(57)【要約】  本発明は、照明用、特に段付レンズスポットライト用の光学装置であって、光拡散エレメント、特に拡散スクリーンを有する段付レンズを備え、拡散スクリーンは第１の領域に配置され、段付レンズは第２の領域に配置され、光学装置に入射する光の形状を変え、且つ／又は光学装置を照明する光のサイズを変えることで、光学装置から出射する光の開口角を、特に２つの限界値である小αＳｐ及び大αＦ１とに設定することが可能な光学装置を含む。
2007535783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明用、特に段付レンズスポットライト用の光学装置であって、光拡散エレメント、特に拡散スクリーンを有する段付レンズを備え、該拡散スクリーンは第１の領域に配置され、該段付レンズは第２の領域に配置され、該光学装置に入射する光の形状を変え、且つ／又は該光学装置を照明する光のサイズを変えることで、該光学装置から出射する光の開口角を、特に２つの限界値である下限値αＳｐ及び上限値αＦ１の間に設定することが可能な光学装置。
【請求項２】
前記第１の領域及び前記第２の領域は、それぞれの場合において、該光学装置の表面、好適には異なる直径（２Ｒsｔ１、２ＲｓｔｒＡ）を有する同心に配置された表面を占める、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記光学装置に入射する光のサイズ、特に直径を変えることで、該光学装置から出射する光の開口角（α、αＳｐ、αＦ１）を、該光学装置を照明する光の入射角度を実質的に変えることなく変更、特に設定することが可能である、請求項１又は２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記段付レンズの表面と前記拡散スクリーンの表面の表面サイズの比は２：１よりも大きく、好適には、前記段付レンズの表面と前記拡散スクリーンの表面の表面サイズの比は１０：１よりも大きく、最も好適には、前記段付レンズの表面と前記拡散スクリーンの表面の表面サイズの比は１００：１よりも大きい、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項５】
垂直方向に前記拡散スクリーンから出射する光の開口角は、水平方向での開口角と異なる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項６】
前記拡散スクリーンは、それぞれの場合において、異なる方向に、又は異なる程度で光を散乱させる複数の領域、特に環状表面領域を含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項７】
楕円率εを有する楕円反射器を有する段付レンズスポットライトの場合、前記段付レンズの焦点距離と半径の比ｎＳｔ１＝ＲＳｔ１／ＦＳｔ１は、１／ｓｑｒｔ（ε２−１）の０．５倍よりも大きく、好適には１／ｓｑｒｔ（ε２−１）の０．７倍よりも大きく、最も好適には１／ｓｑｒｔ（ε２−１）の０．９倍よりも大きい、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項８】
前記拡散スクリーンは、前記段付レンズの中央領域及び/又は中心領域にのみ配置される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項９】
前記拡散スクリーンは、光出口領域に配置される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記拡散スクリーンは、光入口領域に配置される、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１１】
拡散スクリーンが、それぞれの場合において、前記光入口領域と前記光出口領域とに１つずつ配置される、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１２】
前記光拡散エレメントは、異なる度合いで拡散する複数の領域、好適には中央部において大きい度合いで拡散する領域と、周縁部において小さい度合いで拡散する領域とを有する、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１３】
前記拡散スクリーンは、マットの態様で及び/又は熱成形により、特にエンボス加工により及び/又は射出成形により製造される、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１４】
前記段付レンズの及び/又は前記拡散スクリーンの前記材料はガラスを含む、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１５】
前記段付レンズの及び/又は前記拡散スクリーンの材料はガラス−セラミック材料を含み、特にガラス−セラミック材料から成る、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１６】
１つのピースで形成される、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１７】
前記段付レンズは非球面レンズである、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１８】
前記段付レンズは球面レンズである、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１９】
前記段付レンズは、本質的に平坦な表面を備える基体を有する、請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２０】
前記段付レンズは、本質的に凹の球面又は非球面を備える、光学的なビーム整形が有効な基体を有する、請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２１】
前記段付レンズは、本質的に凸の球面又は非球面を備える、光学的なビーム整形が有効な基体を有する、請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２２】
前記段部の、前記本質的に環状の、光学的に有効な表面は円弧セグメントとして構成される、請求項１乃至２１のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２３】
前記段部の、前記本質的に環状の、光学的に有効な表面は円錐包絡面の形状で構成される、請求項１乃至２１のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２４】
前記段部それぞれの、前記本質的に環状の、光学的に有効な表面は、光軸に垂直な位相面を備えるほぼ平面の波が、実焦点において結合されるように、又は中点が虚焦点に在るように見える球面波へ変換されるように整形される、請求項１乃至２１のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２５】
前記段付レンズの及び/又は前記拡散スクリーンの材料はプラスチックを含む、請求項１乃至２４のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２６】
前記段付レンズと前記拡散スクリーンとを備える前記光学装置は、複数のエレメントから成る、請求項１乃至２５のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２７】
ガラス及びプラスチックで作られるハイブリッド複合物である、請求項１乃至２６のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２８】
前記段付レンズは、第１の分散挙動を備える材料から成り、且つ、反対の屈折力を備えるさらなるレンズ、好適には、第２の分散挙動を備える材料を有する段付レンズが、色収差が減少させられるように設けられる、請求項１乃至２７のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２９】
前記段付レンズは、エンボス加工レンズ、特に、プラスチックレンズであって、好適には約１０００光波長未満の、前記段部のそれぞれにおける光路長差を備える、請求項１乃至２８のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項３０】
前記段付レンズは、第１の側に形成され又は配置され、前記拡散スクリーンは、該第１の側とは反対の側に形成され又は配置される、請求項１乃至２９のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項３１】
前記段付レンズの前記中央円形セグメントの周りに配置される前記環状セグメントは、同じ半径方向の広がりを本質的に有する、請求項１乃至３０のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項３２】
少なくとも２つの隣接する前記環状セグメントの前記段付凸部は、同じ高さを本質的に有する、請求項１乃至３０のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項３３】
前記光学装置の少なくとも前記光源に面した表面はガラスから成り、圧縮応力、好適には熱圧縮応力が加えられている、請求項１乃至３２のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項３４】
前記段付レンズ及び/又は前記拡散スクリーンは、フィルタとして、特に、ＵＶフィルタ、ＩＲフィルタ若しくは着色帯域フィルタ及び/又は変換フィルタとして形成される、請求項１乃至３３のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項３５】
前記段付レンズ及び/又は前記拡散スクリーンは、機械的掻き傷防止層及び/又は反射防止層で覆われる、請求項１乃至３４のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項３６】
請求項１乃至３５のいずれか一項に記載の光学装置用の拡散スクリーンであって、切子面へ部分分割される第１の表面を有し、この場合、各切子面が、凸部又は凹部であって、湾曲した態様で形成されている第２の表面を有する凸部又は凹部を割り当てられ、前記切子面は、種々の幾何学的形状を呈する、拡散スクリーン。
【請求項３７】
前記切子面は、多角形の縁部輪郭を有する、請求項３６に記載の拡散スクリーン。
【請求項３８】
前記切子面は、種々の面積を含む、請求項３６に記載の拡散スクリーン。
【請求項３９】
前記切子面は、三角形、四角形、五角形、六角形及び/又は七角形の形状を呈する、請求項３６乃至３８のいずれか一項に記載の拡散スクリーン。
【請求項４０】
前記切子面は、種々の向きを有する、請求項３６乃至３９のいずれか一項に記載の拡散スクリーン。
【請求項４１】
前記凸部又は前記凹部は、球状キャップの形状で形成される、請求項３６乃至４０のいずれか一項に記載の拡散スクリーン。
【請求項４２】
前記凸部の高さ及び／又は前記凹部の深さは異なるように選択される、請求項３６乃至４１のいずれか一項に記載の拡散スクリーン。
【請求項４３】
前記凸部又は前記凹部の各頂点（Ｓ）は螺旋に沿って配列される、請求項３６の前文に記載の拡散スクリーン。
【請求項４４】
前記頂点（Ｓ）はアルキメデスの螺旋上に配列される、請求項４３に記載の拡散スクリーン。
【請求項４５】
前記螺旋に沿った２つの隣り合う頂点（Ｓ）の弧の長さ（Ｌ）はほぼ等距離である、請求項４３又は４４に記載の拡散スクリーン。
【請求項４６】
前記螺旋に沿った２つの隣り合う頂点（Ｓ）の弧の長さ（Ｌ）は可変であるように構成される、請求項４３又は４４に記載の拡散スクリーン。
【請求項４７】
前記凹部の高さ及び／又は前記凹部の深さは異なるように選択される、請求項４３乃至４６のいずれか一項に記載の拡散スクリーン。
【請求項４８】
互いに対して回転した個々の切子面を有する、請求項３６の前文に記載の拡散スクリーン。
【請求項４９】
モンテカルロ法によって通常の位置からオフセットされる切子面を有する、請求項３６の前文に記載の拡散スクリーン。
【請求項５０】
請求項１乃至３７のいずれか一項に記載の光学装置用の拡散スクリーンであって、定められた粒状性であって、中央領域において細かく且つ中心からの距離が増大するに従って粗くなる、定められた粒状性を有する、拡散スクリーン。
【請求項５１】
