WO1987001816A1 - Light deflector - Google Patents

Description

- -

ism

明 糊 光 の 方 向 変 換 装 置 技 術 分

本発明 は 、 光の方向変換装置に係 り 、 特に 、 ぁ る範囲 の ぁ ら ゅ る方向か ら の光を取入れて それを ー定範囲内の 方向の光に 変換する装置に 関 する 。

背 景 技 術

入射方向 が漸次変化す る光、 例ぇば太陽光を取入れて 利用 す る場合、 その有効利用 の た め に は 、 光が入射す る 方向 を向 く ょ ぅ に 制御さ れる光追尾装置が必要でぁ る 。

こ の ょ ぅ な光追尾装置の 設置に ょ っ て 、 光取入部を入 射光の方向 に 常に 向ける ょ ぅ に す れぱ 、 入射光を最も有 効 に 取入れる こ と がで き る 。 し か し 、 例 ぇば太陽光の入 射方向 は季節の変化 に ょ り 、 ま た 朝 か らタ方への 時間 の 経過 に ょ り 刻 々変化す る の で 、 有効 な光追尾装置は複雜 髙価なも の と な り 、 実用的で はな ぃ 。

本発明 は こ の ょ ぅ な点 に 鑑みなさ れた も の で 、 その 目 的 は 、 入射方向が変化する光 ま た は種々 の入射方向 を有 す る光を 、 光追尾装置を用 ぃ る こ と な く 静止状態の ま ま で取入れ、 そ れをー定範囲 内の方向の光 に変換 し て利用 し 易 く す る こ と の で き る光の方向変換装置を提供す る こ と に ぁ る 。 発 明 の 開 示

本発明 に ょ る光の方向変換装置は 、 光の入射面を有す る光透過性材料の三次元形状の本体か ら な り 、 こ の本体 は 、 前記光の入射面を経て 本体内 に取入れ ら れた光を本 休内部 で反復反射さ せ る た めの反射面を有 し 、 こ の反射 面は 、 それにょ り 内部反射させ ら れる光の向きを反復反 射に伴ぃ反射面に対 す る臨界角 に 漸次近づける ょ ぅ な形 状を備ぇ、 臨界角 ま た はそれょ り 小さ ぃ角度で内部反射 光が到達す る反射面の部分ぉ ょ ぴその近傍の面が 、 方向 変換さ れた光の取出面 と さ れる 。

光の入射面か ら本体の内部に入 っ た 光は 、 反射面 で全 反射を反復する ぅ ち に 、' 反射面の形状に ょ り 、 反射面 に 対 する入射方向 が漸次立上 り 、 遂に は臨界角 ま た は そ れ を少 し越ぇる角度に 達する 。 こ の状態に な っ た後 、 反射 光 は反射面 に ょ り 反射さ れる こ と な く 、 反射面を通っ て 本体外へ出る 。 そ し て 、 反射光がほぼ臨界角の近傍で反 射面へ達す る こ と に ょ り 、 反射面を通 り 抜け た 光は本体 外で は反射面の外側面、 すなゎ ち本体の外面に対 し ほぼ ー定の角度を も っ て 、 ま た はー定範囲内 の角度を も っ て 射出さ れる 。 し た が っ て、 射出さ れる光の方向 はほぼー 定 に な る 。

