JPH10508704A - 拡散光線のための中空ライト・ガイド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 外側プリズム・ライト・ガイド（４８）は光源を取り囲むカバー（５２）を取り囲んでいる。ガイド（４８）は第１のオクタチュア対称方向に（４４）に直交する方向に延びる一定の横断面を有するプリズム・ライト・ガイド壁材から形成されている。プリズム・ライト・ガイド壁材の光学中心線（５０）は方向（４４）に平行に延びている。壁材の表面は方向（４４）に対して実質的にオクタチュアの関係にある。壁材の任意の内面の任意のポイントにおける面直交ベクトル（４６）は前記のポイントから光学中心線（５０）に直交して延びる第１の仮想線に対して実質的に平行であるか、または同第１の仮想線に対して実質的に直交している。カバー（５２）は光源から放射された大半の光線を遮断すべく光学中心線（５０）の周囲において円筒対称をなす。カバー（５２）はプリズム・ライト・ガイド壁材から形成されている。カバー壁材の複数の表面はカバー（５２）の任意のポイント（５４）において、空間的に変化する第２のオクタチュア対称方向（５６）に対してオクタチュアの関係にある。ポイント（５４）において、第２のオクタチュア対称方向（５６）は第１のオクタチュア対称方向（４４）に対して直交する方向であり、かつポイント（５４）から光学中心線（５０）に直交する第２の仮想線（５８）に対して直交する方向である。カバー（５２）の任意の外面上の任意のポイントにおける面直交ベクトルは第１のオクタチュア対称方向（４４）に対して実質的に平行であるか、または同第１のオクタチュア対称方向（４４）に実質的に直交する。カバー（５２）は同カバーの内面上に入射した光線がライト・ガイド壁材に向かい、かつ同ライト・ガイド壁材を貫通して伝搬することを実質的に防止すべく、光学中心線（５０）に十分近い領域内に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】 拡散光線のための中空ライト・ガイド発明の分野 本発明は大きな拡散光源から放射された大半の光線をプリズム・ライト・ガイ ド（Prism light guide）内に閉じ込め、かつ同プリズム・ライト・ガイドに沿 って案内し、さらには僅かな量の光線のみが光源付近においてプリズム・ライト ・ガイドから漏出するように、大きな拡散光源から放射された光線をプリズム・ ライト・ガイド内に入射させることを可能にする。発明の背景 ライト・ガイドは２種類に大きく分類できる。第１の種類であって、かつ最も 知られているライト・ガイドはソリッド・ライト・ガイドである。ソリッド・ラ イト・ガイドの全横断面は案内媒体（Guidance medium）によって構成されてい る。光ファイバと、同光ファイバに類似し、かつ光ファイバより大きい構造物と は第１の種類のライト・ガイドである。これらは光線を非吸収プロセスである全 内反射で案内するため、高い効率を実現する。 第２の種類のライト・ガイドは中空ライト・ガイドである。中空ライト・ガイ ドはソリッド・ライト・ガイドより少ない材料を用いて更に多くの光線を案内し 得るため、ソリッド・ライト・ガイドより実用的である。例えば、中空金属ライ ト・ガイドは吸収プロセスである金属反射により光線を中空金属ライト・ガイド 内に閉じ込め、かつ同中空金属ライト・ガイド内で案内する。これらのライト・ ガイドより新しいライト・ガイドとして、プリズム・ライト・ガイドが光線の案 内に使用されている。プリズム・ライト・ガイドはプリズム・ライト・ガイドの 透明な誘電体からなる壁材（以下、透明誘電体壁材と称する）の外面に配置され たプリズム面（Prismatic surfaces）により全内反射を実現する中空構造体であ る。プリズム・ライト・ガイドは金属ライト・ガイドより効果的である一方、問 題点を有する。即ち、プリズム・ライト・ガイドはプリズム面に対して所定の角 度範囲内で入射する光線を案内し得るのみである。 多くの場合、小さな光源から放射された光線はリフレクタを介してコリメート （Collimate）できる。これにより、リフレクタで反射されたほぼ全ての光線は ライト・ガイド内での伝搬における光線の全内反射を保証する角度関係を満たす 。しかし、大きな拡散光源から放射された光線をプリズム・ライト・ガイド内に 入射させる場合等、これを実現できない幾つかの状況が存在する。 例えば、住宅用照明（Residential lighting application）では、比較的大き なコンパクト蛍光灯から放射された光線を比較的小さなプリズム・ライト・ガイ ド内へ入射させることが好ましい。商業用照明(Commercial lighting applicati ons)では、高周波誘導蛍光灯（Radio frequency induction florescent lamps） から放射された光線を僅かに大きいライト・ガイド内へ入射させることが好まし い。