JPH11512191A - 構造面付光抽出オーバーレイ及び照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ライトガイド（３０）の所望の位置から光を抽出する光抽出オーバーレイ（１０）は、底面（１４）と底面（１４）に対向する構造面（１６）とを有する実質的に光学的に透明な基板（１４）を含む。構造面（１６）は、底面（１４）に対して傾斜した角度で配置される光学的平滑面（２０、２２）を有する光学要素（１８）を含む。好ましくは、光学要素（１８）は正反射材料で被覆される。光学要素（１８）は構造面（１６）の実質的に平面な部分（２４）によって分離される。使用時には、底面（１４）は、光が光ファイバー（３０）から基板（１２）に伝送されるようにライトガイド（３０）の表面の一部に光学的に結合される。構造面（１６）の平面な部分（２４）に衝突する光線は、ライトガイド（３０）内の連続伝搬に必要な臨界角より大きな角度で反射して光ファイバー（３０）に戻るため、光ファイバー（３０）に沿って伝搬し続ける。光学要素（１８）に衝突する光線は、ライトガイド（３０）内の連続伝搬に必要な臨界角より小さな角度で反射して光ファイバー（３０）に戻るため、ライトガイド（３０）の表面から伝送される。

Description

【発明の詳細な説明】 構造面付光抽出オーバーレイ及び照明装置発明の分野 本発明は、照明装置に関する。特に、本発明はライトガイドから光を抽出する ための構造面を有するオーバーレイ及びそれを使用する照明装置に関する。発明の背景 光ファイバーは、通常、無機ガラスまたは合成プラスチック樹脂製のコアを含 む。また、コア材よりも屈折率の低いクラッド材を含んでもよい。光ファイバー の端から注入された光は内部全反射の原理に従ってファイバーのコアを伝搬する 。光ファイバーコアを伝搬する効率は、光ファイバーコアの屈折率とクラッドの 屈折率との差に比例する。従って、コアの屈折率とクラッドの屈折率との差が大 きくなれば、伝搬効率も増大する。 通信業界で使用される光ファイバーは、一般に約０．１ｍｍ〜１．５ｍｍであ る。実際には、複数の光ファイバーが一緒にバンドルされ、ファイバーオプチッ クケーブルを形成する。ケーブルの各ファイバーは互いに無関係の方法で光を伝 送することが可能である。従って、そのような光ファイバーの束は、例えば、エ レクトロニクス及び電気通信業界等のデータ伝送目的に望ましいとみなされる。 光ファイバーは、照明装置またはシステムの要素としても使用される。光は光 ファイバーの一端から注入され、ファイバーに沿った所定の位置でファイバーか ら出る。光をファイバーから出射させる技術は、ファイバーをマイクロベンドと して主に知られている比較的鋭いベンドにかけること（米国特許第４,１７１,８ ４４号、第４, ８８５,６６３号、第４,９０７,１３２号、ドイツ特許第３８０１３８５号）と 、光ファイバーコアまたはクラッドの一部を除去及び／または粗くして、光が逃 げる拡散面を提供すること（フランス特許第２６２６３８１号、日本国実用新案 登録第６２-９２０５号、第６２-９２０６号）とを含む。これらの技術の各々は 、本質的に受動抽出技術であり、光が光ファイバーから漏れるのを制御できない 。米国特許第５,４３２,８７６号（’８７６号特許）は、光が半径方向にファイ バーを出るようにファイバーを軸方向に伝搬する光の一部を半径方向に反射する 光ファイバーコアに形成された複数の反射面を有する光ファイバーに関する。’ ８７６号特許に記載された発明は、光ファイバーのコアを永久に変化させる必要 があり、これを製造時に行うと好ましい。発明の開示 本発明は、ライトガイドからの光を抽出するオーバーレイを提供する。好まし くは、本発明のオーバーレイは、底面と底面に対向する複数の光学要素を含む構 造面とを有する実質的に光学的に透明な基板を含む。