从而， 由下述的数学式 2 可知， 上述光管的折射率为 1.57 时， 若上述光管内侧面 20 的法线 22 和上述光线 14 所形成的角度 A 在 8.56°以上， 则上述光线在上述光管内不发生 全反射， 而是向外部射出。 数学式 2
参照图 3， 在根据现有技术的利用三角棱镜的四角柱形光管的情况下， 只有从位于 横截面的中央的光源 12 与上述光管内侧面 20 的法线 22 形成 8.56°以下的角度而入射的 光线才发生全反射。从而， 只有在与上述光管的内侧面 20 的法线 22 形成 8.56°以下的角 度的区间 26、 28、 30、 32 发生全反射， 在除此之外的区域， 如光线 I， 向外部射出。从而， 在根 据现有技术的利用三角棱镜的光管的内侧面为平面的情况下， 从光源产生的光线不能在光 管内连续发生全反射并行进， 而是向外部射出。
如上所述的现有技术中存在以下问题。
即， 光管的内侧面为圆筒形的情况下， 如果光源的位置从上述光管的横截面的中 心偏离， 则由于在上述光管的内侧面发生全反射并行进的光线的量急剧减少， 因此存在不 能自由地设定光源位置的问题。
而且， 在现有技术中， 光管的内侧面为多角柱的形状的情况下， 由于用于使从光源 产生的光线发生全反射并行进的入射角的范围变窄， 因此， 存在不能有效地传送光的问题。
而且， 在根据现有技术的荧光灯广告牌的情况下， 由于为了荧光灯的均匀的光分 散， 较多量的光被表面装饰板吸收而被消耗， 因此存在浪费电的问题。
发明内容 因此， 本发明是为了解决如上所述的现有的问题而提出的， 本发明的目的在于提 供可以有效地传送光、 并可以自由地设定光源位置的光管。
而且， 本发明的另一目的在于提供即使内侧面不形成圆筒柱的形状也可以有效地 传送光的光管。
为达到上述目的， 本发明的光管包括 ： 形成有长度方向的空心的主体部、 和在上述 主体部的外表面上沿长度方向形成的多个棱镜部， 其特征是， 上述棱镜部包括 ： 横截面为等 腰直角三角形的反射部、 和配置在上述主体部和反射部之间的角度调节部。
这时， 上述角度调节部的横截面可以是斜边与上述主体部接触、 并且上述主体部 和反射部之间的顶角的大小根据光源的位置而决定的直角三角形。
而且， 上述角度调节部的横截面可以是与上述主体部接触的边的长度和与上述反 射部接触的边的长度相同、 并且上述主体部和反射部之间的顶角的大小根据光源的位置决 定的等腰三角形。
而且， 上述顶角的大小可以与从上述光源产生的光线平行于上述光管的横截面行 进并入射到上述主体部的内侧面而折射时的折射角的大小相同。
另外， 上述顶角 G 满足以下数学式。
在这里， G 表示上述顶角， n 表示上述光管的折射率， E 表示从上述光源产生的光线 平行于上述光管的横截面行进并入射到上述主体部的内侧面时的入射角。
而且， 上述光管还包括改变从上述光源产生的光的颜色的滤光部， 上述滤光部包 括： 反射从上述光源产生的光线的反射镜 ； 配置在上述反射镜的前面， 并具备一个以上的 着色层的透光性的滤色器 ； 以及使上述滤色器旋转的电机。
这时， 上述空心可以形成为多角柱形状。
而且， 上述棱镜部满足以下数学式。
L ＝ htan[arcsin(nsin(G+k)-arcsin(n sinG)]， (G ＝ 0， k， 2k， 3k， ...， )
在这里， G 表示上述顶角， L 表示顶角为 G 的角度调节部所形成的主体部区间的长 度， h 表示从上述光源到向上述主体部的内侧面的入射角为 0°的部位的距离， n 表示上述 光管的折射率， k 表示任意的有理数。
而且， 上述空心可以形成为圆柱形状。
这时， 上述棱镜部满足以下数学式。
(G ＝ 0， k， 2k， 3k， ...)
在这里， G 表示上述顶角， L 表示顶角为 G 的角度调节部所形成的主体部区间的长 度， r 表示上述空心的横截面的半径， n 表示上述光管的折射率， k 表示任意的有理数， h表 示从上述光源到向上述主体部的内侧面的入射角为 0°的部位的距离。
而且， 上述空心的横截面可以是结合两个相同的圆弧的图形。
并且， 上述棱镜部满足以下数学式。
(G ＝ 0， k， 2k， 3k， ...)
