(57)【要約】光学要素（１）は、エレクトロウェッティングにより界面波を生成するために備えられている。光学要素（１）は、少なくとも１つの側壁を有する流体チャンバ（３）と光軸（１０）とを有する。更に、流体チャンバ（３）は、界面（４）により分離された第１流体（Ａ）及び第２流体（Ｂ）を有し、それらの流体（Ａ，Ｂ）は非混和性である。第１エレクトロウェッティング電極（２）及び第２エレクトロウェッティング電極（９）が備えられ、第１エレクトロウェッティング電極（２）は流体接触層（８）により第１流体（Ａ）及び第２流体（Ｂ）から分離されている。第２エレクトロウェッティング電極（９）は第１流体に作用するように備えられている。選択された定在波又はランニング波は、第１及び第２エレクトロウェッティング電極のそれぞれに選択された電圧を印加することにより形成される。
2008518261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレクトロウェッティングにより界面波を備えるための光学要素であって：
流体チャンバであって、該流体チャンバは界面により分離されている第１流体及び第２流体を有し、該第１流体及び該第２流体は非混和性である、流体チャンバ；
第１エレクトロウェッティング電極及び第２エレクトロウェッティング電極であって、該第１エレクトロウェッティング電極は電気絶縁性流体接触層により前記第１流体及び前記第２流体から分離され、前記第２エレクトロウェッティング電極は前記第１流体に直接作用する又は前記第１流体に容量的に結合されている、第１エレクトロウェッティング電極及び第２エレクトロウェッティング電極；並びに
界面波を生成するように、時間経過と共に前記第１エレクトロウェッティング電極及び前記第２エレクトロウェッティング電極間の電圧差を変えるための電圧制御システム；
を有する光学要素。
【請求項２】
請求項１に記載の光学要素であって、前記第１流体及び前記第２流体は異なる屈折率を有する、光学要素。
【請求項３】
請求項１に記載の光学要素であって、前記第１流体及び前記第２流体は同じ屈折率を有し、前記第１流体及び前記第２流体の透過特性は異なる、光学要素。
【請求項４】
請求項１に記載の光学要素であって、前記第１流体は導電性液体であり、前記第２流体は絶縁性液体である、光学要素。
【請求項５】
請求項１に記載の光学要素であって、前記界面波は定在波又はランニング波である、光学要素。
【請求項６】
請求項１に記載の光学要素であって、前記第１エレクトロウェッティング電極は少なくとも２つのエレクトロウェッティング電極に分割されている、光学要素。
【請求項７】
請求項６に記載の光学要素であって、前記少なくとも２つの第１エレクトロウェッティング電極は前記流体チャンバの周囲に互いから距離を置いて向かい合って備えられ、前記少なくとも２つの第１エレクトロウェッティング電極は少なくとも１つの他のエレクトロウェッティング電極に対して実質的に垂直に備えられている、光学要素。
【請求項８】
請求項６に記載の光学要素であって、前記少なくとも２つの第１エレクトロウェッティング電極は、前記流体チャンバの周囲に、円形、長円形又は楕円形状に備えられている、光学要素。
【請求項９】
請求項１に記載の光学要素であって、前記流体チャンバの一の側壁及び前記流体チャンバの他の側壁に吸収壁が備えられ、第１エレクトロウェッティング電極及び第２エレクトロウェッティング電極への電圧の印加により生成される前記界面波は前記吸収壁により吸収される、光学要素。
【請求項１０】
請求項１に記載の光学要素であって、前記第１流体及び前記第２流体は同じ密度を有する、光学要素。
【請求項１１】
請求項１に記載の光学要素であって、前記光学要素は、光学グレーティングが生成されるように適合されている、光学要素。
【請求項１２】
請求項１に記載の光学要素であって、前記第１流体及び前記第２流体の少なくとも一は光反射粒子を有する、光学要素。
【請求項１３】
請求項１に記載された光学要素を有する光学装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光学装置であって、前記光学装置の光源は、前記光学要素の前記電圧制御システムに対してトリガするように結合されている、光学装置。
【請求項１５】
複数の配光及び配色を生成するように、請求項１に記載の少なくとも１つの光学要素及び少なくとも１つの光源を有するアプリケーションを照明するための環境プロバイダ。
【請求項１６】
請求項１５に記載の環境プロバイダであって、前記少なくとも１つの光源は発光ダイオードであり、前記少なくとも１つの光学要素は前記発光ダイオードの前に備えられている、環境プロバイダ。
【請求項１７】
光記録担体の情報層を操作するための光走査装置であって、該光走査装置は、放射ビームを生成するための放射源と、前記情報層に前記放射ビームを収束するための収束システムと、請求項１に記載の光学要素とを有する、光走査装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の光走査装置であって、前記光学要素は、クロストーク変換のための情報層における衛星スポットを生成するように用いられる、光走査装置。
【請求項１９】
