(57)【要約】【課題】点状の光源を変換して矩形投影面として射出する光束形状変換器の提供。【解決手段】本考案の光束形状変換器は、点状の光源を変換して矩形投影面として射出する光束形状変換器であって、主に、射出面が複合光学面であり、入射面が内陥球面である光学屈折本体を備え、前記射出面は屈折平面、及び子午線（Ｍｅｒｉｄｉａｎ）両側に設けた２つの反射面、子午線前後の屈折平面の相対する辺に接続された２つの光学曲面から構成され、前記入射面が光束を屈折本体の内球面に完全に作用させ、前記複合光学面の相互作用により、点状の光源の輻射光束をそれぞれ進行角度において規範し、光束の形状を変換して矩形に近い光学投影面として放射することができる。【選択図】図１
0003157724.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
点状の光源を矩形の投影面に変換する光束形状変換器であって、そのうち、前記変換器が入射面と射出面を備えた屈折本体から成り、そのうち前記入射面が内陥球面から成り、前記射出面が複数の光学面の複合から成り、前記複数の複合面が、その光軸が前記内陥球面の光学動作軸と重なる屈折平面と、前記屈折平面の子午線方向の平面辺線に沿って接続された２つの光学曲面と、前記射出面の子午線の両側に位置し、かつ前記屈折平面の二側と一定の角度で接続された２つの反射面を含み、前記２つの光学曲面の２つの軸心を延伸した交点が前記入射面の方向に位置し、かつ前記光学動作軸心線に交わることを特徴とする、光束形状変換器。        
【請求項２】
前記反射面と前記屈折平面が垂直であることを特徴とする、請求項１に記載の光束形状変換器。
【請求項３】
前記反射面に反射部材を設置したことを特徴とする、請求項１に記載の光束形状変換器。
【請求項４】
前記屈折本体の底面に底板を結合したことを特徴とする、請求項１に記載の光束形状変換器。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は点状光源の投射光束を矩形の投射面に変換する光束形状変換器に関し、特に、立体円錐状の照明光形を方錐状に変換し、照射面を矩形に近い面とすることができる、光束形状変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明装置が発射する光束の照射角度は規範されていなければその光束を光の照射が必要な投射面に効果的に集結させることができない。従来の電球は、ランプカバーを利用して背面光を反射し、その光束を必要な照射面（投影面）に集結させることができる。より新しいものでは、ダイオード発光装置が発生する光束は、ダイオード発光素子本体の内側背面にあらかじめ小型の反射面が設けられ、素子が発生する光束が正面に向かって投射される。また、この反射面の曲率の規範により、ＬＥＤが発生する光束を１５、３０、４５、６０度等望み通りの角度に効果的に制御することができ、各投射角度は使用現場の必要性に応じて採用を決定できる。
【０００３】
従来の電球またはより新しいダイオードＬＥＤ光源のいずれにしても、その発光点は点状の光源であり、反射カバーにより反射された後の光形は円錐状で、かつ照明投影面はみな円形面または楕円形の面となり、街道の表面や家庭の方形の床空間など特殊な場面で実施する際、光源の光束を効果的に集結させて利用したい場合、光束の形を方錐状などに変換することで、その底面（投影面）を矩形や方形に規範することができる。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
本考案の主な目的は、射出面が複数の光学面の複合で構成される屈折本体から成り、入光面が内側に凹陥した球面であり、該球面の曲率を利用して点状の光源が発生する光束が進入するとき、屈折臨界角度を避けて全量を屈折本体に進入させることができると共に、初歩的な光拡散作用を提供することができ、かつ前記射出面は複数の光学面から構成され、基本的に射出面の中央に屈折平面が設けられ、該屈折平面は子午線の方向に光軸が該屈折平面の光軸に交わる２つの光学曲面が接続され、かつ、子午線の両側に反射能力を備えた反射面が設けられ、両側の反射面を利用して２つの反射光束が相対する挟角の角度が限縮され、反射光束を縮限して投影面の必要な照明面積の平行な両側に投射することができ、また、２つの光学曲面と屈折平面が相互に作用し、投影面の底辺長さを長くして点状光源の照明光束を矩形に近い照射投影面として分布させることができる、光束形状変換器を提供することにある。
【０００５】
本考案の別の目的は、屈折本体の射出面の子午線両側に設けた反射面が屈折平面に垂直を成し、かつ２つの反射面は内側反射作用を備え、内側に向けた反射層膜または反射鏡を複合的に設けることができる、光束形状変換器を提供することにある。      
