(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-05-24
(45)【発行日】2022-06-01
(54)【発明の名称】光拡散光ファイバ用照明システム
(51)【国際特許分類】
F21V 8/00 20060101AFI20220525BHJP
F21V 5/04 20060101ALI20220525BHJP
F21Y 115/10 20160101ALN20220525BHJP
F21Y 115/30 20160101ALN20220525BHJP
【ＦＩ】
F21V8/00 210
F21V5/04
F21Y115:10
F21Y115:30
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2019555200
(86)(22)【出願日】2018-04-10
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-06-11
(86)【国際出願番号】 US2018026820
(87)【国際公開番号】W WO2018191220
(87)【国際公開日】2018-10-18
【審査請求日】2021-04-12
(31)【優先権主張番号】62/484,098
(32)【優先日】2017-04-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】397068274
【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100073184
【弁理士】
【氏名又は名称】柳田 征史
(74)【代理人】
【識別番号】100123652
【弁理士】
【氏名又は名称】坂野 博行
(74)【代理人】
【識別番号】100175042
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 秀明
(72)【発明者】
【氏名】ログノフ，ステファン ルヴォヴィッチ
【審査官】安食 泰秀
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１６－５２６２６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１９５０４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０１０７００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平５－０２７１４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２８８２３１（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２１Ｖ ８／００
Ｆ２１Ｖ ５／０４
Ｆ２１Ｙ １１５／１０
Ｆ２１Ｙ １１５／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
照明システムにおいて、光拡散光ファイバと、
光源を有する光出射装置と
を含み、
前記光拡散光ファイバは、第１の端部、前記第１の端部の反対側の第２の端部、コア、前記コアを囲むクラッディング、外面、並びに、該コア、前記クラッディング、または、該コアおよび該クラッディングの両方の中に位置する複数のナノサイズ構造物を含むものであり、
前記複数のナノサイズ構造物は、導かれた光を前記光拡散光ファイバの前記外面に向けて散乱させて、前記導かれた光の一部を、該外面を通して、該光拡散光ファイバの拡散長に沿って拡散させるように構成されたものであり、
前記光拡散光ファイバは、開口数ＮＡＬＤＦを有し、
前記光出射装置は、前記光拡散光ファイバの前記開口数ＮＡＬＤＦより小さい有効開口数ＮＡＯを有し、
前記光出射装置は、該光出射装置の前記光源によって発せられた光が、前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の端面を、前記端面に直交しない入射角θｉで照らすように、該端面に光学的に結合されたものであり、
前記光拡散光ファイバは、
前記入射角θｉが、ｓｉｎ－１ＮＡＬＤＦ－ｓｉｎ－１ＮＡＯから約５°以内であることと、
前記光拡散光ファイバの前記拡散長は、該光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面から、該拡散長の約５％の距離で延伸する平衡結合長を含むものであることと
の１つまたは両方を有するものであるシステム。
【請求項2】
前記入射角θｉは、ｓｉｎ－１ＮＡＬＤＦ－ｓｉｎ－１ＮＡＯに略等しいものである、請求項１に記載の照明システム。
【請求項3】
前記入射角θｉは、約５°から約３０°である、請求項１または２に記載の照明システム。
【請求項4】
前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面は、角度のついた端面であるか、または、直角な端面である、請求項１から３のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項5】
前記光出射装置は、前記光源と前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面との間に配置されて光学的にそれらに結合されたレンズを、更に含むものである、請求項１から４のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項6】
前記光出射装置は、前記光源と前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面との間に配置されて光学的にそれらに結合された光伝送ファイバを、更に含むものである、請求項１から５のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項7】
前記光出射装置の前記光源によって発せられ光が、前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面を、入射角θｉで照らした場合、前記入射角θｉは、該端面で、約１．５ｄＢ以下の結合損失を生じるものある、請求項１から６のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項8】
前記複数のナノサイズ構造物は、導かれた光を前記光拡散光ファイバの前記外面に向けて散乱させて、前記導かれた光の一部を、該外面を通して、該光拡散光ファイバの前記拡散長に沿って拡散させて、散乱により生じた約５０ｄＢ／ｋｍ以上の減衰を生じるように構成されたものである、請求項１から７のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項9】
前記光拡散光ファイバは、前記コアおよび前記クラッディングを囲む散乱層を含み、前記散乱層は、散乱材料を含み、更に、４０と１２０度の間の全視野角について、最小散乱照明強度と最大散乱照明強度との差が、前記最大散乱照明強度の５０％未満となるように構成されたものである、請求項１から８のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項10】
照明システムの形成方法において、光出射装置の光源によって発せられ光を、光拡散光ファイバの第１の端部の端面に、第１の入射角θｉ１で向ける工程であって、
前記光拡散光ファイバは、前記第１の端部、該第１の端部の反対側の第２の端部、コア、前記コアを囲むクラッディング、外面、並びに、該コア、前記クラッディング、または、該コアおよび該クラッディングの両方の中に位置する複数のナノサイズ構造物を含むものであり、
前記複数のナノサイズ構造物は、導かれた光を前記光拡散光ファイバの前記外面に向けて散乱させて、前記導かれた光の一部を、該外面を通して、該光拡散光ファイバの拡散長に沿って拡散させるように構成されたものであり、
前記光拡散光ファイバは、開口数ＮＡＬＤＦを有し、
前記光出射装置は、前記光拡散光ファイバの前記開口数ＮＡＬＤＦより小さい有効開口数ＮＡＯを有し、
前記第１の入射角θｉ１は、前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面に直交せず、
前記光拡散光ファイバは、
前記入射角θｉが、ｓｉｎ－１ＮＡＬＤＦ－ｓｉｎ－１ＮＡＯから約５°以内であることと、