少なくとも一つの光学要素 、好ましくは大半の光学要素は、オーバーレイの底面に対して傾斜して配置され る第１の光学的平滑面を有し、使用時にはオーバーレイの底面に入射する光の一 部が光学的平滑面から反射し、入射角より小さな角度で底面からオーバーレイを 出る。 本発明の第２の態様は、光を運ぶライトガイドと、底面と底面に対向する構造 面とを有する基板を含みライトガイドの表面の一部に光学的に結合されたライト ガイドから光を抽出するための少なくとも一つの光抽出オーバーレイとを具備す る光分配装置に関する。好適な実施態様では、ライトガイドは、光を運ぶための 、光ファイバー、より好ましくは直径の大きい（例えば＞１．０ｍｍ）光ファイ バーを含む。光抽出オーバーレイの底面は、光がライトガイドから基板に伝送さ れるように、ライトガイドの表面の一部に光学的に結合される。構造面は少なく とも一つの光学要素を含み、光学要素は、ライトガイドから基板に伝送される光 が光学要素から反射されオーバーレイから離れた位置でライトガイドの表面から 抽出されるように、底面に対して傾斜して配置される第１の光学的平滑面を有す る。 本発明の更なる態様は、光源と、光源から光を運ぶために光源に光学的に結合 されたライトガイドと、ライトガイドの表面の一部に光学的に結合された少なく とも一つの光抽出オーバーレイとを含む照明装置に関する。好適な実施態様では 、ライトガイドは、光を運ぶために、光ファイバー、より好ましくは直径の大き い（例えば＞１．０ｍｍ）光ファイバーを含む。光がライトガイドから基板に伝 送されるように、光抽出オーバーレイの底面はライトガイドの表面の一部に光学 的に接続される。構造面は少なくとも一つの光学要素を含み、ライトガイドから 基板に伝送される光が光学要素から反射されオーバーレイから離れた位置でライ トガイドの表面から抽出されるように、光学要素は底面に対して傾斜して配置さ れる第１の光学的平滑面を有する。 本発明の更に別の態様は、ライトガイドに隣接する所定の領域へ光を分配する ライトガイドを製造する方法を提供する。本発明によれば、ライトガイドの少な くとも一つの所望の部分を選択し、そこからライトガイドを伝搬する光が抽出さ れる。次に、光抽出オーバーレイの底面がライトガイドの光伝送部分に光学的に 結合されるように、光抽出オーバーレイをライトガイドの所望の部分に沿ってラ イトガイドに接続する。従って、光がライトガイドに注入される場合、ライトガ イドに沿って伝搬する光のある部分が所望の位置で抽出される。図面の簡単な説明 図１は、本発明の原理による構造面付光抽出オーバーレイの一実施態様の斜視 図である。 図２は、本発明の光抽出オーバーレイの操作原理を示すライトガイドを備えた 構造面付光抽出オーバーレイの概略断面図である。 図３は、操作原理を示すライトガイドを備えた構造面付光抽出オーバーレイの 別の実施態様の概略断面図である。 図４は、本発明の原理による構造面付光抽出オーバーレイを組み入れる照明装 置の斜視図である。 図５は、図４に示した光ファイバーの、長軸に沿って切った断面図である。 図６は、図４に示した光ファイバーの、長軸に垂直な平面で切った断面図であ る。実施態様の詳細な説明 本発明は、ライトガイドと組み合わせて使用する場合に、ライトガイドの所望 の位置から光を抽出するための極めて効果的な機構を提供する光抽出オーバーレ イに関する。本発明のオーバーレイは、ライトガイドの与えられた区域から所望 の量の光を容易に抽出することができる。更に、本発明のオーバーレイは、抽出 した光を所望のエネルギーパターンまたは分配に容易に分配することができる。 本発明の数実施態様を本明細書に記載したが、光学分野の当業者に明らかな多く の更なる変形例は本発明によって企図される。 本発明のオーバーレイの一実施態様は、好ましくは厚さ０．０５ｍｍ〜１．５ ｍｍの適切なプラスチック材料から製造される実質的に光学的に透明な基板を含 む。基板は、底面と、底面に対向する構造面とを含む。