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本考案の光束形状変換器は、点状の光源を矩形の投影面に変換する光束形状変換器であって、そのうち、前記変換器が入射面と射出面を備えた屈折本体から成り、そのうち前記入射面が内陥球面から成り、前記射出面が複数の光学面の複合から成り、前記複数の複合面が、その光軸が前記内陥球面の光学動作軸と重なる屈折平面と、前記屈折平面の子午線方向の平面辺線に沿って接続された２つの光学曲面と、前記射出面の子午線の両側に位置し、かつ前記屈折平面の二側と一定の角度で接続された２つの反射面を含み、前記２つの光学曲面の２つの軸心を延伸した交点が前記入射面の方向に位置し、かつ前記光学動作軸心線に交わることを特徴とする。        
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本考案の屈折本体の立体外観図である。
【図２】本考案の屈折本体に発光ユニットを組み合わせて構成した投射ユニットの側面図である。
【図３】本考案の屈折本体に発光ユニットを組み合わせて構成した投射ユニットの光束の進行を示す側面図である。
【図４】本考案の屈折本体の子午線位置の側面図である。
【図５】本考案の屈折本体の子午線位置の正面図である。
【図６】本考案の光束形状変換器による変換後の矩形投影面の照度ブロックを示す立体図である。
【図７】本考案を照明装置の放光面に実施した状態を示す平面図である。
【図８】図７の側面図である。
【図９】本考案の模擬道路での応用を示す図である。
【図１０】図９の作用後の照度ブロック分布を示す図である。
【図１１】本考案の複数の投影面を重ねる方式で均一かつ高輝度の単一投影面を取得する方式を示す図である。
【考案を実施するための形態】
【０００８】
本考案の詳細な実施内容について説明する。まず図１、図２に示すように、本考案の光束形状変換器１０は主に高透光率の屈折本体１の底面に底板１１を結合して構成され、前記底板１１は外部連結作用を備え、取り付けに用いることができ、前記屈折本体１は外表に複数の光学面を複合して成る射出面２を備え、そのうち、前記射出面２の複数の光学面は中央に底板１１と同一方向の水平の屈折平面２１を含み、該屈折平面２１表面の子午線方向に、屈折平面２１の平面を基準とし、その辺線２１０を交線として２つの光学曲面２２がそれぞれ設けられ、かつ前記屈折本体１の子午線の両側にそれぞれ屈折平面２１の角度に対して垂直な２つの反射面２３が設けられると共に、前記射出面２に相反し屈折平面２１の背面に入射面が設けられ、該入射面は内陥球面２４から成り、かつ該内陥球面２４の光軸Ｓと屈折平面２１の光の進行光軸Ｓが重なり、内陥球面２４外部に同じ光軸Ｓで発光ユニット３が設置される。
【０００９】
底板１１の底部には結合部１２が設けられ、該結合部１２は結合部材５１により回路板５と結合され、該結合部材５１は結合部１２に設置された突起部１２１に作用して乾式の結合を形成する。また、前記結合部１２と回路板５の間は接着やその他螺合固定方式などを採用して達成することができ、主に屈折本体１の光軸Ｓが発光ユニット３の光束出射部の中心に正対するよう維持する。
【００１０】
本考案の光束形状変換器１０は発光ユニット３を結合した後、投射ユニット１００を形成する。また、前記発光ユニット３と回路板５間が電気的に接続され、発光ユニット３が駆動電力を得ることができ、該電力は前記回路板５から外部電源に導通されるが、この導通方式は一般的な技術であるため、ここでは説明を省略する。
【００１１】
上述の光束形状変換器１０と発光ユニット３を結合した後に形成される投射ユニット１００（図３参照）は、前記発光ユニット３が発生する光束が光束形状変換器１０の内陥球面２４に作用し、該内陥球面２４の曲率を利用して発光ユニット３の発光射出角度が包囲され、これにより発光ユニット３が発生する光束が前記内陥球面２４の曲率の規範を経てすべて光束形状変換器１０内部に進入し、屈折臨界角の問題により光束の無駄な反射損耗が発生するのを回避し、その光束全量を光束形状変換器１０内部に作用させることができる。発光ユニット３が１つの点状光源の場合、例えば∠６０°の放射角度を具備しており、かつ光源と内陥球面２４の行路距離Ｌを越えない状況において、放射角度の二斜辺が内陥球面２４の球面範囲内に位置し、発光光束Ｂｎ全量が内陥球面２４を介して屈折本体１に進入する。その発生する光束は内陥球面２４の法線の関係で光束形状変換器１０内部で屈折の原理により初歩的な拡散が達成され、かつ象限で均一に拡散されて光束形状変換器１０の屈折を経た後射出面２から射出される。
【００１２】
上述の屈折平面２１の光の進行光軸Ｓは内陥球面２４の光軸と重なり、２つの光学曲面２２の２つの光軸Ｓ１は入射面方向で交差し、かつ屈折平面２１の光の進行光軸Ｓと重なる。
【００１３】
