JP7086071B2 - 光効果を発生させるための光学構成要素 - Google Patents

Description

本発明は、光効果を発生させるための光学構成要素に関する。本発明は更に、そのような光学構成要素を含む照明器具、及びそのような光学構成要素を製造する方法に関する。

興味深い視覚効果をもたらし得る、例えば、照明器具及びランプシェード等の光源に対する需要が高まっている。そのようなデバイスの一例が米国特許出願公開第２０１５／００２１６２８Ａ１号に開示されており、同文献は、固体発光デバイスを開示しており、固体発光デバイスは、少なくとも１つの固体光エミッタ上、その上、又はその周囲に形成された（例えば、１つ以上の光透過性、光吸収性、光反射性、及び／又はルミフォールの材料から成る）１つ以上の光影響要素を含み、光影響要素が、３次元（３Ｄ）印刷によって形成され得るような複数のドット、ロッド、又は層を具現化する複数の溶融要素を含む。光影響要素は、特定の各エミッタとその対応する光影響要素との間の相互作用のための異なる光学分布を生じさせるように、個々の固体光エミッタに合わせて個別に調整され得る。

このデバイスの魅力的な特性は、光影響要素が３Ｄ印刷を使用して形成され得ることで、光影響要素が高速かつ費用対効果の高いやり方で製造され得ることにある。しかし、光影響要素は、例えば、固体照明要素の照明出力の異なる部分を異なるやり方で操作することにより、審美的に心地良い効果をもたらすことはない。したがって、３Ｄ印刷技術を使用して費用対効果が高いやり方で製造することができ、審美的に心地良い視覚効果を発生させることができる、光学構成要素が必要とされる。

本発明は、３Ｄ印刷技術を使用して費用対効果が高いやり方で製造することができ、審美的に心地良い視覚効果を発生させることができる、光学構成要素を提供しようとする。

本発明は更に、そのような光学構成要素を含む照明器具を提供しようとする。

本発明は更に、そのような光学構成要素を製造する方法を提供しようとする。

第１の態様によれば、第１の壁面及び第２の壁面を伴う壁を有する光学構成要素であって、第２の壁面が第１の方向で第１の壁面とは反対側にある、光学構成要素が提供される。壁は、第１の方向と垂直な第２の方向で互いに積み重ねられた複数の層を備える。

複数の層の各層は、第１の縁面及び反対側の第２の縁面を有する第１の領域を有し、第１の縁面及び第２の縁面は共に、層に沿って第２の方向に延びており、第１の縁面は、第１の領域と第２の領域との間の境界面であり、第２の縁面は、第１の領域と第３の領域との間の境界面であり、第１の領域は、第２の領域及び第３の領域のそれぞれよりも低い透過率を有する。

層の少なくともいくつかについて、第１の縁面が第２の方向で隣にある層の第２の縁面に対してシフトされており、それによって、光線が第２の領域を通る必要なしに壁を通過できる通路を形成している。

換言すれば、上記光学構成要素は、複数の層を備え、各層は、（第１及び第３の領域の少なくとも一方である）透過部分と、透過部分に隣接し、透過部分よりも低い透過率を有する更なる部分（第２の領域）とを備え、光学構成要素が、部分的に重なり合う透過部分によって形成され得る少なくとも１つの透過領域（通路と称される）を備えるように、部分同士がずらされる。

本発明は、光学構成要素又は少なくともその一部が、部分的に重なり合う層、すなわちずらされた層によって構築され得ることを実現することに基づき、それによって、３Ｄ印刷を使用して光学構成要素の製造を可能にする。更なる部分は、光学構成要素に対して配置された光源又は複数の光源によって発生した照明出力の一部分を操作する一方、透過部分の一部又はそのような透過部分の部分的に重なり合う部分によって形成され得る透過領域、例えば透明領域は、１つ以上の光源によって発生した照明出力の更なる部分が、（比較的）変化せずに光学構成要素を通過することを可能にする。したがって、光学構成要素は、１つ以上の光源の照明出力の一部を操作する更なる周囲の部分と透過領域との交互パターンによって生じる角度依存性の光効果をもたらし、光効果は、光学構成要素に対して自身の位置、すなわち視野角を変える観察者によって動的な光効果として知覚され得、したがって、とりわけ興味深いものとして知覚され得る。

そのような光学構成要素は、例えば、光源又は複数の光源が、例えば、光学構成要素によって覆われた表面取り付け型の光源用等の光学構成要素によって直視から隠される、平面形状等の任意の好適な形状を有してもよい。代わりに、光学構成要素は、内容積部を備えてもよく、各層は、内容積部の一部を取り囲んでもよい。例えば、第１、第２、及び第３の領域はそれぞれ、内容積部の一部を取り囲んでもよい。そのような構成において、第１、第２、及び第３の領域のそれぞれは、内容積部の近くにあってもよい。代わりに、第１、第２、及び第３の領域は、光学構成要素によって実現される光学効果を同じ層内又は積み重ねの後続する層間のいずれかで更に操作するために、交互に内容積部の近くにあってもよい。そのような構造は、特定の３Ｄ印刷技術によって容易に実現され得る。

光学構成要素は、その全体が層の積み重ねによって形成されてもよく、各層が第１の領域の隣に第２及び第３の領域の少なくとも一方も備える。代わりに、光学構成要素は、第１の部分と更なる部分との交互パターンを備えてもよく、第１の部分のみが、上で定義されたような層の積み重ねを備え、更なる部分が等方的に透過性であることで、光学構成要素は、角度依存性の光学効果を表す第１の部分と、視野角とは無関係に透過性である更なる部分とを備える。このことは、例えば、更なる部分を通過する光による機能的照明を第１の部分を通過する光による動的な照明効果と組み合わせる光学構成要素を提供し得る。