在这里， G 表示上述顶角， L 表示顶角为 G 的角度调节部所形成的主体部区间的长 度， r 表示上述圆弧的半径， n 表示上述光管的折射率， k 表示任意的有理数， h 表示从上述 光源到向上述主体部的内侧面的入射角为 0°的部位的距离。
这时， 上述空心的横截面可以是两个相同的圆弧和两个相同的直线分别面对而结 合的图形。
如上详细所述， 根据本发明的光管可以得到以下效果。
即， 在光管的内侧面为圆筒形时， 即使在光源的位置从光管的横截面的中心偏离 的情况下， 由于光线可以在光管的内侧面发生全反射并行进， 因此， 可以克服只能将光源的 位置设定在横截面的中心的限制， 具有可以提高制作效率的优点。
而且， 根据本发明， 光管的内侧面除了现有的圆筒形外， 还可以形成为多种形状， 通过应用于广告牌及各种显示装置， 可以得到节电效果， 并且具有可以将光有效地传送到 远距离的优点。
另外， 根据本发明， 可以提供适用于现有的圆筒形光管难以适用的广告牌及各种 显示装置的光管。 尤其是， 用本发明的四角柱形光管代替荧光灯广告牌时， 具有节电效果及 提高制作效率的优点。 附图说明
图 1 是表示在根据现有技术的利用三角棱镜的圆筒形光管中的光线路径的剖视图。 图 2 是表示在根据现有技术的利用三角棱镜的光管中内侧面为平面时的光线路 径的放大剖视图。
图 3 是表示在根据现有技术的利用三角棱镜的四角柱形光管中产生全反射的范 围的剖视图。
图 4 是表示在根据本发明的具体实施例的适用棱镜部的光管中的光线路径的放 大剖视图。
图 5 是表示在根据本发明的另一个实施例的适用棱镜部的光管中的光线路径的 放大剖视图。
图 6 是表示在适用现有的三角棱镜旋转一定角度而形成的棱镜部的光管中的光 线路径的放大剖视图。
图 7 是表示本发明的第一实施例的光管的立体图。
图 8 是表示本发明的第一实施例的光管的剖视图。
图 9 是表示在本发明的第一实施例的光管中的光线路径的剖视图。
图 10(a) 是表示在本发明的第一实施例的光管的内部行进的光线的立体图。
图 10(b) 是表示在本发明的第一实施例的光管的棱镜部行进的光线的透视图。
图 10(c) 是表示将在本发明的第一实施例的光管的棱镜部行进的光线表示在 YZ 平面的纵剖视图。
图 10(d) 是表示将在本发明的第一实施例的光管的棱镜部行进的光线表示在 ZX 平面的横剖视图。
图 11 是表示本发明的第二实施例的光管的立体图。
图 12 是表示本发明的第二实施例的光管的剖视图。
图 13 是表示在本发明的第二实施例的光管中的光线路径的剖视图。
图 14 是表示本发明的第三实施例的光管的立体图。
图 15 是表示本发明的第三实施例的光管的剖视图。
图 16 是表示在本发明的第三实施例的光管中的光线路径的剖视图。
图 17 是表示本发明的第四实施例的光管的立体图。
图 18 是表示本发明的第四实施例的光管的剖视图。
图 19 是表示本发明的第五实施例的光管的结构的分解立体图。
图中 ：
50- 光管， 52- 主体部， 54- 棱镜部， 56- 空心， 58- 反射部， 60- 角度调节部， 62- 光 线， 64- 内侧面， 65- 法线， 66- 棱镜面， 67- 法线， 68- 棱镜面， 70- 光管， 72- 主体部， 74- 棱 镜部， 76- 空心， 78- 反射部， 80- 角度调节部， 82- 光线， 84- 内侧面， 85- 法线， 86- 棱镜面，
87- 法线， 88- 棱镜面， 90- 光管， 92- 棱镜， 94- 光线， 96- 延长线区间， 100- 光管， 102- 主体 部， 104- 棱镜部， 106- 空心， 108- 光源， 110- 光线， 112- 反射部， 114- 角度调节部， 116- 内 侧面， 118- 中心线， 200- 光管， 202- 主体部， 204- 棱镜部， 206- 空心， 208- 光源， 210- 光线， 212- 反射部， 214- 角度调节部， 216- 内侧面， 300- 光管， 302- 主体部， 304- 棱镜部， 306- 空 心， 308- 光源， 310- 光线， 312- 反射部， 314- 角度调节部， 316- 内侧面， 400- 光管， 402- 主体 部， 404- 棱镜部， 406- 空心， 408- 光源， 410- 光线， 412- 反射部， 414- 角度调节部， 416- 内侧 面， 500- 光管， 508- 光源， 520- 滤光部， 522- 反射镜， 524- 滤色器， 526- 着色层， 528- 电机。 具体实施方式
下面参照附图详细说明如上所述的本发明的光管的具体实施例。
图 4 至图 9 是用于说明构成本发明的各实施例的光管的图。
在本说明书中， 入射角是指在介质中行进的光线到达与其它介质的界面时， 上述 入射的光线与上述界面的法线所成的角。另外， 折射角是指在上述界面折射的光线与上述 界面的法线所成的角。
首先， 参照图 4 至图 6 说明本发明的具体实施例的光管的结构。 图 4 是表示根据本发明的具体实施例的适用棱镜部的光管中的光线路径的放大 剖视图， 图 5 是表示根据本发明的另一个实施例的适用棱镜部的光管中的光线路径的放大 剖视图， 图 6 是表示在适用将现有的三角棱镜旋转一定角度而形成的棱镜部的光管中的光 线路径的放大剖视图。
如图 4 所示， 根据本发明的具体实施例的光管 50 包括主体部 52 和棱镜部 54。
上述主体部 52 构成为形成有长度方向的空心 56 的空心管形状， 是形成上述光管 50 的内侧的结构。 而且， 上述棱镜部 54 在上述主体部 52 的外表面上沿长度方向形成多个。
这时， 上述棱镜部 54 是横截面为四边形的结构， 包括反射部 58 和角度调节部 60。
在这里， 上述反射部 58 是将上述棱镜部 54 的横截面分为两个直角三角形时形成 等腰直角三角形的部分。上述反射部 58 是对应于以规定角度旋转根据现有技术的光管所 具备的三角棱镜的形状的结构。
而且， 上述角度调节部 60 配置在上述主体部 52 和上述反射部 58 之间。上述角度 调节部 60 的横截面是直角三角形， 斜边与上述主体部 52 接触。而且， 上述主体部 52 和反 射部 58 之间的顶角的大小根据光源的位置而定。
下面， 以从光源产生的光线以入射角 E 的角度入射到上述主体部 52 的内侧面的情 况为例， 详细说明上述棱镜部 54 的结构。
