(57)【要約】【課題】光パイプの内側面を円筒形だけでなく多様な形態に形成可能とすることにより、光源の位置を横断面の中心に設定しなければならなかった限界を克服し、製作効率を向上する。また、看板及び各種ディスプレー装置に応用可能で節電効果が期待でき、しかも光を遠距離まで効率的に伝送可能とする。【解決手段】光パイプは、長さ方向の中空(106)が形成される胴体部(102)と、上記の胴体部(102)の外面に長さ方向で形成される複数個のプリズム部(104)を含めて構成される光パイプ(100)で、上記のプリズム部(104)は横断面が直角二等辺三角形である反射部(112)と、上記の胴体部(102)と反射部(112)の間に具備され、横断面が光源の位置により頂角の大きさが決定され、反射部(112)の直角二等辺三角形の斜辺を底辺とする直角三角形である角度調節部(114)を含めて構成される。【選択図】      図７
2009271477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さ方向に中空が形成される胴体部と; 
該胴体部の外面に長さ方向と平行に形成される複数個のプリズム部を含めて構成される光パイプであって、
前記プリズム部は、 
横断面が直角二等辺三角形である反射部と; 
前記胴体部と反射部の間に具備される角度調節部を含めて構成されることを特徴にする光パイプ。
【請求項２】
前記角度調節部の横断面は斜辺が前記胴体部に接して、前記胴体部と反射部の間の頂角の大きさが光源の位置により決定される直角三角形であることを特徴にする請求項1記載の光パイプ。
【請求項３】
前記角度調節部の横断面は前記胴体部と反射部に接する二辺の長さが同一であり、前記胴体部と反射部の間の頂角の大きさが光源の位置により決定される二等辺三角形であることを特徴にする請求項1記載の光パイプ。
【請求項４】
頂角の大きさは、 光源から発生した光線が光パイプの横断面と平行に進行して胴体部の内側面に入射された時の屈折角と同一な大きさであることを特徴にする請求項２又は３記載の光パイプ。  
【請求項５】
頂角(G)は, 次の数学式を満足し: 
2009271477.tif 000045
ここでG は上記の該頂角、n は光パイプの屈折率、 Eは光源から発生した光線が光パイプの横断面と平行に進行して胴体部の内側面に入射される時の入射角を別々に表すことを特徴にする請求項４記載の光パイプ。
【請求項６】
光パイプは、光源から発生した光の色を変換させるフィルター部を追加で含めて構成され: 
該フィルター部は、 
前記光源から発生した光線を反射させる反射鏡と; 
該反射鏡の前面に配置され、一つ以上の着色層を含める光透過性のカラーフィルター; そして
該カラーフィルターを回転させるモーターを含めて構成されることを特徴にする請求項４記載の光パイプ。
【請求項７】
中空は、多角柱の形態で形成されることを特徴にする請求項４記載の光パイプ。
【請求項８】
プリズム部は、 次の数学式を満足し: 
2009271477.tif 000046
ここでGは上記の頂角、Lは頂角がGである角度調節部が形成される胴体部の区間の長さ、hは上記の光源から上記の胴体部の内側面に入射角が0°である地点までの距離、nは上記の光パイプの屈折率、kは任意の正の有理数を別々に表すことを特徴にする請求項７記載の光パイプ。
【請求項９】
中空は、円柱の形態で形成されることを特徴にする請求項４記載の光パイプ。
【請求項１０】
プリズム部は、次の数学式を満足し: 
2009271477.tif 000047
ここでGは上記の頂角、Lは頂角がGである角度調節部が形成される胴体部の区間の長さ、rは上記の中空の横断面の半径、nは上記の光パイプの屈折率、kは任意の正の有理数、hは上記の光源から上記の胴体部の内側面に入射角が0°である地点までの距離を別々に表すことを特徴にする請求項９記載の光パイプ。
【請求項１１】
中空の横断面は、同一な二つの円弧を結合した図形であることを特徴にする請求項４記載の光パイプ。
【請求項１２】
プリズム部は、次の数学式を満足し: 
2009271477.tif 000048
ここでGは上記の頂角、Lは頂角がGである角度調節部が形成される胴体部の区間の長さ、rは上記の円弧の半径、nは上記の光パイプの屈折率、kは任意の正の有理数、hは上記の光源から上記の胴体部の内側面に入射角が0°である地点までの距離を別々に表すことを特徴にする請求項１１記載の光パイプ。
【請求項１３】
中空の横断面は、同一な二つの円弧と同一な二つの直線が別々に向かい合うように結合した図形であることを特徴にする請求項４記載の光パイプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光パイプ[light Pipe]に関するものであり、より詳しくは、内部全反射を利用する光パイプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に光パイプは、光源から発生した光を遠距離まで比較的少ない損失で伝送する為、又は、装飾用等の機能性光を比較的広い領域に効果的に分配させる為利用される光学部材として、光導管(light conduit)、光ガイド(light guide)又は光チューブ(light tube)とも呼ばれている。
【０００３】
上記の光パイプ構造物は、透明な重合体物質で構成され、微細な構造物で構造化された外面と、これに対向する滑らかな内面を具備した管の形態の壁を含む。そして上記の構造化された外面は、上記の光パイプの長さ方向へ延長される複数個の同一な形状の線形プリズムで構成される。
【０００４】
上記の光パイプは、所定の角度範囲内で上記の光パイプ内へ入射される光線を内部全反射により進行させることとして上記の光線を上記の光パイプの内部の中では遠距離まで伝送する（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】韓国特許公報  公告番号９５−００３４３６
【０００５】
図１から図３までは従来の技術に従って光パイプを説明する為の図面である。
【０００６】
図１は、従来の技術に従った三角プリズムを利用した円筒形光パイプで光線の経路を図示した断面図であり、図２は、従来の技術に従った三角プリズムを利用した光パイプでの内側面が平面である場合、光線の経路を図示した拡大断面図であり、図３は、従来の技術に従った三角プリズムを利用した四角柱形光パイプでの全反射が発生する範囲を図示した断面図である。
【０００７】
図１を参照すると、従来の技術に従った三角プリズムを利用した円筒形光パイプ(100)は横断面の中心に光源(12)が位置する。上記光源(12)から発生した光線(14)は放射状で進行して上記の円筒形光パイプ(100)の内側面と90°の角度を形成する。したがって上記光線(14)の入射角と上記内側面の法線が形成する角度が0°となり屈折せずに、三角プリズム(16)の内部へ進入する。そして上記の三角プリズム(16)の内部へ進入した光線(14)は三角プリズム面(18)で内部全反射となり経路が変更される。このような過程を繰り返して上記円筒形光パイプ(10)の内部で比較的少ない伝送損失で光が伝送される。
【０００８】
この時、万が一上記の光源(12)が上記の横断面の中心から外れて位置すると、上記三角プリズム面(18)で全反射が出来なくなり外部の方へ放出される光線の量が多くなり伝送の効率が低くなる。
【０００９】
一方、以下からは従来の技術に従った三角プリズムを利用した光パイプの内側面が平面である場合、全反射が出来ない範囲とその原因を取り調べる。
【００１０】
図２を参照すると、光パイプ内側面(20)の法線(22)と入射される光線(14)が角度Aを形成する場合、角度Bは“SNELLの法則”を利用して下記の数学式１のように求められる。ここで、nは光パイプの屈折率を表す。
【００１１】
【数１】
2009271477.tif 000003
【００１２】
そして、角度Pが90°であれば角度Aがどのような値であっても角度Dは135°であるから三角プリズム面(18)の法線(24)と上記光線(14)が形成する角度Cは45°- Bと同じである。
【００１３】
また、上記の光パイプの屈折率が1.57である場合、臨界角θcは 39.56°であるから角度C が 39.56°以下である場合に上記光線(14)が全反射出来ず、外部の方へ放出される。
【００１４】
従って下記の数学式2を利用すると、上記光パイプの屈折率が 1.57である場合、上記光パイプ内側面(20)の法線(22)と上記光線(14)が形成する角度Aが8.56°以上であれば、上記光線が上記光パイプ内で全反射出来ず、外部の方へ放出されることが解る。
