专利名称：光学装置和照明装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用作阳光、人造光等的采光装置的光学装置以及照明装置。
背景技术：
近年来，已经开发了将从天空发出的阳光引向房间内的天花板的阳光采光装置，以降低白天使用的照明设备的电功率损耗。对于传统阳光采光装置，诸如光导、天窗、百叶窗的各种结构是已知的。例如，专利文献I描述了一种光学部件，其通过使用形成在光学透明主体中的空隙中的全反射，定向入射入射光。专利文件2描述了一种阳光照明器，其包括多个由透明材料形成的多个棒状基本部件以及支撑基本部件使得它们彼此平行排列的支撑单元，其通过基本部件的反射面反射从房间外部进入的阳光，并且在房间内侧天花板方向上引导阳光。 专利文献3描述了一种阳光采光装置，其中，排列在板形透明体的表面上的棒状体，扩散并出射入射光。此外，专利文献4描述了一种导光板，其中，具有第二折射率的多个薄塑料带状体插入具有第一折射率的透明塑料板中，并且其中，因为上述板和上述带状体之间的折射率差，定向出射入射光。现有技术文献专利文献专利文献I :日本专利申请公开第2002-526906号专利文献2 :日本专利申请公开第2009-266794号专利文献3 :日本专利第351353号专利文献4 :日本专利申请公开第2001-503190号
发明内容
本发明要解决的问题在阳光采光装置领域中，理想的是，增大向上方的光引入效率或光束出射效率。然而，根据上述专利文献中的每个的结构，为了以高效率定向出射入射光，应当使得采光装置的厚度较大，并且难以通过使用薄膜来构造采光装置。鉴于上述情况，本发明的目标是提供一种光学装置，其可以改善光引入效率并且可以更薄，以及一种包括该光学装置的照明装置。解决该问题的手段为了实现上述目标，根据本发明实施方式的光学装置包括第一表面、第二表面以及结构层。第二表面沿第一方向面向第一表面。结构层包括多个反射面。多个反射面将进入第一表面的光朝第二表面反射，多个反射面具有沿第一方向的第一长度，多个反射面排列在与第一方向正交的第二方向上，多个反射面满足关系h=(2n-l) · p/tan Θ，其中，h表示第一长度，p表示反射面的排列节距，Θ表不入射光相对于第一方向的入射角，入射光是进入反射面的光中在第一方向和第二方向所属的平面中行进的光，并且η表示反射面对入射光的反射次数，角Θ是满足范围6.5°彡Θ ^ 87. 5°的任意角。由于上述光学装置包括如上构造的结构层，因此，以上述角度范围从上方进入各个反射面的入射 光例如可以从第二表面高效地出射到上方。因此，通过使用上述光学装置作为阳光采光装置，可以高效地朝房间内的天花板引入阳光。此外，根据上述光学装置，通过如上构造结构层，可以使光学装置更薄。通过将入射光的设定入射角范围设置为6. 5°以上以及87. 5°以下，可以在所有季节不论区域高效地引入阳光，此外，这将极大地减小照明设备白天的电功率消耗。根据本发明实施方式的照明装置包括第一表面、第二表面、结构层以及发光体。结构层包括多个反射面。多个反射面将进入第一表面的光朝第二表面反射，多个反射面具有沿第一方向的第一长度，多个反射面排列在与第一方向正交的第二方向上，多个反射面满足关系h=(2n-l) · p/tan Θ，其中，h表示第一长度，p表示反射面的排列节距，Θ表不入射光相对于第一方向的入射角，入射光是进入反射面的光中在第一方向和第二方向所属的平面中行进的光，并且η表示反射面对入射光的反射次数，角Θ是满足范围6.5°彡Θ ^ 87. 5°的任意角。发光体排列为使得发光体面向第一表面。在上述照明装置中，从发光体发出的光经由上述结构层的反射面出射。因此，可以获得在所需角度方向上的出射强度高的照明效果。此外，由于上述结构层可以通过薄膜来构造，因此例如通过在光出射侧表面上提供广告媒介，可以提供薄且装饰良好的广告支柱。发明效果根据本发明，以预定角度范围进入的光可以高效地出射到预定角度范围。此外，可以使光学装置更薄。
