(57)【要約】【課題】複数の色相や彩度の異なる光を均一に混合・配光する。【解決手段】ＲＧＢの３色のＬＥＤに透明アクリルの回転台形形状の内部に同底面形状の２個の円錐の底面を合わせた形状の空洞をつくり、平行な入射光が反射面で反射するとき最終の反射の入射角が正の値であるような角度と斜面長さであるように構成することで、焦点を持たず、しかも放射光が入射光の角度情報を直接反映しないため、非結像であり均一に色や光沢を混合できる。また、最小の反射回数で均一な配光が実現するため、減衰が少ない。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源よりも放射方向前方の断面の稜線形状が互いに６０度未満の角度で開いた反射面で構成され、平行な入射光が両反射面で反射して最終反射の入射角が正の値になる反射点で先端部を切り落とした先細切頭形状であることを特徴とする非結像型のライトガイドまたは光混合器とその照明器具。
【請求項２】
切頭形の切断面の径または光源のサイズ以上の径の底面を有する２個の先細形の底面を合わせた形状の反射鏡を切頭形状の内部に設けたことを特徴とする請求項１に記載の非結像型のライトガイドまたは光混合器とその照明器具。
【請求項３】
反射面に複数の色や光沢を配したことを特徴とする請求項１または２に記載の非結像型のライトガイドまたは光混合器とその照明器具。
【請求項４】
プリズム部の臨界角が４５度以下の非結像型のライトガイドまたは光混合器において、光の媒質の臨界角をαとし、壁面がなす角度を２θとするとき錐部の縦断面における壁面の角度（２θｖ）のθｖの値が３０度にα／３を加えた角度未満であって、錐形状の横断面形状が多角形で、該多角形の辺と辺がなす角度を２θｈとするときθｈの値が３０度にα／３を加えた角度以上で、９０度からαを引いた値以下の範囲の角度であることを特徴とする請求項１、２または３に記載の非結像型のライトガイドまたは光混合器とその照明器具。
【請求項５】
プリズム部の錐部の一部に光を取り入れる入射窓を設けた臨界角が４５度以下の非結像型のライトガイドまたは光混合器において、錐部の二反射面のなす角度を２θとするとき、θを４５度としたことを特徴とする請求項１、２または３に記載の非結像型のライトガイドまたは光混合器とその照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  照明の光や色や光沢を均一に混合及び／または配光する技術。
【背景技術】
【０００２】  凹面鏡とレンズを用いた液晶プロジェクターやリフレクタ型照明器具がある。また、内部での全反射で配光する液晶表示装置のバックライトがある。更にＵ字型反射器に３色のＬＥＤを設けたマルチカラーＬＥＤ照明器具がある。また、特許文献１では反射鏡で囲まれた光源収容部に複数の光源を設けて一方の光源が他の光源の光を遮蔽するような位置に遮蔽開口部を設けて混合光を放射する。【０００３】
【特許文献１】特表２００７−５３３０９２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  ＬＥＤ等の光を混合するための簡易で均一に混合する手段が求められている。従来、白色光を作る際にＲＧＢ等複数色を混合する必要があるが、均一な混合と配光が困難なため紫外光ＬＥＤと蛍光物質で白色光を作っている。しかしこの方法では、色相や彩度などの変更をすることはできないため、複数色のＬＥＤ光を均一に混合して配光する手段が求められていた。更に単にＵ字型反射器に複数のＬＥＤを設けるのみのマルチカラーＬＥＤ照明器具では、均一な混色が不十分である。また、特許文献１の手段では、均一な混色効果はあるが反射面の面積に対する開口面積が小さく、反射面での反射回数が多いため反射面で光の減衰が大きい。このため、できるだけ反射回数を減らして効率の良い混色または配光の手段が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  第一の手段は、光源よりも放射方向前方の断面の稜線形状が互いに６０度未満の角度で開いた反射面で構成され、平行な入射光が両反射面で反射して最終反射の入射角が正の値になる反射点で先端部を切り落とした先細切頭形状であることを特徴とする非結像型のライトガイドまたは光混合器とその照明器具。【０００６】  図１は、図１は本発明の一例を説明する説明図である。ａ〜ｋは説明図の座標を表す点である。