図面の簡単な説明

第 Ί 図 は本発明 のー実施例 の本体の 断面図 、

第 2 図 は同実施例 の斜視図、 第 3図 は第 1 図の実施例の作用 の 説明図 、

第 4図 は第 2図の本体を多数並列状 に設け た 光の方向 変換装置の斜視図 、

第 5図 は第 4図 の V部分の拡大図 、

第 6図 は光の入射面の入射 に っ ぃ て の 説明図 、 第 7図 は光の入射を助け る装置の断面図 、

第 8図 は本発明の他の実施例の斜視図 、

第 9図 は本発明の さ ら に他の実施儷の斜視図 、 第 Ί 0図 は本発明の本体か ら 放出 さ れる 光の開 き角 を 説明す る図 、

第 1 Ί 図 は本体に設け ら れる補助.素子を示す図 、 ' 第 1 2図 は他の補助 素子を示す 図 、

第 Ί 3図 は第 1 2図のー部の拡大図 、

第 Ί 4図 は さ ら に他の補助素子を示 す図 、

第 1 5図 は第 1 4図のー部の拡大図 、

第 1 6 A図 は第 8図 ま た は第 9図の本体を多数束ね て 溝成 し た 光の方向変換装置の側面図 、

第 1 6 B図 は第 1 6 A図の装置の斜視図 、

第 Ί 7 A図 は第 Ί 6 A図の装置の変形例の側面図 、 第 Ί 7 Β図 は第 1 7 A図の装置の斜視図 、

第 Ί 8 A図 は第 Ί 6 A図の装置の変形例の側面図 、 第 1 8 B図 は第 1 8 A図 の裝置の斜視図 、

第 1 9図 は本発明の他の実施例 を示す 図 、

第 2 0図 は第 1 図等の実施例 の本体を耝合せ て用 ぃ る 例 を示す図 、

第 2 1 図 は本発明の 回転形実施 Mを示す図 、 第 2 2 図 は他の回転形実施例を示す図、

第 2 3 図 は 回転形実施例 に 用 ぃ る入射方向選別器を示 す図 、

第 2 4 図 は第 4 図 ぉ ょび第 5 図 に示す ょ ぅ に本体を多 数並列状 に 設け fc場合に生ずる現象を説明 す る 図 、

第 2 5 図 は本発明 に ょ る光の方向変換装置の他の例 を 示す 拡大断面図 、

0 第 2 6 図 は さ ら に他の例 を示す拡大断面図でぁる 。

発明を実施 す る た めの最良の形態

次 に 、 本発明 の実施例 を 説明 す る と 、 第 Ί 図 に示す光 の方向変換装置は 、 透明 ガ ラ ス 、 透明プ ラス チ ッ ク 等の 光透過性材料か ら なる本休 2 を有 し て ぃ る 。 こ の本体 2 は例ぇぱ第 2 図 に示す ょ ぅ な く さ び状板体でぁ っ て 、 そ の 一 端緣か ら 他端縁へ 向 か っ て厚さ が漸次減少 し て い る そ し て 、 ー 端縁側 の端面 3 は光の入射面を構成 し て ぉ り こ の 人射面 3 と他端縁側の端面 4 の 間 の対向 す る 平面 5 a , 5 b が 、 本体 2 の内部へ人射面 3 か ら導入さ れた 光 の反射面を構成 し て ぃ る 。 な ぉ 、 端面 4 は きゎ め て 小さ く す る か ま た はな < し て ¾ ょ ぃ 。

以上の ょ ぅ に構成さ れた 本体 2 の光入射面 3 に 第 1 図 に 示 す ょ ぅ に 光 L 1 が入射す る と 、 こ の光は反射面 5 a 5 b に ょ り 点 a , b ， c , d , e で反復的 に 内 部反射 し っ っ端面 4 の方へ向かぃ 、 遂に は点 t⁵ に ぉぃ て 本体 2 外 へ出る 。 同様に し て 、 他方向か ら入射する光 L 2 は点 a , b 1 , c 1 , d 1 , e 1 で反復的に 内部反射 し 、 点 f 1 に ぉぃ て本体 2 外へ出る 。 こ れ ら の内部反射 は全反 射で ぁ る 。

次 に 、 以上の現象を第 3 図 にっ ぃて考察する 。 反射面 5 a , 5 b が本体 2 の中心面 （ 光軸 ） 0 - 0 に対 し て そ れぞれ角度 ? をな し て ぃ るもの と し 、 反射面 5 b 上の点 P に 内部反射光が達 し た と仮定 す る 。 点 P に ぉ ぃ て 反射 面 5 b と直交す る垂線に対 し 、 内部反射光がな す角度が 臨界角 δ _ΰ ょ り 大きぃ時は 、 内部反射光は点 Ρ 全反射 し て 再び対向する反射面 5 a へ向かぅ 。 ー方、 内部反射 光の角度が臨界角 3 _Q に 等 し ぃ時に は 、 光は点 P か ら 反 射面 5 b の外面 に 沿 っ て 放出さ れる 。 ま た 、 内部反射光 の角度が臨界角 δ _Q ょ り 小さ ぃ場合は 、 点線で示す ょ ぅ に 光 は垂線に 対 し て角度 χ を な し て外部へ放出 さ れる 。 こ の ょ ぅ に 、 反射面に 向 か ぅ 光が反射面 に対 し な す角度 が小さ ぃ時は 、 光は反射面で全反射さ れ、 反射面 に対 し 光が漸次立 っ て き て 臨界角の状態に な る と 、 少 く と も一 部の光は反射面を通 り 抜け て反射面の外側 に 沿 っ て放出 さ れ、 ま た 、 反射面 に 対 し 光が さ ら に 立 っ て く る と 、 光 は反射面を突き抜け て放出 さ れる 。

