(57)【要約】  照明システムは、複数の発光体と、前記発光体によって発せられる光をコリメートする光コリメータとを持つ。前記光コリメータは、前記照明システムの長手方向軸のまわりに配設される。前記光コリメータの光出射窓は、前記発光体と反対の側に、エレクトロウェッティングをベースにした切替可能光学素子が設けられた半透明カバー板を具備する。前記光コリメータの前記光出射窓又は前記半透明カバー板は、前記照明システムによって発せられる光の角度分布を拡大する光散乱構造部を具備する。前記光学素子は、前記光散乱構造部の効果を弱める動作モードに切り替え可能である。好ましくは、前記切替可能光学素子が、前記光散乱構造部の効果を弱める動作モードで動作する場合に、前記光散乱構造部の効果は、実質的に打ち消される。
2008523555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光体と、
前記発光体によって発せられる光をコリメートする光コリメータとを有する照明システムであって、
前記光コリメータが、前記照明システムの長手方向軸のまわりに配設され、
前記光コリメータの光出射窓が、前記発光体と反対の側に、エレクトロウェッティングをベースにした切替可能光学素子が設けられた半透明カバー板を具備し、
前記光コリメータの前記光出射窓又は前記半透明カバー板が、前記照明システムによって発せられる光の角度分布を拡大する光散乱構造部を具備し、
前記光学素子が、前記光散乱構造部の効果を弱める動作モードに切替可能である照明システム。
【請求項２】
前記切替可能光学素子が、前記光散乱構造部の効果を弱める動作モードで動作する場合に、前記光散乱構造部の効果が、実質的に打ち消される請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記切替可能光学素子が、前記長手方向軸に対して垂直な面において、前記光コリメータと、前記半透明カバー板との間に空洞を有し、前記空洞が、前記光学素子が、前記光散乱構造部の効果を弱める動作モードに切り替わる場合の、前記空洞における第１流体と第２流体との交換を可能にする手段を具備する請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項４】
前記切替可能光学素子が、前記光コリメータと光学的接触をしており、前記光コリメータに、1.3より大きい屈折率を持つ誘電性材料が充填されている請求項３に記載の照明システム。
【請求項５】
前記第１流体が電気絶縁性であり、前記第２流体が導電性である請求項３に記載の照明システム。
【請求項６】
前記第１流体が空気又は油であり、前記第２流体が極性流体である請求項５に記載の照明システム。
【請求項７】
前記光散乱構造部が、レンズ、レンズのアレイ、又は回析光学素子を有する請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項８】
前記回析光学素子が、ホログラフィック拡散器を有する請求項７に記載の照明システム。
【請求項９】
前記光コリメータにおける光の伝搬が、前記光コリメータの反射面における反射又は全反射をベースにしている請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項１０】
前記光コリメータが、ガス状ではない誘電性材料を有する請求項９に記載の照明システム。
【請求項１１】
前記半透明カバー板が、前記発光体と反対の側に、反射器を具備する請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項１２】
前記照明システムが、異なる原色又は単一の原色の複数の発光ダイオードを有する請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項１３】