好適には楕円形の反射器、ランプ、及び少なくとも１つの段付レンズを有する、出射光束の開口角を調整可能な段付レンズスポットライトであって、前記段付レンズは拡散スクリーンを有し、特に、請求項１乃至５０のいずれか一項に記載の拡散スクリーンを有する段付レンズである、段付レンズスポットライト。
【請求項５２】
前記拡散スクリーンを有する前記段付レンズは、前記段付レンズスポットライトの位置に応じて、幾何光学的に結像される光の割合に対する散乱光の割合、したがって光混合比を変更する光混合システムを画定する、請求項５１に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項５３】
前記段付レンズは、特に前記段付レンズスポットライトのスポット位置において、前記反射器の、該反射器から遠い側の焦点に重なり合うことができる実焦点を有する、請求項５１又は５２に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項５４】
前記段付レンズは、好適には、段付レンズとして形成される平凸収束レンズである、請求項５１乃至５３のいずれか一項に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項５５】
請求項５１記載の、好適には楕円形の反射器、ランプ、及び少なくとも１つの段付レンズを有する、出射光束の開口角を調整可能な段付レンズスポットライトであって、前記段付レンズは負の焦点距離を有するレンズであり、したがって虚焦点を有する負レンズである、段付レンズスポットライト。
【請求項５６】
前記段付レンズは、特に前記段付レンズスポットライトのスポット位置において、前記反射器の、該反射器から遠い側の焦点に重なり合うことができる虚焦点を有する、請求項５５に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項５７】
前記段付レンズは、好適には、両凹負レンズである、請求項５５又は５６に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項５８】
前記段付レンズスポットライトから出射する光の開口角は、スポット位置において８度以下であり、フラッド位置において６０度以上である、請求項５１乃至５７のいずれか一項に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項５９】
前記段付レンズスポットライトから出射する光の開口角は、スポット位置において８度以下であり、フラッド位置において７０度以上である、請求項５１乃至５８のいずれか一項に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項６０】
前記段付レンズスポットライトから出射する光の開口角は、スポット位置において８度以下であり、フラッド位置において８０度以上である、請求項５１乃至５９のいずれか一項に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項６１】
楕円率εを有する楕円反射器を備え、前記段付レンズの焦点距離と半径の比ｎＳｔ１＝ＲＳｔ１／ＦＳｔ１は、１／ｓｑｒｔ（ε２−１）の０．５倍よりも大きく、好適には１／ｓｑｒｔ（ε２−１）の０．７倍よりも大きく、最も好適には１／ｓｑｒｔ（ε２−１）の０．９倍よりも大きい、請求項１乃至６０のいずれか一項に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項６２】
前記反射器は金属又は透明の、好適には誘電性の材料、ガラス、及び／又はプラスチックを含む、請求項５１乃至６１のいずれか一項に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項６３】
前記反射器の２つの主面のうちの少なくとも一方に、光学的に薄い層の系が設けられる、請求項５１乃至６２のいずれか一項に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項６４】
前記反射器の光反射表面は、好適には小面積領域又は切子面を有し、光を散乱するように構成され、前記拡散スクリーンに加えて、前記段付レンズのいずれの表面も光を散乱するように構成されないか、又は該段付レンズの１つ若しくは２つの表面も光を散乱するように構成される、請求項５１乃至６３のいずれか一項に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項６５】
補助反射器が前記段付レンズと前記反射器の間に配置される、請求項５１乃至６４のいずれか一項に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項６６】
医療、建築、映画、舞台、スタジオ、及び写真用の請求項５１乃至６５のいずれか一項に記載の段付レンズスポットライトの使用。
【請求項６７】
請求項５１乃至６５のいずれか一項に記載の段付レンズスポットライトを備える懐中電灯。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［説明］
本発明は、包括的には少なくとも１つの段付レンズを備える光学装置に関し、特に照明を目的として拡散スクリーンが一体化された段付レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
段付レンズ又はフレネルレンズであって、環状レンズとも呼ばれているものは、この光学素子を生み出した、１９世紀のフランス人物理学者オーガスティン・ジャン・フレネルまで遡る。他の態様で使用される、中実の本体を備える光学レンズとは対照的に、段付レンズ又はフレネルレンズは、同心の段部を有しており、これらの段部は、本質的にレンズの主面に垂直に配置されていると共に、それらの段部の間には、環状セグメントが位置している。環状セグメントの光学的に有効な表面の形状は、中実の本体を備える普通のレンズの表面セグメントの形状にほぼ対応しているが、上記表面は、それぞれのレンズの反対側の表面に、かなり接近して位置している。さらに、段部の本質的に光学的に無効な領域は、光の伝播の主方向に可能な限り平行に配置されており、これにより、生じる反射が可能な限り最少にされ、又は、望ましくない散乱光の生成が殆どなくなる。この結果、概して、段部によって引き起こされる擾乱を除いて、フレネルレンズは、普通のレンズと同様の結像特性を有する。しかしながら、上記擾乱にも拘わらず、フレネルレンズは、従来のレンズに優る重要な利点を有しており、これらの利点は、このタイプのレンズを、多くの用途において、明確に好適な選択物さもなければ唯一の可能な選択物にする。フレネルレンズは、より薄い厚さを有しており、より少ない光学材料しか必要とせず、この結果、より軽く、そして、より小さい吸収性を有しており、したがって、大きい光強度を備える照明装置において使用される場合には特に、昇温もより少ない。
【０００３】
フレネルレンズは、例えば、劇場、舞台、スタジオ、映画用又は建築物照明用の段付スポットライトにおいて、非常に有利に使用される。
【０００４】
しかし、より薄いフレネルレンズの厚さは、それらを製造するのが、しばしば、かなり、より簡単であるということをも意味している。エンボス加工、射出成形又は熱成形の場合、より薄いフレネルレンズは、冷却挙動及び離型挙動に関して、実体積を備える対抗品よりも、著しく、より良好に制御され得る。これらの利点は、上記レンズのサイズが増大するにつれて重要性を増す。この結果、好適な適用範囲は、特に、劇場、スタジオ、特に映画用、舞台及び建築物における照明技術であり、この場合、多量の光が、しばしば大きい熱負荷をもたらすが、結像特性の擾乱は、余り問題にならない。
【０００５】
中央に配置されており且つ光を下半空間内へ好適に導く平行プリズム装置を備える段付レンズは、鉄道交通の信号技術から既知であり、その平行プリズム装置は、段付レンズに入る光の一部を近い範囲内での信号識別のために供給すべく、使用されている。
【０００６】
ＷＯ０１／８６３４１Ａ１には、比較的短い焦点距離を有する拡散エレメントを備えた段付レンズを有する信号送信機が記載されており、この場合、短焦点距離拡散エレメントが発せられる光の発光角度を拡開する。しかしながら、段付レンズの全面にわたって配置された拡散エレメントは、段付レンズの場所において段付レンズを照明する光の強度をシフトさせることによる光束、特にその開口角を変化させることができない。
【０００７】
ＥＰ０３９１２８７には、光出射側に双曲ミラー及びレンズ装置を備えた手術用照明器が記載されており、異なる焦点距離を有する少なくとも３つのフレネルレンズを有する。段付レンズの異なる焦点距離により実現するのは、比較的広い被写界深度にわたり均一な光強度、したがって深い手術傷の均一な照明が可能なことである。好適には、使用される段付レンズの構造よりも小さな構造サイズを有するハニカム構造が、照明野内の均一性をさらに高める役割を果たす。しかしながら、出射光照射野の開口角又は照明野のサイズの変更は、この装置を使用しては行われず、他の追加手段により行われるべきである。しかしながら、このために追加の部品が必要である。
【０００８】
段付レンズスポットライト用の光学系が、本願の発明者等により発明されたＥＰ１２４２３９９Ａ２に記載されており、出射光の開口角は、この光学系の反射器に対するランプの距離を調整することによって影響を受ける。しかしながら、この場合、一般的に非常に高温のランプが反射器に対して機械的に移動し、その調整には相当な機械的費用が必要である。第１に、高温の状態でかなりの程度、振動に敏感なランプが損傷しないことを保証する必要があり、第２に、調整要素が耐高温性及び熱サイクルに対する高い耐性の両方を有さなければならない。
【０００９】
ＪＰ６１０９７６０２Ａは、たとえばレフレックスカメラのピントグラススクリーン等のスクリーンに関し、周辺において斜めに入射する画像領域光線が、ピントグラススクリーンの透過後に中心からさらに離れて斜めに出射する傾向があるため、周辺領域がしばしば中心よりも暗くなる。スクリーンの周辺領域の明るさを、中心領域の明るさを減じることなく向上させるために、この文献の教示には、このスクリーンの画像の全体面積が均一に照明されるように、配置されたフレネルレンズの中心領域に拡散エレメントを備えることが含まれる。しかしながら、出射光照射野の開口角又は照明野のサイズの変更はこの装置を使用しては行われず、また、この種のシステムには適さないであろう。
【００１０】
ＤＥ３８０６８７９Ｃ１には、光学フィルタレンズが開示されており、フレネルレンズの光照射野において、センサ関連又は計測の目的のために可能な限り均一な強度プロファイルを実現するために、上記フレネルレンズに、光照射野の中心での強度の増大を防ぐことを目的とした、半径方向に延出する構造が設けられる。この場合、半径方向に延出する構造からの光はセンサ上で結像しなくなる。しかしながら、この種の装置は、結像できない領域により望ましくない光損失が発生するため、照明用途に対して不利である。さらに、たとえばスタジオ、劇場、映画、及び建築の分野での照明装置の場合、より明るい中心領域により、照明される物体の特定領域に所望の強調を付与することがかなり望ましいことが多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、段付レンズの有用性を、特に照明用途に向けてさらに向上させるという目的、特にこのような段付レンズを使用することによって照明装置の構造を単純化するという目的に基づく。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、請求項１の特徴により、驚くべき簡単な方法で達成される。
【００１３】
照明のための、特に段付レンズスポットライトのための本発明による光学装置の場合において、拡散スクリーンが第１の領域に配置され、段付レンズが第２の領域に配置される場合、驚くべき単純且つ極めて柔軟な様式で、光学装置に衝突する光の形状及び／又は光学装置を照明する光のサイズを変えることにより、光学装置から出射する光の開口角αを変える、特に上記角度を２つの限度値である下限値αＳp及び上限値αＦｌの間に設定することが可能である。
【００１４】
それにより、特にこの光学装置が段付レンズスポットライトに使用される場合に、機械部品の数を低減し、且つ明るさの効率を大幅に増大させた設計が可能である。
【００１５】
段付レンズを透過した幾何学的且つ光学的にガイドされる光と、拡散スクリーンを透過した光との光混合比の変更が、単純な様式で可能になる。
【００１６】
