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【発明の名称】 集光方法及び装置
【発明者】 【氏名】バルヴァントレイ ペイテル

【氏名】ホセ エム．クルス

【氏名】ジェヤチャンドラボース ンミ チナイア

【氏名】マエンドラ ソマソラ ダサナヤケ
【要約】 【課題】遠隔照明システムで使用可能で、集光量の多い、高効率の集光装置を提供する。

【解決手段】装置10は、略楕円型のリフレクター12、光源14及び、光源14により発生された光線20を機能的にそして選択的に受けそして／又は集めるとともに、受けた光線20を１つ以上の離間位置に機能的にそして選択的に移送する光ファイバー36,38をそれぞれ含む幾つかの光ファイバー・ケーブルつまりファイバー束16,18を有する。光ファイバー36,38は端部つまり開口48,50を有し、そして／又はファイバー36,38に光源14から放出された光の実質的に全てを協働して受入れることを可能とする様な態様で、配置されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 光を発生する光源と組み合わせて使用される形式の集光装置において、第１の面内に機能的にそして全体として含まれる第１端部を持つ第１のファイバーと、第２の面内に機能的にそして全体として含まれる第２端部を持つ第２のファイバーと、を有し、上記第１及び第２の端部が協働して、上記光の第１の部分が上記第１のファイバーへ伝達されるのを可能とし、上記光の残りの部分が上記第２のファイバーへ伝達されるのを可能とする、集光装置。
【請求項２】 上記光源を実質的に包囲する様に上記第１及び第２のファイバーと協働する、複数の光ファイバーを更に有する、請求項１に記載の集光装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、概略的には集光方法及び装置に関し、より具体的には、遠隔照明システムにおいて用いられるのに適合され、それらの遠隔照明システムにおいてそして／又はそのシステムによって、機能的に集められそして機能的に使用され得る光量を増加させる、集光方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】遠隔照明システムは通常、光を発生するとともに、光発生源すなわち光源から離間した１つ以上の部分に光を伝達的に「集める」とともに「案内する」様に用いられている。この様なシステムは一般的に、例えば車両内部などの広範な用途に使用されており、光発生源、略楕円形の「集光器」すなわちリフレクター及び、１つ以上の束の光学的ガイドつまりファイバーを有する。例えば、しかしこれらに限定するものではないが、自動車においては、車両内部の光源により発生された光を選択的に受け、車両の他の部分、例えば車両のヘッド・ライト、車両の内装、及び／又は車両のインストルメント・パネルにその受入れられた光を選択的かつ機能的に移送するために、光ファイバー束が用いられている。
【０００３】ファイバー束は通常、束内に保持された各光ファイバーそれぞれの開口部すなわち「数値的開口（numerical apertures）」により協働して形成される受光端部を有する。その開口は、光を受け、また光が束を形成するファイバーそれぞれの内部で伝達されることを、可能にする。受光端部はさらに、集光器の比較的近くに、具体的に言えば、そこに集光器が光源により発生された光を受光可能に反射する集光器の「焦点」に、配置されるのが普通である。光ファイバーは、数値的開口のそれぞれの使用を通して及び／又はその使用によって発生及び／又は反射した光を受けそして集め、そして、その受けられ集められた光を、既知の技術若しくは原理である「全反射」を用いて、離間した所望の被照明部位まで移送する。
【０００４】具体的には、光源からの光波がファイバーの臨界角以下の角度でファイバーの端部すなわち「数値的開口」に「入射」及び／又は衝突したとき、その光が、実質的に、全体的に、そして内部的にファイバー内部で反射し、それにより、エネルギーつまり光強度の損失が実質的にほとんどあるいは全く無い状態で、遠隔部位まで案内つまり伝達状態で移送される。
【０００５】上述の遠隔照明システムは、非遠隔型のシステムに対して利点を有する（例えば電力消費が小さい、高い光強度が得られる、そして損傷の恐れが少ないなど）が、いくつか欠点も有する。