【００１５】
【数２】
2009271477.tif 000004
【００１６】
図３を参照すると、従来の技術に従った三角プリズムを利用した四角柱形の光パイプの場合、横断面の中央に位置している光源(12)から上記の光パイプ内側面(20)の法線(22)と8.56°以下の角度を形成して入射する光線だけが全反射される。従って上記光パイプ内側面(20)の法線(22)と8.56°以下の角度を形成する区間(26,28,30,32)にだけ全反射が出来て、この以外の領域では光線Iのように外部の方へ放出される。従って従来の技術に従った三角プリズムを利用した光パイプの内側面が平面である場合は光源から発生した光線が光パイプ内で連続的に全反射が出来なくて、外部の方へ放出されることである。
【００１７】
上記に記載したように、従来の技術には下記のような問題点があった。
【００１８】
つまり、光パイプの内側面が円筒形である場合、光源の位置が上記光パイプの横断面の中心から外れると上記の光パイプの内側面で全反射を引き起こして進行する光線の量が急に減ってしまうので光源の位置が自由に設定出来ないという問題点があった。
【００１９】
そして、従来技術では光パイプの内側面が多角柱の形態の場合、光源から発生した光線が全反射を起こしながら進行する為の入射角の範囲が狭くなり光を効率的に伝送出来ないという問題点があった。
【００２０】
また、従来技術によった蛍光灯の看板の場合、蛍光灯の均一な光分散の為、表面シート紙から比較的多い量の光が吸収され電力が浪費される問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
従って本発明は、上記のような従来の問題点を解決する為に案出したことで、本発明の目的は光が効率的に伝送出来、光源の位置が自由に設定出来る光パイプを提供することである。
【００２２】
そして、本発明の他の目的は、内側面を円筒柱の形態で形成しなくても光を効率的に伝送出来る光パイプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記のような目的を達成する為の本発明の特徴によると、本発明は長さ方向の中空が形成される胴体部と、上記胴体部の外面に長さ方向で形成される複数個のプリズム部を含めて構成される光パイプとして、上記プリズム部は、横断面が直角二等辺三角形である反射部と、上記の胴体部と反射部の間に具備される角度調節部を含めて構成される。
【００２４】
この時、上記の角度調節部の横断面は、斜辺が上記の胴体部に接して、反射部の間の頂角の大きさが光源の位置により決定される直角三角形である。
【００２５】
そして、上記の角度調節部の横断面は、上記の胴体部と反射部に接する辺の長さが同一で、上記の胴体部と反射部の間の頂角が光源の位置により決定される二等辺三角形である。
【００２６】
又、上記の頂角の大きさは、上記の光源から発生した光線が上記光パイプの横断面と平行に進行して上記の胴体部の内側面へ入射される時の屈折角と同じ大きさである。
【００２７】
そして、上記の頂角(G)は、数学式:G=arcsin［(sinE)/n］を満足し、
ここでGは上記頂角、nは上記光パイプの屈折率、Eは上記光源から発生した光線が上記光パイプの横断面と平行に進行して上記胴体部の内側面へ入射される時の入射角を別々に表せる。
【００２８】
また、上記の光パイプは、上記の光源から発生した光の色を変換させるフィルター部を含めて構成され、上記のフィルター部は、上記の光源から発生した光線を反射させる反射鏡と、上記の反射鏡の前面に配置され、一つ以上の着色層を含む光透過性のカラーフィルター、そして上記のカラーフィルターを回転させるモーターを含めて構成できる。この時、上記の中空は、多角柱の形態で形成出来る。
【００２９】
そして上記プリズム部は、
数学式：L=h tan[arcsin(n sin(G+k))-arcsin(n sinG)],(G=0,k,2k,3k,...)        を満足し、ここで Gは上記頂角、Lは頂角がGである角度調節部が形成される胴体部区間の長さ、hは上記の光源から上記の胴体部の内側面に入射角が0°である地点までの距離、nは上記の光パイプの屈折率、kは任意の正の有理数を別々に表せる。
【００３０】
また、上記の中空は、円柱の形態で形成できる。
この時、上記のプリズム部は、後述の数学式12（段落０１４５の数12）を満足し、ここでGは上記の頂角、Lは頂角がGである角度調節部が形成される胴体部区間の長さ、rは上記の中空の横断面の半径、nは上記の光パイプの屈折率、kは任意の正の有理数、hは上記の光源から上記の胴体部の内側面に入射角が0°である地点までの距離を別々に表せる。そして、上記の中空の横断面は、同一な二つの円弧を結合した図形であることが出来る。
【００３１】
また、上記のプリズム部は、後述の数学式14（段落０１６５の数14）を満足し、ここで Gは上記の頂角、Lは頂角がGである角度調節部が形成される胴体部区間の長さ、rは上記の円弧の半径、nは上記の光パイプの屈折率、kは任意の正の有理数、hは上記の光源から上記の胴体部の内側面に入射角が0°である地点までの距離を別々に表せる。
【００３２】
この時、上記の中空の横断面は、同一な二つの円弧と同一な二つの直線が別々に向かい合うように結合した図形であることが出来る。
【発明の効果】
【００３３】
以上で詳細に説明したように本発明の光パイプによると、次のような効果が期待出来る。
【００３４】
つまり、光パイプの内側面が円筒形である場合、光源の位置が光パイプの横断面中心から外れる場合にも光線が光パイプの内側面で全反射を起こして進行出来るから光源の位置を横断面の中心に設定しなければならなかった限界が克服出来て製作の効率が増大出来る長所がある。
【００３５】
そして、本発明によると、光パイプの内側面を従来技術の円筒形だけでなく多様な形態で形成出来て看板及び各種ディスプレー装置に応用することにより、節電効果が期待出来、光が遠距離まで効率的に伝送出来る長所がある。
【００３６】
また、本発明によると従来の円筒形の光パイプには適用しにくかった看板及び各種ディスプレー装置に適用出来る光パイプが提供出来る。
【００３７】
特に、蛍光灯看板を本発明によった四角柱形光パイプに取り替える場合、節電効果及び製作効率が増大出来る長所がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、上記で説明した本発明による光パイプの具体的な実施例を、添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００３９】
図４から図19までは、本発明の具体的な実施例を構成する光パイプを説明する為の図面である。
【００４０】
本明細書で、入射角は媒質の中を進行する光線が他の媒質との境界面に到達した時、上記入射される光線と上記境界面の法線が形成する角を意味する。一方、屈折角は上記境界面から屈折した光線が上記境界面の法線と形成する角を意味する。
【００４１】
まず、本発明の具体的な実施例による光パイプの構成を図４及び図６を参照して取り調べる。
【００４２】
図４は本発明の具体的な実施例によりプリズム部が適用された光パイプで光線の経路を図示した拡大断面図であり、図５は本発明の他の実施例によるプリズム部が適用された光パイプで光線の経路を図示した拡大断面図であり、図６は従来の三角プリズムを一定の角度だけ回転させ形成されたプリズムが適用された光パイプで光線の経路を図示した拡大断面図である。
【００４３】
図４に図示したように、本発明の具体的な実施例によった光パイプ(50)は胴体部(52)とプリズム部(54)を含めて構成される。
【００４４】
上記胴体部(52)は長さ方向の中空(56)が形成される中空管の形態で形成され、上記光パイプ(50)の内側を形成する構造物である。そして上記プリズム部(54)は上記胴体部(52)の外面に長さ方向に複数個が形成される。
【００４５】
この時、上記プリズム部(54)は横断面が四角形である構造物で、反射部(58)と角度調節部(60)を含めて構成される。
【００４６】
ここで、上記反射部(58)は上記プリズム部(54)の横断面を二つの直角三角形に分けた時、直角二等辺三角形で構成される部分である。
【００４７】
上記反射部(58)は、従来の技術による光パイプに具備される三角プリズムを所定の角度だけ回転させた形状に対応する形態で具備される。
【００４８】
また、上記の角度調節部(60)は上記の胴体部(52)と上記の反射部(58)との間に具備される。