图I是示出了根据本发明实施方式的光学装置用作阳光采光装置的实例的透视图。图2是根据本发明第一实施方式的光学装置的截面图。图3是用于说明上述光学装置的反射面的功能的示意图。图4是用于说明受上述反射面的尺寸变化影响的出射到上方的光强度的波动的示意图。图5是用于说明上述反射面的厚度和排列节距之间的关系的示意图。图6是用于说明受上述反射面的厚度影响的出射到上方的光强度的波动的示意图。图7是示出了上述反射面的各部分的尺寸和排列节距之间的关系、以及向上方出射的光强度的模拟结果。图8是示出了上述反射面的各部分的尺寸和排列节距之间的关系以及向上方出射的光强度的模拟结果。图9是示出了制造上述光学装置的方法的实例并示出主要过程的透视图。
图10是示出了根据本发明第二实施方式的光学装置的主要结构的结构图。图11是示出了根据本发明第三实施方式的光学装置的结构的透视图。图12是示出了根据本发明实施方式的照明装置的结构的分解透视图。图13是示出了上述反射面的结构的修改例的光学装置的示意图。图14是示出了上述反射面的结构的修改例的光学装置的示意图。图15是示出了上述反射面的结构的修改例的光学装置的示意图。图16是示出了上述反射面的结构的修改例的光学装置的示意图。图17是示意性地示出了根据本发明实施方式的光学装置的结构的修改例的截面 图。图18是示意性地示出了根据本发明实施方式的光学装置的结构的修改例的截面图。
具体实施例方式以下，将参照附图描述本发明的实施方式。<第一实施方式>图I是示出了根据本发明实施方式的光学装置用于窗户的实例的房间的示意透视图。例如，该实施方式的光学装置I构造为阳光采光装置，其将外部发出的阳光LI引入房间R，并且应用到建筑的窗户材料。光学装置I具有将从天空发出的阳光LI向房间R的天花板Rt定向出射的功能。被引向天花板Rt的阳光以扩散方式被天花板Rt反射，并且勇阳光照射房间R。阳光用来以这种方式照射房间，从而可以降低白天由照明灯具LF消耗的电功率。[光学装置]图2是示出了光学装置I的结构的示意性截面图。光学装置I具有层叠结构，其包括第一透光膜101、第二透光膜102以及基材111。在图2中,X轴方向表不光学装置I的厚度方向，Y轴方向表不光学装置I的表面上的水平方向，并且Z轴方向表不相对于上述表面的垂直方向。第一透光膜101由透明材料形成。例如，第一透光膜101是三醋酸纤维素(TAC)、聚酯(TPEE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺(PA)、芳族聚酰胺、聚乙烯(PE)、聚丙烯酸酯、聚醚砜、聚砜、聚丙烯(PP)、二乙酰、聚氯乙烯、丙烯酸树脂(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、环氧树脂、尿素树脂、聚氨酯树脂、三聚氰胺树脂等。然而，可以使用不同于这些的材料。在第二透光膜102 (第一基体)的面向第一透光膜101的一个表面102a (第一表面)上形成结构层13 (稍后描述)。从而，通过使用形状转印效率良好的树脂材料，可以形成形状精度良好的结构层。此外，第二透光膜102可以由玻璃形成。第二透光膜102的表面102a经由透明粘合层104结合至第一透光膜101。由此方式，形成了包括结构层13的透光层14。透光层14由第一透光膜101、第二透光膜102以及粘合层104构成。第二透光膜102由透明材料形成。第二透光膜102可以由与第一透光膜101的类型相同的树脂材料形成。然而，在该实施方式中，第二透光膜102由紫外线可固化树脂形成。