これらのケースでは、ほぼ全ての光線をライト・ガイドに沿った伝搬におい て全内反射させるために必要な前記の角度関係を保証する光線の十分なコリメー ション（Collimation）をリフレクタを用いて行う必要がある。しかし、拡散光 源はリフレクタによる光線の十分なコリメーションを行うには大き過ぎる。この 結果、拡散光源から放射された大半の光線は光源付近においてライト・ガイドか ら即座に漏出する。これにより、望ましくない明るさが付近に形成され、さらに はライト・ガイドの全長にわたって案内される光線の強度を低減する。 本発明は比較的大きな拡散光源から放射された光線を比較的小さなプリズム・ ライト・ガイド内に入射させる手段を提供し、これにより大半の光線を同ライト ・ガイド内に閉じ込め、かつ同光線をライト・ガイドに沿って案内し、僅かな量 の光線のみが光源付近においてライト・ガイドから漏出するようにする。発明の概要 本発明の好ましい実施の形態では、光源を含むライト・ガイドを提供する。ラ イト・ガイドは光源を取り囲むカバーを取り囲む外側プリズム・ライト・ガイド からなる。外側プリズム・ライト・ガイドは第１のオクタチュア対称方向(Octat ure symmetry direction)に直交する方向に延びる一定形状の横断面と、第１の オクタチュア対称方向に平行に延びる光学中心線とを有するプリズム・ライト・ ガイド壁材から形成されている。ライト・ガイド壁材の複数の表面は第１のオタ タチュア対称方向に対して実質的にオクタチュアの関係にある。壁材の任意の内 面上の任意のポイントにおける面直交ベクトル（Surface normal vector）は前 記のポイントから光学中心線に直交して延びる第１の仮想線に対して実質的に平 行であるか、または同第１の仮想線に対して実質的に直交している。カバーは光 源から放射された大半の光線を遮断すべく光学中心線の周囲において円筒対称を なすようにガイド内において光源の周囲に位置決めされている。カバーはプリズ ム・ライト・ガイド壁材から形成されている。カバー壁材の複数の表面はカバー の任意のポイントにおいて、空間的に変化する第２のオクタチュア対称方向に対 して実質的にオクタチュアの関係にある。前記のポイントにおいて、第２のオク タチュア対称方向は、第１のオクタチュア対称方向に対して直交する方向であっ て、かつカバー上の前記のポイントから光学中心線に直交して延びる第２の仮想 線に直交する方向である。カバーの任意の外面上の任意のポイントにおける面直 交ベクトルは第１のオクタチュア対称方向に対して実質的に平行であるか、また は同第１のオクタチュア対称方向に実質的に直交している。カバーは同カバーの 内面上に入射した光線がライト・ガイド壁材に向かい、かつ同ライト・ガイド壁 材を貫通して伝搬することを実質的に防止すべく、光学中心線に十分近い領域内 に配置されている。 カバーとしては、長さ“ｌ”及び直径“ｄ”を有する円筒体が効果的である。 長さ“ｌ”はライト・ガイドの長さより短い。円筒体の各端部は光源から直径“ ｄ”の１．６５倍を越す長さ延びている。 ライト・ガイドも円筒体であり得る。例えば、ライト・ガイド及びカバーはそ れぞれ光学中心線に交わる平坦な金属リフレクタによって切取られた同心をなす 部分的な円筒体を形成し得る。 光線抽出メカニズム（Light extraction mechanism）はガイドに沿って選択さ れた複数のポイントにおいて制御された光線の放射を行うべく使用可能である。 更に、ガイドの互いに対向する２つの端部のいずれか一方を通じた光線の放射を 防止する端部リフレクタ手段を使用し得る。図面の簡単な説明 図１は従来のプリズム・ライト・ガイドの斜視図である。 図２はプリズム・ライト・ガイド壁材の一部を拡大して示す斜視図であり、同 壁材は２つの仮想平面と、第３の仮想平面を画定する入射光線とに交わっている 。 図３は十分にコリメートされた光源（Well collimated light source）を有す るプリズム・ライト・ガイドの縦断面図である。 図４は比較的大きな光源から放射された光線を比較的小さなプリズム・ライト ・ガイド内に入射させることの難しさを示す縦断面図である。 図５はプリズム・ライト・ガイドの端面図であり、ライト・ガイドに対する特 定の位置から放射された光線がライト・ガイドの軸方向に対する同光線の角度と は無関係にライト・ガイド内に閉じ込められ、かつ同ライト・ガイドに沿って案 内される現象を示す。 図６は図２に類似する斜視図をデカルト座標系とともに示す。 図７はプリズム・ライト・ガイド壁材が全内反射を形成する角度範囲を図６の デカルト座標系にプロットしたグラフである。 