JP2008046585A - 光パイプ - Google Patents

Abstract

【課題】光の反射または屈折を用いて光源からの距離にかかわらず輝度を向上させることができる光パイプを提供する。
【解決手段】本発明の光パイプは、内面にプリズム形状を形成すると共に外面を平滑面とした中空のベース（base）パイプを含んで構成され、当該ベースパイプ外面に、多数の拡散バンプ（bump）を配置したことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光導管（light conduit）、光ガイド（optical guide）、光チューブ（light tube）とも呼ばれ、装飾用や機能性の光を比較的広い領域にわたって効果的に分配する分野で利用される光パイプに関する。

光を遠距離まで比較的少ない伝送損失で伝えられる光パイプを用いた照明システムが公知である。一般的な光パイプは、透明な重合体物質で構成された光学ライティングフィルム（Optical lighting film；ＯＬＦ）をチューブ形態にロール加工し、これを透明アクリルパイプの内側に固定して得られる。その光学ライティングフィルムは、プリズム等の形状を形成していない平滑な内面と、一定の方向に沿って多数の三角形溝を掘ることによって線形のプリズム形状の配列を形成した外面と、を含む。このような構造上の特徴によって、光パイプは、所定の角度範囲内で光パイプ内側に入力された光を全反射によりパイプ内に拘束することによって、光パイプの長手（軸）方向に沿って光を伝送する。このような光パイプの典型例が特許文献１に開示されており、本願に参考文献として引用する。

光パイプは、特定地点を照明するためのポイント照明の用途だけでなく、ある一領域を照明する目的のためにも利用される。この場合、光パイプ内を進行する光を外側へ分配出力するために様々な技術が利用されている。このような技術のうちの一つとして、光学ライティングフィルムの一面に形成するプリズムの形状を変更することによって、即ち、プリズム形状のエッジ部を丸くしたり、プリズム形状の一部を摩耗させたり、選択領域のプリズムを全部除去したりすることによって、当該変更領域を通して光が放出されるようにする技術がある。

上記のような構造を持つ光パイプの光伝送及び反射原理について、本発明の理解に必要な範囲内で添付図面を参照して説明する。

図１（ａ）は、光パイプにおける光の伝送及び反射を説明するために光学ライティングフィルムの一部分を示した断面図、図１（ｂ）は、光パイプにおける光の伝送及び反射を説明するために光学ライティングフィルムの一部分を示した斜視図である。

光源（未図示）からの光は、矢印のように光学ライティングフィルムの平滑内面からフィルム内部へ入射して屈折し（第１地点）、外面のプリズム形状両側面で全反射し（第２地点及び第３地点）、これにより、外側へ向かっていた光は折り返され、内面から屈折して（第４地点）、パイプ内へ再入力される。このような全反射過程が繰り返されつつ、光は実質的に光パイプの長手方向に沿って進行することになる。従って、光学ライティングフィルムを活用すれば、光源で発生した光の伝送能力を向上させることができる。
米国特許第４，８０５，９８４号

以上のような従来の照明システムは、光学ライティングフィルムを活用して光源で発生した光の伝送能力を向上させてはいるが、光源からの距離に応じた照度の差が未だ顕著である。即ち、従来の照明システムでは、光パイプ内の光伝達と外への光放出との関係を適切に制御することが難しく、光パイプの長手方向に沿って明るく均一な輝度を得ることが難しい。

本発明の目的は、反射や屈折を利用して、光源からの距離にかかわらず光を均一に出射することができる構造をもつ光パイプを提供することにある。特に、全体にわたって出射光の照度を向上させる構造をもつ光パイプを提供することを目的とする。

本発明による光パイプは、内面にプリズム形状を形成すると共に外面を平滑面とした中空のベース（base）パイプを含んで構成され、当該ベースパイプ外面に、多数の拡散バンプ（bump）を配置したことを特徴とする。

あるいは、本発明による光パイプは、内面にプリズム形状を形成すると共に外面を平滑面とした中空のベースパイプを含んで構成され、当該ベースパイプの内側又は外側に、少なくとも内外面のいずれか一方に散乱パターンを形成したフィルムを配置したことを特徴とする。

あるいはまた、本発明による光パイプは、内面にプリズム形状を形成すると共に外面を平滑面とした中空のベースパイプを含んで構成され、当該ベースパイプ内に、円錐形の放出部材を配置したことを特徴とする。

本発明の光パイプは、反射や屈折を利用して、光源からの距離に関係なく光を均一に出射することができる長所がある。また、本発明の光パイプは、出射光の照度を向上させることが出来る長所がある。

