(57)【要約】  照明システムが、複数個の光エミッタ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）と、光エミッタによって放出された光をコリメートする第１の光コリメータ（１）と、光エミッタによって放出された光をコリメートする第２の光コリメータ（２）とを有する。第１の光コリメータは、照明システムの長手方向軸線（２５）周りに配置され、第２の光コリメータは、この長手方向軸線に沿って第１の光コリメータ周りに配置されている。第１の光コリメータ中の光の伝搬は、全反射を利用している。第１の光コリメータ中の光の伝搬は、全反射又は長手方向軸線から遠ざかる方向に向いた第２の光コリメータの外面での反射を利用している。キャビティ（３）が、第１の光コリメータと第２の光コリメータとの間に設けられている。このキャビティは、エレクトロウェティング（electrowetting）を利用した切り換え可能な光学素子を備え、切り換え可能な光学素子は、第２の光コリメータの作用効果を軽減する動作モードに切り換え可能である。
2008523600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明システムであって、
複数個の光エミッタ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を有し、
前記光エミッタによって放出された光をコリメートする第１の光コリメータ（１）を有し、
前記第１の光コリメータ（１）は、前記照明システムの長手方向軸線（２５）周りに配置され、
前記第１の光コリメータ（１）中の光の伝搬は、全反射を利用しており、
前記光エミッタによって放出された光をコリメートする第２の光コリメータ（２）を有し、
前記第２の光コリメータ（２）は、前記長手方向軸線（２５）に沿って第１の光コリメータ（１）周りに配置され、
前記第２の光コリメータ（２）中の光の伝搬は、全反射又は前記長手方向軸線（２５）から遠ざかる方向に向いた前記第２の光コリメータの外面（２３）での反射を利用し、
前記第１の光コリメータ（１）と前記第２の光コリメータ（２）との間に設けられたキャビティ（３）を有し、
前記キャビティは、エレクトロウェティングを利用した切り換え可能な光学素子を備え、
前記切り換え可能な光学素子は、前記第２の光コリメータ（２）の作用効果を軽減する動作モードに切り換え可能である、
ことを特徴とする照明システム。
【請求項２】
前記切り換え可能な光学素子は、前記第２の光コリメータ（２）の作用効果が実質的に存在しない動作モードに切り換え可能である、
請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記キャビティ（３）は、前記切り換え可能な光学素子が前記第２の光コリメータ（２）の作用効果を軽減する前記動作モードに切り換わると、前記キャビティ（３）内での第１の流体（ｆ1）と第２の流体（ｆ2）の交換を可能にする手段を備えている、
請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項４】
前記第１の流体（ｆ1）は、電気的に絶縁性であり、前記第２の流体（ｆ2）は、導電性である、
請求項３に記載の照明システム。
【請求項５】
前記第１の流体は、空気又は油であり、前記第２の流体は、極性液体である、
請求項４に記載の照明システム。
【請求項６】
前記照明システムは、前記光エミッタ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）によって放出された光をコリメートする別の光コリメータ（２′）を有し、前記別の光コリメータ（２′）は、前記長手方向軸線（２５）に沿って前記第２の光コリメータ（２）周りに配置され、別のキャビティ（３′）が、前記第２の光コリメータ（２）と前記別の光コリメータ（２′）との間に設けられ、前記別のキャビティ（３′）は、エレクトロウェティングを利用した別の切り換え可能な光学素子を備え、前記別の切り換え可能な光学素子は、前記別の光コリメータ（２′）の作用効果を軽減する動作モードに切り換え可能である、
請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項７】
前記別のキャビティ（３′）は、前記別の切り換え可能な光学素子が前記別の光コリメータ（２′）の作用効果を軽減する前記動作モードに切り換わると、前記別のキャビティ（３′）内での第１の流体（ｆ1）と第２の流体（ｆ2）の交換を可能にする手段を備えている、
請求項６に記載の照明システム。
【請求項８】
前記第１の流体（ｆ1）は、電気的に絶縁性であり、前記第２の流体（ｆ2）は、導電性である、
請求項７に記載の照明システム。
【請求項９】
前記第１の流体（ｆ1）は、空気又は油であり、前記第２の流体（ｆ2）は、極性液体である、
請求項８に記載の照明システム。
【請求項１０】
前記照明システムは、互いに異なる３原色又は単一の原色の複数個の発光ダイオード（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を有する、
請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項１１】
前記ＬＥＤ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は各々、公称電力で駆動されると、少なくとも２５ｍＷの放射電力出力を有する、