底面は、好ましくは、オ ーバーレイを例えば光ファイバー等の光学的な導波管に光学的に結合する光学的 に透明な結合 機構を含む。構造面は好ましくは、実質的に平面である光学的平滑面によって分 離される複数の光学要素を含む。各光学要素は第１の光学的平滑面と基板にある 第２の面とを規定する。各光学的平滑面は、底面に対しておよそ４０〜５０度の 角度、好ましくは底面に対しておよそ４５度の角度で配置される。好ましくは、 光学要素の第１及び第２の側面には、正反射物質が被覆される。 本明細書で使用される光学的平滑面という用語は、入射光を正反射するように 機能する面を意味する。本発明によれば、光学要素から反射される光の一部は、 内部全反射の原理で光をファイバに沿って連続的に伝搬させるのに必要な臨界角 末満の角度で再度ライトガイドに向かって放射される。光学的平滑面は、光ファ イバーから光が漏れる拡散面とは別のものである。 使用時には、オーバーレイの底面はライトガイドに光学的に結合される。ライ トガイドを伝搬する光の一部がオーバーレイの底面を横切って伝送され、光学的 に透明な基板を伝搬する。基板を伝搬する光の第１の部分が光学要素の光学的平 滑面の一つに衝突し、ライトガイドの臨界角より小さな角度で反射することによ り、ライトガイドからの光を方向づける。底面に実質的に平行な光学的平滑面を 構造面が含む場合、オーバーレイを伝搬する光の第２の部分が構造面のこの部分 に衝突し、臨界角より大きな角度で反射して導波管に戻るため、ライトガイドを 伝搬し続ける。 有利なことに、ライトガイドと少なくとも一つの光抽出オーバーレイとの組み 合わせを具備する光分配装置によって、ライトガイドの所望の位置から選択的に 光を抽出することができ、それによって既存の光ファイバー照明装置よりも柔軟 性を高めることができる。更に、本発明の光抽出オーバーレイを、あらかじめ選 択した形状のライトガイドと組み合わせて使用する場合には、光は所定の所望の エネルギー分配パターンで抽出されるように設計される。 図１は、本発明の原理による光抽出オーバーレイ１０の一実施態様の一部を示 す。オーバーレイ１０は実質的に光学的に透明な基板１２から形成され、底面１ ４と底面１４に対向する構造面１６とを有する。構造面１６は、中に形成される 少なくとも一つの、好ましくは複数の光学要素１８を含む。各光学要素は少なく とも一つの光学的平滑面２０を含む。必要ではないが、光学要素１８は好ましく は構造面１６の実質的に平面な部分２４によって分離される。 光抽出オーバーレイ１０の操作の基本原理は図２に示される。図２は、実質的 に図１に示した光抽出オーバーレイの、操作用にライトガイドの付いた概略断面 図である。図示したように、オーバーレイ１０の底面１４は、ライトガイド３０ の表面３２に光学的に結合される。使用時には、光線４０はライトガイド３０と 光抽出オーバーレイ１０の底面１４との間の界面を横切って伝送され、構造面１ ６の実質的に平面な部分２４に衝突し、ライトガイド３０の臨界角より大きな角 度で反射してライトガイド３０に戻り、従って、ライトガイド３０に沿って伝搬 を続ける。対照的に、光線４２はライトガイド３０と光抽出オーバーレイ１０の 底面１４との間の界面を横切って伝送され、底面１４の平面に対して傾斜して配 置される光学要素１８の光学的平滑面２０に衝突する。従って、光線４２は光学 的平滑面２０からライトガイド３０へ反射し、ライトガイド３０に沿って連続的 に伝搬するのに必要な臨界角より小さな角度でライトガイド３０の表面に衝突し 、それによって、光線４２はライトガイド３０の表面から伝送される。好ましく は、光学的平滑面２０は、例えば、アルミニウムまたは銀等の正反射材料で被覆 される。 オーバーレイ１０の特性（例えば、光学要素の長さ、幅、厚さ、形状及び大き さ等）は、個々の用途で必要な条件によって大きく左 右されることは光学分野の当業者には認識される。例えば、各光学的平滑面の形 状、断面積及び（底面に対する）傾斜角度はファイバーから抽出される光の量に 影響を与える。