【００４９】
上記の角度調節部(60)の横断面は直角三角形であり、斜辺が上記胴体部(52)に接するように構成される。
【００５０】
そして、上記の胴体部(52)と反射部(58)の間の頂角の大きさは光源の位置により決定される。
【００５１】
以下では光源から発生した光線が上記の胴体部(52)の内側面に対して入射角Eの角度で入射する場合を例を挙げて上記のプリズム部(54)の構成について詳しく取り調べる。
【００５２】
上記の光源(未図示)から発生した光線(62)が上記の胴体部(52)の内側面(64)の法線(65)と形成する角度、つまり入射角が角度Eである場合、屈折角GはSNELLの法則により下記の数学式３のように求められる。ここで、nは光パイプの屈折率を表す。
【００５３】
【数３】
2009271477.tif 000005
【００５４】
この時、上記の光線(62)が上記のプリズム部(54)のプリズム面(66)で全反射となる為には、上記プリズム面(66)の法線(67)と上記の光線(62)が形成する角度Hが臨界角より大きくならなければならない為、全反射が起きる為の条件は下記の数学式４のようになる。
【００５５】
【数４】
2009271477.tif 000006
【００５６】
そして、上記の光線(62)は上記プリズム面(66)で全反射が起きてから、上記のプリズム部(54)の隣のプリズム面(68)からもう一度全反射され上記の光パイプ(50)の中空(56)へ進行する。この時、上記の隣のプリズム面(68)からもう一度全反射が起きる為には上記の隣のプリズム面(68)からも同じく臨界角より大きい角度で入射しなければならない。
【００５７】
従って、上記の光線(62)が上記のプリズム面(66)から全反射され、次に上記の隣のプリズム面(68)からもう一度全反射される為に、上記のプリズム面(66)の法線(67)と上記の光線(62)が形成する角度Hは45°を形成するのが理想的である。
【００５８】
また、上記の角度Hが45°である場合、本発明の具体的な実施例によった光パイプ(50)を構成するPolycarbonate,Polymethylmethacrylate（PMMA）, Acrylic, Polypropylene, Polystyrene, Polyvinyl chloride 等の屈折率nは上記の数学式４を満足させる。そして、上記の反射部(58)の横断面は直角二等辺三角形であるから上記の反射部(58)の横断面と上記の胴体部(52)の横断面が形成する角度は上記の光線(62)が上記の胴体部(52)の内側面(64)から屈折される屈折角Gと同じである。つまり、上記の反射部(58)は横断面が直角二等辺三角形である構造物を角度Gだけ回転させた形状に対応する形態である。
【００５９】
一方、上記の反射部(58)の横断面と上記の胴体部(52)の横断面が形成する角度Gは、上記の角度調節部(60)の横断面の頂角の大きさと同一である。
【００６０】
つまり、上記の角度調節部(60)は上記の胴体部(52)と上記の反射部(58)の間に具備され、上記の角度調節部(60)の横断面から上記の胴体部(52)と反射部(58)の間の頂角は上記の光線(62)が上記の胴体部(52)の内側面(64)へ入射される時の屈折角と同様に構成される。従って上記の角度調節部(60)の形状は上記の光源と上記の光パイプ(50)の内側面の間の相対的な位置により決定される。
【００６１】
一方、上記の光線の入射角Eの大きさが0°から90°までの範囲を持っている時、屈折角Gの大きさは0°から臨界角までの範囲を持つので、上記の角度調節部(60)の横断面である直角三角形の頂角の大きさの範囲は下記の数学式５のようである。
【００６２】
【数５】
2009271477.tif 000007
【００６３】
一方、上記のプリズム部(54)の大きさは、小さく設計すればするほど光運搬の効率増大及び光パイプの重量減縮に有利である。
【００６４】
そして上記のプリズム部(54)を含めた上記の光パイプ(50)の材質は光透過性、機械的な安定性が優秀な材料、例えば Polycarbonate,Polymethylmethacrylate(PMMA),Acrylic, Polypropylene, Polystyrene, Polyvinyl chloride で構成されることが出来る。
【００６５】
また、上記の光パイプ(50)の材質は使用される光源の種類により決定できるが、例えば上記の光パイプ(50)に使用される光源が水銀灯とかMetal halide Lamp のような高効率の点光源である場合、上記の光源から発生する温度を考慮して耐熱性の強いPolycarbonateを上記の光パイプ(50)の材質で使用出来る。
【００６６】
図５に図示したように、本発明の他の実施例によった光パイプ(70)は胴体部(72)とプリズム部(74)を含めて構成される。
【００６７】
上記胴体部(72)は長さ方向の中空(76)が形成される中空管の形態で形成され、上記光パイプ(70)の内側を形成する構造物である。そして上記プリズム部(74)は上記胴体部(72)の外面に長さ方向に複数個が形成される。
【００６８】
この時、上記プリズム部(74)は横断面が四角形である構造物で、反射部(78)と角度調節部(80)を含めて構成される。
【００６９】
ここで、上記反射部(78)は上記プリズム部(74)の横断面を二つの二等辺三角形に分けた時、直角二等辺三角形で構成される部分である。
【００７０】
上記反射部(78)は、従来の技術による光パイプに具備される三角プリズムを所定の角度だけ回転させた形状に対応する形態で具備される。
【００７１】
また、上記の角度調節部(80)は上記の胴体部(72)と上記の反射部(78)との間に具備される部分として上記の角度調節部(80)の横断面は光源の位置により頂角の大きさが決定される二等辺三角形で構成される。
【００７２】
つまり、上記の角度調節部(80)の横断面は上記の胴体部(72)と反射部(78)に接する二辺の長さが同一であり、上記の胴体部(72)と反射部(78)の間の頂角の大きさが光源の位置により決定される二等辺三角形である。
【００７３】
以下では光源から発生した光線が上記の胴体部(72)の内側面に対して入射角Eの角度で入射する場合を例を挙げて上記のプリズム部(74)の構成について詳しく取り調べる。
【００７４】
上記の光源(未図示)から発生した光線(82)が上記の胴体部(72)の内側面(84)の法線(85)と形成する角度、つまり入射角が角度Eである場合、屈折角GはSNELLの法則により上記の数学式３のように求められる。ここで、nは光パイプの屈折率を表す。
【００７５】
この時、上記の光線(82)が上記のプリズム部(74)のプリズム面(86)で全反射となる為には、上記プリズム面(86)の法線(87)と上記の光線(82)が形成する角度Hが臨界角より大きくならなければならない為、全反射が起きる為の条件は上記の数学式４のようになる。
【００７６】
そして、上記の光線(82)は上記プリズム面(86)で全反射が起きてから、上記のプリズム部(74)の隣のプリズム面(88)からもう一度全反射され上記の光パイプ(70)の中空(76)へ進行する。この時、上記の隣のプリズム面(88)からもう一度全反射が起きる為には上記の隣のプリズム面(88)からも同じく臨界角より大きい角度で入射しなければならない。
【００７７】
従って、上記の光線(82)が上記のプリズム面(86)から全反射され、次に上記の隣のプリズム面(88)からもう一度全反射される為に、上記のプリズム面(86)の法線(87)と上記の光線(82)が形成する角度Hは45°を形成するのが理想的である。
【００７８】
また、上記の角度Hが45°である場合、本発明の他の実施例によった光パイプ(70)を構成するPolycarbonate,Polymethylmethacrylate（PMMA）,Acrylic, Polypropylene, Polystyrene, Polyvinyl chloride 等の屈折率nは上記の数学式４を満足させる。そして、上記の反射部(78)の横断面は直角二等辺三角形であるから上記の反射部(78)の横断面と上記の胴体部(72)の横断面が形成する角度は上記の光線(82)が上記の胴体部(72)の内側面(84)から屈折される屈折角Gと同じである。つまり、上記の反射部(88)は横断面が直角二等辺三角形である構造物を角度Gだけ回転させた形状に対応する形態である。
【００７９】
一方、上記の反射部(78)の横断面と上記の胴体部(72)の横断面が形成する角度Gは、上記の角度調節部(80)の横断面の頂角の大きさと同一である。