図８は拡散光源から放射された光線が図７の非全内反射領域（Non-total inte rnal reflection zone）（即ち、影が付いていない領域）に入射することを防止 する非吸収手段の一部を破断して示す斜視図である。 図９は図８の円筒体によって囲まれた拡散光源を円筒体の軸から円筒体の半径 の３．２倍の長さだけ軸に直交する方向に離間した位置から見た様子を図６のデ カルト座標系にプロットしたグラフである。 図１０は図８の構造体によって囲まれた図９の拡散光源の光線漏出領域を図７ に示すプリズム・ライト・ガイド壁材の全内反射領域のグラフに重ねて示すグラ フである。 図１１は図８の円筒カバーによって囲まれた拡散光源を有するプリズム・ライ ト・ガイドの縦断面図である。 図１２は図１１に示す構造に類似する一方で、ライト・ガイド及び円筒カバー の一部を切り取った構造の一部を破断して示す斜視図である。 図１３はプリズム・ライト・ガイドを形成するための適切な材料の特徴である “オクタチュア”要件を満たす４つの異なるプリズム構造体の横断面図である。 図１４は本発明に基づく平坦なプリズム・ライト・ガイドの横断面図である。 図１５（ａ）、図１５（ｂ）及び図１５（ｃ）はプリズム・ライト・ガイド壁 材の３つの異なる形状と、同形状を特徴づける２つのベクトルとを示す斜視図で ある。 図１６は一般的なプリズム・ライト・ガイドを示す斜視図である。 図１７は拡散光源から放射された光線が非全内反射領域内に入射することを防 止する非吸収手段の一般的な形態を示す斜視図である。好ましい実施の形態の詳細な説明 図１は円形の横断面を有する従来のプリズム・ライト・ガイド１０の例を示す 。ライト・ガイド１０の外側の透明誘電体壁材１２は複数のプリズム面１４を有 する。前記のように、プリズム・ライト・ガイドはプリズム面に対して所定の角 度範囲内で入射した光線のみを案内する。所定の角度範囲内で入射した光線はラ イト・ガイド内において全内反射される。即ち、所定の角度範囲内で入射した光 線はライト・ガイド内に閉じ込められ、かつプリズム・ライト・ガイド壁材によ って繰り返し反射されることによりライト・ガイドに沿って伝搬される。 プリズム・ライト・ガイドにおいて、プリズム壁材に対する任意の光線の入射 方向は同光線が全内反射されるか否かを決定する。これをプリズム面１４’を有 する透明誘電体壁材のセグメント１２’を示す図２の角度θ及びφに基づいて以 下に詳述する。セグメント１２’はプリズム面１４’に平行に延びる第１の仮想 平面Ｐ₁に直交し、さらにはプリズム面１４’の長さに直交する方向に延びる第 ２の仮想平面Ｐ₂に直交している。光線Ｒは平面Ｐ₁に角度φで交わる第３の仮想 平面Ｐ₃を画定している。光線Ｒは平面Ｐ₁，Ｐ₂の垂直２等分線（Perpendicular bisector）に角度θで交わる。角度θが以下の数式によって得られる臨界角θ_c より小さい場合、光線は角度φの全ての値において全内反射を形成する。 この数式において、ηは材料の屈折率である。例えば、ηが一般的な値、即ち１ ．６（ポリカーボネート材料のηの値）である場合、θは約３０度になる。 図３に示すように、小さな光源１６から放射された光線をリフレクタ１８を用 いてコリメートすることは多くの場合において可能である。これにより、ほぼ全 ての反射光線Ｒはプリズム・ライト・ガイド１０の軸に対して３０度以内の角度 をなして同プリズム・ライト・ガイド１０に入射する。これにより、光線をガイ ド１０に沿って伝搬する際、ほぼ全ての反射光線Ｒが全内反射される。 図４に示すように、比較的大きな光源１６’から放射された光線を比較的小さ なプリズム・ライト・ガイド１０内に入射させることは困難である。ガイド１０ に沿った光線の伝搬において、ほぼ全ての光線の全内反射を保証すべく、全ての 反射光線Ｒが数式１の制約を満たすようにリフレクタ１８を用いて光線の十分な コリメーションを実施するのに光源１６’は大き過ぎる。従って、光源１６’か ら放射された光線Ｒ’の大半は光源１６’付近においてガイド１０から漏出する 。これは望ましくない明るさを付近に形成し、かつガイド１０の全長にわたって 伝搬される光線の強度を低減する。 別の重要な特徴としては、プリズム・ライト・ガイドに対する特定の位置から 光線を放射した場合、ライト・ガイドの軸方向に対してあらゆる角度で入射する 光線をライト・ガイド内に閉じ込め、かつ案内できる点が挙げられる。図５は円 形の横断面を有するプリズム・ライト・ガイド１０’における前記の現象の例を 示す。プリズム・ライト・ガイド１０’は直径“ｄ”を有する仮想円筒体２０を 内部に有する。屈折率１．６を有するプリズム・ライト・ガイド壁材では、円筒 体２０の直径“ｄ”がプリズム・ライト・ガイド１０’の直径の１７．６％以下 である限り、円筒体２０を通過する全ての光線はプリズム・ライト・ガイド壁材 によって反射される。この現象が正しいことを示す論拠としては、光線が円筒体 ２０を通過して伝搬される場合、図２に関連して詳述した角度φの値が常に１０ ．