前記発光ダイオードの各々が、公称電力での駆動時に少なくとも25mWの放射出力を持つ請求項１１に記載の照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明システムであって、複数の発光体と、前記発光体によって発せられる光をコリメートする光コリメータと、前記照明システムによって発せられる光の角度分布を拡大する光散乱構造部(light-dispersing structure)とを有する照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような照明システム自体は知られている。前記照明システムは、とりわけ、スポットライト、アクセント照明、フラッドランプなどの一般照明用途、並びに例えば、信号、輪郭照明(contour lighting)及び広告掲示板において利用されるような大面積直視型発光パネルのために用いられる。他の応用例においては、このような照明システムによって発せられる光は、光導体、光ファイバ又は他のビーム成形光学部品に供給される。更に、このような照明システムは、例えば、テレビ受像機及びモニタのための、（画像）表示装置の背面照明として用いられる。このような照明システムは、（ポータブル）コンピュータ又は（コードレス）電話において用いられるＬＣＤパネルとも呼ばれる液晶表示装置などの非発光型ディスプレイのバックライトとして用いられ得る。本発明による照明システムの別の応用分野は、画像を投影するための、又はテレビ番組、映画、ビデオプログラム若しくはＤＶＤなどを表示するための、デジタルプロジェクタ又は所謂プロジェクタにおける照明光源としての使用である。
【０００３】
一般的に、このような照明システムは、多数の光源、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する。ＬＥＤは、例えば、よく知られている赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）又は青色（Ｂ）の発光体のような、異なる(distinct)原色の光源であり得る。更に、前記発光体は、原色として、例えば、琥珀色(amber)又はシアン(cyan)を持ち得る。これらの原色は、発光ダイオードチップによって直接生成されてもよく、又は発光ダイオードチップから光を照射される蛍光体によって生成されてもよい。後者の場合には、原色の１つとして混合色又は白色光もありうる。一般的には、照明システムによって発せられる光と、特定の光源との相関性を取り除きながら、光の一様な分布を得るために、光源によって発せられる光は、光コリメータにおいて混合される。更に、高い色精度を得るためにセンサ及び何らかのフィードバックアルゴリズムを備える制御装置を用いることは、既知である。
【０００４】
米国特許番号第2003/0193807号は、ＬＥＤをベースにした高架全方位飛行場照明(elevated omni-directional airfield light)を開示している。この既知の照明システムは、ＬＥＤ光源と、光トランス(light transformer)と、半球状光学窓と、回路と、ベース(base)とを有する。光トランスは、中空切頭円錐形反射器と、湾曲反射面と、光学素子とを含む。散乱光学素子として、光成形拡散器、とりわけ、ホログラフィック拡散器(holographic diffuser)が用いられ得る。円錐形反射器は、光源に面する切頭端部と、切頭端部の反対側の円錐形ベース(cone base)とを持つ。円錐形反射器軸は、光源軸と一致し、光は、切頭端部上の開口部を通過する。湾曲反射面は、切頭端部と、円錐形ベースとの間にある。前記反射面は、光源からの光を、所定の輝度分布を持つ限定角度全方位パターン(limited angle omni-directional pattern)で反射する。光学素子は、円錐形反射器軸に対して垂直な面において円錐形ベースに隣接し、中空切頭円錐形反射器を通過する光を散乱させる。
【０００５】
既知の照明システムの不利な点は、照明システムによって発せられるビームのパターンが変えられ得ないことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上記の不利な点を完全に又は部分的に取り除くことである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、この目的は、
複数の発光体と、
前記発光体によって発せられる光をコリメートする光コリメータとを有する照明システムであって、
前記光コリメータが、前記照明システムの長手方向軸のまわりに配設され、
前記光コリメータの光出射窓が、前記発光体と反対の側に、エレクトロウェッティング(electrowetting)をベースにした切替可能光学素子が設けられた半透明カバー板を具備し、