【００８０】
つまり、上記の角度調節部(80)は上記の胴体部(72)と上記の反射部(78)の間に具備され、上記の角度調節部(80)の横断面から上記の胴体部(72)と反射部(78)の間の頂角は上記の光線(82)が上記の胴体部(72)の内側面(84)へ入射される時の屈折角と同様に構成される。従って上記の角度調節部(80)の形状は上記の光源と上記の光パイプ(70)の内側面の間の相対的な位置により決定される。
【００８１】
一方、上記の光線の入射角Eの大きさが0°から90°までの範囲を持っている時、屈折角Gの大きさは0°から臨界角までの範囲を持つので、上記の角度調節部(80)の横断面である二等辺三角形の頂角の大きさの範囲は上記の数学式５のようである。
【００８２】
一方、上記のプリズム部(74)の大きさは、小さく設計すればするほど光運搬の効率増大及び光パイプの重量減縮に有利である。
【００８３】
そして上記のプリズム部(74)を含めた上記の光パイプ(70)の材質は光透過性、機械的な安定性が優秀な材料、例えば Polycarbonate,Polymethylmethacrylate(PMMA),Acrylic, Polypropylene, Polystyrene, Polyvinyl chloride で構成されることが出来る。
【００８４】
また、上記の光パイプ(70)の材質は使用される光源の種類により決定できるが、例えば上記の光パイプ(70)に使用される光源が水銀灯とかMetal halide Lamp のような高効率の点光源である場合、上記の光源から発生する温度を考慮して耐熱性の強いPolycarbonateを上記の光パイプ(70)の材質で使用出来る。
【００８５】
図６は従来の三角プリズムを一定の角度だけ回転させ形成されたプリズムが適用された光パイプでの光線の経路を図示した拡大断面図である。
【００８６】
図６を参照すると光パイプ(90)に適用されるプリズム(92)が従来の三角プリズムを一定の角度だけ回転させた形状である場合、光源(未図示)から発生した光線(94)が上記の光パイプ(90)に入射される時、従来の三角プリズムの延長線区間(96)で１次に全反射されると、全反射が連続的に起きられなくて外部へ放出される。
【００８７】
従って本発明の具体的な実施例によるプリズム部(54,74)はその横断面が上記の延長線区間(96)をなくした四角形であり、上記の光源及び光パイプ(50,70)の内側面(64,84)の間の相対的な位置により直角二等辺三角形の横断面を持つ反射部(58,78)と直角三角形又は二等辺三角形の横断面を持つ角度調節部(60,80)が合わせられた形状で形成されることにより全反射が連続的に起きられる。
【００８８】
以下では本発明の第１実施例による光パイプの構成を図７から図10までを参照して取り調べる。
【００８９】
図７は本発明の第１実施例による光パイプを図示した斜視図であり、図８は本発明の第1実施例による光パイプを図示した断面図であり、図９は本発明の第１実施例による光パイプでの光線の経路を図示した断面図であり、図10の(a)は本発明の第１実施例による光パイプの内部で進行する光線を図示した斜視図であり、図10の(b)は本発明の第１実施例による光パイプのプリズム部で進行する光線を図示した透視図であり、図10の(c)は本発明の第1実施例による光パイプのプリズム部で進行する光線をYZ平面に図示した縦断面図であり、図10の(d)は本発明の第1実施例による光パイプのプリズム部で進行する光線をZX平面に図示した横断面図である。
【００９０】
この時、図８及び図９は、本発明の第1実施例による光パイプを図示した断面図として、ここで表示された光線は光パイプの内部で立体的に進行する光線に対して横断面に水平な成分だけを表現したことである。
【００９１】
図７を参照すると、本発明の第１実施例による光パイプ(100)は胴体部(102)とプリズム部(104)を含めて構成される。上記の胴体部(102)は長さ方向の中空(106)が形成される中空管の形態で形成され、上記の胴体部(102)の外面には長さ方向に複数個のプリズム部(104)が具備される。そして上記のプリズム部(104)は反射部(112)と角度調節部(114)で構成される。
【００９２】
光源(108)から発生して上記の光パイプ(100)の中空(106)内部へ入射された光線(110)は、上記の光パイプ(100)の内側面(116)に入射され、上記のプリズム部(104)でSNELLの法則によった全反射条件により反射される。
【００９３】
このような過程を繰り返すことにより上記の光線(110)は、上記の光パイプ(100)の長さ方向に進行する。
【００９４】
また、上記の光パイプ(100)の中空(106)を満たしている媒質は空気である為、上記の光線(110)は伝送損失が殆どなく上記の光パイプ(100)の長さ方向へ進行出来る。本発明の第１実施例による光パイプ(100)は上記の中空(106)が四角柱の形態で形成される点から従来の光パイプと差別される特徴がある。
【００９５】
一方、本発明の第１実施例による光パイプ(100)は上記の光源(108)及び上記の光パイプ(100)の胴体部(102)内側面(116)の相対的な位置により上記のプリズム部(104)の形状が決定される。
【００９６】
上記のプリズム部(104)を構成する角度調節部(114)の横断面である直角三角形で上記の胴体部(102)と反射部(112)の間の頂角の大きさは、上記の光線(110)が上記の光パイプ(100)の横断面と平行に進行して上記の胴体部(102)の内側面(116)へ入射される時の屈折角と同一である。
【００９７】
また、上記の光線(110)の屈折角は、上記の光パイプ(100)の屈折率と上記の光線(110)の入射角により決定され、上記の入射角の大きさは上記の光源(108)と上記の胴体部(102)の内側面(116)の間の相対的な位置により変わる。
【００９８】
以下では上記の光源(108)と上記の胴体部(102)の内側面(116)の間の相対的な位置により決定されるプリズム部(104)の形状を、図８を参考して具体的に取り調べる。
【００９９】
まず、上記の光パイプ(100)の屈折率nを利用して、上記の屈折角Gが0°, 1°, 2°, 3°,…である時の入射角Eが求められる。そして上記の光源(108)から上記の胴体部(102)の内側面(116)に入射角が0°である地点までの距離hを利用して、入射角が0°である地点から入射角がEである地点までの距離Mが求められる。そして屈折角がGである地点とG+1°である地点の間の区間の屈折角をGだと仮定する時、上記の距離Mを利用して屈折角がGである区間の長さLが求められる。
【０１００】
この時、上記の角度調節部(114)の横断面である直角三角形で上記の胴体部(102)と反射部(112)の間の頂角の大きさは上記の光線(110)の屈折角Gと同じなので上記の頂角の大きさがGである区間Lを一般式で誘導できる。上記の区間Lを求める過程は下記の数学式群６のようである。
【０１０１】
【数６】
2009271477.tif 000008
2009271477.tif 000009
2009271477.tif 000010
2009271477.tif 000011
2009271477.tif 000012
【０１０２】
ここで上記の屈折角Gが 0°, 1°, 2°, 3°,…である場合を例を挙げたが、kを任意の正の有理数という時、上記の屈折角Gがk°だけずつ大きくなる場合上記の頂角の大きさがGである区間を一般式で誘導出来、これは下記の数学式７のようである。
【０１０３】
【数７】
2009271477.tif 000013
【０１０４】
一方、本発明の第１実施例による光パイプ(100)の屈折率nが1.57であり、上記の屈折角Gが 0°, 1°, 2°, 3°,…である場合を例を挙げて上記の入射角E,距離M,区間Lを計算した結果は下記の表１のようである。
【０１０５】
【表１】
2009271477.tif 000014
【０１０６】
以上のことから解るように、本発明の第１実施例による光パイプ(100)で角度調節部(114)の横断面である直角三角形で上記の胴体部(102)と反射部(112)の間の頂角の大きさは上記の光パイプ(100)の屈折率nと上記の光源(108)から上記の胴体部(102)の内側面(116)までの距離hの値によった場合にだけ決定される。従って、光パイプの中空の横断面が多角形の形状である場合にも上記の計算の過程が同一に適用出来る。
【０１０７】
