長い中空構造を有する。この中空構造体
は滑らかな表面(図2に示されているのは内部側部)及
び構造形成された外面を有する薄い柔軟性のポリマーフ
ィルムから形成される。いずれの表面が内側にあっても
よいが、図2の配置が最適の性能をもたらす。構造形成
された表面は、相互に隣り合せに並べられた実質的に直
角な二等辺プリズムの線状配置から成る。角プリズムの
直立側面は、構造形成された表面の反対側の隣接する滑
らかな面の接線と約45°の角度をなす。
【0006】好ましい光導管14は、透明でなければなら
ず、そして好ましくは柔軟で均質で且つ等方性の材料か
ら作られる。適当な材料には、それぞれ1.49及び1.58の
名目屈折率を有する市販のアクリル樹脂及びポリカーボ
ネート樹脂が含まれる。要求される機能性を提供するた
めに選択される他の可能な材料にはポリプロピレン、ポ
リウレタン、ポリスチレン及びポリ塩化ビニルが含まれ
る。その比較的高い屈折率及び物理的性質のためにポリ
カーボネートが好ましい。
【0007】光導管14のために使用されるTIR薄フィ
ルムの適当な厚さは、滑らかな内側表面から溝の最も低
い点までを測定する場合0.38mmである。このようなフィ
ルムについて、周囲1cm当り約27個のピークが好まし
い。このフィルムは直径約7.6〜45.7cmの円筒に曲げる
ことができる。光導管は、必要に応じて単一片であるこ
ともでき、又は相互に連結された多数片であることもで
きる。
【0008】光が光導管14に適切に方向付けられた場
合、構造形成された表面の形状と選択される材料の光学
的性質との組合わせが光の全内面反射をもたらす。2個
の照明光源15及び15′の1つが線光源10の各端に存在す
る。照明光源15及び15′が光導管14の各端を閉じてい
る。
【0009】照明光源15及び15′によりもたらされる照
明光は検出器21により検出され得る少なくとも1つの光
学的性質において相互に異らなければならない。示され
る具体例において、照明光源15及び15′のそれぞれは点
光源16及び反射鏡17を有する。この反射鏡は光を平行に
維持し、そして光導管14に適切に向ける。点光源16のサ
イズが反射鏡17の形状、例えば放物線状、もしくは楕円
形又は当業界において知られている他の形状、を形定す
る。点光源16及び反射鏡17の使用は例示的であり、点光
源及び適当なサイズのフレネル(Fresnel) レンズも光の
平行ビームを提供するであろう。
【0010】この態様においては、照明光源15及び15′
のそれぞれが色フィルターを有し、そしてこの態様にお
いてはフィルター18及び18′が、光源15及び15′からの
照明光の少なくとも1つの光学的性質の相違を提供する
(しかし他の性質は同一であってよい)。しかしなが
ら、この態様は例示的であり、少なくとも1つの光学的
性質を異にする照明光を生成する任意の照明光源15及び
15′が適当である。例えば、照明光源15及び15′は、異
る色、偏光、強度、変調又はこれらの性質の任意の組合
せの光を生成させることができる。
【0011】今、照明光源15の作用を考察すれば、点光
源16から出る光は光導管14に直接入り、又は反射鏡17に
より光導管に反射される。従って、点光源16からの実質
上すべての照明光がフィルター18を通って光導管に向け
られる。光導管14は全内面反射の原理に基いて機能する
ので、光導管14に入る光の大部分が、吸収されることな
く又は他の理由で消滅することなく、光導管14の縦方向
に伝播する。光導管14は各端において照明光源15及び1
5′により閉じられているので、光導管中の光が逃げる
唯一の手段は漏れ(lakage)である。
【0012】漏れは、光導管の不完全さ、例えば材料の
異方性、又は構造の欠陥により起こる。漏れにより光導
管から出て行く光は、それが導管に当る入射角と実質的
に同じ入射角で導管を出て行く。これは、従来技術にお
いて教示されている光導管からの光の抽出(extraction)
とは異り、従来技術の方法においては散乱による光導管
内の光線の方向を実質的に変化させるために拡散器(dif
fuser)又は抽出器(extractor) に頼っており、その結果
光は光導管の内部表面に正常入射(normal incidence)に
接近する角度で当たる。この様な技法は光導管の軸に近
い角度で観察する場合に比較的小さい強度をもたらし、
これは本発明によりもたらされる効果とは反対である。
【0013】この点を説明するため、図1に示される2
つの代表的光線19及び20を考えよう。光線19及び20のそ
れぞれはフィルター18の光の単色光を代表する。光線19
は検出器19の受光角θ内で光導管14から漏出している。
これに対して、光線20はわずかに異る光路上を光導管を
進み、これは光導管14から漏出せず、むしろフィルター
18′において吸収される(フィルター18の光である)。
【0014】図1に示すように、フィルター18は光導管
14の長軸に対して一定の角度を有する。これが、光線20
がフィルター18の前面から反射されて光導管14に戻るの
を防止するのに役立つ。同様に、光が発生する照明光源
の反対側の反射鏡により光が光導管14にはね返されるの
を防止するためにフィルター18は光導管14の断面を完全
に覆うべきである。
【0015】すなわち、フィルター18に対応する色の光
が検出器21において受理される唯一の光であり、そして
この光が光導管14から逃げる唯一の手段は漏れである。
明らかな様に、フィルター18′が異る色を有する点を除
く本発明の線光源の対称性が、線光源の反射の端の検出