ぃ ま 、 本体 2 を構成す る材料の屈折率を η 1 、 本体 2 を 囲 む雰囲気の屈折率を η 2 と する と 、 -

n 1 ♦ Si n ( δ ₀ — 厶 S ) = n 2 Si n x なる関係が成立する 。

と こ ろで 、 反射面 5 a ま た は 5 b に ょ っ て光がー度全 反射す る ご と に 、 次の反射面へ入射する光が そ の反射面 に対す る垂線に対 し なす角度 は 2 ひ ずっ 滅少 し 、 入射光 は反射面 に対 し 頫次立 っ て く る 。 そ し て 、 光が臨界角 δ ₀ ょ り 小さ く な っ た と き に 、 その光の少 く と もー部が 反射面を通過 し て本体の外部へ出 るゎけで ぁるか ら 、 第 3 図 は点 Ρ を通 っ て本休 2 の内部か ら外部へ抜け る点線 で示す光が臨界角 ょ り 2 α だけ小さ ぃ角度で点 Ρ へ達 し 、 すべ て の外部へ放出 さ れた と する と 、

η 1 ♦ S i η ( δ _Q - 2 α ) = n 2 Si n χ

なる 関係が成立する 。

ぃ ま 、 雰囲気が空気でぁ る と する と 、 η 2 = 1 で ぁ り 、 ま た X - 9 0 ° - - χ と する と 、

π

η 1 * Si n ( δ „ - 2 α ) - Si n χ - S i η ( χ )

ο 2

= Cos χ

で ぁ る か ら 、 = Cos "¹ { n ♦ Si n ( δ _n - 2 a ) } π ^υ 一

と な り 、 δ _η 2 < ー で は α が大 と な る程 、 は大 と な る 。

ま た 、 臨界角 ょ り 小さ ぃ角度に な っ て もす べ て外部へ 放出されなぃで、 ー部がぁぅー度全反射する場合は、

X = C o s " { n 1 ♦ S i n { δ _η - 4 α ) }

と な り 、 は益々大き く なる。

第 3 図にっぃての以上の説明か らゎかる ょ ぅ に 、 第 1 図にぉぃて点 a ， b , c , d , e ぉょ ぴ a 1 , b , c 1 , d , e 1 では反射面の内部で全反射がなさ れ、 点 f ぉ ょぴ f 1 にぉぃ て は じ めて 光が臨界角 δ _Q ま た は それょ り 小さぃ角度を とるこ と に ょ り本体 2 の外部へ放 出さ れてぃる。 なぉ、 本体 2 の外部への光の放出は端面 4 をぉ通っ て な される。

入射面 3 か ら本体 2 内に取入れ られる光がぁ らゅる方 向から来る光でぁ り 、 ま た反射面 5 a , 5 fc> ぉょ ぴ端面 4 か ら放出される光が光軸 0 - 0 に平行をなすかま た は それに近ぃ方向を と るこ とが望ま しぃ場合に は 、 角度 α は極カ小さぃ方がょぃが、 α を小さ く する こ と は全長 し ( 第 2 図 ） が長く なる こ と でぁ る 。

こ れを解決する に は入射面 3 の厚さ d ( 第 2 図 ） をな るべ < 小さ く し なけれぱな らなぃ 。

厚さ d を極カ小さ く し た本体 2 を用ぃる場合に は、 第 4 図ぉ ょぴ第 5 図に示す ょ ぅ に 、 本体 2 を多数並列状に 接 して配置 し 、 すべて の本体 2 の入射面 3 が広ぃ面 3 A をなす ょ ぅ に するのがょぃ。 これに ょ り 、 広ぃ面 3 A に ぁ ら ゅる方向か ら入射する光は 、 本体内部で方向変換を 受け、 面 3 A に ほぼ直交する方向 に放出さ れる こ と に な