前記光拡散光ファイバの前記拡散長は、該光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面から、該拡散長の約５％の距離で延伸する平衡結合長を含むものであることと
の１つまたは両方を有するものである工程と、
前記光出射装置と前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面との相対的な角度位置を、該光出射装置の前記光源によって発せられた光が、該光拡散光ファイバの該第１の端部の該端面に、該端面に直交せず、ｓｉｎ－１ＮＡＬＤＦ－ｓｉｎ－１ＮＡＯから約５°以内である第２の入射角θｉ２で向けられるように、変化させる工程と
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【0001】
本願は、米国特許法第１１９条の下、２０１７年４月１１日出願の米国仮特許出願第６２／４８４，０９８号の優先権の利益を主張し、その内容は依拠され、全体として参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【0002】
本開示は、照明システムに関する。より詳しくは、本開示は、照明光を提供する光拡散光ファイバを含む照明システムに関する。
【発明の概要】
【0003】
本開示の主題によれば、照明システムは、光拡散光ファイバと、光源を有する光出射装置とを含む。光拡散光ファイバは、第１の端部、第１の端部の反対側の第２の端部、コア、コアを囲むクラッディング、外面、並びに、コア、クラッディング、または、コアおよびクラッディングの両方の中に位置する複数のナノサイズ構造物を含む。複数のナノサイズ構造物は、導かれた光を光拡散光ファイバの外面に向けて散乱させて、導かれた光の一部を、外面を通して、光拡散光ファイバの拡散長に沿って拡散させるように構成されたものである。光拡散光ファイバは、開口数ＮＡＬＤＦを有する。光出射装置は、光拡散光ファイバの開口数ＮＡＬＤＦより小さい有効開口数ＮＡＯを有する。更に、光出射装置は、光出射装置の光源によって発せられた光が、光拡散光ファイバの第１の端部の端面を、端面に直交せず、ｓｉｎ－１ＮＡＬＤＦ－ｓｉｎ－１ＮＡＯから約５°以内の入射角θｉで照らすように、端面に光学的に結合されたものである。
【0004】
本開示の他の実施形態によれば、方法は、光出射装置の光源によって発せられ光を、光拡散光ファイバの第１の端部の端面に、第１の入射角θｉ１で向ける工程を含む。光拡散光ファイバは、第１の端部、第１の端部の反対側の第２の端部、コア、コアを囲むクラッディング、外面、並びに、コア、クラッディング、または、コアおよびクラッディングの両方の中に位置する複数のナノサイズ構造物を含むものである。複数のナノサイズ構造物は、導かれた光を光拡散光ファイバの外面に向けて散乱させて、導かれた光の一部を、外面を通して、光拡散光ファイバの拡散長に沿って拡散させるように構成されたものである。光拡散光ファイバは、開口数ＮＡＬＤＦを有する。光出射装置は、光拡散光ファイバの開口数ＮＡＬＤＦより小さい有効開口数ＮＡＯを有する。更に、第１の入射角θｉ１は、光拡散光ファイバの第１の端部の端面に直交せず、ｓｉｎ－１ＮＡＬＤＦ－ｓｉｎ－１ＮＡＯから約５°以内である。方法は、光出射装置と光拡散光ファイバの第１の端部の端面との相対的な角度位置を、光出射装置の光源によって発せられた光が、光拡散光ファイバの第１の端部の端面に、端面に直交せず、ｓｉｎ－１ＮＡＬＤＦ－ｓｉｎ－１ＮＡＯから約５°以内である第２の入射角θｉ２で向けられるように、変化させる工程も含む。
【0005】
本開示の更に他の実施形態によれば、照明システムは、光拡散光ファイバと、光源を有する光出射装置とを含む。光拡散光ファイバは、第１の端部、第１の端部の反対側の第２の端部、コア、コアを囲むクラッディング、外面、並びに、コア、クラッディング、または、コアおよびクラッディングの両方の中に位置する複数のナノサイズ構造物を含む。複数のナノサイズ構造物は、導かれた光を光拡散光ファイバの外面に向けて散乱させて、導かれた光の一部を、外面を通して、光拡散光ファイバの拡散長に沿って拡散させるように構成されたものである。光拡散光ファイバは、開口数ＮＡＬＤＦを有する。光出射装置は、光拡散光ファイバの開口数ＮＡＬＤＦより小さい有効開口数ＮＡＯを有する。更に、光出射装置は、光出射装置の光源によって発せられた光が、光拡散光ファイバの第１の端部の端面を、端面に直交しな入射角θｉで照らすように、端面に光学的に結合されたものである。更に、光拡散光ファイバの拡散長は、光拡散光ファイバの第１の端部の端面から、拡散長の約５％の距離で延伸する平衡結合長を含むものである。
【0006】
本開示の概念を、主に、光拡散光ファイバを含む照明システムを参照して記載するが、この概念は、任意の照明システムに利用しうることを企図している。
【0007】
以下の本開示の具体的な実施形態の詳細な記載は、類似の構造物を類似の参照番号で示した以下の図面と共に読まれる場合に、最も理解されうるものである。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1A】光源およびレンズを有する光出射装置、並びに、光拡散光ファイバを有する本明細書に示し記載した１つ以上の実施形態による照明システムを示す概略図である。
【図1B】光源および光伝送ファイバを有する光出射装置、並びに、光拡散光ファイバを有する本明細書に示し記載した１つ以上の実施形態による照明システムを示す概略図である。
【図2A】光源およびレンズを有する光出射装置、並びに、光拡散光ファイバを有する本明細書に示し記載した１つ以上の実施形態による照明システムを示す概略図である。
【図2B】光源および光伝送ファイバを有する光出射装置、並びに、光拡散光ファイバを有する本明細書に示し記載した１つ以上の実施形態による照明システムを示す概略図である。
【図3】本明細書に示し、記載した１つ以上の実施形態による光拡散光ファイバに沿って伝播する光の強度を示すグラフである。
【図4A】本明細書に示し、記載した１つ以上の実施形態による光拡散光ファイバの断面を概略的に示している。
【図4B】本明細書に示し、記載した１つ以上の実施形態による光拡散光ファイバの他の断面を概略的に示している。
【発明を実施するための形態】
【0009】
ここで、図１Ａ～４Ｂを参照すると、照明システム１００は、光源１４２を含む光出射装置１４０に光学的に結合された光拡散光ファイバ１１０を含む。光拡散光ファイバ１１０は、第１の端部１１２、第１の端部１１２と反対側の第２の端部１１４、コア１２０、コア１２０を囲むクラッディング１２２、外面１２８、並びに、コア１２０、クラッディング１２２、または、コア１２０とクラッディング１２２の両方の中に配置された複数のナノサイズ構造物１２５を含む。複数のナノサイズ構造物１２５は、導かれた光（例えば、光出射装置１４０によって出射されて、光拡散光ファイバ１１０に沿って伝播する光）を、光拡散光ファイバ１１０の外面１２８に向けて散乱させて、導かれた光の一部を、外面１２８を通って、光拡散光ファイバ１１０の拡散長に沿って拡散させるように構成される。
【0010】
本明細書で用いるように、「拡散長」は、光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２（または、入射光を受光する任意の端部）から、導かれた光の９０％が光拡散光ファイバ１１０から拡散した光拡散光ファイバ１１０の長さに沿った位置まで延伸する光拡散光ファイバ１１０の長さである。本明細書で用いるように、「光拡散」という用語は、光散乱が、光拡散光ファイバ１１０の長さの少なくとも一部に沿って、実質的に空間的に連続していること、つまり、離散（例えば、点状）散乱に関連したものなどの跳び、または、不連続部が実質的にないことを意味する。したがって、本開示に示すような実質的に連続した発光、または、実質的に連続した光散乱の概念を、空間的連続性と称する。
【0011】
更に、図１Ａ～４Ｂを参照すると、光拡散光ファイバ１１０は、開口数ＮＡＬＤＦを有し、光出射装置１４０は、光拡散光ファイバ１１０の開口数ＮＡＬＤＦより小さい有効開口数ＮＡＯを有する。本明細書で用いるように、光出射装置１４０の有効開口数ＮＡＯは、光出射装置１４０からの光出射を特徴付ける開口数である。例えば、光出射装置１４０の有効開口数ＮＡＯは、光源１４２の開口数ＮＡＳでありうる。更に、光出射装置１４０が、光源１４２と光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２との間に配置された更なる光学要素を含む実施形態において、有効開口数ＮＡＯは、これらの更なる光学要素によって変化されうる。