１度未満になる点が挙げられる。これはあらゆる値の角度θにおいて、光線の 反射を保証する。 従って、拡散光源が円筒体２０内に位置する場合、同拡散光源から放射された 全ての光線はプリズム・ライト・ガイド内に閉じ込められ、かつ同プリズム・ラ イト・ガイド内を案内される。しかし、円筒体２０の横断面はガイド１０’の横 断面の僅か３％を占めるのみである。このため、前記の現象の実用性は低い。こ のサイズの拡散光源の使用が可能であると仮定した場合、図３に関連して詳述し たように、光源から放射された光線を効果的にコリメートすべく従来のリフレク タを使用できる。これとは別に、前記の現象は通常のコリメーションの制約を越 えた光線の案内を実現すべく、プリズム・ライト・ガイド壁材の特別な角度特性 を効果的に使用し得ることを示す。 これを更に理解するためには、図６を参照することが好ましい。図６はプリズ ム・ライト・ガイド壁材が全内反射を形成する方向の範囲を更に効果的に示す。 図６では、プリズム・ライト・ガイド壁材１２’に対する光線の入射方向を示す 別の手段を用いている。この手段は平面上における図示に十分適する。図６は図 ２の幾何学的構造とともにデカルト座標系を示す。入射光線Ｒは単位ベクトル( ｘ，ｙ，ｚ)を有する。効果的な２次元表示としては、ｘ／ｙ及びｚ／ｙが挙げ られる。ｘ／ｙはライト・ガイド壁に直交する方向からプリズム１４’に直交す る方向への光線Ｒの偏位を示す。ｚ／ｙはライト・ガイド壁に直交する方向から プリズム１４’に平行をなす方向への光線Ｒの偏位を示す。 φ、θ、ｘ／ｙ及びｚ／ｙの間の関係は以下の数式によって与えられる。 図７はプリズム・ライト・ガイド壁材が全内反射を形成する角度範囲を図６の 座標系にプロットしたグラフである。図７はプリズム・ライト・ガイド壁材のシ ートを上から見た様子をそのまま正確に平面に示しているため効果的である。即 ち、図７は全内反射領域（影を付けた領域）及び透過領域（影を付けていない領 域）の外観を視覚的に示している。 図７は３つの重要な特徴を示す。第１の重要な特徴としては、ｚ／ｙ＝０の場 合（即ち、光線がライト・ガイドの軸に直交する方向に延びる平面内に延びる場 合、換言するならば、θ＝９０度の場合）、全内反射領域の幅が狭くなる点が挙 げられる（即ち、ｘ／ｙ＝±０．１７９になる。これはtanφの値であるためφ は±１０．１度になる）。第２の重要な特徴としては、ｚ及びｘの両者がｙより かなり大きい値をなす漸近線が挙げられる。この場合、ｘ／ｚ≒tanθ_cになる。 この漸近線の傾きは０．６０５であり、同傾きはθ_c＝３１．１度の値に対応す る。この角度はθの最大値である。この場合、あらゆるφの値において、光線は 反射される。 本発明は拡散光源から放射された光線が図７に示す非全内反射領域（影を付け ていない領域）に入射することを防止する非吸収手段を提供する。本発明の最も 簡単な形態（図８参照）は滑らかな外面２４と、円筒体２２の軸に直交する方向 に延びる多数の直角プリズム２６からなる内面とを有する中空透明円筒体２２に より拡散光源を取り囲むことを含む。例えば、円筒体２２はプリズム・ライト・ ガイドを形成するためのプリズム・シート材(Prismatic sheet material)と同一 の材料を使用し、かつプリズムを異なる方向（即ち、ライト・ガイドでは、プリ ズムは外側に向かって配向されるとともに、ガイドの軸の方向に平行に延びてい る）に配向することによって形成し得る。 具体的な例として、円筒体２２が蛍光灯等の拡散光源を取り囲むケースを以下 に詳述する。図９は、円筒体の半径の３．２倍（３．２倍を選択した理由につい ては以下に詳述する）の長さだけ円筒体の軸から同軸に直交する方向に離間した 位置から蛍光灯等の拡散光源を見た場合の様子を示す。長い時間を要する単純な 計算により、図示する状態をプリズム・ライト・ガイド壁材の特徴から算出し得 る。円筒体の中心付近には、幅±０．１７９の不透明領域（図９の影を付けた領 域）が形成されている。これはプリズム・ライト・ガイド壁材の通常の入射にお いて形成される通常の不透明領域である。この全内反射領域の一般的な形状はプ リズム・ライト・ガイド壁材の湾曲に起因して図示する形状に変形されている。 プリズム・カバーの存在により、プリズム・ライト・ガイド壁材によって伝搬さ れない光線は、拡散光源に向けて反射される。そして、同光線はランダムに再反 射され得る。この結果、これらの光線は許容された方向に漏出する第２の機会を 有する。従って、光源が高い吸収性を有さない場合、僅かな量の光線のみがプリ ズム・カバーによって損失される。プリズム・ライト・ガイド壁材が高い光学的 品質を有する場合、光線は図９の全内反射領域内に全く存在しない。 図９における観察距離の選択理由を図１０に関連して以下に詳述する。