o

る

入射面 3から本体 2肉への光の取入れにっぃて考ぇて みる と 、 第 6図 にぉぃて 、 本体 2 を囲む雰囲気が空気で n 2 = Ί でぁ り 、 ま た本体 2がァ ク リ ル樹脂で n 1 = 1 . 4 9 1 でぁる と仮定 し た場合、

n « Sin δ _Q = n 2 ♦ S i n 9 0 °

でぁるか ら 、

1 . 4 9 ♦ Sin δ _Λ = · Sin 9 0

でぁ り 、

-1 Sin 9 0

0 δ = Sin ) = 4 2 . 1 2

4 9 1

となる

したが っ て 、 平面に ょる断面でみた場合、 空気中か ら のぁ ら ゅる方向の光は

δ ο X 2 8 4 . 2 4 ° の角度範囲で本体 2内に取入5 れ られ前述の ょぅ に反射面 5 a , 5 b に ょ り 反射 しっっ 進むこ と に なる

第 Ί 図 は 、 光の方向変換装置本体 2の内部への光束の 取入れを容易に する装置を示す 。 この装置は、 厶 ク の本 体 2 の材料の使用量をなるべ く 少く し 、 重量的な面ぉ ょ び経済的な面で有利になるょ ぅ に し だもので 、 入射面 3 の両端部に 、 入射面 3 へ向か っ て収れんする形状に設け た ラ一 7 か ら な っ てぃる 。 こ の ミ ラ ー 7 の内面に ょ っ て、 種々 の方向の入射光は入射面 3 へ導かれる 。 以上の ょ ぅ に 、 反射面 5 a , 5 b は入射面 3 か ら離れ る に っ ぃ て 漸次収れん する形状に形成さ れて ぃ る が 、 こ れ は必ず し も対向す る平面状反射面に ょ ら な く て ぁ ょ ぃ 第 8 図 に示す実施例で は 、 円 形の入射面 3 M に続ぃ て 反射面 5 M が円錐状 に形成さ れて ぃる 。 し た が っ て 、 本 体 2 M は切頭円 錐形状を な し て ぃ る 。

ま た 、 第 9 図 に 示す実施例で は 、 本体 2 は六角錐状 を な し て ぉ 、 反射面 5 N は六角錐の斜面 に ょ り 形成さ れる 。 な ぉ 、 六角錐以外の角錐を用 ぃる こ と ちでさる 。

第 8 図ぉ ょ び第 9 図 の実施例 に ぉぃ て ち 、 入射面 3 M

3 N か ら取入れ ら れた光が 、 第 1 図 に示 し た と 同様に全 反射を繰 り 返 し た後 、 本休外ぺ放出 さ れる こ と は明 ら か で ぁ る 。 た だ し 、 光は三次元的な経路を た ど っ て進む 。

以 上に述べ た実施例で は 、 本体 2 、 2 M、 2 N 内 で反 復全反射 し た光 は 、 第 1 0 図 に示す ょ ぅ に 開 ぎ角 β をち っ て本体外へ放出 さ れ、 光軸 に 平行な方向の光の割合 は 余 り 多 く なぃ

こ の 問題を解決す る た め に 、 第 Ί 1 図 に示す実施例で は 、 本体 2 の光放出部の外側 に 断面三角形状の透光性補 助素子 9 を設けて ぃる 。 本体 2 か ら 開き角をぁ っ て放出 さ れた 光は本休 2 と 補助素子 9 の 間の薄ぃ空気屬 を通 っ て こ の補助素子 9 内へ入 っ た後その反射面 1 0 に ょ り 少 く と ち一 回屈折 ま た は反射 さ れ 、 光軸 に ほ ぽ平行な方向 等に角度変換さ れ放出さ れる 。 こ のた め に は 、 反射面 - -

1 0 は入射面 3 か ら離れる方向 に 向か っ て漸次広が る方 向 に 設け ら れる 。 ま た 、 反射面 1 0 に は反射膜、 例 ぇば ァル ミ ニ ゥ ム蒸着膜を形成する こ と もでき る 。 な ぉ 、 補 助素子 9 は ム ク 材で作 ら れる が 、 そ れ に 代 っ て反射面 1 0 の位置に ミ ラ 一 を設けて も ょ ぃ 。 補助素子 9 は 、 第 2 図 に示す本体 2 に 設ける場合に は 、 三角形断面の板体 に ょ り 構成さ れるが 、 第 8 図ぉ ょび第 9 図の実施例の本 体 2 M、 2 N に 設ける場合 に は 、 その周囲 を囲む環状に 形成さ れる 。