【0012】
理論に縛られることを意図しないが、光出射装置１４０の有効開口数ＮＡＯが、光拡散光ファイバ１１０の開口数ＮＡＬＤＦより小さい場合、次に、光拡散光ファイバ１１０に入射する光は、「平衡結合長」を通り抜けた後に、光拡散光ファイバ１１０のモード内容を満たすようになる。本明細書で用いるように、「平衡結合長」は、光拡散光ファイバのうち、光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２の端面１１６、１１６’から、光拡散光ファイバ１１０に沿って伝播する光が静的モード分布を有する拡散長に沿った位置まで延伸する部分である。この初期静的モード分布位置は、平衡結合長の最後の位置である。理論によって制限されることを意図しないが、静的モード分布の間、光拡散光ファイバ１１０に沿って伝播する光の全モードが、平衡状態である。更に、光拡散光ファイバ１１０のモード内容を完全に満たすには、ある程度の距離が必要なので（例えば、平衡結合長）、光拡散光ファイバ１１０の最初の部分での輝度（つまり、光拡散光ファイバ１１０によって提供された照明光）は、拡散を通したモード間の光の再分配により、ファイバ長が長くなっても、すぐには低下しない。
【0013】
理論によって制限されることを意図しないが、むしろ、光拡散光ファイバ１１０の拡散長に沿って伝播する導かれた光は、平衡結合長の最後でピーク強度に達する。平衡結合長の最後を越えると、光拡散光ファイバ１１０の拡散長に沿って伝播する光の強度は、光拡散光ファイバ１１０の外面１２８を通り抜ける光の拡散により、指数関数的に減衰する。光拡散光ファイバ１１０の拡散長に沿って伝播する導かれた光の量は減衰するが、光拡散光ファイバ１１０の外面１２８から拡散長に沿って拡散する光量は略一定で、均一な照明光を提供する。本明細書で用いるように、「均一な照明光」とは、光拡散光ファイバ１１０の長さに沿って、光拡散光ファイバ１１０から出射される光の強度が、特定の距離に亘って、２５％より大きく変化しない照明光のことを称する。
【0014】
更に、平衡結合長を短くすることによって、光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２により近くで、ピーク強度に達し、均一な照明光を出射する光拡散光ファイバ１１０の長さを最大にしうる。理論によって制限されることを意図しないが、光出射装置１４０の有効開口数ＮＡＯが、光拡散光ファイバ１１０の開口数ＮＡＬＤＦより小さい場合には、光出射装置１４０によって出射された光が端面１１６、１１６’を端面１１６、１１６’に直交しない入射角θｉで照らすように、光出射装置１４０と光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２を互いに位置合わせすることによって、平衡結合長を短くしうる。いくつかの実施形態において、図１Ａ～１Ｃに示すように、光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２の端面１１６、１１６’は、直角（例えば、垂直）端面１１６であり、更に、第１の端部１１２の垂直な端面１１６を、光源１４２によって発せられた光の経路を表す光伝播路１１１に対して、端面１１６、１１６’で、ある角度となるように配置することによって、入射角θｉが形成される。他の実施形態において、図２Ａ～２Ｃに示すように、第１の端部１１２の端面１１６、１１６’は、角度のついた端面１１６’であり、光拡散光ファイバ１１０が、角度のついた端面１１６’で光伝播路１１１と平行な場合でさえ、入射角θｉは、形成されうる。
【0015】
入射角θｉは、光拡散光ファイバ１１０の開口数ＮＡＬＤＦと光出射装置１４０の有効開口数ＮＡＯとの相対的な関係に関係する。例えば、入射角θｉは、ｓｉｎ－１ＮＡＬＤＦ－ｓｉｎ－１ＮＡＯの約１０°以内、例えば、９°、８°、７°、６°、５°、４°、３°、２°、１°以内などでありうる。いくつかの実施形態において、入射角θｉは、ｓｉｎ－１ＮＡＬＤＦ－ｓｉｎ－１ＮＡＯに略等しくてもよい。限定するものではない例として、入射角θｉは、約５°から約２５°、例えば、約１０°から約２５°、１０°から約２０°、１５°から約２５°、５°から約１５°、１２°から約１６°、５°から約２５°などでありうる。１つの限定するものではない例として、光拡散光ファイバ１１０の開口数ＮＡＬＤＦは、０．５３を含み、光出射装置１４０の有効開口数ＮＡＯは、０．２５を含み、したがって、ｓｉｎ－１ＮＡＬＤＦ－ｓｉｎ－１ＮＡＯは、約１７．５°でありうる。本明細書に記載の光拡散光ファイバ１１０の例は、例えば、約０．３、０．３５、０．４、０．４５、０．５、０．５３などの約０．２５から約０．５５、例えば、約０．２５から約０．５３の開口数ＮＡＬＤＦを含み、本明細書に記載の光出射装置１４０の例は、約０．１２、０．１５、０．２、０．２５などの約０．１から約０．３、例えば、約０．１２から約０．３の有効開口数ＮＡＯを有しうる。
【0016】
ここで図３を参照すると、グラフ１０は、光拡散光ファイバ１１０の長さに沿った位置で、光拡散光ファイバ１１０の外面１２８で拡散した光の強度をグラフで示しており、図３に示したゼロ「０」長さ位置は、第１の端部１１２の端面１１６、１１６’（または、その代わりに、光が入射する光拡散光ファイバ１１０の端部）である。図３の線１４、線１６は、光が端面１１６、１１６’を端面１１６、１１６’に略直交して照らす実施形態において、光拡散光ファイバ１１０の長さに沿った位置で、光拡散光ファイバ１１０の外面１２８で拡散した光の強度を、グラフで示している。例えば、線１４は、光源１４２を含むが、介在する光学要素を含まない光出射装置１４０によって出射された光が、端面１１６、１１６’を、端面１１６、１１６’に直交する角度で照らした場合に、外面１２８で拡散した光の強度をグラフで示し、線１６は、光源１４２および光伝送ファイバを含む光出射装置１４０によって出射された光が、端面１１６、１１６’を、端面１１６、１１６’に直交する角度で照らした場合に、外面１２８で拡散した光の強度をグラフで示している。更に、線１２は、光出射装置１４０によって出射された光が端面１１６、１１６’を入射角θｉで照らした場合に、光拡散光ファイバ１１０の長さに沿った位置で、光拡散光ファイバ１１０の外面１２８で拡散した光の強度をグラフで示している。図３に示すように、線１２は、線１４、線１６のいずれよりも、第１の端部１１２の端面１１６、１１６’に近い（例えば、よりゼロ長さ位置に近い）位置でピーク強度１８に達しているので、端面１１６、１１６’を入射角θｉで照らすことによって、平衡結合距離は最小になる。
【0017】
動作において、光出射装置１４０の光源１４２によって発せられた光が、光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２の端面１１６、１１６’を、入射角θｉで照らした場合、平衡結合長は、拡散長の約１５％以下の距離、例えば、拡散長の約１０％以下、拡散長の約５％以下、拡散長の約３％以下などの距離、例えば、拡散長の約１％から約１０％、拡散長の約２％から約５％など、拡散長の約０．５％から約１５％などの距離を有しうる。更に、光出射装置１４０の光源１４２によって発せられた光が、光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２の端面１１６、１１６’を、入射角θｉで照らした場合、入射角θｉは、端面１１６、１１６’で、約３ｄＢ以下、例えば、約２ｄＢ以下、１．５ｄＢ以下、１ｄＢ以下、０．５ｄＢ以下、０．２ｄＢ以下、０．１ｄＢ以下などの結合損失を生じる。
【0018】
図１Ａ～２Ｃを再び参照すると、光出射装置１４０の光源１４２によって発せられた光が、光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２の端面１１６、１１６’を照らして、光拡散光ファイバ１１０に入射しうるように、光出射装置１４０は、光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２に光学的に結合されている。光源１４２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオードなどを含みうる。例えば、光源１４２は、マルチモードレーザダイオード、シングルモードレーザダイオード、ＳｉＰレーザダイオード、ＶＣＳＥＬレーザダイオード、または、他の種類の半導体レーザダイオードを含みうる。更に、光源１４２は、２００ｎｍから２０００ｎｍの波長範囲の光を生成するように構成されうる。