Ｄ０は側壁の開口半径、Ｄ１は二回目反射点の半径、Ｄ２は三回目反射点の半径、Ｌ０は側壁の全長、Ｌ１は二回目反射点までの長さ、Ｌ２は三回目反射点までの長さ、θは壁面の角度、αは臨界角、Ｓ０はＤ０の開口面積、Ｓ１はＤ１の面積、Ｓ２はＤ２の面積、Ｒ１はｆｄ部を鏡とした時の非鏡部分の割合、Ｒ２はｃｄ部を鏡とした時の非鏡部分の割合、１０１は容器側壁１、１０２は容器側壁２である。入射光の第一反射点ａで反射した反射光は第二反射点ｆで再度反射して第三反射点ｃ及び第四、第五の反射点を経て入射口側に再帰する。この時、第四反射点では入射角が負の値となり進行方向が入射面方向へと逆方向に転換する。この転換反射点の手前の反射点（この場合ｃ）で切断した切頭形状とすることで入射光を集光したり均一に混合したりすることができる。この角度と長さ及び半径の関係は数１に記載の関係となる。表１は図１上のθを変化させた時の各要素の数値である。反射器の水平方向の長さをＬｇとし、第二反射点を切断部とする形状のものをＬｇ１、第三反射点で切断したものをＬｇ２〜Ｌｇｎとすると、短いと混色が十分ではなく、長すぎると平行光が再帰反射する。もちろんＬｇｎはＬ０からＬｎを引いた値以下であっても良いが、そのような理由で数２の関係の時が最も効率が良い。θは実用上１０度以上が望ましいが０度を超えた値でもよい。先細形状の一例では、稜線が直線の錐形があり、底面形状は円及び多角形で構成されることが望ましい。【０００７】
【数１】
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【０００８】
【数２】
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【０００９】
【表１】
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【００１０】  第二の手段は、切頭形の切断面の径または光源のサイズ以上の径の底面を有する２個の先細形の底面を合わせた形状の反射鏡を第一の手段の先細切頭形状の内部に設けたことを特徴とする非結像型の光混合器とその照明器具。【００１１】  本手段では、入射面からの光源の入射光を遮蔽すると同時に、内部で反射させて放射面方向へ反射させて放射できるため、光源光を直接放射面に放射させることなく均一に集光、混合することができる。内部に設ける反射面の先細形状の一例では、稜線が直線の錐形があり、底面形状は円及び多角形で構成されることが望ましい。光源の眩しさをなくし、光源の遮蔽部が暗くなるようなこともなく放射面全体が均一に光るため均一な配光が可能となる。【００１２】  第三の手段は、反射面に複数の色や光沢を第一、または第二の手段に配したことを特徴とする非結像型のライトガイドまたは光混合器とその照明器具。【００１３】  本手段では、反射面の色と光沢が反射面で混色されるため、均一な混合が可能となる。【００１４】  第四の手段は、プリズム部の臨界角が４５度以下の非結像型のライトガイドまたは光混合器において、光の媒質の臨界角をαとし、壁面がなす角度を２θとするとき錐部の縦断面における壁面の角度（２θｖ）のθｖの値が３０度にα／３を加えた角度未満であって、錐形状の横断面形状が多角形で、該多角形の辺と辺がなす角度を２θｈとするときθｈの値が３０度にα／３を加えた角度以上で、９０度からαを引いた値以下の範囲の角度であることを特徴とする非結像型のライトガイドまたは光混合器とその照明器具。【００１５】  本手段の一例では、錐部角度が６０度の多角錐で、六角錐形状は、絶対屈折率（ｎ０）が２以上の媒質を用いる場合に望ましい。五角錐形状は、ｎ０が１．７０２以上の媒質、同じく四角錐形状では、ｎ０が１．４１５以上の媒質、また、正四面体（正三角錐）の場合は臨界角４５度以下の媒質であれば制限はない。このように構成することで、上面の観察面からの反射光が全反射しなくなる位置の壁面からの入射光を対向する壁面で全反射させて観察面方向へ放射させることができ、下部からの色や光を均一に、光の抜けによる減衰を最小にして混ぜることが可能となる。【００１６】  第十六の手段は、プリズム部の錐部の一部に光を取り入れる入射窓を設けた臨界角が４５度以下の非結像型のライトガイドまたは光混合器において、錐部の二反射面のなす角度を２θとするとき、θを４５度としたことを特徴とする非結像型のライトガイドまたは光混合器とその照明器具。【００１７】  錐部の一部に光を取り入れる入射窓を設けた場合、入射窓からの観察面に平行な光の錐部壁面への入射角が臨界角以上となるように構成する場合、観察面への再帰反射条件、即ち、光の媒質の臨界角をαとし、辺と辺がなす角度を２θとするときθの値が３０度にα／３を加えた角度以上で、９０度からαを引いた値以下の範囲の角度であり、入射窓からの入射光が全反射する条件である、９０度からαを引いた値以上の両方の条件を同時に満たすθの値は４５度である。即ち錐部の辺がなす角は９０度である。観察面からの入射光を再起全反射するとともに、入射窓付近の光源からの光を全反射して観察面に混合することができ��。照明を点灯したときは光源の光を観察面に効率良く放射し、消灯したときも観察面からの光を全反射させて美しく輝く。