請求項１７に記載の光走査装置であって、前記光学要素は、波面変換器を通る前記放射ビームの波面を変更するための光波面変更器を有する、光走査装置。
【請求項２０】
光を結合するための光結合装置であって、該光結合装置は光ビームを生成するための光源と、前記光源からある位置に光を伝えるための少なくとも１つの導光路と、請求項１に記載の光学要素とを有する、光結合装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の光結合装置であって、界面波はランニング波である、光結合装置。
【請求項２２】
エレクトロウェッティングにより界面波を操作するための方法であって：
流体チャンバを備える段階；
第１流体及び第２流体で前記流体チャンバを満たす段階であって、前記第１流体及び前記第２流体は非混和性であり、それ故、前記第１流体及び前記第２流体は界面において接している、段階；
第１エレクトロウェッティング電極及び第２エレクトロウェッティング電極を備える段階であって、該第１エレクトロウェッティング電極は電気絶縁性流体接触層により前記第１流体及び前記第２流体から分離され、前記第２エレクトロウェッティング電極は前記第１流体に直接作用する又は前記第１流体に容量的に結合されている、段階；並びに
界面波を生成するように電圧制御システムにより時間経過と共に前記第１エレクトロウェッティング電極及び前記第２エレクトロウェッティング電極間の電圧差を変える段階；
を有する方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、前記第１流体及び前記第２流体は異なる屈折率を有する、方法。
【請求項２４】
請求項２２に記載の方法であって、前記第１流体及び前記第２流体は同じ屈折率を有し、前記第１流体及び前記第２流体の透過特性は異なる、方法。
【請求項２５】
請求項２２に記載の方法であって、前記第１流体は導電性液体であり、前記第２流体は絶縁性液体である、方法。
【請求項２６】
請求項２２に記載の光学要素であって、前記第１流体及び前記第２流体は同じ密度を有する、方法。
【請求項２７】
請求項２２に記載の光学要素であって、前記第１流体及び前記第２流体の少なくとも一は光反射粒子を有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロウェッティングにより界面波を与えるための光学要素、その光学要素を有する光学装置及び界面波を操作する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
可変焦点レンズについて、米国特許第６，３６９，９５４Ｂ１号明細書に記載されている。この焦点レンズは、導電性の第１液体で満たされたチャンバ及び絶縁性液体である第２液体のドロップを有する。それらの液体は非混和性であり、第２液体はチャンバ壁の表面領域に保持されている。ドロップは、この領域において、疎水性及び親水性部分又は層を有する流体接触層により位置付けられている。電圧がチャンバ内の電極間に印加される場合、導電性の液体は、ドロップの表面が更に凸状に成るように、絶縁性ドロップの移動及び変形をもたらす。一実施形態においては、疎水性及び親水性層は、円筒形の表面に沿って軸方向に位置付けられたドロップの側面により、円筒形表面に沿って配列され、それにより、電圧が印加されていない場合には、疎水性層により、電圧が印加されている場合には、円筒の側面に沿って一連の軸方向に間隔を置いた電極により、中央に位置決めされている。
【０００３】
そのような構成を有する更なる可変焦点レンズについては、国際公開第００／５８７６３号パンフレットに記載されている。絶縁性液体のドロップを中央に位置決めするために提案された手段は、調節レンズにおける絶縁層に形成されたラッパ状窪みである。その窪みの側面は、その窪み内の中央に位置決めされたドロップを保ち、そのドロップの表面において凸レンズを備えるように備えられている。窪みの底は窪みの側面と同じ材料で形成されているため、レンズが不透明である場合に、そのような材料は透明であるように選択される必要がある。
【特許文献１】米国特許第６，３６９，９５４Ｂ１号明細書
【特許文献２】国際公開第００／５８７６３号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、例えば、連続的に調節可能な光学グレーティングを生成するようにエレクトロウェッティングの減少を用いることにより界面波を備えるための光学要素を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１特徴においては、本発明は、エレクトロウェッティングにより界面波を備えるように光学要素を備え、その光学要素は、
−  流体チャンバであって、流体チャンバは、界面により分離された第１流体及び第２流体を有し、それらの流体は非混和性である、流体チャンバと、
−  第１エレクトロウェッティング電極及び第２エレクトロウェッティング電極であって、第１エレクトロウェッティング電極は電気絶縁性流体接触層により第１流体及び第２流体から分離されていて、第２エレクトロウェッティング電極は第１流体に直接作用する又は第１流体に容量的に結合されている、第１エレクトロウェッティング電極及び第２エレクトロウェッティング電極と、
−  界面波を生成するように時間経過と共に両方のエレクトロウェッティング電極間の電圧差を変えるための電圧制御システムと、