本発明の第１の態様による光学構成要素において、第１の領域はそれぞれ、積み重ね方向と垂直な方向で第２の領域と第３の領域との間に位置し、各第１の領域は、隣接する第２及び第３の領域のそれぞれよりも低い透過率を有する。

この説明の残りにおいて、第２及び第３の領域はそれぞれ、「より高い透過率の領域」とも称される。第１の領域は、層の積み重ねの一部である。層の積み重ねは、より高い透過率の領域を更に備え、そのため、第２及び第３の領域の少なくとも一方も、層の積み重ねの一部である。第２及び第３の領域は共に、層の積み重ねの一部であってもよい。第２及び第３の領域の一方のみ（例えば第２の領域）が層の積み重ねの一部である場合、他方の領域（例えば第３の領域）は単に、空気の領域等、光学構成要素を取り巻く周囲の領域を指す。後者の場合、第１の領域は、第１及び第２の壁面の一方で終端する一方、第２の領域又は第３の領域（これらのいずれが層の積み重ねの一部でもあるかに応じて）は、第１及び第２の壁面の他方で終端してもよい。

層の積み重ねが、第１の領域の隣に第２及び第３の領域の一方のみを備える場合、層の積み重ねに含まれる２つの領域はそれぞれ、壁面で終端し、層の積み重ねの連続する層は、互いにずらされる。各第１の領域は、規定の幅を有してもよく、連続する層は、第１の領域の規定の幅よりも大きい距離で互いにずらされる。このことは、より高い透過率の領域の一部が連続する層の第１の領域同士の間に配置されることを確実にし、この一部は、光線が第１の領域を通る必要なしに壁を通過することを可能にする通路を形成し得る。

上述されたように、各層の第１の領域は、第１及び第２の壁面の一方で終端し、それによって層の縁部を規定してもよい。代わりに、各層の第１の領域は、いずれも層の一部でもある第２の領域と第３の領域との間に位置する、層の中間領域であってもよい。

層のそれぞれの縁部は、鋭い角部又は丸みを帯びた角部を有してもよい。縁部の角部の形状は、光学構成要素の所望の光学機能に基づいて選択されてもよい。これは、異なる形状の角部が、光学構成要素の内容積部内の１つ以上の光源によって発生した入射光との異なる相互作用を有するためである。

光学構成要素の第１の領域は、光学構成要素の第１の領域と、光線が第１の領域を通る必要なしに壁を通過できる透過通路との間に視覚的な差を作り出すように、入射光を操作するために使用される。この目的のために、任意の好適な種類の光学的操作が企図されてもよい。例えば、各第１の領域は、着色された領域、反射性領域、拡散性領域、外側領域とは異なる屈折率を有する透過性内側領域を取り巻く透過性外側領域から個別に選択されてもよい。特定の実施形態において、それぞれの周囲の外側領域は同じである。

それぞれの層は全て、同じ寸法、例えば、同じ厚さ、幅、及び長さを有してもよい。このようにして、それぞれの層が同じやり方でずらされる場合、規則的なパターンの第１の領域が形成されてもよい。しかし、代替的な実施形態において、それぞれの層は、第１の領域のパターンを調節して、例えば、より不規則なパターンを作り出すために、異なる寸法を有してもよい。

各層の第１の領域及び／又は第２の領域が異なる材料で作られる場合、それぞれの層は全て、同じ材料又は材料の組み合わせで作られてもよく、それによって光学構成要素に均質な外観を与える。しかし、代替的な実施形態において、異なる層は、光学構成要素又は不均質な外観を与えるために異なる材料で作られてもよく、このことは、いくつかの用途領域で審美的に好ましいと考えられ得る。

第２の態様によれば、第１の態様による光学構成要素を備える照明器具が提供される。そのような照明器具は、１つ以上の光源を更に備えてもよく、審美的に好ましい効果を観察者にもたらし、光学効果は、作り出される光学効果の角度依存性に起因してとりわけ興味深い。

そのような照明器具において、光学構成要素は、内容積部を備えてもよく、例えば、ランプシェード等（の一部）を画定してもよく、照明器具は、内容積部の内又は外に配置された光源を更に備える。

第３の態様によれば、第１の態様による光学構成要素を製造する方法が提供される。方法は、複数の層を押出機ノズルで３Ｄ印刷するステップを含む。

３Ｄ印刷を使用して本発明の実施形態による光学構成要素を製造する可能性は、特に、３Ｄ印刷するステップが、複雑な３Ｄ物体の製造を容易にすることが知られている溶融堆積モデリングを含むときに、光学構成要素が高速かつ費用対効果が高いやり方で製造できることを確実にする。

３Ｄ印刷するステップは、内容積部の一部の周りを取り囲む各層により、光学構成要素の内容積部を形成することを含んでもよい。例えば、各第１の領域と第２及び／又は第３の領域のそれぞれとは、内容積部の一部を取り囲んでもよい。そのような構成において、より高い透過率の領域（第２又は第３の領域）が、内容積部の近くにあってもよく、又は第１の領域が、内容積部の近くにあってもよい。一実施形態において、３Ｄ印刷するステップは、各層において第１の領域及びより高い透過率の領域（第２又は第３の領域）が交互に内容積部の近くになるように、各層を形成することを含む。このことは、例えば、それ自体が周知であるように、ノズルが（互いに）回転されるデュアルノズル印刷技術を使用して実現され得る。