図４、図５に示すように、本考案の光束形状変換器１０は発光ユニット３と結合した後、投射ユニット１００を形成し、前記光束形状変換器１０の子午線の側面方向は、その射出面２が屈折平面２１及び両側に接続された光学曲面２２から構成され、３つの光学面が形成される。このため、発光ユニット３が発生する点状の光源が内陥球面２４から光束形状変換器１０内部に進入し、屈折伝達を経た後射出面２から穿出され、屈折平面２１の平面作用と光学曲面２２の曲率作用に基づき、発光ユニット３が発生する光束を折射して拡散状の屈折光束Ｂｔとし、かつ３つの光学面により拡散して１２０度近くの投光角度を形成し、投影面６に投影したとき、投影面６の矩形の長辺ａとなる。
【００１４】
図５に示すように、光束形状変換器１０は発光ユニット３と結合した後投射ユニット１００を形成し、発光ユニット３が発生する光束が内陥球面２４から光束形状変換器１０の内部に進入して反射される。光束形状変換器１０の両側に設けた反射面２３の反射角度は限縮され、発光ユニット３が発生する光束が反射面２３の反射作用を経て反射光束Ｂｒを形成し、該反射光束Ｂｒは限縮後投影面６の表面に作用し、矩形の投影面６の短辺ｂとなる。その投影面積は長辺に短辺を乗じて得ることができる。
【００１５】
光束形状変換器１０の射出面２は、図５の方向において屈折平面２１と両側の反射面２３から構成される。基本的に前記反射面２３は反射率が高い光学面とし、かつ電気めっき膜または反射鏡を付加する（図示しない）方式で反射部材２３１を結合して内側に向かう反射率を強化し、発光ユニット３が発生する光束が反射面２３で全反射されるようにし、発生した光束が反射面２３の作用を経て完全に反射され、反射光束Ｂｒを射出するようにするか、屈折平面２１の作用で直接屈折して射出することもできる。
【００１６】
図６に示すように、本考案の光束形状変換器１０は発光ユニット３と結合されて投射ユニット１００が形成され、前記投射ユニット１００は２組以上を配置し、一定の高さに配置してより大きな投影面６を形成することができる。一定の高さにおいて、前記投影面６の長さ、幅は複数の投射ユニット１００を並べて排列して構成することができ、構成される投影面６は重ねた状態を形成し、投影面６の照射輝度を増加すると共に、その輝度をより均一にすることもできる。そのうち、前記投影面は図３、図４の作用を経た後矩形の投影面を形成し、前記矩形の投影面は街道の表面に使用したり、室内の矩形の床空間に使用したりすることができる。
【００１７】
前記投影面６は図５と図６の規範を経た後、その光密度が投影面６の中央の縦方向線及び長辺の両側に集結され、基本的に３つの異なる明るさのブロックが大まかに区分される。例えば、両側が４０（Ｌｘ）の照度であるとき、中央に向かって低下する３０（Ｌｘ）と２０（Ｌｘ）の３つの照度のブロックができ、これら３ブロック間に別の投射ユニット１００の投影面６を重ねて光密度を強化すると共に輝度を均一にすることができる。
【００１８】
本考案は上述の原理を利用して、光束を累積する方式で照明装置に実施して使用することができる。図７、図８に示すように、照明装置４の放光面４１の表面にマトリックス方式で複数の投射ユニット１００を排列し、複数の投射ユニット１００のそれぞれその発光ユニット３が図６に示すような投影面６の光学照明作用を発生する。複数の投射ユニット１００は図２と同じように回路板５に集結され、かつ放熱のメカニズムが必要であるため、照明装置４の放光面４１周辺に放熱孔４３をそれぞれ設置し、内部の熱を外部の冷めた空気と交換させ、放熱効果を達することができる。照明装置は一側に連結部４２を設け、壁面や高いところに設置して床面に向け光を照射する照明とすることができる。
【００１９】
図８に示すように、複数の投射ユニット１００はマトリックス状に排列した後、側面から見て分かるように、照明装置４内部に複数の投射ユニット１００が分布され、それぞれが照射角度１２０度の光束Ｂを発生する。投射ユニット１００が前後に接近した状態で並べて排列する方式で組み立てられるため、各投射ユニット１００がそれぞれ射出する光束の角度は同じであり、光束Ｂの進行経路は近隣のものと重なり合い、かつ複数の投射ユニット１００を集合した後、照明装置４全体の放射角度も同じ１２０度の角度となる。同様に、照明装置４の子午線方向も図５と同じように全体の照射角度が６０度となり、図７の実施後、複数の投射ユニット１００が累積されてより高い輝度が形成され、屋外照明とすることができる。
【００２０】
図９に示すように、本案を道路上など２つの平行な辺線を有する地表面積に使用した場合、本考案の試作は、標準的な四車線の１６.５メートル幅の道路上で、２４メートルの距離にそれぞれ相互に対面した照明装置４を設置し、該照明装置４の発光高度は８メートルとする。
【００２１】
図１０に示すように、図９の実施後、道路表面に必要な投影面６０１、６０２、６０３、６０４が形成され、複数の投影面６０１、６０２、６０３、６０４から成る照射面積は、道路の表面積の要求を満たすことができる。
【００２２】
各照明装置４（図９、図１０参照）が投影するそれぞれの投影面６０１、６０２、６０３、６０４は、光密度の分布も図６の投影面６の３つの異なる明暗のブロックの効果と同じようになる。
【００２３】