例如，构成紫外线可固化树脂的组合物包括(甲基)丙烯酸酯和光聚合引发剂。此夕卜，必要时，该组合还可以包括光稳定剂、阻燃剂、均化剂、抗氧化剂等。作为丙烯酸酯，可以使用具有两个以上(甲基)丙烯酰基团的单体和/或低聚物。对于单体和/或低聚物，例如，可以使用氨基甲酸乙酯(甲基)丙烯酸酯、环氧(甲基)丙烯酸酯、聚酯(甲基)丙烯酸酯、多元醇(甲基)丙烯酸酯、聚醚(甲基)丙烯酸酯、三聚氰胺(甲基)丙烯酸酯等。这里，(甲基)丙烯酰基团表示丙烯酰基和甲基丙烯酰基中的任一个。低聚物表示分子量等于或大于500且等于或小于6000的分子。对于光聚合引发剂，例如，二苯甲酮衍生物、苯乙酮衍生物、蒽醌衍生物等可以单独使用或组合使用。基材111由层叠在第二透光膜102的另一表面102b (第二表面)上透明树脂膜形成。基材111还具有保护层的功能，由透明材料形成，并且由例如与第一透光膜101的类型相同的树脂材料形成。基材111不仅可以层叠在第二透光膜102的外表面上，还可以层叠在第一透光膜101的外表面上。具有上述层叠结构的光学装置I层叠在房间侧的窗户材料W上。可以使用各种玻 璃材料作为窗户材料W。对于其类型没有具体限制。可以使用浮板玻璃、夹层玻璃、防盗玻璃等。在该实施方式的光学装置I中，第一透光膜101的外表面形成为光入射面,并且基材111的外表面形成为光出射面。在该实施方式中，必要时，第一透光膜101,应注意,可以省略基材111。在该情况下，第二透光膜102的表面102b形成为光出射面。[结构层]然后，将详细描述结构层3。结构层13具有周期性结构，其包括在垂直方向(Z轴方向)上以预定节距排列的空隙130 (反射体)。空隙130具有沿X轴方向(第一方向)的高度h (第一长度)以及沿Z轴方向(第二方向)的宽度w (第二长度)。空隙130以排列节距P形成在Z轴方向上。此外，空隙130线性形成在Y轴方向上。在图2中，空隙130中的每个的上表面都形成反射面13a，其将通过光入射面11进入的光LI向光出射面12反射。S卩，反射面13a由构成第二透光膜102的树脂材料和空隙130中的空气之间的界面形成。在该实施方式中，第二透光膜102的相对折射率为例如I. 3至I. 7。在第二透光膜102和空隙130中的空气(折射率I)之间存在折射率差。应注意，上述第二介质不限于空气。例如，空隙130可以用具有低于第二透光膜102的折射率的材料填充，以形成反射面13a。图3是用于说明反射面13a的功能的示意图。反射面13a反射从上方进入反射面13a的全部入射光LI,从而形成出射到上方的出射光L2。应注意,这里,描述了光出射方向是上方的情况。但是，不限于此。光出射方向可以根据光入射方向、安装光学装置的方向等而改变。参照图3，h表示反射面的高度，P表示排列节距，Θ表示进入反射面13a的入射光LI相对于X轴方向的入射角。这里,入射角Θ表示进入反射面13a的光中，在XY平面上行进的光相对于X轴方向的入射角。这里，在全部入射光LI都被反射面13a反射的情况下，如果满足表达式(1)，则以入射角Θ进入的全部入射光可以以角Θ出射到上方。[表达式I]h=(2n_l) · p/tan θ (I)
(n e N)这里，η是自然数并且表示全部入射光LI被同一反射面13a反射的次数。在该实施方式的光学装置I中，将反射面13a之间的排列节距(P)以及高度(h)设置为使得在预定角度范围内的任何角(Θ )都满足上述表达式(I)。在下文中，将满足表达式(I)的入射角Θ称为设定入射角。如图3所示，在上述表达式(I)中，可以将出射光L2的出射宽度T看作出射到上方的出射光L2的出射光强度。这里，通过使用入射光LI的入射角Θ和反射面13a的排列节距P来公式化出射光L2的出射光强度(Τ(θ))。以下表达式(2)示出了出射光L2的出射光强度(Τ(θ))。[表达式2]T( Θ ) =p/tan θ (2) 同时，在入射光LI以不同于上述设定入射角的角度进入反射面13a的情况下，出射到上方的出射光L2的光强度减小。将入射角的变化看作反射面13a的高度h的变化。图4是用于说明在反射面13a的高度增大X的情况下，出射到上方的光的强度的示意图。表达式(3)示出了在如图4所示，反射面13a的高度增大X的情况下，向上方的出射光强度(T(x))。[表达式3]T(X) =p/tan Θ-X (3)由于反射面13a的高度增大，所以产生了通过相邻反射面的多重反射，并且出射到下方的光L3增加。因此，在图4示出的实例中，以下的表达式(4)示出了出射到上方的光的强度(Τ( Θ ))与以上述设定入射角出射的光的强度之间的比。