前記光コリメータの前記光出射窓又は前記半透明カバー板が、前記照明システムによって発せられる光の角度分布を拡大する光散乱構造部を具備し、
前記光学素子が、前記光散乱構造部の効果を弱める動作モードに切替可能である照明システムによって達成される。
【０００８】
前記発光体によって発せられる光ビームは、前記光コリメータ及び前記半透明カバー板を介して伝わり、その場合、前記切替可能光学素子及び前記光散乱構造部を通過する。前記光散乱構造部の光学的効果、即ち、前記角度分布の拡大は、前記光散乱構造部と、前記切替可能光学素子との界面における屈折率の変化によってもたらされる。前記切替可能光学素子は、エレクトロウェッティングをベースにしている。エレクトロウェッティングは、電界が、部分的に濡れた(partially wetted)（即ち、電圧がない場合は接触角が０°より大きい）絶縁電極と接触し、第２電極と直接電気的な接触をする又は容量結合される、電気の影響を受けやすい流体の濡れ挙動を変更する現象である。前記電極間に電圧を印加することによって電界が印加される場合に、表面エネルギ勾配(surface energy gradient)が作成され、前記表面エネルギ勾配は、絶縁電極の方へ動くよう、又は第１流体を第２流体に置き換えるよう極性流体を操作するのに用いられ得る。エレクトロウェッティングをベースにした切替可能光学素子は、ポンプ、弁又は一様な固定された導管(even fixed channels)を用いずに、直接的な電気制御で流体の独立した操作をすることを可能にする。前記切替可能光学素子が、前記光散乱構造部の効果が弱められる動作モードに切り替えられる場合、前記切替可能光学素子は、前記光散乱構造部と、前記切替可能光学素子との界面に流体を導いて、前記光散乱構造部と、前記切替可能光学素子との界面における屈折率の変化を低減させる。
【０００９】
前記照明システムによって発せられる光の角度分布の拡大は、前記光散乱構造部と、前記切替可能光学素子との界面における屈折率の変化を低減させることによって低減される。前記切替可能光学素子が、前記光散乱構造部の効果が弱められる動作モードにない場合、前記照明システムによって発せられる光の角度分布は、前記光散乱構造部の通常の場合と同様に拡大される。前記照明システムによって発せられる光ビームの幅は、前記光散乱構造部と、前記切替可能光学素子との間の屈折率の差を変えることによって変えられ得る。
【００１０】
一例として、コリメートされた光ビームが、前記光散乱構造部であって、前記光散乱構造部の表面テクスチャによって光の散乱が引き起こされる前記光散乱構造部と、前記切替可能光学素子とを通過し、前記光散乱構造部の効果を弱める動作モードにある前記切替可能光学素子内に導入される流体の屈折率ｎ２と、前記光散乱構造部の屈折率ｎ１との差（ｎ２−ｎ１）が、前記第２流体の屈折率ｎ３と、前記光散乱構造部の屈折率ｎ１との差（ｎ３−ｎ１）より大きく、即ち、（ｎ２−ｎ１）＞（ｎ３−ｎ１）である場合には、スネルの法則、即ち、回析の理論により、前記流体が交換されると、前記照明システムによって発せられる光ビームの形状は、前記光散乱構造部によって変えられるであろう、即ち、一方の動作モード時には、他方の動作モード時と比べて、より発散している光ビームが、前記照明システムによって発せられるであろう。
【００１１】
本発明による方策は、前記切替可能光学素子を適当に切り替えて、前記光散乱構造部の屈折率と、前記切替可能光学素子の屈折率との間の差に影響を及ぼすことにより、前記照明システムによって発せられる光ビームの角度分布に影響を及ぼすことを可能にする。原則的には、前記切替可能光学素子におけるセグメンテーション(segmentation)の適用及びこれらのセグメントの独立したアドレス指定、又は２つのモードにおける前記システムの十分に高速なシーケンシャル動作によって、前記照明システムによって発せられる光ビームの角度を様々な角度間で切り替えることが可能である。前記光散乱構造部の屈折率と、前記第２透明素子の屈折率との間の差を適当に適応させることによって、前記照明システムによって発せられる光ビームの形状は、例えば、相対的に狭い角度分布を持つ「スポットライト」の光ビーム ("spot" light beam)から相対的に広い角度分布を持つ「フラッドランプ」の光ビーム("flood" light beam)へ変えられ得る。本発明による照明システムの他の利点は、前記照明システムのビームパターン及び／又は光ビームの形状が、動的に調節され得ることである。