照明装置４の照明角度は調整可能であり、各投影面６０１、６０２、６０３、６０４に重なりを形成することで、本考案の試作は投影面６０１、６０２、６０３、６０４に比較的規則的な光密度の投影ブロックを形成し、道路中央で比較的大きな光密度に結合させ、照度は４０（Ｌｘ）に達することができ、かつ道路両側で同じように４０（Ｌｘ）の照度に到達させることで、１６.５メートル幅の四車線の標準道路上に実施したとき、夜間の運転時のニーズを満たすことができ、具体的な道路または街道の照明としての実施が得られる。本考案は１６.５メートル幅の四車線標準道路で模擬した試作を利用し、街道の幅が１６.５メートルに満たない、または８メートル幅の街道でも、路線上で片側に照明装置４を実施すればよく、対称に道路両側に実施する必要はない。
【００２４】
本考案は図６のような投影面６の状態下で、複数の照明装置４を実施し、かつそれぞれの投影面６を集結させた状況において、投影面６は輝度が非常に均一な光学的表現を形成することができる（図１１参照）。単一の投影面６に複数の照明装置４を実施することができ、かつ各照明装置４の投射角度を変換した後、投影面６０１、６０２、６０３、６０４が同一に近い角度で重ねられ、この重なりによって輝度が非常に均一で高い輝度を累積した投影効果が得られる。このため、図６の投影ブロックに基づき、投影面６０１、６０２、６０３、６０４の重なりを経て、実際に必要な投影面６に非常に均一な輝度と高密度な光学照射面を得ることができる。
【符号の説明】
【００２５】
１        屈折本体 
１０      光束形状変換器
１００    投射ユニット
１１      底板
１２      結合部
１２１    突起部
２        射出面
２１      屈折平面
２１０    辺線
２２      光学曲面
２３      反射面
２３１    反射部材   
２４      内陥球面
３        発光ユニット
４        照明装置         
４１      放光面
４２      連結部
４３      放熱孔      
５        回路板
５１      結合部材
６、６０１、６０２、６０３、６０４      投影面  
Ｂ、Ｂｎ      光束
Ｂｔ      屈折光束
Ｂｒ      反射光束    
ａ        長辺
ｂ        短辺
Ｓ        光軸
Ｓ１      光軸
Ｌ        行路距離
【図１】
0003157724.tif 000003
【図２】
0003157724.tif 000004
【図３】
0003157724.tif 000005
【図４】
0003157724.tif 000006
【図５】
0003157724.tif 000007
【図６】
0003157724.tif 000008
【図７】
0003157724.tif 000009
【図８】
0003157724.tif 000010
【図９】
0003157724.tif 000011
【図１０】
0003157724.tif 000012
【図１１】
0003157724.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月20日(2009.8.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
点状の光源を矩形の投影面に変換する光束形状変換器であって、そのうち、
前記変換器が入射面と射出面を備えた屈折本体から成り、そのうち前記入射面が内陥球面から成り、前記射出面が複数の光学面の複合から成り、
前記複数の複合面が、
中央の垂直の光軸が前記内陥球面の光学動作軸線と重なる屈折平面と、
前記屈折平面の二側の辺線に接続された２つの光学曲面と、
前記射出面の子午線の両側に位置し、かつ前記屈折平面の二側と一定の角度で接続された２つの反射面を含み、前記２つの光学曲面の２つの軸心を延伸した交点が前記入射面の方向に位置し、かつ前記光学動作軸線に交わることを特徴とする、光束形状変換器。        
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月11日(2009.12.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
点状の光源を矩形の投影面に変換する光束形状変換器であって、そのうち、
前記変換器が入射面と射出面を備えた屈折本体から成り、そのうち前記入射面が内陥球
面から成り、前記射出面が複数の光学面の複合から成り、
前記複数の複合面が、
中央の垂直の光軸が前記内陥球面の光軸と重なる屈折平面と、
前記屈折平面の二側の辺線に接続された２つの光学曲面と、
前記射出面の子午線の両側に位置し、かつ前記屈折平面の二側と一定の角度で接続さ
れた２つの反射面を含み、前記２つの光学曲面の２つの軸心を延伸した交点が前記入射面
の方向に位置し、かつ前記光軸に交わることを特徴とする、光束形状変換器。