【発明の効果】
【００１８】  本発明によれば、光源光の反射面への入射角が反射回数の増加とともに減少または増加して光源と反対側に放射され焦点をもたず結像させることが無いため光を均一に混合・配光することができる。また、第二の手段によれば、内部に前述の反射鏡を設けることで光源からの直接光を遮蔽するとともに均一に混合して放射面に放出することで、放射面全体が均一な色と明るさで光ることで、より均一な混合及び配光を実現できる。また、第三の手段によれば、反射面の色や光沢をもった光を演出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】  本発明の詳細を下記実施例の中で説明する。図１、表１、表２、数１及び数２は下記実施例に共通して原理説明のため使用する。表２は材質とその屈折率及び臨界角を表した表である。【００２０】
【表２】
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【実施例１】
【００２１】  本実施例は本発明の一例である。図２はＲＧＢの３ＬＥＤの光を混色する光るオブジェに応用した一例である。２０１は緑色ＬＥＤ、２０２は入射面、２０３は集光器、２０４は放射面、２０５は青色ＬＥＤ、２０６は赤色ＬＥＤである。【００２２】  集光器（２０３）を面状に配置し、ＲＧＢのＬＥＤ（２０１、２０５、２０６）をＬＥＤ用制御回路で調光して好みの色の光線を放射させる。集光器（２０３）は数１、数２、表１の角度とサイズ比で、３色の光はそれぞれの集光器（２０３）の入射面（２０２）に入射し非結像型集光鏡によって均一に混色されて放射される。放射面面積が入射面の面積よりも小さいため輝度が増幅されて放射面がより明るく光る。放射面には０〜多数回反射した光が放射される。数１のように反射回数が増加するとθも増加する（入射角は減少する）。従って、放射面からは、放射面に平行な光から垂直な光まで放射されるため集光器がライトガイドとなり、散乱光のようにキラメキのような視覚効果が得られる。また、ＬＥＤは１個でも良く、集光器はガラスやアクリルの周囲を鏡面処理したプリズムでもよい。
【実施例２】
【００２３】  図３は色や光沢などの質感を混合した照明光を提供するための器具に応用した一例である。３０１は白色光源、３０２は銅箔、３０３は銀箔、３０４は緑色箔、３０５は放射器、３０６は円錐反射鏡１、３０７は円錐反射鏡２、３０８は集光器である。【００２４】  集光器（３０８）は、数１、数２、表１の角度とサイズ比で、白色光源（３０１）から出た光は３色の金属箔（３０２、３０３、３０４）で反射し放射器（３０５）に入射する放射器（３０５）では、入射面に平行な光を一旦広がり方向に反射させる。円錐反射鏡（３０６、３０７）は光源からの直接光を遮蔽すると同時に３０６で再度反射面との入射角が正の範囲で絞ることでより均一な混合色を得る。更に３０７で放射面方向に反射され、放射面全体が均一に光ることで３種の金属箔の色と光沢を混合した光を照明に使用することができる。
【実施例３】
【００２５】  図４は、複数色のＬＥＤ素子をセットにしたカラーまたは白色ユニットに応用した一例である。４０１は青色ＬＥＤ、４０２は赤色ＬＥＤ、４０３は放射面、４０４は円錐反射面１、４０５は集光器、４０６は円錐反射面２、４０７は緑色ＬＥＤである。【００２６】  本実施例では回転台形形状の集光器（４０５）内面を鏡面とし、内部に円錐反射面（４０４、４０６）を設けたものである。円錐反射面２（４０６）の底面になす角度と円錐反射面１（４０４）までの高さは表１のθとＬｇの関係である。集光器（４０５）をアクリルで構成する場合は、内部円錐は空洞とし、入射面からの平行光に対して反射面角度を表２の最小θと最大θの範囲にすることで光源からの直接光を内部で全反射して均一な混合が可能となる。従来の複数のＬＥＤを混色する白色ＬＥＤは均一な混色が困難であったが本実施例の構成でコンパクトなパッケージで均一な混色による綺麗な白色光を得ることができる。
【実施例４】