一実施形態において、３Ｄ印刷するステップは、２つのノズルを有する押出機ノズルで各層の第１の領域及びより高い透過率の領域を印刷することを含む。

代わりに、３Ｄ印刷するステップは、各層の第１の領域及びより高い透過率の領域を押出機ノズルでシーケンシャルに印刷することを含み、押出機ノズルは、第１の領域を形成するための第１のフィーダと、より高い透過率の領域を形成するための第２のフィーダとを有する。

光学構成要素は、それぞれの層が印刷される基材を回転させることによって形成されてもよいが、好ましくは、１つ以上の押出機ノズルは、層を形成するために層を３Ｄ印刷するステップ中に回転される。

添付図面を参照して、本発明の実施形態が、より詳細に非限定的な例として説明される。

光学構成要素の斜視図及び光学構成要素の同じ断面の３つの図をそれぞれ概略的に示す。 光学構成要素の斜視図及び光学構成要素の同じ断面の３つの図をそれぞれ概略的に示す。 光学構成要素の斜視図及び光学構成要素の同じ断面の３つの図をそれぞれ概略的に示す。 光学構成要素の斜視図及び光学構成要素の同じ断面の３つの図をそれぞれ概略的に示す。 光学構成要素の斜視図及び光学構成要素の同じ断面の３つの図をそれぞれ概略的に示す。 光学構成要素の斜視図及び光学構成要素の同じ断面の３つの図をそれぞれ概略的に示す。 光学構成要素の同じ断面の３つの図を概略的に示す。 光学構成要素の斜視図を概略的に示す。 光学構成要素の同じ断面の２つの図を概略的に示す。 光学構成要素の同じ断面の２つの図及び光学構成要素の層の上面図を概略的に示す。 ３Ｄ印刷プロセスの典型的な構成を概略的に示す。 そのような３Ｄ印刷プロセスを使用して、本発明の実施形態による光学構成要素を製造する方法を概略的に示す。 例示的な実施形態による照明器具を概略的に示す。 例示的な実施形態による照明器具を概略的に示す。

これらの図は、概略的なものにすぎず、正しい縮尺ではないことを理解されたい。また、同じ参照番号は、これらの図の全体を通して、同じ部分又は同様の部分を示すことも理解されたい。

図１Ａは、光学構成要素１００の斜視図を概略的に示し、図１Ｂは、光学構成要素１００の同じ断面の３つの図を概略的に示す。

図１Ａは、第１の壁面１１１及び第２の壁面１１２を示す。第１の壁面１１１は、中空円筒形態を有する光学構成要素１００の壁１１０によって包囲された内容積部１５０に面する。第１の壁面１１１と第２の壁面１１２とは、第１の方向１２１で互いに反対側にあり、第１の方向１２１と垂直である第２の方向１２２で互いに平行である。

図１Ｂの上側の図は、壁１１０の断面を示し、第１の壁面１１１及び第２の壁面１１２を再び示し、第１の壁面１１１は、第１の方向１２１で第２の壁面１１２とは反対側にある。明確にするために、断面は光学構成要素１００の半分のみを示す。

図１Ｂの中間の図は、図１Ｂの上側の図に示されるのと同じ断面であるが、ここでは、第１の方向１２１と垂直である第２の方向１２２で互いに積み重ねられた複数の層１３０を示す。この説明の残りの部分において、第２の方向１２２は、「積み重ね方向」とも称される。

複数の層１３０の層１３０ａ～ｄはそれぞれ、光学構成要素１００の内容積部１５０の一部分を取り巻く又は取り囲む閉鎖構造を形成する。この内容積部１５０は、光学構成要素１００に対して１つ以上の光源を配置するために使用されてもよい。

図１Ｂの中間の図は、複数の層１３０の各層１３０ａ～ｄについて、第１の方向１２１で（すなわち、積み重ね方向と垂直に）第２の領域１３２ａ～ｄと第３の領域１３３ａ～ｄとの間に位置する第１の領域１３１ａ～ｄも示す。

第２の領域１３２ａ～ｄ及び第３の領域１３３ａ～ｄはそれぞれ、第１の領域１３１ａ～ｄよりも高い透過率を有する。第２の領域１３２ａ～ｄと第３の領域１３３ａ～ｄは、同じ材料で作られてもよく、又は異なる材料で作られてもよい。第２の領域１３２ａ～ｄは、第１の壁面１１１で終端し、第３の領域１３３ａ～ｄは、第２の壁面１１２で終端する。

第１の領域１３１ａ～ｄはそれぞれ、第１の縁面１３４ａ～ｄ及び第２の縁面１３５ａ～ｄを有し、それらは共に層１３０ａ～ｄに沿って第２の方向１２２に延びる。第２の縁面１３５ａ～ｄは、第１の方向１２１で第１の縁面１３４ａ～ｄとは反対側にある。第１の縁面１３４ａ～ｄは、第１の壁面１１１に面しており、それらはそれぞれ、第２の領域１３２ａ～ｄとの境界面である。第２の縁面１３５ａ～ｄは、第２の壁面１１２に面しており、それらはそれぞれ、第３の領域１３３ａ～ｄとの境界面である。

各層１３０ａ～ｄについて、第１の縁面１３４ａ～ｄは、第２の方向１２２で隣にある層の第２の縁面に対してシフトされる。換言すれば、層１３０ａ～ｄは、第１の領域１３１ａ～ｄが互いにずらされ、積み重ね方向（方向１２２）で重なり合わないように、互いに積み重ねられる。

図１Ｂの下側の図は再び、壁に含まれる層の積み重ねと、これら層のそれぞれに存在する第１、第２、及び第３の領域とを示す。分かりやすくするために、上述した特徴の参照数字は、図１Ｂの下側の図から意図的に省略されている。この図は、光線が第２の領域１３２ａ～ｄを通って進む必要なしに光学構成要素１００の壁を通過することを可能にする、光学構成要素１００に存在する通路１４０ａ～ｄも示す。