１つの主な利点は、照明光円錐が光学装置を通過するとき、ただ光円錐の位置を光学装置に対して変更するだけで、たとえば８度から６０度、８度から７０度、又は４度若しくは８度から８０度への発光角度の変更を、光分布を均一に変更させながら実現可能なことである。
【００１７】
この場合、開口角は、システムの光軸から測定して、光強度が光軸の方向での光強度に対して１／１０の強度に落ちる角度として定義される。
【００１８】
この場合、開口角を連続して変更し、その過程では常に、被照明角度範囲内で均一な照明を保つことが驚くほど単純な様式で可能である。
【００１９】
段付レンズの幾何光学的な像と、拡散スクリーンにおいて散乱させられる光の散乱ローブ(その像の上に重ね合わされる)との組合せはまた、光源又は発光体の像を抑えることが可能になるだけでなく、拡散構造体及びその幾何学的寸法の適切な選択がなされるならば、照明ビーム路の欠陥を大いに低減させ又は避けることさえ可能になる、照明光分布を可能にする。
【００２０】
特に興味深い用途が、ホルダに対して比較的小さい光源を備える反射器装置、例えば、数ミリメートルのオーダの大きさの発光範囲と、はっきりと大きいホルダ径とを有する高圧放電灯の場合において、見出されている。このタイプの光源の場合においては、反射器を貫通するホルダが反射器内に開口を必要とし、その開口は光源よりもはっきりと大きく、このため、上記開口内の光軸近傍では光ビームは反射され得ない、という事実により、中央の光照射野が、暗くされ得る。光拡散デバイス(好適には、円形の中央拡散スクリーン)の前方散乱ローブの適切な選択により、驚くべきことに、段付レンズの幾何学的な光学特性を本質的に保持することが可能になり、それにも拘わらず、中心の強度の減少が避けられ得る。
【００２１】
この場合、段付レンズ及び拡散スクリーンの両方を、生産工学に関して、単一のエンボス加工作業で適切に製造するために、光学装置は、有利に１つのピースで形成される。
【００２２】
最も好適な実施形態では、それぞれが段付レンズ及び拡散スクリーンによる第１の領域及び第２の領域が、好適には異なる直径（２ＲＳｔ１、２ＲｓｔｒＡ）を有する同心に配置される光学装置の実際の表面を占める。
【００２３】
この場合、段付レンズの表面と拡散スクリーンの表面との表面サイズの比により、出射光の、照明のために利用可能な部分（それぞれの場合で効力を生じる）の比を広範囲で決めることができ、オプションとして２：１よりも大きく（段付レンズ表面対拡散スクリーン表面）、段付レンズ表面と拡散スクリーン表面との表面サイズの比は、好適には１０：１よりも大きく、段付レンズ表面と拡散スクリーン表面との表面サイズの比は、最も好適には１００：１よりも大きい。
【００２４】
この説明の趣旨では、段付レンズ又は拡散スクリーンの表面は、微視的及び巨視的な凸部及び凹部があるにも拘わらず実際の表面ではなく、光軸に直交し、且つ光学装置のすぐ後ろに配置された平面で光軸に平行に照明されると、段付レンズ又は拡散スクリーンの影が落ちるエリアに対応するエリアである。
【００２５】
極めて有利な様式では、垂直方向に拡散スクリーンから出射する光の開口角は、水平方向での開口角と異なってよく、それにより、拡散スクリーンは、取捨選択的に、非円形、楕円形、多角形、特に矩形及び／又は正方形に照明される光照射野を生じさせることができる。
【００２６】
矩形、また特に正方形の光照射野では、複数の光照射野を繋ぎ合わせることができ、それにより、たとえばスタジオ内、舞台上、又は建築照明で広い面積を均一に照明することができる。
【００２７】
拡散スクリーンの被照明面積に応じて、円形で照明される光照射野から非円形、楕円形、多角形、特に矩形及び正方形に照明される光照射野への遷移も、例として、拡散スクリーンが、それぞれの場合において光を異なる方向に、又は異なる程度で散乱させる複数の領域、特に環状表面領域を含む場合に行うことができる。
【００２８】
この場合、スポット位置の円形光照射野は、調整の場合に、たとえば、光円錐が、拡散スクリーンの直径ＲＳｔｒＡ全体を依然としてカバーしながら、段付レンズをカバーしなくなる場合に非円形、たとえば正方形の光照射野に遷移することができる。さらに調整を行い、光円錐が小さくなると、光照射野は再び、光円錐が内径ＲＳｔｒＩのみをカバーする（この部分は光を楕円形光照射野のみに向ける）場合に異なる形状の、たとえば楕円形の光照射野に遷移することができる。
【００２９】
照明される光照射野の形状は、このようにして柔軟に調整することが可能である。
【００３０】
さらに、拡散スクリーンを異なる散乱挙動を有する複数の領域に部分分割することによっても、入射光の種類を制御できるようになる。スポット位置の円形光照射野は、調整の場合に、たとえばまず、光円錐が、拡散スクリーンの直径ＲＳｔｒＡ全体を依然としてカバーしながら、段付レンズをカバーしなくなる場合に周縁部をぼかした正方形光照射野に遷移することができ、さらに調整を行い、光円錐が小さくなると、光照射野は、光円錐が内径ＲＳｔｒＩのみをカバーする（この部分は光をはるかに厳密に正方形光照射野のみに向ける）場合に周縁部がはっきりした光照射野に遷移することができる。
【００３１】
有利に、楕円率εを有する楕円反射器を有する段付レンズスポットライトの場合、段付レンズの焦点距離と半径の比ｎＳｔ１＝ＲＳｔ１／ＦＳｔ１は、１／ｓｑｒｔ（ε２−１）の０．５倍よりも大きく、好適には１／ｓｑｒｔ（ε２−１）の０．７倍よりも大きく、最も好適には１／ｓｑｒｔ（ε２−１）の０．９倍よりも大きい。
【００３２】
球面収差を補償し且つ可能な最良の結像特性を達成するために、段付レンズは、好適に非球面レンズである。
【００３３】
段付レンズが、光学的なビーム整形に有効な、本質的に凹面の表面を備える基体を有するならば、これにより、より複雑な光学的な要求を考慮することが可能になる。何故ならば、これは例えば、段付レンズ及びそれの基体が幾何光学的に有効になる、凹凸レンズ又は両凹レンズを画定することを可能にするからである。
【００３４】
さらに、段付レンズは、本質的に凸面の表面を備える基体を有していてもよく、これにより、凸凹レンズ又は両凸レンズが生成される。
【００３５】
概して、基体の形状は、光学的にビーム整形する態様で独立に利用され得ると共に、段付レンズのビーム整形特性は、組み合わされて又は重ね合わされた態様で利用され得る。
【００３６】
この場合、段付レンズの基体は、段付レンズの段部がそれから除去されたならば、結果的に生じるであろう部分であると理解され、これは、塊材であって、この塊材の上に段付レンズの段部が適用される又はこの塊材内へ上記段部がエンボス加工されるものを意味している。
【００３７】
したがって、生産工学に関して、所望されている段付レンズの形状を計算し且つ基体のさらなる構成(好適には、平凹、平凸、両凹、両凸又は凹凸の形の構成)によって追加の光学的ビーム整形特性を達成することが、まず可能になる。
【００３８】
段部の、本質的に環状の、光学的に有効な表面が、円弧の表面セグメントとして構成されるならば、生産工学的には実現するのが簡単であり、それにも拘わらず、比較的良好な光学特性を依然として有する形状寸法を利用することが、可能になる。
【００３９】
シンプルな、原価効率の良い実施形態においては、段部の、本質的に環状の、光学的に有効な表面は、円錐包絡面の形状で形成されている。
【００４０】
しかしながら、収束段付レンズ、したがって、正焦点距離及び実焦点を備えるレンズの場合においては、単一の実焦点から発した光がレンズに入るときに、光軸に垂直な位相面を備える近似的な平面波が上記レンズを出るように、それぞれの段部の、本質的に環状の、光学的に有効な表面が、整形されているならば、最適な光学結像特性が、本質的に達成される。拡散レンズ、したがって、負焦点距離及び虚焦点を備えるレンズの場合においては、段付レンズに入る平面波の光が、球面波であって、この球面波の中点が単一の虚焦点から生じているように見えるものへ変換されるときに、最適特性が達成される。
【００４１】
特に好適な実施形態においては、拡散スクリーンが、段付レンズの中央領域にのみ、好適には、段部の側に配置される。何故ならば、この実施形態は既に、単一の熱成形ステップによって高精度で製造され得るからである。
【００４２】
境界を画されている態様で拡散スクリーンが段付レンズの中央領域に配置されているならば、それは非常に好都合である。何故ならば、照明装置の場合において、この手段により、驚くほどに多様な強度分布を発生することが可能になるからである。これにより、例えば、絞りの使用を通して、又は、入射光照射野の変化させられる焦点合わせを通して、その直径を変化させること、及び散乱光から幾何光学的に結像される光への可変調節可能な遷移を生成することが可能になる。内部の拡散スクリーン上にのみ光が衝突する限りにおいて、その特性は、出射し且つ照明する光照射野の形状を画定する。光照射野の直径が拡大される際に幾何光学的な結像特性がますます強まるならば、例えば、照明光円錐の非常に均一な拡大を達成することが可能になる。
【００４３】
光拡散エレメントが、異なる度合いで拡散する領域、好適には、中央部において大きい度合いで拡散する領域と、周縁部において小さい度合いで拡散する領域とを有するならば、変化させられるべき光分布における、より連続的且つより円滑な遷移さえもが達成され得る。
【００４４】
拡散スクリーンの材料によって、拡散スクリーンは、熱成形(特にエンボス加工)及び/又は射出成形により、その拡散挙動に適合する態様で好適に製造される。
【００４５】
段付レンズ及び/又は拡散スクリーン用の好適な材料は、ガラス材料及びガラス−セラミック材料である。ガラスセラミックの場合においては、変動する温度に対する高い耐性が、特に有利である。
【００４６】
さらに、段付レンズと拡散スクリーンとを備える光学装置は、例えば、種々の製造方法及びそれらの利点を利用すべく、複数のエレメントから構成され得る。
【００４７】
したがって、特にエンボス加工された、プラスチック段付レンズが、ガラスから成っている拡散スクリーンへ接続されることができ、この結果、ガラスとプラスチックとで作られているハイブリッド複合材料物がもたらされる。
【００４８】
段付レンズが、第１の分散挙動を備える材料から成っていると共に、反対の屈折力を備えるさらなるレンズ、好適には、第２の分散挙動を備える材料を有する段付レンズを備えるならば、色補正されたレンズシステムすなわち色消しレンズシステムをもたらすことが、可能にさえなる。
【００４９】
本明細書の趣旨における光路長は、それぞれに使用される光スペクトルの中央領域の波長と見なされる。
【００５０】
段付レンズがエンボス加工されたプラスチックレンズである場合において、このレンズが約１０００光波長未満の、それぞれの段部における光路長差を有するならば、それは、非常に有利であり得る。何故ならば、一般的に、幾何光学的な光伝播のほんの僅かな擾乱しか引き起こさない比較的平坦な段付レンズを実現することが、可能になるからである。
【００５１】
さらに、局部的に大きい光強度の場合、ゼラチンフィルタの従来の使用から離れ、その代わりに、コーティングガラス又は着色ガラスを使用することが、構成によっては、非常に実用的である可能性がある。ゼラチンフィルタは、例えば、実焦点の近傍におけるような、強い光強度の領域において、急速に色褪せ、さらには熔融及び発火さえし得る。
【００５２】
したがって、段付レンズ及び/又は拡散スクリーンが、フィルタとして、特に、ＵＶフィルタ、ＩＲフィルタ若しくは着色帯域フィルタ及び/又は変換フィルタとして形成されるならば、非常に信頼性が高く且つ正確な光のフィルタリングをもたらすことが可能になる。さらに、好適にはダイクロイックフィルタ層又は干渉フィルタ層で、定められた光源に関する定められた光温度と調和させられる光学装置のセットを製造することも、この構成の範囲内である。
【００５３】
したがって、例えば、より低い色温度値の方向における定められた色シフトが、例えば、白熱灯のような黒体放射体のスペクトルを高圧放電灯に与え得る。
【００５４】
さらに、励起放電線のスペクトル的に優勢な帯域が、定められた態様で和らげられることができ、これにより、より均質のスペクトル分布が達成され得る。
【００５５】
さらに、このタイプのフィルタ装置により、光源の所定のスペクトルに関して、そのスペクトル分布における照明の雰囲気(例えば、早朝の光、夕暮れの光、嵐又は雷雨の光等)をシミュレートすることも可能になり、よって、スタジオ、劇場、映画及び建築物に関係する大部分の要求が、単一の光源と、本発明による光学装置の指定されたセットとにより、満たされ得る。
【００５６】