を有する。
【０００６】
本発明にしたがったそのような光学要素においては、第１流体及び第２流体間の界面（それらの流体間の境界層又は領域）の形は両方のエレクトロウェッティング電極により変えられることが可能である。界面の形は可変であり、制御可能である。第１エレクトロウェッティング電極及び共通電極としての第２エレクトロウェッティング電極の構成を横断して印加される可変電圧パターンの印加において、２つの液体及び第１エレクトロウェッティング電極間の接触角は変化される。時間経過と共に変化する接触角は界面波をもたらす。それ故、複数の形、例えば、連続的に調節可能な光学グレーティングを生成することができる。
【０００７】
好適な実施形態においては、第１エレクトロウェッティング電極は少なくとも２つの第１エレクトロウェッティング電極に分割される。第１及び第２エレクトロウェッティング電極における異なる電圧は流体チャンバの側壁との界面の異なる接触角に繋がるため、絶縁性電極としての１つのエレクトロウェッティング電極は既に波を生成しているが、少なくとも２つのエレクトロウェッティング電極は有効な波形数を増加させる。
【０００８】
他の特徴においては、本発明は、エレクトロウェッティングにより界面波を与えるように光学要素を有する光学装置を提供する。本発明のこの特徴の光学装置は、例えば、テレビジョンセットの周りの配光及び配色を与えるようにアプリケーションを照明するための環境プロバイダであることが可能である。このように、例えば、表示されている映画について、更に強い印象を得ることができる。本発明の光学装置はまた、本発明にしたがった光学要素を有する光走査装置であることが可能である。この光要素は、クロストーク変換のための光記録担体の情報層における衛星スポットを生成するように用いられる。更に、本発明の光学装置はまた、光を結合した出射するための、例えば、光導光路の光を結合した出射するための光結合装置であることが可能である。
【０００９】
更なる特徴においては、本発明は、エレクトロウェッティングにより界面波を操作する方法は、
−  流体チャンバを備える段階と
−    流体チャンバを第１流体及び第２流体で満たす段階であって、それらの流体は非混和性であり、それ故、それらの流体は界面に亘って接触している、段階と、
−  第１エレクトロウェッティング電極及び第２エレクトロウェッティング電極を備える段階であって、第１エレクトロウェッティング電極は電気絶縁性流体接触層により第１流体及び第２流体から分離されていて、第２エレクトロウェッティング電極は第１流体において作用する、段階と、
−  界面波を生成するように電圧制御システムにより時間経過と共に両方のエレクトロウェッティング電極間の電圧差を変える段階と、
を有する。
【００１０】
本発明の特徴及び有利点については、例示として与えられ且つ添付図に関連してなされる本発明の好適な実施形態の以下の説明から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、エレクトロウェッティングセル又はエレクトロウェッティング装置である光学要素を示している。そのようなエレクトロセッティング装置は、作用するエレクトロウェッティング現象を利用する装置である。エレクトロウェッティングにおいては、下で説明するように、三相接触角は電圧の印加により変化する。その三相は、二相の流体及び一相の固体から成る。典型的には、流体の少なくとも１つは液体である。
【００１２】
流体は、何れの力に対してその形を変える物質である。それ故、その流体は、チャンバの輪郭に従って流動する又は適合する傾向にあり、気体、蒸気、液体、並びに流動が可能である固体及び液体の混合物を有する。
【００１３】
図１の光学要素は、毛細管を構成する単一の環状の絶縁性電極である第１エレクトロウェッティング電極２を有する。更に、光学要素１は、第１流体Ａ及び第２流体Ｂを有する流体チャンバ３を有する。第１流体Ａ及び第２流体Ｂは界面４において接触している。それら２つの流体Ａ及びＢは非混合性液体であり、第１流体Ａは水及びエチレングリコールの混合物又は塩の水溶液を有する水のような導電性又は極性の液体である。第２流体Ｂは、シリコンオイル又はアルカンのような絶縁性液体である。それら２つの流体Ａ及びＢは、それら２つの液体間の重力の影響を最小化するように、等しい密度を有するように好適に備えられている。このように、レンズは、配向に依存しないで機能するものである。
【００１４】
２つの流体Ａ及びＢは異なる屈折率を有する。流体Ａに加えられる塩の量に依存して、塩溶液は、屈折率が１．３３乃至１．５０の範囲内で変化することが可能である。流体Ｂの選択に依存して、流体Ｂの屈折率は１．２５乃至１．７０の範囲内で変化することが可能である。
【００１５】
流体チャンバ３は、透明な前方要素５と透明な後方要素６により封止されている。このようにして、光は、光学要素１の透明要素５及び６を通って、流体チャンバ３に入射及び出射することができる。
【００１６】