【0019】
光出射装置１４０は、図１Ａ、２Ａに示したように、光源１４２に光学的に結合されたレンズ１４４を、更に含みうる。この実施形態において、光拡散光ファイバ１１０は、レンズ１４４に光学的に結合され、レンズ１４４は、開口数ＮＡＬを有する。レンズ１４４は、光源１４２と光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２との間に配置されて光学的にそれらに結合されて、レンズ１４４が、光源１４２によって発せられた光を光拡散光ファイバ１１０の端面１１６、１１６’に合焦するようにしうる。更に、レンズ１４４が、光源１４２と光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２の端面１１６、１１６’との間に配置され、それらに光学的に結合された場合は、光出射装置の有効開口数ＮＡＯは、レンズ１４４の開口数ＮＡＬである。
【0020】
光出射装置１４０は、図１Ｂ、２Ｂに示したように、光源１４２に光学的に結合された光伝送ファイバ１４６も含みうる。光伝送ファイバ１４６は、光ファイバカプラを用いて、または、光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２を光伝送ファイバ１４６の隣接した端部に接合することによって、光拡散光ファイバ１１０に光学的に結合されうる。光伝送ファイバ１４６は、開口数ＮＤＥＬを有する。光伝送ファイバ１４６は、送信ファイバ、または、光増幅を行うファイバ（例えば、コア内に利得媒体を含むファイバ）を含みうる。光伝送ファイバ１４６は、その長さに沿って、低い光損失を生じ、光源１４２によって発せられた光が、光伝送ファイバ１４６を通り抜けて、光拡散光ファイバ１１０に十分な強度で入射して光拡散光ファイバ１１０を照らすように構成される。更に、光伝送ファイバ１４６は、光源１４２が、光拡散光ファイバ１１０から空間的に分離されて配置されるのを可能にする。いくつかの実施形態において、光伝送ファイバ１４６が、光源１４２と光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２の端面１１６、１１６’との間に配置され、それらに光学的に結合され、更に、光伝送ファイバ１４６の開口数ＮＤＥＬが光源１４２の開口数ＮＡＳより小さい場合には、光出射装置１４０の有効開口数ＮＡＯは、光伝送ファイバ１４６の開口数ＮＤＥＬである。他の実施形態において、光伝送ファイバ１４６が、光源１４２と光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２の端面１１６、１１６’との間に配置され、それらに光学的に結合された場合、光出射装置１４０の有効開口数ＮＡＯは、光伝送ファイバ１４６の開口数ＮＤＥＬ、光源１４２の開口数ＮＡＳ、または、それらの間の開口数でありうる。
【0021】
いくつかの実施形態において、光源１４２と光拡散光ファイバの第１の端部の端面との間に介在する光学要素がなく、したがって、光出射装置の有効開口数ＮＡＯは、光源の開口数ＮＡＳである。図１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂには、単一の光出射装置１４０を示しているが、他の実施形態において、照明システム１００は、更なる光出射装置、例えば、光拡散光ファイバ１１０の第２の端部１１４に光学的に結合された第２の光出射装置を含みうる。更に、図１Ａ～２Ｃにおいて、単一の光拡散光ファイバ１１０を示しているが、任意の数の光拡散光ファイバ１１０を企図していると理解すべきである。
【0022】
動作において、光源１４２によって発せられた光は、光拡散光ファイバ１１０によって、周囲の環境に散乱されるので、光源１４２は、光拡散光ファイバ１１０から離れた位置に配置されうる。したがって、光源１４２によって生成された熱は、光源を離れ、光源１４２および光拡散光ファイバ１１０の両方から離れた位置に伝達されうる。したがって、光拡散光ファイバ１１０の温度は、周囲の環境の温度と略同様なままで、照明ユニットは、熱的に「低温の」照明ユニットと記載しうる。更に、光拡散光ファイバ１１０と光源１４２が空間的に分離されることで、照明システム１００に更なる設計柔軟性を与えうる。
【0023】
ここで、図４Ａ、４Ｂを参照すると、コア１２０、コア１２０を囲むクラッディング１２２、外面１２８、および、複数のナノサイズ構造物１２５を含む光拡散光ファイバ１１０の実施形態の断面図を示している。コア１２０は、例えば、シリカ、ゲルマニウム添加シリカ、フッ素添加シリカなどのガラスコア、または、低屈折率ポリマーなどのポリマーコアでありうる。クラッディング１２２は、例えば、純シリカ、Ｆ添加シリカ、または、Ｆ（フッ素）／Ｂ（ホウ素）共添加シリカなどのガラスクラッディング、または、ポリマークラッディングでありうる。いくつかの実施形態において、コア１２０、クラッディング１２２、または、それらの両方が、アップドーパントまたはダウンドーパントを含みうる。本明細書で用いるように、「アップドーパント」とは、添加されていない純シリカと比べて屈折率を上昇させる傾向を有するドーパントであり、「ダウンドーパント」とは、添加されていない純シリカと比べて屈折率を低下させる傾向を有するドーパントである。更に、光拡散光ファイバ１１０は、例えば、約１００ｍ、７５ｍ、５０ｍ、４０ｍ、３０ｍ、２０ｍ、１０ｍ、９ｍ、８ｍ、７ｍ、６ｍ、５ｍ、４ｍ、３ｍ、２ｍ、１ｍ、０．７５ｍ、０．５ｍ、０．２５ｍ、０．１５ｍ、または、０．１ｍなど、約０．１５ｍから約１００ｍの長さ（例えば、第１の端部１１２と第２の端部１１４の間の長さ）を有しうる。
【0024】
更に、図４Ａ、４Ｂを参照すると、ナノサイズ構造物１２５は、気体が充填された空隙部、セラミック材料などの散乱粒子、および、ドーパントなどの散乱構造物を含む。ナノサイズ構造物１２５は、（図４Ａ、４Ｂに示すように）コア１２０全体に現れるか、または、コア１２０とクラッディング１２２の界面（例えば、コア‐クラッディング境界部）近くに現れるか、または、コア１２０内の環状リング内に現れうる。ランダムに配列されたランダムな大きさの（「ランダムな空気線」または「ナノ構造物」または「ナノサイズ構造物」とも称される）空隙部を有する光拡散光ファイバのいくつかの例が、米国特許第７，４５０，８０６号明細書、並びに、米国特許出願第１２／９５０，０４５号、第１３／０９７，２０８号、および、第１３／２６９，０５５号の各明細書に記載されており、それらは、参照により、全体として本明細書に組み込まれる。その代わりに、光拡散光ファイバ１１０は、「粗くした」コア１２０を有しうるもので、その場合には、コア‐クラッディング境界部でのコア１２０の表面の不規則性が、光を散乱させる。他の種類の光拡散光ファイバも利用しうる。動作において、光拡散光ファイバ１１０は、照明光の波長（例えば、発せられた放射光の波長）において、例えば、約１００ｄＢ／ｋｍから約６００００ｄＢ／ｋｍなど約５０ｄＢ／ｋｍ以上の減衰を散乱により生じうる（つまり、コア内の散乱粒子の吸収によるものではなく、光拡散光ファイバ１１０の外面１２８を通って失われた光による減衰）。
【0025】
ナノサイズ構造物１２５が、気体が充填された空隙部を含む実施形態において、気体が充填された空隙部は、ランダムに、または、規則的パターンで配列されて、更に、光拡散光ファイバ１１０の長さに平行に延びるか、または、らせん状で（つまり、光拡散光ファイバ１１０の長軸に沿って回転する形態で）あってもよい。更に、光拡散光ファイバ１１０は、ファイバの断面において、例えば、５０より多い、１００より多い、または、２００より多い空隙部など、気体が充填された多数の空隙部を含みうる。気体が充填された空隙部は、例えば、ＳＯ２、Ｋｒ、Ａｒ、ＣＯ２、Ｎ２、Ｏ２、または、それらの混合物を含みうる。しかしながら、任意の気体が存在するかどうかに関わらず、複数のナノサイズ構造物１２５を含むコア１２０、クラッディング１２２、または、コア－クラッディング境界部の領域の平均屈折率は、空隙部があることで低下する。更に、空隙部などの複数のナノサイズ構造物１２５は、コア１２０、クラッディング１２２、または、コア－クラッディング境界部に、ランダムに、または、非周期的に配置されうるが、他の実施形態において、空隙部は、周期的に配置されうる。