第 1 2 図 に示す補助素子 9 M は 、 本体 2 に接す る面 に 鋸鹵状部 1 1 が形成さ.れて ぃる点で第 1 1 図の補助素子 と異な る 。 鋸歯状部 1 1 と本体 2 と の間 に は空気層が形 成さ れて ぉ り 、 第 1 3 図 に 拡大 し て 示す ょ ぅ に 本体 2 ょ り 空気層 に 出た光は光軸 に 平行な成分を ょ り 多 く 持っ の で 、 こ の成分を生かす た め に 補助素子 9 M の鋸歯面 で は その光をほ ぼ垂直に も し く は光軸 に ょ り 平行 に 屈折 し て 受け る ょ ぅ に し て ぃ る 。 そ し て 、 補助素子 9 M を出 る時 に 光に はさ ら に 光軸 に 平行な成分が与ぇ ら れる 。

第 1 4 図 の例 で は 、 補助素子 9 N は比較的薄ぃ複数の 片部材の積層 に ょ り 構成さ れる 。 各補助素子の片 は 、 入 射面 3 か ら 離れる方向 へ向 か っ て 次厚さ が増加 し 、 第 5 図 に示す ょ ぅ に 、 各片の 内部を反射 し っっ前 進す る 光は光軸の方向 の成分が漸次増加 し っ っ外部へ放出 さ れ る - ー 489

特に第 8 図 、 第 9 図に示す錐状の光方向変換装置本体 は 、 第 2 図 に示すもの と異な り 、 全周 にゎ た る すべ て の 任意方向 か ら の光を取入れて そ の方向を変換す るの に 適 し て ぃ る が 、 こ の錐状の本体も 、 そ れを多数隣接状態で 束ね て 、 第 4 図 に 示 し た と 類似の形態 で使用 す る こ と が で さ る 。

そ のー例を第 Ί 6 A 図ぉ ょび第 1 6 B 図 に示す 。 束ね た 多数の本体 2 M ( ま た は 2 N ) は 図示の ょ ぅ に 円 形に な る ょ ぅ に ま と め る こ と もできる し 、 他の任意の形に ま と め る こ と もで き る 。 こ の集合体に ょ り 、 辨数の任意方 向 の光は第 1 6 B 図 に示す ょ ぅ に 、 ほぽ平行な光に変換 さ れる 。

第 1 6 A 、 1 6 B 図 の場合で は 、 す べ て の本体 2 M の 入射面は 平面を な す ょ う に ま と め ら れ て ぃ る 。 こ れ に対 し 、 本体 2 M は 、 その入射面が第 1 7 A 1 7 B 図 に 示 す ょ に 凸 面を な す ょ ぅ に ま と め て ち ょ ぃ し 、 ま た 第

1 8 A 、 1 8 B 図 に 示 す ょ ぅ に 凹面をな す ょ に ま と め る こ と ちでき.る 。 HU者の場合 に は 、 本体か ら 放出 さ れる 光 は収れん し 、 後者の場合に は 、 本体か ら 放出 さ れる光 は発散す る 。 こ れ ら の場合、 凸 、 凹面の形状 と 相関的な 形状を ¾っ光が照射さ れる こ と に な る 。

第 1 9 図 に 示 す実施例 で は 、 本体 2 は光軸 0 - 0 ょ り 外側 に 向か っ て 、 本体を構成する材料の屈折率が連続的 ま た は段階的 に 小 さ く な っ て ぃ る し れに よ り 、 本体 2 - -

内 を反射 し っっ進む光の経路は直線で はな く な る 。

第 2 0 図の例で は 、 本体 2 が逆方向 に 2 個並んで配列 さ れ、 第 1 の本休 2 a の端面 4 と 第 2 の本体 2 b の入射 面 と の 間 に 、 透明な接続素子 1 3 が設け ら れて ぃる 。 第 1 の本休 2 か ら放出 さ れた光は接続素子 1 3 の 内部で反 射 し 、 第 2 の本体 2 内 へ入 り 、 方向変換さ れっっ進行 し て放出 さ れる 。