請求項１０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、複数個の光エミッタ及び少なくとも光エミッタによって放出された光をコリメートする第１の光コリメータを有する照明システム（照明系）に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような照明システムは、それ自体知られている。このような照明システムは、とりわけ、例えばスポットライト、アクセント照明、フラッドライト（flood light ：投光照明）のような一般的な照明目的に又、例えばビジュアルサイン伝達、輪郭照明及びビルボードに利用される大面積直視形発光パネルに用いられている。他の用途では、このような照明システムにより放出された光は、光ガイド、光ファイバ又は他のビーム整形光学系中に送られる。加えて、このような照明システムは、例えばテレビ受信器及びモニタ用の表示装置（画像表示装置）のバックライトとして用いられる。このような照明系を例えばＬＣＤパネルとも呼ばれている液晶表示装置のような非発光形ディスプレイ用のバックライトとして使用でき、このような液晶表示装置は、コンピュータ（ポータブルコンピュータ）又は電話（コードレス電話）に用いられている。本発明の照明システムの別の利用分野は、画像を投射し又はテレビ番組、映画、ビデオプログラム又はＤＶＤ等を表示するディジタルプロジェクタ又は所謂ビーマ（beamer）の照明源としての用途である。
【０００３】
一般に、このような照明系は、多数個の光源、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する。ＬＥＤは、互いに異なる３原色の光源、例えば周知の赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）又は青色（Ｂ）光エミッタである場合がある。加えて、光エミッタは原色として、例えば、アンバー又はシアンを有する場合がある。これら原色は、発光ダイオードチップにより直接発生させられるか、発光ダイオードチップからの光で照射される蛍光体によって発生させられるかのいずれかの場合がある。後者の場合、原色のうちの１つとして混合色又は白色光も又可能である。一般に、光源により放出された光は、光の一様な分布を得る一方で、特定の光源に対する照明システムにより放出された光の相関性を無くす光コリメータ中で混合される。加えて、高い色精度を得るためにセンサ及び或るフィードバックアルゴリズムを備えたコントローラを用いることが知られている。
【０００４】
米国特許出願公開第２００３／００７６０３４号公報は、ベース、ベース上に設けられたＬＥＤチップのアレイ、及び発光ダイオードチップのアレイを覆った状態でベースに取り付けられたコリメータを含むＬＥＤチップパッケージを開示している。アレイのＬＥＤチップは、典型的には、インライン配置される。コリメータは、一般に、矩形のホーン状部材として形作られ、このコリメータは、典型的には、ＬＥＤチップによって放出された光を第１の方向にコリメートする第１の組合せ壁及びＬＥＤチップによって放出された光を第２の方向に極力抑えた状態でコリメートする第２の組合せ壁を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
公知の照明システムの欠点は、照明系によって放出されたビームパターンを変更することができないということである。
【０００６】
本発明は、上述の欠点の全て又は一部を解決することを目的としている。
【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、照明システムであって、
複数個の光エミッタを有し、
光エミッタによって放出された光をコリメートする第１の光コリメータを有し、
第１の光コリメータは、照明システムの長手方向軸線周りに配置され、
第１の光コリメータ中の光の伝搬は、全反射を利用しており、
光エミッタによって放出された光をコリメートする第２の光コリメータを有し、
第２の光コリメータは、長手方向軸線に沿って第１の光コリメータ周りに配置され、
第２の光コリメータ中の光の伝搬は、全反射又は長手方向軸線から遠ざかる方向に向いた第２の光コリメータの外面での反射を利用しており、
第１の光コリメータと第２の光コリメータとの間に設けられたキャビティを有し、
キャビティは、エレクトロウェティングを利用した切り換え可能な光学素子を備え、
切り換え可能な光学素子は、第２の光コリメータの作用効果を軽減する動作モードに切り換え可能であることを特徴とする照明システムによって達成される。
【０００８】
光エミッタにより放出された光ビームは、第１の光コリメータを通って伝わる。一方において、第１の光コリメータから第２の光コリメータに進む際に屈折率の変化が無い場合、光は、第１の光コリメータと第２の光コリメータとの間のインターフェイスでは反射されない。光は、第１の光コリメータから切り換え可能な光学素子を通って伝わり、第２の光コリメータに入る。この動作モードでは、第１の光コリメータと切り換え可能な光学素子と第２の光コリメータの組合せは、全反射又は長手方向軸線から遠ざかる方向に向いた第２の光コリメータの外面での反射を利用する単一の光コリメータとして作用する。第２の光コリメータの形状に応じて、この結果、一般に、照明システムによって比較的幅の狭い光ビームが放出されることになる。