[表达式4]T= (p/tan θ -χ) / (p/tan θ )= (1-tan θ /p · χ) (4)如上所述，从反射面13a出射到上方的光的强度根据入射角从上述设定入射角的变化而变化。入射角的变化量越大，出射光强度的减少越大。有鉴于此，由于角从设定入射角的变化，因此上述设定入射角考虑出射损耗来设置，可以根据预期目的和进入反射面13a的光的入射角范围来任意设置，并且另外，根据待出射到上方的光强度来优化。例如，在如该实施方式中将光学装置I用作阳光采光装置的情况下，可以根据在使用采光的区域、季节或时间段中的日光的入射角范围、根据用采光出射光照射的区域等来设置设定入射角。在该实施方式中，例如，形成反射面13a，使得上述设定入射角等于或大于6. 5°并等于或小于87.5°。下限6.5°对应于北欧(例如，奥斯陆(挪威))冬至的太阳高度角，并且上限87.5°对应于那霸(日本)夏至的太阳高度角。上述设定入射角为例如60°。结果，一年四季在全球范围内的区域都能有效地引入阳光。此外，这将极大地降低照明设备在白天的电功率消耗。反射面13a之间的排列节距(P)和高度(h)可以根据光学装置I的厚度(X轴方向的尺寸)来任意设置，并且例如，在h=10ym至1000 μ m且ρ=100 μ m至800 μ m的范围内设置。接下来，将描述结构层13的开口率。在图2示出的结构中，在具有Z轴方向上的宽度或厚度(W)的空隙130的表面上形成反射面13a。为此，在该实施方式的光学装置I中，反射面13a之间的实际排列节距受空隙130的宽度尺寸的影响。图5示出了反射面13a间的排列节距(P)与空隙130的宽度(w)之间的关系。如图5所示，以下的表达式(5)示出了反射面13a之间的有效排列节距。[表达式5]AR = (p-w) /p (5) 这里，AR表示结构层13的开口率。在开口率小的情况下，入射光的出射比减小，另夕卜，窗户外部的能见度极大地降低。图6是用于说明入射光LI的出射光强度根据空隙130的宽度(《)减小的事实的示意图。如图6所示，被阻止进入反射面的入射光LI的量对应于空隙130的宽度W。有鉴于此，上述表达式(5)示出了考虑到空隙130的宽度W，进入反射面13a的入射光LI的光强度。以下的表达式(6)不出了向上方的入射光LI的出射比,其中，上述表达式(5)与上述表达式(4)组合。[表达式6] T= (l_tan θ/p · χ) · {(p-w) /p} (6)根据该实施方式，空隙130的宽度(W)为O. Ιμπι以上。根据反射面13a之间的排列节距(P)的大小来确定空隙130的宽度(W)的上限。此外，结构层13的开口率(AR)设置为O. 2以上，从而有效地提取出射到上方的光。图7和图8中的每个都示出了模拟结果，其示出了关于出射到上方的光的入射光与出射之间的比的反射面的高度(h :空隙高度)与空隙的宽度(W)之间的关系。将从上方在反射面的入射角设置为60°。应注意，使用由ORA (光学研究协会，Optical ResearchAssociates)制造的 “LightTools” 进行模拟。图7 (A)示出了在反射面之间的排列节距(P)为ΙΟΟμπι的情况下的模拟结果。类似地，图7 (B)示出了在ρ=300μπι的情况下的模拟结果，图7 (C)示出了在ρ=400μπι的情况下的模拟结果，图8 (A)示出了在ρ=500 μ m的情况下的模拟结果，图8 (B)示出了在Ρ=700 μ m的情况下的模拟结果，以及图8 (C)示出了在ρ=800 μ m的情况下的模拟结果。如图7和图8所示，空隙宽度越小，向上方的出射比越大。此外，反射面之间的排列节距越大，在具有较大空隙高度的区域中向上方的出射比越大。[制造光学装置的方法]接下来，将描述制造如上构造的光学装置I的方法。图9 (A)至(C)是用于说明制造该实施方式的光学装置I的方法的示意透视图，并且示出了主要过程。首先，如图9 (A)所示，制备用于制造第二透光膜102 (图2)的原盘100。原盘100通过金属模、树脂模等形成。在原盘100的一个表面上，形成具有对应于结构层13的形状的凹凸形状113。然后，如图9 (B)所示，将原盘100的凹凸形状113转印到树脂片上，从而形成具有第二结构层13的第二透光膜102。在该实施方式中，第二透光膜102由紫外线可固化树脂形成。虽然没有示出，在树脂夹于材料111和原盘100之间的状态下，经由基材111用紫外线照射树脂，从而制造了第二透光膜102。在该情况下，对于基材111，使用诸如PET的树脂材料，其具有良好的紫外线通透性。此外，可以在辊对辊系统中连续制造第二透光膜102。在该情况下，原盘100可以形成为辊形状。
