(57)【要約】  照明ユニットは、内面（３）及び外面（５）を有する光学部材（１）を備えている。光学部材（１）の内面（３）は、入射してきた平行光線を受け、外面（５）は、照明ユニットの外表面を構成している。光学部材（１）は、外面（５）の所定パターンにおける対応の複数ポイントに光線（１０）を集光させるように配置された複数のフルネルレンズ又は回折レンズを有する。光学部材（１）の外面（５）には、実質上不透明なマスク（７）が設けられ、このマスクは、光を発散させるように、所定パターンに対応する複数のポイントに複数の孔を形成させている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面と外面とを有する光学部材を含む照明ユニットであって、光学部材の内面は、入射光を受けるために設けられ、外面は照明ユニットの外面を構成しており、前記光学部材は、所定パターンにおける対応の複数ポイントに光線を集光させるように配置された複数のフルネルレンズ部材又は回折レンズ部材を有し、光学部材の外面に実質上不透明なマスクが設けられており、このマスクは、光線が通過して発散するように所定パターンに対応する複数ポイントに複数の孔を図案化していることを特徴とする照明ユニット。
【請求項２】
前記光学部材における各レンズ部材は、入射光が所定の方向で対応の孔を通過するよう該入射光を集光及び／又は指向することを特徴とする請求項１に記載の照明ユニット。
【請求項３】
更に光源を有しており、光学部材の内面は、光源に向かって配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明ユニット。
【請求項４】
前記光源は、白熱光源及び放物線状の反射器を有し、放物線状の反射器から反射された光が平行化されるように前記反射器は、光学部材の対向側に位置されていることを特徴とする請求項３に記載の照明ユニット。
【請求項５】
前記光源は発光ダイオード（ＬＥＤ）を有することを特徴とする請求項３に記載の照明ユニット。
【請求項６】
前記光源は、配列されている複数のＬＥＤを有し、各ＬＥＤは、１個以上のレンズ部材へ光を指向させることを特徴とする請求項５に記載の照明ユニット。
【請求項７】
前記又は各ＬＥＤは、関連のコリメータレンズを有して平行光を射出することを特徴とする請求項５又は６に記載の照明ユニット。
【請求項８】
前記光学部材の各レンズ部材は、光源に対するレンズ部材の位置に基づいて適応処理されることで、光源から直接射出された光又は反射されてきた光が、所定の方向でマスクにおける対応の孔を通過するように各レンズによって集光されることを特徴とする請求項３乃至７の何れか一項に記載の照明ユニット。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の照明ユニットを含む製品であって、実質上不透明なマスクは、照明ユニットが照明されていないとき周辺物品の表面との調和又は対比が得られるように適応処理されていることを特徴とする製品。
【請求項１０】
実質上不透明なマスクは、周辺物品の仕上げ表面と同様な仕上げ表面を有することで、照明ユニットは照明されていないとき実質上隠れていることを特徴とする請求項９に記載の製品。
【請求項１１】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の照明ユニットに用いる光学部材。
【請求項１２】
前記光学部材がプラスチック材料から構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の光学部材。
【請求項１３】
光が入射されるとき不透明なマスクの各孔から射出された光が色づけられるように前記光学部材が染められていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の光学部材。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３の何れか１項に記載の光学部材を形成する方法であって、
配列されている複数のフルネルレンズ又は回折レンズを成型するための金型を提供することと、
プラスチック材料の光学部材を成型することと、
プラスチック成型部材の第一外面に実質上不透明なマスクを形成することと、
を含み、
前記不透明なマスクは、所定パターンに対応する複数のポイントに複数の孔を形成していることを特徴とする方法。
【請求項１５】
実質上不透明なマスクを形成するステップは、成型ラベリング、インク転載装飾、パッド印刷、スクリーン印刷、ハードコーティング塗布、又はスプレイ塗装によって行われることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