第１エレクトロウェッティング電極２は金属材料から成り、例えば、パリレンの絶縁層がコーティングされている。絶縁層７は、５０ｎｍ乃至１００μｍの範囲内の、典型的には、１μｍ乃至１０μｍの範囲内の値を有する厚さを有する。絶縁層７にコーティングされている流体接触層８は、流体チャンバ３の壁との界面４の接触角αにおけるヒステリシスを減少させる。流体接触層８は、ＤＵＰＯＮＴ（登録商標）社製のＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ１６００のような非晶質フッ素樹脂で好適に形成される。ＡＦ１６００コーティングは、第１エレクトロウェッティング電極２の連続的な浸漬塗布により形成されることが可能であり、その第１エレクトロウェッティング電極２は、電極２の円筒形側面は円筒形電極２に対して実質的に平行であるため、実質的に一様な厚さの材料の均質な層を有する。浸漬塗布は、電極２をその軸方向に沿って浸漬溶液に出し入れするように動かしながら、電極を浸漬することにより実行される。第１流体Ａによる第１接触層８の濡れ性は、電圧が第１及び第２エレクトロウェッティング電極間に印加されていない場合、流体接触層８との界面４と交わる両側において、実質的に等しい。第２エレクトロウェッティング電極９は、前方要素５におけるこの場合には、流体チャンバ３の一端部に備えられ、流体チャンバ５の光軸１０に沿って伸びている、又は、流体チャンバ３内にリングとして備えられることが可能であり、又は、前方要素５における薄膜コーティングであることが可能である。第２エレクトロウェッティング電極９は、この場合、透明電極であり、第２エレクトロウェッティング電極９が第１流体Ａに作用するように、流体チャンバ３の少なくとも一部と共に備えられることが可能である。このように、エレクトロウェッティング電極９は導電性液体Ａと接触している。第２エレクトロウェッティング電極９は、例えば、第２エレクトロウェッティング電極９が絶縁性コーティングで覆われているとき、流体Ａと接触していないことがまた、可能である。第２エレクトロウェッティング電極９は、この場合、流体Ａと容量結合している。更に、エレクトロウェッティング電極９は、流体チャンバ３の光軸１０に沿って界面４を貫通して伸びている。
【００１７】
エレクトロウェッティングは、表面における導電性流体の濡れ性を増加させるように用いられることができる。流体接触層８は、電圧が第１エレクトロウェッティング電極２と第２エレクトロウェッティング電極９との間に印加されていない場合、第１流体Ａに比べて、第２流体Ｂについての濡れ性の方が大きい。エレクトロウェッティングのために、第１流体Ａによる濡れ性は、三相線における界面４の接触角αを変化させる傾向にある第１エレクトロウェッティング電極２と第２エレクトロウェッティング電極９との間の電圧の印加の下で変化する。三相線は、流体接触層８と２つの液体Ａ及びＢとの間の接触線である。接触角は、導電性液体Ａにより測定される、絶縁性第２エレクトロウェッティング電極２との液体／液体界面の角度αとして定義される。それ故、界面４の形は、電圧Ｖ１を印加する電圧制御システムの印加電圧に応じて変化する。導電性液体Ａと接触している第２の共通エレクトロウェッティング電極９と絶縁性エレクトロウェッティング電極２との間の電圧差は、２つの液体Ａ及びＢ間の界面４の接触角αを変化させる。時間経過に伴って変化する接触角αは界面波に繋がり、この実施形態においては、流体チャンバ３の壁との界面４の接触角αは流体チャンバ３の全体の壁に沿って等しい。それらの界面波は、調節可能な振幅及び波長を有する定在波又はランニング波（ｒｕｎｎｉｎｇ  ｗａｖｅ）であることが可能である。フーリエ変換の理論を用いると、幾つかの任意の界面形状を作り出すことが可能である。フーリエ変換は、一間隔又は周期において規定される何れの関数ｆ（ｘ）が一連の正弦及び余弦関数として表されることを示すフーリエ解析から導き出される。それらの正弦及び余弦関数は、空間か又は時間のどちらかの関数である。換言すれば、フーリエ変換は極めて有用な数学的ツールであり、そして、何れの関数は複数の波の和であるフーリエ変換の最重要点である。それらの複数の波は、エレクトロウェッティング電極２及び９における電圧を用いて制御することにより生成されることができる。
【００１８】
図１においては、環状エレクトロウェッティング電極２はまた、２つの別個の電極であることが可能である。このように、２つのエレクトロウェッティング電極２は、エレクトロウェッティング電極２及び９における異なる電圧Ｖ１及びＶ２が流体チャンバ３の壁との界面４において異なる接触角をもたらすため、有効な波形の数を増加させる。
【００１９】
上記では、単一のエレクトロウェッティング電極２について、界面４の周囲で作用するとして説明している。何れの電極も１つ又はそれ以上を備えられることが可能であることが理解できる。それ故、図２Ａ及び２Ｂに示す幾つかの絶縁性電極を用いることがまた、可能である。電極の数が多くなるにつれ、生成される波形数は多くなる。
【００２０】
例えば、図２Ａは、流体チャンバ３の光軸１０に垂直な光学要素１の上部断面図を示している。この実施形態においては、代替のエレクトロウェッティング電極の構成が、流体チャンバ３と接続しているように示されている。図２Ａにおいては、流体チャンバ３の外周の周りに広がっている単一の環状エレクトロウェッティング電極２の代わりに、流体チャンバ３の外周の周りに等しく間隔を置いた１７個の別個のセグメント電極２′が備えられている。各々の側壁セグメント電極２′に及び第２の共通エレクトロウェッティング電極間９に個別の異なる電圧を印加することにより、そのようなエレクトロウェッティング電極構成は、２つの液体Ａ及びＢ間の界面形状の変化を得る。