从上述光源 ( 未图示 ) 产生的光线 62 与上述主体部 52 的内侧面 64 的法线 65 所 成的角度， 即入射角为角度 E 的情况下， 折射角 G 根据斯涅耳定律， 由下述数学式 3 算出。 在 这里， n 表示光管的折射率。
数学式 3
这时， 为了使上述光线 62 在上述棱镜部 54 的棱镜面 66 进行全反射， 上述棱镜面 66 的法线 67 和上述光线 62 所成的角度 H 要比临界角大， 因此发生全反射的条件如下述数
学式 4 所示。
数学式 4
而且， 上述光线 62 在上述棱镜面 66 发生全反射后， 在上述棱镜部 54 的邻接的棱 镜面 68 再次进行全反射， 并向光管 50 的空心 56 行进。此时， 为了在上述邻接的棱镜面 68 再次发生全反射， 需要在上述邻接的棱镜面 68 也要以大于临界角的角度入射。
从而， 为了使上述光线 62 在上述棱镜面 66 进行全反射后， 在上述邻接的棱镜面 68 再次进行全反射， 优选的是上述棱镜面 66 的法线 67 和上述光线 62 所成的角度 H 为 45°。
而且， 在上述角度 H 为 45°的情况下， 构成本发明的具体实施例的光管 50 的聚碳 酸酯、 聚甲基丙烯酸甲酯、 丙烯、 聚丙烯、 聚苯乙烯、 聚氯乙烯等的折射率 n 满足上述数学式 4。
而且， 由于上述反射部 58 的横截面是等腰直角三角形， 因此上述反射部 58 的横截 面和上述主体部 52 的横截面所成的角度与上述光线 62 在上述主体部 52 的内侧面 64 折射 的折射角 G 相同。即， 上述反射部 58 的形状对应于将横截面为等腰直角三角形的结构旋转 角度 G 的形状。
另外， 上述反射部 58 的横截面和上述主体部 52 的横截面所成的角度 G 与上述角 度调节部 60 的横截面的顶角的大小相同。即， 上述角度调节部 60 配置在上述主体部 52 和 上述反射部 58 之间， 在上述角度调节部 60 的横截面上， 上述主体部 52 和反射部 58 之间的 顶角与上述光线 62 入射上述主体部 52 的内侧面 64 而折射时的折射角的大小相同。从而， 上述角度调节部 60 的形状根据上述光源和上述光管 50 的内侧面之间的相对位置而定。
而且， 上述光线的入射角 E 的大小具有 0°到 90°的范围时， 由于折射角 G 的大小 具有 0°到临界角的范围， 因此， 上述角度调节部 60 的横截面的直角三角形的顶角的大小 范围如下述数学式 5。
数学式 5
另外， 上述棱镜部 54 的大小设定得越小， 越有利于提高光传输的效率及减少光管 的重量。
而且， 包括上述棱镜部 54 的上述光管 50 的材质是透光性和机械稳定性良好的材 料， 例如可以由聚碳酸酯、 聚甲基丙烯酸甲酯、 丙烯、 聚丙烯、 聚苯乙烯、 聚氯乙烯构成。
另外， 上述光管 50 的材质可以根据所使用的光源的种类而定， 例如， 在上述光管 50 中使用的光源为汞灯或金属灯等高效率的点光源的情况下， 考虑到在上述光源产生的温 度， 可以将耐热性强的聚碳酸酯作为上述光管 50 的材质。
如图 5 所示， 根据本发明的另一个实施例的光管 70 包括主体部 72 和棱镜部 74。
上述主体部 72 构成为形成有长度方向的空心 76 的空心管形状， 是形成上述光管 70 的内侧的结构。 而且， 上述棱镜部 74 在上述主体部 72 的外表面上沿长度方向形成多个。
这时， 上述棱镜部 74 是横截面为四边形的结构， 包括反射部 78 和角度调节部 80。
在这里， 上述反射部 78 是将上述棱镜部 74 的横截面分为两个等腰三角形时形成
等腰直角三角形的部分。上述反射部 78 是对应于以规定角度旋转根据现有技术的光管所 具备的三角棱镜的形状的结构。
而且， 上述角度调节部 80 是配置在上述主体部 72 和上述反射部 78 之间的部分， 上述角度调节部 80 的横截面由根据光源的位置来决定顶角的大小的等腰三角形构成。即， 上述角度调节部 80 的横截面是如下等腰三角形， 与上述主体部 72 和反射部 78 接触的两个 边的长度相同， 并且， 上述主体部 72 和反射部 78 之间的顶角的大小根据光源的位置而定。
下面， 以从光源产生的光线以入射角 E 的角度入射到上述主体部 72 的内侧面的情 况为例， 详细说明上述棱镜部 74 的结构。
从上述光源 ( 未图示 ) 产生的光线 82 与上述主体部 72 的内侧面 84 的法线 85 所 成的角度， 即入射角为角度 E 的情况下， 折射角 G 根据斯涅耳定律， 由上述数学式 3 算出。 在 这里， n 表示光管的折射率。
这时， 为了使上述光线 82 在上述棱镜部 74 的棱镜面 86 进行全反射， 上述棱镜面 86 的法线 87 和上述光线 82 所成的角度 H 要比临界角大， 因此发生全反射的条件如上述数 学式 4 所示。
而且， 上述光线 82 在上述棱镜面 86 发生全反射后， 在上述棱镜部 74 的邻接的棱 镜面 88 再次进行全反射， 并向上述光管 70 的空心 76 行进。此时， 为了在上述邻接的棱镜 面 88 再次发生全反射， 需要在上述邻接的棱镜面 88 也要以大于临界角的角度入射。 从而， 为了使上述光线 82 在上述棱镜面 86 进行全反射后， 在上述邻接的棱镜面 88 再次进行全反射， 优选的是上述棱镜面 86 的法线 87 和上述光线 82 所成的角度 H 为 45°。
而且， 在上述角度 H 为 45°的情况下， 构成本发明的另一个实施例的光管 70 的聚 碳酸酯、 聚甲基丙烯酸甲酯、 丙烯、 聚丙烯、 聚苯乙烯、 聚氯乙烯等的折射率 n 满足上述数学 式 4。
而且， 由于上述反射部 78 的横截面是等腰直角三角形， 因此上述反射部 78 的横截 面和上述主体部 72 的横截面所成的角度与上述光线 82 在上述主体部 72 的内侧面 84 折射 的折射角 G 相同。即， 上述反射部 88 的形状对应于将横截面为等腰直角三角形的结构旋转 角度 G 的形状。
另外， 上述反射部 78 的横截面和上述主体部 72 的横截面所成的角度 G 与上述角 度调节部 80 的横截面的顶角的大小相同。即， 上述角度调节部 80 配置在上述主体部 72 和 上述反射部 78 之间， 并且在上述角度调节部 80 的横截面上， 上述主体部 72 和反射部 78 之 间的顶角与上述光线 82 入射到上述主体部 72 的内侧面 84 而折射时的折射角的大小相同。 从而， 上述角度调节部 80 的形状根据上述光源和上述光管 70 的内侧面之间的相对位置而 定。