結果として、光学要素１８の適切な形状寸法並びに光学要素１８ のパターン及び間隔を選択することによってファイバーから反射する光の量及び 方向を制御することができる。更に、オーバーレイ１０の光学的特性をライトガ イドの光学的特性と組み合わせて、所望の特性を有する光学装置を製造すること ができることは光学分野の当業者には明らかであろう。例えば、本発明のオーバ ーレイは、光ファイバーの湾曲した面によって提供される光学パワーを利用して 、抽出した光を所望のエネルギー分配に集中させることができる。 図２に示される実施態様において、光学要素１８の光学的平滑面２０は底面１ ４に対しておよそ４５度の角度で傾斜するが、１０度〜８０度の角度、好ましく は２０度〜７０度、更に好ましくは３０度〜６０度の角度が、ライトガイドを出 る光の移動の所望の量及び方向により、有用であることがわかる。しかし、０度 〜９０度のいずれの有効角度も使用することができる。 光学要素１８は、光線４０、４２で示されるのとは反対の方向にライトガイド を伝搬する光を反射する第２の光学的平滑面２２を有する。図２に示される第２ の光学的平滑面２２も、底面１４の平面に対しおよそ４５度の角度で傾斜してい るが、第２の光学的平滑面２２は０度〜９０度のいかなる有効角度で傾斜しても よいと認識される。光学要素は２つ以上の光学的平滑面を有してもよいとも認識 される。例えば、光学要素１８は、構造面１６に三面体または半球形の窪みを含 んでもよい。更に、構造面１６は構造面の平面から突出する光学要素を含んでも よいと認識される。 臨界角より小さい角度で光学的平滑面２０、２２に入射する光は 光学的平滑面２０、２２に伝送される。光学的平滑面２０、２２が正反射物質で 被覆されていなければ、これらの面に伝送される光は高方向性でオーバーレイ１ ０から屈折すると光学分野の当業者には理解される。ライトガイドのような直径 の大きな光ファイバーを使用する経験試験は、２０、２２等の光学面から屈折す る光は、光ファイバーの長軸から２７度〜３０度の角度広がりで出口円錐のファ イバーから伝送されると示される。この伝送は、例えば舗道標識の適用等の狭い 円錐の光ファイバーから光を抽出するのが目的であるような適用に望ましい。 光学要素１８の光学的平滑面２０、２２からの光の伝送を阻止するために、そ れらに、例えば、アルミニウムまたは銀系組成物等の正反射材料を被覆する。従 って、光学的平滑面２０、２２に衝突する光線は正反射する。 オーバーレイ１０の全構造面１６に、蒸着塗布、化学蒸着等の当該分野では公 知の従来の方法で正反射材料を被覆する。しかし、構造面全体に正反射材料を被 覆することによって、全構造面１６の平面部分に衝突する光線は正反射材料に対 する吸収損失を被るため、ライトガイドに沿った伝搬の効率は低下する。そのよ うな吸収損失は、光が比較的長い距離を運ばれる状況では特に望ましくない。 効果の高い伝搬及び効果の高い光抽出を確実にするために、平面２４は内部全 反射原理に従って光を反射し、一方、光学的平滑面２０、２２は正反射原理に従 って光を反射することが望ましい。これを達成するために、光学的平滑面２０、 ２２は正反射材料で被覆されるが、平面２４はマスキングによって未処理のまま にするかまたは製造過程中に平面２４を他の方法で処理する。従って、臨界角よ り大きな角度で平面２４に入射する光は内部全反射を受けるが、光学的平滑面２ ０、２２に入射する光は正反射材料から正反射を受け る。 構造面の平面部分に沿った内部全反射及び光学要素からの正反射を提供する本 発明のオーバーレイの他の構造は図３に概略的に示される。本発明のオーバーレ イ１０の構造面１２に、基板１２の屈折率よりも小さな屈折率を有する実質的に 光学的に透明な材料製の薄い被覆層２６を設ける。例えば、フッ化エチレンプロ ピレン系材料等のフルオロポリマーは、比較的低い屈折率（例えば１．