【００２１】
図２Ｂは、光学要素１の更なる実施形態の断面図であり、その更なる実施形態においては、４つの矩形状セグメント電極２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄが流体チャンバ３の光軸１０について間隔を置き、その光軸に沿って、平行な長手方向のエッジを有する四角形の構成で、第２エレクトロウェッティング電極９が備えられている。そのようにして、正方形チャンバ３が形成される。セグメント電極２′、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの内側表面は、例えば、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ１６００から成る連続的に一様な厚さの電気絶縁性流体接触層１１で覆われている。第２エレクトロウェッティング電極９は見えない又は透明であり、必要に応じて、光軸１０に沿って流体チャンバ３の中心に又は中心を外れて備えられることが可能である。
【００２２】
図２Ａ及び２Ｂを参照するに、電圧が、側壁セグメント電極２′及び２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと第２エレクトロウェッティング電極９との間に印加される。各々の電極と定在波又はランニング波が生成される界面４との間の異なる接触角と電極に印加される異なる電圧との組み合わせにより、定在波又はランニング波が生成される。アプリケーションに応じて、１個乃至１０個の範囲内の電極が好ましく、１個乃至４個の範囲内の電極が最適である。１個の電極は、アドレス指定されることが容易であり、それ故、低コストのアプリケーションについて用いられる。図２Ａ及び２Ｂの上記構成の結果は、光軸１０と平行な複数の小さい電極に環状エレクトロウェッティング電極２を分割して、例えば、２′及び２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは異なる接触角αに繋がり、それ故、特定波長を生成するために更なる可能性が生じる。
【００２３】
光学要素１の更なる実施形態においては、１つの電極２のみが流体チャンバ３の１つの側壁に備えられることがまた、可能である。その場合、電極に電圧を印加することにより生成される波は、流体チャンバ３の反対側の側壁において反射される。流体チャンバ３の反対側の側壁は波反射壁であり、それ故、その波は反射される。他の実施形態は、波が反射されないが吸収されるように、流体チャンバ３の反対側の側壁が波吸収壁を有する場合に生じる。
【００２４】
更に、流体チャンバ３は円筒として図１に示されている一方、流体チャンバ３は、実際には、何れの好ましい形を有することが可能であることが理解できる。流体チャンバ３は、円筒形、楕円形、矩形、ドーナツ形等のような円形以外の他の形状を有することが可能である。流体チャンバ３の形はアプリケーションに依存する。それらの実施形態においては、矩形又は円筒形流体チャンバ３が好ましい。図１における流体チャンバ３の側壁は光軸１０に平行に備えられている。しかしながら、側壁は光軸１０に平行である必要はない。例えば、矩形又は正方形状流体チャンバは、流体チャンバのようにピラミッド状であることが可能であり、例えば、円筒形流体チャンバは円錐状流体チャンバであることが可能である。流体チャンバ３の形におけるそれらの変化は他の波形に繋がり、しばしば、定在波又はランニング波のより大きい波の振幅を可能にする。それらの波形は、流体チャンバの形状ばかりでなく、電極構造、液体Ａ及びＢの密度及び表面張力並びにエレクトロウェッティング電極２及び９において印加される電圧に依存する。
【００２５】
光学要素１の更なる実施形態においては、流体Ａ、Ｂの少なくとも一は光反射粒子（図示せず）を有する。前記粒子が流体ＡとＢとの間の界面に位置するように処理されていて、その粒子はミラーとして作用する。それ故、光反射波が生成される。
【００２６】
図１を参照するに、本発明の実施形態は、定在波又はランニング波を生成するためのものである。エレクトロウェッティング電極２の電圧を周期的に変えることにより、定在波又はランニング波を生成することが可能である。エレクトロウェッティング電極２の電圧が１周期内でどのように切り換えられるかに依存して、定在波又はランニング波の形が決定される。定在波又はランニング波の結果的に得られる構造はグレーティングとして用いられることが可能である。
【００２７】