【００１２】
本発明による照明システムの好ましい実施例は、前記切替可能光学素子が前記光散乱構造部の効果を弱める動作モードで動作する場合、前記光散乱構造部の効果が実質的に打ち消されることを特徴とする。この好ましい実施例においては、コリメートされた光ビームが、前記光散乱構造部と、前記切替可能光学素子とを通過し、前記光散乱構造部の効果を弱める動作モードにある前記切替可能光学素子内に導入される流体の屈折率ｎ２が、前記光散乱構造部の屈折率ｎ１と実質的に同じであり、即ち、ｎ２＝ｎ１である場合には、前記照明システムによって発せられる光ビームの形状は、前記光散乱構造部によって変えられず、即ち、前記照明システムによって、コリメートされた光ビームが発せられる。
【００１３】
エレクトロウェッティングをベースにした光学素子は様々な方法で実現され得る。本発明による照明システムの好ましい実施例は、前記切替可能光学素子が、前記長手方向軸に対して垂直な面において、前記光コリメータと、前記半透明カバー板との間に空洞を有し、前記空洞が、前記光学素子が、前記光散乱構造部の効果を弱める動作モードに切り替わる場合の、前記空洞における第１流体と第２流体との交換を可能にする手段を具備することを特徴とする。前記切替可能光学素子の前記空洞内に前記第２流体がある場合、前記光散乱構造部と前記切替可能光学素子との界面における屈折率の変化は低減され、それによって、前記照明システムによって発せられる光の角度分布の拡大は低減される。前記空洞における前記第１流体と前記第２流体との交換を可能にする前記手段は、前記空洞内に適当な（疎水性）流体接触層及び電圧制御システムによって制御されるエレクトロウェッティング電極の構成を含む。更に、前記流体接触層と、前記エレクトロウェッティング電極のうちの１つとの間に絶縁層が形成されてもよい。
【００１４】
エレクトロウェッティングをベースにした前記空洞における流体の交換を促進する方法は、前記流体に異なる電気的特性を与えるものである。この目的のため、本発明による照明システムの好ましい実施例は、前記第１流体が電気絶縁性であり、前記第２流体が導電性であることを特徴とする。適当な組み合わせは、油ベースの電気絶縁性流体、例えばシリコーンオイルを有する第１流体、及び水性の導電性流体、例えば所定の屈折率を持つ塩水を有する第２流体である。
【００１５】
好ましくは、前記第１流体は空気であり、前記第２流体は極性流体である。空気は電気絶縁性流体である。極性流体の適当な例は、水性の導電性流体、例えば所定の屈折率を持つ塩水である。
【００１６】
前記光散乱構造部を実現する実施例は多くある。前記照明システムの好ましい実施例によれば、前記光散乱構造部は、レンズ、マイクロレンズ若しくはフレネルレンズのアレイ、又は回析光学素子を有する。どの場合においても、テクスチャされた界面を形成する材料間の屈折率の差に応じて、表面テクスチャが、ビームの形状の変化をもたらす。
【００１７】
前記照明システムの別の好ましい実施例によれば、前記光散乱構造部は、ホログラフィック拡散器を有する。好ましくは、前記ホログラフィック拡散器は、ランダム・ホログラフィック拡散器(randomized holographic diffuser)である。主たる効果は、ビーム形状の変更である。前記ホログラフィック拡散器の副次的な効果は、一様な空間及び角度の色及び光分布が得られることである。前記ホログラフィック拡散器の特質により、前記ホログラフィック拡散器、即ちビーム整形器の寸法は、非常に小さいので、ターゲットには細部は投影されず、従って、空間的に及び／又は角度的に滑らかに変化する均質なビームパターンをもたらす。前記切替可能光学素子が、前記光散乱構造部の効果が弱められる動作モードにない場合、前記照明システムによって発せられる光の角度分布は、前記ホログラフィック拡散器の通常の場合と同様に拡大される。
【００１８】