一方、本発明の第１実施例による光パイプ(100)から光源(108)が上記の中空(106)の横断面の中心に位置すると、お互い向かい合う二面のプリズム部(104)の配列が同一に形成される。また、上記の中空(106)の横断面が正四角形の形状である場合に上記の光源(108)が上記の中空(106)の横断面の中心に位置すると、四面のプリズム部(104)の配列が全部同一に形成される。
【０１０８】
反面、上記の光源(108)が上記の中空(106)の横断面の中心から外れる場合には上記の光パイプ(100)の四面のプリズム部(104)の配列は上記の光源(108)から上記の胴体部(102)の内側面(116)までの距離hの値により決定されお互い違うように形成される。
【０１０９】
次に、本発明の第１実施例による光パイプで光線の経路を図９を参照して取り調べる。
【０１１０】
図９に図示したことのように、光源(108)から発生した光線(110)は上記の光パイプ(100)に入射され上記のプリズム部(104)でSNELLの法則によった全反射の条件により反射される。
【０１１１】
上記のプリズム部(104)で全反射された光線(110)は、同一な入射角で相対側のプリズム部(104)でもう一度全反射され上記の光パイプ(100)の長さ方向へ進行する。
【０１１２】
つまり、上記の光線(110)は第1番目の入射面から全反射の過程を経た後、上記の第１番目の入射面の向かい合う面、または隣の面に上記の第１番目の入射面からの入射角と同一な入射角で入射されることにより、もう一度全反射を起こすことになる。
【０１１３】
従って上記の光線(110)は、上記のプリズム部(104)で連続的に全反射を起こしながら上記の光パイプ(100)の長さ方向へ進行出来る。
【０１１４】
以下では、光源(108)から発生した光線(110)が光パイプ(100)の中心線(118)と所定の角度を形成して進行する場合、全反射が起きる許容角の範囲を図10の(a)または(d)を参照して取り調べる。
【０１１５】
まず、図１０の(a)を参照すると、上記の光線(110)が上記の光パイプ(100)の中心線(118)に対して角度Zを形成して進行する場合、上記の角度Zが90°であれば、上記のプリズム部(104)のプリズム面で上記の光線(110)の入射角は45°である。
【０１１６】
一方、図10の(b)を参照すると、上記の角度Zが0°に近くなる場合、上記の光線(110)は上記のプリズム部(104)の長さ方向にほぼ平行に進行して入射される。そして上記の光線(110)は、上記の光パイプ(100)の胴体部(102)の内側面(116)屈折され上記のプリズム部(104)のプリズム面に対して角度Tを形成する。
【０１１７】
そして図10の(c)と(d)を参照すると、上記の光線(110)はZY平面にほぼ90°の入射角で上記の光パイプ(100)に入射されるので屈折角Pは臨界角とほぼ同一な角度を形成する。従ってZY平面で上記の光線(110)のZY成分だけ分析する場合、上記の光線(110)の屈折角PはSNELLの法則により求められ、上記のプリズム面と上記の光線(110)が形成する角度Qは上記の屈折角Pを利用して求められる。上記の屈折角Pと角度Qは下記の数学式群８のようである。
【０１１８】
【数８】
2009271477.tif 000015
2009271477.tif 000016
【０１１９】
また、ZX平面で上記の光線(110)のZX成分だけ分析する場合、上記の光線(110)と上記のプリズム面が形成する角度は45°と同じである。
【０１２０】
この時、上記の角度Qが90°であれば、図10の(b)での角度Tは図10の(d)での角度45°と同一になる。そして上記の角度Qが0°であれば、図10の(b)での角度Tは、図10の(d)での角度45°に関係なくいつも0°になる。
【０１２１】
従って上記の角度Tと上記の角度Qはお互い比例関係が成立する。従って上記の角度Tと上記の光線(110)のプリズム面での入射角Hは下記の数学式群９のように求められる。
【０１２２】
【数９】
2009271477.tif 000017
2009271477.tif 000018
2009271477.tif 000019
2009271477.tif 000020
【０１２３】
一方、上記の光線(110)が上記の光パイプ(100)の中心線(118)と形成する角度Zの範囲は、0°以上90°以下の範囲を満足する。
【０１２４】
そして上述したことのように、上記の角度Zが90°である場合上記の入射角Hは45°であり、上記の角度Zが0°である場合上記の入射角Hは上記の数学式９と同じであることを利用して上記の入射角Hの値を求められる。従ってZが0°と90°の間に存在する時上記の入射角Hの範囲は下記の数学式群10で表わしたように全反射の条件を充足する。
【０１２５】
【数１０】
2009271477.tif 000021
2009271477.tif 000022
【０１２６】
ここで、nは上記の光パイプ(100)の材質による屈折率であり、上記の光パイプ(100)の材質である Polycarbonate, Polymethylmethacrylate（PMMA）, Acrylic, Polypropylene, Polystyrene, Polyvinyl chloride 等の屈折率nに対して上記の入射角Hは上記の数学式群10を満足する。
【０１２７】
従って本発明の第１実施例による光パイプでは上記の角度Zが0°以上90°以下の条件を満足する為、上記の光源(108)から発生するあらゆる光線(110)が上記の全反射条件を充足する。
【０１２８】
例えば屈折率nが1.57°である場合、上記の光線(110)が上記のプリズム部(104)のプリズム面に入射する角度Hは、45°と64.78°の間に存在する為全反射条件 H > 39.56°を充足することである。
【０１２９】
また、上述したことのように数学式による計算の過程を経なくても、上記の角度Zが90°である場合、上記の入射角Hが最小であり、上記の角度Zが小さくなればなるほど上記の入射角Hはもっと大きくなることが解る。
【０１３０】
従って上記の角度Zが90°である場合の入射角Hが上記の全反射条件を充足すると、上記の光線(110)は上記のプリズム部(104)のどの地点であっても全反射条件を充足する。
【０１３１】
以下では本発明の第２実施例による光パイプの構成を図11から図13までを参照して取り調べる。
【０１３２】
図11は本発明の第２実施例による光パイプを図示した斜視図であり、図12は本発明の第２実施例による光パイプを図示した断面図であり、図13は本発明の第２実施例による光パイプでの光線の経路を図示した断面図である。
【０１３３】
この時、図12及び図13は本発明の第２実施例による光パイプを図示した断面図として、ここに表示された光線は光パイプの内部で立体的に進行する光線に対して横断面に水平な成分だけを表現したことである。
【０１３４】
図11を参照すると、本発明の第２実施例による光パイプ(200)は円形中空管の形態で形成され、胴体部(202)とプリズム部(204)を含めて構成される。上記の胴体部(202)は長さ方向の中空(206)が形成される中空管の形態で形成され、上記の胴体部(202)の外面には長さ方向へ複数個のプリズム部(104)が具備される。そして上記のプリズム部(204)は反射部(212)と角度調節部(214)で構成される。
【０１３５】
光源(208)から発生して上記の光パイプ(200)の中空(206)内部へ入射された光線(210)は、上記の光パイプ(200)の内側面(216)へ入射され上記のプリズム部(204)でSNELLの法則によった全反射条件により反射される。このような過程を繰り返すことによって上記の光線(210)は上記の光パイプ(200)の長さ方向へ進行する。
【０１３６】
また、上記の光パイプ(200)の中空(206)を満たしている媒質は空気である為、上記の光線(210)は伝送損失が殆どなく上記の光パイプ(200)の長さ方向へ進行出来る。
【０１３７】
本発明の第２実施例による光パイプ(200)は上記の光源(208)が上記の光パイプ(200)の横断面の中心に位置していないで、中心から外れた位置に具備出来る点で従来の光パイプと差別される特徴がある。
【０１３８】
一方、本発明の第２実施例による光パイプ(200)は光源(208)及び上記の光パイプ(200)の相対的な位置により上記のプリズム部(204)の形状が決定される。
【０１３９】