２つの流体Ａ及びＢ間の界面は完全に静止してはいず、時間依存性である。ランニング波の場合、波は一方向において界面４に沿って伝わる。定在波は、２つのランニング波の和であると定義され、界面波の振幅は常に０である節１４として表される点を与える。節１４は、半波長の距離の中に常に存在する。振幅の先端は腹１２、１３として定義される。節において、界面４は静止状態にある。腹１２、１３においては、界面４は上下に動く。図１においては、２つの流体Ａ及びＢ間の界面４は、時間の経過と共に特定の瞬間にグレーティングを現す。振動時間の半周期後には、上側の腹１２は下がり、下側の腹１３は上がることに留意されたい。節１４はそれらの位置を維持している。振幅時間の１／４周期後には、界面は平坦になる。それ故、グレーティングの形は時間依存性である。更に、波は、通常、形が矩形状ではなく、それ故、波から成るグレーティングは完全ではない。波の形、例えば、矩形、正弦波形状等は、グレーティングの効率を決定する。節１４の間の距離はグレーティング定数を決定する。それ故、連続的に調節可能なグレーティングを生成することが可能である。定在波の腹１２、１３が上限に動くことは、一部のアプリケーションについては問題点である。波生成電圧制御システムに光源トリガを結び付けることにより、光源は、腹が特定の位置にあるときにのみ作用するようにされることが可能である。このことは、回折光の出力について有利である。
【００２８】
定在波は、流体チャンバ３内に半波長の整数倍が収容されている場合に、生成される。ランニング波は、例えば、流体チャンバ３の各々の側における２つの電極２が異なる電圧を生成する場合に、又は界面波の波長λが流体チャンバ３における定在波の生成のための基準に適合しない場合に、生成される。そのような連続的に調節可能な光学グレーティングの主目的は、照明アプリケーションにおける環境プロバイダを提供することであるが、そのような装置はまた、他のアプリケーションで利用されることが可能である。
【００２９】
環境プロバイダは、動画の送信以外に、テレビジョン（ＴＶ）セットにおける配光及び配色を生成するＴＶセットである。このことは、例えば、表示される映画又はスポーツイベントについての技術を改善する。このようにするために、配光を変化させるように複数の方法が既に存在している。しかしながら、それらの装置及び方法は、大部分が機械に基づき且つコストが掛かるものである。更に、それらの装置はまた、摩耗が生じ易く、有効な配光構成数は限定的である。
【００３０】
図３Ａ及び３Ｂにおいては、環境プロバイダの一部のみが、即ち、本発明の最も重要な部分のみが示されている。光学要素１は、図１の光学要素と同じ構成を有し、それ故、同じ参照番号が発光ダイオード（ＬＥＤ）１００の前方に備えられている。このＬＥＤ１００は、ＬＥＤ１００が３つのエミッタを有するように製造されているために、白色光１０１を出射し、それらの３つのエミッタは、異なる波長を、それ故、異なる色の怒りを出射する。それ故、このような構成は白色光を生成する。２つ以上のＬＥＤ及び／又は２つ以上の光学要素を用いることがまた、可能である。何れの色の１つのＬＥＤを用いることがまた、可能である。このように、光強度を変化させることにより、全ての種類の色を生成することが可能であるため、３つのＬＥＤ（赤色、緑色、青色）を用いることが好ましい。
【００３１】
上記のように、界面波は、２つの非混和性液体Ａ及びＢ間の境界４において生成される。この実施形態においては、有効な波のモードはまた、流体チャンバの周囲の壁の形状、電極構造及び電極に印加される電圧に依存する。ＬＥＤ１００の前方に光学要素１を備えることにより、図３Ａ及び３Ｂにおいて、環境プロバイダの最も重要な部分についての同じ構成が示されているが、界面４の波モードは両方の図において異なり（換言すれば、一のＬＥＤの前方の一の光学要素において異なる波モードを生成することが可能であり）、扱うモードに依存して、種々の配光を与えることが可能である。それらのモードは、定在波か又はランニング波のどちらかであることが可能である。両方の場合に、配光は固定されていない。定在波の場合、ＴＶセットの周りの部屋の壁における配光は所定の位置に実質的に固定されたまま保たれているが、定在波が変化するのと同じ方式で、時間経過と共に光強度が変化することが可能である。そのことは、ＬＥＤ１００の光スポットが壁上を移動せず、光スポットは多かれ少なかれ１つの位置に留まっていることを意味する。しかしながら、光スポットは、定在波の腹として、多かれ少なかれ上下に移動する。ランニング波の場合、壁上の光スポットは、ランニング波が界面４に沿って伝わるにつれて、壁に沿って流れる。
【００３２】
信号時間に応じて、生成されるスポット又は画像は、速い振動時間の間に人間の眼により平均化される（人間の眼はフリッカ融合周波数に対してのみ決定する）か又は、遅い振動時間の間に、人間の眼にとって可視的になる。それ故、速い振動時間については、配光は、固定されているように見える。
【００３３】
この実施形態においては、２つの非混和性液体Ａ及びＢは同じ屈折率及び異なる透過特性を有する場合、界面波によりもたらされるそれら２つの液体の厚さ変動はまた、光スポットが送られる壁における配光における差異をまた、生じさせることが可能である。
【００３４】
環境プロバイダのようなＴＶセットの場合、光学要素と組み合わされているＬＥＤはＴＶセットの境界に備えられている。生成された光パルスはＴＶセットの周りに光を生成する。配光及び配色は、ＴＶにおいて表示されるシーン又はプログラムの種類に対して結び付けられる。
【００３５】
各々のＬＥＤ１００の光強度を変化させることと組み合わせて、各々の光学要素のコードを変えることにより、非可動部品を有する低コストの光学装置が得られる。必然的に、環境プロバイダとしての他の装置、例えば、コンピュータを備えることがまた、可能である。
【００３６】