前記光コリメータにおいて、光は、様々な方法で伝搬することが出来る。本発明による照明システムの好ましい実施例は、前記光コリメータにおける光の伝搬が、前記光コリメータの反射面における反射又は全反射をベースにしていることを特徴とする。前記発光体によって発せられる光の伝搬のベースを全反射（ＴＩＲ）にすることにより、前記光コリメータにおける光の損失はかなり防止される。このような実施例においては、前記光コリメータは、好ましくは、1.3以上の屈折率を持つガス状ではない光学的に透明な誘電性材料で作成される。別の実施例においては、誘電性の前記光コリメータは、その外面に、少なくとも部分的に、反射コーティングを具備する。更に別の実施例においては、前記光コリメータの（内側の）表面に反射材料が設けられる。このような実施例においては、前記光コリメータには、好ましくは、空気が充填される。
【００１９】
前記照明システムにおける光の混合の更なる促進、又は前記光ビームの更なる成形は、望ましいかもしれない。後者は、散乱された光のみならず、散乱されていない光にも当てはまるかもしれず、又は散乱された光にしか当てはまらないかもしれない。この目的のため、本発明による照明システムの好ましい実施例は、前記半透明カバー板が、前記発光体と反対の側に、反射器を具備することを特徴とする。好ましくは、前記反射器は、前記長手方向軸に対して平行に配設される複数の（実質的に平坦な）側面を有し、前記発光体によって発せられる光の空間的な混合が促進される。前記反射器に実質的に円形の外面が設けられる場合には、これは、前記発光体によって発せられる光の空間的な混合に好ましくないであろう。好ましくは、前記反射器には、少なくとも６つの側面が設けられる。このような好ましい数の側面は、前記発光体によって発せられる光の空間的な及び空間角度的な混合(spatial and spatio-angular mixing)を促進することが分かった。
【００２０】
下記の実施例を参照して、本発明のこれら及び他の態様を説明し、明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図は、ただ単に概略的なものであり、縮尺通りには描かれていない。特に、幾つかの寸法は、理解しやすいように非常に誇張された形で示されている。図中の同様の構成要素は、可能な限り同じ参照符号で示されている。
【００２２】
図１Ａは、アクティブな光散乱構造部を備える本発明による照明システムの第１実施例の断面図を概略的に示している。図１Ｂは、光散乱構造部の効果が弱められる動作モード時の、図１Ａに示されている照明システムの実施例の断面図を概略的に示している。
【００２３】
図１Ａ及び１Ｂの照明システムは、複数の光源、例えば複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する。ＬＥＤは、図１Ａ及び１Ｂの例におけるよく知られている赤色Ｒ、緑色Ｇ又は青色Ｂの発光体のような、異なる原色の光源であり得る。他の例においては、発光体は、原色として、例えば、琥珀色又はシアンを持ち得る。原色は、発光ダイオードチップによって直接生成されてもよく、又は発光ダイオードチップから光を照射される蛍光体によって生成されてもよい。後者の場合には、混合色又は白色光も、照明システムの原色の１つのとしての役割を果たし得る。図１Ａ及び１Ｂの例においては、（メタルコア）プリント回路基板４にＬＥＤのＲ、Ｇ、Ｂが取り付けられている。一般に、ＬＥＤは、相対的に高い光源輝度を持つ。好ましくは、ＬＥＤの各々は、公称電力での駆動時に少なくとも25mWの放射出力を持つ。このような高い出力を持つＬＥＤは、ＬＥＤパワーパッケージ(LED power package)とも呼ばれる。このような高効率、高出力ＬＥＤの使用には、所望の比較的高い光出力に対して、ＬＥＤの数が比較的少なくてもよいという特別な利点がある。これは、製造される照明システムのコンパクトさ及び効率にプラスの影響を与える。ＬＥＤパワーパッケージがこのような（メタルコア）プリント回路基板４に取り付けられる場合には、ＬＥＤによって生成される熱は、ＰＣＢを介する熱伝導によって確実に放散され得る。照明システムの好ましい実施例においては、（メタルコア）プリント回路基板４は、熱伝導接続部を介して照明システムの（図１Ａ及び１Ｂには図示されていない）ハウジングと接触している。好ましくは、所謂裸のパワーＬＥＤチップ(naked-power LED chip)は、例えば、絶縁金属基板、シリコン基板、セラミック又は複合基板といった基板に取り付けられる。基板は、前記チップとの電気接続を供給し、熱交換器に対する良好な伝熱の役割も果たす。
【００２４】