図１０ では、図８の構造体によって取り囲まれた拡散光源の光線漏出領域を示す図９の グラフを図７のプリズム・ライト・ガイド壁材の全内反射領域のグラフに重ねて 示す。図１０に示すように、拡散光源のカバーから漏出する光線はプリズム・ラ イト・ガイドの全内反射領域の外側に全く存在しない。従って、拡散光源のカバ ーから漏出する全ての光線は閉じ込められ、かつ案内される。プリズム・ライト ・ガイド壁材の屈折率が１．６である最も一般的なケースにおいて、この現象は プリズム・ライト・ガイドの直径の３２％の長さの直径を有する拡散円筒体(Diffu se cylinder)を使用した場合に生じる。この拡散円筒体の横断面積はプリズム・ ライト・ガイドの横断面積の１０％に相当する。この横断面積はプリズム・カバ ーを使用せずに実現し得る横断面積の３．２倍に相当し、かつ任意のサイズのラ イト・ガイドを使用して伝搬し得る光線量を横断面積の増大に比例して増大させ る。 図１１は簡単な照明器具に対する前記の概念の適用を示す。図１１において、 拡散光源２８は図８に示す種類の円筒体３０によって取り囲まれている。円筒体 ３０は光源２８から円筒体３０の端部を通過して直接出射する光線を別の光学的 補正を実施することなくプリズム・ライト・ガイド３２を形成する壁材の全内反 射領域内に入射させる十分な長さを有する。円筒体３０の直径はプリズム・ライ ト・ガイド３２の直径の３２％である。プリズム・ライト・ガイド３２は同ガイ ド３２の全長にわたる光線の均一な漏出を招来する抽出メカニズム（図示略）を 有する。ガイド３２の端部まで伝搬された光線を捕える鏡（図示略）がガイド３ ２の端部に取付けられている。この結果、全ての光線が効果的に利用される。 プリズム・ライト・ガイドに対する拡散光源の伝搬を支配するパラメータは前 記の例のパラメータよりも更に一般的である。例えば、円筒体３０及びプリズム ・ライト・ガイド３２の両者の横断面は必ずしも完全な円を形成する必要はない 。図１２に示すように、部分的に円弧を描く横断面を有し、かつ底部を従来の金 属リフレクタ３４でそれぞれ被覆した円筒体３０及びプリズム・ライト・ガイド ３２を使用し得る。 更に、プリズム・ライト・ガイドの壁に最も一般的に使用される透明誘電体材 料は図２及び図５に示す複数の直角等辺三角形プリズムを有する。プリズム・ラ イト・ガイドを特徴づける光学原理は簡単な直角等辺三角形プリズムに限定され ない。一般的に、プリズム・ライト・ガイド壁材は“オクタチュア”の関係にあ る複数の面を有することを要するのみである。複数の面がオクタチュアの関係に あるとは、 １．全ての面がオクタチュア対称方向（例えば、図１及び図２に示す例のｚ軸） に平行に延びていることと、 ２．全ての内面が互いに直角をなす方向にそれぞれ延びていることと、 ３．全ての外面が互いに直角をなす方向にそれぞれ延びていることと、 ４．内面及び外面が互いに４５度の角度をなす方向にそれぞれ延びていること を含む。例えば、図１３は４つの異なるプリズム横断面を示す。これら４つのプ リズム横断面はオクタチュアの要件を満たしており、かつプリズム・ライト・ガ イドを形成する適切な壁材であり、さらには図７に示す全内反射領域とは異なる 全内反射領域を有する。全体的にオクタチュアの関係を満たす一方で、プリズム 形状が位置の関数として変化する構造体を使用することにより、円でない横断面 を有する本発明に基づく幾何学的構造体を実現し得る。例えば、図１４は図８に 関連して詳述した種類の円筒カバーによって囲まれた拡散光源３８を有する平坦 なプリズム・ライト・ガイド３６を示す。図１４に示す構造体は同図１４に詳細 に示すプリズムの形状により図１１に示す構造体と同一の性能を実現する。 本発明の一般的な特徴付けでは、プリズム・ライト・ガイド壁材の微視的構造 及び巨視的構造の両者を考慮する必要がある。プリズム・ライト・ガイド壁材の 任意のポイントにおける微視的構造を示す簡単な方法を簡単、かつ明確な巨視的 線及び巨視的方向（Macroscopic lines and directions）に関連して以下に詳述 する。これは本発明の一般的な特徴付けを促進する。 図１５（ａ）、図１５（ｂ）及び図１５（ｃ）はプリズム・ライト・ガイド壁 材４０の小片をそれぞれ示す。これらのプリズム・ライト・ガイド壁材４０は幾 つかの完全なプリズム４２を支持する十分な大きさを有する一方で、実用性に関 する全ての目的を満たすべく十分に小さい。壁材は巨視的に平坦であり、プリズ ム４２は小片全体にわたって均一な形状を有する。壁材４０の形状は僅か２つの ベクトルによって特徴づけられる。 “オクタチュア対称方向”ベクトル４４はプリズム４２の長手方向の軸を画定 している。オクタチュア対称方向は壁材４０の巨視的表面に対して平行であるこ とを要する以外は任意の配向が可能である。