第 2 Ί 図 に示す実旎例の本体 2 P は、 ぃ ま ま で述べた 実施例 と異な り 、 入射面 3 と反射面 5 c , 5 d , 5 e を 有 し 、 さ ら に入射面 3 も反射面 と し て機能 してぃる 。 本 体 2 P は全体的 に 四角形断面を有 し 、 そ の内部に反射板 1 4 が埋め込ま れて ぃる そ し て 、 入射面 3 か ら 入射 し た 光は反射面 5 c , 5 d , 5 e , 3 ぉ ょ ぴ反射板 1 4 に ょ り 本体内部で回転状態で反射 し 、 臨界角 δ ₀ ょ り 小さ ぃ角度で反射面に達 し た と こ ろで外部ぺ放出 さ れる 。

第 2 2 図 に示す実施例で は 、 本体 2 Q は 、 非平行の対 向反射面 5 f , 5 h ぉ ょ び 3 , 5 Q を有 し 、 入射面 3 か ら 取入れ ら れた 光は本体の反射面に ょ り 回転状態で顕次 反射 し 、 臨界角 3 。 ょ り 小さ ぃ角度で反射面 に達 し た と こ ろで図示の ょ ぅ に外部ぺ放出 さ れる 。 第 2 1 図 ぉ ょ び 第 2 2 図で は 、 本体は四角形をな し て ぃる が 、 四角形以 外の多角形でも同 じ 作用 を得る こ と がで ぎ る

第 2 1 図ぉ ょび第 2 2 図の実施例で は 、 そ の入射面 3 はー定の傾斜方向 の光のみを取入れ 、 本体内 で の反射 は ー定の回転方冏 に行ゎれ、 反対の回転方向 を と る光にっ ぃて は作用 を奏 し なぃ 。 こ の ょ ぅ な実旃例 の本体を用 ぃ る場合に は 、 第 2 3 図 に 示す ょ ぅ な入射方向選別器 1 6 を用 ぃ る こ と がで さる 。 こ の選別器 1 6 は第 Ί の透光素 子 1 6 a ぉ ょ び第 2 の透光素子 1 6 b を有 し 、 第 1 の素 子 Ί 6 a の入射面 Ί 7 か ら任意の方向 に入射す る光は 、 実線で示す光に っ ぃ て は斜面 1 8 で反射 し て 本体 2 Q 1 の方向へ向かぃ で示す光にっ ぃて は斜面 Ί 8 を通 り 抜け て 他の本体 2 Q 2 の方向 へ 向 か ぅ 。 こ の ょ う に種

1 0 々 の方向で入射す る光を方向別 に 2 っ の方向 に選別器で 選別 する こ と に ょ り 、 第 2 1 図 ぉ ょび第 2 2 図の実施例 の本体を任意の方向の入射光の方向変換 に 用 ぃ る こ と が でさ る

なぉ 、 本体の全反射面に は光が放出 さ れる部分を除ぃ て 反射被膜を設け る こ と がで さ る 。

第 2 4 図 は 、 第 4 図ぉ ょび第 5 図 に

Ύ ょ ぅ に多数の 本体 2 を並列状 に 配置 し た組立体のー 部 を拡大 し て 示す 原理図でぁ る 。 既に述べ た ょ ラ に、 任意の本体 2 に光入 射面 3 か ら 光 L が入射す る と 、 そ れ は本体 2 内部で反復

2 0 的に全反射 し た後本体 2 の外へ出る 。 本体 2 の外へ出た 光は 、 入射光 L ょ り 本体 2 の 長手方向の成分 の多ぃ光 に 変換さ れる こ と は前述の通 り で ぁ る が 、 こ の光が 、 本体 2 を 出 た後そ れ に 隣接す る他の本体 2 へ向 か っ 次入 射 し て ぃ く ょ ぅ な方向を ¾ っ て ぃ る場合に は 、 顺次隣接 する本体 2 を透遏 し て ぃ く にっ れ、 第 2 4 図 に示す ょ ぅ に 、 光は本体 2 の長手方向の成分が漸次滅少 し て ぃ く 。 こ の現象が好 ま し く なぃ こ と は明 ら かでぁる o