本発明の他の実施形態においては、光学要素１は、図４にしたがった光結合装置において備えられている。光結合装置は、光ビームを生成するための光源と、光源からある場所に光を送信するための少なくとも１つの導光路とを有する。図４においては、１つの導光路１５のみを示している。導光路１５の構成については、導光路は従来技術の文献において既知であるために、ここでは詳細説明を省略する。導光路１５は、光が導光路１５の側壁１６及び１６′において全反射されるように構成されている。この実施例においては、単に１つの全反射された光ビーム１７が導光路１５において示されている。全反射は、光ビームの入射角が全反射の臨界角と同じ位大きい場合に起こり、反射は、光学的に粗な媒体に対して表面に光学的に密な媒体を備えている導光路１５において起こる。光学的に粗な媒体、例示としての空気は、導光路１５の屈折率に比べて小さい屈折率を有する。
【００３７】
導光路１５は、図１に示す光学要素１８に結合される。光学要素１８は、図１の光学要素１と同じ構成を有する。しかしながら、流体Ａ及びＢの液体レベルは、波１９が光学要素１８の底部に、それ故また、導光路１５の側壁１６に接触するように低いものである。流体Ａは、シリコンオイル又はアルカン等の電気絶縁性液体である。流体Ｂは、水又は塩水溶液を有する水等の電気導電性液体である。流体Ａの屈折率は１．２５乃至１．７０の範囲内で変化することが可能であり、流体Ｂの屈折率は１．３３乃至１．５０の範囲内で変化することが可能である。この実施形態におけるそれらの流体は、流体Ａは大きい屈折率を有し、流体Ｂは小さい屈折率を有するように選択される。
【００３８】
導光路１５の光出力を結合して出射するように、流体Ａ／流体Ｂ界面に沿ってランニング波１９は、ランニング波１９の振幅が図４に示すように側壁１６において導光路１５に接するように十分に大きいように、導かれることが必要である。各々の位置で、例えば、波が導光路１５と接する位置２０及び２１において、それらの位置では、全内部反射はもはや起こらないために、光１７′が結合して出射する。他の実施例においては、波の振幅は時間の経過と共に変化することが可能である。それ故、１つの走査線が生成されることが可能である。このことは、図１に関連して詳細に説明した光学要素１８の電極は１つの信号波のみを生成することが可能であることを意味している。図４のこの装置により、光は、良好で経済的な方法で結合して出射されることが可能である。
【００３９】
この実施例は、特に、液晶ディスプレイのバックライト又は照明アプリケーションにおいて備えられるものである。
【００４０】
図５は、光記録担体２３を走査するための光走査装置２２を示している。記録担体２３は、情報層２５が備えられている一方側における透明層２４を有する。透明層２４から離れて対向する情報層２５の側は、保護層２６により環境の影響から保護されている。光走査装置２２に対向する透明層２４のその側は入射面２７と呼ばれる。透明層２４は、情報層２５のために機械的に支持することにより記録担体２３のための基板として機能する。代替として、透明層２４は、情報層２５を保護する機能のみを有することが可能である一方、機械的支持は、情報層２５の他の側における層により、例えば、保護層２６により、又は情報層２５に接続された更なる情報層及び透明層により与えられる。情報は、実質的に平行な同心円状又は螺旋状トラックにおいて配列されている光学的に検出可能なマークの形で記録担体２３の情報層２５において記憶されることが可能であるが、図５には示されていない。それらのマークは、何れの光学的に読み取り可能な形にあり、例えば、周囲と異なる反射係数又は磁化方向を有する領域又はピット若しくはそれらの組み合わせの形にあることが可能である。
【００４１】
走査装置２２は、発散放射ビーム２９を出射する放射源２８、例えば、半導体レーザを有する。ビームスプリッタ３０は、コリメータレンズ３１の方に放射ビーム２９を反射する。コリメータ３１は、発散ビーム２９をコリメートされたビーム３２に変換する。コリメートされたビーム３２は対物系３に入射する。
【００４２】
対物系３３は、１つ又はそれ以上のレンズ又はグレーティングを有することが可能である。更に、対物系３３は光軸３４を有し、記録担体２３の入射面２７に入射する収束ビーム３５にコリメートされたビーム３２を変える。その収束ビーム３５は、情報層２５上に走査スポット３６を形成する。情報層２５により反射された放射は、対物系３３により実質的にコリメートされたビーム３８に変換される発散光３７を構成し、続いて、コリメータレンズ３１により収束ビーム３９に変換される。ビームスプリッタ３０は、検出系４０の方に変換ビーム３９の少なくとも一部を透過することにより、前方ビーム２９及び反射ビーム３９に分離する。検出システム４０は放射を捕捉し、その放射を電気出力信号４１に変換する。信号処理器４２はそれらの出力信号４１を種々の他の信号に変換する。それらの信号の一は情報信号であり、その情報信号の値は情報層２５から読み取られた情報を表す。情報信号４３は、エラー補正のための情報処理ユニット４４により処理される。信号処理器４２からの他の信号は焦点エラー信号及び径方向エラー信号４５である。焦点エラー信号は、走査スポット３６と情報層２５との間の軸方向の高さの差を表す。径方向エラー信号は、走査スポット３６により追従される情報層２５におけるトラックの中心と走査スポット３６との間の情報層２５の面における距離を表す。焦点エラー信号及び径方向エラー信号４５は、焦点アクチュエータ及び径方向アクチュエータのそれぞれを制御するためのサーボ制御信号４７にそれらの信号を変換する回路４６に供給される。それらのアクチュエータは図４には示されていない。焦点アクチュエータは、焦点方向４８において対物系３３の位置を制御し、それにより、情報層２５の面と実質的に一致するように、走査スポット３６の実際の位置を制御する。径方向アクチュエータは、径方向４９における対物系３３の位置を制御し、それにより、情報層２５において追従されるトラックの中心線とできるだけ一致するように、対物系３３の位置を制御する。図５におけるトラックは、その図の面に対して垂直な方向にある。