不透明なマスクは、プラスチック成型部材の外面に実質上均一な不透明なマスクを装着し、このマスクを取り除くことによって形成されて、所定パターンに対応する複数のポイントに前記複数の孔を定めることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記取り除く工程は、エッチング又は切除によって行われることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明システムに関し、特に、室内および室外の照明に用いられ、製品設計に取り込まれる新規な照明ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の室内設計、建築及び製品設計に取り込まれる照明システムの外観は、益々重要になっている。例えば、埋め込み型照明システムが開発されており、これはキッチン等の照明応用箇所に用いられ、白熱灯の電球が隠されるので直接見えなくて済むようになっている。一方、埋め込み型照明器具から射出された光線は、従来の白熱灯電球を使っているため、制御又は形状設計は、困難となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の発明者は、現代の室内および室外の照明設計及び製品設計に取り込むことができ、光線への光学上制御を可能にすることで発散光線に対する形状設計及び指向が所要に図れる照明システム又はユニットを提供している。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第一形態によれば、照明ユニットは、内面と外面とを有する光学部材を備え、この光学部材の内面は、好ましくは平行光線の入射光を受光するために光学的に接続されており、その外面は、照明ユニットの外表面を構成している。更に、前記光学部材は、その外面又は外面近傍の所定パターンにある対応の複数ポイントに光線を集光させるように配置された複数のフルネルレンズ又は回折レンズを備えている。光学部材の外面には、光を発散させるように、前記所定パターンに対応する複数のポイントに複数の開口を有する実質上不透明なマスクが設けられている。
【０００５】
従って、本発明の照明ユニットは、実質上不透明な外観を有しており、その外部仕上げの色、構造及び他の特性は、照明ユニットが取り込まれる製品又は周囲の表面に協調することが可能となっている。
【０００６】
例えば、所要の外観を提供するために、実質上不透明なマスクに対して色づけ或いは図案づけを行うことによって、光学部材・照明ユニットの外面仕上げは、光学部材の内面に入射する光がないとき、周辺環境に調和することができる。このように、照明ユニットが消灯しているとき、その可視外面は、周辺物品或いはデザインに調和することが可能となり、点灯しているとき、制御された高い効率の光線を射出して、視覚上魅力的で技術上有用な効果が得られる。
【０００７】
前記照明ユニットは、室内又は室外の照明に用いることができ、例えば、壁及び天井パネルに取り込むことが可能なので、壁タイルはライトアップしてキッチンを照明することができる。また、前記照明ユニットは、例えば車両の設計にも応用可能なので、照明ユニットが取り込まれ輪郭のある外部本体パネル又は内装に調和可能となっている。
そして、光学部材は色づけることができるので、照明ユニットの各孔から射出された光が色づきとなっている。
【０００８】
実施例として、各レンズ部材はフルネルレンズである。この実施例では、平行光が内部表面に入射したとき光学部材が最も効率よく働くようになる。好ましくは、各レンズは、実質上垂直な入射光がマスクにおける対応の孔を通過するように入射光を集光させる。
【０００９】
好ましい実施例として、前記照明ユニットは、一つの光源を有しており、光学部材の内面は、この光源に向かって露出されている。一つの実施例としては、この光源は白熱光源であり、光学部材の対向側に反射器を有している。好ましくは、この反射器は、反射光が平行化されるように放物線状のものである。
【００１０】
他の実施例として、前記光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を有しており、好ましくは、ＬＥＤの配列から構成されている。好ましくは、前記或いは各ＬＥＤは、平行光を提供するようにコリメータレンズを有している。更に好ましくは、前記或いは各ＬＥＤは、単一波長を有する光、或いは狭帯域波長にまたがる光を提供するが、主要色の光を射出するように単一の主要波長を有することである。
【００１１】
また、変形例として、光学部材の各レンズ部材は、光源に対するレンズ部材の位置に基づいて適応化されることで、各レンズ部材によって、光源から直接射出される光、或いは反射されてくる光が、マスクにおける対応の孔を通過するように集光される。このような変形例によれば、一回の光学部材成型加工で光源の平行化及び集光化を図ることができる。
【００１２】
本発明の第二形態は、本発明の第一形態に基づく照明ユニットに用いる光学部材を提供する。
【００１３】
本発明の第三形態は、本発明の第一形態に基づく照明ユニットを取り込んだ製品を提供する。
【００１４】
本発明における他の形態は、本発明の第二形態に基づく光学部材を形成する方法を提供する。この方法は、配列されている複数のフルネルレンズ又は回折レンズを成型するための金型を提供することと、プラスチック材料の光学部材を成型することと、プラスチック成型部材の第一外表面に実質上不透明なマスクを形成することとを含み、前記不透明なマスクは、所定パターンに基づく複数のポイントに複数の孔を形成している。
【００１５】
本発明における他の特徴および効果は、次の説明及び添付の図面から明らかである。