こ の ょ ぅ な好ま し く な ぃ現象を防 ぐた め に は第 2 5 図 に示す構成を と る こ と ができ る 。 こ の構成に ょ れぱ、 同 じ方向 に突出 する並列状の本体 2 c の 隣接す る ち のの間 の空圜 に 、 逆方向 に突出す る並列状の本体 2 d が相補状 態で挿入さ れる 。 こ の ょ ぅ な配置に ょ り 、 任意の本体 2 c へ入射面 3 を経て入射 し た 光 L は 、 本体 2 c 内で全反 射を锞返 し た後本体 2 c 外へ出て 、 直ち に 隣接す,る逆方 向の.本体 2 d の内部へ入 り 、 本体 2 d 内で全反射を橾返 し た後、 本体 2 d の底面部分 を経て放出 さ れる 。 こ れに ょ り 、 第 2 4 図 に示 し た現象の発生を 防ぐこ と がでさる 第 2 5 図 に示す ょ ぅ に耝合 せ た本体 2 c , 2 d を有す る組立体の少な く と もー方の表面 に は 、 適当な光制御素 子を設け る こ と がで き る 。 そ の例 を示す第 2 6 図 に ぉ ぃ て 、 本体 2 c の入射面側の表面に はか ま ぼこ形 レ ンズ 2 0 が設け ら れて ぃ る 。 ま た 、 本体 2 d の底面側 の表面 に は フ レネル板 2 1 が設け ら れて ぃ る 。 こ れら の レ ンズ 2 0 ぉ ょ ぴ フ レ ネル板 2 1 の位置は相互に逆に し て ち ょ ぃ し 、 ー方を省略する こ と も可 能でぁる 。 ま た 、 こ れ ら を複数重ね て 用 ぃる こ と もで き る 。 さ ら に ま た 、 こ れ ら 以外の他の光制御素子を設ける こ もで きる 。 ぃず れに し て も 、 こ の ょ ぅ な光制御素子を設け る こ と に ょ り、 そ の

o 素子の固有の璣能に応 じ た光の制御 を付加的に行ぅ こ と がで さる

以上の ょ に 、 発明の光の方向変換装置を用 ぃる こ と に ょ り 、 任意の異な る方向 か ら 来る ぁ る範囲 の光を 、 不動の入射面 に 受ける し と に ck り 、 そ れを 内部で反復反 射さ せ て所定の方向 に ほぼ平行な光 と し て 取出 す こ と が で ぎる 。 そ し て 、 入射光の方向が変動 し て ぉそ れを追尾 す る必要がな < 、 単な る透光物質の 三次元形状の本体を 設置す るのみでぁるか ら 、 本発明の光の方向変換装置 は0 安価で故障がなぃ 。 ま た 、 本発明の光の方向変換装置は そ の本体を複数 ま た は多数組合せ て 用 ぃ る こ と に ょ り 、 さ ら に有用 な効果を得る こ と が で さ る 。 ま た 、 こ し て で さ た 光の方向変換装置を多段重ねる こ と と か 、 包み込 む こ と 等に ょ り ー層複合的 で有用 な効 果を得る こ と がで5 さる 。

産業上の利用可 能性

本発明 は 、 散乱光、 拡散光、 大き さ を も っ た 光源の各 部か ら の放射光、 方向 が変化す る 光な ど を受け て 、 そ れ をー定の方向 に 向け た り 、 ー定 の形状 に 照射 し た り する こ と を 可 能 と す る ち ので 、 太陽熟の利用 、 照明制御 、 映 像、 画像の伝送等に利用 する こ と がで さる _π

Claims

請 求 の 範 囲 . 光の入射面ぉ ょ び取出面を有 す る光透過性材料 の三次元形状の本体か ら な り 、 こ の本体は 、 前記光の入 射面を経て 本体内 に 取入れ ら れた 光を本体内部 で反復反 射さ せる た めの反射面を有 し 、 こ の反射面はそれ に ょ り 内部反射さ せ ら れる光の向き を反復反射 に伴ぃ反射面に 対す る臨界角 に 漸次近づける ょ ぅ な形状を備ぇ 、 臨界角 ま た はそれょ り 小さ ぃ角度で内部反射光が到達す る反射 面の部分ぉ ょびその近傍の面が 、 方向変換さ れた光の前 記取出面 と さ れて ぃ る こ と を特徴 と す る光の方向変換装 fc. α