而且， 上述光线的入射角 E 的大小具有 0°到 90°的范围时， 由于折射角 G 的大小 具有 0°到临界角的范围， 因此， 上述角度调节部 80 的横截面的等腰三角形的顶角的大小 范围如上述数学式 5。
另外， 上述棱镜部 74 的大小设定得越小， 越有利于提高光传输的效率及减少光管 的重量。
而且， 包括上述棱镜部 74 的上述光管 70 的材质是透光性和机械稳定性良好的材 料， 例如可以由聚碳酸酯、 聚甲基丙烯酸甲酯、 丙烯、 聚丙烯、 聚苯乙烯、 聚氯乙烯构成。
另外， 上述光管 70 的材质可以根据所使用的光源的种类而定， 例如， 在上述光管 70 中使用的光源为汞灯或金属灯等高效率的点光源的情况下， 考虑到在上述光源产生的温 度， 可以将耐热性强的聚碳酸酯作为上述光管 70 的材质。
图 6 是表示在适用将现有的三角棱镜旋转一定角度而形成的棱镜部的光管中的 光线路径的放大剖视图。
参照图 6， 适用于光管 90 的棱镜部 92 为将现有的三角棱镜旋转一定角度的形状的 情况下， 从光源 ( 未图示 ) 产生的光线 94 入射到上述光管 90 时， 在现有的三角棱镜的延长 线区间 96 进行一次全反射， 不能连续发生全反射， 而是向外部射出。
从而， 根据本发明的实施例的棱镜部 54、 74 形成如下形状， 即其横截面为去除上 述延长线区间 96 的四边形， 并且根据上述光源及光管 50、 70 的内侧面 64、 84 之间的相对位 置而具备等腰直角三角形的横截面的反射部 58、 78 和具备直角三角形或等腰三角形的横 截面的角度调节部 60、 80 合并的形状， 从而可以连续发生全反射。
下面， 参照图 7 至图 10 说明根据本发明的第一实施例的光管的结构。
图 7 是表示本发明的第一实施例的光管的立体图， 图 8 是表示本发明的第一实施 例的光管的剖视图， 图 9 是表示在本发明的第一实施例的光管中的光线路径的剖视图， 图 10(a) 是表示在本发明的第一实施例的光管的内部行进的光线的立体图， 图 10(b) 是表示 在本发明的第一实施例的光管的棱镜部行进的光线的透视图， 图 10(c) 是表示将在本发明 的第一实施例的光管的棱镜部行进的光线表示在 YZ 平面的纵剖视图， 图 10(d) 是表示将在 本发明的第一实施例的光管的棱镜部行进的光线表示在 ZX 平面的横剖视图。 此时， 图 8 及图 9 是表示本发明的第一实施例的光管的剖视图， 在这里表示的光线 仅表示了在光管内部以立体行进的光线中与横截面水平的成分。
参照图 7， 本发明的第一实施例的光管 100 包括主体部 102 和棱镜部 104。上述主 体部 102 构成为形成有长度方向的空心 106 的空心管形状， 上述棱镜部 104 在上述主体部 102 的外表面上沿长度方向形成多个。 而且， 上述棱镜部 104 包括反射部 112 和角度调节部 114。
从光源 108 产生并入射到上述光管 100 的空心 106 内部的光线 110 入射到光管 100 的内侧面 116， 并在上述棱镜部 104 根据斯涅耳定律的全反射条件而发生反射。通过重 复这种过程， 光线 110 向上述光管 100 的长度方向行进。
而且， 由于填充上述光管 100 的空心 106 的介质是空气， 因此， 上述光线 110 可以 几乎没有传送损失地向上述光管 100 的长度方向行进。
本发明的第一实施例的光管 100 区别于现有的光管的特征是上述空心 106 形成四 角柱形状。
另外， 本发明的第一实施例的光管 100 根据上述光源 108 及上述光管 100 的主体 部 102 的内侧面 116 的相对位置而决定上述棱镜部 104 的形状。
在构成上述棱镜部 104 的角度调节部 114 的作为横截面的直角三角形中， 上述主 体部 102 和反射部 112 之间的顶角的大小与上述光线 110 平行于上述光管 100 的横截面而 行进并入射到上述主体部 102 的内侧面 116 而折射时的折射角的大小相同。而且， 上述光 线 110 的折射角根据上述光管 100 的折射率和上述光线 110 的入射角而决定， 上述入射角 的大小根据上述光源 108 和上述主体部 102 的内侧面 116 之间的相对位置而不同。
下面， 参考图 8 详细说明根据上述光源 108 和上述主体部 102 的内侧面 116 之间 的相对位置而决定的棱镜部 104 的形状。
首 先， 利 用 上 述 光 管 100 的 折 射 率 n， 可 以 算 出 折 射 角 G 为 0 °、 1 °， 2 °， 3°、 ... 时的入射角 E。而且， 利用从上述光源 108 至向上述主体部 102 的内侧面 116 的入 射角为 0°的部位的距离 h， 可以算出从入射角为 0°的部位至入射角为 E 的部位的距离 M。 而且， 假设折射角为 G 的部位和 G+1°的部位间的区间的折射角为 G 时， 可以利用上述距离 M 算出折射角为 G 的区间的长度 L。
这时， 由于上述角度调节部 114 的作为横截面的直角三角形中， 上述主体部 102 和 反射部 112 之间的顶角的大小与上述光线 110 的折射角 G 相同， 因此， 可以利用通式来导出 上述顶角的大小为 G 的区间 L。算出上述区间 L 的过程如下述数学式 6。
数学式 6
sin E ＝ n sin G
E ＝ arcsin(n sin G)
M ＝ htan E
M ＝ h tan[arcsin(n sin G)]， (G ＝ 0， 1， 2， 3， ...) L ＝ htan[arcsin(nsin(G+1))-arcsin(n sin G)]， (G ＝ 0， 1， 2， 3， ...)
虽然在这里以上述折射角 G 为 0°、 1°、 2°、 3°、 ... 的情况为例， 但在将 k 设为 任意量的有理数时， 上述折射角 G 每次增加 k°的情况下， 可以用通式来导出上述顶角的大 小为 G 的区间， 这如下述数学式 7。
数学式 7
L ＝ h tan[arcsin(n sin(G+k))-arcsin(n sin G)]， (G ＝ 0， k， 2k， 3k， ...)