以下、添付図面を参照して本発明に係る光パイプの好ましい実施形態を詳細に説明する。

図２（ａ）は本発明の一実施形態に係る光パイプを図示した斜視図、図２（ｂ）は別の実施形態に係る光パイプを図示した斜視図である。

本発明の光パイプ２００Ａ、２００Ｂは、ベース（base）パイプ２２０及び拡散バンプ（bump）２３０Ａ、２３０Ｂを含んで構成されている。

ベースパイプ２２０の内面２２４は、光パイプ２００Ａ、２００Ｂの長手（軸）方向に沿って延び且つ互いに並列に形成された複数の線形プリズム形状を有している。当該実施形態によれば、そのプリズム形状（断面）は、三角形（二等辺三角形、正三角形、不等辺三角形）であってよい。好ましくは、二等辺三角形とする。この他にもプリズム形状としては、三角形の頂点部分が磨耗した形状、即ち、台形とすることもできる。

ベースパイプ２２０の外面２２２は、実質的に平滑面とされ、その少なくとも一部領域に、拡散バンプ２３０Ａ、２３０Ｂを付着させてある。図２（ａ）の例では、拡散バンプ２３０Ａが外面２２２の全体に比較的均一に付着し、図２（ｂ）の例では、拡散バンプ２３０Ｂが光パイプ２００Ｂの一端から他端へ行くほど密集する状態で付着している。このような拡散バンプ２３０Ａ、２３０Ｂは、ビーズで構成することができる。

図２（ｂ）の例において、光源（未図示）が光パイプ２００Ｂの図中左端に提供されるとすれば、その光は、光パイプ２００Ｂ内を左側から右側へ進む。この進行過程で、光が光パイプ２００Ｂの外面２２２に付着した拡散バンプ２３０Ｂに当たれば、当該光は拡散バンプ２３０Ｂを介して散乱し、光パイプ２００Ｂの外へ放出される。本例の場合、光源に近く光量の多い左端の側では拡散バンプ２３０Ｂを粗にし、光源から離れて光量の少なくなる右端の側へ行くほど拡散バンプ２３０Ｂを密にすることで、光パイプ２００Ｂ全体を通して均一に光が放出されるようにしている。

これを応用し、拡散バンプを光パイプの特定領域に集中させて当該特定領域に放出光量を集中させるようにし、特殊照明用途向きの光パイプをつくることもできる。すなわち、外面に付着させる拡散バンプの密度を可変調節することによって、部分部分の放出光量を容易に調節できるという長所がある。

光パイプ２００Ａ、２００Ｂの材質は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、アクリル、ポリプロフィレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルからなる群より選択される１種以上の重合体性物質とすることが可能である。

図３（ａ）はさらに別の実施形態に係る光パイプを示した斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示した光パイプを断面線Ａ−Ａに沿って見た断面図である。

この光パイプ３００は、ベースパイプ３２０及び拡散バンプ３３０を含んで構成されている。

ベースパイプ３２０は、外面３２２が実質的に平滑面とされ、内面３２４は、光パイプ３００の長手方向に沿って延び且つ互いに並列に形成された複数の線形プリズム形状を有している。プリズム形状は、光を屈折させ得る三角形等の断面形状である。本例の内面３２４の一部には、光パイプ３００内を進行する光を外へ出射させる出射部３２６が形成される。

出射部３２６は、プリズム形状を形成した内面３２４において、そのプリズム形状を一部形成せずに平滑面とした領域である。従って、全反射のために線形プリズム形状を形成した他の領域に比べて、出射部３２６からはより多くの光が出射され得る。この出射部３２６に対応する外面３２２の領域に、拡散バンプ３３０を付着させることができ、図２（ｂ）の拡散バンプ２３０Ｂと同様にして、光パイプ３００の一端から他端へ次第に密になるパターンとし得る。

図３（ａ）及び（ｂ）に示す出射部３２６は一箇所であるが、光パイプに許容される角度または直径範囲内で複数の出射部を形成してもよい。

図３（ｃ）は、図３（ｂ）のＣ部分を拡大して示した図面である。図３の例のプリズム形状の間の三角溝の頂点の角度αは１８０゜未満で形成される。当該角度αを鋭角にすると、光パイプ３００内を進行する光の全反射効果を向上させることができる。

図３（ｄ）は、図３（ａ）の断面線Ｂ−Ｂに沿って見た断面図である。出射部３２６は、光パイプ３００の長手方向に延設され、実質的に平滑な面とされている。図示の光源３６０が、光パイプ３００内へ光を提供する。

光パイプ３００内に入力された光が、光パイプ３００と光パイプ３００内の媒体との屈折率の比によって決まる臨界角度θ以下の入射角を有していれば、周知のスネルの法則による全反射条件によって、光パイプ３００の外へ向かおうとしていた光は反射して光パイプ３００内に再び拘束されることになり、光パイプ３００の長手方向へ進行する。このとき、光パイプ３００内に充填されている媒体は空気なので、光はほとんど損失することなく光パイプ３００の内側を導波され得る。