然后，如图9 (C)所示，将第二透光膜102经由粘合层104 (图2)附着到第一透光膜101。因此，制造了图2中示出的光学装置I。根据上述制造方法，可以容易地制造内部包括结构层13的光学装置I。此外，可以容易地使光学装置I更薄(例如，25μπι至2500μπι)。此外，由于基材111层叠在第二透光膜102上，因此光学装置具有适当的刚度，并且提高了光学装置的操纵能力和耐久性。如上所述制造的光学装置I附着到待用的窗户材料W，但是光学装置I可以单独使用。根据该实施方式，以预定角范围从上方进入结构层13的反射表面13a的入射光可以从光出射面12有效地出射到上方。因此，在将上述光学装置I用作阳光采光装置的情况下，可以将阳光有效地弓丨导向房间内的天花板。 <第二实施方式>接下来，将描述本发明的第二实施方式。图10 (A)和(B)中的每个都示出了根据本发明第二实施方式的光学装置。该实施方式的光学装置2包括第一透光膜201和第二透光膜202作为基本结构。如图10 (A)所示，第一透光膜201包括形成光入射面21的外表面，以及形成有沿Y轴方向延伸并沿Z轴方向排列的多个凹部201a的内表面。同时，第二透光膜202包括形成光出射面22的外表面，以及形成有沿Y轴方向延伸并沿Z轴方向排列的多个凹部202a的内表面。第一透光膜201和第二透光膜202的内表面分别具有凸部201b和凸部202b，其分别被凹部201a和凹部202b划分。凸部201b和202b都大致平行地在X轴方向上突起，并具有相同的突起长度。如图10 (B)所示，第一透光膜201层叠在第二透光膜202上，使得一个膜的凸部201b,202b配置在另一膜的凹部201a、202a的中间，从而制造了该实施方式的光学装置2。结果，在凹部201a、202a与凸部201b、202b之间，形成了具有多个空隙230的结构层23，这多个空隙沿Z轴方向排列并具有相同形状。这样，构造了包括在内部具有结构层23的透光层24的光学装置2。在该实施方式的光学装置2中，在各个空隙230的上表面上形成用于反射阳光的反射面23a。反射面23a的高度、厚度和排列节距分别基于凸部201b、202b的高度、宽度和节距来设置。根据具有这种结构的光学装置1，获得了与上述第一实施方式类似的功能效果O应注意，通过使用图9 (A)中示出的原盘100来制造第一透光膜201和第二透光膜202中的每个。透光膜201、202可以通过使用透明粘合层等来结合。〈第三实施方式〉图11是示出了根据本发明第三实施方式的光学装置的透视图。该实施方式的光学装置3具有层叠结构，其包括具有形成在一个表面上的空隙130的透光膜102、以及具有排列了棱镜112p的结构表面的棱镜片112 (第二基体)。空隙130形成在透光102的光入射侧表面上，并且棱镜112p形成在光出射侧表面上。棱镜112p的脊线的方向是Z轴方向，并且棱镜112p排列在Y轴方向上。在如上构造的光学装置3中，棱镜112p的脊线的方向是空隙130的排列方向(Z轴方向)。结果，当光通过棱镜片112时，由于棱镜112p的倾斜表面的折射作用，被空隙130的上表面(反射面)反射的入射光在Y轴方向上扩散，并出射。为此，可以同时获得将进入光学装置3的光出射到上方的功能以及在横向方向上扩散光的功能。棱镜112p的排列节距、高度、顶角的测量等可以根据目标光出射特性任意设置。此外，透光膜102和棱镜片112可以将入射光分成四个方向，即，右、左、上、下。棱镜112p不必周期性地形成，而是可以非周期性地形成具有不同大小和形状的棱镜112p。