３４）を 有し、第１の被覆層２６として使用するのに適する。他の適切な材料は、ポリフ ッ化ビニリデン（屈折率１．４２）、ペルフルオロアクリレート（屈折率１．３ ５）及びポリテトラフルオロエチレン（屈折率１．４０）を含む。被覆層２６の 厚さは重大ではないが、被覆層２６は少なくとも１波長厚さであり、好ましくは およそ０．２５ミクロン〜１０ミクロンである。 例えば銀またはアルミニウム等の正反射物質を含む第２の被覆層２８は、例え ば、蒸着またはスパッタ塗布法等の当該分野で公知の従来の方法によって、第１ の被覆層２６上に形成される。また、第２の被覆層２８の厚さは重大ではないが 、第２の被覆層２８は面を実質的に不透明にするのに十分な厚さであるべきであ る。好ましくは、第２の被覆層２８は０．２５ミクロン〜１０ミクロンの厚さで ある。光学的な第３の被覆層（図示せず）を追加して保護シールとし、正反射層 の劣化（例えば、酸化、ひっかき傷、摩耗）を阻止してもよい。第３の層は、第 ２の層の正反射材料を保護するのに適したいずれの材料を含んでもよい。例えば 、フッ化エチレンプロピレン系材料等のフルオロポリマーは、第３の被覆層とし て使用するのに適切である。 図３に描いた実施態様の操作は光線４０、４２によって示される。光線４０は 底面１４を横切ってライトガイド３０から伝送され、構 造面１６の平面部分２４に衝突する。第２の被覆層の屈折率は基板１２の屈折率 よりも小さいため、光線４０は内部全反射の原理により反射しライトガイド３０ にて戻り、ライトガイド３０に沿って伝搬し続ける。対照的に、光線４２は底面 １４を横切ってライトガイド３０から伝送され、構造面１６の光学要素１８の光 学的平滑面２０に衝突する。光線４２の入射角度は内部全反射の臨界角を超える ため、光線４２は第１の被覆層２６に伝送され、ライトガイド３０の内部全反射 に必要な臨界角より小さい角度で第２の被覆層２８から正反射してライトガイド ３０に戻る。従って、光線４２は、反射光線４２がライトガイド３０の表面に衝 突する位置でライトガイド３０の表面から伝送される。 本明細書に特に開示した構造に対し数多くの変形例及び修正が可能であること が光学分野の当業者には明らかである。下記の変形例及び修正は例示的なもので あり、それらに限定されるものではない。 （ａ）底面１４に対する光学的平滑面２０、２２の傾斜角度を変更して、反射 光の光路を変化させる。 （ｂ）光学要素１８の深さを増加してライトガイド３０から相対的に多い光の 除去を行うか、または光学要素１８の深さを浅くしてライトガイド３０から相対 的に少ない光の除去を行う。 （ｃ）光学要素１８に沿って与えられて地点での深さを変動して（例えば、不 変深度要素、線状変化深度要素、面状変化深度要素）、異なる形状を有する光学 的平滑面を製造する。 （ｄ）オーバーレイ１０は、次の特性：深さ、幅、光学的平滑面の数、底面に 対する光学的平滑面の傾斜角度、の少なくとも一つが異なる複数の光学要素を組 み入れる。 （ｅ）光学的平滑面２０、２２は湾曲して、ライトガイド３０を出る反射光に 光学的パワーを提供するかまたは焦点を当てる。 （ｆ）光学的平滑面２０、２２は平面によって分離される。 （ｇ）構造面の平面部分の長さに対応する光学要素間の距離を最短の事実上０ ｍｍまで減少してオーバーレイによって抽出される光の量を増加するか、または 距離を増加してオーバーレイによって抽出される光の量を少なくする。 （ｈ）光学要素の間の距離は、適用によって一定であっても変動してもよい。 本発明の光抽出オーバーレイを含む照明装置を、図４〜６を参照して更に詳し く説明する。図４は、光源５０と、光源５０に光学的に結合される光ファイバー ５２とを含む照明装置の概略図である。光源５０は光ファイバー５２に光を注入 するのに適切ないずれの光源でもよい。通常使用される光源は、メタルハライド ランプまたはタングステンハロゲンランプである。