ダイクロイックフィルタ又は干渉フィルタは高度のスペクトル精度で強い放射線強度に永久的に耐えるので、これらのフィルタは、用途によって、スペクトル的により良好であるだけでなく、それらの長い耐用年数のおかげで、従来のカラーフィルタシートよりも安価になり得る。さらに、例えば、建築物照明の場合又は屋外録画の場合におけるような、過酷な周囲条件は、このタイプの光学装置を使用するさらなる理由である。
【００５７】
プラスチックレンズ及び/又は拡散スクリーンを使用する場合、それらが機械的掻き傷防止層で覆われているならば、それは、特に有利である。
【００５８】
さらに、特に段部を付されているエリアにおける、望ましくない反射は、主光束からの光の損失に至り得るだけでなく、より明るい円又は点が、照明平面内に形成さえされる可能性があり、これは、上記段部を付されているエリア上の反射防止層により、大いに低減さらには抑えられさえし得る。
【００５９】
段付レンズ及び光拡散エレメントを備えた照明用、特に段付レンズスポットライト用の、本発明による光学装置を使用すれば、出射光の開口角が可変であり、高い効率と併せて開口角のあらゆる設定で均一に照明される光照射野を提供する段付レンズスポットライトを非常に有利に作成することが可能である。
【００６０】
この目的は、請求項５１記載の段付レンズスポットライトによって驚くほど簡単に達成される。
【００６１】
本発明者らは、段付レンズスポットライトの従来の大きな光損失を拡散スクリーンによって驚くほど簡単に回避できることを発見した。この場合、段付レンズが、特に好適には円形に形成されて、段付レンズの中央だけに配置された拡散スクリーンを有することが特に有利である。
【００６２】
この実施形態では、照明野の中央の暗領域を、段付レンズスポットライトのいずれの位置でも非常に効果的になくすことができ、それにも拘わらず反射器のスポット位置では大きい光損失がもはや発生しない。
【００６３】
驚くことに、散乱光の必要比率を増加させる場合は必ず、反射器からの出射光の幾何光学ビーム路の照明領域が、段付レンズの位置で小さくなることが明らかである。
【００６４】
本発明者等はこの効果を利用して、本発明で自動又は適応光混合システムを作成しており、これは、段付レンズスポットライトの調整と同期して、この位置での散乱光の必要分だけを、幾何光学で結像された光に加えて混合する。
【００６５】
それぞれに必要な光分布にほぼ最適に適合することができるこの光混合比を、以下、概して単に混合比と呼ぶ。
【００６６】
この自動光混合システムにより、正確な混合比、ひいては常に非常に均一に照明される光照射野が、反射器の実質的にいずれの位置についても生じるが、その過程で不必要な散乱損失を発生させることはない。
【００６７】
この場合、全面積にわたって照明される段付レンズの混合比を、拡散スクリーンの直径を段付レンズの残りの面積との関係で選択することによって画定することができ、また、散乱光の開口角は、段付レンズの散乱特性によって広範囲にわたり自由に画定することができる。
【００６８】
さらに、一体型拡散スクリーンそのものに対する散乱作用を変えることができ、それにより、たとえば、より強い散乱領域を拡散スクリーンの中央に配置し、弱い散乱領域を上記スクリーンの周縁部に配置することができる。これには、強く集束したビーム束もさらに拡大するという効果があり、それにより、非常に広い照明角度を生じさせることができる。
【００６９】
代替として、拡散スクリーンの周縁部は、急激に終端するように構成できるだけでなく、徐々に減少する散乱効果を有すると共に、段付レンズの下方又は上方に延在するように設計してもよい。これにより、位置によって決まる混合比に対するさらなる適応を行うことができる。
【００７０】
同時に、スポット位置及びフラッド位置の両方について図１２に例として示すように、光照射野全体の照明の均一性が保たれる。
【００７１】
本発明によれば、大きな開口を有する楕円反射器が提供される。スポット位置は、黒体放射体、特にハロゲンランプのランプフィラメント、又は放電ランプの放電アークが、楕円反射器の反射器側焦点に位置し、楕円反射器の、反射器から遠い位置の第２の焦点は、反射器に近い側の段付レンズの実焦点におおよそ配置されるということによって設定される。
【００７２】
反射器によって反射した光は、段付レンズに入射する前に、楕円反射器の、反射器から遠い側の焦点上にほぼ完全に集束する。反射器側の段付レンズの焦点に位置する放電アーク又はランプフィラメントは、段付レンズを通過後には無限遠に結像されるため、その光は、ほぼ平行なビーム束に変換される。
【００７３】
反射器及び段付レンズの開口角を適宜選択すれば、反射器で反射した光は、段付レンズによってほぼ完全に捕捉されて、細いスポットライト束として前方に放射される。
【００７４】
さらなる実施形態では、機械的にはるかに複雑であるが、段付レンズから出射する光束の開口角を、一方では反射器に対するランプの位置を、他方では段付レンズと反射器との間隔を適宜変更することにより、ほぼ所望通りに拡大することができる。
【００７５】
照度の均一性に関して従来の段付レンズスポットライトの良好な特性を保持するために、こうした距離変更は、適宜選択される強制的結合により行うべきである。
【００７６】
一般に、反射器、段付レンズ及び／又は拡散スクリーンは共に、少なくとも片面をコーティングしてよい。たとえば、プラスチックの場合、掻き傷防止層及び／又は反射防止層でコーティングしてよい。
【００７７】
本発明の好適な一実施形態は、反射器の光反射表面が、好適には小面積部分又は切子面を有し、光を散乱するように構成され、段付レンズのいずれの表面も光を散乱するように構成されないか、又は段付レンズの１つ若しくは２つの表面が光を散乱するように構成される段付レンズスポットライトを含む。これにより、幾何光学的に結像される光に対する散乱光の重ね合わせの固定分が生じるため、光照射野内の暗いリングを減少させることができる。
【００７８】
本発明によれば、スポットライトの使用は、建築、医療、映画、舞台、スタジオ、及び写真に、また懐中電灯にも有利に提供される。
【００７９】
以下、好適且つ例示的な実施形態を用い、且つ添付図面を参照して、本発明がより詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８０】
［好適な実施形態の詳細な説明］
本発明が、好適な実施形態に関連して詳細に説明される。
【００８１】
本説明は、全体的に、レンズに入る光が図面において左側から来て右側に向かう態様で伝播する、ということを仮定している。
【００８２】
さらに、種々の実施形態の説明において、同一の参照符号は、光学装置１の、同一の又は本質的に同じ作用をする構成部品に対して使用される。
【００８３】
優先権のベースを成し、いずれも「Stepped lens spotlights with coupled distance variation of lighting elements」という名称の先の出願ＤＥ１０３６１１２２及びＤＥ１０３６１１１７の内容もまた、参照により本願の内容に完全に援用される。
【００８４】
以下、図１への参照がなされ、この図１は、本質的に円形の拡散スクリーンを備える、段付レンズの光学装置の第１の実施形態を示しており、その拡散スクリーンは、ほぼ中央に配置されていると共に、個々の切子面を有しており、これらの切子面は、互いに対して僅かに回転している。
【００８５】
その全体を１によって指示される光学装置は、段付レンズ２を具備すると共に、それの中央領域に配置されている拡散スクリーン３をも具備する。
【００８６】
段付レンズ２は、同心状に配置されている環状段部であって、光学的に有効な表面領域を有しており、それらの表面領域は、図１において、単なる例として、参照符号４、５及び６を与えられている。
【００８７】
図１に示されている拡散スクリーン３であって、図２及び図３にも示されているものは、例えば、「拡散スクリーン」と題されている、２００３年９月１９日付けの、同じ出願人からのドイツ国特許出願ＤＥ １０３ ４３ ６３０.８号に記載されている拡散スクリーンである。なお、そのドイツ国特許出願ＤＥ １０３ ４３ ６３０.８号の内容全体が、参照により本願の内容に援用される。
【００８８】
この特に好適な実施形態の場合、光学装置１は、プラスチックから成る実施形態の場合においては本質的に、単一の熱成形ステップにおいて、本質的に平坦な基体７から製造される。
【００８９】
以下、まず最初に、図１、図２及び図３に示されている光学装置１の共通の特徴のみが、説明され、次いで、それらのそれぞれの差異が、詳細に説明される。
【００９０】
円形の拡散スクリーン３は、基体７の光出口側に配置されていると共に、第１の環状セグメント８内の領域全体に亘って広がっており、その第１の環状セグメント８は、はっきりと境界を画されていると共に、妨害物なしに上記スクリーンに好適に接している。
【００９１】
右側の、正の焦点、すなわち実焦点を備えるレンズの場合においては、例えば、図４及び図６における断面図において図式的に示されているように、基体７は、拡散スクリーン３の領域において、また、環状表面４、５、６及び８においても、凸の態様で、すなわち外方に湾曲させられている態様で、好適に整形されている。
【００９２】
左側の、虚焦点すなわち負の焦点を備えるレンズの場合においては、例えば、図５における断面図において図式的に示されているように、基体７は、拡散スクリーン３の領域において、また、環状表面４、５、６及び８においても、凹の態様で、すなわち内方に湾曲させられている態様で、好適に整形されている。
【００９３】
しかしながら、特に、図８及び図９における断面図に示されている、ハイブリッドレンズを使用する場合には、基体７は、２つ以上のピースで形成されてもよく、したがって、段付レンズ２を有する基体セグメント７とさらなる基体セグメント９との両方を具備しており、その基体セグメント９は、図８に示されているように、平坦な若しくは平面の態様で形成されてもよく、又は、例えば、図９に示されているように、平凸の態様で形成され得る。
【００９４】
好適に、ハイブリッドレンズの場合においては、基体セグメント９は、第１の材料のガラスから製造され、そして、基体セグメント７は、基体セグメント９のものとは異なる分散を備える第２の材料のガラスから製造され、又は熱成形可能なプラスチックから製造される。
【００９５】
以下、図４への参照がなされ、この図４は、中央拡散スクリーン３を備える平凸段付レンズを示しており、また、図６への参照もなされ、この図６は、図４の詳細を拡大図において再現している。
【００９６】
図４及び図５に示されている、１つのピースにおける段付レンズ２の場合においては、それぞれの光学的に有効な表面１１、１２、１３は、非球面レンズ又はそれ以外の球面レンズの部分であってよく、また、光学装置１は、縁部領域１０を有していてもよく、この縁部領域１０は、指定された機械的な受け器内に装着すべく、平面−平行な態様で形成され得る。
【００９７】
上記段部の、環状の、光学的に有効な表面(例えば４、５、６、１１、１２、１３)は、非球面レンズの部分として整形されており、よって、光軸に垂直な位相前面を備える近似的な平面波が、実焦点において結合される。
【００９８】
この場合、光軸は、光学装置の中心を通り、それの主平面に本質的に垂直に延びるべく、意図されている。
【００９９】
図５に示されている両凹段付レンズの場合においては、それぞれの、環状の、光学的に有効な表面は、左から入る平面波から球面波の位相前面が発生されるように整形されており、その球面波の虚焦点又はその球面波の見掛け原点は、明らかに、図５に示されている段付レンズ２の左側で、光軸上にある。
【０１００】
これらの幾何学的−光学的な条件は、使用される光スペクトルの中央波長領域における１つの波長に対してのみ正確にあてはまる、というのが事実である。
【０１０１】
製造を簡単にするために、非球面レンズは、また、複雑な非球面環状形状に代えて、球面リングセグメントによって近似させられ得る。
【０１０２】
この場合、必要とされているエンボス加工成形用具のより簡単な製造を達成するために、可能な限り申し分なく近似させられている球面セグメント、したがって、円弧状表面セグメントが、リングのそれぞれの表面に使用される。
【０１０３】
別の簡略化は、例えば、段付レンズであって、非常に多数の段部と、隣り合っている段部の縁部先端の間のほんの僅かなそれぞれの光路長差とを備えるものに、円錐状包絡面の形状の光学面を利用することから成り、それらの光学面は、それらの傾きにおいて、非球面レンズの平均の傾きにのみ適合している。
【０１０４】