另外， 以本发明的第一实施例的光管 100 的折射率为 1.57、 且折射角 G 为 0°、 1°、 2°、 3°、 ... 的情况为例， 算出上述入射角 E、 距离 M、 区间 L 的结果如下述表 1。
表1
折射角 G( 单位° ) 热射角 E( 单位° ) 0 1 ： 5 ： 10 ： 0 1.57 ： 7.86 ： 15.82 ：距离 M 0 0.027h ： 0.138h ： 0.283h ：区间 L 0.027h 0.028h ： 0.028h ： 0.031h ：12101939674 A CN 101939677说23.97 ： 32.48 ：明书0.445h ： 0.636h ： 0.035h ： 0.044h ：10/18 页15 ： 20 ：
从上述内容可以得知， 在本发明的第一实施例的光管 100 中， 上述角度调节部 114 的作为横截面的直角三角形中， 上述主体部 102 和反射部 112 之间的顶角的大小仅根据上 述光管 100 的折射率 n 和从上述光源 108 至上述主体部 102 的内侧面 116 的距离 h 值而决 定。而且， 上述计算过程同样地也适用于光管的空心的横截面为多角形的形状的情况。
另外， 在本发明的第一实施例的光管 100 中， 若光源 108 位于上述空心 106 的横截 面的中心， 则彼此相对的两边的棱镜部 104 的排列相同。而且， 在上述空心 106 的横截面为 正方形的形状的情况下， 若上述光源 108 位于上述空心 106 的横截面的中心， 则四边的棱镜 部 104 的排列全部相同。
相反地， 在上述光源 108 从上述空心 106 的横截面的中心偏离的情况下， 上述光管 100 的四边的棱镜部 104 的排列是根据从上述光源 108 至上述主体部 102 的内侧面 116 的 距离 h 值而决定的， 彼此不相同。
接下来， 参照图 9 说明在本发明的第一实施例的光管中的光线路径。
如图 9 所示， 从光源 108 产生的光线 110 入射上述光管 100， 并在上述棱镜部 104 根据斯涅耳定律的全反射条件而反射。在上述棱镜部 104 发生全反射的光线 110 以相同的 入射角在相对侧棱镜部 104 再次发生全反射并向上述光管 100 的长度方向行进。
即， 上述光线 110 在第一个入射面经过全反射过程后， 以与在上述第一个入射面 的入射角相同的入射角入射到与上述第一个入射面面对的面或邻接的面， 从而再次发生全 反射。因此， 上述光线 110 可以在上述棱镜部 104 连续发生全反射， 并向上述光管 100 的长 度方向行进。
下面， 参照图 10(a) 至图 10(d)， 说明从光源 108 产生的光线 110 与光管 100 的中 心线 118 形成规定的角度并行进的情况下， 可产生全反射的允许角的范围。
首先， 参照图 10(a)， 在上述光线 110 相对于上述光管 100 的中心线 118 形成角度 Z 并行进的情况下， 若上述角度 Z 为 90°， 则在上述棱镜部 104 的棱镜面上上述光线 110 的 入射角是 45°。
另外， 参照图 10(b)， 上述角度 Z 接近 0°时， 上述光线 110 与上述棱镜部 104 的长 度方向几乎平行地行进并入射。而且， 上述光线 110 在上述光管 100 的主体部 102 内侧面 116 折射而与上述棱镜部 104 的棱镜面形成角度 T。
而且， 参照图 10(c) 和图 10(d)， 由于上述光线 110 在 ZY 平面几乎以 90°的入射 角入射上述光管 100， 因此折射角 P 形成与临界角几乎相同的角度。 从而， 在 ZY 平面上只分 析上述光线 110 的 ZY 成分时， 上述光线 110 的折射角 P 可以根据斯涅耳定律算出， 上述棱
镜面和上述光线 110 所成的角度 Q 则可以利用折射角 P 算出。上述折射角 P 和角度 Q 如下述数学式 8 所示。
数学式 8
而且， 在 ZX 平面只分析上述光线 110 的 ZX 成分时， 上述光线 110 和上述棱镜面所 成的角度与 45°相同。
这时， 若上述角度 Q 为 90°， 则在图 10(b) 中角度 T 与在图 10(d) 中的角度 45° 相同。而且， 若上述角度 Q 为 0°， 则在图 10(b) 中角度 T 与在图 10(d) 中的角度 45°无关 地一直是 0°。从而， 上述角度 T 和上述角度 Q 相互形成比例关系。而且， 上述角度 T 和上 述光线 110 在棱镜面的入射角 H 可以由下述数学式 9 算出。
数学式 9
H ＝ 90-T另外， 上述光线 110 与上述光管 100 的中心线 118 所成的角度 Z 的范围满足 0°以 上、 90°以下的范围。而且如上所述， 上述角度 Z 为 90°时上述入射角 H 为 45°， 上述角度 Z 为 0°时上述入射角 H 利用如上述的数学式 9 可以算出上述入射角 H 的值。从而， Z 值在 0°至 90°之间时上述入射角 H 的范围如下述数学式 10， 这如数学式 10 所示， 满足全反射 的条件。
数学式 10
在这里， n 是根据上述光管 100 的材质的折射率， 相对于上述光管 100 的材质的聚 碳酸酯、 聚甲基丙烯酸甲酯、 丙烯、 聚丙烯、 聚苯乙烯、 聚氯乙烯等的折射率 n， 上述入射角 H 满足上述数学式 10。
从而， 在本发明的第一实施例的光管中， 上述角度 Z 满足 0°以上 90°以下的条 件， 所以从上述光源 108 产生的所有光线 110 满足上述全反射条件。
例如， 折射率 n 为 1.57 时， 由于上述光线 110 入射上述棱镜部 104 的棱镜面的角 度 H 处于 45°和 64.78°之间， 因此满足 H ＞ 39.56°的全反射条件。
而且， 即使不像如上所述经过利用数学式的计算过程， 也可以知道上述角度 Z 为 90°时上述入射角 H 为最小， 上述角度 Z 越小上述入射角 H 会更大。从而， 若上述角度 Z 为 90°时的入射角 H 满足上述全反射条件， 则上述光线 110 对于上述棱镜部 104 的任何部位 都满足全反射条件。
下面， 参照图 11 至图 13 说明本发明的第二实施例的光管的结构。