図２Ａは、光学構成要素２００の斜視図を概略的に示し、図２Ｂは、光学構成要素２００の同じ断面の３つの図を概略的に示す。

図２Ａは、第１の壁面２１１及び第２の壁面２１２を示す。第１の壁面２１１は、光学構成要素２００の壁によって包囲された内容積部２５０に面する。第１の壁面２１１と第２の壁面２１２とは、第１の方向２２１で互いに反対側にある。第２の壁面２１２が積み重ね方向（第２の方向２２２）と平行に向けられ、第１の壁面２１１が積み重ね方向に対して傾斜することで、光学構成要素２００は、積み重ね方向で内径が減少する中空円筒形状を有する。

図２Ｂの３つの図は、図１Ｂに関して既に説明されたものと同様である。

第１の領域２３１ａ～ｄは全て、実質的に同じ寸法を有し、第２の領域２３２ａ～ｄは全て、実質的に同じ寸法を有する。第２の領域２３２ａ～ｄは、第１の壁面２１１で終端し、第３の領域２３３ａ～ｄは、第２の壁面２１２で終端する。

各層２３０ａ～ｄについて、第１の縁面２３４ａ～ｄは、第２の方向２２２で隣にある層の第２の縁面に対してシフトされる。換言すれば、層２３０ａ～ｄは、第１の領域２３１ａ～ｄが互いにずらされ、積み重ね方向（方向１２２）で重なり合わないように、積み重ねられる。

図２Ｂの下側の図は、光線が第１の領域２３１ａ～ｄを通って進む必要なしに光学構成要素２００の壁を通過することを可能にする、光学構成要素２００に存在する通路２４０ａ～ｄも示す。

図３Ａは、光学構成要素３００の斜視図を概略的に示し、図３Ｂは、光学構成要素３００の同じ断面の３つの図を概略的に示す。

図３Ａは、第１の壁面３１１及び第２の壁面３１２を示す。第１の壁面３１１は、光学構成要素３００の壁によって包囲された内容積部３５０に面する。第１の壁面３１１と第２の壁面３１２とは、第１の方向３２１で互いに反対側にある。第２の壁面３１２は、第１の壁面２１１と平行に向けられ、両方とも積み重ね方向に対して傾斜する。換言すれば、光学構成要素３００は、中空切頭円錐形状を有する。

再び、図３Ｂの３つの図は、図１Ｂに関して既に説明されたものと同様である。

第１の領域３３１ａ～ｄは全て、実質的に同じ寸法を有し、第２の領域３３２ａ～ｄは全て、実質的に同じ寸法を有する。第１の領域３３１ａ～ｄは、第２の壁面３１２で終端し、第２の領域３３２ａ～ｄは、第１の壁面３１１で終端する。このことは、光学構成要素３００について、第３の領域３３３ａ～ｄが、層３３０ａ～ｄの一部ではなく、光学構成要素３００の全体の一部でもないことを意味する。代わりに、第３の領域３３３ａ～ｄは、第２の壁面３１２に隣接して存在する周囲（空気）の領域である。

各層３３０ａ～ｄについて、第１の縁面３３４ａ～ｄは、第２の方向３２２で隣にある層の第２の縁面に対してシフトされる。換言すれば、層３３０ａ～ｄは、第１の領域３３１ａ～ｄが互いにずらされ、積み重ね方向（方向３２２）で重なり合わないように、積み重ねられる。

図３Ｂの下側の図は、光線が第１の領域３３１ａ～ｄを通って進む必要なしに光学構成要素３００の壁を通過することを可能にする、光学構成要素３００に存在する通路３４０ａ～ｄも示す。

図４は、光学構成要素４００の同じ断面の３つの図を概略的に示す。

第１の領域４３１ａ～ｄは全て、実質的に同じ寸法を有し、第３の領域４３３ａ～ｄは全て、実質的に同じ寸法を有する。第１の領域４３１ａ～ｄは、第１の壁面４１１で終端し、第３の領域４３３ａ～ｄは、第２の壁面４１２で終端する。このことは、光学構成要素４００について、第１の領域４３１ａ～ｄが、層４３０ａ～ｄの一部ではなく、光学構成要素４００の全体の一部でもないことを意味する。代わりに、第１の領域４３１ａ～ｄは、第２の壁面３１２に隣接して存在する周囲（空気）の領域である。

各層４３０ａ～ｄについて、第１の縁面４３４ａ～ｄは、第２の方向４２２で隣にある層の第２の縁面に対してシフトされる。換言すれば、層４３０ａ～ｄは、第１の領域４３１ａ～ｄが互いにずらされ、積み重ね方向（方向４２２）で重なり合わないように、積み重ねられる。

図４の下側の図は、光線が第１の領域４３１ａ～ｄを通って進む必要なしに光学構成要素４００の壁を通過することを可能にする、光学構成要素４００に存在する通路４４０ａ～ｄも示す。

