JP3032016B2 - 拡散光線のための中空ライト・ガイド組立体 - Google Patents
拡散光線のための中空ライト・ガイド組立体Info
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- G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は大きな拡散光線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
拡散光線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。
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
拡散光線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。
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（Prismati
c 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。
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（Prismati
c 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。
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 applica
tion）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 l
ighting applications）では、高周波誘導蛍光灯（Radi
o 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。
tion）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 l
ighting applications）では、高周波誘導蛍光灯（Radi
o 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。
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
・ガイド組立体を提供する。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（Octature 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。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１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。
・ガイド組立体を提供する。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（Octature 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。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１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。
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。
・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。
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。
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。
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 collimate
d light source）を有するプリズム・ライト・ガイドの
縦断面図である。
d 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。
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。
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。
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。
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 internal 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。
射領域（Non−total internal 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 ４ 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。
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θｃ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。
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θｃ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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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≒t
anθｃになる。この漸近線の傾きは0.605であり、同傾
きはθｃ＝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。
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≒t
anθｃになる。この漸近線の傾きは0.605であり、同傾
きはθｃ＝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（Prismati
c 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。
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（Prismati
c 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。
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（Diffuse 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。
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（Diffuse 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32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。
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32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。
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.全てに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。
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.全てに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 line
s 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。
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 line
s 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。
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。
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 surf
ace 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。
ace 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−253102（ＪＰ，Ａ) 特表 平７−507417（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開372272（ＥＰ，Ａ １) 欧州特許出願公開513713（ＥＰ，Ａ ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/00 F21V 8/00
Claims (6)
- 【請求項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（44,46）、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）壁の内面及び外面の少なくとも一方の任意の表
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（32,4
8）の内部に配置された中空、かつ透明な内側カバー（2
2,30,52）と、前記内側カバー（22,30,52）は光源（2
8）から放射される大半の光線を同内側カバー（22,30,5
2）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（2
2,30,52）の対称軸がライト・ガイドの光学中心線（5
0）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。 - 【請求項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・ガイド組立体。 - 【請求項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・ガイド組立体。 - 【請求項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
・ガイド組立体。 - 【請求項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・ガイド組立体。 - 【請求項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
・ガイド組立体。
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| US08/333,340 US5481637A (en) | 1994-11-02 | 1994-11-02 | Hollow light guide for diffuse light |
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| US08/333,340 | 1994-11-02 | ||
| PCT/CA1995/000613 WO1996014597A1 (en) | 1994-11-02 | 1995-10-27 | Hollow light guide for diffuse light |
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|---|---|---|---|
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Country Status (7)
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| EP (1) | EP0789854B1 (ja) |
| JP (1) | JP3032016B2 (ja) |
| CA (1) | CA2200441C (ja) |
| DE (1) | DE69507503T2 (ja) |
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| WO (1) | WO1996014597A1 (ja) |
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