図１Ａ及び１Ｂに示されているような照明システムの実施例は、発光体Ｒ、Ｇ、Ｂによって発せられる光をコリメートする光コリメータ１を有する。光コリメータ１は、照明システムの長手方向軸２５のまわりに配設される。光コリメータ１の光出射窓５は、発光体Ｒ、Ｇ、Ｂと反対の側に、切替可能光学素子１５が設けられた半透明カバー板１１を具備する。切替可能光学素子は、エレクトロウェッティングをベースにしている。エレクトロウェッティングは、疎水性絶縁電極と接触し、第２電極と直接電気的な接触をする極性流体の濡れ挙動を電界が変える現象である。前記電極間に電圧を印加することによって電界が印加される場合には、表面エネルギ勾配が作成され、前記表面エネルギ勾配は、絶縁電極の方へ動くよう、又は第１流体を第２流体に置き換えるよう極性流体を操作するのに用いられ得る。エレクトロウェッティングをベースにした切替可能光学素子は、ポンプ、弁又は一様な固定された導管を用いずに、直接的な電気制御で流体の独立した操作をすることを可能にする。
【００２５】
図１Ａ及び１Ｂの例においては、半透明カバー板１１に、照明システムによって発せられる光の角度分布を拡大する光散乱構造部７が設けられている。別の実施例においては、光コリメータの光出射窓に、光散乱構造部が設けられる。本発明によれば、光学素子１５は、光散乱構造部７の効果を弱める動作モードに切り替え可能である。
【００２６】
図１Ａと、図１Ｂとの間の違いは、動作モードが変えられていることである。詳細には、図１Ａは、切替可能光学素子１５が、光散乱構造部の効果を弱める動作モードで動作していない状況を示しているのに対して、図１Ｂは、切替可能光学素子が、光散乱構造部の効果を弱める動作モードで動作している状況を示している。
【００２７】
光散乱構造部７の光学効果は、切替可能光学素子１５内の流体１６又は１７と、光散乱構造部７との界面における屈折率の変化によってもたらされる。切替可能光学素子１５が、光散乱構造部の効果が弱められない動作モードにある場合（図１Ａ）、第１流体１６が、切替可能光学素子内にあり、光散乱構造部７と接触する。好ましくは、第１流体１６は電気絶縁性である。好ましくは、第１流体１６は空気である。他の例においては、第１流体１６は、油、例えばシリコーンオイル、又はアルカン、例えばヘキサデカンである。切替可能光学素子１５が、光散乱構造部の効果が弱められる動作モードにある場合（図１Ｂ）、切替可能光学素子１５内の第１流体１６は、切替可能光学素子内１５内の第２流体１７に置き換えられ、第２流体１７が、光散乱構造部７と接触する。好ましくは、第１流体１６は電気絶縁性である。好ましくは、第２流体１７は、極性流体、例えば、所定の屈折率を備える塩水、例えば、水に溶かした塩化カリウムである。
【００２８】
光散乱構造部７と、切替可能光学素子１５との間に第１流体１６がある場合、第１流体１６が空気であり、第２流体１７が水をベースとした媒質である場合に、光散乱構造部７と、切替可能光学素子１５との界面において最大の屈折率の変化がある。屈折率のこの段差(step)は、照明システムによって発せられる光の角度分布の拡大をもたらす。他方で、このシステムにおいて、切替可能光学素子１５によって光散乱構造部７と切替可能光学素子１５との間に第２流体が導入される場合には、光散乱構造部と切替可能光学素子との界面における屈折率の変化は低減される。照明システムによって発せられる光の角度分布の拡大は、屈折率の変化を低減させることによって低減される。
【００２９】
好ましくは、切替可能光学素子１５が、光散乱構造部７の効果を弱める動作モードで動作する場合、光散乱構造部７の効果は、実質的に打ち消される。好ましくは、切替可能光学素子１５内に導入される第２流体１７の屈折率は、光散乱構造部７の屈折率ｎ１と実質的に同じである。第２流体が、光散乱構造部７に対して屈折率整合流体の役割を果たす場合には、切替可能光学素子を通過する光は、屈折率の勾配を経験せず、従って、伝搬方向を変えない。この状況においては、光散乱構造部７の効果は、切替可能光学素子１５によって完全に打ち消される。この状況においては、照明システムによってコリメートされた光ビームが発せられ、コリメート特性は、光コリメータの効果と実質的に同じである、又は光コリメータ、及び切替可能光学素子と光散乱構造部とがない付加的なビーム成形光学部品の効果と実質的に同じである。
【００３０】