器はフィルター18′の光に対応する色を有する光のみを
受理することを示す。
【0016】この光強度の分布が図3の代表的な極プロ
ットにおいて示される。このプロットは、X−軸からψ
の角度で第一象限に位置しそして原点に向けられており
且つX−Y平面として示される図の平面に存在する検出
器により検出される、本発明の光源からの光強度の一般
的分布を示している。
【0017】このプロットは、本発明の線光源がX軸上
縦方向に横たわっており、一方の半分が+X半面内にあ
りそして他の半分が−X半面内にあると仮定している。
示されるように、検出される光強度はψの増加と共に急
に増加する。検出される光強度は、ψが90°に近付くに
従って急に0に近ずく。前に記載したように、これは当
業界において現在知られている抽出技法により生ずる効
果とは反対である。
【0018】この分布は2つの対立する効果の正味の結
果である。第一の効果はψの減少に従っての光導管を出
て行く光の量の増加であり、これは光導管の一般的働き
及び平行光源の使用によるものである。しかしながら、
これと反応に作用するものが、ψの減少に伴う、検出器
に暴露される光導管外部表面積の減少、すなわち角θに
より対向される(subtended) 垂直映写面(perpendicular
projection surface)の減少である。正味の効果は、小
さいψにおいては多量の光が存在するが表面積が小さ
く、そして90°に近いψにおいては光は少いが表面積が
大きいと言うことであり、その結果図3に示すような観
察される分布が得られる。
【0019】分布は、X軸のまわりを回る検出器位置に
ついて対称的である。最も重要なことには、X−Y平面
内の所与のψについての分布はX軸にそっての位置に依
存しないことである。すなわち、本発明の線光源はX−
Y平面中をX線にそって縦方向に動くことができ、ある
いは検出器がX−Y平面内をX軸と平行に動くことがで
き、そしてX−Y平面内の角ψにおいて本発明の線光源
上の一点(この点はもはや示された原点ではないが)か
らの観察される分布に見かけ上変らないであろう。
【0020】X−Y平面の他の任意の象限に位置する検
出器から観察される光について、その分布は、半−半面
間の軸に関しての図3に示される分布の反射である。す
なわち、X−Y平面内で、全光強度分布(光導管の両側
からの光を含めて)4葉状である。言うまでもなく、X
−Y平面内にない検出器の位置について、対応する対称
軸に関して平面分布が回転することにより形成される立
体により分布が表わされる。
【0021】線光源として機能するためには、光導管14
は断面幅より長くなければならない。すなわち、それは
1より大きいアスペクト比を有さなければならない。一
般に、アスペクト比が大きくなるに従って、本発明の線
光線源の態様は効果的となる。しかしながら、 300より
大きいアスペクト比は好ましくない。なぜなら、長さの
増加に伴って光導管14中で光が徐々にロスし、これらの
態様が多くの用途における効果的な機能のために末端に
おいて不適当なものとなるからである。
【0022】この光強度のロスは、光導管の端の直径が
中央部の直径に比べてわずかに小さくなるように徐々に
先細にすることによって幾分緩和される。この構造が、
光導管の反対の端において発生した光線が先細の他端に
おいて光導管の内部表面に当り入射角を小さくし、これ
が今度は光の漏れを増加せしめ、この様な遠くまで伝播
した光線の強度のロスを補償する。特定の用途において
は、本発明のこの様な態様は、太さの変化しない中央部
分と徐々に先細になる2個の端部を有するであろう。こ
れら3つの部分のそれぞれはおよそ同じ長さであろう。
先細の程度は用途に依存するであろう。
【0023】ゆるやかな先細の効果は別として、光の分
布が光導管14の長手方向にそって均一になるように光導
管14の断面は一定であるべきである。長軸にそって見か
け上伝播するすべての光線に対して内部表面が垂直であ
ることを保証するために断面は円状であるべきである。
円状断面はまた長軸のまわりの光の対称的な分布を提供
する。
【0024】
【実施例】本発明の具体例を図1及び図2の一般的設計
に従って作製した。照明光源を除き長さが約 180cmであ
った。光導管の内直径は約3.2cm(アスペクト比約56)
であり、カバーの内直径は約4.4cmであり、そしてカバ
ーの外直径は約7cmであった。照明光源は平行反射鏡を
伴う常用の85ワットハロゲンランプであった。この線光
源の一端に赤色フィルターを置き、そして他端に緑色フ
ィルターを置いた。
【0025】この線光源は明らかに、肉眼により観察し
た場合、選択された見る方向に依存して異る色を示し
た。本発明の線光源の緑色フィルターを有する端に鏡を
置いた時、効果は最も顕著であった。そして、本発明の
線光源から直接の緑色のチューブ状の実像、及び鏡の反
射を通しての赤色の虚像を観察しそして写真に取ること
ができた。
【0026】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1つの好ましい態様の断面図を示す。
【図2】図1の線2−2にそって見た断面図である。
【図3】図1の態様から観察される光強度の分布の極プ
ロットである。
【符号の説明】
10…線光源 12…カバー 14…光導管 15…照明光源 16…点光源 17…反射鏡
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G08G 1/095 J 7531−3H