【０００６】具体的には、各ファイバー束の受光及び／又は集光端部すなわち「開口保持」部分は、通常、実質的に同じ角度で、そして実質的に同じ方向に向けられている（例えば、各ファイバー／ガイドの「数値的開口」つまり受光端部が全て、実質的に同一面内に配置されている）。それで、束の受光端部に衝突する光が、適切に集められ、全体としてそして内部的に反射され、そしてファイバー束により伝達される際の「許容可能」な角度の範囲は、比較的小さい。
【０００７】光源により発生される光のうちかなりの量が、保持されたファイバーの各臨界角よりも大きい角度でファイバー束の受光端部に衝突する。したがって、ファイバー束の端部に入射される光の多くは、受光可能な移送及び／又は伝達が保持されたファイバーにより行われず、むしろ「失われ」、つまり熱として発散され、それにより、遠隔照明システムの望ましくない効率低下を招く（例えば光が光源からファイバー束に伝達される際にエネルギーが失われる）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】それ故に、従来技術の集光装置の構成における上述した種々の欠点を解決し、遠隔照明システム内で使用され得る、そして／又はそれを有する、そして／又は形成することが出来、遠隔照明システムの効率を実質的に向上させ、そして／又は効率の高い照明システムを形成し、光源から集められる光の量を実質的に増加させる、集光方法及び装置の必要性が存在する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】それで、本発明の主要な目的は、従来技術の集光システム及び組立体における、上述のような欠点の一部あるいは全てを解決する、受光可能に集光する方法及び装置を提供することである。
【００１０】本発明の第２の目的は、システムの効率を実質的に向上するため遠隔照明システム内に使用され得る、そして／又は高効率の遠隔照明システムを形成そして／又は有し得る、受光可能に集光する方法及び装置を提供することである。
【００１１】本発明の第３の目的は、受光可能に集光し、そして光源から集められる光の量を実質的に増加させる方法及び装置を提供することである。
【００１２】本発明の第１の観点によれば、ある所定量の光を発生する光源と組み合わせて使用される、受光可能に集光する装置が、提供される。その装置は、第１の面内に実質的に含まれる第１受光端部を持つ第１の光ファイバーと、第２の面内に実質的に含まれる第２受光端部を持つ第２の光ファイバーと、を含み、上記第１及び第２の受光端部は、上記所定量の光の実質的に全てが、上記第１及び第２のファイバーにより受光されるのを、協働して可能にする。
【００１３】本発明の他の観点によれば、光源から発生された光を集めるための方法が提供される。具体的には、その方法は、第１焦点と第２焦点を持ち、該第２焦点に光を反射させるよう適合されたリフレクターを備える工程と、上記第１焦点の比較的近接した部分に、リフレクターが光源により発生された光の所定量を上記第２焦点の位置に反射させることが可能な様に、光源を配置する工程と、集光端部をそれぞれ有する幾つかの光ファイバーを備える工程と、上記光ファイバーの端部を拡開させる工程と、上記光ファイバーの拡開端部を上記第２焦点に比較的近接して配置し、それにより、それら端部に、光源により発生された光の実質的に全てを協働して集めさせる工程と、を含む。
【００１４】本発明のさらなる目的、構成、及び効果は、添付の図面を参照すれば、以下の詳細な説明と特許請求の範囲を読むことにより、明確となろう。
【００１５】実質的により充実して、より十分に本発明の特徴や目的を理解するには、添付の図面を参照するべきである。
【００１６】
【発明の実施の形態】ここで図１及び２を参照すると、本発明の好ましい実施形態の教示内容に従う集光装置10が図示されている。図示された様に、装置10は、「集」光器すなわちリフレクター12、光源14、及び光源14により発生された光波すなわち光線20を機能的かつ選択的に受け、そして／又は「集める」、２本（あるいはより多くの）の光ファイバー・ケーブルつまりファイバー束16,18を有する。ファイバー束16, 18は、受けたすなわち「集めた」光線20を、車両内部の組立体及び／又は部位（例えばヘッド・ライト及び／又は車両乗員空間）といった１つ以上の部位及び／又は組立体に、協働して伝達及び／又は移送する。