壁材４０がプリズム・ライト・ガイ ドを形成する特別なケースでは、オクタチュア対称方向はガイドの長手方向に延 びる対称軸（即ち、ガイドの長手方向に延びる中心軸）に平行であることを要す る。但し、壁材４０を他の目的に使用する場合、例えば壁材４０を図８に関連し て詳述したカバーとして使用する場合、この要件をオクタチュア対称方向が満た す必要はない。 第２のベクトルは“プリズム面直交方向（Prism surface normal direction） ”ベクトル４６である。同ベクトル４６はプリズム４２の面直交方向に対して直 交するか、または平行をなす。前記のオクタチュアの特性に関する定義に基づき 、プリズム・ライト・ガイド壁材の反対側に位置する複数のプリズム面は前記の 各方向、即ち“オクタチュア対称方向”及び“プリズム面直交方向”に対してそ れぞれ４５度傾いている。プリズム面直交方向はオクタチュア対称方向に対して 常に直交することを要する以外は制限されない。図１５（ａ）、図１５（ｂ）及 び図１５（ｃ）は３つの異なる方向の例と、巨視的構造体における作用とを示す 。前記のように、この種の全ての材料はプリズム・ライト・ガイド壁材である。 しかし、プリズム・ライト・ガイドの許容可能な角度範囲外に位置する光線の場 合、プリズム面直交方向は全内反射を生じる光線の範囲に影響を及ぼす。 図１６は外側プリズム・ライト・ガイド４８（即ち、図１１のガイド３２に類 似するガイド）の一般的な形状を示す。プリズムは非常に小さいため同プリズム の図示を省略する。但し、プリズムを前記の２つのベクトルを用いて以下に詳述 する。ガイド４８の横断面形状は選択された光学中心線５０に直交する方向に延 びる平面内において一定である以外は、任意の形状を有し得る。ガイド４８を形 成するプリズム・ライト・ガイド壁材上のプリズムは任意のポイントにおいて、 以下のように特徴づけられる。即ち、プリズムは、 １．任意のポイントにおける壁材のオクタチュア対称方向４４はガイド４８の光 学中心線５０に平行であることと、 ２．壁材のプリズムのプリズム面直交方向４６は前記の任意のポイントから光学 中心線５０に直交して延びる線によって画定されること を特徴とする。 ガイド４８の横断面が円形である場合、前記の定義は図１に示すプリズム・ライ ト・ガイドに類似するプリズム・ライト・ガイドを形成する。他の形状の壁材を 使用する場合、同壁材の内面及び外面はプリズム面を有する。 図１７は一般的なガイド４８の内部に配置し得る一般的なカバー５２を示す。 カバー５２はプリズム・ライト・ガイド壁材から形成されているが、プリズム・ ライト・ガイドではない。カバー５２を形成する壁材は図１６に示す光学中心線 ５０と同一の光学中心線５０の周囲に回転体を形成している。この結果、光学中 心線５０に直交する方向に延びるカバー５２の全ての横断面は円形をなす。この 円形横断面の直径は一定である必要はない。図１７に示すように、円形横断面の 直径は光学中心線５０に沿って変化し得る。この結果、カバー５２は各種の形状 を有し得る。例えば、球殻は前記の制約の範囲内に含まれ得る。最も簡単、かつ 最も一般的な例としては、円筒体が挙げられる。しかし、円筒体以外の形状は特 定の条件下において効果的であり得る。 前記のように、カバー５２はプリズム・ライト・ガイドではない。ガイド４８ とは異なり、カバー５２を形成するプリズム・ライト・ガイド壁材のオクタチュ ア対称方向は全体を通じて一定ではなく、場所によって変化する。カバー５２上 の任意のポイントに対して図１７に示すポイント５４の関係が適用される。即ち 、ポイント５４におけるカバー５２のオクタチュア対称方向５６は図１６の第１ のオクタチュア対称方向４４に対して直交する方向であって、かつポイント５４ から光学中心線５０に直交して延びる線５８に対して直交する方向である。カバ ー５２を形成する壁材の別の特徴としては、外側プリズム面直交方向が線５８に よって画定される点が挙げられる。 カバー５２が円筒体である場合、前記の制約はプリズムを一方の面にのみ有す る図８のプリズム構造を形成する。しかし、一般的には、複数のプリズム面がカ バー壁材の内側及び外側の両方に配置されている。 前記の一般化された幾何学的特徴付けは、更に高いデザインの自由度を実現し 、かつ図１〜図１２の特定の幾何学的構造に関連して詳述した拡散光線を案内す る能力を維持可能にする。前記の概念と全く同一の概念が適用される。即ち、カ バーから出射する光線の出射領域をプリズム・ライト・ガイドの壁材を用いて伝 搬できない複数の光線方向から常に形成することを保証する。この結果、これら の光線は案内される。前記の例同様に、この案内効果を実現すべくカバーが十分 に 小さな直径を有することを保証する必要がある。更に、この直径はカバー内に拡 散光源を含まない場合のカバーの直径より実質的に更に大きい。また、カバーの 内部を通過せずに同カバーから直接漏出する全ての光線を外側ライト・ガイドを 用いて実質的に案内し得る角度で光線をカバーから直接漏出させるように拡散光 源はカバーの内部に位置決めされている。 