一方、臨界角度θを超えた入射角で入射した光は、光パイプ３００の外面３２２から出射することになるが、当該外面３２２から出射する光が拡散バンプ３３０を通過するときに散乱が生じる。このようにして、光パイプ３００の内側に入力された光は、光パイプ３００の長手方向へ伝送されつつ、一方でパイプ外へ放出される。

図４は、また別の実施形態に係る光パイプを示した斜視図である。

この光パイプ４００は、ベースパイプ４１０及び散乱パターン４２２を形成したフィルム４２０を含んで構成される。

ベースパイプ４１０は、内面４１４に、光パイプ４００の長手方向に沿って延び且つ互いに並列に形成された多数の線形プリズム形状を有し、外面４１２が、実質的に平滑な面とされている。当該ベースパイプ４１０の材質は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、アクリル、ポリプロフィレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルからなる群より選択される１種以上の重合体性物質とすることができる。

フィルム４２０は、チューブ状とした外面又は内面の少なくとも一方に多数の散乱パターン４２２が形成されており、ベースパイプ４１０内に収納される。このフィルム４２０は、シート状に製造したフィルムの表裏面の一方又は両方（すなわちチューブ状とした場合の内外面の一方又は両方）に白色ドットをプリントすることによって作成される。白色ドットに限らず、反射率及び光パイプ内を進行する光の波長などを考慮して、その他の色または無色のドットをプリントし得る。散乱パターン４２２を形成したフィルム４２０は、側縁どうし（二辺）を接着することによりチューブ状とし、ベースパイプ４１０の内側へ収納する。フィルム４２０の側縁接着には、周知のテーピング（taping）やシーリング（sealing）などの方法が用いられる。この接着過程で側縁どうしが多少なりとも重なってしまうと、その重畳領域を介した光抜け現象または光の過多出射現象が発生し得るので、テーピングまたはシーリングなどに際しては、注意が要求される。フィルム４２０の材質には透明なものが使われ、好ましくは、等質性且つ等方性の材質が使われる。例えば、アクリルまたはポリカーボネートであってよい。これ以外にフィルム４２０の材質においては、可撓性、すなわちフィルム４２０をロールさせられる程度の可撓性が求められる。この可撓性はフィルム厚とも関連するので、フィルム４２０は、光パイプ４００の直径などを考慮して、適切な厚みを持つように選択しなければならない。

本実施形態に係る光パイプ４００は、従来の光パイプに収納される高価の光学ライティングフィルムの代りに、押出モールドを通じて長手方向に微細加工を施したベースパイプ４１０を連続的に大量生産し、その内部にフィルム４２０を挿入する構造であるので、光パイプ４００の製造コストを節減することができる。

光パイプ４００は、フィルム４２０をベースパイプ４１０内に収納した状態で固定する固定板４３０を、さらに含んでいてもよい。散乱パターン４２２を有するフィルム４２０はチューブ状にしてベースパイプ４１０内に収納されるが、何らかの接着手段によってベースパイプ４１０の内面に接着されてはいない。従って、フィルム４２０がベースパイプ４１０から抜けるのを防止するために、固定板４３０をベースパイプ４１０の一端または両端に固定するのがよい。図４に示した光パイプ４００は一端にのみ固定板４３０を設けているが、両端に固定板４３０を配設することもできる。このような固定板４３０は、光パイプ４００の端部に着脱可能な構造をもつように構成されていてもよい。

固定板４３０は、光源（未図示）から入射される光をよく透過させるように透明な材質で構成することができる。例えば、ポリカーボネート、ポリメチルメタアクリレート、アクリル、ポリプロフィレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルからなる群より選択される１種以上の重合体性物質である。他の例では、固定板４３０は、反射鏡として構成することもでき、フィルム４２０を固定する役割と共に、光学パイプ４００の終端に到達した光を反射する役割をもたせることもできる。この場合は、反射鏡として光反射度に優れた物質、例えば、アルミニウムや銀などの金属物質からなる被膜を備えていてもよい。反射鏡は、平面または球面反射鏡の形態とし得る。反射鏡が球面反射鏡で構成される場合、曲率が０．００１以下の凹面鏡が好ましい。

図５は、光パイプ４００の外へ光が出射される様相を説明するための光パイプの一部分に対する横断面図である。

光パイプ４００内に入力された光が、ベースパイプ４１０とパイプ内媒体またはフィルム４２０との屈折率の比によって決まる臨界角度θ以下の入射角を有していれば、周知のスネルの法則による全反射条件によって、パイプ外へ向かおうとしていた光は反射されてパイプ４００の内側に再び拘束され、実質的に光パイプ４００の長手方向に進行する。このとき、光パイプ４００の内部に充填されている媒体は空気なので、光はほとんど損失することなく光パイプ４００の内側を導波され得る。