【０００９】
他方、第１の光コリメータと切り換え可能な光学素子との間のインターフェイスに屈折率の変化がある場合、光は、第１の光コリメータと切り換え可能な光学素子との間のインターフェイスで反射されることになる。この動作モードでは、第１の光コリメータだけが、照明システムにより放出される光ビームのビーム整形に寄与する。第１の光コリメータの形状に応じて、この結果、一般に、照明システムにより比較的幅の狭い光ビームが放出されることになる。
【００１０】
一般に、第１の光コリメータと第２の光コリメータとの間には少なくとも２つのインターフェイスが存在する。第１の光コリメータとキャビティ内に設けられる切り換え可能な光学素子内の流体との間には第１のインターフェイスが存在すると共にキャビティ内に提供される切り換え可能な光学素子内の流体と第２の光コリメータとの間には第２のインターフェイスが存在する。両方のインターフェイスに屈折率の変化が無い場合、これらインターフェイスでは光反射は起こらない。屈折率の変化が比較的小さい場合、幾分かの光が反射されるが、これは依然として、ビーム幅切り換え可能システムを得る上では許容限度内の場合がある。
【００１１】
切り換え可能な光学素子を２つの動作モード相互間で切り換えることにより、第２の光コリメータの作用効果に影響を及ぼすことができ、ビームの形状を主として第１の光コリメータがビーム整形を決定する場合に比較的幅の広いビームから主として第２の光コリメータがビーム整形を決定する場合の比較的幅の広いビームに変更することができる。この後者の動作モードでは、第１の光コリメータと第２の光コリメータは、協働する。
【００１２】
切り換え可能な光学素子の光学的効果は、第１の光コリメータと切り換え可能な光学素子のインターフェイスの屈折率の変化によって生じる。エレクトロウェティング（electrowetting）は、磁界が疎水性絶縁電極と接触状態にあり、場合によっては、第２の電極との直接的な電気的接触状態にある極性流体の湿潤挙動を変更する現象である。電圧をこれら電極相互間に印加することにより磁界をかけた場合、極性流体を操作して絶縁電極に向かって移動させるよう利用できる表面エネルギー勾配が作られる。一般的に言って、切り換え可能光学素子内においては、第１の流体に代えて第２の流体が用いられる。エレクトロウェティングを利用した切り換え可能光学素子により、ポンプ、弁を用いないで又は固定された状態のチャネルさえも用いないで、流体を直接的な電気的制御下で別個独立に操作することができる。
【００１３】
切り換え可能光学素子を第２の光コリメータの作用効果が軽減される動作モードに切り換えると、切り換え可能光学素子は、流体を第１の光コリメータと切り換え可能光学素子のインターフェイスに導入して第１の光コリメータと切り換え可能光学素子のインターフェイスの屈折率の変化を促進し、この場合、第２の光コリメータの影響は、軽減される。
【００１４】
第１の光コリメータと切り換え可能光学素子のインターフェイスの屈折率の変化を促進することにより、照明システムによって放出される光の角度分布状態の広幅化が刺激される。切り換え可能光学素子が第２の光コリメータの作用効果を軽減する動作モードにない場合、照明システムによって放出される光の角度分布は、幅が狭くなる。照明システムにより放出される光ビームの幅を変化させるには、第１の光コリメータと切り換え可能光学素子との間の屈折率の差を変化させるのがよい。
【００１５】
本発明の手段により、切り換え可能光学素子を適切に切り換えて第１の光コリメータの屈折率と切り換え可能光学素子の屈折率との間の差に影響を及ぼして照明システムにより放出される光ビームの角度分布に影響を及ぼすことができる。原理的には、切り換え可能光学素子にセグメント化を利用すると共にこれらセグメントの独立アドレス指定を行なうか２つのモードでのシステムの十分に迅速な逐次動作を行なうかのいずれかにより、照明システムにより放出される光ビームの種々の角度相互間の切り換えを行なうことができる。第１の光コリメータの屈折率と切り換え可能光学素子の屈折率との間の差を適切に適合させることにより、照明システムにより放出される光ビームの形状を例えば比較的幅の狭い角度分布の「スポット」形光ビームから比較的幅の広い角度分布の「フラッド」（投光）形光ビームに変更することができる。本発明の照明システムの別の利点は、照明システムの光ビーム及び（又は）ビームパターンの形状を劇的に調整できるということにある。
【００１６】
光エミッタにより放出された光の伝搬を全反射（ＴＩＲ）に基づかせることにより、第１及び第２の光コリメータにおける光損失は、大幅に回避される。好ましくは、第１及び第２の光コリメータは、屈折率が１．３以上の非気体の光学的に透明な誘電体で作られる。好ましくは、第１及び第２の光コリメータの屈折率は、実質的に同一である。好ましくは、切り換え可能な光学素子と隣接していない第２の光コリメータの一部は、長手方向軸線に向いた表面に反射膜を備える。
【００１７】
本発明の照明システムの好ましい実施形態は、切り換え可能な光学素子は、第２の光コリメータの作用効果が実質的に存在しない動作モードに切り換え可能であることを特徴とする。この動作モード状況では、第２の光コリメータは、照明システムにより放出される光ビームの整形には寄与しない。切り換え可能な光学素子は、照明システムにより放出される光ビームのビーム整形への第２の光コリメータの参与を妨害する。
【００１８】