照明システムによって発せられる光ビームの形状を変えるために、光散乱構造部７と、光散乱構造部７が接触する切替可能光学素子１５の流体との間の実効屈折率差を変える効果が用いられる。照明システムによって発せられる光ビームの角度分布は、切替可能光学素子１５における流体交換を介する適応によって変えられる。この方法においては、照明システムによって発せられる光ビームの角度を様々な角度間で電気的に切り替えることが可能である。例えば略々１０°の半値全幅（ＦＷＨＭ）の角度分布を持つ「スポットライト」の光ビームが、例えば略々３０°のＦＷＨＭの角度分布を持つ「フラッドランプ」の光ビームに変えられ得る。原則的には、ビームパターンの変更は、可変相対光束に寄与する２つの異なるモードにおけるシステムの十分に高速なシーケンシャル動作によって、又は切替可能光学素子のアドレス指定可能セグメント(addressable segments)において光の散乱を引き起こすことによって、（ある程度）連続的になされ得る。
【００３１】
図１Ａ及び１Ｂに示されているようなエレクトロウェッティングをベースにした切替可能光学素子１５は、光出射窓５に隣接した第１透明電極１８と、切替可能光学素子１５の縁端部にある第２電極１８'とを有する。この第２電極１８'は、光コリメータ１によって発せられる光の光路の外に設けられる。これらの第１及び第２電極１８、１８'の上部には、各々、第１及び第２透明絶縁層２１、２１'が設けられる。更に、絶縁層２１、２１'の上部には、各々、透明疎水性層２２、２２'が設けられる。更に、対電極１９が設けられる。好ましくは、第１透明電極１８はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を含む。好ましくは、絶縁層２１はパリレンを含む。疎水性層２２は、デュポン社（登録商標）製のテフロン（登録商標）ＡＦ１６００を含む。疎水性層２２の表面は、第１流体１６又は第２流体１７が入っている空洞と接触している。第１電極１８と、対電極１９との間には電圧が印加されず、第２電極１８'と、対電極１９との間に電圧が印加される場合（図１Ａ）には、この場合には絶縁性流体、例えば空気である第１流体１６が、光散乱構造部７と、切替可能光学素子１５との間にある。第１電極１８と、対電極１９との間に電圧が印加され、第２電極１８'と、対電極１９との間には電圧が印加されない場合（図１Ｂ）には、この場合には導電性流体、例えば塩水である第２流体１７が、光散乱構造部７と、切替可能光学素子１５との間にある。後者の構成においては、光散乱構造部の効果は、弱められ、好ましくは打ち消される。
【００３２】
図２Ａは、線Ａ−Ａに沿った、図１Ａに示されている実施例の図に垂直な断面図を概略的に示している。同様に、図２Ｂは、線Ａ−Ａに沿った、図１Ｂに示されている実施例の図に垂直な断面図を概略的に示している。切替可能光学素子１５が、光散乱構造部の効果が弱められない又は打ち消されない動作モードにある場合（図２Ａ）、第１流体１６が、光散乱構造部７と、切替可能光学素子１５との間にある。切替可能光学素子１５が、光散乱構造部の効果が弱められる動作モードにある場合（図２Ｂ）、切替可能光学素子１５内の第１流体１６は、第２流体１７に置き換えられ、第２流体１７が、光散乱構造部７と、切替可能光学素子１５との間にある。
【００３３】
図３Ａは、本発明による照明システムの第２実施例の断面図を概略的に示している。図３Ｂは、別の動作モード時の、図３Ａに示されている照明システムの実施例を概略的に示している。図３Ａ及び３Ｂに示されている実施例においては、第１流体１６及び第２流体１７が、常に、光コリメータ１の光出射窓５と、光散乱構造部７との間にある。この実施例においては、切替可能光学素子１５は、第１及び第２流体の互いに対する位置に変化を起こさせる。
【００３４】
図３Ａ及び３Ｂに示されているようなエレクトロウェッティングをベースにした切替可能光学素子１５は、光出射窓５に隣接した第１透明電極１８と、光散乱構造部７に隣接した第２透明電極１８'とを有する。これらの第１及び第２透明電極１８、１８'の上部には、各々、第１及び第２透明絶縁層２１、２１'が設けられる。絶縁層２１、２１'の上部には、各々、透明疎水性層２２、２２'が設けられる。更に、対電極１９が設けられる。好ましくは、透明電極１８、１８'はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を含む。好ましくは、絶縁層２１、２１'はパリレンを含む。好ましくは、疎水性層２２は、デュポン社（登録商標）製のテフロン（登録商標）ＡＦ１６００を含む。疎水性層２２、２２'の対向している表面は、第１流体１６又は第２流体１７が入っている空洞と接触している。第１電極１８と、対電極１９との間に電圧Ｖが印加される場合（図３Ａ）には、この場合には絶縁性流体、例えば空気である第１流体１６は、光散乱構造部７と接触するが、この場合には導電性流体、例えば塩水である第２流体１７は、光散乱構造部７と接触しない。