本発明における上記及び他の形態は、実施例および添付の図面によって説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、複数のレンズ部材９を一体形成した透明プラスチック材料の光学部材１を示す側面図である。図示のように、光学部材１は、内面３と外面５とを有しており、外面５は、光学部材が取り込まれる照明ユニットの外面を構成している。不透明マスク７は、光学部材１の外面５に設けられ、後述するように、複数のレンズ部材に対応する所定パターンで配列された複数の微細孔を有する。好ましくは、光学部材１の厚さが約３ｍｍである。この光学部材１は、ポリカーボネートなど適切な光学プラスチック材料から形成され、或いは、強烈な白熱光源に用いられるならガラスから形成されている。また、染めることによって、光学部材を含む照明ユニットから射出された光が色付けられる。
【００１７】
そして、図２に示す好ましい実施例において、前記レンズ部材は屈折フルネルレンズ部材９である。従来の屈折レンズ部材は、レンズのサイズが大きいため、本願発明者が考慮する応用には適切ではない。また、他の実施例においては、回折レンズ部材は、屈折フルネルレンズ部材９の代わりに使用することが可能である。ここで、図示した複数のフルネルレンズ部材９は、実質上同一の形状を示しているが、所要のパターン及び指向で光線への形状設計及び制御を行うためには、レンズ部材９は異なる形状を有してもよい。
【００１８】
また、レンズ部材９は、格子状パターン又は格子状配置で示されているが、一行おきにレンズ部材を直径の半分程度で下げることによってよりよい効率が得られるので、所定の配置面積へなるべく多くの円形レンズ部材を配置することが可能となる。
【００１９】
各フルネルレンズ９は、光学部材１の内面３に形成された複数の同心円リング１４を有する。各々のリング１４は、従来のフルネルレンズ設計で知られているように、異なる直径を有すると共に実質上の鋸歯断面を有している。図３（ａ）は、一つのフルネルレンズ部材９の直径に沿った断面を示している。図示の屈折フルネルレンズにおいて、鋸状の突起はレンズ表面から約０．２５ｍｍ延びている。また、回折レンズを含む他の実施例においては、図３（ｂ）に示すように、鋸状の突起をレンズの表面から約０．０２〜０．００５ｍｍ程度に設定することで、光学部材１の内面３が形成されている。
【００２０】
ここで理解すべきなのは、各レンズ部材９の特性は、リング１４の数、サイズ及び断面を変え、或いは同心とならないようにリング１４を配置することによって、調整することが可能となっている。これにより、各レンズ部材９は、特定方向からの光を特定のポイントに集光させることができる。ここで、全てのレンズ部材９は、完全同様なものでなくてもよく、各レンズ部材９は、光学部材１における位置に応じて適合処理を受けることが可能である。これにより、レンズ部材９への光入射の方向に応じて前記調整を行うことが可能となり、レンズ部材９を通過する光の走行方向をコントロールすることも可能となる。更に、非平面光学部材１にとっても、レンズ部材の配置による光学特性を調整することも可能である。
【００２１】
なお、光学部材１は、従来の成型技術で製造することができ、このような技術は、各レンズ部材９の小さい突起を形成させることが十分可能である。また、石版印刷技術も利用できる。なお、光学部材がガラスで形成される場合、成型加工や圧印加工が利用可能である。更に、周知のインモールドラベリング（ＩＭＬ：  Ｉｎ−Ｍｏｕｌｄ  Ｌａｂｅｌｌｉｎｇ）技術を利用することによって、配置基板に付着されたプラスチック膜にレンズ部材９を刷り込み、或いは食刻することも可能である。
【００２２】
前記インモールドラベリング技術は、以下のように実施される。つまり、所要の光学性質又は装飾性質を有するプラスチック薄膜は、ラベルを形成するように適切な形状にカットされる。そして、このラベルが成型用ツール内に装着され、好ましくは金型キャビティの一側に装着される。その後、レンズ部材形成用のプラスチックが前記キャビティ内に注入される。このように、プラスチックが硬化すると、ラベルは、成型した化合物に永久的に付着されるので、充分に装飾した製品は、成型プロセスで直接に生産できる。このプロセスは、例えば、移動電話の表面部材を製造するために使用される。
【００２３】
実質上不透明なマスク７は、インク、塗料、又は色付きフィルムなど適切な不透明材料を含有することができる。これは、従来の印刷技術を利用して光学部材１の外面５に付着され、或いは、周知のＩＭＬ技術を利用してフィルムに印刷されてから光学部材１に付着される。ここで、所定のパターンでマスク７に形成される微細孔又は切れ目は、図６に示されると共に後述するように、刷り込みグラフィック又はパターンの一部としてマスク７に形成することができる。或いは、前記マスクが均一な塗膜として形成された後、レーザ切除などの手法を利用して複数の孔を所定のパターンで形成する。このようなマスクは、柄のない無地のものでもよいし、装飾されてもよく、その仕上げは、光学部材１の予定されるセッティングにマッチすべきである。
【００２４】
マスク７における微細孔の所定パターンは、各微細孔又は切れ目が光学部材１における一つのレンズ部材９にあたるように設定されている。このようなあたりは、従来の切除技術によって確保されて、各孔のサイズ及び形状は、所要の外観が得られるように設定できる。
上述した光学部材１は、白熱灯光源或いは発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する照明ユニットに用いることができる。
【００２５】
図４は、放物線状ミラー１２と上記光学部材１との間に位置された白熱灯光源１１を有する本発明実施例の照明ユニットの内部配置を示している。図示のように、光学部材１は、その不透明マスク７が光源１１へ向かわなく照明ユニットの外面を形成するように位置されている。光源１１から射出された光が放物線状ミラー１２によって反射された後に平行化され、得られた光線１０は、実質上法線方向で光学部材１の内面３そしてレンズ部材９へ入射される。