エレクトロウェティングを利用する光学素子は、種々の仕方で実現できる。本発明の照明システムの好ましい実施形態は、キャビティは、切り換え可能な光学素子が第２の光コリメータの作用効果を軽減する動作モードに切り換わると、キャビティ内での第１の流体と第２の流体の交換を可能にする手段を備えていることを特徴とする。第２の流体が切り換え可能光学素子のキャビティ内に存在している場合、第１の光コリメータと切り換え可能光学素子のインターフェイスの屈折率の変化は、軽減され、それにより、照明システムにより放出される光の角度分布の細幅化が刺激される。キャビティ内における第１の流体と第２の流体の交換を可能にする手段は、電圧制御システムにより制御されるエレクトロウェティング電極の構成体及びキャビティ内に設けられた適当な絶縁層を含む。加えて、疎水性流体接触層を流体絶縁層と流体との間に形成するのがよい。
【００１９】
エレクトロウェティングを利用してキャビティ内の流体の交換を刺激する手法は、流体に互いに異なる電気的性質を与えることである。この目的のため、本発明の照明システムの好ましい実施形態は、第１の流体は、電気的に絶縁性であり、第２の流体は、導電性であることを特徴とする。一般に、第２の流体は、電気的に敏感であり、例えば導電性であり、極性であり、又は分極可能である。適当な組合せは、油を基剤とした（油性の）電気的絶縁性流体、例えばシリコーン油を含む第１の流体と所定の屈折率を備えた水性の導電性流体、例えば塩水を含む第２の流体である。
【００２０】
好ましくは、第１の流体は、空気又は油であり、第２の流体は、極性液体である。空気は、電気的に絶縁性の流体である。極性液体の適当な例は、所定の屈折率を備えた水性の導電性流体、例えば塩水である。
【００２１】
照明システムにおける光混合を一段と刺激し又は光ビームを一段と整形することが望ましい場合がある。この目的のため、本発明の照明システムの好ましい実施形態は、照明システムが、光エミッタによって放出された光をコリメートする別の光コリメータを有し、別の光コリメータは、照明システムの長手方向軸線に沿って第２の光コリメータ周りに配置され、別のキャビティが、第２の光コリメータと別の光コリメータとの間に設けられ、別のキャビティは、エレクトロウェティングを利用した別の切り換え可能な光学素子を備え、別の切り換え可能な光学素子は、別の光コリメータの作用効果を軽減する動作モードに切り換え可能であることを特徴とする。
【００２２】
好ましくは、別のキャビティは、別の切り換え可能な光学素子が別の光コリメータの作用効果を軽減する動作モードに切り換わると、別のキャビティ内での第１の流体と第２の流体の交換を可能にする手段を備える。好ましくは、第１の流体は、電気的に絶縁性であり、第２の流体は、導電性である。好ましくは、第１の流体は、空気又は油であり、第２の流体は、極性液体である。
【００２３】
本発明の上記特徴及び他の特徴は、以下に説明する実施形態から明らかであり、このような実施形態を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図は、純粋に概略的であって縮尺通りには作成されていない。注目すべきこととして、寸法形状の中には、分かりやすくするために極めて誇張された形態で示されているものがある。図中の類似のコンポーネントは、できる限り同一の参照符号で示されている。
【００２５】
図１Ａは、本発明の照明システムの第１の実施形態の断面を概略的に示している。図１Ｂは、第２の光コリメータの作用効果を促進する動作モードにある図１Ａに示す照明システムの実施形態の断面図を概略的に示している。
【００２６】
図１Ａ及び図１Ｂの照明システムは、複数個の光源、例えば複数個の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する。ＬＥＤは、互いに異なる３原色の光源、例えば図１Ａ及び図１Ｂの例では、周知の赤色Ｒ、緑色Ｇ又は青色Ｂの光エミッタである場合がある。加えて、光エミッタは原色として、例えば、アンバー又はシアンを有する場合がある。これら原色は、発光ダイオードチップにより直接発生させられるか、発光ダイオードチップからの光で照射された蛍光体によって発生させられるかのいずれかの場合がある。後者の場合、原色のうちの１つとして混合色又は白色光も又可能である。図１Ａ及び図１Ｂの例では、ＬＥＤ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は、プリント回路板（金属コアプリント回路板）４上に実装されている。一般に、ＬＥＤは、比較的高い光源輝度を有する。好ましくは、ＬＥＤは各々、公称電力で駆動されると、少なくとも２５ｍＷの放射パワー力出力を有する。このような高い出力を有するＬＥＤは、ＬＥＤパワーパッケージとも呼ばれている。このような高効率高出力のＬＥＤを用いると、所望の比較的高い光出力のわりには、ＬＥＤの個数は、比較的少なくてよいという特定の利点がある。これは、製造されるべき照明システムのコンパクトさ及び効率に対してプラスの効果を有する。ＬＥＤ電力パッケージがこのようなプリント回路板（金属コアプリント回路板）４上に実装される場合、ＬＥＤにより生じる熱を、ＰＣＢを介する熱伝導により容易に消散させることができる。照明システムの好ましい実施形態では、プリント回路板（金属コアプリント回路板）４は、熱伝導連結方式により照明システムのハウジング（図１Ａ及び図１Ｂには示さず）と接触状態にある。好ましくは、所謂裸の電力ＬＥＤチップが、基板、例えば絶縁金属基板、シリコン基板、セラミック又は複合材基板上に実装される。基板は、チップに対する電気的接続手段となり、熱交換器への良好な熱伝達手段としての役目も果たす。