光学構成要素３００は、層３３０ａ～ｄ同士がずらされるように部分的に重なり合う複数の層３３０ａ～ｄで形成され、それによって、ここでは光学構成要素３００の第１の壁面３１１及び第２の壁面３１２に階段状プロファイルを形成するが、好ましい形状に応じて、（図１Ａ及び図１Ｂに示された光学構成要素１００の場合のように）第１及び第２の壁面のいずれも階段状プロファイルを有しておらず、又は（図２Ａ及び図２Ｂに示された光学構成要素２００の場合のように）階段状プロファイルが第１及び第２の壁面の一方のみに形成されてもよいことを理解されたい。以下でより詳細に説明されるように、複数の層３００のずれは、３Ｄ印刷技術、特に溶融堆積モデリング（ＦＤＭ）プリンタで、容易に実現され得る。そのような技術は、例えば２ｍｍ未満の厚さを有する、とりわけ薄い層３３０ａ～ｄを形成することを可能にし、それによって、非限定的な例として、ペンダントランプシェード又は床置き式の柱上照明器具に取り付けられたランプシェード等の、ランプシェードとして光学構成要素３００が使用されるときの１ｍ以上の距離のような、使用時の光学構成要素３００からの典型的な観察距離では、ずらされた層３３０ａ～ｄの詳細（階段状プロファイル）が観察され得ないことを確実にする。

本発明の光学構成要素は、図３及び図４に関して上述されたようなずらされた層で全体が形成されてもよい。図５には、代替物が示されており、図３及び図４に関して説明されたようなずらされた層によって構築された第１の部分５５０ａ～ｂと、例えば、透明なポリマー材料の単一層として、任意の好適なやり方で形成され得る透明部分等の第２の部分５６０ａ～ｂとの交互パターンを備える光学構成要素５００が示される。そのような交互パターンにおいて、第１の部分５５０ａ～ｂは、以下でより詳細に説明されるように、角度依存性の光学効果を作り出すために使用されてもよい一方、第２の部分５６０ａ～ｂは、そのような角度依存性の光学効果を示さない。これは、例えば、光学構成要素５００が動的な照明効果と組み合わせて機能的照明を提供する用途領域で利用されてもよく、機能的照明が第２の部分５６０ａ～ｂによって提供され、特に、光学構成要素５００の観察者が光学構成要素５００に対して自身の向きを変えるときに、動的な照明効果が第１の部分５５０ａ～ｂによって提供される。

本発明による光学構成要素は、例えば、前述されたような層の積み重ねによって少なくとも部分的に構築された平面構造又は湾曲構造等の開放構造を形成してもよい。例えば、光学構成要素は、光学構成要素を見ている観察者に対して所望の光学効果を作り出すために、表面取り付け型、例えば、壁取り付け型又は天井取り付け型の光源装置を覆うカバー等として使用されてもよい。

代替的な実施形態において、層はそれぞれ、光学構成要素の内容積部の一部分を取り巻く又は取り囲む閉鎖構造を形成し、内容積部は、例えば、内容積部の内又は内容積部の外で、光学構成要素に対して１つ以上の光源を配置するために使用されてもよく、それによって、内容積部を見ることによって光学効果が観察され得る。この目的のために、白熱若しくは蛍光光源、又は白光ＬＥＤ、着色ＬＥＤ、若しくはそれらの組み合わせでもよい１つ以上のＬＥＤ等の固体光源のような、任意の好適な種類の光源が使用されてもよい。層それぞれによって形成された閉鎖構造は、例えば、環状形状若しくは楕円形状等の連続形状、又は、例えば三角形状、矩形状等の多角形状等の不連続形状のような、任意の好適な形状を有してもよい。例示的な実施形態において、層同士は、ずらされた層が切頭円錐形の光学構成要素を形成するようにずらされ、このことは、例えば、光学構成要素がペンダントランプ形状等のランプシェードとして使用される場合に有用であり得る。しかし、光学構成要素の意図される用途に応じて、層同士が異なる形状を有してもよく、各層が同じ形状を有していなくてもよく、すなわち、異なる層が異なる形状を有してもよく、それによって、光学構成要素が任意の好適な形状を有してもよいことを理解されたい。

層の少なくとも一部、好ましくは層のそれぞれは、光学構成要素の内容積部の一部を取り巻く閉鎖構造であり、かつ層の一部を形成する、より高い透過率の領域と、光学構成要素の内容積部の一部を取り巻く閉鎖構造であり、かつ層の別の部分を形成する、より高い透過率の領域に隣接する第１の領域とを備える。

図６は、図３に示されたような光学構成要素３００と同様の光学構成要素６００の垂直断面図を示す。層６３０ａ～ｂは、隣接する層６３０ａ～ｂの第１の領域６３１ａ～ｂ同士が重なり合わないようにずらされる。換言すれば、各第１の領域６３１ａ～ｂは、第１の縁面６３４ａ～ｂと第２の縁面６３５ａ～ｂとの間の距離である規定の幅Ｗ１と、第２の縁面６３５ａ～ｂと、隣接する層の第１の領域の第２の縁面との間の距離Ｄとを有し、距離Ｄは、図６の下側の図から分かるように規定の幅Ｗ１を超える。このことは、近傍の第１の領域６３１ａ～ｂの各対が透過通路によって空間的に隔てられることを確実にし、透過通路は、第２の領域６３２ａ～ｂの一部によって、又は互いにずらされた層６３０ａ～ｂの第２の領域６３２ａ～ｂ同士の積み重ねられた部分によって形成されてもよい。したがって、第１の領域６３１ａ～ｂのパターンが、光学構成要素６００内に形成され、第１の領域６３１ａ～ｂは、部分的に重なり合う第２の領域６３２ａ～ｂによって形成された透過通路によって隔てられる。好ましくは、各層６３０ａ～ｂは、第１の領域６３１ａ～ｂと、隣接する第２の領域６３２ａ～ｂとを有し、すなわち、第１の領域６３１ａ～ｂと第２の領域６３２ａ～ｂとは、層６３０ａ～ｂが互いにずらされる方向と垂直な方向で互いに隣り合って配置される。