此外，棱镜片112可以设置在透光膜102的光入射侧。此外，棱镜112p的排列方向不限于上述Y轴方向，而可以是与空隙130的排列方向斜向交叉的方向。具有光扩散能力的基体不限于上述棱镜片，而是可以是包括具有周期或非周期性形状的光扩散元件的各种透光膜，诸如表面凹凸的膜、上方形成了线状凹凸的透光膜以及具有形成有半球状或柱状曲面透镜的表面的透光膜。此外，对于具有光扩散能力的膜，可以使用具有与透光膜102相同的结构表面的膜。在该情况下，膜层叠在这样的方向上，沿该方向，膜的形状与布置在光入射侧的透光膜102的形状相交，从而改善了扩散性能。〈第四实施方式〉 图12示出了本发明的第四实施方式。根据该实施方式的照明装置500包括发光体50、广告媒介51以及配置在发光体50和广告媒介51之间的透光膜102。发光体50包括多个线性光源501以及容纳光源501的壳体502。壳体502的内表面具有光反射性，并且必要时，可以另外具有收集从光源501向前出射的光的功能。透光膜102具有与上述第一实施方式类似的结构，并且包括面向发光体50的光入射面以及面向广告媒介51的光出射面。在透光膜102的光入射面上，每个都具有反射面(13a)的空隙(130)以预定节距排列在Z轴方向上。广告媒介51由透光膜或片形成，并且具有在上面显示包括字母、图片、照片等的广告信息的表面。广告媒介与发光体50集成，使得广告媒介覆盖透光膜102。用由发光体50和透光膜102形成的照明光来照射广告媒介，由此广告媒介在正面方向上显不广告信
肩、O根据该实施方式，透光膜102具有例如向上定向出射光的功能，从而通过广告媒介50的光的强度在垂直方向上有预定量的不同。这样，广告媒介50具有所需的亮度分布，从而，广告媒介的装饰效果基于亮度差而增加，并且可以改善广告显示的外观。此外，根据该实施方式，广告媒介50的显示光可以具有根据观看方向的亮度分布，从而消费者可以根据消费者相对于消费者观看的广告媒介50的位置、角度、高度等接收不同的显示或装饰印象。此外，根据该实施方式，通过任意改变透光膜102的空隙(130)的形状、排列节距、宽度、深度、周期等，根据广告媒介的显示内容，可以容易地获得所需的亮度分布。此前，已经描述了本发明的实施方式。当然，本发明不限于该实施方式，并且基于本发明的技术理念，可以进行各种修改。例如，在上述实施方式中，描述了光学装置I的光入射面和光出射面沿垂直方向(Z轴方向)配置的实例。可选地，光学装置可以配置在水平面或斜面上。在该情况下，可以任意调整反射面的高度等，使得采光的光出射到所需区域。此外，采光对象不限于阳光，而是可以是人造光。此外，光引入方向不必限于上述，而是可以是横向方向或下方向。光可以沿多个方向分开出射。此外，在上述实施方式中，如在图13 (A)中示意性地示出的，描述了反射面13a与装置的厚度方向(X轴方向)平行地配置的实例。可选地，如图13 (B)和(C)所示，反射面13a可以相对于X轴倾斜。在反射面13a这样相对于X轴倾斜的情况下，也可以控制出射光L2的出射方向。因此,通过结合入射光LI相对于反射面13a的入射角(Θ )、反射面13a的高度(h)、厚度(w)和节距(P)等，从光学的观点来设计光学装置。此外，在空隙的上表面和下表面上形成的一对反射面不限于上述彼此平行的表面，而是可以不彼此平行。例如，图14 (A)示意性地示出了包括具有空隙330a (其具有上和下锥形反射面)的结构层的光学装置，其中，厚度从光入射面31侧向光出射面32侧连续减小。同时，图14 (B)中示出的光学装置具有这样的结构，其中，每个都具有沿+Z方向倾斜的上和下反射面的空隙330b和每个都具有沿-Z方向倾斜的上和下反射面的空隙330c在Z轴方向上从光入射面31侧向光出射面32侧交替排列。通过将空隙的上表面和下表面的锥角或锥方向彼此组合，可以更精确地控制光分布，或者可以获得更复杂的调光功能。与参照图10描述的实施方式类似，通过层叠两个透光膜来制造图14 (A), (B)的每个中示出的光学装置。