【００２７】
図１Ａ及び図１Ｂに示すような照明システムの実施形態は、光エミッタＲ，Ｇ，Ｂから放出された光をコリメートする第１の光コリメータ１を有している。第１の光コリメータ１は、照明システムの長手方向軸線２５周りに配置されている。第１の光コリメータ１中の光伝搬は、切り換え可能な光学素子が第２の光コリメータの影響を軽減する動作モードにあるとき、実質的に全反射を利用する。光は、光エミッタＲ，Ｇ，Ｂから遠ざかる方向に向いた側において第１の光コリメータ１の光出口窓５で照明システムから放出される。図１Ａ及び図１Ｂの実施形態では、光エミッタＲ，Ｇ，Ｂから放出された光をコリメートする第２の光コリメータ２が、長手方向軸線２５に沿って第１の光コリメータ１周りに配置されている。第２の光コリメータ２中の光伝搬は、全反射又は長手方向軸線２５から遠ざかる方向に向いた第２の光コリメータ２の外面２３での反射を利用する。図１Ａ及び図１Ｂの例では、第２の光コリメータ２の外面２３は、反射膜２４を備えている。
【００２８】
第１の光コリメータ１と第２の光コリメータ２との間には、キャビティ３が設けられている。キャビティ３は、エレクトロウェティング（electrowetting）を利用した切り換え可能な光学素子を備えている（切り換え可能な光学素子の詳細については図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ及び図３Ｂを参照されたい）。図１Ａに示すような状況では、切り換え可能な光学素子は、第２の光コリメータ２の作用効果を軽減する動作モードに切り換えられ、この動作モードでは、第２の光コリメータ２は、照明システムから放出される光ビームの形成には実質的に寄与しない。変形構成例では、ブロード（幅の広い）ビームは、第２の光コリメータにより作られる中央部分と第１の光コリメータにより作られる広幅部分の重ね合わせである。所謂ナロー（幅の狭い）ビームモードに切り換えることにより、ビーム全体は（主として）第２の光コリメータによって定められる。
【００２９】
図１Ｂに示すような状況では、キャビティ３内の切り換え可能な光学素子は、第２の光コリメータ２が照明システムから放出される光ビームの形成に寄与し、主として光ビームの形状又は幅を定める動作モードに切り換えられる。この動作モードでは、光は、第１の光コリメータ１の光出口窓５及び第２の光コリメータ２の光出口窓６で照明システムから放出される。
【００３０】
キャビティ３内に設けられた切り換え可能な光学素子は、第１の光コリメータと第２の光コリメータとの間に屈折率の段差を作ることができる。切り換え可能な光学素子を第１の光コリメータ１とキャビティ３内の流体とのインターフェイスに相当大きな屈折率の変化がある動作モードに切り換えた場合、光エミッタＲ，Ｇ，Ｂにより放出され、第１の光コリメータ１中を伝搬する光は、第１の光コリメータ１とキャビティ３内の流体との間のインターフェイスで反射される。この動作モードは、図１Ａに例示されている。図１Ａでは、第１の光コリメータ１中を伝搬する光は、第１の光コリメータとキャビティ３内の切り換え可能光学素子との間のインターフェイスで反射され、第２の光コリメータ２には入らない。この動作モードでは、第２の光コリメータ２は、照明システムにより放出される光ビームの形成には寄与しない。第１の光コリメータ１の形状に応じて、この結果、一般に、照明システムにより比較的幅の広い光ビームが放出されることになる。
【００３１】
変形実施形態では、光の一部は、第１の光コリメータ１とキャビティ３内の流体との間のインターフェイスで反射され、光の一部は、第２の光コリメータ２内に伝えられ、照明システムにより放出される比較的幅の広いビームの作用効果全体が得られる。
切り換え可能な光学素子が、第１の光コリメータ１とキャビティ３内の流体との間のインターフェイスに屈折率の変化が無く又は比較的小さい動作モードに切り換えられた場合、光エミッタＲ，Ｇ，Ｂにより放出され、第１の光コリメータ１中を伝搬する光は、第１の光コリメータ１とキャビティ３内の流体との間のインターフェイスで反射されず又は大部分反射されない。この動作モードは、図１Ｂに例示されている。図１Ｂでは、光は、第１の光コリメータ１からキャビティ３内の切り換え可能光学素子を通り、第２の光コリメータ２に入る。この動作モードでは、第１の光コリメータ１及び第２の光コリメータ２は、全反射又は第２の光コリメータ２の外面２３に施された反射膜２４での反射を利用する単一の光コリメータとして作用する。第２の光コリメータ２の形状に応じて、この結果、一般的に、照明システムにより比較的幅の狭い光ビームが放出されることになる。
【００３２】
キャビティ３内の切り換え可能な光学素子を２つの動作モード相互間で切り換えることにより、第２の光コリメータ２の作用効果に影響を及ぼすことができると共にビームの形状を第１の光コリメータがビーム整形を決定する場合に比較的幅の広いビームから第２の光コリメータがビーム整形を決定する場合の比較的幅の広いビームに変更することができる。
【００３３】
図１Ａ及び図１Ｂに示すような照明システムの実施形態では、長手方向軸線２５の方に向き、キャビティ３内の切り換え可能光学素子と隣接していない第２の光コリメータ２の一部は、反射膜２２を備えている。作用効果を例示するため、多数本の光線が、図１Ａ及び図１Ｂに引かれている。