【００１７】リフレクター12は、限定するものではない一実施態様においては、略楕円型で、略楕円形の断面領域と長手方向対称軸23を有する上「半分」又は上部22と、略楕円形の断面領域と長手方向対称軸25を有する下「半分」又は底部24を、含む。本発明の好ましい実施態様においては、軸23,25は「オフセット」しており一直線上にない（例えば軸23は軸25に重複しない）。さらに、部分22と24は、棚部27,29の範囲で一体的に終端となること及び／又はそれらを協働して形成することにより、リフレクター12を形成する様に一体的に協働する。部分22,24はそれぞれ、比較的高い反射率の内面35,37を持つ。
【００１８】本発明の好ましい実施形態においては、部分22,24は、それらが所定の角度26だけ互いに対して「回転されている」すなわち「角度をもって配置されている」と見なされることを除き、一般的で商業的に入手可能な楕円型リフレクターの上「半分」及び下「半分」すなわち上部及び底部とそれぞれ実質的に同一であることが、理解されるはずである（例えば一般的で商業的に入手可能なリフレクターにおいては軸23,25は一直線状にある）。
【００１９】具体的には、部分22,24の上述した「オフセット」は、各部分22,24が、単一の第１焦点28を共有すること、及び所定の距離だけ離間した各第２焦点30,32を持つことを、可能とする。本発明の好ましい実施形態において、部分22,24の各第２焦点30,32はリフレクター12の「外側に」位置し、また距離34だけ離間している。本技術領域における当業者であれば、このようにして、焦点28から生じた、あるいはそれを通過する、リフレクター12の「上」半分すなわち上部22の内面35から反射した光線20は実質的にいずれも、焦点32を「通過」すなわちそれに衝突し、そして、焦点28から生じた、あるいはそれを通過する、リフレクター12の「下」半分すなわち底部24の内面37を反射した光線20は実質的にいずれも、焦点30を「通過」すなわちそれに衝突することが、理解されるはずである。
【００２０】本発明の好ましい実施形態においては、光源14は、例えばフィラメント型光源やアーク型光源といった一般的な光源である。他の代替的な実施態様においては、光源14は、適切な化学的、電気的、あるいは原子的な光発生源などのいかなるタイプの光源からもなり得る。光源14は、それに限定されない一実施形態においては、焦点28あるいはそれに比較的近いところに配置される。それで、光源14により発生され、リフレクター12の上部22の内面35で反射した光線20が実質的にいずれも、焦点32を、あるいはそれの比較的近いところを通過すなわち進行することになり、そして、光源14により発生され、リフレクター12の下部24の内面37にて「反射」した光線20は実質的にいずれも、焦点30を、あるいはそれの比較的近いところを通過すなわち進行することになる。
【００２１】光ファイバー束16,18は、比較的柔軟で耐久性のある保護カバー40,42によりそれぞれ集合的に巻かれる、すなわち包囲される複数の実質的に同一な光ファイバー36,38をそれぞれ有する。ファイバー束16,18は、それらの各受光端部44,46が焦点30,32に比較的近接したところにそれぞれ位置する様に、それぞれ一般的な態様で設置される。各受光端部44,46において、それぞれ収容されたファイバー36,38の各端部つまり数値的開口48,50は、発生された光にさらされ、それにより、ファイバー36,38が、光源14により発生された光を受けることを可能とする。以下により十分な、充実した説明がなされる様に、各ファイバー束16,18は、それらの各受光端部40,42が、収容されたファイバーそれぞれの新規で望ましい空間的な方向を可能にし、そしてそれにより形成される、新規で望ましい拡開形状を形成することを除き、一般的なつまり従来の光ファイバー束すなわちケーブルと同様のもの、である。