图 11 是表示本发明的第二实施例的光管的立体图， 图 12 是表示本发明的第二实 施例的光管的剖视图， 图 13 是表示在本发明的第二实施例的光管中的光线路径的剖视图。
这时， 图 12 及图 13 是表示本发明的第二实施例的光管的剖视图， 在这里表示的光 线仅表示了在光管内部以立体行进的光线中与横截面水平的成分。
参照图 11， 本发明的第二实施例的光管 200 形成为圆形空心管形状， 包括主体部 202 和棱镜部 204。上述主体部 202 构成为形成有长度方向的空心 206 的空心管形状， 上述 棱镜部 204 在上述主体部 202 的外表面上沿长度方向形成多个。而且， 上述棱镜部 204 包 括反射部 212 和角度调节部 214。
从光源 208 产生并入射到上述光管 200 的空心 206 内部的光线 210 入射到上述光 管 200 的内侧面 216， 并在上述棱镜部 204 根据斯涅耳定律的全反射条件而发生反射。 通过 重复这种过程， 上述光线 210 向上述光管 200 的长度方向行进。
而且， 由于填充上述光管 200 的空心 206 的介质是空气， 因此， 上述光线 210 可以 几乎没有传送损失地向上述光管 200 的长度方向行进。
本发明的第二实施例的光管 200 区别于现有的光管的特征是 ： 上述光源 208 不位 于上述光管 200 的横截面的中心， 而是配置在从中心偏离的位置。 另外， 本发明的第二实施例的光管 200 根据上述光源 208 及上述光管 200 的相对 位置而决定上述棱镜部 204 的形状。
在构成上述棱镜部 204 的角度调节部 214 的作为横截面的直角三角形中， 上述主 体部 202 和反射部 212 之间的顶角的大小与上述光线 210 平行于上述光管 200 的横截面地 行进并入射到上述主体部 202 的内侧面 216 而折射时的折射角的大小相同。而且， 上述光 线 210 的折射角根据上述光管 200 的折射率和上述光线 210 的入射角而决定， 上述入射角 的大小根据上述光源 208 和上述主体部 202 的内侧面 216 之间的相对位置而不同。
下面， 参考图 12 详细说明根据上述光源 208 和上述主体部 202 的内侧面 216 之间 的相对位置而决定的棱镜部 204 的形状。
首 先， 利 用 上 述 光 管 200 的 折 射 率 n， 可 以 算 出 折 射 角 G 为 0 °、 1 °， 2 °， 3°、 ... 时的入射角 E。而且， 利用从上述光源 208 至向上述主体部 202 的内侧面 216 的入 射角为 0°的部位的距离 h、 上述空心 206 的横截面的半径 r、 从上述光源 208 至入射角为 E 的部位的距离 s、 从上述光源 208 的入射角为 0°的部位和入射角为 E 的部位之间的角度 C 以及从上述空心 206 的横截面的圆心的入射角为 0°的部位和入射角为 E 的部位之间的角 度 D， 可以算出入射角为 0°的部位和入射角为 E 的部位之间的弧长 M。 而且， 假设折射角为 G 的部位和 G+1°的部位间的区间的折射角为 G 时， 可以利用上述弧长 M 算出折射角为 G 的 区间的长度 L。
这时， 由于上述角度调节部 214 的作为横截面的直角三角形中， 上述主体部 202 和 反射部 212 之间的顶角的大小与上述光线 210 的折射角 G 相同， 因此， 可以利用通式来导出 上述顶角的大小为 G 的区间 L。算出上述区间 L 的过程如下述数学式 11。
数学式 11
sin E ＝ n sin G
E ＝ C-D ＝ arcsin(n sin G)
s sin C ＝ r sin D s sin E ＝ (r-h)sin DD ＝ C-(C-D)
(G ＝ 0， 1， 2， 3， ...)
在这里， 虽然以上述折射角 G 为 0°、 1°、 2°、 3°、 ... 的情况为例， 但在将 k 设为 任意量的有理数时， 上述折射角 G 每次增加 k°的情况下， 可以用通式来导出上述顶角的大 小为 G 的区间， 这如下述数学式 12。
数学式 12
(G ＝ 0， k， 2k， 3k， ...)
从上述内容可以得知， 本发明的第二实施例的光管 200 根据折射率 n、 从上述光源 208 至向上述主体部 202 的内侧面 216 的入射角为 0°的部位的距离 h、 以及上述空心 206 的横截面的半径 r 值， 决定上述棱镜部 204 的形状。
接下来， 参照图 13 说明在本发明的第二实施例的光管中的光线路径。
如图 13 所示， 从光源 208 产生的光线 210 入射到上述光管 200， 并在上述棱镜部 204 根据斯涅耳定律的全反射条件发生反射。在上述棱镜部 204 发生全反射的光线 210 以 相同的入射角在相对侧棱镜部 204 再次发生全反射， 并向上述光管 200 的长度方向行进。
即， 上述光线 210 在第一个入射面经过全反射过程后， 与在上述第一个入射面的 入射角相同的入射角入射到上述第一个入射面的相对侧入射面， 从而再次发生全反射。因 此， 上述光线 210 可以在上述棱镜部 204 连续发生全反射， 并向上述光管 200 的长度方向行 进。
另外， 在本发明的第二实施例的光管 200 中， 光线 210 与上述光管 200 的中心线形 成 90°的角度并行进的情况下， 若在上述棱镜部 204 的入射角满足全反射条件， 则上述光 线 210 对于上述棱镜部 204 的任何部位都满足全反射条件， 这与参照图 10 说明的第一实施 例的光管的情况相同。
下面， 参照图 14 至图 16 说明本发明的第三实施例的具备将结合两个相同的圆弧 的图形作为横截面的空心的光管的结构。
图 14 是表示本发明的第三实施例的光管的立体图， 图 15 是表示本发明的第三实 施例的光管的剖视图， 图 16 是表示在本发明的第三实施例的光管中的光线路径的剖视图。
这时， 图 15 及图 16 是表示本发明的第三实施例的光管的剖视图， 在这里表示的光 线仅表示了在光管内部以立体行进的光线中与横截面水平的成分。