【0026】
気体が充填された空隙部などの空隙部（または、他の散乱粒子）の断面の大きさ（例えば、直径）は、約１０ｎｍから約１０μｍで、長さは、約１μｍから約５０ｍまで様々でありうる。いくつかの実施形態において、空隙部（または、他の散乱粒子）の断面の大きさは、約１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ、１２０ｎｍ、１４０ｎｍ、１６０ｎｍ、１８０ｎｍ、２００ｎｍ、２５０ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍ、８００ｎｍ、１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、９μｍ、または、１０μｍである。いくつかの実施形態において、空隙部の長さは、約１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、９μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍ、５００μｍ、６００μｍ、７００μｍ、８００μｍ、９００μｍ、１０００μｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ、５００ｍｍ、１ｍ、５ｍ、１０ｍ、２０ｍ、または、５０ｍである。
【0027】
更に、図４Ａ、４Ｂを参照すると、光拡散光ファイバ１１０は、被膜部、被覆部などの１つ以上の追加の層を、更に含みうる。例えば、図４Ａ、４Ｂに示したように、光拡散光ファイバ１１０は、第１の被膜層１３０および散乱層１３２を含みうる。第１の被膜層１３０は、機械的な取り扱いを容易にするために、コア１２０およびクラッディング１２２を囲むポリマー膜などの実質的に清澄な層を含みうる。更に、散乱層１３２は、コア１２０、クラッディング１２２、更に、いくつかの実施形態では、第１の被膜層１３０を囲むように配置されうる。散乱層１３２は、基材（例えば、ポリマー）、および、基材内に配置された散乱材料を含みうる。動作において、散乱層１３２は、広い角度範囲（例えば、４０°から１２０°、３０°から１３０°、または、１５°から１５０°）に亘る角度で、均一な散乱を容易にしうる。例えば、光拡散光ファイバ１１０は、散乱により、略均一な照明光を提供するように構成され、したがって、４０度と１２０度の間の全視野角について、最小散乱照明強度と最大散乱照明強度の差は、最大散乱照明強度の５０％未満となる。
【0028】
いくつかの実施形態において、散乱材料は、散乱層１３２内に副層を含みうる。例えば、いくつかの実施形態において、副層は、約１μｍから約５μｍの厚さを有しうる。他の実施形態において、粒子副層の厚さ、および／または、散乱層１３２内の散乱材料（例えば、散乱粒子）の濃度を、光拡散光ファイバ１１０の軸長に沿って変化させて、光拡散光ファイバ１１０から散乱した光の強度変化を、大きい角度（つまり、約１５度より大きい角度）で、より均一にしうる。例えば、４０度から１２０度の間の全視野角についての角度照明光は、最大照明光の５０％以内であり、いくつかの実施形態においては、３０％以内である。いくつかの実施形態において、４０度から１２０度の全視野角についての角度照明光は、最大照明光の３０％以内であり、いくつかの実施形態においては、２５％以内である。
【0029】
いくつかの実施形態において、散乱層１３２内の散乱材料は、散乱層１３２の基材（例えば、ベースポリマー）から０．０５より大きい屈折率の差を有する任意の散乱材料でありうる（例えば、基材と散乱材料の屈折率の差は０．０５より大きい）。いくつかの実施形態において、基材と散乱材料の屈折率の差は、少なくとも０．１である。つまり、散乱材料の屈折率は、少なくとも０．１、散乱層１３２の基材（例えば、ポリマー、または、他の母材）の屈折率より高くてもよい。散乱材料は、固体粒子（例えば、有機または無機固体粒子）、液滴、気泡でありうる。固体有機粒子の例は、顔料、ポリマー、または、基材中に粉末として組み込みうる任意の有機材料を含む。更に、散乱粒子は、その場で、結晶化および／または相分離を介して、例えば、ポリエチレン、ポリプロプレン、シンジオタクチックポリスチレン、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポリケトン、および、凝固中にウレタン官能基が配向され結晶化するポリウレタンから生成されうる。例えば、散乱層１３２になる材料が硬化または凝集する間に、光散乱部位として機能する結晶が形成されうる。更に、散乱層１３２が硬化および／または凝集される時に、散乱層の材料（例えば、基材および散乱材料）は、不混和性により相分離を生じ、光を散乱させる小滴または粒子を形成し、したがって、散乱部位を形成しうる。これらの例は、限定するものではないが、スチレン‐ブタジエン‐スチレン ブロック コポリマー、ポリスチレン中のポリメタクリル酸メチル、および、アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレンである。
【0030】
散乱材料が無機材料の場合には、散乱粒子は、例えば、顔料、酸化物、または、無機充填材でありうる。有機散乱粒子と無機散乱粒子の両方は、固体を砕いて生成されるか、または、（例えば、乳化重合またはゾルゲルから）最初から小さい粒子を含みうる。いくつかの実施形態において、固体散乱粒子は、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタン、酸化セリウム、酸化スズ、および、酸化アンチモンなどの無機酸化物である。粉ガラス、セラミック、または、ガラス－セラミックも、散乱粒子として用いうる。粉末ケイ酸塩、若しくは、石英、タルク、ムライト、菫青石、粘土、かすみ石閃長岩、炭酸カルシウム、アルミニウム三水和物、硫酸バリウム、ケイ灰石、雲母、長石、葉蝋石、珪藻岩、真珠岩、および、クリストバル石などの無機充填材も、散乱層１３２で散乱粒子として用いて、均一な角度照明強度の拡散光を提供しうる。
【0031】
散乱材料が散乱粒子を含む実施形態において、散乱層１３２内の散乱粒子の断面の大きさは、０．１λから１０λを含みうるもので、但し、λは、光拡散光ファイバ１１０を通って伝播する光の波長である。いくつかの実施形態において、散乱粒子の断面の大きさは、０．２λより大きく、かつ、５λより小さく、例えば、０．５λと２λの間である。散乱粒子の量は、約０．００５質量％から約７０質量％の間で変化させうるもので、例えば、０．０１質量％から６０質量％、０．０２質量％から５０質量％などでありうる。概して、散乱層１３２が薄いほど、より多量の散乱粒子が散乱層１３２内に存在すべきである。
【0032】
ここで、図４Ｂを参照すると、散乱せずに導かれた光が、光拡散光ファイバ１１０に沿って、光出射装置１４０から、矢印１０の示す方向に伝播する。散乱した光は、光拡散光ファイバ１１０から、矢印１２の示す方向に散乱角θＳで出射するのが示されおり、散乱角θＳは、光拡散光ファイバ１１０に沿って伝播する導かれた光の伝播方向１０と、散乱光が光拡散光ファイバ１１０から出射する時の散乱光の方向１２との角度差である。いくつかの実施形態において、散乱角θＳが、１５°と１５０°の間、または、３０°と１３０°の間の時のスペクトルの強度は、ピーク波長で測定したものと比べて、±５０％以内、±３０％以内、±２５％以内、±２０％以内、±１５％以内、±１０％以内、または、±５％以内である。いくつかの実施形態において、散乱角θＳが、３０°から１３０°以内、または、４０°から１２０°以内の全角度の場合のスペクトルの強度は、ピーク波長で測定したものと比べて、少なくとも±５０％以内、例えば、±３０％以内、±２５％以内、±２０％以内、±１５％以内、±１０％以内、または、±５％以内である。したがって、光拡散光ファイバ１１０は、散乱により、均一な照明光を提供するように構成され、したがって、少なくとも４０度と１１０度の間の全視野角、例えば、４０度と１２０度の間の全視野角について、最小散乱照明強度と最大散乱照明強度の差が、最大散乱照明強度の５０％未満となる。いくつかの実施形態によれば、最小散乱照明強度と最大散乱照明強度の差は、最大散乱照明強度の３０％より大きくない。
【0033】