【００３４】
図２Ａは、図１Ａに示す照明システムの第１の実施形態の第１の動作モードにある切り換え可能な光学素子の実施形態の断面図を概略的に示している。加えて、図２Ｂは、図２Ａに示す切り換え可能な光学素子の実施形態を図１Ｂに示す照明システムの第１の実施形態の第２の動作モードで示す断面図である。
【００３５】
図２Ａ及び図２Ｂのキャビティ３内の切り換え可能な光学素子は、エレクトロウェティングを利用している。エレクトロウェティングは、電界が部分的に湿潤した（即ち、電圧が存在しない場合に０°よりも大きな接触角の）絶縁電極と接触すると共に第２の電極と直接的な電気的接触状態にあり又はこの第２の電極に容量結合された電気的に敏感な流体の湿潤挙動を改変する現象である。電圧を電極相互間に印加することにより電界をかけた場合、極性流体を操作して絶縁電極に向かって移動させるよう利用できる表面エネルギー勾配が作られる。エレクトロウェティングを利用した切り換え可能光学素子により、ポンプ、弁を用いないで又は固定された状態のチャネルさえも用いないで、流体を直接的な電気的制御下で別個独立に操作することができる。
【００３６】
図２Ａ及び図２Ｂに示すエレクトロウェティングを利用するキャビティ３内の切り換え可能な光学素子は、第１及び第２の光コリメータ１，２にそれぞれ隣接して位置する第１の透明な電極１６，１７を有している。加えて、第２の電極１８及び第３の電極１９が、照明システムのプリント回路板４内の別のキャビティ４′内に設けられている。第１の電極１６，１７は、それぞれ、絶縁疎水性膜１４，１５によって覆われている。加えて、第３の電極１９は、絶縁性の疎水性膜１２によって覆われている。プリント回路板４内の別のキャビティ４′の残部が、疎水性層１３で被覆されている。好ましくは、第１の透明な電極１６，１７は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）から成る。好ましくは、絶縁性疎水性膜１２，１４，１５は、デュポン（DuPont：登録商標）により製造されたテフロン（Teflon：登録商標）ＡＦ１６００又はパリレンとＡＦ−１６００のスタックから成る。好ましくは、疎水性層１３は、ＡＦ−１６００から成る。
【００３７】
図２Ａに示すような動作モードでは、第１の流体ｆ1が、キャビティ３内に存在し、第２の流体ｆ2が、プリント回路板４の別のキャビティ４′内に存在している。図２Ｂに示すような他の動作モードでは、第２の流体ｆ2は、キャビティ３内に存在し、第１の流体ｆ1は、プリント回路板４の別のキャビティ４′内に存在している。これら動作モード相互間における切り換え可能光学素子の切り換えは、種々の電極に印加される電圧を変化させることにより達成される。一動作モードでは、電圧を第２の電極１８と対向電極１９との間に印加し（図２Ａ参照）、この場合、第１の流体ｆ1、この場合絶縁性流体が、キャビティ３内に存在し、第２の流体ｆ2が、キャビティ３′内に存在する。ここで、第２の電極１８と対向電極１９との間の電圧をオフに切り換え、電圧を第１の電極１６，１７と第２の電極１８との間に印加した場合（図２Ｂ参照）、第２の流体ｆ2、この場合、導電性流体が、キャビティ３内に引き付けられ、第２の動作モードが作られる。好ましくは、第１の流体ｆ1は、電気的に絶縁性である。好ましくは、第１の流体ｆ1は、空気である。変形例として、第１の流体ｆ1は、油、例えばシリコーン油又はアルカン、例えばヘキサデカンである。
【００３８】
切り換え可能な光学素子をこれら動作モード相互間で切り換える上で考えられる別の手段は、電圧を第３の電極と別の第３の電極との間に印加することにより達成され、第１の流体ｆ1、この場合、絶縁性流体が、キャビティ３内に存在し、第２の流体ｆ2が、キャビティ３′内に存在する。電圧を第１の電極１６，１７相互間に印加した場合、第２の流体ｆ2、この場合、導電性流体が、キャビティ３内に存在する。この目的のため、別の第３の電極（図２Ａ及び図２Ｂには図示せず）を第３の電極に向いた状態で別のキャビティ４′内に導入する。この実施形態では、電極１８を無しですますことができる。
【００３９】
図３Ａは、図１Ａに示す照明システムの第１の実施形態の第１の動作モードにおける切り換え可能な光学素子の別の実施形態の断面図である。加えて、図３Ｂは、図３Ａに示す切り換え可能な光学素子の第１の実施形態を図１Ｂに示す照明システムの第１の実施形態の第２の動作モードで示す断面図である。
【００４０】
図３Ａ及び図３Ｂに示すエレクトロウェティングを利用したキャビティ３内の切り換え可能な光学素子は、第１の光コリメータ１に隣接して位置する第１の透明な電極１６を有している。加えて、第２の電極１８が、照明システムのプリント回路板４に設けられた別のキャビティ４′内に設けられている。第１の電極１６は、絶縁性の疎水性膜１４によって覆われている。第２の光コリメータ２に向いたキャビティ３の壁は、親水性膜１４′、例えば二酸化シリコンで被覆されている。この親水性膜１４′は、第２の光コリメータがガラスで作られている場合無しですますことができる。好ましくは、第１の透明な電極１６は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）から成る。好ましくは、絶縁性疎水性膜１５は、ＡＦ−１６００又はパリレンとＡＦ−１６００のスタックから成る。
【００４１】