本発明の光抽出オーバーレイ ６０は光ファイバー５２の長さ方向の一部に光学的に結合されて、光ファイバー ５２に沿って伝搬する光の一部を抽出する。 図５は、図２、３と同様の、光ファイバー５２を備えた光抽出オーバーレイ６ ０の、長軸に沿って切った断面図である。図６は、光ファイバー５２の長軸にほ ぼ垂直な平面で切ったオーバーレイ６０及び光ファイバー５２の断面図である。 光ファイバー５２は光伝送材料から形成される光ファイバーコア５４を含む。光 ファイバーコア５４は、無機ガラスファイバー及び合成樹脂ファイバーを初めと する当該分野で公知のいずれの適切な光ファイバーを含んでもよいが、屈折率１ ．４〜１．６６を有するコア材が一般に好適である。通常の材料は、ポリメチル メタクリレート及びポリカーボネートを含む。光ファイバー５２は、光ファイバ ーコア５４よりも低い屈折率を有する材料から形成されるクラッド層５６を更に 含む。クラッド５６は光ファイバーコア５４を保護する役目を果たし、内部全反 射の原理に従って光ファイバーコア５４に光を伝送させる。クラッド（存在する 場合）は、選択されたコア材料に対して適切な屈折率を有する当該分野で公知の いずれの適切な材料であってよい。光ファイバークラッド用の通常の材料は、ポ リフッ化ビニリデン(屈折率１．４２)、ペルフルオロアクリレート（屈折率１． ３５）及びポリテトラフルオロエチレン（屈折率１．４０）を含む。光ファイバ ーは更に保護ジャケット層を含んでもよいと光学分野の当業者には理解される。 更に、光ファイバーはクラッド層を含まなくてもよいと光学分野の当業者には理 解される。 意図した用途に応じて光ファイバの寸法を変えることもできる。例えば、照明 目的には、０〜１００ｍの範囲のファイバー長さが現在商業的に使用されている 。光学的効果の改良により、更に長い光ファイバーの使用が可能である。照明目 的には、およそ１ｍｍ〜２５ｍｍの範囲の直径を有するファイバーが有効である と現在知られている。しかし、それよりも直径の大きいまたは小さいファイバー も本発明によって意図されていると認識される。更に、図５に示されるファイバ ーは円形断面であるが、種々の断面形状（例えば、矩形、正方形、楕円形）を有 する光ファイバーが照明分野では適用されると認識される。本発明は、いずれの 断面形状のファイバーにも等しく適用可能である。 図５、６を参照すると、クラッドの一部を除去して、光抽出オーバーレイ６０ を光ファイバーコア５４の表面の一部に光学的に結合する。クラッド５６の除去 は、従来の機械的方法または化学的方法によって達成される。あるいは、光ファ イバー５２は、所定の位置で長さ方向に沿ってクラッド５４の一部を落として製 造される。オーバーレイ６０の底面は、従来の機械的方法または化学的方法を使 用して、光ファイバーコア５２に光学的に結合される。例えば、ア クリレートトランスファー接着剤を含む光学的に透明な接着剤が特に有効であり 、市販されている。 使用時には、光源５０からの光が光ファイバー５２に注入され、内部全反射の 原理に従って光ファイバー５２の長さ方向に沿って軸方向に伝搬する。オーバー レイ６０の屈折率は、光ファイバーコア５２の屈折率と少なくとも同じ大きさで あり、等しいことが好ましい。従って、光線はオーバーレイ６０に伝送され、オ ーバーレイ６０の構造面６２に入射する。上述のように、光学要素６４の光学的 平滑面６６に衝突する光線は、光ファイバー５２に沿って連続的に伝搬するのに 必要な臨界角より小さな角度で反射して光ファイバー５２に戻り、光ファイバー ５２の表面から伝送される。図６は、光ファイバー５２と協同してオーバーレイ ６０が広いエネルギーパターンにわたって光を分配する一方法を示す。図６は、 オーバーレイ６０の光学的平滑面６６上の４つの別々の点から反射する４本の別 々の光線４０、４２、４４、４６の光路を示す。４本の別々の光線がファイバー によって反射され、角分配を有する光の出力円錐を形成する。 