即，通过在膜的内表面上层叠平坦膜来制造图14 (A)中示出的光 学装置，其中，在膜上形成有每个都具有锥形反射面的凸部。此外，通过层叠两个透光膜来制造图14 (B)中示出的光学装置，其中在透光膜的内表面上形成的凸部交替排列，其中，每个透光膜都具有锥形反射面。应注意，形成在空隙的上表面和下表面上的至少一对反射面可以相对于X轴方向倾斜。例如，图15示出了空隙331，其每个都具有相对于X轴以预定锥角(Ψ)倾斜的反射面以及与X轴方向平行的反射面。此外，当设置反射面的锥角时，必须考虑光出射面对通过光学装置的光的全反射。例如，图15示意性地示出了包括内部具有空隙331的透光膜301的光学装置。空隙331的上表面具有相对于X轴以锥角Ψ倾斜的反射面13a。这里，以下的表达式(7)示出了这样的情况，其中，被反射面13a全反射的入射光LI不被光出射面301b全反射，而是提取到外部(空气)作为出射光L2。可以在满足该表达式的范围内定义锥角Ψ。[表达式7](ni+nairsin ( Θ in) (ni_nairsin ( Θ in)) (sin2 (2 ψ))<nair2 (1—cos (2 Ψ) sin ( Θ in))2(7)这里，ni表示透光膜301的折射率，表示空气的折射率，并且Θ in表示入射光线LI相对于反射面13a的入射角。同时，图16示意性地示出了包括内部具有空隙332的透光膜302的光学装置，每个空隙332都具有曲反射面13a。反射面13a具有曲面状，其中，反射面13a沿Z轴方向从光入射面302a侧向光出射面302b侧弯曲。为此，根据反射面13上光LI到达的位置，进入反射面13a的光LI以不同角度被反射。结果，在图16中，被光出射面302b提取的光L2在预定上角度范围的范围内。因此，可以用提取的光照射更宽的范围。此外，如图I所示，上述每个实施方式都公开了具有如下结构的光学装置，其中，第一透光膜101、粘合层104、第二透光膜102以及基材111层叠在窗户材料W上。然而,该结构不限于此。例如，如图17 (A)至(D)所示，可以任意设置光学装置的层叠结构。图17 (A)示出了以下实例，其中，包括空隙的透光膜102经由粘合层104直接附着到窗户材料W。如图17 (E)所示，可以省略基材111。图17 (B)示出了以下实例，其中，基材111粘着到透光膜102的空隙形成面，并且附着到窗户材料W。在该实例中，在形成透光膜102后，通过热焊等使透光膜102与基材111 一体化。在该情况下，执行焊接，使得在两个膜之间没有界面。此外，根据该实例，粘合剂104可以不进入空隙。图17 (C)和(D)中的每个都示出了这样的实例，其中，透光膜102附着到窗户材料W，使得空隙被配置在光出射侧。根据这种结构，也可以获得与上述第一实施方式类似的效果。在图17 (C)中，可以如图17 (E)所示省略基材111。此外，图17 (D)示出了这样的实例，其中，具有形成在表面上的诸如棱镜和凹凸的光扩散元件的图案化膜114层叠在透光膜102的光出射侧。其功能效果与参照图11描述的实施方式类似。图18 (A)和(B)中的每个都示出了透光膜102经由透光粘合层105结合到基材111的实例。对于粘合层105，可以使用与粘合层104相同类型的材料。在图18 (A)示出的结构实例中，透光膜102具有光入射侧上的空隙，并且基材111结合到光入射侧。在图18(B)示出的结构实例中，透光膜102具有光出射侧上的空隙，并且基材111结合到光出射侧。
图18 (C)示出了图17 (A)的基材111用具有光扩散能力的膜114取代的结构实例。图18 (D)示出了具有光扩散能力的图案化膜115结合到图17 (B)示出的结构实例的透光膜102的光出射侧的实例。可以直接在透光膜102的光出射面上形成凹凸形状，而不是结合图案化膜115，从而获得光扩散光功能。符号描述1、2、3光学装置11、21、31 光入射面12、22、32 光出射面13,23结构层13a、23a反射面14,24透光层101、201第一透光膜102,202第二透光膜104、105粘合层112棱镜片114、115图案化膜130、230、330a、330b、331、332 空隙LI入射光L2出射光W窗户材料Θ入射角