【００２２】具体的には、図３に示されたファイバー束52のような、一般的な光ファイバー束すなわちケーブルは、比較的柔軟で耐久性のある保護カバー56により一括的に巻かれる、すなわち包囲される複数の光ファイバー54を含む。ファイバー束52は、収容されたファイバー54それぞれの各開放端つまり数値的開口60により協働して形成される受光端部58を含む。端部58と開口60は発生光にさらされ、それにより、ファイバー54が、光線を受け、そして集めること、及び、全反射の技術あるいは原理を使用して、ファイバー束52を通して受入れられ集められた光線を伝達的に移送することを、可能とする。さらに、図３に示される様に、ファイバー54の端部すなわち数値的開口60は全て、単一面62内に、実質的に配列、指向され、そして機能的には全体として含まれている。ファイバー束52のような従来のファイバー束は、光源から発生された光の一部を完全に受け移送する一方で、このような「一方向の」（例えば単一面内の）向き又は配列による欠点を幾つか有する。これらの欠点は、一般的なリフレクター64と一般的な光源66を組み合わせて使用した場合に、上記のような一般的な配列の使用を図示した図４を参照することにより、理解され得る。
【００２３】従来技術の配列においては、光源66はリフレクター64の第１焦点68の比較的近くに設置そして／又は配置されており、ファイバー束52の受光端部58はリフレクター64の第２焦点70の比較的近くに設置及び／又は配置されている。ファイバー54の全ての端部すなわち開口60は、実質的に同一の単一面62内に位置され、そして／又は機能的に含まれているので、ファイバー束52は、端部58に入射する光がファイバー54内部で全反射ための、実質的に唯一の比較的狭い角度範囲（つまり角度72以下の角度）を持つ。そのため、光線74の様に角度72よりも大きい角度で受光端部58に入射される光線はいずれも、全反射を生じず、ファイバー束52による伝達は行われない。むしろ、光線74のようなそれらの光線に伴うエネルギーは、失われる、つまり熱として発散されてしまう。それで、光源66により発生される光つまり光線のかなりの量が、受光端部58により受けられずそして集められず、そして／又はファイバー束52により移送がなされず、それにより、従来の組立体の効率全体を低下させている（例えば、光源66からファイバー束52への光の伝達の間にエネルギーが損失される）。
【００２４】ファイバー束52のような従来の束の、実質的に平坦なつまり平面的な受光端部58と比較すると、受光端部44と46は、実質的に「球状」であるか、丸められているか、若しくは「部分的な球」の形状となる様に、「拡開」され協働して配置つまり「適合」されている。すなわち、各ファイバー端部つまり数値的開口60が、実質的に同一な面（例えば面62）内で、方向付けられた、つまり機能的に保持された、従来のファイバー52とは異なり、ファイバー36,38の端部すなわち開口48,50はそれぞれ、異なる方向にそして／又は異なる方向に沿って向けられている、つまり実質的に異なる面内に存在するように形成そして／又は配列されている（例えば、開口48,50の第１のものの中心点を通過する軸は、開口48,50の第２のものの中心点を通過する軸と平行ではない）。
【００２５】図２に最も適切に示される本発明の好ましい実施形態においては、ファイバー36,38の端部すなわち開口48,50は、実質的に、集合的に、そして協働的に、部分的な球の形態及び／又は略球状及び／又は拡開形状に、向けられ、つまり配置されている。具体的には、「拡開」端部つまり端部44の開口48は、球76の下４分の１つまり四分儀と実質的に対応する球の一部に、実質的に、そして集合的に、配置すなわち配列され、端部つまり端部46の開口50は、球78の上４分の１つまり四分儀と実質的に対応する球の一部に、実質的に配置すなわち配列されている。図２内に示された形状とは異なる、他の構成及び／又は形状が用いられても良いことが、認識されるはずである。具体的には、これら開口48,50が、それぞれの臨界角で発生光の実質的に全てを協働して受けることを可能とする態様（例えば、実質的な損失なしに、発生された光の実質的に全てが、各ファイバーにより協働して受けられかつその内部で全反射し、そしてそれらにより伝達される）で、それら開口48,50がそれぞれ協働して、丸められた、つまり弓状の形状を形成する、そして／又は異なる面内に機能的に含まれるものである限り、いかなる望ましい形状も選択され得る。