【００２７】  図５は、放射面が金箔色に輝く装飾品を兼ねた照明器具に応用した一例である。５０１は高屈折率光学ガラス、５０２は金箔で形成された鏡面、５０３は集光器、５０４は遮蔽反射部、５０５は白色ＬＥＤ、５０６は入射窓である。【００２８】  本実施例は、上記実施例３の手段と放射部にガラスを埋め込んだものである。集光器（５０３）はガラスで構成され、錐部角度６０度の円錐形の放射用ガラス（５０１）を嵌合する円錐形の凹部を設け、壁面上部に金箔（５０２）を貼付した構成で、凹部の最下部は金箔の貼付が無く入射窓（５０６）を形成している。放射用ガラス（５０１）の埋め込み位置は、表１のＬ１より全長の５０％位置であり、それより上部は放射面からの平行な入射光及び放射光は全反射する。また、それより下部からの入射光は放射面に放射される。光源（５０５）からの反射光は入射窓（５０６）に入射して金箔面（５０２）で反射して上部の放射面へと反射する。遮蔽反射部は空洞で構成され、表２の反射条件を満たし、下部からの平行光を全反射して放射面から光源を遮蔽する。
【実施例５】
【００２９】  図６は、放射面が金箔色に輝く大きな模造宝石の装飾品を兼ねた照明器具に応用した一例である。６０１はブリリアントカットされたキュービックジルコニア（ＣＺ）、６０２は金箔で形成された鏡面、６０３は円錐反射部１、６０４は遮蔽反射部、６０５は円錐反射部２、６０６は白色ＬＥＤ、６０７は集光器、６０８は入射面である。【００３０】  本実施例は、前述実施例５の集光器形状を円筒形にしたものである。円筒形集光器（６０７）はガラス製で、上部を除いて全て内面に反射するようにその外壁面に金箔が透明な接着剤で貼られている。内部円錐反射部（６０３、６０５）は表２の条件の空洞で構成されている。上下円錐反射部の円形の共有底面部に下方向に向けて鏡（６０４）が設けられ、鏡（６０４）に下向きに光源（６０６）が取り付けられている。光源からの光は空洞部が空気であるため、境界面からガラスの集光器に入射して集光器底面の鏡面で反射して最終的には６０８の入射面からＣＺ内に入射し、ＣＺの放射面から放射される。この時、空洞の斜面と円筒内面の反射で反射回数を必要最小限に抑えて減衰を低減させ十分な混合による均一な配光が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】  光混合器、色、光沢の混合、ＬＥＤの光混合による白色発光ユニット、色相を変化させる照明器具、照明の付いた装飾品。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の原理を説明するための説明図である。
【図２】本発明の一例で、実施例１を説明するための斜視説明図である。
【図３】本発明の一例で、実施例２を説明するための側面断面説明図である。
【図４】本発明の一例で、実施例３を説明するための斜視説明図である。
【図５】本発明の一例で、実施例４を説明するための斜視説明図である。
【図６】本発明の一例で、実施例５を説明するための斜視説明図である。
【符号の説明】
【００３３】ａ〜ｋ  説明図の座標を表す点
Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄｎ  反射点の半径
Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌｎ  反射点までの長さ
Ｌｇ１、Ｌｇ２、Ｌｇ３、Ｌｇ４、Ｌｇ５、Ｌｇｎ  機器長さ
θ、θｈ、θｖ  鏡面の角度
α  臨界角
ｎ０  絶対屈折率
Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３  Ｄ０〜３の面積
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３  非鏡部分の割合
１０１、１０２  反射面
２０１、２０５、２０６、４０１、４０２、４０７、５０５、６０６  ＬＥＤ
２０２、６０８  入射面
２０３、３０８、４０５、５０３、６０７  集光器
２０４、４０３  放射面
３０１  白色光源
３０２、３０３、３０４、５０２、６０２  金属箔
３０５  放射器
３０６、３０７  円錐反射鏡
４０４、４０６、６０３、６０５  円錐反射面
５０１  高屈折率光学ガラス
６０１  キュービックジルコニア
５０４、６０４  遮蔽反射部
５０６  入射窓
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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