前記の説明から当業者にとって明白であるように、本発明の実施において本発 明の精神または範囲から逸脱することなく各種の別例及び変更が可能である。こ の結果、本発明の範囲は請求の範囲に基づくものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年１１月１９日 【補正内容】 請求の範囲 １．光源（２８）から放射された光線を閉じ込め、かつ案内するためのライト・ ガイド組立体であって、 （ａ）中空な外側プリズム・ライト・ガイド（３２，４８）と、前記外側プリ ズム・ライト・ガイド（３２，４８）は“光学中心線”（５０）と称される長手 方向に延びる選択された線を有し、さらには光学中心線（５０）の周囲に配置さ れた透明な誘電体材料の壁から形成され、前記壁の内面及び外面の少なくとも一 方は互いに平行に延び、かつ直交する多数のプリズム面（１４）から形成され、 前記プリズム面（１４）は壁の他方の面に形成された表面とオクタチュアの関係 にあり、前記壁は同壁の任意のポイントにおいて２つの特定の方向(４４，４５) 、即ち、 （ｉ）プリズム面の長手方向であるオクタチュア対称方向と称される第１の 方向（４４）と、 （ｉｉ）壁の任意の面において同任意の面を形成する複数のプリズム面に対 して直交する方向または平行をなす方向である“プリズム面直交方向”と称され る第２の方向（４６）とによって更に画定され、 前記壁は、 （ｉ）壁の横断面形状が光学中心線（５０）の全長にわたって一定であるこ とと、 （ｉｉ）壁の任意のポイントにおける壁のオクタチュア対称方向（４４）が 光学中心線（５０）に平行であることと、 （ｉｉｉ）壁の内面の任意の表面上の任意のポイントにおける壁のプリズム 面直交方向（４６）が前記ポイントから光学中心線（５０）に直交して延びる第 １の仮想線に対して実質的に平行をなす方向であるか、または同第１の仮想線に 対して実質的に直交する方向であること を満たすように光学中心線（５０）の周囲に形成されていることを含むライト・ ガイド組立体において、 （ｂ）前記中空な外側プリズム・ライト・ガイド（３２，４８）の内部に配置 された中空、かつ透明な内側カバー(２２，３０，５２)と、前記内側カバー(２ ２，３０，５２)は光源（２８）から放射される大半の光線を同内側カバー（２ ２，３０，５２）の内部に配置すべく同大半の光線を遮断し、さらには前記外側 プリズム・ライト・ガイドの壁上に入射するほぼ全ての光線を同壁を用いて全内 反射させることにより、最大量の光線を案内すべく前記遮断された光線を再配向 し、 前記内側カバー（２２，３０，５２）は透明な誘電体材料の壁から形成され、 前記壁は外側プリズム・ライト・ガイドの壁の表面とオクタチュアの関係にある 表面を有するプリズム構造体（２６）を有し、 前記壁は、 （ｉ）対称軸の周囲に回転体を形成し、これにより対称軸に直交する方向に 円形横断面を形成し、前記円形横断面の直径が前記対称軸に沿って変化し得るこ とと、 （ｉｉ）壁のオクタチュア対称方向（５６）が場所によって変化し、さらに 同オクタチュア対称方向（５６）は壁の任意のポイントにおいて前記オクタチュ ア対称方向（４４）に直交する方向であって、かつ前記ポイントから壁の対称軸 に直交して延びる仮想線（５８）に対して直交する方向であることと、 （ｉｉｉ）壁のプリズム面直交方向が同壁の外面の任意の表面上の任意のポ イントにおいて前記オクタチュア対称方向（４４）に対して実質的に平行な方向 であるか、または同オクタチュア対称方向（４４）に対して実質的に直交する方 向であること を満たすように形成されており、 （ｃ）前記内側カバー（２２，３０，５２）は同内側カバー（２２，３０，５ ２）の対称軸がライト・ガイドの光学中心線（５０）に一致し、これにより内側 カバーのオクタチュア対称方向（５６）がライト・ガイドのオクタチュア対称方 向（４４）に対して直交するよう外側プリズム・ライト・ガイド（３２，４８） 内に位置決めされていることと、 前記カバー(２２，３０，５２)は同カバーの内面上に入射した光線がライト・ ガイド壁材に向かい、かつ同ライト・ガイド壁材を貫通して伝搬することを実質 的に防止すべく、光学中心線（５０）に十分近い領域内に配置されていることを 含むライト・ガイド組立体。 ２．前記カバー（５２）は円筒体を形成している請求項１に記載のライト・ガイ ド。 ３．（ａ）前記円筒体は長さ“ｌ”及び直径“ｄ”を有することと、 （ｂ）前記長さ“ｌ”はライト・ガイドの長さより短いことと、 （ｃ）前記円筒体の各端部は光源から直径“ｄ”の１．６５倍を越す長さ延び ていること を含む請求項２に記載のライト・ガイド。 ４．前記ライト・ガイド（４８）は円筒体を形成している請求項１乃至３のいず れか一項に記載のライト・ガイド。 ５．