【００２６】動作中には、リフレクター12の上面35で反射する光線20のそれぞれは、ファイバー38についての臨界角以下の角度で端部46のファイバー38部分に入射されることになる。リフレクター12の底面37で反射する光線20のそれぞれは、ファイバー36に対する臨界角以下の角度で端部44のファイバー36に入射されることになる。ファイバー36,38は光線20の各種の進行方向に沿って「拡開」されそして／又は方向付けられているので、ファイバー束16,18は、光源14により発生された光線20の実質的に全てを受け、そして伝導することになる。このようにして、光源14により発生された光は、失われるつまり熱として発散されることが、全く無いか、あるいは極めて小さいものとなる。それで、装置10は、実質的に同一の方向あるいは面内で方向付けされたファイバーの端部つまり開口を持つ従来技術の組立体よりも実質的に多くの光を集め、また従来の組立体よりも高効率である。
【００２７】他の実施形態においては、リフレクター12が２つの焦点のみを持つ一般的な楕円型リフレクターに置き換えられる。そのような実施形態においては、単一の光ファイバー・ケーブルつまりファイバー束が使用され、そして、ファイバー束の受光端部は、球体の実質的に一方の「半分」に実質的に対応する半球の形態つまり形状（例えば半球）内で方向付けされる。
【００２８】ここで図５を参照すると、本発明の第２実施形態の教示内容に従い作られた、集光用装置100が示されている。装置100は、光源102と２つの実質的に同一な光ファイバー束104,106を有する。光源102は、一般的な電気的光発生源（例えば、フィラメントやアーク型の要素を有する光源）などの、一般的な全方向光発生源を含む（つまり、光源102は、光源102中心とした実質的に全ての方向に、光波すなわち光線116を発生する）。他の代替的な実施形態において、光源102は、化学的、あるいは原子的な光源のような形式の光源からなり得る。光ファイバー束104,106はそれぞれ、比較的柔軟で耐久性のある保護カバー112,114にそれぞれ集合的に巻かれているつまり包囲されている、複数の実質的に同一な光ファイバー108,110を含む。
【００２９】ファイバー108,110の集光端部すなわち開口118,120は、中心点つまり対称中心124の周りに対称な、略球状のキャビティ122を協働して形成する様に方向付けつまり配置されている。他の代替的な実施形態においては、キャビティ122は、他の適切な形状であっても良く、そして楕円形状又は多面体形状のキャビティを形成するようにしても良い。光源102は、キャビティ122の対称中心124のところに、あるいはそれの比較的近傍に配置される。このようにして、光源102は、端部つまり開口118,120によって実質的に全体を包囲される、つまり取囲まれる。
【００３０】動作中においては、光源102により発生された光線116は、球状のキャビティ122を協働して形成する端部すなわち開口118,120のそれぞれに、実質的にそして「垂直に」入射される（例えば、各発生光線は、開口118,120全体を含む面に対して垂直な方向に沿って、開口118のうちの一つにより受けられる）。端部すなわち開口118,120が集合的にそして空間的に光源102の周りに方向付けられ、そして異なる面内にそれぞれ実質的に含まれるので、端部つまり開口118,120に入射される光線116の殆ど全ては、端部つまり開口118,120のそれぞれの臨界角の範囲内で入射される。そのため、光源102により発生された光線116の実質的に全てが、受けられファイバー108,110内部で全反射し、各種の離間位置及び／又は離間位置にある組立体までファイバー束104,106により移送される。このようにして、光源102により発生された光の実質的に全てが、装置100により集められる。
【００３１】ここで図６及び７を参照すると、本発明の第３実施形態の教示内容に基づいた集光装置200が、示されている。装置200は、略円筒状かつ略中空のチューブつまりカプセル204内に機能的に配置された光発生源202、２本の光ファイバー束206,208、及び正及び負に印加された電気端子210,212を有する。光源202とカプセル204は、略円筒状のハウジング214内部に、より具体的には、ハウジング214内部に一体的に形成された、中心に配置され実質的に円筒状の溝部216内部に、固定的に収容されている。光源202は、ハウジング214内に形成された、略球形の開口すなわちキャビティ240の対称中心246の比較的近くに配置されるとともに、カプセルつまりチューブ204の対称中心に配置されている。光源202は、フィラメント型あるいはアーク型の光発生源のような、一般的な電気的光発生源であるのが好ましい。端子210,212はまた、機能的かつ固定的にハウジング214内に収容されている。