【００４３】
この実施形態においては、図５の光走査装置２２はまた、記録担体より厚い透明層を有する第２種類の記録担体を走査するように適合されることが可能である。光走査装置２２はまた、第２種類の記録担体を走査するように異なる波長を有する放射ビーム又は放射ビーム２９を用いることが可能である。この放射ビームの開口数は記録担体の種類に適合されることが可能である。対物系３３の球面収差補償は、それに応じて適合される。
【００４４】
更に、図５においては、図１、２ａ及び２ｂに関連して説明した光学要素２ａ、２ｂに類似している光学要素５０を示している。この光学要素５０は、放射源２８とビームスプリッタ３０との間の光放射中に好適に備えられている。電圧制御システム５１は、現時点で走査されている情報層２５に応じて光学要素５０の電極に選択された電圧を印加するために備えられている。この実施形態においては、光学要素５０の流体チャンバは矩形状である。流体チャンバの壁において図１に関連する第１エレクトロウェッティング電極２に類似する第１エレクトロウェッティング電極は、第１流体及び第２流体間で平坦な界面の定在波を得るように、周期的にアドレス指定される。定在波は、特定の接触角の直線グレーティングを与える。このように、調節可能な直線グレーティングを生成することが可能である。このグレーティングは、中心の走査スポット３６に隣接するスポット（衛星スポット）を生成するように用いられる。それらの衛星スポットは、中心の走査スポット３６からの誤った情報をフィルタリングにより除去する。それ故、衛星スポットは、クロストーク変換のために読み取るように用いられる。
【００４５】
光学要素５０は、コマ及び非点のような非対称な波面変更を生成することができる調節可能波面変更器であることがまた、可能である。波面変更器としての光学要素５０を用いて、光記録担体２３のチルト量だけもたらされたコマを補償することが可能である。対物系４３が中心を外れている場合に必要な非点はまた、本発明にしたがった波面変更器により導入されることが可能である。
【００４６】
図１及び図５のそれぞれに示す光学要素５０は、不所望の収差に対して、好ましい収差の範囲又はクロストーク変換のための衛星スポットを生成するように用いられることができる。図１及び５に示すような光学要素を提供することにより、安価な動作補償装置を備えることが可能であり、そのような光学要素が光学装置の領域において組み込まれることができることが理解できる。
【００４７】
液体Ａ及びＢの透過率が異なり、界面波がそれぞれに存在する又は生成される場合、このことはまた、環境プロバイダを用いることにより部屋の壁における光強度変化をもたらす。
【００４８】
上記の実施形態は、本発明の例示としての実施例として理解されるべきものである。一実施形態に関連して説明した何れの特徴はまた、その実施形態の他及び他の光学装置において用いられることが可能であることが理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施形態にしたがった光学要素の断面図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態にしたがった光学要素で用いるエレクトロウェッティング電極構成の平面図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態にしたがった光学要素で用いる代替のエレクトロウェッティング電極構成の平面図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態にしたがった環境プロバイダの一部の模式的断面図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態にしたがった環境プロバイダの一部の模式的断面図である。
【図４】本発明の実施形態にしたがった光結合装置の模式的断面図である。
【図５】本発明の実施形態にしたがった光走査装置の模式的断面図である。
【図１】
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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５】
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【国際調査報告】
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