参照图 14， 本发明的第三实施例的光管 300 包括主体部 302 和棱镜部 304。上述 主体部 302 构成为形成有长度方向的空心 306 的空心管形状， 上述空心 306 是其横截面为 结合两个相同的圆弧的图形的形状。
而且， 上述棱镜部 304 在上述主体部 302 的外表面上沿长度方向形成多个。上述 棱镜部 304 包括反射部 312 和角度调节部 314。
从光源 308 产生的光线 310 在上述棱镜部 304 根据斯涅耳定律的全反射条件而发 生反射， 并通过重复这种过程， 上述光线 310 向上述光管 300 的长度方向行进。而且， 由于 填充上述光管 300 的空心 306 的介质是空气， 因此， 上述光线 310 可以几乎没有传送损失地 行进。
本发明的第三实施例的光管 300 区别于现有的光管的特征是 ： 上述空心 306 的形 状是其横截面为结合两个相同的圆弧的图形的形状。
另外， 本发明的第三实施例的光管 300 根据光源 308 及上述光管 300 的相对位置 而决定上述棱镜部 304 的形状。
在构成上述棱镜部 304 的角度调节部 314 的作为横截面的直角三角形中， 上述主 体部 302 和反射部 312 之间的顶角的大小与上述光线 310 平行于上述光管 300 的横截面地 行进并入射上述主体部 302 的内侧面 316 而折射时的折射角的大小相同。而且， 上述光线 310 的折射角根据上述光管 300 的折射率和上述光线 310 的入射角而决定， 上述入射角的大 小根据上述光源 308 和上述主体部 302 的内侧面 316 之间的相对位置而不同。
下面， 参考图 15 详细说明根据上述光源 308 和上述主体部 302 的内侧面 316 之间 的相对位置而决定的棱镜部 304 的形状。
首 先， 利 用 上 述 光 管 300 的 折 射 率 n， 可 以 算 出 折 射 角 G 为 0 °、 1 °， 2 °， 3°、 ... 时的入射角 E。而且， 利用从上述光源 308 至向上述主体部 302 的内侧面 316 的入 射角为 0°的部位的距离 h、 构成上述空心 306 的横截面的圆弧的曲率半径 r、 从上述光源 308 至入射角为 E 的部位的距离 s、 从上述光源 308 的入射角为 0°的部位和入射角为 E 的 部位之间的角度 C、 以及从构成上述空心 306 的横截面的圆弧的曲率中心的入射角为 0°的 部位和入射角为 E 的部位之间的角度 D， 可以算出入射角为 0°的部位和入射角为 E 的部位 之间的弧长 M。而且， 假设折射角为 G 的部位和 G+1°的部位间的区间的折射角为 G 时， 可 以利用上述弧长 M 算出折射角为 G 的区间的长度 L。
这时， 由于上述角度调节部 314 的作为横截面的直角三角形中， 上述主体部 302 和 反射部 312 之间的顶角的大小与上述光线 310 的折射角 G 相同， 因此， 可以利用通式来导出 上述顶角的大小为 G 的区间 L。算出上述区间 L 的过程如下述数学式 13。
数学式 13
sin E ＝ n sin GE ＝ C-D ＝ arcsin(n sin G) s sin C ＝ r sin D s sin E ＝ (r-h)sin DD ＝ C-(C-D)
(G ＝ 0， 1， 2， 3， ...)
在这里， 虽然以上述折射角 G 为 0°、 1°、 2°、 3°、 ... 的情况为例， 但在将 k 设为 任意量的有理数时， 上述折射角 G 每次增加 k°的情况下， 可以用通式来导出上述顶角的大 小为 G 的区间， 这如下述数学式 14。
数学式 14
(G ＝ 0， k， 2k， 3k， ...)
从上述内容可以得知， 本发明的第三实施例的光管 300 根据折射率 n、 从上述光源 308 至向上述主体部 302 的内侧面 316 的入射角为 0°的部位的距离 h、 以及构成上述空心 306 的横截面的圆弧的曲率半径 r 值， 决定棱镜部 304 的形状。
接下来， 参照图 16 说明在本发明的第三实施例的光管中的光线路径。
如图 16 所示， 从光源 308 产生的光线 310 入射到上述光管 300， 并在上述棱镜部 304 根据斯涅耳定律的全反射条件发生反射。在上述棱镜部 304 发生全反射的光线 310 以 相同的入射角在相对侧棱镜部 304 再次发生全反射并向上述光管 300 的长度方向行进。
即， 上述光线 310 在第一个入射面经过全反射过程后， 以与在上述第一个入射面 的入射角相同的入射角入射到上述第一个入射面的相对侧入射面， 从而再次发生全反射。 因此， 上述光线 310 可以在上述棱镜部 304 连续发生全反射， 并向上述光管 300 的长度方向 行进。
另外， 在本发明的第三实施例的光管 300 中， 光线 310 与上述光管 300 的中心线形 成 90°的角度并行进时， 若在上述棱镜部 304 的入射角满足全反射条件， 则上述光线 310 对 于上述棱镜部 304 的任何部位都满足全反射条件， 这与参照图 10 说明的本发明的第一实施
例的光管的情况相同。
下面， 参照图 17 及图 18 说明本发明的第四实施例的具备两个相同的圆弧和两个 相同的直线分别面对而结合的图形作为横截面的空心的光管的结构。
图 17 是表示本发明的第四实施例的光管的立体图， 图 18 是表示本发明的第四实 施例的光管的剖视图。
这时， 图 18 是表示本发明的第四实施例的光管的剖视图， 在这里表示的光线仅表 示了在光管内部以立体行进的光线中与横截面水平的成分。
参照图 17， 本发明的第四实施例的光管 400 包括主体部 402 和棱镜部 404。上述 主体部 402 具备向长度方向贯通而形成的空心 406， 上述空心 406 是其横截面为两个相同的 圆弧和两个相同的直线分别面对而结合的图形的形状。
而且， 上述棱镜部 404 在上述主体部 402 的外表面上沿长度方向形成多个， 而且， 上述棱镜部 404 包括反射部 412 和角度调节部 414。
从光源 408 产生的光线 410 在上述棱镜部 404 根据斯涅耳定律的全反射条件而发 生反射， 并通过重复这种过程， 上述光线 410 向上述光管 400 的长度方向行进。而且， 由于 填充上述光管 400 的空心 406 的介质是空气， 因此， 上述光线 410 可以几乎没有传送损失地 行进。