図６は、光線４０、４２、４４、４６が光ファイバーコア５４からクラッド５ ６へ伝搬し、次におそらくは空気または水である周囲環境へ伝搬するため、光線 ４０、４２、４４、４６への屈折の影響を無視している。図６に示した実施態様 から、屈折が光ファイバー５２を出る光の出力円錐を狭める傾向があること、す なわち光ファイバー５２の表面はレンズとして作用することは光学分野の当業者 には容易に理解できよう。更に、光ファイバーの断面形状を変化させて、出力円 錐の光学特性を変更することができることも認識される。 本発明のオーバーレイは、当業者に公知の従来の製造方法を使用 して製造される。例えば、所望の構造面の雌型である型は、ダイヤモンドマシン 法を使用して製造され、光学仕上げが行われる。次に従来の成形法で型を使用し て光学的に透明な物質上に構造面を形成する。受容可能な成形法は、圧縮成形法 、射出成形法、型押またはコイニングである。製造効率を達成するために、所望 の最終製品よりも実質的に大きなシートで部品を成形して、従来のダイ切断法を 使用してシートから個々のオーバーレイを切断する。従来の方法を使用してシー トまたは個々のオーバーレイの構造面上に追加層を付着する。 当業者が本発明の技術を実施できるように本発明の好適な実施態様及び数個の 代替実施態様が記載されているが、上記の記載は例示的なものであり、発明の範 囲を限定するために使用されるべきものではない。本発明の範囲は下記の請求の 範囲によってのみ決定される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ランディン，デビッド，ジェイ. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133−3427, セントポール，ポスト オフィス ボック ス 33427

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ライトガイドとともに使用される光抽出オーバーレイであって、 底面と該底面に対向する構造面とを有する実質的に光学的に透明な基板を含み 、該構造面は該構造面の中に規定される複数の光学要素を含み、入射角θ₁で該 オーバーレイの該底面に入射する光の一部が該基板を通って伝送され、該光学的 平滑面から反射されてθ₁より小さい角度θ₂で該底面から該オーバーレイを出る ように少なくとも一つの光学要素は該底面に対して傾斜して配置される第１の光 学的平滑面を有する光抽出オーバーレイ。 ２．前記光学要素の少なくとも一つが前記オーバーレイの前記構造面の部分を 横切って延在する光学要素を構成し、該光学要素は前記底面に対して１０度〜９ ０度の角度で配置される第１の光学的平滑面を規定する請求項１に記載の光抽出 オーバーレイ。 ３．前記第１の光学的平滑面は、前記底面に対して４０度〜５０度の角度で配 置される請求項２に記載の光抽出オーバーレイ。 ４．前記第１の光学的平滑面は、前記底面に対して４５度の角度で配置される 請求項３に記載の光抽出オーバーレイ。 ５．前記光学要素は、前記底面に対して１０度〜９０度の角度で配置される第 ２の光学的平滑面を含む請求項２に記載の光抽出オーバーレイ。 ６．前記第２の光学的平滑面は前記底面に対して４０度〜５０度の角度で配置 される請求項５に記載の光抽出オーバーレイ。 ７．前記第２の光学的平滑面は前記底面に対して４５度の角度で配置される請 求項５に記載の光抽出オーバーレイ。 ８．前記構造面は少なくとも第２の光学要素を含み、該第２の光 学要素は前記第１の光学要素から所定の距離だけ離れた位置にある請求項１に記 載の光抽出オーバーレイ。 ９．前記光学要素は正反射物質で被覆される請求項１に記載の光抽出オーバー レイ。 １０．前記構造面を被覆し、前記オーバーレイの屈折率よりも小さい屈折率を 有する材料から形成される被覆層を更に含む請求項１に記載の光抽出オーバーレ イ。 １１．