更に、図４Ａ、４Ｂを参照すると、光拡散光ファイバ１１０は、５５０ｎｍの波長において、散乱により生じた約０．２ｄＢ／ｍの減衰損失を有しうる。例えば、いくつかの実施形態において、散乱により生じた減衰損失（空気線などのナノサイズ構造物１２５により生じた減衰損失）は、５５０ｎｍで、約０．５ｄＢ／ｍ、０．６ｄＢ／ｍ、０．７ｄＢ／ｍ、０．８ｄＢ／ｍ、０．９ｄＢ／ｍ、１ｄＢ／ｍ、１．２ｄＢ／ｍ、１．４ｄＢ／ｍ、１．６ｄＢ／ｍ、１．８ｄＢ／ｍ、２．０ｄＢ／ｍ、２．５ｄＢ／ｍ、３．０ｄＢ／ｍ、３．５ｄＢ／ｍ、４ｄＢ／ｍ、５ｄＢ／ｍ、６ｄＢ／ｍ、７ｄＢ／ｍ、８ｄＢ／ｍ、９ｄＢ／ｍ、１０ｄＢ／ｍ、２０ｄＢ／ｍ、３０ｄＢ／ｍ、４０ｄＢ／ｍ、または、５０ｄＢ／ｍより大きいことがありうる。いくつかの実施形態において、光拡散光ファイバ１１０の平均散乱損失は、５０ｄＢ／ｋｍより大きく、散乱損失は、光拡散光ファイバ１１０の任意の所定ファイバ部分に亘って、２０％より大きく変化しない（つまり、散乱損失は、平均散乱損失の±２０％以内、例えば、±１５％以内、または、±１０％以内である）。いくつかの実施形態において、光拡散光ファイバ１１０の平均散乱損失は、５０ｄＢ／ｋｍより大きく、散乱損失は、約０．２ｍから約５０ｍ、例えば、０．５ｍ、１ｍ、２ｍ、５ｍ、１０ｍ、１５ｍ、２０ｍ、２５ｍ、３０ｍ、３５ｍ、４０ｍ、４５ｍなどの光拡散光ファイバ１１０の任意の所定ファイバ部分に亘って、２０％より大きく変化しない（つまり、散乱損失は、平均散乱損失の±２０％以内、例えば、±１５％以内、または、±１０％以内である）。
【0034】
図１Ａ～４Ｂを再び参照すると、光拡散光ファイバ１１０内に形成される平衡結合長の調整方法は、光出射装置１４０の光源１４２によって発せられた光を、光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２の端面１１６、１１６’に、端面１１６、１１６’に直交しない第１の入射角θｉ１で向ける工程を含む。例えば、第１の入射角θｉ１は、ｓｉｎ－１ＮＡＬＤＦ－ｓｉｎ－１ＮＡＯから約１０°以内、例えば、９°、８°、７°、６°、５°、４°、３°、２°、１°以内などでありうる。更に、第１の入射角θｉ１は、約５°から約２５°、例えば、約１０°から約２５°、１０°から約２０°、１５°から約２５°、５°から約１５°、１２°から約１６°、５°から約２５°などでありうる。
【0035】
方法は、次に、光出射装置１４０と光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２の端面１１６、１１６’との相対的な角度位置を変化させて、光出射装置１４０の光源１４２によって発せられた光を光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２の端面１１６、１１６’に第２の入射角θｉ２で向ける工程を含む。第２の入射角θｉ２は、第１の入射角θｉ１と異なるが、これも、光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２の端面１１６、１１６’には、直交しない。更に、第２の入射角θｉ２は、ｓｉｎ－１ＮＡＬＤＦ－ｓｉｎ－１ＮＡＯから約１０°以内、例えば、９°、８°、７°、６°、５°、４°、３°、２°、１°以内などでありうる。更に、第２の入射角θｉ２は、約５°から約２５°、例えば、約１０°から約２５°、１０°から約２０°、１５°から約２５°、５°から約１５°、１２°から約１６°、５°から約２５°などでありうる。光出射装置１４０と光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２の端面１１６、１１６’との相対的な角度位置を変化させる工程は、光出射装置１４０の１つ以上の光学要素の位置を変える（例えば、移動する）工程、光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２の位置を変える（例えば、移動する）工程、または、それらの組合せを含みうる。
【0036】
更に、図１Ａ～４Ｂを参照すると、光出射装置１４０の光源１４２によって発せられた光を、光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２の端面１１６、１１６’に第１の入射角θｉ１で向ける場合、平衡結合長は第１の平衡結合長を含み、光出射装置１４０の光源１４２によって発せられた光を、光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２の端面１１６、１１６’に第２の入射角θｉ２で向ける場合、平衡結合長は、第１の平衡結合長より短い第２の平衡結合長を含む。例えば、光出射装置１４と光拡散光ファイバ１１０の第１の端部１１２の端面１１６、１１６’との相対的な角度位置を変化させることで、平衡結合長を短くしうる。更に、いくつかの実施形態において、第２の入射角θｉ２は、ｓｉｎ－１ＮＡＬＤＦ－ｓｉｎ－１ＮＡＯに、第１の入射角θｉ１より近い角度を有しうる。
【0037】
本発明の技術を記載、画定するために、本明細書において、変数は、パラメータまたは他の変数の「関数」であると記載しても、排他的に、その変数が、列挙したパラメータまたは変数の関数であると示すことを意図していない。そうではなく、本明細書において、列挙したパラメータの「関数」である変数を記載した場合には、開放的なことを意図し、したがって、変数は、単一のパラメータまたは複数のパラメータの関数でありうる。
【0038】
本明細書において、「少なくとも１つの」構成要素、要素などと記載した場合に、その代わりに原文の英語で不定冠詞を用いても、それが、単一の構成要素、要素などに限定されるという解釈に用いられるべきではない。
【0039】
本明細書において、本開示の構成要素を特定の態様で「構成して」、特定の物性または機能を特定の態様で実現したと記載した場合には、その記載は、意図した使用法の記載ではなく、構造的記載である。より具体的には、本明細書において、構成要素が「構成される」態様を記載したが、それは、構成要素の存在する物理的状態を表したものであり、したがって、構成要素の構造的特徴を明確に記載したものであると捉えられるべきである。
【0040】
本発明の技術を記載、画定するために、本明細書において、「略」および「約」という用語を用いて、任意の量的比較、値、測定値、または、他の表現に起因する内在する程度の不確かさを表している。本明細書で、「略」および「約」という用語を、本件の主題の基本的機能を変えることなく、量的表現の記載から変動しうる程度を表すにも用いている。
【0041】
本開示の主題を、詳細に、具体的な実施形態を参照して記載したが、本明細書に開示の様々な詳細事項は、特定の要素が添付の各図面に示された場合でも、本明細書に記載の様々な実施形態に不可欠な構成要素に関するものであることを意味すると捉えられるべきではない。更に、限定するものではないが、添付の請求項で画定された実施形態を含む本開示の範囲を逸脱することなく、変更および変形が可能なことが明らかだろう。より具体的には、本明細書において、本開示のいくつかの態様を、好ましい、または、特に有利であると特定したが、本開示は、これらの態様に限定されないことを企図している。
【0042】
以下の１つ以上の請求項は、「であり」などの用語を、移行句として用いている。本発明の技術を画定するために、この用語は、請求項において、開放的移行句として、構造の一連の特徴事項を記載するのに用いており、より一般的に開放的前提部で用いられる「含む」という用語と同様に解釈されるべきである。
【0043】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【0044】
実施形態１
照明システムにおいて、
光拡散光ファイバと、
光源を有する光出射装置と
を含み、
前記光拡散光ファイバは、第１の端部、前記第１の端部の反対側の第２の端部、コア、前記コアを囲むクラッディング、外面、並びに、該コア、前記クラッディング、または、該コアおよび該クラッディングの両方の中に位置する複数のナノサイズ構造物を含むものであり、
前記複数のナノサイズ構造物は、導かれた光を前記光拡散光ファイバの前記外面に向けて散乱させて、前記導かれた光の一部を、該外面を通して、該光拡散光ファイバの拡散長に沿って拡散させるように構成されたものであり、
前記光拡散光ファイバは、開口数ＮＡＬＤＦを有し、
前記光出射装置は、前記光拡散光ファイバの前記開口数ＮＡＬＤＦより小さい有効開口数ＮＡＯを有し、
前記光出射装置は、該光出射装置の前記光源によって発せられた光が、前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の端面を、前記端面に直交せず、ｓｉｎ－１ＮＡＬＤＦ－ｓｉｎ－１ＮＡＯから約５°以内の入射角θｉで照らすように、該端面に光学的に結合されたものであるシステム。