この場合、段付レンズの個々の環状セグメント及び中央円形セグメントは、光収束特性又は光拡散特性のどちらが所望されているのかに依存して、凹の態様又は凸の態様のどちらかで構成され得る。
【０１０５】
本発明による概念の極めて多様な使用可能性を説明するために、図５は、両凹段付レンズを示しており、図７は、凸凹レンズを示しており、そして、図８及び図９は、ハイブリッドレンズを示しており、これらのハイブリッドレンズのうちの、図９に示されているハイブリッドレンズは、色補正された特性を有する。
【０１０６】
図９に示されているハイブリッドレンズへの参照が以下でなされ、このハイブリッドレンズの場合においては、右側に実焦点を持つ平凸ガラスレンズ１４が、凹凸拡散段付レンズ１５に接続されている。
【０１０７】
２つのレンズ１４及び１５のそれぞれの屈折力又は焦点距離及び屈折率は、それでもなお収束作用が結果として生ずるよう、全体的に選択されている。このことは、全体的な結果が、焦点が右に向けてシフトさせられている収束レンズである、ということを意味している。
【０１０８】
しかしながら、この場合、段付レンズ１５の材料は、その分散の作用が、装置全体において、平凸レンズ１４の分散の作用とは逆行するよう選択され、よって、全体的な結果は、このレンズシステムについての、より小さい色収差である。
【０１０９】
代替構成においては、段付レンズ１５は、また、エンボス加工されたプラスチックであって、レンズ１４上へ積層されているものから成っている。このプラスチックレンズ１５は、掻き傷防止層２１を設けられ得る。
【０１１０】
エンボス加工されたガラスレンズが使用されるならば、それぞれの段部の領域における光路長差は、好適に、１００光波長以上である。
【０１１１】
エンボス加工されたプラスチック段付レンズが使用される場合には、好適に、約１０００光波長未満の、それぞれの段部における光路長差が好ましい。
【０１１２】
さらに、段付レンズの中央円形セグメントの周りに配置されている環状セグメントは、同じ段部幅１６を意味する、同じ半径方向長さ１６を本質的に有し得る(特に、図６参照)。この場合、異なる高さの段部が、結果的に生ずる。何故ならば、それぞれの、環状の光学活性な表面セグメントの傾きの角度が、通常、中心からの距離が増加するに従って変化するからである。
【０１１３】
代替案として、整形が困難である材料の場合において、生産工学に関して高精度を達成するために、光学的に有効な表面セグメントの高さ１７は、一定に保つことができ、この場合、異なる大きさの幅を備えるリングが結果的に生じる(特に、図６参照)。
【０１１４】
さらに、段付レンズ２及び/又は拡散スクリーン３は、フィルタとして、特に、ＵＶフィルタ、ＩＲフィルタ若しくは着色帯域フィルタとして及び/又は変換フィルタとして形成され得る。
【０１１５】
この目的のために、図９の例における平凸レンズ１４の左側に例として示されているように、干渉フィルタ層２０が一方の側部に適用されるならば、特に有利である。
【０１１６】
代替案として、この干渉フィルタ層の系はまた、色温度をシフトさせるのにも又はスペクトル線を補償するのにも使用され得る。
【０１１７】
さらに、光源にそれぞれ面する、光学装置１の少なくとも表面が、ガラスから成っていると共に、事前に応力を掛けられる、好適には、事前に熱応力を掛けられるならば、特に有利である。何故ならば、それは、はっきりと増大した熱安定性を結果的にもたらすからである。
【０１１８】
拡散スクリーン３は、一般的に、光学装置１の左側(光の入口側)及び右側(光の出口側)の両方に配置され得る。
【０１１９】
さらに、図７において単に概略的に示されているように、拡散スクリーン３が、各場合において、光の入口側及び光の出口側の両方に配置されることも可能であり、よって、それらの拡散作用は、定められた態様で、重ね合わされる。
【０１２０】
さらに、半径方向の鮮明な境界を有することに代えて、拡散スクリーン３は、異なる度合いで広がる複数の領域、例えば、中央部において大きい度合いで拡散する領域と、周縁部において小さい度合いで拡散し且つ好ましく連続的になくなる領域とを有していてもよい。
【０１２１】
この目的のために、拡散スクリーンは、例えば、中央領域２２における細かい粒状構造と、周縁領域２３における半径方向の距離の増加に伴って粗くなる粒状構造とを具備する、定められた粒状性を有していてもよく、また、これらの事実が概略的に示されている、図８も参照されたい。
【０１２２】
粒状性すなわちマット領域を簡略化するための代替物として使用され得る、拡散スクリーン３の後述される実施形態の場合においては、新しいアプローチは、とりわけ、規則的な拡散スクリーンの切子面の規則的な配列から離れることから成っている。
【０１２３】
これは、図１に示されている第１の実施形態の場合においては、透明な基体７、９を有する拡散スクリーン３を提供することによってなされ、拡散スクリーン３の光学的に有効な表面は、切子面２４、２５、２６へ部分分割されており、これらの切子面は、例示としてだけの参照符号を与えられており、各切子面２４、２５、２６は、湾曲した態様で形成されている第２の表面を備える凸部又は凹部を割り当てられており、そして、切子面２４、２５、２６は、それらが互いに対して回転して配列されており、又は種々の幾何学的形状を呈している。
【０１２４】
この場合、切子面は、それぞれの幾何学的形状の縁部輪郭によって張られている領域であると理解されるべきである。第１の表面(すなわち、拡散スクリーン３の基体７の表面)の平坦領域又は湾曲領域としての形成に依存して、幾何学的形状によって張られている切子面２４、２５、２６も、同様に、平坦であってもよく又は湾曲してもよい。
【０１２５】
切子面２４、２５、２６に割り当てられている凸部又は凹部は、拡散スクリーン３のエレメントを表している。凸部又は凹部は、基本領域としての切子面２４、２５、２６を有すると共に、少なくとも本質的に、上記基本領域の上方又は下方に位置している。凸部又は凹部は、照明の場合には、レンズとして作用し得る。
【０１２６】
この解決策は、種々の輪郭になされている多数の光照射野の重畳を、したがって、所望されているような、円い光照射野を結果的にもたらす。
【０１２７】
それぞれの切子面の形状と切子面に割り当てられている凸部又は凹部の構成とに依存して、照明強度の選択可能な勾配を有する光照射野を、すなわち軟調又は硬調の態様で事前決定可能に出射する光照射野を提供することが可能である。
【０１２８】
軟調の態様で出射する光照射野は、光照射野の縁部に向かっての、照明強度の小さい勾配を備えるものである。逆に、光照射野の縁部における、照明強度の大きい勾配は、硬調の態様で出射する光照射野を結果的にもたらす。さらなる利点は、この切子面構成は放電灯を使用している際の周縁変色を避けることを可能にする、ということである。
【０１２９】
重畳に寄与する個々の光照射野の変形体を増加させるために、且つこの手段による上述した利点を達成するために、種々の方策を実行することが可能である。
【０１３０】
したがって、切子面が多角形の縁部輪郭を有するということが、提供され得る。この場合、多角形の角の数は可変である。
【０１３１】
多角形縁部輪郭を備える切子面は、表面を完全に覆っていなければならない。何故ならば、もしそうでないならば、局部的に拡散作用が存在しなくなるからである。
【０１３２】
さらに、図２において例示として示されているように、切子面２４、２５、２６が異なる面積を有する、拡散スクリーンを提供することも可能である。
【０１３３】
三角形、四角形、五角形、六角形及び/又は七角形が、多角形として選択され得る。多角形の隣り合っている角の間の接続セクションは、直線又は曲線であり得る。
【０１３４】
切子面の不規則性のさらなる結果は、切子面が異なった向きを有するということである。
【０１３５】
円い光照射野、及び縁部に向かっての照明強度に関する軟調態様又は硬調態様で出射する光照射野という目的に近づくために取られるさらなる方策は、凸部又は凹部のそれぞれの曲率の選択と、適切であるならば、その曲率の変化である。曲率は、球状であってよく、これに対応して、凸部又は凹部は、球状のキャップの形状に形成され得る。代替として、曲率は、非球状であるべく選択されてもよい。さらに、上述の目的を保証するために、凹部の深さ又は凸部の高さを変化させることが、可能である。
【０１３６】
上記の説明から、提案された方策は二者択一的に又は累積的に用意され得るということは、明白である。上述した解決策の実際的な実行に関し、第１の解決策の変更態様は、第１の表面を備える透明基体を有する拡散スクリーンを提供し、第１の表面は、切子面に部分分割されており、この場合、各切子面は、湾曲した態様で形成されている第２の表面を備える凸部又は凹部を割り当てられ、そして、凸部又は凹部の頂点Ｓは、螺線に沿って配列される。
【０１３７】
凸部又は凹部の頂点Ｓは、切子面の体心を通過する、切子面の表面の法線と、凸部又は凹部の湾曲面との間の交点として定義されよう。
【０１３８】
２つの隣り合っている切子面の場合において凸部又は凹部の高さ、半径及び/又は深さが異なっているならば、共通の縁部は、概ね湾曲させられ、そして、平面図において種々の幾何学的形状を呈する縁部が、凹部に関して生じる。
【０１３９】
螺線に沿う頂点Ｓの配列は、多数の不規則に配列されている切子面を生じ、これらの切子面は、所望されるならば、円い光照射野を生成し、この円い光照射野は、放電灯の場合において、縁部領域における変色を有しておらず、その円い光照射野の照明強度の勾配は、事前に決定され得る。
【０１４０】
凸部又は凹部の高さは、拡散スクリーン３を横切る方向に変化してもよく、よって、凸部及び凹部は、異なる高さ又は深さを有するようになる。これは、また、多かれ少なかれ軟調態様又は硬調態様で出射する円い光照射野を提供するという目的にも寄与する。
【０１４１】
図３に示されている拡散スクリーン３の構成においては、切子面２４、２５、２６の頂点Ｓは、アルキメデスの螺線上に本質的に位置している。
【０１４２】
個々の場所は、内側から外方への螺線に沿う一定の弧の長さＬの連続的な除去によって得られる。頂点は、互いに等距離に配列される。頂点の等距離配列に加えて、可変の弧の長さＬも可能である。したがって、内側から外方へと増大する弧の長さＬが、選択され得る。拡散スクリーン内部には、低い高さを有する凸部又は浅い深さを有する凹部を備える、したがって、小さい拡散作用を備える、小さい切子面がこの様にして得られる。縁部に向かって、切子面は、より大きくなり、凸部の高さ又は凹部の深さは、より大きくなり、そして同様に拡散作用は、より大きくなる。これにより、光照射野は、中心に非常に大きい照明強度を備えた、寧ろ小さい半散乱角を有する。これとは対照的に、一定のＬの場合には、照明強度は、寧ろ平坦な形状になり、軟調の態様で広がるであろう。
【０１４３】
上述した方策であって、二者択一的に、そして、適切であるならば、累積的に実行され得るものは、それぞれの照明システム(例えば、それぞれの反射器)に拡散スクリーン３が種々の態様で適合させられるのを可能にする。
【０１４４】
したがって、反射器への適合は、螺線のタイプの選択、弧の長さＬの値を通して、しかし、弧の長さの変化又は不変によっても、遂行され得る。これらの方策は、照明システムの所定の領域における光照射野に、それを局部的に増幅し又は減衰させるべく、影響を与えることを可能にし、したがって、光照射野が種々の態様で最適化されるのを可能にする。
【０１４５】
解決策の変更態様は、当業者に、照明システムを考慮しつつ如何にして光照射野を構成し且つ適合させるかに関する多くのパラメータを提供する、ということが、上記説明から明らかである。この点に関し、切子面に関する、種々の幾何学的形状の選択されたアプローチは、それぞれの条件への、光照射野の非常に多様な且つ変化に富んだ適合を可能にする。
【０１４６】
例えば、図１及び図２は、さらなる好適な実施形態を示している。図１は、段付レンズの光学装置の第１の実施形態を示しており、この第１の実施形態は、ほぼ中央に配置されている、本質的に円形の拡散スクリーンを備えており、この拡散スクリーンは、互いに対して僅かに回転した個々の切子面を有しており、そして、図２は、段付レンズの光学装置の第２の実施形態を示しており、この第２の実施形態は、ほぼ中央に配置されている、本質的に円形の拡散スクリーンを備えており、この拡散スクリーンは、モンテカルロ法によって規則的な位置からオフセットしている切子面を有する。
【０１４７】
さらに、デザインに関して異なっている複数の可能性が、所望されている光照射野の実現又は所望されている事前に定められた拡散挙動の実現に関して開かれている、ということも事実である。この点に関し、解決策の変更態様は、また、美的外観に関して最適化された拡散スクリーンの供給を可能にする。例えば、長斜方形パターン又は千鳥格子パターンの形状が、切子面に対して使用され得る。