本例の場合、臨界角度θ以下の入射角であっても、散乱パターン４２２に光が入射した場合は、散乱により一部が光パイプ４００の外へ出射され、一部は散乱パターン４２２で反射して光パイプ４００の内側へ再び進行する。

一方、臨界角度θを超えた入射角で入射した光は、フィルム４２０の散乱パターン４２２が形成されていない領域及びベースパイプ４１０を通して出射される。

光パイプ４００は、その内側に散乱パターン４２２が形成されたフィルム４２０を収納し、当該散乱パターン４２２によって光を散乱させることによって、より多くの光量を光パイプ４００の外へ出射することができる。従って、光パイプ４００から出射される光の照度が向上する。

散乱パターン４２２は、数が多いほど光を散乱させる可能性が高くなるので、当該散乱パターン４２２の数を調節することで、光パイプ４００の外へ出射される光の照度を調節することができる。図６（ａ）〜（ｃ）に、そのような散乱パターンの例を、フィルム平面図で示す。

図６（ａ）を参照すれば、フィルム４２０ａにプリントされた散乱パターン４２２ａは、いずれも一定の直径を有し、且つフィルム４２０ａの一端から他端へ行くほど散乱パターン４２２ａのピッチが狭くなるようにして密度を上げてある。このような散乱パターン４２２ａは、フィルム４２０ａの一面（表面又は裏面）または両面（表裏面）にプリントできる。当該散乱パターン４２２ａを形成したフィルム４２０ａは、ロールさせて第１側縁４２４と第２側縁４２６とを接着することでチューブ状とし、ベースパイプ４１０の内側に収納する。フィルム４２０ａがチューブ状になれば、各列の散乱パターン４２２ａは環状に配置されることになる。あるいは、フィルム４２０ａは、第１側縁４２４と第２側縁４２６とを接着せずにチューブ状としつつベースパイプ４１０内に収納することもできる。

この例のフィルム４２０ａでは、光源から離れるほど散乱パターン４２２ａのピッチを狭くして密にすることにより、光パイプ４００の長手方向に沿って光を均一に出射しようとする目的を達成することができる。

図６（ｂ）を参照すれば、フィルム４２０ｂにプリントされた散乱パターン４２２ｂは、一端から他端へかけてピッチは一定であるが、その表面積（本例の場合円の直径）が徐々に大きくなっている。散乱パターン４２２ｂの表面積が大きくなれば、光が散乱パターン４２２ｂに入射する確率が高くなるので、より光量が多くなり得る。

図６（ｃ）を参照すれば、フィルム４２０ｃにプリントされた散乱パターン４２２ｃは、一端から他端へ行くほどピッチが狭くなって密集し且つ直径が大きくなっている。すなわち、上記（ａ）及び（ｂ）の組み合わせであり、これによっても、放射光量の調節を行い得る。

図７Ａ〜Ｅは、光パイプの各種形状例を示した断面図である。

図７Ａを参照すれば、光パイプ５００Ａは、ベースパイプ５１０Ａの内面５１４Ａにプリズム形状が形成され且つ外面５１２Ａは実質的に平滑面となっている。そのプリズム形状は三角形（二等辺三角形、正三角形、不等辺三角形）、好ましくは、二等辺三角形とする。フィルム５２０Ａはチューブ状にしてベースパイプ５１０Ａ内に収納され、このフィルム５２０Ａの内面にのみ散乱パターン５２２Ａが形成されている。すなわち、散乱パターン５２２Ａを形成してあるフィルム５２０Ａの面が光パイプ５００Ａの中心の方へ向いている。

図７Ｂを参照すれば、光パイプ５００Ｂは、内面５１４Ｂにプリズム形状を形成したベースパイプ５１０Ｂの内側に、外面に散乱パターン５２２Ｂを形成したフィルム５２０Ｂがチューブ状にして収納されている。この例では、散乱パターン５２２Ｂを形成してあるフィルム５２０Ｂの面が光パイプ５００Ｂの外の方へ向いている。つまり、図７Ａの例とは反対向きである。

図７Ｃを参照すれば、光パイプ５００Ｃは、ベースパイプ５１０Ｃの内面５１４Ｃに線形プリズム形状が形成され且つ外面５１２Ｃは実質的に平滑な面となっている。そのプリズム形状は、三角形の頂点部分が磨耗した形状にしてある。当該磨耗面は、ベースパイプ５１０Ｃ内に収納されたフィルム５２０Ｃの曲率に対応するように構成することによって、フィルム５２０Ｃの着座性を良くし、より安定的にベースパイプ５１０Ｃの内部に収納しておくことができるようにする。本例のフィルム５２０Ｃの散乱パターンは、図７Ａの例と同様、内面側に設けてある。