上記のプリズム部(204)を構成する角度調節部(214)の横断面である直角三角形で上記の胴体部(202)と反射部(212)の間の頂角の大きさは、上記の光線(210)が上記の光パイプ(200)の横断面と平行に進行して上記の胴体部(202)の内側面(216)に入射される時の屈折角と同一である。また、上記の光線(210)の屈折角は上記の光パイプ(200)の屈折率と上記の光線(210)入射角により決定され、上記の入射角の大きさは上記の光源(208)と上記の胴体部(202)の内側面(216)の間の相対的な位置により変わる。
【０１４０】
以下では上記の光源(208)と上記の胴体部(202)の内側面(216)の間の相対的な位置により決定されるプリズム部(204)の形状を図12を参考して具体的に取り調べる。
【０１４１】
まず、上記の光パイプ(200)の屈折率nを利用して、上記の屈折角Gが0°, 1°, 2°, 3°,…である場合の入射角Eが求められる。そして上記の光源(208)から上記の胴体部(202)の内側面(216)に入射角が0°である地点までの距離h、上記の中空(206)の横断面の半径r、上記の光源(208)から入射角がEである地点までの距離s、そして上記の光源(208)から入射角が0°である地点と入射角がEである地点の間の角度C、及び上記の中空(206)の横断面である円の中心から入射角が0°である地点と入射角がEである地点の間の角度Dを利用して、入射角が0°である地点と入射角がEである地点の間の弧の長さMが求められる。そして屈折角がGである地点とG+1°である地点の間の区間の屈折角をGだと仮定した時、上記の弧の長さMを利用して屈折角がGである区間の長さLが求められる。
【０１４２】
この時、上記の角度調節部(214)の横断面である直角三角形で上記の胴体部(202)と反射部(212)の間の頂角の大きさは、上記の光線(210)の屈折角Gと同じであるので上記の頂角の大きさがGである区間Lを一般式で誘導出来る。上記の区間Lを求める過程は下記の数学式群11のようである。
【０１４３】
【数１１】
2009271477.tif 000023
2009271477.tif 000024
2009271477.tif 000025
2009271477.tif 000026
2009271477.tif 000027
2009271477.tif 000028
2009271477.tif 000029
2009271477.tif 000030
2009271477.tif 000031
2009271477.tif 000032
【０１４４】
ここで上記の屈折角Gが 0°, 1°, 2°, 3°,…である場合を例を挙げたが、kを任意の正の有理数だとした時、上記の屈折角Gがk°だけずつ大きくなる場合上記の頂角の大きさがGである区間を一般式で誘導出来、これは下記の数学式12のようである。
【０１４５】
【数１２】
2009271477.tif 000033
【０１４６】
以上のことから解るように、本発明の第２実施例による光パイプ(200)は屈折率nと上記の光源(208)から上記の胴体部(202)の内側面(216)に入射角が0°である地点までの距離h、上記の中空(206)の横断面の半径rの値により、上記のプリズム部(204)の形状が決定される。
【０１４７】
次に、本発明の第２実施例による光パイプでの光線の経路を図13を参照して取り調べる。
【０１４８】
図13に図示したことのように、光源(208)から発生した光線(210)は、上記の光パイプ(200)に入射され上記のプリズム部(204)でSNELLの法則による全反射条件により反射される。上記のプリズム部(204)で全反射された光線(210)は、同一な入射角で相対側のプリズム部(204)でもう一度全反射され上記の光パイプ(200)の長さ方向へ進行する。
【０１４９】
つまり、上記の光線(210)は第１番目の入射面で全反射の過程を経た後、 上記の第１番目の入射面の相対側の入射面に対して上記の第１番目の入射面での入射角と同一な入射角で入射されることにより、もう一度全反射を起こすことになる。従って、上記の光線(210)は、上記のプリズム部(204)で連続的に全反射を起こしながら上記の光パイプ(200)の長さ方向へ進行出来る。
【０１５０】
一方、本発明の第２実施例による光パイプ(200)で光線(210)が上記の光パイプ(200)の中心線と90°の角度を形成しながら進行する場合、上記のプリズム部(204)での入射角が全反射条件を充足すると上記の光線(210)は上記のプリズム部(204)のどの地点に対しても全反射条件を充足し、これは図10を参照して本発明の第１実施例による光パイプの場合に取り調べたことと同じである。
【０１５１】
以下では本発明の第３実施例による同一な二つの円弧を結合した図形を横断面にする中空を具備する光パイプの構成を図14から図16までを参照して取り調べる。
【０１５２】
図14は本発明の第３実施例による光パイプを図示した斜視図であり、図15は本発明の第３実施例による光パイプを図示した断面図であり、図16は本発明の第３実施例による光パイプでの光線の経路を図示した断面図である。
【０１５３】
この時、図15及び図16は本発明の第３実施例による光パイプを図示した断面図として、ここに表示された光線は光パイプの内部で立体的に進行する光線に対して横断面に水平な成分だけを表現したことである。
【０１５４】
図14を参照すると、本発明の第３実施例による光パイプ(300)は胴体部(302)とプリズム部(304)を含めて構成される。上記の胴体部(302)は、長さ方向の中空(306)が形成される中空管の形態で形成され、上記の中空(306)はその横断面が同一な二つの円弧を結合した図形の形状で形成される。
【０１５５】
そして上記の胴体部(302)の外面には長さ方向に複数個のプリズム部(304)が具備され、上記のプリズム部(304)は反射部(312)と角度調節部(314)で構成される。
【０１５６】
光源(308)から発生した光線(310)が上記のプリズム部(304)でSNELLの法則による全反射条件により反射され、このような過程を繰り返すことにより上記の光線(310)は、上記の光パイプ(300)の長さ方向へ進行する。また、上記の光パイプ(300)の中空(306)を満たしている媒質は空気である為上記の光線(310)は伝送損失がほぼなく進行出来る。
【０１５７】
本発明の第３実施例による光パイプ(300)は上記の中空(306)の横断面が同一な二つの円弧を結合した図形の形態で形成される点で従来の光パイプと差別される特徴がある。
【０１５８】
一方、本発明の第３実施例による光パイプ(300)は、光源(308)及び上記の光パイプ(300)の相対的な位置により上記のプリズム部(304)の形状が決定される。
【０１５９】
上記のプリズム部(304)を構成する角度調節部(314)の横断面である直角三角形で上記の胴体部(302)と反射部(312)の間の頂角の大きさは、上記の光線(310)が上記の光パイプ(300)の横断面と平行に進行して上記の胴体部(302)の内側面(316)に入射される時の屈折角と同一である。また、上記の光線(310)の屈折角は上記の光パイプ(300)の屈折率と上記の光線(310)の入射角により決定され、上記の入射角の大きさは上記の光源(308)と上記の胴体部(302)の内側面(316)の間の相対的な位置により変わる。
【０１６０】
以下では上記の光源(308)と上記の胴体部(302)の内側面(316)の間の相対的な位置により決定されるプリズム部(304)の形状を図15を参照して具体的に取り調べる。
【０１６１】
まず、上記の光パイプ(300)の屈折率nを利用して、上記の屈折角Gが0°, 1°, 2°, 3°,…である時の入射角Eが求められる。そして上記の光源(308)から上記の胴体部(302)の内側面(316)に入射角が0°である地点までの距離h 、上記の中空(306)の横断面を構成する円弧の曲率半径r 、上記の光源(308)から入射角がEである地点までの距離s、上記の光源(308)から入射角が0°である地点と入射角がEである地点の間の角度C、そして上記の中空(306)の横断面を構成する円弧の曲率中心から入射角が0°である地点と入射角がEである地点の間の角度Dを利用して、入射角が0°である地点と入射角がEである地点の間の弧の長さMが求められる。そして屈折角がGである地点とG+1°である地点の間の区間の屈折角をGだと仮定した時、上記の弧の長さMを利用して屈折角がGである区間の長さLが求められる。
【０１６２】
この時、上記の角度調節部(314)の横断面である直角三角形で上記の胴体部3102)と反射部(312)の間の頂角の大きさは、上記の光線(310)の屈折角Gと同じであるので上記の頂角の大きさがGである区間Lが一般式で誘導出来る。上記の区間Lを求める過程は下記の数学式群13のようである。