【０１４８】
さらに、拡散スクリーンの非同軸配列又は非同心配列を使用することも、本発明の範囲内で可能である。
【０１４９】
本発明の光混合システムを特に有利に使用することができる好適な照明実施形態を、例として以下考察する。
【０１５０】
［照明装置の好適な実施形態の詳細な説明］
正の屈折力を有する段付レンズを備えた段付レンズスポットライト
以下、スポット位置にある段付レンズスポットライトの一実施形態を示す図１０を参照する。
【０１５１】
段付レンズスポットライトは実質的に、楕円反射器３１、ランプ３２であって、白熱ランプ、特にハロゲンランプ、発光ダイオード、発光ダイオードアレイ又はガス放電ランプであってよいランプ３２、及び収束レンズ、好適には平凸段付レンズである段付レンズ３３を備える。
【０１５２】
図１０では、楕円反射器３１の、反射器から遠い側の焦点Ｆ２は、段付レンズ３３の左側の実焦点、すなわち正の焦点Ｆ３にほぼ重ね合わされている。
【０１５３】
図では、スポットライトから出射する光束３４については、その外縁光線のみを概略的に示す。
【０１５４】
段付レンズ３３と反射器３１の前縁部との間隔ａ、及びランプ３２と反射器３１の頂点との間隔ｂも同様に、図１０に示す。
【０１５５】
スポット位置は、ランプ２のランプフィラメント又は放電アークを実質的に、楕円反射器１の反射器側焦点Ｆ１に配置することによって設定される。
【０１５６】
反射器３１から反射した光は、この位置では楕円反射器３１の、反射器から遠い側の焦点Ｆ２上にほぼ完全に向けられる。そのとき、段付レンズ３３の左側の正の、すなわち実焦点Ｆ３は、楕円反射器３１の焦点Ｆ２にほぼ一致する。
【０１５７】
図３１では、反射器３２内の開口３５による光照射野３４の平行光路内の暗領域３６が、いかに作用するかを近視野で識別することも可能である。
【０１５８】
段付レンズ３３の内部中央に、円形の拡散スクリーン３７が配置されており、これにより、規定の散乱光比及び散乱光の規定開口角が生じる。これにより、段付レンズ３３によって幾何光学的に結像された光に対する散乱光の規定の混合比が提供される。
【０１５９】
拡散スクリーン３７のこの実施形態の代替として、さらなる実施形態では、散乱作用が、拡散スクリーン３７の半径に沿って徐々に変化し、それにより、より強い散乱領域が拡散スクリーン３７の中央に配置され、より弱い散乱領域が、上記スクリーンの急激に終端する周縁部に配置される。
【０１６０】
さらに別の代替の構成では、拡散スクリーン３７の周縁部は、急激に終端するだけでなく、徐々に減少する散乱作用を有するようにも形成され、上記周縁部は、段付レンズの下方又は上方に延在してもよい。
【０１６１】
その結果、位置によって決まる混合比に対するさらなる適応がシステムに応じて行われ、それにより、当業者は、均一に照明された光照射野に対して、又は規定の方法で発生させた局部的に高強度を有する光照射野に対してであっても最適の混合比を常に提供することができる。
【０１６２】
図１０からさらに、スポット位置では、光全体の一部だけが拡散スクリーン３７を通過することがわかる。
【０１６３】
段付レンズスポットライトの光強度と開口角との関係の対数グラフを示す図１２に、スポット位置の場合が線３８で示されているように、拡散スクリーン３７により非常に均一な照明が得られる。
【０１６４】
図１１は、第１のフラッド位置にある、図１０に示した段付レンズスポットライトの実施形態を示し、ここでは、反射器３１の、反射器から遠い側の焦点Ｆ２が、段付レンズ３３の反射器側表面付近に配置されている。
【０１６５】
この場合、スポット位置を基準にした変位量の値ａが、機械的ガイドによって規定通りに変更される。
【０１６６】
この構造は、図１０で明らかにした段付レンズスポットライトの構造に概ね対応している。
【０１６７】
しかしながら、出射する光束３４の開口角が、暗領域３６の開口角と共に増加していることが、図１１から明らかにわかる。
【０１６８】
しかしながら、この位置では、光の大部分が拡散スクリーン３７の中央の非常に狭い領域だけに入射するので、この領域は特に、前方散乱ローブが、遠視野又は遠距離で暗領域３６を所望通りにほぼ補償するように構成することができる。やはり図３６を参照して、図３６は、たとえば、フラッド位置時の光の状態を線３９で示している。
【０１６９】
さらに高い有効照明効率を有する段付レンズスポットライトの大幅にコンパクトな設計を、後述する段付レンズスポットライトの実施形態を用いて実現することが可能である。
【０１７０】
負の屈折力を有する段付レンズを備えた段付レンズスポットライト
以下、スポット位置にある段付レンズスポットライトの一実施形態を示す図１３を参照する。段付レンズスポットライトは実質的に、楕円反射器４１、ランプ４２であって、ハロゲンランプ又は放電ランプであってよいランプ４２、及び収束レンズ、好適には両凹段付レンズである段付レンズ４３を備える。
【０１７１】
図１３では、楕円反射器４１の、反射器から遠い側の焦点Ｆ２は、段付レンズ４３の右側の虚焦点、すなわち負の焦点Ｆ３にほぼ重ね合わされている。
【０１７２】
図では、スポットライトから出射する光束４４については、その外縁光線のみを概略的に示す。
【０１７３】
段付レンズ４３と反射器４１の前縁部との間隔ａ、及びランプ４２と反射器４１の頂点との間隔ｂも同様に、図１３に示す。
【０１７４】
スポット位置は、ランプ４２のランプフィラメント又は放電アークを実質的に、楕円反射器４１の反射器側焦点Ｆ１に配置することによって設定される。
【０１７５】
反射器４１から反射した光は、この位置では楕円反射器４１の、反射器から遠い側の焦点Ｆ２上にほぼ完全に向けられる。そのとき、段付レンズ４３の右側の負の、すなわち虚焦点Ｆ３は、楕円反射器４１の焦点Ｆ２にほぼ一致する。
【０１７６】
図１３では、反射器４１内の開口４５による光照射野４４の平行光路内の暗領域４６が、いかに作用するかを近視野で識別することも可能である。
【０１７７】
段付レンズ４３の内部中央に、円形の拡散スクリーン４７が配置されており、これにより、規定の散乱光比及び散乱光の規定開口角が生じる。これにより、段付レンズ４３によって幾何光学的に結像された光に対する散乱光の規定の混合比が提供される。
【０１７８】
拡散スクリーン４７のこの実施形態の代替として、さらなる実施形態では、散乱作用が、拡散スクリーン４７の半径に沿って徐々に変化し、それにより、より強い散乱領域が拡散スクリーン４７の中央に配置され、より弱い散乱領域が、上記スクリーンの急激に終端する周縁部に配置される。
【０１７９】
さらに別の代替の構成では、拡散スクリーン４７の周縁部は、急激に終端するだけでなく、徐々に減少する散乱作用を有するようにも形成され、上記周縁部は、段付レンズの下方又は上方に延在してもよい。
【０１８０】
その結果、位置によって決まる混合比に対するさらなる適応が系に応じて行われ、それにより、当業者は、均一に照明された光照射野に対して、又は規定の方法で発生された局部的に高強度を有する光照射野に対してであっても最適の混合比を常に提供することができる。
【０１８１】
図１３からさらに、スポット位置では、光全体の一部だけが拡散スクリーン４７を通過することがわかる。
【０１８２】
この実施形態でも、段付レンズスポットライトの光強度と開口角との関係の対数グラフを示す図１５に、スポット位置の場合が線４８で示されているように、拡散スクリーン４７により非常に均一な照明が得られる。
【０１８３】
図１４は、第１のフラッド位置にある、図１３に示した段付レンズスポットライトの実施形態を示し、ここでは、反射器４１の、反射器から遠い側の焦点Ｆ２が、段付レンズ４３の反射器側表面付近に配置されている。
【０１８４】
この場合、スポット位置を基準にした変位量の値ａが、機械的ガイドによって規定通りに変更される。
【０１８５】
この構造は、図１３で明らかにした段付レンズスポットライトの構造に概ね対応している。
【０１８６】
しかしながら、出射する光束４４の開口角が、暗領域４６の開口角と共に増加していることが、図１４から明らかにわかる。
【０１８７】
しかしながら、この位置では、光の大部分が、拡散スクリーン４７の中央の非常に狭い領域だけに入射するので、この領域は特に、前方散乱ローブが、遠視野又は遠距離で暗領域４６を所望通りに概ね補償するように構成することができる。やはり図１５を参照して、図１５は、たとえば、フラッド位置時の光の状態を線４９で示している。
【０１８８】
上述の実施形態では、第１及び第２の領域は、段付レンズと拡散スクリーンに割り当てられるそれぞれの場合において、異なる直径（２ＲＳｔ１、２ＲｓｔｒＡ）の同心に配置される表面の形状である光学装置の実際の表面を占める。この場合、拡散スクリーンは半径ＲｓｔｒＡの円内にあり、さらなる構成において再び部分分割される。
【０１８９】
半径ＲｓｔｒＡの拡散スクリーンは、直径ＲｓｔｒＩの同心円のより小さな円を含み、これは、この代替の構成では異なる拡散挙動を有する。
【０１９０】
段付レンズ表面と拡散スクリーン表面との表面サイズの比により、出射光の、照明のために利用可能な部分（それぞれの場合で発効する）の比が決まり、本発明による実施形態に応じて、その比は２：１よりも大きく（段付レンズ表面対拡散スクリーン表面）、段付レンズ表面と拡散スクリーン表面との表面サイズの比は、好適には１０：１よりも大きく、段付レンズ表面と拡散スクリーン表面との表面サイズの比は、最も好適には１００：１よりも大きい。
【０１９１】
本発明によるさらなる構成では、垂直方向に拡散スクリーンから出射する光の開口角は、水平方向での開口角と異なり、それにより、実施形態に応じた拡散スクリーンによって非円形、楕円形、多角形、特に矩形及び／又は正方形に照明される光照射野が発生する。
【０１９２】
拡散スクリーンを、異なる散乱挙動、特に程度の異なる散乱挙動を有する複数の領域に部分分割することによっても、入射光の種類を制御できるようになる。スポット位置の円形光照射野は、調整の場合に、たとえばまず、光円錐が、拡散スクリーンの直径ＲＳｔｒＡ全体を依然としてカバーしながら、段付レンズをカバーしなくなる場合に周縁部をぼかした正方形光照射野に遷移することができ、さらに調整を行い、光円錐が小さくなると、光照射野は、光円錐が内径ＲＳｔｒＩのみをカバーする（この部分は光をはるかに厳密に正方形光照射野のみに向ける）場合に周縁部がはっきりした光照射野に遷移することができる。
【０１９３】
楕円形の基体を有する楕円反射器は、その主軸Ｈａ、Ｈｂにより機械的に厳密に画定され（図１４参照）、反射器３１、４１に対しては、後者が、円筒対称であり、且つ回転に対して不変であるように形成されるものと仮定され、これは、２つの相互に異なる主軸Ｈａ及びＨｂを指定することによって完全に画定されることを意味する。
【０１９４】
反射器３１、４１の楕円率（たとえば、図１４参照）は、その形を画定する楕円の主軸比ε＝Ｈａ／Ｈｂを示し、段付レンズスポットライトの光軸に対して円筒対称な反射装置を、この場合では基準とする。
【０１９５】
さらに、図１４に示す反射器は、単に説明のために、また以下の差をよりよく理解できるように、中央が割れた楕円の半分又はこれからあまり逸脱しないものに概ね対応するものとする。
【０１９６】
照明の視点から有利であり、高い照明効率を有する構成の場合、値εは１よりも大きくあるべきである。
【０１９７】
好適には、楕円率εを有する楕円反射器３１、４１を有する上述の実施形態の段付レンズスポットライトの場合、段付レンズの焦点距離と半径の比ｎＳｔ１＝ＲＳｔ１／ＦＳｔ１は、１／ｓｑｒｔ（ε２−１）の０．５倍よりも大きく、好適には１／ｓｑｒｔ（ε２−１）の０．７倍よりも大きく、最も好適には１／ｓｑｒｔ（ε２−１）の０．９倍よりも大きく、ここで、１／ｓｑｒｔ（ε２−１）は（ε２−１）の平方根の逆数を表す。
【０１９８】
本発明による段付レンズを拡散スクリーンと併せて使用することにより、ランプ３２、４２が発する光束のかなりの部分を照明に利用することが可能であり、たとえば、ランプ３２、４２が発する光の最大で５０％以上が、照明対象野に向けられる。スポット位置では、反射器３１、４１からの光のほぼ全体を、スポット照明の狭光照射野に向けることができ、この場合、拡散スクリーン３７、４７に入射する光の部分は、穏やかに徐々に減少する周縁部を形成し、これは多くの照明用途に対して非常に望ましい。
【０１９９】