权利要求
1.一种光学装置，包括 第一表面； 沿第一方向面向所述第一表面的第二表面； 结构层，包括多个反射面，所述多个反射面将进入所述第一表面的光朝所述第二表面反射，所述多个反射面具有沿所述第一方向的第一长度，所述多个反射面排列在与所述第一方向正交的第二方向上，所述多个反射面满足关系h=(2n-l) · p/tan θ， 其中，h表示所述第一长度，p表示所述反射面的排列节距，Θ表示入射光相对于所述第一方向的入射角，所述入射光是进入所述反射面的光中在所述第一方向和所述第二方向所属的平面中行进的光，并且η表示所述反射面对入射光的反射次数，角Θ是满足范围6.5°彡Θ ^ 87. 5°的任意角。
2.根据权利要求I所述的光学装置，其中， 在所述第一长度增大X的情况下，满足T=I-(tan θ/ρ) ·χ，其中，T表示被所述反射面反射并从所述第二表面出射的光强度与所述第一长度增大之前的光强度之间的光强度比。
3.根据权利要求2所述的光学装置，其中， 所述反射面是具有沿所述第二方向的第二长度的反射体，并且所述光强度(T)满足关系 T={I-(tanΘ/p) · x} · (p-w)/p, 其中，w表示所述第二长度。
4.根据权利要求3所述的光学装置，其中， 所述结构层满足关系(P-w)/P > O. 2。
5.根据权利要求3所述的光学装置，其中， 所述反射体是空气层， 所述反射面形成在所述空气层的一对表面中的每一个上，所述一对表面面向所述第二方向，以及 所述反射面中的至少一个与所述第一方向平行。
6.根据权利要求5所述的光学装置，其中， 所述反射面彼此不平行。
7.根据权利要求5所述的光学装置，其中， 所述反射面中的至少一个是曲面。
8.根据权利要求I所述的光学装置，还包括 所述第一表面和所述第二表面之间的透光第一基体，所述第一基体内部具有所述结构层。
9.根据权利要求8所述的光学装置，还包括 层叠在所述第一基体上的第二基体，所述第二基体具有周期性或非周期性地形成的凹凸形状，所述凹凸形状具有光扩散能力。
10.根据权利要求9所述的光学装置，其中 所述凹凸形状是棱镜，所述棱镜具有沿所述第二方向的脊线方向，所述棱镜沿第三方向排列，所述第三方向与所述第一方向和所述第二方向正交。
11.一种照明装置，包括 第一表面；沿第一方向面向所述第一表面的第二表面； 结构层，包括多个反射面，所述多个反射面将进入所述第一表面的光朝所述第二表面反射，所述多个反射面具有沿所述第一方向的第一长度，所述多个反射面排列在与所述第一方向正交的第二方向上，所述多个反射面满足关系h=(2n-l) · p/tan θ， 其中，h表示所述第一长度，ρ表示所述反射面的排列节距，Θ表示入射光相对于所述第一方向的入射角，所述入射光是进入所述反射面的光中在所述第一方向和所述第二方向所属的平面中行进的光，并且η表示所述反射面对入射光的反射次数，角Θ是满足范围.6.5°≤Θ≤87. 5° 的任意角；以及 发光体，被配置为使得所述发光体面向所述第一表面。
全文摘要
本发明提供了一种具有提高的光引入效率并还具有减小的厚度的光学装置。光学装置(1)设置有结构层(13)，其具有将入射光入射面(11)的光朝光出射面(12)反射的多个反射面(13a)。各反射面(13a)具有沿X轴方向的第一长度(h)，并且反射面13a以节距(p)排列在与X轴方向正交的Z轴方向上。当光相对于X轴方向的入射角被表示为θ，该光是入射反射面(13a)的光中在XZ平面中行进的光，并且入射到反射面(13a)的光的反射次数被表示为n时，在范围6.5°≤θ≤87.5°内的任何角度都满足关系h=(2n-1)·p/tanθ。
文档编号G02B5/08GK102834745SQ201180018119
公开日2012年12月19日 申请日期2011年4月6日 优先权日2010年4月15日
发明者铃木真树, 对木洋文, 长谷川隼人, 榎本正 申请人:索尼公司