【０１６３】
【数１３】
2009271477.tif 000034
2009271477.tif 000035
2009271477.tif 000036
2009271477.tif 000037
2009271477.tif 000038
2009271477.tif 000039
2009271477.tif 000040
2009271477.tif 000041
2009271477.tif 000042
2009271477.tif 000043
【０１６４】
ここで上記の屈折角Gが0°, 1°, 2°, 3°,…である場合を例を挙げたが、kを任意の正の有理数だとする時、上記の屈折角Gがk°だけずつ大きくなる場合上記の頂角の大きさがGである区間が一般式で誘導出来、これは下記の数学式14のようである。
【０１６５】
【数１４】
2009271477.tif 000044
【０１６６】
以上のことから解るように、本発明の第３実施例による光パイプ(300)は屈折率nと上記の光源(308)から上記の胴体部(302)の内側面(316)に入射角が0°である地点までの距離h、上記の中空(306)の横断面を構成する円弧の曲率半径rの値により上記のプリズム部(304)の形状が決定される。
【０１６７】
一方、本発明の第３実施例による光パイプでの光線の経路を図16を参照して取り調べる。
【０１６８】
図16で図示したことのように、光源(308)から発生した光線(310)は、上記の光パイプ(300)に入射され上記のプリズム部(304)でSNELLの法則によった全反射条件により反射される。上記のプリズム部(304)で全反射された光線(310)は、同一な入射角で相対側のプリズム部(304)でもう一度全反射され上記の光パイプ(300)の長さ方向に進行する。
【０１６９】
つまり、上記の光線(310)は第１番目の入射面で全反射の過程を経た後、上記の第１番目の入射面の相対側の入射面に対して上記の第１番目の入射面での入射角と同一な入射角で入射されることにより、もう一度全反射を起こすことになる。従って上記の光線(310)は上記のプリズム部(304)で連続的に全反射を起こしながら上記の光パイプ(300)の長さ方向へ進行出来る。
【０１７０】
一方、本発明の第３実施例による光パイプ(300)で光線(310)が上記の光パイプ(300)の中心線と90°の角度を形成して進行する場合、上記のプリズム部(304)での入射角が全反射条件を充足すると上記の光線(310)は上記のプリズム部(304)のどの地点に対しても全反射条件を充足し、これは図10を参照して本発明の第１実施例による光パイプの場合に取り調べたことと同じである。
【０１７１】
以下では本発明の第４実施例による同一な二つの円弧と同一な二つの直線が別々に向かい合うように結合した図形を横断面にする中空を具備する光パイプの構成を図17及び図18を参照して取り調べる。
【０１７２】
図17は本発明の第４実施例による光パイプを図示した斜視図であり、図18は本発明の第４実施例による光パイプを図示した断面図である。
【０１７３】
この時、図18は本発明の第４実施例による光パイプを図示した断面図として、ここで表示された光線は光パイプの内部で立体的に進行する光線に対して横断面に水平な成分だけを表現したことである。
【０１７４】
図17を参照すると、本発明の第４実施例による光パイプ(400)は胴体部(402)とプリズム部(404)を含める。上記の胴体部(402)は長さ方向へ貫通するように形成される中空(406)を具備し、上記の中空(406)はその横断面が同一な二つの円弧と同一な二つの直線が別々に向かい合うように結合した図形の形状で形成される。
【０１７５】
そして上記の胴体部(402)の外面には長さ方向に複数個のプリズム部(404)が具備され、上記のプリズム部(404)は、反射部(412)と角度調節部(414)で構成される。
【０１７６】
光源(408)から発生した光線(410)が、上記のプリズム部(404)でSNELLの法則によった全反射条件により反射され、このような過程を繰り返すことにより上記の光線(410)は上記の光パイプ(400)の長さ方向へ進行する。
【０１７７】
また、上記の光パイプ(400)の中空(406)を満たしている媒質は空気である為上記の光線(410)は伝送損失がほぼなく進行出来る。
【０１７８】
本発明の第４実施例による光パイプ(400)は、上記の中空(406)の横断面が同一な二つの円弧と同一な二つの直線が別々に向かい合うように結合した図形の形態で形成される点で従来の光パイプと差別される特徴がある。
【０１７９】
一方、本発明の第４実施例による光パイプ(400)は、光源(408)及び上記の光パイプ(400)の相対的な位置により上記のプリズム部(404)の形状が決定される。
【０１８０】
上記のプリズム部(404)を構成する角度調節部(414)の横断面である直角三角形で上記の胴体部(402)と反射部(412)の間の頂角の大きさは、上記の光線(410)が上記の光パイプ(400)の横断面と平行に進行して上記の胴体部(402)の内側面(416)に入射される時の屈折角と同じである。
【０１８１】
また、上記の光線(410)の屈折角は、上記の光パイプ(400)の屈折率と上記の光線(410)の入射角により決定され、上記の入射角の大きさは上記の光源(408)と上記の胴体部(402)の内側面の間の相対的な位置により変わる。
【０１８２】
一方、上記の光源(408)と上記の胴体部(402)の内側面(416)の間の相対的な位置により決定されるプリズム部(404)の形状は、上記の中空(406)の横断面で直線で構成される部分と円弧で構成される部分のそれぞれに対して個別的に決定される。
【０１８３】
つまり、上記の直線で構成される部分に対しては本発明の第１実施例による光パイプの場合と同様に図８及び数学式７により決定される。そして上記の円弧で構成される部分に対しては本発明の第３実施例による光パイプの場合と同様に図15及び数学式14により決定される。
【０１８４】
一方、本発明の第４実施例による光パイプでの光線の経路を図18を参照して取り調べる。
【０１８５】
図18に図示したことのように、光源(408)から発生した光線(410)は、上記の光パイプ(400)に入射され上記のプリズム部(404)でSNELLの法則によった全反射条件により反射される。上記のプリズム部(404)で全反射された光線(410)は、同一な入射角で相対側のプリズム部(404)でもう一度全反射され上記の光パイプ(400)の長さ方向へ進行する。
【０１８６】
つまり、上記の光線(410)は第１番目の入射面で全反射の過程を経た後、上記の第１番目の入射面の相対側入射面に対して上記の第１番目の入射面での入射角と同一な入射角で入射されることによりもう一度全反射を起こすことになる。従って上記の光線(410)は上記のプリズム部(404)で連続的に全反射を起こしながら上記の光パイプ(400)の長さ方向へ進行出来る。
【０１８７】
一方、本発明の第４実施例による光パイプ(400)で光線(410)が上記の光パイプ(400)の中心線と90°の角度を形成して進行する場合、上記のプリズム部(404)での入射角が全反射条件を充足すると、上記の光線(410)は、上記のプリズム部(404)のどの地点に対しても全反射条件を充足し、これは図10を参照して本発明の第１実施例による光パイプの場合に取り調べたことと同じである。
【０１８８】
本発明の第４実施例による光パイプは、特に 看板用として使用される場合光パイプのボリュームが縮小出来、美麗な外観が形成出来る長所がある。
【０１８９】
一方、本発明の第１実施例から第４実施例まででは角度調節部(114,214,314,414)の横断面が直角三角形の形状で形成される場合だけを考慮したが、上記の角度調節部(114,214,314,414)の横断面は図５に図示されたことのように二等辺三角形の形状で形成出来る。
【０１９０】
この時、上記の角度調節部(114,214,314,414)の横断面を構成する二等辺三角形の頂角の大きさは光源から発生した光線(110,210,310,410)が光パイプ(100,200,300,400)の横断面と平行に進行して胴体部(102,202,302,402)の内側面(116,216,316,416)へ入射される時の屈折角と同一に形成される。
【０１９１】
これは上記の光線(110,210,310,410)が連続的に全反射を起しながら上記の光パイプ(100,200,300,400)の長さの方向へ進行出来るようにする為である。