照明システムにおいて、
光拡散光ファイバと、
光源を有する光出射装置と
を含み、
前記光拡散光ファイバは、第１の端部、前記第１の端部の反対側の第２の端部、コア、前記コアを囲むクラッディング、外面、並びに、該コア、前記クラッディング、または、該コアおよび該クラッディングの両方の中に位置する複数のナノサイズ構造物を含むものであり、
前記複数のナノサイズ構造物は、導かれた光を前記光拡散光ファイバの前記外面に向けて散乱させて、前記導かれた光の一部を、該外面を通して、該光拡散光ファイバの拡散長に沿って拡散させるように構成されたものであり、
前記光拡散光ファイバは、開口数ＮＡＬＤＦを有し、
前記光出射装置は、前記光拡散光ファイバの前記開口数ＮＡＬＤＦより小さい有効開口数ＮＡＯを有し、
前記光出射装置は、該光出射装置の前記光源によって発せられた光が、前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の端面を、前記端面に直交せず、ｓｉｎ－１ＮＡＬＤＦ－ｓｉｎ－１ＮＡＯから約５°以内の入射角θｉで照らすように、該端面に光学的に結合されたものであるシステム。
【0045】
実施形態２
前記入射角θｉは、ｓｉｎ－１ＮＡＬＤＦ－ｓｉｎ－１ＮＡＯに略等しいものである、実施形態１に記載の照明システム。
前記入射角θｉは、ｓｉｎ－１ＮＡＬＤＦ－ｓｉｎ－１ＮＡＯに略等しいものである、実施形態１に記載の照明システム。
【0046】
実施形態３
前記入射角θｉは、約５°から約３０°である、実施形態１に記載の照明システム。
前記入射角θｉは、約５°から約３０°である、実施形態１に記載の照明システム。
【0047】
実施形態４
前記入射角θｉは、約１５°から約２５°である、実施形態１に記載の照明システム。
前記入射角θｉは、約１５°から約２５°である、実施形態１に記載の照明システム。
【0048】
実施形態５
前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面は、角度のついた端面である、実施形態１に記載の照明システム。
前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面は、角度のついた端面である、実施形態１に記載の照明システム。
【0049】
実施形態６
前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面は、直角な端面である、実施形態１に記載の照明システム。
前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面は、直角な端面である、実施形態１に記載の照明システム。
【0050】
実施形態７
前記光出射装置は、前記光源と前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面との間に配置されて光学的にそれらに結合されたレンズを、更に含むものである、実施形態１に記載の照明システム。
前記光出射装置は、前記光源と前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面との間に配置されて光学的にそれらに結合されたレンズを、更に含むものである、実施形態１に記載の照明システム。
【0051】
実施形態８
前記光出射装置は、前記光源と前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面との間に配置されて光学的にそれらに結合された光伝送ファイバを、更に含むものである、実施形態１に記載の照明システム。
前記光出射装置は、前記光源と前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面との間に配置されて光学的にそれらに結合された光伝送ファイバを、更に含むものである、実施形態１に記載の照明システム。
【0052】
実施形態９
前記光出射装置の前記光源によって発せられ光が、前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面を、入射角θｉで照らした場合、前記入射角θｉは、該端面で、約１．５ｄＢ以下の結合損失を生じるものある、実施形態１に記載の照明システム。
前記光出射装置の前記光源によって発せられ光が、前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面を、入射角θｉで照らした場合、前記入射角θｉは、該端面で、約１．５ｄＢ以下の結合損失を生じるものある、実施形態１に記載の照明システム。
【0053】
実施形態１０
前記光出射装置の前記光源によって発せられ光が、前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面を、入射角θｉで照らした場合、前記入射角θｉは、該端面で、約１ｄＢ以下の結合損失を生じるものある、実施形態１に記載の照明システム。
前記光出射装置の前記光源によって発せられ光が、前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面を、入射角θｉで照らした場合、前記入射角θｉは、該端面で、約１ｄＢ以下の結合損失を生じるものある、実施形態１に記載の照明システム。
【0054】
実施形態１１
前記光拡散光ファイバの前記拡散長は、該光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面から、該拡散長の約２％から約５％の距離で延伸する平衡結合長を含むものである、実施形態１に記載の照明システム。
前記光拡散光ファイバの前記拡散長は、該光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面から、該拡散長の約２％から約５％の距離で延伸する平衡結合長を含むものである、実施形態１に記載の照明システム。
【0055】
実施形態１２
前記複数のナノサイズ構造物は、導かれた光を前記光拡散光ファイバの前記外面に向けて散乱させて、前記導かれた光の一部を、該外面を通して、該光拡散光ファイバの前記拡散長に沿って拡散させて、散乱により生じた約５０ｄＢ／ｋｍ以上の減衰を生じるように構成されたものである、実施形態１に記載の照明システム。
前記複数のナノサイズ構造物は、導かれた光を前記光拡散光ファイバの前記外面に向けて散乱させて、前記導かれた光の一部を、該外面を通して、該光拡散光ファイバの前記拡散長に沿って拡散させて、散乱により生じた約５０ｄＢ／ｋｍ以上の減衰を生じるように構成されたものである、実施形態１に記載の照明システム。
【0056】
実施形態１３
前記光拡散光ファイバは、前記コアおよび前記クラッディングを囲む散乱層を含み、
前記散乱層は、散乱材料を含み、更に、４０と１２０度の間の全視野角について、最小散乱照明強度と最大散乱照明強度との差が、前記最大散乱照明強度の５０％未満となるように構成されたものである、実施形態１に記載の照明システム。
前記光拡散光ファイバは、前記コアおよび前記クラッディングを囲む散乱層を含み、
前記散乱層は、散乱材料を含み、更に、４０と１２０度の間の全視野角について、最小散乱照明強度と最大散乱照明強度との差が、前記最大散乱照明強度の５０％未満となるように構成されたものである、実施形態１に記載の照明システム。
【0057】
実施形態１４
前記複数のナノサイズ構造物は、気体が充填された空隙部を含むものである、実施形態１に記載の照明システム。
前記複数のナノサイズ構造物は、気体が充填された空隙部を含むものである、実施形態１に記載の照明システム。
【0058】
実施形態１５
方法において、
光出射装置の光源によって発せられ光を、光拡散光ファイバの第１の端部の端面に、第１の入射角θｉ１で向ける工程であって、
前記光拡散光ファイバは、前記第１の端部、該第１の端部の反対側の第２の端部、コア、前記コアを囲むクラッディング、外面、並びに、該コア、前記クラッディング、または、該コアおよび該クラッディングの両方の中に位置する複数のナノサイズ構造物を含むものであり、
前記複数のナノサイズ構造物は、導かれた光を前記光拡散光ファイバの前記外面に向けて散乱させて、前記導かれた光の一部を、該外面を通して、該光拡散光ファイバの拡散長に沿って拡散させるように構成されたものであり、
前記光拡散光ファイバは、開口数ＮＡＬＤＦを有し、
前記光出射装置は、前記光拡散光ファイバの前記開口数ＮＡＬＤＦより小さい有効開口数ＮＡＯを有し、