【００３５】
第２電極１８'と、対電極１９との間に電圧が印加される場合（図３Ｂ）には、この場合には導電性流体、例えば塩水である第２流体１７は、光散乱構造部７と接触するが、この場合には絶縁性流体、例えば空気である第１流体１６は、光散乱構造部７と接触しない。後者の構成においては、光散乱構造部の効果は、弱められ、好ましくは打ち消される。
【００３６】
図４は、本発明による照明システムの他の実施例の分解図を概略的に示している。照明システムは、ハウジング５１と、（メタルコア）プリント回路基板４に取り付けられたＬＥＤのＲ、Ｇ、Ｂとを有する。更に、電気的接続手段、熱センサなどを備えるインタフェースボード５２、及び光コリメータ１が設けられる。切替可能光学素子１５は、支持手段５３によって光コリメータに取り付けられる。
【００３７】
図５Ａは、本発明による照明システムの他の実施例の分解図を概略的に示している。図５Ｂは、組み立てられた形態の図５Ａの照明システムの実施例を示している。照明システムは、ハウジング５１と、（メタルコア）プリント回路基板４に取り付けられたＬＥＤのＲ、Ｇ、Ｂとを有する。更に、電気的接続手段、熱センサなどを備えるインタフェースボード５２、及び光コリメータ１が設けられる。光コリメータ１は、色の混合を促進するようファセット(facet)されている。支持手段５４は、光コリメータ１を収容する。更に、照明システムは、発光体Ｒ、Ｇ、Ｂと反対の側に反射器３１を具備する。
反射器３１は、照明システムによって発せられる光ビームを更に均質化するようファセットされる。
【００３８】
上記の実施例は、本発明を限定するものではなく、例示するものであり、当業者は、添付されている特許請求の範囲から外れない多くの別の実施例を設計することが出来るであろうことに注意されたい。特許請求の範囲において、括弧内の如何なる参照符号も、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。「有する」という動詞及びその語形変化の使用は、請求項に明記されている素子又はステップ以外の素子又はステップの存在を除外するものではない。素子の単数形表記は、このような素子の複数の存在を除外するものではない。本発明は、幾つかの別個の素子を有するハードウェアによって実施されてもよく、適切にプログラムされたコンピュータによって実施されてもよい。幾つかの手段を列挙している装置クレームにおいては、これらの手段の幾つかは、ハードウェアの同一アイテムによって実施されてもよい。単に、或る方策が互いに異なる従属項において列挙されているという事実は、これらの方策の組合わせが有利には用いられ得ないことを示すものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】本発明による照明システムの第１実施例の断面図である。
【図１Ｂ】別の動作モード時の、図１Ａに示されている照明システムの実施例である。
【図２Ａ】図１Ａに示されている実施例の図に（線Ａ−Ａに沿って）垂直な断面図である。
【図２Ｂ】図１Ｂに示されている実施例の図に（線Ａ−Ａに沿って）垂直な断面図である。
【図３Ａ】本発明による照明システムの第２実施例の断面図である。
【図３Ｂ】別の動作モード時の、図３Ａに示されている照明システムの実施例である。
【図４】本発明による照明システムの他の実施例の分解図である。
【図５Ａ】本発明による照明システムの他の実施例の分解図である。
【図５Ｂ】組み立てられた形態の図５Ａの照明システムの実施例である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【国際調査報告】
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