【０１９２】
以下では本発明の第５実施例による光パイプの構成を図19を参照して取り調べる。
【０１９３】
図19は本発明の第５実施例による光パイプの構成を図示した分解斜視図である。
【０１９４】
図19に図示したことのように、本発明の第５実施例による光パイプ(500)は本発明の第１実施例から第４実施例までで説明した光パイプにフィルター部(520)を追加で含めて構成される。上記のフィルター部(520)は上記の光源(508)から発生した光の色を変換させる役割をする。
【０１９５】
上記のフィルター部(520)は、上記の光源(508)から発生した光線を反射させる反射鏡(522)を含めて構成される。上記の反射鏡(522)は、上記の光パイプ(500)の一方の端部に位置することにより、上記の光源(508)から発生した光線を反射させ上記の光パイプ(500)の他側部へ進行させる。
【０１９６】
また、上記のフィルター部(520)は、カラーフィルター(524)を含めて構成される。上記のカラーフィルター(524)は、上記の反射鏡(522)の前面に配置され、一つ以上の着色層(526)を含める。上記のカラーフィルター(524)に入射される光は、上記の着色層(526)を透過する過程で色が変換される。
【０１９７】
上記のカラーフィルター(524)は円形のガラス板で、上記の光パイプ(500)の用途によりDichroic Coating 処理されたガラス板(Dichroic Filter)、ガラスまたPolycarbonateの材質で構成される。例えば上記の光パイプ(500)の光源(508)から発散される熱を考慮し、上記のカラーフィルター (524)はDichroic Coating 処理されたガラス板の材質で構成される。
【０１９８】
そして上記のフィルター部(520)は上記のカラーフィルター(524) を回転させるモーター(528) を含めて構成される。上記のモーター(528)は上記のカラーフィルター (524)を回転させることにより、上記の光パイプ(500)の外部へ発散される光の色を変換させる役割をする。
【０１９９】
本発明の第５実施例による光パイプ(500)は看板また各種ディスプレーの用途で使用される場合、上記の光源(508)から発生する白色光を多様な色へ変換させる装置として応用出来る。
【０２００】
つまり、上記の光源(508)から発生した光線が上記のカラーフィルター(524)を透過することにより、上記の光パイプ(500)は多様な色の光を外部へ発散することである。
【０２０１】
本発明の各実施例による光パイプはプリズム部と光パイプが平行に配置される為PolycarbonateまたAcrylic樹脂の押出で大量生産が出来、光パイプの厚さは材質の特性により光パイプの形状維持と外部の衝撃に耐えられる範囲以内で決定出来る。
【０２０２】
また、本発明の各実施例による光パイプは看板及びディスプレーの用途で応用される場合、光パイプの表面で均一な光の放出が要求される。
【０２０３】
光パイプの長さが短い場合は表面の光が均一に放出出来るが、光パイプの長さが長い場合には光パイプの内部また外部に滑らかな表面を粗く処理したり、光拡散フィルムなどを付けることにより全反射される光が外へ放出出来るようにすることが望ましい。
【０２０４】
本発明の権利は上記で説明した実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載されたことにより定義され、本発明の分野で通常の知識を持っている者が特許請求の範囲に記載された権利範囲以内で多様な変更と改作が出来るということは自明なことである。
【図面の簡単な説明】
【０２０５】
【図１】従来の技術による三角プリズムを利用した円筒形の光パイプでの光線の経路を図示した断面図。
【図２】従来の技術による三角プリズムを利用した光パイプで内側面が平面である場合光線の経路を図示した拡大断面図。
【図３】従来の技術による三角プリズムを利用した四角柱形の光パイプで全反射が発生する範囲を図示した断面図。
【図４】本発明の具体的な実施例によるプリズム部が適用された光パイプでの光線の経路を図示した拡大断面図。
【図５】本発明の他の実施例によるプリズム部が適用された光パイプでの光線の経路を図示した拡大断面図。
【図６】従来の三角プリズムを一定の角度だけ回転させ形成されたプリズムが適用された光パイプでの光線の経路を図示した拡大断面図。
【図７】本発明の第１実施例による光パイプを図示した斜視図。
【図８】本発明の第１実施例による光パイプを図示した断面図。
【図９】本発明の第１実施例による光パイプでの光線の経路を図示した断面図。
【図１０】(a)は本発明の第１実施例による光パイプの内部で進行する光線を図示した斜視図、(b)は本発明の第１実施例による光パイプのプリズム部で進行する光線を図示した透視図、(c)は本発明の第１実施例による光パイプのプリズム部で進行する光線をYZ平面に図示した縦断面図、そして(d)は本発明の第１実施例による光パイプのプリズム部で進行する光線をZX平面に図示した横断面図。
【図１１】本発明の第２実施例による光パイプを図示した斜視図。
【図１２】本発明の第２実施例による光パイプを図示した断面図。
【図１３】本発明の第２実施例による光パイプで光線の経路を図示した断面図。
【図１４】本発明の第３実施例による光パイプを図示した斜視図。
【図１５】本発明の第３実施例による光パイプを図示した断面図。
【図１６】本発明の第３実施例による光パイプで光線の経路を図示した断面図。
【図１７】本発明の第４実施例による光パイプを図示した斜視図。
【図１８】本発明の第４実施例による光パイプを図示した断面図。
【図１９】本発明の第５実施例による光パイプの構成を図示した分解斜視図。
【符号の説明】
【０２０６】
50   光パイプ
52   胴体部
54   プリズム部
56   中空
58   反射部
60   角度調節部
62   光線
64   内側面
65   法線
66   プリズム面
67   法線
68   プリズム面
70   光パイプ
72   胴体部
74   プリズム部
76   中空
78   反射部
80   角度調節部
82   光線
84   内側面
85   法線
86   プリズム面
87   法線
88   プリズム面
90   光パイプ
92   プリズム
94   光線
96   延長線区間
100  光パイプ
102  胴体部
104  プリズム部
106  中空
108  光源
110  光線
112  反射部
114  角度調節部
116  内側面
118  中心線
200  光パイプ
202  胴体部
204  プリズム部
206  中空
208  光源
210  光線
212  反射部
214  角度調節部
216  内側面
300  光パイプ
302  胴体部
304  プリズム部
306  中空
308  光源
310  光線
312  反射部
314  角度調節部
316  内側面
400  光パイプ
402  胴体部
404  プリズム部
406  中空
408  光源
410  光線
412  反射部
414  角度調節部
416  内側面
500  光パイプ
508  光源
520  フィルター部
522  反射鏡
524  カラーフィルター
526  着色層
528  モーター
【図１】
2009271477.tif 000049
【図２】
2009271477.tif 000050
【図３】
2009271477.tif 000051
【図４】
2009271477.tif 000052
【図５】
2009271477.tif 000053
【図６】
2009271477.tif 000054
【図７】
2009271477.tif 000055
【図８】
2009271477.tif 000056
【図９】
2009271477.tif 000057
【図１０】
2009271477.tif 000058
【図１１】
2009271477.tif 000059
【図１２】
2009271477.tif 000060
【図１３】
2009271477.tif 000061
【図１４】
2009271477.tif 000062
【図１５】
2009271477.tif 000063
【図１６】
2009271477.tif 000064
【図１７】
2009271477.tif 000065
【図１８】
2009271477.tif 000066
【図１９】
2009271477.tif 000067