図１、図２、及び図３にそれぞれ示されたような光学構成要素１００、２００及び３００において、層は、より高い透過率の領域（これらの場合、第２の領域）が光学構成要素の内容積部の近くにあるように設けられる。しかし、図４から明らかなように、より高い透過率の領域が光学構成要素の内容積部から遠くにある、すなわち、第１の領域が内容積部の近くにあることも、等しく実現可能であることを理解されたい。

その上、層の同じ部分が層の全長にわたって内容積部の近くにあるという意味において層同士は連続している必要はない。このことは、第１の壁面７１１及び第２の壁面７１２を伴う壁７１０を有する光学構成要素７００を示す図７に概略的に示される。

各層７３０ａ～ｂは、第２の領域７３２ａ～ｂと第３の領域７３３ａ～ｂとの間に位置する第１の領域７３１ａ～ｂを有し、第２の領域７３２ａ～ｂ及び第３の領域７３３ａ～ｂはそれぞれ、第１の領域７３１ａ～ｂよりも高い透過率を有する。第１の領域７３１ａ～ｂは、第１の壁面７１１に面する第１の縁面７３４ａ～ｂと、第２の壁面７１２に面する第２の縁面７３５ａ～ｂとを有する。

図７の下側の図は、積み重ね方向と垂直な方向で層７３０ａを通る断面を示す。層７３０ａの断面は、リング形状を有する。第１の領域７３１ａの断面もリング形状を有するが、層７３０ａと比較して、より小さい直径及び幅であり、中心から外れて配置される。第１の領域７３１は、層７３０ａの一方の側にて第１の壁面７１１で終端し、層７３０ａの反対の側にて第２の表面７１２で終端する。これらの反対側の位置同士の間において、第２の領域７３２ａは第１の壁面７１１で終端し、第３の領域７３３ａは第２の壁面７１２で終端する。光学構成要素７００において、各層７３０ａ～ｂは、第２の領域７１２ａ～ｄが第１の壁面の近くにある第１の部分と、第１の領域７３１ａ～ｂが第１の壁面の近くにある第２の部分とを備える。

層７３０ａについて、第１の縁面７３４ａは、積み重ね方向で隣にある層７３０ｂの第２の縁面７３５ｂに対してシフトされ、それによって、光線が第１の領域７３１ａを通る必要なしに壁７１０を通過できる通路を作り出す。

図７に示されるような構成は、（第１の領域７３１ａ～ｂとより高い透過率の領域とを同時に印刷するための）一対のノズルが固定された装置を円運動させながら、それぞれの部分が堆積される表面と実質的に垂直な方向に移動させ、それによって、図７の上側の図及び中間の図において左及び右に示されるような断面が交差領域によって隔てられる、交互配置された２つの円を形成することによって容易に実現され得る。

各層の第１の領域は、内容積部の内又は外の光源によって発生した光との異なる相互作用を生じさせるために、そのような層の第１及び第３の領域よりも低い透過率を有する。このことは、光源６６０が光学構成要素６００の内容積部内に配置される一実施形態による光学構成要素６００の一部の断面図を概略的に示す図６を利用してより詳細に説明される。光源６６０は典型的に、ここでは光線６６１～６６３によって象徴的に示される異なる角度で光線を発生させており、異なる角度で放射された光線が、光学構成要素６００と異なる相互作用を有することが分かる。例えば、光線６６１を含む角度範囲の光線及び光線６６３を含む角度範囲の光線は、第１の領域６３１ａ～ｂに入射し、したがって、実質的に妨げられずに第２の領域６３２ａを通過し得る、光線６６２を含む角度範囲の光線とは異なるように操作される。したがって、光学構成要素６００は、光学構成要素６００が観察される視野角の結果として変化し得る角度依存性の光効果を発生させることで、審美的に好ましく及び／又は関心を引く動的な光効果として知覚され得るものを作り出し得る。

一実施形態において、より高い透過率の領域は透明であってもよく、それぞれの第１の領域は、より高い透過率の周囲の領域ほど透明ではない。例えば、第１の領域は、部分的に又は完全に吸収性又は反射性であってもよい。より具体的に、第１の領域は、着色されてもよく、又は反射性、拡散性、又は発光性であってもよい。代わりに、第１の領域は透過性であってもよいが、より高い透過率の領域とは異なる屈折率を有してもよい。第１の領域の全てが同じでなければならないわけではなく、例えば、より精緻又は複雑な光学効果を光学構成要素で作り出すために、異なる第１の領域が異なる光学特性を有することも、等しく実現可能であることを理解されたい。

より一般的に言えば、層はそれぞれ、互いに光学的に異なる２つの領域を有し、一方が他方よりも透過性であってもよい。領域の光学特性の差は、散乱特性（散乱角）、反射特性、屈折率及び発光性の観点、並びに吸収特性及び色特性の観点であってもよい。

本願の文脈において、より高い透過率の領域（第２及び／又は第３の領域）について言及される場合、そのような領域は、１ｍｍの厚さを有する場合、その上に位置する光の５％超を透過する材料、好ましくは２０％超を透過する材料を含む。より高い透過率のそのような領域は、いくつかの実施形態において透明であってもよく、着色された外観を有してもよく、発光性であってもよく、及び／又は反射性であってもよい。

図６に概略的に示されるように、各層６３０ａ～ｂは、先に説明されたように好ましくは２ｍｍ未満である厚さＴと、幅Ｗ２を有する第２の領域６３２ａ～ｂと幅Ｗ１を有する第１の領域６３１ａ～ｂとの組み合わされた幅によって形成される合計幅とを有する。一実施形態において、光学構成要素６００の各層６３０ａ～ｂは、同じ厚さＴ及び合計幅を有し、このことは、各層６３０ａ～ｂが別の層６３０ａ～ｂと同じ程度ずらされることと組み合わされるとき、第２の領域６３２ａ～ｂを部分的に重ね合わせることによって形成された通路によって隔てられた第１の領域６３１ａ～ｂの規則的なパターンをもたらし、通路は、光線が第１の領域６３１ａ～ｂを通る必要なしに光学構成要素６００の壁を通過することを可能にする。