図７Ｄを参照すれば、光パイプ５００Ｄは、ベースパイプ５１０Ｄの内面５１４Ｄに線形プリズム形状が形成され且つ外面５１２Ｄは実質的に平滑な面となっている。その内面５１４Ｄには、光パイプ５００Ｄの内側を進行する光を外へ出射するため、一つ以上の平滑面が出射部５１６として、ベースパイプ５００Ｄの長手方向に延設されている。出射部５１６は実質的に平滑面なので、線形プリズム形状をもつ内面５１４Ｄの他の領域に比べて、光をよりたくさん外へ出射させる。従って、ベースパイプ５１０Ｄにおいて出射部５１６を形成した特定領域からの出射光量を他より多くすることができ、光パイプ５００Ｄを特殊照明の用途として使用することができる。なお、光パイプ５００Ｄに許容される角度または直径範囲内で複数の出射部５１６を形成してもよい。

図７Ｅを参照すれば、光パイプ５００Ｅは、ベースパイプ５１０Ｅの内面５１４Ｅに線形プリズム形状が形成され且つ外面５１２Ｅは実質的に平滑な面となっており、その外面５１２Ｅに、多数の散乱パターンが形成されたフィルム５２０Ｅが配置される。その散乱パターンは、フィルム５２０Ｅの内外面のいずれか一方又は両方に形成可能である。

図８は図７ＡのＤ部分を拡大して示した図面である。プリズム形状間の三角溝の頂点角度αは、１８０゜未満で形成される。当角度αを鋭角にすれば、光パイプ５００Ａの内側を進行する光の全反射効果を向上させることができる。

図９（ａ）〜（ｄ）は、光パイプの各種形状例をさらに示した断面図である。

この例の光パイプ６００Ａ、６６０Ｂ、６００Ｃ、６００Ｄは、放出部材６４０Ａ、６４０Ｂ、６４０Ｃ、６４０Ｄを含んでいる。放出部材６４０Ａ、６４０Ｂ、６４０Ｃ、６４０Ｄは、光パイプ６００Ａ、６００Ｂ、６００C、６００Ｄの内側を進行する光を反射する手段である。従って、放出部材６４０Ａ、６４０Ｂ、６４０Ｃ、６４０Ｄを光パイプ６００Ａ、６００Ｂ、６００C、６００Ｄの所定領域に配置すれば、当該領域を介しての光放出は防止され、他の領域を介した光の放出量が増加する。このような放出部材６４０Ａ、６４０Ｂ、６４０Ｃ、６４０Ｄは、反射性が高い物質で構成され、例えば、樹脂表面にアルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）のように反射性に優れた金属物質をコートして得ることができる。

図９（ａ）及び図９（ｂ）の例で放出部材６４０Ａ、６４０Ｂは、ベースパイプ６１０Ａの外面６１２Ａ、ベースパイプ６１０Ｂの内面６１４Ｂにおける一部領域に配置される。図９（ｃ）及び図９（ｄ）の例で放出部材６４０Ｃ、６４０Ｄは、ベースパイプ６１０Ｃ、６１０Ｄ内に収納されたフィルム６２０Ｃ、６２０Ｄの内外面の一方又は両方における一部領域に配置される。

放出部材を配置する領域の大きさ及びその個数は、特定領域の光放出を防止して他の領域の放出光量を増加させようする目的に応じて、多様に選択することができる。

図１０は、散乱パターン付きフィルムを備えた光パイプと該フィルムを備えていない光パイプとで、出射光の照度を比較したグラフである。

折れ線Ｘは、散乱パターン５２２Ａを形成したフィルム５２０Ａを含む本発明の光パイプ５００Ａを使用して実験した場合の結果を示し、折れ線Ｙは、内面にプリズム形状をもつ光パイプを使用して実験した場合の結果を示す。

光パイプ５００Ａは、ベースパイプ５１０Ａ、散乱パターン５２２Ａ付きフィルム５２０Ａ及び反射鏡を含んで構成され、ベースパイプ５１０Ａは１０ｃｍの外径で、プリズム形状の内面５１４Ａをもち、１００ｃｍの長さ（軸方向）のアクリル材質で形成される。また、フィルム５２０Ａは、軸方向へ１００ｃｍの長さ、円周方向へ２９ｃｍの長さ、材質はポリカーボネートで形成され、チューブ状として光パイプ５００Ａ内に収納される。フィルム５２０Ａの内面には０．５ｍｍ〜２ｍｍの直径をもつ散乱パターン５２２Ａがそれぞれ１０７個ずつ形成されるように、白色インキがプリントされる。光源から遠くなるほど、大きな直径をもつ散乱パターン５２２Ａが選択され且つ散乱パターン５２２Ａの形成ピッチが密になるように構成してある。