図３Ａに示す動作モードでは、第２の流体ｆ2が、キャビティ３内に存在し、第１の流体ｆ1が、プリント回路板４の別のキャビティ４′内に存在する。図３Ｂに示す別の動作モードでは、第１の流体ｆ1と第２の流体ｆ2の両方が、キャビティ３内に存在し、このキャビティ内において、第２の流体は、第１の光コリメータ１と接触状態にある。これら動作モード相互間における切り換え可能光学素子の切り換えは、電圧を第１の電極１６と第２の電極１８との間に印加し（図３Ａ）、電圧を第１の電極１６と第２の電極１８との間に印加しない（図３Ｂ）ことにより達成される。
好ましくは、第１の流体ｆ1は、電気的に絶縁性である。好ましくは、第１の流体ｆ1は、油、例えばシリコーン油、又はアルカン、例えばヘキサデカンである。好ましくは、第２の流体ｆ2は、導電性である。極性流体の適当な例は、所定の屈折率を有する水性の導電性流体、例えば塩水、例えば水に溶かした塩化カリウムである。
【００４２】
好ましくは、照明システムによる光ビーム形成に対する第２の光コリメータ２の寄与は、キャビティ３内の切り換え可能光学素子が第２の光コリメータの作用効果を軽減する動作モードにあるとき、実質的に減少する。好ましくは、切り換え可能光学素子内に導入される第２の流体ｆ2の屈折率は、第１及び第２の光コリメータ１，２の屈折率ｎ1と実質的に同一である。この場合、第２の流体ｆ2は、キャビティ３内において屈折率整合液体として働き、切り換え可能光学素子を通過した光は、屈折率の勾配を生じることはなく、従って、伝搬方向を変えない。この状況では、第２の光コリメータは、照明システムにより放出される光ビームの形成に完全に寄与する。この状況では、比較的幅の狭い光ビームが、照明システムから放出される。流体ｆ1に代えて流体ｆ2を用いるか第１の流体ｆ1を第２の流体ｆ2に加えてキャビティ３内に導入するかのいずれかによりキャビティ３内の流体を変えることによって、第１の光コリメータ１と接触状態にある、第１の光コリメータ１と第２の光コリメータ２との間のキャビティ３内における流体の有効屈折率を変更した場合の作用効果は、第２の光コリメータ２が、照明システムにより放出される光ビームの形成にもはや寄与しないということである。この状況では、比較的幅の広い光ビームが、照明システムから放出される。このように、照明システムにより放出される光ビームの種々の角度相互間における電気的な切り換えを行なうことが可能である。例えば、約１０°の半値全幅（ＦＷＨＭ）の角度分布状態を持つ「スポット」形光ビームを、例えば、約３０°のＦＷＨＭの角度分布状態を持つ「フラッド」形光ビームに変換することができる。原理的には、ビームパターンの変化を、比光束寄与度が可変である２つの互いに異なる動作モードにおけるシステムの十分に迅速な逐次動作により又は部分透過及び（又は）反射をキャビティ３内の切り換え可能光学素子のアドレス可能セグメントに導入することにより連続的に（擬似的に連続的に）行なうことができる。
【００４３】
図４は、第１及び第２の光コリメータを備えた本発明の照明システムの第２の実施形態の断面図である。この構成例では、光出口窓５及び光出口窓６は、コリメータの他の表面の形状と組み合わさって、図１Ａ及び図１Ｂに示す構成例の場合よりも寸法が比較的小さい場合がある幅の狭い光ビームが照明システムにより放出されるよう形作られている。エレクトロウェティングを利用する切り換え可能な光学素子が、キャビティ３内に配置されている。図４の実施形態では、第１の光コリメータと第２の光コリメータの両方は、全反射を利用しており、長手方向軸線２５から遠ざかる方向に向いた第２の光コリメータ２の外面２３に施される反射膜は、無しですまされる。
【００４４】
図４は、第１及び第２の光コリメータを備えた本発明の照明システムの第２の実施形態の断面図である。この構成例では、光出口窓５及び光出口窓６は、非常に幅の狭い光ビームが照明システムによって放出されるように形作られている。エレクトロウェティングを利用する切り換え可能な光学素子が、キャビティ３内に配置されている。
【００４５】
図５は、第１の光コリメータ１、第２の光コリメータ２及び別の光コリメータ２′を備えた本発明の照明システムの別の実施形態の断面図を概略的に示している。この別の光コリメータ２′は、長手方向軸線２５に沿って第２の光コリメータ２周りに配置されている。図５の実施形態では、別のキャビティ３′が、第２の光コリメータ２と別の光コリメータ２′との間に設けられている。エレクトロウェティングを利用する切り換え可能な光学素子が、第１及び第２の光コリメータ１，２に隣接してキャビティ３内に配置されている。加えて、この別のキャビティ３′は、エレクトロウェティングを利用する別の切り換え可能な光学素子を備えている。この別の切り換え可能光学素子は、別の光コリメータ２′の作用効果を軽減する動作モードに切り換え可能である。この構成例では、コリメータ１，２の壁は、好ましくは、実質的に透明である。別のコリメータ２′内における光の反射は、全反射か別の光コリメータ２′の外面２３に被着された反射膜２４での反射かのいずれを利用するものであってよい。図５に示すような構成により、照明システムにより放出される光の多数の光ビーム幅を作ることができる。キャビティ３内の切り換え可能光学素子が第１の光コリメータ１とキャビティ３内の隣接の流体との間に屈折率の段差を生じさせる動作モードにあり、隣接の流体の屈折率が、光コリメータ１の屈折率よりも実質的に小さい場合、照明システムにより放出される光ビームは、大部分、第１の光コリメータ１により整形され、照明システムにより放出される比較的幅の広い光ビームが得られる。