前記第１の入射角θｉ１は、前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面に直交せず、ｓｉｎ－１ＮＡＬＤＦ－ｓｉｎ－１ＮＡＯから約５°以内である工程と、
前記光出射装置と前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面との相対的な角度位置を、該光出射装置の前記光源によって発せられた光が、該光拡散光ファイバの該第１の端部の該端面に、該端面に直交せず、ｓｉｎ－１ＮＡＬＤＦ－ｓｉｎ－１ＮＡＯから約５°以内である第２の入射角θｉ２で向けられるように、変化させる工程と、
を含む方法。
方法において、
光出射装置の光源によって発せられ光を、光拡散光ファイバの第１の端部の端面に、第１の入射角θｉ１で向ける工程であって、
前記光拡散光ファイバは、前記第１の端部、該第１の端部の反対側の第２の端部、コア、前記コアを囲むクラッディング、外面、並びに、該コア、前記クラッディング、または、該コアおよび該クラッディングの両方の中に位置する複数のナノサイズ構造物を含むものであり、
前記複数のナノサイズ構造物は、導かれた光を前記光拡散光ファイバの前記外面に向けて散乱させて、前記導かれた光の一部を、該外面を通して、該光拡散光ファイバの拡散長に沿って拡散させるように構成されたものであり、
前記光拡散光ファイバは、開口数ＮＡＬＤＦを有し、
前記光出射装置は、前記光拡散光ファイバの前記開口数ＮＡＬＤＦより小さい有効開口数ＮＡＯを有し、
前記第１の入射角θｉ１は、前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面に直交せず、ｓｉｎ－１ＮＡＬＤＦ－ｓｉｎ－１ＮＡＯから約５°以内である工程と、
前記光出射装置と前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面との相対的な角度位置を、該光出射装置の前記光源によって発せられた光が、該光拡散光ファイバの該第１の端部の該端面に、該端面に直交せず、ｓｉｎ－１ＮＡＬＤＦ－ｓｉｎ－１ＮＡＯから約５°以内である第２の入射角θｉ２で向けられるように、変化させる工程と、
を含む方法。
【0059】
実施形態１６
前記光拡散光ファイバの前記拡散長は、該光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面から延伸する平衡結合長を含むものであり、
前記光出射装置の前記光源によって発せられ光が、前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面に、前記第１の入射角θｉ１で向けられた場合、前記平衡結合長は、第１の平衡結合長を含むものであり、
前記光出射装置の前記光源によって発せられ光が、前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面に、前記第２の入射角θｉ２で向けられた場合、前記平衡結合長は、前記第１の平衡結合長より短い第２の平衡結合長を含むものである、実施形態１５に記載の方法。
前記光拡散光ファイバの前記拡散長は、該光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面から延伸する平衡結合長を含むものであり、
前記光出射装置の前記光源によって発せられ光が、前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面に、前記第１の入射角θｉ１で向けられた場合、前記平衡結合長は、第１の平衡結合長を含むものであり、
前記光出射装置の前記光源によって発せられ光が、前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面に、前記第２の入射角θｉ２で向けられた場合、前記平衡結合長は、前記第１の平衡結合長より短い第２の平衡結合長を含むものである、実施形態１５に記載の方法。
【0060】
実施形態１７
前記第２の入射角θｉ２は、約１５°から約２５°である、実施形態１５に記載の方法。
前記第２の入射角θｉ２は、約１５°から約２５°である、実施形態１５に記載の方法。
【0061】
実施形態１８
照明システムにおいて、
光拡散光ファイバと、
光源を有する光出射装置と
を含み、
前記光拡散光ファイバは、第１の端部、前記第１の端部の反対側の第２の端部、コア、前記コアを囲むクラッディング、外面、並びに、該コア、前記クラッディング、または、該コアおよび該クラッディングの両方の中に位置する複数のナノサイズ構造物を含むものであり、
前記複数のナノサイズ構造物は、導かれた光を前記光拡散光ファイバの前記外面に向けて散乱させて、前記導かれた光の一部を、該外面を通して、該光拡散光ファイバの拡散長に沿って拡散させるように構成されたものであり、
前記光拡散光ファイバは、開口数ＮＡＬＤＦを有し、
前記光出射装置は、前記光拡散光ファイバの前記開口数ＮＡＬＤＦより小さい有効開口数ＮＡＯを有し、
前記光出射装置は、該光出射装置の前記光源によって発せられた光が、前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の端面を、前記端面に直交しな入射角θｉで照らすように、該端面に光学的に結合されたものであり、
前記光拡散光ファイバの前記拡散長は、該光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面から、該拡散長の約５％の距離で延伸する平衡結合長を含むものであるシステム。
照明システムにおいて、
光拡散光ファイバと、
光源を有する光出射装置と
を含み、
前記光拡散光ファイバは、第１の端部、前記第１の端部の反対側の第２の端部、コア、前記コアを囲むクラッディング、外面、並びに、該コア、前記クラッディング、または、該コアおよび該クラッディングの両方の中に位置する複数のナノサイズ構造物を含むものであり、
前記複数のナノサイズ構造物は、導かれた光を前記光拡散光ファイバの前記外面に向けて散乱させて、前記導かれた光の一部を、該外面を通して、該光拡散光ファイバの拡散長に沿って拡散させるように構成されたものであり、
前記光拡散光ファイバは、開口数ＮＡＬＤＦを有し、
前記光出射装置は、前記光拡散光ファイバの前記開口数ＮＡＬＤＦより小さい有効開口数ＮＡＯを有し、
前記光出射装置は、該光出射装置の前記光源によって発せられた光が、前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の端面を、前記端面に直交しな入射角θｉで照らすように、該端面に光学的に結合されたものであり、
前記光拡散光ファイバの前記拡散長は、該光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面から、該拡散長の約５％の距離で延伸する平衡結合長を含むものであるシステム。
【0062】
実施形態１９
前記入射角θｉは、約１５°から約２５°である、実施形態１８に記載の照明システム。
前記入射角θｉは、約１５°から約２５°である、実施形態１８に記載の照明システム。
【0063】
実施形態２０
前記光出射装置の前記光源によって発せられた光が、前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面を、前記入射角θｉで照らした場合、該入射角θｉは、該端面で、約１．５ｄＢ以下の結合損失を生じるものである、実施形態１８に記載の照明システム。
前記光出射装置の前記光源によって発せられた光が、前記光拡散光ファイバの前記第１の端部の前記端面を、前記入射角θｉで照らした場合、該入射角θｉは、該端面で、約１．５ｄＢ以下の結合損失を生じるものである、実施形態１８に記載の照明システム。
【符号の説明】
【0064】
１００ 照明システム
１１０ 光拡散光ファイバ
１１２ 第１の端部
１１６ 端面
１２０ コア
１２２ クラッディング
１２５ ナノサイズ構造物
１２８ 外面
１３０ 第１の被膜層
１３２ 散乱層
１４０ 光出射装置
１４２ 光源
１４４ レンズ
１１０ 光拡散光ファイバ
１１２ 第１の端部
１１６ 端面
１２０ コア
１２２ クラッディング
１２５ ナノサイズ構造物
１２８ 外面
１３０ 第１の被膜層
１３２ 散乱層
１４０ 光出射装置
１４２ 光源
１４４ レンズ
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【図4A】
【図4B】