対比用の光パイプは、１０ｃｍの外径で、プリズム形状の内面をもつ１００ｃｍの長さとしたアクリルの材質で構成されている。

光パイプの終端には反射鏡を固定し、光源としてメタルハライドを使用し、光パイプの基端（終端の反対側）から光を提供するようにした。

グラフの横軸は、光源を配置した光パイプの基端からの距離を示し、単位はｃｍである。縦軸は、光パイプから出射される光の照度を示し、単位はルクス（lux）である。

図１０に示されるように、光パイプ５００Ａによる出射光の照度が顕著に向上していることがわかる。すなわち、反射鏡及び散乱パターン５２２Ａが形成されたフィルム５２０Ａの影響によって、光パイプ５００Ａの照度は全体的に向上している。

図１１は、さらに別の実施形態に係る光パイプを示した分解斜視図である。

光パイプ７００は、ベースパイプ７１０及び円錐形の放出部材７２０を含んで構成されている。好ましくは、放出部材７２０の頂点をパイプ中心に支持する支持体７３０をさらに備えるのがよい。

ベースパイプ７１０は、内面７１４に、光パイプ７００の長手方向に沿って延び且つ互いに並列に形成された多数の線形プリズム形状を有している。そのプリズム形状断面は、三角形（二等辺三角形、正三角形、不等辺三角形）とすることができる。あるいは、三角形の頂点が磨耗した形状、即ち、台形としてもよい。ベースパイプ７１０の外面７１２は、実質的に平滑面とされている。ベースパイプ７１０の材質は、たとえば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、アクリル、ポリプロフィレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルからなる群より選択される１種以上の重合体性物質である。

円錐形の放出部材７２０は、ベースパイプ７１０内に挿入されて光を反射する素材である。放出部材７２０の長さ（円錐の高さ）は、ベースパイプ７１０の長さ以下とすることができる。放出部材７２０は、ＳＵＳ、Ｂｒａｓｓ、アルミニウム、ＰＥＴなどからなるシート上に銀（Ａｇ）を塗布し、長時間吸熱による熱劣化が発生したとしても変形を防ぐために、チタニウムコートして製作することができる。あるいは、放出部材７２０は、ＰＥＴのような合成樹脂からなるシートに光を散乱させるための気泡を分散させて製作することもできる。このように製作されたシートを円錐形にロールして放出部材７２０とし、ベースパイプ７１０内に挿入して使用することができる。

図１２は、光が出射される様相を説明するために示す、光パイプに対する横断面図である。

光源３６０から出射された光がベースパイプ７１０の内側に入射されると、ベースパイプ７１０とパイプ内媒体との屈折率の比によって決まる臨界角度θ以下の入射角を有していれば、周知のスネルの法則による全反射条件によって光は反射され、これにより、光パイプ７００の外へ向かおうとしていた光は光パイプ７００内に再び拘束され、実質的に光パイプ７００の長手方向へ進行する。このとき、光パイプ７００の内側に充填されている媒体は空気であるので、光はほとんど損失することなく光パイプ７００内を導波され得る。

拘束されて進行する光が放出部材７２０に当たると、放出部材７２０によって進行経路が変更される。これに伴い、光が臨界角度θより大きい角度でベースパイプ７１０に入射すると、当該光がベースパイプ７１０の外へ出射される。光源３６０が配置された光パイプ７００の一端から他端へ行くほど放出部材７２０が占める面積が広くなるので、光源３６０から遠くなるほど反射発生率が大きくなる。この反射によって、光源３６０から離れた位置でも出射光量が増加され得る。従って、光パイプ７００は長手方向に沿って全体的に光量が向上する。

反射にかかわらず、臨界角度θを超えた入射角で入射する光は、ベースパイプ７１０の外面７１２を通して出射されるので、光パイプ７００内に入力された光は、光パイプ７００の長手方向に伝送されつつ、一方では外へ出射される。

図１３（ａ）は図１１に示した支持体の正面図、図１３（ｂ）は支持体の別の例を示した正面図である。

図１３（ａ）を参照すれば、支持体７３０は、支持部７３２、桟部７３４及び枠部７３６を含んで構成される。支持部７３２は、円錐形の放出部材７２０の頂点部を嵌合させる部分で、桟部７３４及び枠部７３６は、支持部７３２を中心に配設し且つ放出部材７２０の荷重を分散させる。