キャビティ３内の切り換え可能光学素子が、第１の光コリメータ１と第２の光コリメータ２との間に屈折率の段差を実質的に生じさせない動作モードにある場合、且つ別のキャビティ３′内の切り換え可能光学素子が第２の光コリメータ２とキャビティ３′内の隣接の流体との間に屈折率の段差を生じさせる動作モードにあり、隣接の流体の屈折率が、光コリメータ２の屈折率よりも実質的に小さい場合、照明システムにより放出される光ビームが、大部分、第２の光コリメータ２により、即ち、第１の光コリメータ１及び第２の光コリメータ２の総合作用により整形され、照明システムにより放出される比較的幅の狭い光ビームが得られる。キャビティ３内の切り換え可能光学素子が第１の光コリメータ１と第２の光コリメータ２との間に屈折率の段差を実質的に生じさせない動作モードにある場合且つ別のキャビティ３′内の切り換え可能光学素子が第２の光コリメータ２と別の光コリメータ２′との間に屈折率の段差を実質的に生じさせない動作モードにある場合、照明システムにより放出される光ビームは、実質的に、別の第２の光コリメータ２′により、即ち、第１、第２及び別の光コリメータ１，２，２′の総合作用により整形され、照明システムにより放出される比較的非常に幅の狭い光ビームを得ることができる。コリメータ設計の細部に応じて他のビーム形状も可能である。このように、照明システムにより放出される光ビームの種々の角度相互間の電気的な切り換えが可能である。例えば、約１０°の半値全幅（ＦＷＨＭ）の角度分布状態を持つ「スポット」形光ビームを、例えば、約２０°のＦＷＨＭの��度分布状態を持つ中間幅の光ビーム又は約３０°のＦＷＨＭの角度分布状態を持つ「フラッド」形光ビームに変換することができる。原理的には、ビームパターンの変化を、比光束寄与度が可変である２つの互いに異なる動作モードにおけるシステムの十分に迅速な逐次動作により又は光の部分透過及び（又は）反射をキャビティ３内の切り換え可能光学素子のアドレス可能セグメントに導入することにより連続的に（擬似的に連続的に）行なうことができる。
【００４６】
上述の実施形態は、本発明を限定するものではなく、例示するものであり、当業者であれば、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく多くの変形実施形態を設計することができることは注目されるべきである。特許請求の範囲において、括弧に入れて記載した参照符号は、本発明を制限するものと解釈されてはならない。原文で用いられている動詞“comprise”（翻訳文では、「〜を有する」と訳している場合がある）及びその活用語は、特許請求の範囲に記載された構成要素又はステップ以外の構成要素又はステップの存在を排除するものではない。構成要素の前に付けられた冠詞“ａ”又は“ａｎ”は、このような構成要素が複数個あることを排除するものではない。本発明は、幾つかの互いに異なる構成要素を有するハードウェアにより、又、適当にプログラムされたコンピュータによって具体化できる。幾つかの手段を列挙した装置クレームでは、これら手段のうち幾つかは、同一アイテムのハードウェアで具体化できる。或る特定の手段が相互に異なる従属形式の請求項に記載されているという単なる事実では、これら手段の組合せを有利には使用できないということが指示されているわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１Ａ】第１及び第２の光コリメータを備えた本発明の照明システムの第１の実施形態の断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す照明システムの実施形態を別の動作モードで示す図である。
【図２Ａ】第１Ａに示す照明システムの第１の実施形態の第１の動作モードにある切り換え可能な光学素子の実施形態の断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示す切り換え可能な光学素子の実施形態を図１Ｂに示す照明システムの第１の実施形態の第２の動作モードで示す断面図である。
【図３Ａ】図１Ａに示す照明システムの第１の実施形態の第１の動作モードにおける切り換え可能な光学素子の別の実施形態の断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示す切り換え可能な光学素子の第１の実施形態を図１Ｂに示す照明システムの第１の実施形態の第２の動作モードで示す断面図である。
【図４】第１及び第２の光コリメータを備えた本発明の照明システムの第２の実施形態の断面図である。
【図５】第１、第２及びこれらとは別の光コリメータを備えた本発明の照明システムの別の実施形態の断面図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2008523600.tif 000004
【図２Ａ】
2008523600.tif 000005
【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
2008523600.tif 000009
【図５】
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【国際調査報告】
2008523600.tif 000011
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