しかし、例えば、異なる層が異なる厚さＴ及び／若しくは異なる合計幅等の異なる寸法を有することによって、及び／又は光学構成要素を形成するそれぞれの層同士の間でずれの程度を変化させることによって、光学構成要素に不規則なパターンを作り出すことが等しく実現可能であることを理解されたい。同様に、異なる層は、異なる寸法の、より高い透過率の領域及び／又は第１の領域を有してもよい。Ｔ、Ｗ１、Ｗ２、及びＤの寸法は、光学構成要素の光学特性を調整するために、各層及び層の各対について個別に選択されてもよい。

また、光学構成要素で作り出される光学効果を調整するために層の形状を制御してもよい。例えば、図６に概略的に示されたように、各層６３０ａ～ｂは、それらの両端部に比較的鮮明な縁部を有するが、これらの縁部の形状は、作り出されるべき所望の光学効果に応じて調整されてもよい。例えば、それぞれの層の両端部は、丸みを帯びた縁部を有してもよい。第１の領域及びより高い透過率の領域を含む層は、任意の好適なやり方で製造され組み立てられてもよい。好ましい実施形態において、光学構成要素は、溶融堆積モデリング（ＦＤＭ）印刷等の３Ｄ印刷技術を使用して製造されてもよい。ＦＤＭプリンタは、熱可塑性フィラメントを使用するものであり、この熱可塑性フィラメントは、その融点まで加熱され、次いで、一層ずつ押し出されて、３次元の物体を作り出す。ＦＤＭプリンタは、比較的高速で、低コストであり、複雑な３Ｄ物体を印刷するために使用されることができる。そのようなプリンタは、それ自体が周知であるように、様々なポリマーを使用して様々な形状を印刷するために使用されてもよい。

３Ｄ印刷プロセスを実行するために、プリンタは、光学構成要素の３Ｄ形状を指定する、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアによって生成された印刷命令ファイルを使用して制御され、これは、フィラメントがどのように処理されるかを制御する。

図８は、溶融堆積モデリングプリンタ８００の動作を説明するために使用される。フィラメント８１０が、出力ノズル８１６を有するプリンタヘッド８１４へと一対の駆動ホイール８１２の間を通される。材料の層８１８が、高粘性液体状態にある間に堆積され、その後に冷えて硬化する。このようにして、図９に概略的に示されるように、光学構成要素９００を形成するために、３Ｄ構造が一連の層パターン、例えばずらされた層として構築され得る。図９では、光学構成要素９００の形状に起因して、錐体の基部から頂部へ、すなわち下から上に向けて、層を互いに積み重ねることにより、光学構成要素９００が製造される。このことは、例えば、光学構成要素の大抵の３Ｄ形状について上から下に向けて光学構成要素を製造することが等しく実現可能であるので、非限定的な例にすぎないことを理解されたい。

ＦＤＭプリンタ８００の具体的な構成は、とりわけ限定されない。例えば、光学構成要素は、２つの別個の層８１８、例えば、単一層のより高い透過率の領域及び第１の領域から成る２つの層を生成するための２つのノズルを有する押出機ノズル８１６を使用して印刷されてもよい。代わりに、光学構成要素は、より高い透過率の領域を形成するための第１の材料を含む第１のフィーダと、第１の領域を形成するための第２の材料を含む第２のフィーダとを有する、押出機ノズル８１６を使用して印刷されてもよい。印刷中、光学構成要素を形成するために、光学構成要素が上に形成される支持体を回転させてもよく、代わりに、押出ノズル８１６は、光学構成要素の３Ｄ形状を形成するために、光学構成要素の層の３Ｄ印刷中に回転されてもよい。

第１の領域、第２の領域、及び第３の領域をそれぞれ形成するために、任意の好適な材料が使用されてもよい。例えば、これらは、３Ｄ印刷プロセスに使用するのに好適な材料、例えば、ＦＤＭ印刷プロセス中に押し出され得るポリマーであってもよい。第１の領域について、これらの部分の光学特性は、更なる材料の追加によって調整されてもよい。例えば、着色された第１の領域について、染料又は顔料等の着色剤がポリマーに添加されてもよく、拡散性の第１の領域について、散乱粒子がポリマーに添加されてもよく、反射性の第１の領域について、金属コーティング等の反射性コーティングが光学構成要素の内容積部に面する第１の領域の内面等の表面に印刷されてもよく、発光性の第１の領域について、発光化合物がポリマーに添加されてもよい。これらの例が非限定的な例にすぎず、当業者が、一般的な知識を使用して、より高い透過率の領域及び第１の領域をそれぞれ製造するために、例えば３Ｄ印刷するために、使用され得る代替材料を見出すことに困難性を伴わないことが強調される。

この点で、いくつかの実施形態では、光学構成要素の層同士が同じ材料又は材料の組み合わせで作られてもよく、代替的な実施形態では、光学構成要素の異なる層が、異なる材料又は材料の組み合わせで作られてもよいことに更に留意されたい。例えば、先に説明されたように、異なる層が、異なる第１の領域を有してもよく、及び／又は、異なるより高い透過率の領域を有してもよく、それによって、そのような異なる材料を異なる層について選択することによって、光学構成要素の所望の光学特性が調整されてもよい。