図１１の例で支持体７３０は、放出部材７２０の頂点が位置するベースパイプ７１０の端部に結合する。別の例で、放出部材７２０の長さ（高さ）がベースパイプ７１０の長さより短いときには、支持体７３０を、ベースパイプ７１０の内側に挿入配置して放出部材７２０の頂点を支持させる。支持体７３０は、光源３６０から出射された光の進行を妨害しないように透明な材質で構成することが好ましく、薄く加工された金属材質で構成することができる。

図１３（ｂ）を参照すれば、円板状にした支持体８３０の例が示してあり、その円板中心に開口８３２が形成されている。円錐形の放出部材７２０の頂点部はその開口８３２に嵌合されて、当該放出部材７２０がベースパイプ７１０内に収納される。この支持体８３０は、光をよく透過させる材質、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、アクリル、ポリプロフィレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルで構成される。支持体８３０は、ベースパイプ７１０の端部またはその内側に固定することができる。ベースパイプ７１０内に固定する場合、支持体８３０の円板周縁部分について、ベースパイプ７１０のプリズム形状形成内面に対応する形状に加工したものとすることができる。

支持体７３０、８３０の形状は上記に限定されるものではなく、放出部材７２０を支持してベースパイプ７１０の内側に位置決めし、光の進行の極力妨げないようにした構成であればよい。

図１４は、光パイプのさらに別の実施形態を示した分解斜視図である。この光パイプ９１０は、ベースパイプ９２０及び円錐形の放出部材９３０を含んで構成されている。

ベースパイプ９２０の内面９２４は、光パイプ９１０の長手方向に沿って延び且つ互いに並列に形成された多数の線形プリズム形状を有している。また、外面９２２は、実質的に平滑な面として構成され且つ多数の拡散バンプ９２６が設けられている。拡散バンプ９２６は、光パイプ９１０の一端から他端へ行くほど密集するように配置されていてもよい。

図１５は、光パイプのまた別の実施形態を示した分解斜視図である。この光パイプ９４０は、ベースパイプ９５０及び円錐形の放出部材９６０を含んで構成されている。

ベースパイプ９５０の内面９５４は、光パイプ９４０の長手方向に沿って延び且つ互いに並列に形成された多数の線形プリズム形状を有している。また、当該内面９５４の少なくとも一箇所の一部領域には、光パイプ９４０内を伝わる光を放出するための出射部９５６が形成される。ベースパイプ９５０の外面９５２は、実質的に平滑な面として構成される。

図１６（ａ）及び（ｂ）は、光パイプのさらに別の実施形態を示した分解斜視図である。

この光パイプ９７０Ａ、９７０Ｂは、ベースパイプ９８０Ａ、９８０Ｂ、円錐形の放出部材９９０Ａ、９９０Ｂ、そして、散乱パターン９８８Ａ、９８８Ｂを形成したフィルム９８６Ａ、９８６Ｂを含んで構成されている。

ベースパイプ９８０Ａ、９８０Ｂの内面９８４Ａ、９８４Ｂは、光パイプ９７０Ａ、９７０Ｂの長手方向に沿って延び且つ互いに並列に形成された多数の線形プリズム形状を有し、外面９８２Ａ、９８２Ｂは、実質的に平滑な面として構成される。散乱パターン９８８Ａ、９８８Ｂは、フィルム９８６Ａ、９８６Ｂの内外（表裏）面の一方又は両方に形成することができる。

図１６（ａ）で、散乱パターン９８８Ａを形成したフィルム９８６Ａはベースパイプ９８０Ａの内側に配置され、図１６（ｂ）で、散乱パターン９８８Ｂを形成したフィルム９８６Ｂはベースパイプ９８０Ｂの外側に配置される。

本発明の光パイプは、光の反射または屈折を用いて光を遠くまで輝度を高く保ち均一に出射させることができる長所がある。また、本発明の光パイプは、出射光の照度を向上させることが出来る長所がある。

以上説明した実施形態は例示の目的のために開示されたものであり、本発明に対する通常の知識を有した当業者であれば、本発明の思想と範囲内で様々な修正、変更、付加が可能である。従って、このような修正、変更及び付加は本発明の特許請求の範囲に属するものである。