前記ライト・ガイド（４８，３２）及びカバー（５２，３０）はそれぞれ光 学中心線に交わる平坦な金属リフレクタ（３４）によって切取られた同心をなす 部分的な円筒体を形成している請求項１乃至３のいずれか一項に記載のライト・ ガイド。 ６．前記プリズム・ライト・ガイドは、 （ａ）ガイドに沿った選択された複数のポイントにおいて制御された光線の放 射を行う光線抽出手段と、 （ｂ）ガイドの互いに対向する２つの端部のいずれか一方を通じた光線の放射 を防止する端部リフレクタ手段と を有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載のライト・ガイド。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 ュア対称方向（５６）は第１のオクタチュア対称方向 （４４）に対して直交する方向であり、かつポイント （５４）から光学中心線（５０）に直交する第２の仮想 線（５８）に対して直交する方向である。カバー（５ ２）の任意の外面上の任意のポイントにおける面直交ベ クトルは第１のオクタチュア対称方向（４４）に対して 実質的に平行であるか、または同第１のオクタチュア対 称方向（４４）に実質的に直交する。カバー（５２）は 同カバーの内面上に入射した光線がライト・ガイド壁材 に向かい、かつ同ライト・ガイド壁材を貫通して伝搬す ることを実質的に防止すべく、光学中心線（５０）に十 分近い領域内に配置されている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光源を含むライト・ガイドであって、 （ａ）第１のオクタチュア対称方向（４４）に直交する方向に延びる一定形状 の横断面と、前記第１のオクタチュア対称方向（４４）に平行に延びる光学中心 線（５０）とを有するプリズム・ライト・ガイド壁材から形成された外側プリズ ム・ライト・ガイド（４８）と、 （ｉ）前記ライト・ガイド壁材の複数の表面が第１のオクタチュア対称方向 （４４）に対して実質的にオクタチュアの関係にあることと、 （ｉｉ）前記壁材の任意の内面上の任意のポイントにおける面直交ベクトル （４６）が前記ポイントから光学中心線（５０）に直交して延びる第１の仮想線 に対して実質的に平行であるか、または同第１の仮想線に対して実質的に直交す ることと、 （ｂ）前記光源から放射された大半の光線を遮断すべく光学中心線（５０）の 周囲において円筒対称をなすように前記ガイド（４８）内において光源の周囲に 位置決めされたカバー（５２）と、前記カバー（５２）がプリズム・ライト・ガ イド壁材から形成されていることと、 （ｉ）前記カバー壁材の複数の表面はカバー（５２）の任意のポイント（５ ４）において、空間的に変化する第２のオクタチュア対称方向（５６）に対して 実質的にオクタチュアの関係にあることと、前記ポイント（５４）において、第 ２のオクタチュア対称方向（５６）は、 （Ａ）前記第１のオクタチュア対称方向（４４）に対して直交する方向で あることと、 （Ｂ）前記カバー上のポイント（５４）から光学中心線（５０）に直交し て延びる第２の仮想線（５８）に直交する方向であることと、 （ｉｉ）前記カバー（５２）の任意の外面上の任意のポイントにおける面直 交ベクトルは第１のオクタチュア対称方向（４４）に対して実質的に平行である か、または同第１のオクタチュア対称方向（４４）に実質的に直交することと、 (ｉｉｉ)前記カバー(５２)は同カバーの内面上に入射した光線がライト・ガ イド壁材に向かい、かつ同ライト・ガイド壁材を貫通して伝搬することを実質的 に防止すべく、光学中心線（５０）に十分近い領域内に配置されていることを含 むライト・ガイド。 ２．前記カバー（５２）は円筒体を形成している請求項１に記載のライト・ガイ ド。 ３．（ａ）前記円筒体は長さ“ｌ”及び直径“ｄ”を有することと、 （ｂ）前記長さ“ｌ”はライト・ガイドの長さより短いことと、 （ｃ）前記円筒体の各端部は光源から直径“ｄ”の１．６５倍を越す長さ延び ていること を含む請求項２に記載のライト・ガイド。 ４．前記ライト・ガイド（４８）は円筒体を形成している請求項１乃至３のいず れか一項に記載のライト・ガイド。 ５．前記ライト・ガイド（４８，３２）及びカバー（５２，３０）はそれぞれ光 学中心線に交わる平坦な金属リフレクタ（３４）によって切取られた同心をなす 部分的な円筒体を形成している請求項１乃至３のいずれか一項に記載のライト・ ガイド。 ６．前記プリズム・ライト・ガイドは、 （ａ）ガイドに沿った選択された複数のポイントにおいて制御された光線の放 射を行う光線抽出手段と、 （ｂ）ガイドの互いに対向する２つの端部のいずれか一方を通じた光線の放射 を防止する端部リフレクタ手段と を有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載のライト・ガイド。