負の屈折力を有する段付レンズを備えた段付レンズスポットライトの実施形態では、特にスポット位置において、ランプ４２から直接前方に、段付レンズ及び拡散スクリーンに直接入射する光のほぼ全体の部分を利用することも可能であり、これは、この部分は広く同様に照明光の穏やかに徐々に減少する周縁部領域に寄与するためである。
【０２００】
まず最初に、ランプ４２から出射する光の最大で８０％を、段付レンズスポットライトのスポット位置で利用することができ、ランプ４２から出射する光の最大で６０％をフラッド位置で利用することができる。
【０２０１】
段付レンズの被照明面積と拡散スクリーンの被照明面積との面積比を選ぶことにより、たとえば、拡散スクリーンの直径及び段付レンズの直径を選ぶことにより、スポット領域の照明部分と周縁部領域の照明部分とのこの面積比を所望通りに設定することが可能である。それにより、スポット位置での周縁部に向けて急激に又はより穏やかに減少する光照射野を有する段付レンズスポットライトを提供することが可能である。
【０２０２】
上述の段付レンズスポットライトは、従来技術の場合と比べて相当に小型化された電源ユニット又は安定器と共に、照明装置に特に有利に用いられる。本発明による段付レンズスポットライトは、はるかに高い照明効率を有するので、同じ有効光出力を得るために、上記電源ユニットを電気的にも機械的にも従来技術の場合より小さく構成することができる。したがって、必要な重量が減少し、また、運搬及び保管中に占める保管空間が少なくなる。
【０２０３】
しかしながらこの結果として、特に冷光反射器を使用する場合、照明される人物及び物体の全熱負荷も減少する。
【０２０４】
さらに、本発明による段付レンズスポットライトは、懐中電灯の照明効率及び被照明光照射野の均一性を高めるためにも同様に、有利に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２０５】
【図１】段付レンズの光学装置の第１の実施形態であって、この第１の実施形態では、ほぼ中央に配置されている、本質的に円形の拡散スクリーンを備えており、この拡散スクリーンは、互いに対して僅かに回転した個々の切子面を有する、光学装置を示す図である。
【図２】段付レンズの光学装置の第２の実施形態であって、この第２の実施形態では、ほぼ中央に配置されている、本質的に円形の拡散スクリーンを備えており、この拡散スクリーンは、モンテカルロ法によって規則的な位置からオフセットされている切子面を有する、光学装置を示す図である。
【図３】段付レンズの第３の実施形態であって、この第３の実施形態では、ほぼ中央に配置されている、本質的に円形の拡散スクリーンを備えており、この場合、拡散スクリーンの個々の切子面が、アルキメデスの螺線上に在る、光学装置を示す図である。
【図４】中央拡散スクリーンを備える平凸レンズであって、その基体は、本質的に平坦な態様で形成されていると共に、その段付レンズは、凸の態様で形成されている、平凸レンズの断面を示す図である。
【図５】両凹段付レンズ装置であって、幾何学的光ビーム拡大特性すなわち光拡散特性を有しており、この場合、基体と幾何学的−光学的に有効な段付レンズシステムとの両方が、凹の態様で本質的に構成されている、両凹段付レンズ装置の断面を示す図である。
【図６】図４の断面図の上側セグメントの詳細を拡大したものを示す図である。
【図７】凸凹段付レンズ装置であって、その基体は、凹の態様で構成されていると共に、その幾何学的−光学的に有効な段付レンズシステムは、凸の態様で本質的に構成されている、凸凹段付レンズ装置の断面を示す図である。
【図８】ハイブリッドレンズ装置であって、ガラスから成る拡散スクリーンに合わされているエンボス加工平凸プラスチック段付レンズ装置を具備する、ハイブリッドレンズ装置の断面を示す図である。
【図９】ハイブリッド色消しレンズあって、ガラスから成る平凸レンズが、異なる分散を有する、プラスチック又はガラスから成る両凹段付レンズへ接続されている、ハイブリッド色消しレンズの断面を示す図である。
【図１０】段付レンズがスポット位置において正の屈折力を有し、反射器の、反射器から遠い側の焦点が、段付レンズの左側の実焦点にほぼ重なり合う段付レンズスポットライトの実施形態を示す図である。
【図１１】第１のフラッド位置にある、図１０に示す段付レンズスポットライトの実施形態を示す図であり、反射器の、反射器から遠い側の焦点は段付レンズの表面付近に配置される。
【図１２】スポット位置及びフラッド位置の１つにある段付レンズスポットライトの光強度と開口角との関係の対数グラフを示す。
【図１３】段付レンズがスポット位置において負の屈折力を有し、反射器の、反射器から遠い側の焦点が段付レンズの右側の虚焦点にほぼ重なり合う、段付レンズスポットライトの実施形態を示す図である。
【図１４】第１のフラッド位置にある図１３に示す段付レンズスポットライトの実施形態を示す図であり、反射器の、反射器から遠い側の焦点は、反射器付近の段付レンズの表面にほぼ配置される。
【図１５】スポット位置及びフラッド位置の１つにある段付レンズスポットライトの光強度と開口角との関係の対数グラフを示す。
【符号の説明】
【０２０６】
１  装置
２  段付レンズ
３  拡散スクリーン
４  環状で同心の、本質的に光学的に有効な表面セグメント
５  同上
６  同上
７  基体（セグメント）
８  環状で同心の、本質的に光学的に有効な表面セグメント
９  多部分構成体の基体セグメント
１０  平面−平行縁部領域
１１  光学的に有効な表面
１２  同上
１３  同上
１４  中実材料で作られている平凸レンズ
１５  凸凹段付レンズ
１６  光学的に有効な表面セグメントの半径方向長さ、幅
１７  光学的に有効な表面セグメントの高さ
１８  反射防止層
１９  掻き傷防止層
２０  干渉フィルタ層
２１  掻き傷防止層
２２  より大きい度合いで拡散する中央領域
２３  より小さい度合いで拡散する周縁領域
２４  切子面
２５  同上
２６  同上
３１  反射器
３２  ランプ
３３  段付レンズ
３４  出射光束
３５  反射器１内の開口
３６  暗領域
３７  拡散スクリーン
３８  スポット位置における強度分布
３９  フラッド位置における強度分布
４１  反射器
４２  ランプ
４３  段付レンズ
４４  出射光束
４５  反射器１内の開口
４６  暗領域
４７  拡散スクリーン
４８  スポット位置における強度分布
４９  フラッド位置における強度分布
【図１】
2007535783.tif 000003
【図２】
2007535783.tif 000004
【図３】
2007535783.tif 000005
【図４】
2007535783.tif 000006
【図５】
2007535783.tif 000007
【図６】
2007535783.tif 000008
【図７】
2007535783.tif 000009
【図８】
2007535783.tif 000010
【図９】
2007535783.tif 000011
【図１０】
2007535783.tif 000012
【図１１】
2007535783.tif 000013
【図１２】
2007535783.tif 000014
【図１３】
2007535783.tif 000015
【図１４】
2007535783.tif 000016
【図１５】
2007535783.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成17年10月24日(2005.10.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明用、特に段付レンズスポットライト用の光学装置であって、拡散スクリーンを有する段付レンズを備え、該拡散スクリーンは第１の領域に配置され、該段付レンズは第２の領域に配置され、該光学装置に入射する光の形状を変え、且つ／又は該光学装置を照明する光のサイズを変えることで、該光学装置から出射する光の開口角を、２つの限界値である下限値αＳｐと上限値αＦ１の間に設定することが可能であり、該第１の領域及び該第２の領域は、それぞれの場合において、異なる直径（ＳＲsｔ１、２ＲｓｔｒＡ）を有する同心に配置された表面を占める、光学装置。
【請求項２】
前記光学装置に入射する光のサイズ、特に直径を変えることで、該光学装置から出射する光の開口角（α、αＳｐ、αＦ１）を、該光学装置を照明する光の入射角度を実質的に変えることなく変更、特に設定することが可能である、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記段付レンズの表面と前記拡散スクリーンの表面の表面サイズの比は２：１よりも大きく、好適には、前記段付レンズの表面と前記拡散スクリーンの表面の表面サイズの比は１０：１よりも大きく、最も好適には、前記段付レンズの表面と前記拡散スクリーンの表面の表面サイズの比は１００：１よりも大きい、請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項４】
垂直方向に前記拡散スクリーンから出射する光の開口角は、水平方向での開口角と異なる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項５】
前記拡散スクリーンは、それぞれの場合において、異なる方向に、又は異なる程度で光を散乱させる複数の領域、特に環状表面領域を含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項６】
楕円率εを有する楕円反射器を有する段付レンズスポットライトの場合、前記段付レンズの焦点距離と半径の比ｎＳｔ１＝ＲＳｔ１／ＦＳｔ１は、１／ｓｑｒｔ（ε２−１）の０．５倍よりも大きく、好適には１／ｓｑｒｔ（ε２−１）の０．７倍よりも大きく、最も好適には１／ｓｑｒｔ（ε２−１）の０．９倍よりも大きい、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項７】
前記拡散スクリーンは、前記段付レンズの中央領域及び/又は中心領域にのみ配置される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項８】
前記拡散スクリーンは、光出口領域に配置される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項９】
前記拡散スクリーンは、光入口領域に配置される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１０】
拡散スクリーンが、それぞれの場合において、前記光入口領域と前記光出口領域とに１つずつ配置される、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１１】
前記光拡散エレメントは、異なる度合いで拡散する複数の領域、好適には中央部において大きい度合いで拡散する領域と、周縁部において小さい度合いで拡散する領域とを有する、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１２】
前記拡散スクリーンは、マットの態様で及び/又は熱成形により、特にエンボス加工により及び/又は射出成形により製造される、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１３】
前記段付レンズの及び/又は前記拡散スクリーンの前記材料はガラスを含む、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１４】
前記段付レンズの及び/又は前記拡散スクリーンの材料はガラス−セラミック材料を含み、特にガラス−セラミック材料から成る、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１５】
１つのピースで形成される、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１６】
前記段付レンズは非球面レンズである、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１７】
前記段付レンズは球面レンズである、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１８】
前記段付レンズは、本質的に平坦な表面を備える基体を有する、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１９】
前記段付レンズは、本質的に凹の球面又は非球面を備える、光学的なビーム整形が有効な基体を有する、請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２０】