【００３２】光ファイバー束206, 208はそれぞれ、比較的柔軟で耐久性のある保護カバー228,230にそれぞれ集合的に巻かれるつまり包囲されている、複数の実質的に同一の一般的な光ファイバー224,226を含む。ファイバー束206,208は、スロット236,238内部に、取外し可能に、摩擦的に、それぞれ固定されている。具体的には、ファイバー束206,208の受光端部232,234がそれぞれ、開口すなわちスロット236,238を通過して延び、溝部216内で、実質的に球形の開口部つまりキャビティ240の周りに、実質的に球面の形態つまり形状を協働して形成する。具体的には、各ファイバー224,226の端部すなわち開口242,244は、実質的に、それぞれ異なる面内に収容され、そしてキャビティ240及び光源202の周りで略球面の形態に、集合的に形成そして／又は配置され、それによりキャビティ240と光源202を実質的に包囲する。他の代替的な実施態様においては、端部すなわち開口242,244は、楕円形状や多面体などの他の適切な形状あるいは形態を集合的に形成する様に配置され得る。
【００３３】蓋部218が、機能的に、一般的な態様で、取外し可能に、ハウジング214の端部220と連結されている。蓋部218は、配線213により端子210,212と電気的に伝達可能に接続されるとともに、選択的そして機能的にキャビティ216に空気を送る、電気的に動作されるファン222を含んでおり、それにより、動作中に光ファイバー224,226の端部242,244、カプセル204及びハウジング214を冷却する。
【００３４】動作中には、端子210,212は機能的にそして選択的に、一般的な電力源（不図示）と接続され、光源202に電力を供給し、それにより、光源202に光すなわち光線248を発生させる。発生された光線248は、球面キャビティ240の周りに協働して配置された端部すなわち開口242,244のそれぞれに実質的に、垂直に、入射される（例えば、各発生光線は、開口242,244を完全に含む面に対して垂直な方向に沿って開口242,244のうちの一つにより受けられる）。端部すなわち開口242,244は、光源202を取囲む実質的に球面の形態内で方向付けされているので、光源202により発生された光線248の殆ど全ては、端部242,244（及び各ファイバー224,226）それぞれの臨界角以下の角度で端部242, 244（及びファイバー224, 226）それぞれに入射される。それで、光源202により発生された光線248の実質的に全てが、受けられそしてファイバー224,226内で全反射され、ファイバー束206,208によって離間位置にある組立体（不図示）まで適切に移送される。このようにして、光源202により発生された光の実質的に全てが、装置200により集められる。
【００３５】本発明は、例示及び詳述されたものと全く同一の構成や実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想と技術的範囲を逸脱しない範囲で、各種の変更がなされ得ることが、理解されるはずである。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、遠隔照明システムで使用可能で、集光量の多い、高効率の集光装置を提供できる。
【出願人】 【識別番号】５００４３２６８６
【氏名又は名称】ヴィステオン グローバル テクノロジーズ インコーポレーテッド
【出願日】 平成１２年９月１４日（２０００．９．１４）
【代理人】 【識別番号】１０００７７９３１
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 弘 （外７名）
【公開番号】 特開２００１−１３５１１６（Ｐ２００１−１３５１１６Ａ）
【公開日】 平成１３年５月１８日（２００１．５．１８）
【出願番号】 特願２０００−２７９７７４（Ｐ２０００−２７９７７４）