（ａ）は、光パイプにおける光の伝送及び反射を説明するために光学ライティングフィルムの一部分を示した断面図、（ｂ）は、同斜視図。 本発明の実施形態に係る光パイプを示した斜視図。 （ａ）は、本発明の実施形態に係る光パイプを図示した斜視図、（ｂ）は、（ａ）中の断面線Ａ−Ａで見た断面図、（ｃ）は、（ｂ）中のＣ部分を拡大して示した図、（ｄ）は、（ａ）中の断面線Ｂ−Ｂで見た断面図で示す光の進行例。 本発明の実施形態に係る光パイプを示した斜視図。 図４の光パイプにおける光の進行例を説明する断面図。 散乱パターンの例を示すフィルムの平面図。 本発明の実施形態に係る光パイプを示した断面図。 本発明の実施形態に係る光パイプを示した断面図。 本発明の実施形態に係る光パイプを示した断面図。 本発明の実施形態に係る光パイプを示した断面図。 本発明の実施形態に係る光パイプを示した断面図。 図７Ａ中のＤ部分を拡大して示した図。 本発明の実施形態に係る光パイプを示した断面図。 光パイプ出射光の光源距離による照度を散乱パターン付きフィルムの有無で比較したグラフ。 本発明の実施形態に係る光パイプを示した分解斜視図。 図１１の光パイプにおける光の進行例を説明する断面図。 支持体の例を示した正面図。 本発明の実施形態に係る光パイプを示した分解斜視図。 本発明の実施形態に係る光パイプを示した分解斜視図。 本発明の実施形態に係る光パイプを示した分解斜視図。

符号の説明

２００Ａ、２００Ｂ 光パイプ
２２０ ベースパイプ
２２２ 外面
２２４ 内面
２３０Ａ、２３０Ｂ 拡散バンプ

Claims (21)

1. 内面にプリズム形状を形成すると共に外面を平滑面とした中空のベースパイプを含んで構成され、
   当該ベースパイプ外面に、多数の拡散バンプを配置したことを特徴とする光パイプ。
2. 前記ベースパイプ内面のプリズム形状が、該ベースパイプの長手方向に沿って延び且つ互いに並列に形成された線形プリズム形状であることを特徴とする請求項１に記載の光パイプ。
3. 前記プリズム形状は、断面が三角形であることを特徴とする請求項２に記載の光パイプ。
4. 前記ベースパイプ内を進行する光を放出するために一つ以上の出射部が前記ベースパイプ内面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光パイプ。
5. 前記拡散バンプが、前記ベースパイプの一端から他端へ行くほど密集するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光パイプ。
6. 内面にプリズム形状を形成すると共に外面を平滑面とした中空のベースパイプを含んで構成され、
   当該ベースパイプの内側又は外側に、少なくとも内外面のいずれか一方に散乱パターンを形成したフィルムを配置したことを特徴とする光パイプ。
7. 前記ベースパイプ内面のプリズム形状が、該ベースパイプの長手方向に沿って延び且つ互いに並列に形成された線形プリズム形状であることを特徴とする請求項６に記載の光パイプ。
8. 前記プリズム形状は、断面が三角形であることを特徴とする請求項７に記載の光パイプ。
9. 前記ベースパイプ内を進行する光を放出するために一つ以上の出射部が前記ベースパイプ内面に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の光パイプ。
10. 前記散乱パターンは、前記ベースパイプの一端から他端へ行くほど表面積が大きくなることを特徴とする請求項６に記載の光パイプ。
11. 前記散乱パターンは、前記ベースパイプの一端から他端へ行くほど密集することを特徴とする請求項６に記載の光パイプ。
12. 前記フィルムを前記ベースパイプ内に収納した状態で固定すると共に反射鏡の役割を担う固定板を、前記ベースパイプの端部に設けてあることを特徴とする請求項６に記載の光パイプ。
13. 前記ベースパイプは、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、アクリル、ポリプロフィレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルからなる群より選択される１種以上の重合体性物質で構成されることを特徴とする請求項６に記載の光パイプ。
14. 前記フィルムの内面に前記散乱パターンが形成されていることを特徴とする請求項６に記載の光パイプ。
15. 前記フィルムの外面に前記散乱パターンが形成されていることを特徴とする請求項６に記載の光パイプ。
16. 内面にプリズム形状を形成すると共に外面を平滑面とした中空のベースパイプを含んで構成され、
    当該ベースパイプ内に、円錐形の放出部材を配置したことを特徴とする光パイプ。
17. 前記放出部材の頂点部を支持する支持体を有することを特徴とする請求項１６に記載の光パイプ。
18. 前記ベースパイプ内面のプリズム形状が、該ベースパイプの長手方向に沿って延び且つ互いに並列に形成された線形プリズム形状であることを特徴とする請求項１６に記載の光パイプ。
19. 前記ベースパイプ外面に、多数の拡散バンプを配置してあることを特徴とする請求項１６に記載の光パイプ。
20. 前記ベースパイプ内を進行する光を放出するために一つ以上の出射部が前記ベースパイプ内面に形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の光パイプ。
21. 前記ベースパイプの内側又は外側に、少なくとも内外面のいずれか一方に散乱パターンを形成したフィルムを配置してあることを特徴とする請求項１６に記載の光パイプ。

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