本发明的第四实施例的光管 400 区别于现有的光管的特征是 ： 上述空心 406 的形 状是其横截面为两个相同的圆弧和两个相同的直线分别面对而结合的图形的形状。
另外， 本发明的第四实施例的光管 400 根据光源 408 及上述光管 400 的相对位置 而决定上述棱镜部 404 的形状。
在构成上述棱镜部 404 的角度调节部 414 的作为横截面的直角三角形中， 上述主 体部 402 和反射部 412 之间的顶角的大小与上述光线 410 平行于上述光管 400 的横截面地 行进并入射上述主体部 402 的内侧面 416 而折射时的折射角的大小相同。而且， 上述光线 410 的折射角根据上述光管 400 的折射率和上述光线 410 的入射角而决定， 上述入射角的大 小根据上述光源 408 和上述主体部 402 的内侧面 416 之间的相对位置而不同。
另外， 根据上述光源 408 和上述主体部 402 的内侧面 416 之间的相对位置而决定 的棱镜部 404 的形状分别相对于上述空心 406 的横截面中由直线构成的部分和由圆弧构成 的部分分别决定其形状。
即， 对于上述由直线构成的部分， 与本发明的第一实施例的光管的情况相同， 由图 8 及数学式 7 决定。而且， 对于上述由圆弧构成的部分， 与本发明的第三实施例的光管情况 相同， 由图 15 及数学式 14 决定。
接下来， 参照图 18 说明在本发明的第四实施例的光管中的光线路径。
如图 18 所示， 从光源 408 产生的光线 410 入射到上述光管 400， 并在上述棱镜部 404 根据斯涅耳定律的全反射条件发生反射。在上述棱镜部 404 发生全反射的光线 410 以 相同的入射角在相对侧棱镜部 404 再次发生全反射， 并向上述光管 400 的长度方向行进。
即， 上述光线 410 在第一个入射面经过全反射过程后， 以与在上述第一个入射面 的入射角相同的入射角入射到上述第一个入射面的相对侧入射面， 从而再次发生全反射。 因此， 上述光线 410 可以在上述棱镜部 404 连续发生全反射， 并向上述光管 400 的长度方向 行进。另外， 在本发明的第四实施例的光管 400 中， 光线 410 与上述光管 400 的中心线形 成 90°的角度并行进时， 若在上述棱镜部 404 的入射角满足全反射条件， 则上述光线 410 对 于上述棱镜部 404 的任何部位都满足全反射条件， 这与参照图 10 说明的本发明的第一实施 例的光管的情况相同。
本发明的第四实施例的光管尤其是用于广告牌的情况下， 具有可以缩小光管的体 积， 并且形成良好的外观的优点。
另外， 在本发明的第一实施例至第四实施例中， 只考虑了角度调节部 114、 214、 314、 414 形成横截面为直角三角形的形状的情况， 但上述角度调节部 114、 214、 314、 414 的 横截面可以如图 5 所示形成等腰三角形。 这时， 构成上述角度调节部 114、 214、 314、 414 的横 截面的等腰三角形的顶角的大小与从光源产生的光线 110、 210、 310、 410 平行于光管 100、 200、 300、 400 的横截面地行进并入射到主体部 102、 202、 302、 402 的内侧面 116、 216、 316、 416 而折射时的折射角的大小相同。这是为了使上述光线 110、 210、 310、 410 连续发生全反 射并向上述光管 100、 200、 300、 400 的长度方向行进。
下面， 参照图 19 说明本发明的第五实施例的光管的结构。
如图 19 所示， 本发明的第五实施例的光管 500 是在本发明的第一实施例至第四实 施例中所说明的光管的基础上还包括滤光部 520。上述滤光部 520 的作用是改变从上述光 源 508 产生的光的颜色。
上述滤光部 520 包括反射从上述光源 508 产生的光线的反射镜 522。上述反射镜 522 位于上述光管 500 的一侧端部， 从而反射从上述光源 508 产生的光线， 使光线向上述光 管 500 的另一侧行进。
而且， 上述滤光部 520 包括滤色器 524。上述滤色器 524 配置在上述反射镜 522 的 前面， 包括一个以上的着色层 526。 入射到上述滤色器 524 的光在透过着色层 526 的过程中 颜色发生变化。
上述滤色器 524 是圆形的玻璃板， 根据上述光管 500 的用途， 由进行了二向色涂 层 (Dichroic Coating) 处理的玻璃板 (Dichroic Filter)、 有色玻璃或聚碳酸酯的材质构 成。例如， 考虑到上述光管 500 的光源 508 散发的热， 上述滤色器 524 由进行了二向色涂层 (Dichroic Coating) 处理的玻璃板的材质构成。
而且， 上述滤光部 520 包括使上述滤色器 524 旋转的电机 528。上述电机 528 通过 使上述滤色器 524 旋转， 起到改变向上述光管 500 的外部发散的光的颜色的作用。
在本发明的第五实施例的光管 500 用于广告牌或各种显示装置的用途的情况下， 可以作为将从上述光源 508 产生的白光改变成多种颜色的装置而应用。即， 通过从上述光 源 508 产生的光线透过上述滤色器 524， 上述光管 500 向外部发散多种颜色的光。
本发明的各实施例的光管由于棱镜部和光管平行地配置， 因此可以由聚碳酸酯或 丙烯酸树脂的挤压成型进行大量生产， 光管的厚度根据材质的性质在可以保持光管的形状 和可以承受外部冲击的范围内决定。
而且， 本发明的各实施例的光管用于广告牌及各种显示装置的用途的情况下， 需 要在光管的表面射出均匀的光。 光管的长度短时， 可以在表面射出均匀的光， 但光管的长度 长时， 通过在光管内部或外部将光滑的表面进行粗糙处理， 或粘贴光扩散薄膜等， 使进行全 反射的光向外部射出为好。本发明的权利不限定于上述说明的实施例， 由请求范围记载的内容而决定， 不言 而喻， 本领域技术人员可以在请求范围中记载的权利范围内进行多种变形和改变。