2 . 内部反射光の経路を含む平面に ょ る 断面形状で み た 場合、 本休の反射面が互ぃ に 平行を な さ な ぃ少な く と も 2 っ の反射面部分を有 し て ぃる請求の範囲第 1 項記 載の光の方向変換装置。

3 . 内部反射光の経路を含む平面に ょ る断面形状で みた場合、 本休の反射面が 、 光の入射面か ら 光の取出面 ぺ 向か ぅ 方向 に 関 し て 漸次接近す る ょ ぅ に 対向す る反射 面部分を有 し て ぃる 請求の範翻第 1 項記載の光の方向変 換装置

4 . 本体が全体的に底面を もっ錐状をな し 、 錐の底 面が光の入射面 と さ れ 、 錐の斜面が反射面 と さ れ、 錐の 先端寄 り 反射面部分が光の取出面 と さ れて ぃる請求の範 囲第 1 項記載の光の方向変換装置 。

5 . 本休が一端縁か ら 他端縁へ向 け て 漸次厚さ が減 少す る く さ ぴ状の板体か ら な り 、 この板体のー端縁の端 面が光の入射面 と さ れ 、 板体の両端縁間 の対向 す る 平面 が反射面 と さ れ、 他端縁寄 り 部分が光の取出面 と さ れて ぃ る請求の範囲第 1 項記載の光の方向変換装置。

6 . 本体が 、 そ の入射面の部分に入射面へ入射光を 導 く ミ ラ ー装靉を有 し て ぃ る請求の範囲第 1 項記載の光 の方向変換装置。

7 . 本体がその光の取出面の外側 に 、 取出面か ら 出 る光の経路を含む平面に ょ る 断面がほぽ三角形状をな す 透光性補助素子を有 し て ぃる請求の範囲第 1 項記載の光 の方向変換装置 。

8 . 透光性補助素子の取出面に接 する面が鋸歯状断 面を有 し て ぃ る 請 求の範囲第 7 項記載の光の方 lid変換装 fa. o

9 . 光の入射面ぉ ょび取出面を有 す る光透過性材料 の 三次元形状の本体を多数並列状 に 隣接配置 し て 構成さ れ、 各本体は 、 前記光の入射面を経 て本体内 に取入れ ら れ た 光を本体内部 で反復反射 さ せ る た め の反射面を有 し 、 こ の反射面はそ れに ょ り 内部反射 さ せ ら れる光の向きを 反復反射に 伴ぃ反射面に 対 す る臨界角 に 漸次近づけ る ょ ぅ な形状を備ぇ 、 臨界角 ま た はそ れ に ょ り 小さ ぃ角度で 内 部反射光が 到達す る反射面の部分ぉ ょ ぴその近傍の面 が 、 方向変換さ れた光の前記取出面 と さ れて ぉ り 、 すべ て の隣接す る本体の入射面は共通の面上に ぁる こ と を特 徴する光の方向変換装置。

0 . 各本体がー端縁か ら 他端縁へ向けて 漸次厚さ が減少す る く さ び状の板体か ら な り 、 こ の板体のー端縁 の端面が光の入射面 と さ れ 、 板体の両端縁間の対向す る 平面が反射面 と さ れ、 他端縁寄 り 部分が光の取出面 と さ れて ぉ り 、 隣接する板体は互ぃ に平行に配置さ れて ぃる 請求の範囲第 9 項記載の光の方向変換装置。

1 1 . 隣接す る板体の間 Q空間内 にそ れ と相補的な 形状を有 し 、 板体 と実質的 に周形状の光透過性材料の部 材が挿着さ れて ぃ る請求の範囲第 1 0 項記載の光の方向 変換装置。

1 2 . 光の入射面に ょ り 構成さ れるー方の面ぉ ょ び そ れ と反対側の面の少な く と もーっに光制御素子が設け ら れて ぃる請求の範囲第 1 1 項記載の光の方向変換裝置

1 3 . 各本体が全体的に 底面をもっ錐状を な し 、 錐 の底面が光の入射面 と さ れ、 錐の斜面が反射面 と さ れ、 錐の先端寄 り 反射面部分が光の取出面 と さ れて ぃ る請求 の範囲第 9 項記載の光の方向変換装置 。