前記構造面を被覆し、前記オーバーレイの屈折率よりも小さい屈折率を 有する材料から形成される第１の被覆層と、 該第１の被覆層の一部を被覆し、正反射物質から形成される第２の被覆層と、 を更に含む請求項１に記載の光抽出オーバーレイ。 １２．前記正反射物質を保護するのに適切な材料から形成される第３の被覆層 を更に含む請求項１１に記載の光抽出オーバーレイ。 １３．前記光学的に平滑な底面をライトガイドに光学的に結合する手段を更に 含む請求項１に記載の光抽出オーバーレイ。 １４．ライトガイドと、 該ライトガイドの表面の一部に光学的に結合された底面と該底面に対向する構 造面とを有する基板を含む光抽出オーバーレイを備える少なくとも一つの光抽出 領域とを具備し、 該構造面は複数の光学要素を含み、該ライトガイドを伝搬する光が該オーバー レイの底面を通って該オーバーレイに伝送され、該光学的平滑面から反射され該 オーバーレイから離れた位置で該ライトガイドの表面から伝送されるように少な くとも一つの光学要素は該底面に対して傾斜して配置される第１の光学的平滑面 を有する光分配装置。 １５．前記ライトガイドは、長軸に沿って延在する長さを有する 光ファイバーを含む請求項１４に記載の光分配装置。 １６．前記光ファイバーは、 幅が少なくとも約１．０ｍｍであり、実質的に光学的に透明な材料からなる光 ファイバーコアと、 該光ファイバーコアを取り囲むクラッドであって、該光ファイバーの一端から 注入された光が内部全反射の原理に従って該ファイバーを伝搬するように該光フ ァイバーコアの屈折率よりも小さい屈折率を有する材料から形成されるクラッド と、 を含む請求項１５に記載の光分配装置。 １７．前記光抽出オーバーレイの前記底面は前記光ファイバーの所定の長さ方 向に沿って該光ファイバーコアの表面の一部に光学的に結合される請求項１６に 記載の光分配装置。 １８．光源と、 該光源に光学的に結合され、実質的に光学的に透明な材料から形成され長軸に 沿って延在する長さを有するライトガイドと、 該ライトガイドの表面の一部に光学的に結合された底面と前記平滑面に対向す る構造面とを有する少なくとも一つの光抽出オーバーレイとを具備し、 該構造面は複数の光学要素を含み、該ライトガイドに沿って長手方向に伝搬す る光が該オーバーレイの該底面を通って該オーバーレイに伝送され、該光学的平 滑面から反射され、該オーバーレイから離れた位置で該ライトガイドの表面から 抽出されるように少なくとも一つの光学要素は該底面に対して傾斜した角度で配 置される第１の光学的平滑面を有する照明装置。 １９．ライトガイドに隣接する所定の領域に光を分配するライトガイドを製造 する方法であって、 ライトガイドを伝搬する光が抽出される該ライトガイドの所望の 位置を選択するステップと、 底面と、該底面に対して傾斜して配置される少なくとも一つの光学的平滑面を それぞれ有する複数の光学要素を含み該底面に対向する構造面とを有する基板を 含む光抽出オーバーレイを所望の位置で該ライトガイドに光学的に結合するステ ップと、 を含み、 該ライトガイドを伝搬する光が該オーバーレイの該底面を通って該オーバーレ イに伝送され、光学的平滑面から反射され、該オーバーレイから離れた位置で該 ライトガイドの表面から伝送されるように、該光抽出オーバーレイの該底面は該 ライトガイドに光学的に結合されるライトガイド製造方法。 ２０．実質的に光学的に透明な材料から形成され長軸に沿って延在する長さを 有するライトガイドと、 該ライトガイドの表面の一部に光学的に結合された底面と前記平滑面に対向す る構造面とを有する少なくとも一つの光抽出オーバーレイとを具備し、 該構造面は複数の光学要素を含み、該ライトガイドに沿って長手方向に伝搬す る光が該オーバーレイの該底面を通って該オーバーレイに伝送され、該長軸から 約３０度を超えない角度で第１の光学的平滑面から屈折されるように少なくとも 一つの光学要素は該底面に対して傾斜した角度で配置される第１の光学的平滑面 を有する照明装置。