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 方向依存性線光源であって、 (a)内部側部及び2個の対立端を有し、長さが断面幅
    よりも長く、そして全内面反射材料の中空薄フィルムか
    ら本質成る光導管、並びに(b)少なくとも1つの光学
    的性質を異にする照明をもたらす2個の照明光源であっ
    て、前記光導管の一端にある第一の照明光源及び該光導
    管の他端にある第二の照明光源から成るもの、を有し、
    そして前記光導管の側面から出て行く照明光が、それが
    該導管を通る方向により決定される光学的性質を有し、
    そして該照明光が、それが該光導管の内部側部に当るの
    と本質的に同じ角度で該光導管から出て行く、ことを特
    徴とする線光源。
  2. 【請求項2】 前記光学的性質が色である、請求項1に
    記載の方向依存性線光源。
  3. 【請求項3】 前記光学的性質が偏光である、請求項1
    に記載の方向依存性線光源。
  4. 【請求項4】 前記光学的性質が強度である、請求項1
    に記載の方向依存性線光源。
  5. 【請求項5】 前記光学的性質が変調である、請求項1
    に記載の方向依存性線光源。
  6. 【請求項6】 光学的に透明な保護カバーをさらに有す
    る、請求項1に記載の方向依存性線光源。
  7. 【請求項7】 前記光導管が 300より小さいアスペクト
    比を有する、請求項1に記載の方向依存性線光源。
  8. 【請求項8】 請求項1に記載の方向依存性線光源と、
    照明光の少なくとも1つの光学的性質に適合した少なく
    とも1個の検出器とを有する光学系。
JP3001084A 1990-01-10 1991-01-09 方向依存性線光源 Pending JPH0757520A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/462,755 US5043850A (en) 1990-01-10 1990-01-10 Direction dependent line light source
US462755 1995-06-05

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JPH0757520A true JPH0757520A (ja) 1995-03-03

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ID=23837648

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JP3001084A Pending JPH0757520A (ja) 1990-01-10 1991-01-09 方向依存性線光源

Country Status (9)

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US (1) US5043850A (ja)
EP (1) EP0437069B1 (ja)
JP (1) JPH0757520A (ja)
KR (1) KR100209966B1 (ja)
AU (1) AU622388B2 (ja)
CA (1) CA2031118C (ja)
DE (1) DE69007062T2 (ja)
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