【００２６】
光学部材１に配置されている各レンズ部材９は、入射光１０が不透明マスク７における対応の微細孔を通過することで照明ユニットから射出されるように入射光１０を集光させるための適応化を受けている。特に、各レンズ部材９は入射光を、マスク７における微細孔の位置に対応するポイントに集光させる。このように、光が各微細孔を通過して焦点から発散するので、次の効果が得られる。つまり、単に微細孔から小さい光点が見えるのではなく、光が不透明表面の全体から発散するように見える。
【００２７】
他の実施例において、図５に示すように、照明ユニットの内部配置は、図４の実施例に示す白熱光源１１の代わりに複数のＬＥＤを含んでいる。各ＬＥＤから射出される信号波長の光線１０は、従来のＬＥＤコリメータレンズ２１（例えば、イギリスのＷｏｋｉｎｇｈａｍにあるＰｏｌｙｍｅｒ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｉｍｉｔｅｄ社が製造したもの）によって平行化される。図５に示すように、コリメータレンズ２１を有するＬＥＤは、蜂の巣のような市松模様に形成されることで、実質上平行な光源が提供される。このような光源は、図４の実施例に示す光源及びミラーの代わりに光学部材１の背後に位置することができ、上述した美観上および技術上の効果を有する綺麗且つコンパクトな照明システムを提供することが可能となる。
【００２８】
図６は、図５に示す照明ユニットの光学部材１の外面に設けられたマスク７に形成された微細孔の図案を示している。各微細孔は、フルネルレンズ９に接続されており、特に、各微細孔或いは切れ目は、図５に示すように、対応の切れ目と実質上一致する点に光がレンズ部材９によって合焦するように配置されている。ここで図示した切れ目配置の図案輪郭は、略長方形ではあるが、所望の応用に応じて他の適切な形状を有しても良い。
【００２９】
本発明の照明ユニットは、非使用時には効果的に隠れているので、照明システムとして広範囲な応用が可能となり、一方、使用時には、制御・指向された所要形状の光を提供することができる。
【００３０】
本発明における応用の一つとしては、自動車の外部照明である。不透明なマスクの表面は、車両の車体パネルに調和するように仕上げることが可能であり、例えば、車体パネル用の従来技術を利用して塗装することができる。このように、自動車ランプが消灯するとき、車両が照明を装備していないように見える。一方、上記の照明ユニットが点灯するとき、この照明は、制御・指向された光として固体の車体を介して発散するように見える。
【００３１】
また、上述した技術は、自動車への応用に対して反幻影効果を提供している。そして、外光は不透明なマスクの表面によって反射されないので、高レベルの直射日光の場合にも、照明のオンオフ間において高いコントラストを提供することができる。
【００３２】
また、照明ユニットの光学部材１は、色づけることによって、所要の色（ブレーキライトとしては赤、表示ライトとしてはオレンジ色）を呈することができる。一方、光源が適切に色づけた１個以上のＬＥＤを有した場合、より高いエネルギー効率が得られる。この場合、射出された光は、既に正確な波長を有しており、光学部材は、他の波長の光からのエネルギーを吸収および放出する必要がない。このエネルギーは、上記以外の場合、熱として放出されて照明ユニットの過熱原因となり、光学部材が熔けることもあり得る。
【００３３】
当業者が判るように、上述した実施例に対して修正及び変更を行うことが可能である。本発明は、次の請求項で定義された範囲に入っている全ての変形例、修正例及び同等のものをも含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、本発明の一実施例を構成する光学部材の側面図である。
【図２】図２は、フルネルレンズ部材の配列を含む本発明の好ましい実施例を構成する光学部材の斜視図である。
【図３】図３（ａ）は、図２に示す前記光学部材のフルネルレンズ部材を示す断面図であり、図３（ｂ）は、変形例である回折レンズ部材を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明における他の実施例を構成し、図２に示す光学部材を有する照明ユニットの光線トレースを示している。
【図５】図５は、本発明の更なる実施例を構成し、コリメータレンズを有するＬＥＤの配列を含むと共に、図２に示す光学部材を含む照明ユニットの光線トレースを示している。
【図６】図６は、図５に示す照明ユニットの光学部材の外表面を示す概略平面図であり、前記外表面における微細孔パターンを示している。
【符号の説明】
【００３５】
１  光学部材
３  内面
５  外面
７  不透明マスク
９  レンズ部材
１０  光線
１１  白熱光源
１２  放物線状ミラー
１４  リング
２１  コリメータレンズ
【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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【国際調査報告】
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