前記段付レンズは、本質的に凸の球面又は非球面を備える、光学的なビーム整形が有効な基体を有する、請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２１】
前記段部の、前記本質的に環状の、光学的に有効な表面は円弧セグメントとして構成される、請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２２】
前記段部の、前記本質的に環状の、光学的に有効な表面は円錐包絡面の形状で構成される、請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２３】
前記段部それぞれの、前記本質的に環状の、光学的に有効な表面は、光軸に垂直な位相面を備えるほぼ平面の波が、実焦点において結合されるように、又は中点が虚焦点に在るように見える球面波へ変換されるように整形される、請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２４】
前記段付レンズの及び/又は前記拡散スクリーンの材料はプラスチックを含む、請求項１乃至２３のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２５】
前記段付レンズと前記拡散スクリーンとを備える前記光学装置は、複数のエレメントから成る、請求項１乃至２４のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２６】
ガラス及びプラスチックで作られるハイブリッド複合物である、請求項１乃至２５のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２７】
前記段付レンズは、第１の分散挙動を備える材料から成り、且つ、反対の屈折力を備えるさらなるレンズ、好適には、第２の分散挙動を備える材料を有する段付レンズが、色収差が減少させられるように設けられる、請求項１乃至２６のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２８】
前記段付レンズは、エンボス加工レンズ、特に、プラスチックレンズであって、好適には約１０００光波長未満の、前記段部のそれぞれにおける光路長差を備える、請求項１乃至２７のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２９】
前記段付レンズは、第１の側に形成され又は配置され、前記拡散スクリーンは、該第１の側とは反対の側に形成され又は配置される、請求項１乃至２８のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項３０】
前記段付レンズの前記中央円形セグメントの周りに配置される前記環状セグメントは、同じ半径方向の広がりを本質的に有する、請求項１乃至２９のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項３１】
少なくとも２つの隣接する前記環状セグメントの前記段付凸部は、同じ高さを本質的に有する、請求項１乃至２９のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項３２】
前記光学装置の少なくとも前記光源に面した表面はガラスから成り、圧縮応力、好適には熱圧縮応力が加えられている、請求項１乃至３１のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項３３】
前記段付レンズ及び/又は前記拡散スクリーンは、フィルタとして、特に、ＵＶフィルタ、ＩＲフィルタ若しくは着色帯域フィルタ及び/又は変換フィルタとして形成される、請求項１乃至３２のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項３４】
前記段付レンズ及び/又は前記拡散スクリーンは、機械的掻き傷防止層及び/又は反射防止層で覆われる、請求項１乃至３３のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項３５】
請求項１乃至３４のいずれか一項に記載の光学装置用の拡散スクリーンであって、切子面へ部分分割される第１の表面を有し、この場合、各切子面が、凸部又は凹部であって、湾曲した態様で形成されている第２の表面を有する凸部又は凹部を割り当てられ、前記切子面は、種々の幾何学的形状を呈する、拡散スクリーン。
【請求項３６】
前記切子面は、多角形の縁部輪郭を有する、請求項３５に記載の拡散スクリーン。
【請求項３７】
前記切子面は、種々の面積を含む、請求項３５に記載の拡散スクリーン。
【請求項３８】
前記切子面は、三角形、四角形、五角形、六角形及び/又は七角形の形状を呈する、請求項３５乃至３７のいずれか一項に記載の拡散スクリーン。
【請求項３９】
前記切子面は、種々の向きを有する、請求項３５乃至３８のいずれか一項に記載の拡散スクリーン。
【請求項４０】
前記凸部又は前記凹部は、球状キャップの形状で形成される、請求項３５乃至３９のいずれか一項に記載の拡散スクリーン。
【請求項４１】
前記凸部の高さ及び／又は前記凹部の深さは異なるように選択される、請求項３５乃至４０のいずれか一項に記載の拡散スクリーン。
【請求項４２】
前記凸部又は前記凹部の各頂点（Ｓ）は螺旋に沿って配列される、請求項３５の前文に記載の拡散スクリーン。
【請求項４３】
前記頂点（Ｓ）はアルキメデスの螺旋上に配列される、請求項４２に記載の拡散スクリーン。
【請求項４４】
前記螺旋に沿った２つの隣り合う頂点（Ｓ）の弧の長さ（Ｌ）はほぼ等距離である、請求項４２又は４３に記載の拡散スクリーン。
【請求項４５】
前記螺旋に沿った２つの隣り合う頂点（Ｓ）の弧の長さ（Ｌ）は可変であるように構成される、請求項４２又は４３に記載の拡散スクリーン。
【請求項４６】
前記凹部の高さ及び／又は前記凹部の深さは異なるように選択される、請求項４２乃至４５のいずれか一項に記載の拡散スクリーン。
【請求項４７】
互いに対して回転した個々の切子面を有する、請求項３５の前文に記載の拡散スクリーン。
【請求項４８】
モンテカルロ法によって通常の位置からオフセットされる切子面を有する、請求項３５の前文に記載の拡散スクリーン。
【請求項４９】
請求項１乃至３４のいずれか一項に記載の光学装置用の拡散スクリーンであって、定められた粒状性であって、中央領域において細かく且つ中心からの距離が増大するに従って粗くなる、定められた粒状性を有する、拡散スクリーン。
【請求項５０】
好適には楕円形の反射器、ランプ、及び少なくとも１つの段付レンズを有する、出射光束の開口角を調整可能な段付レンズスポットライトであって、前記段付レンズは拡散スクリーンを有し、特に、請求項１乃至４９のいずれか一項に記載の拡散スクリーンを有する段付レンズである、段付レンズスポットライト。
【請求項５１】
前記拡散スクリーンを有する前記段付レンズは、前記段付レンズスポットライトの位置に応じて、幾何光学的に結像される光の割合に対する散乱光の割合、したがって光混合比を変更する光混合システムを画定する、請求項５０に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項５２】
前記段付レンズは、特に前記段付レンズスポットライトのスポット位置において、前記反射器の、該反射器から遠い側の焦点に重なり合うことができる実焦点を有する、請求項５０又は５１に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項５３】
前記段付レンズは、好適には、段付レンズとして形成される平凸収束レンズである、請求項５０乃至５２のいずれか一項に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項５４】
請求項５０記載の、好適には楕円形の反射器、ランプ、及び少なくとも１つの段付レンズを有する、出射光束の開口角を調整可能な段付レンズスポットライトであって、前記段付レンズは負の焦点距離を有するレンズであり、したがって虚焦点を有する負レンズである、段付レンズスポットライト。
【請求項５５】
前記段付レンズは、特に前記段付レンズスポットライトのスポット位置において、前記反射器の、該反射器から遠い側の焦点に重なり合うことができる虚焦点を有する、請求項５４に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項５６】
前記段付レンズは、好適には、両凹負レンズである、請求項５４又は５５に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項５７】
前記段付レンズスポットライトから出射する光の開口角は、スポット位置において８度以下であり、フラッド位置において６０度以上である、請求項５０乃至５６のいずれか一項に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項５８】
前記段付レンズスポットライトから出射する光の開口角は、スポット位置において８度以下であり、フラッド位置において７０度以上である、請求項５０乃至５７のいずれか一項に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項５９】
前記段付レンズスポットライトから出射する光の開口角は、スポット位置において８度以下であり、フラッド位置において８０度以上である、請求項５０乃至５８のいずれか一項に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項６０】
楕円率εを有する楕円反射器を備え、前記段付レンズの焦点距離と半径の比ｎＳｔ１＝ＲＳｔ１／ＦＳｔ１は、１／ｓｑｒｔ（ε２−１）の０．５倍よりも大きく、好適には１／ｓｑｒｔ（ε２−１）の０．７倍よりも大きく、最も好適には１／ｓｑｒｔ（ε２−１）の０．９倍よりも大きい、請求項１乃至５９のいずれか一項に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項６１】
前記反射器は金属又は透明の、好適には誘電性の材料、ガラス、及び／又はプラスチックを含む、請求項５０乃至６０のいずれか一項に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項６２】
前記反射器の２つの主面のうちの少なくとも一方に、光学的に薄い層の系が設けられる、請求項５０乃至６１のいずれか一項に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項６３】
前記反射器の光反射表面は、好適には小面積領域又は切子面を有し、光を散乱するように構成され、前記拡散スクリーンに加えて、前記段付レンズのいずれの表面も光を散乱するように構成されないか、又は該段付レンズの１つ若しくは２つの表面も光を散乱するように構成される、請求項５０乃至６２のいずれか一項に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項６４】
補助反射器が前記段付レンズと前記反射器の間に配置される、請求項５０乃至６３のいずれか一項に記載の段付レンズスポットライト。
【請求項６５】
医療、建築、映画、舞台、スタジオ、及び写真用の請求項５０乃至６４のいずれか一項に記載の段付レンズスポットライトの使用。
【請求項６６】
請求項５０乃至６４のいずれか一項に記載の段付レンズスポットライトを備える懐中電灯。
【手続補正書】
【提出日】平成19年1月31日(2007.1.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６８】
しかしながら、この位置では、光の大部分が拡散スクリーン３７の中央の非常に狭い領域だけに入射するので、この領域は特に、前方散乱ローブが、遠視野又は遠距離で暗領域３６を所望通りにほぼ補償するように構成することができる。やはり図１２を参照して、図１２は、たとえば、フラッド位置時の光の状態を線３９で示している。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2007535783.tif 000018
【国際調査報告】
2007535783.tif 000019
2007535783.tif 000020
2007535783.tif 000021
2007535783.tif 000022
2007535783.tif 000023
2007535783.tif 000024