本発明の実施形態による光学構成要素は、天井ペンダント、光学構成要素が（垂直）柱の上に配置される床置き式照明器具等の照明器具の一部として使用されてもよい。そのような照明器具は、１つ以上の光源、例えば、ＬＥＤ等の点光源、又は白熱、ハロゲン、若しくは蛍光光源等の拡散光源を更に備えてもよい。照明器具内の複数の光源の場合、光源は、光源によって発生した光を光学構成要素を通して案内することによって実現できる光学効果を更に高めるために、個別に制御可能であってもよい。照明器具内の１つ以上の光源は、明暗調整が可能であってもよい。一実施形態において、光学構成要素が照明器具のランプシェードとして使用されてもよいが、光学構成要素の実施形態が、そのような使用に限定されず、任意の好適なやり方で使用されてもよいことを理解されたい。１つ以上の光源は、通常使用時に光学構成要素によって視界から隠されてもよい。１つ以上の光源は、例えば、所望の光学効果が内容積部内で作り出されるべきである場合に、光学構成要素の内容積部の内又は光学構成要素の内容積部の外に配置されてもよい。例えば、複数の光源が、光学構成要素が内部に配置され得るようなパターンで基板又はキャリアに配置されてもよく、光源は、光学構成要素に光をカップルインするように配置される。

照明器具のいくつかの例示的な実施形態が、図１０及び図１１に概略的に示される。

図１０において、光学構成要素１０００は、照明器具１０の光出射窓を画定し、照明器具には、光源３０によって放たれた光を光出射窓、すなわち光学構成要素１０００の方に向け直すための反射器２０、例えば、放物線状反射器等の近くに光源３０が取り付けられる。当業者には、他の光学構成要素が、そのような照明器具１内の光学構成要素１０００と組み合わされてもよいことが理解されるであろう。

図１１は、本発明による光学構成要素が任意の好適な形状を有してもよいという事実を示すために、光学構成要素１１１０及び１１２０がそれぞれ、内容積部１１１１及び１１２１をそれぞれ伴う自由形状を有する、例示的なペンダント照明器具１１ａ及び１１ｂを概略的に示す。光源３１ａ及び３１ｂがそれぞれ、内容積部１１１１及び１１２１に位置する。

上述の実施形態は、本発明を限定するものではなく、むしろ例示するものであり、当業者は、添付の請求項の範囲から逸脱することなく、多くの代替的実施形態を設計することが可能となる点に留意されたい。請求項では、括弧内のいかなる参照符号も、その請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。「備える（comprise）」という語は、請求項に挙げられたもの以外の要素又はステップが存在することを排除しない。要素に先行する語「１つの（a）」又は「１つの（an）」は、そのような要素が複数存在することを排除しない。本発明は、いくつかの別個の要素を備えるハードウェアによって実装することができる。いくつかの手段を列挙するデバイスの請求項では、ハードウェアの１つの同じアイテムによって、これら手段のいくつかを具現化することができる。特定の手段が、互いに異なる従属請求項内に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが、有利に使用され得ないことを示すものではない。

Claims (13)

1. 第１の壁面及び第２の壁面を伴う壁を有する光学構成要素であって、前記第２の壁面が第１の方向で前記第１の壁面とは反対側にあり、前記壁が、前記第１の方向と垂直な第２の方向で互いに積み重ねられた複数の層を備え、
   前記複数の層のそれぞれの層が、第１の縁面及び反対側の第２の縁面を伴う第１の領域を有し、前記第１の縁面及び前記第２の縁面が共に、前記層を通って前記第２の方向に延びており、前記第１の縁面が前記第１の領域と第２の領域との境界面であり、前記第２の縁面が前記第１の領域と第３の領域との間の境界面であり、前記第１の領域が前記第２の領域及び前記第３の領域のそれぞれよりも低い透過率を有し、
   各第１の領域が規定の幅を有し、
   連続する層同士が、前記規定の幅よりも大きい距離だけ互いにずらされている、
   光学構成要素。
2. 前記光学構成要素が内容積部を備え、各層が前記内容積部の一部を取り囲んでいる、請求項１に記載の光学構成要素。
3. 前記第１の領域、前記第２の領域及び前記第３の領域がそれぞれ、前記内容積部の一部を取り囲んでいる、請求項２に記載の光学構成要素。
4. 各層が、前記第２の領域が前記第１の壁面の近くにある第１部と、前記第１の領域が前記第１の壁面の近くにある第２部とを備える、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学構成要素。
5. 前記複数の層を含む第１の部分と、更なる透過部分との交互パターンを備える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学構成要素。
6. 各第１の領域が、着色された部分、反射性部分、拡散性部分、発光性部分、並びに前記第２の領域及び前記第３の領域とは異なる屈折率を有する透過性部分から個々に選択される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学構成要素。
7. それぞれの第１の領域が同じ光学特性を有する、請求項６に記載の光学構成要素。
8. 異なる層が、異なる材料で作られる、及び／又は異なる寸法を有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学構成要素。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学構成要素を備える照明器具。
10. 前記光学構成要素が内容積部を備え、前記照明器具が、前記内容積部の内又は外に配置された光源を更に備える、請求項９に記載の照明器具。
11. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学構成要素を製造する方法であって、押出機ノズルを有する３Ｄプリンタで前記複数の層を３Ｄ印刷するステップを含む方法。
12. 前記３Ｄ印刷するステップが、前記光学構成要素の内容積部の一部の周りを取り囲む各層により、前記内容積部を形成するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 各層が、前記第２の領域が前記第１の壁面の近くにある第１部と、前記第１の領域が前記第１の壁面の近くにある第２部とを備えるように、前記３Ｄ印刷するステップが各層を形成するステップを含む、請求項１２に記載の方法。

Images