(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の状態と第２の状態とにすることが可能な電気的切替可能ディフューザと、
前記電気的切替可能ディフューザに隣接して配置された少なくとも１つの光偏向要素と、
前記電気的切替可能ディフューザに隣接し、かつ前記光偏向要素とは反対側に配置されているコリメート光源と、を備えている光学装置であって、
駆動状態では、前記コリメート光源は、中心光軸を有し、かつ約４０度以下の最小角度幅を有する入力光円錐を発生させるように構成され、
前記電気的切替可能ディフューザが前記第２の状態ではあるが前記第１の状態ではないときに、前記コリメート光源からの光の少なくとも一部分は、前記光偏向要素に入射する一方で、
前記電気的切替可能ディフューザが前記第１の状態ではあるが前記第２の状態ではないときに、前記コリメート光源からの光の少なくとも一部分は、前記光偏向要素に入射しない、光学装置。
【請求項２】
前記第１の状態は透明状態である、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記電気的切替可能ディフューザと前記少なくとも１つの光偏向要素とは平行ではない、請求項１に記載の光学装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの光偏向要素の少なくとも一部分は、曲線状である、請求項１に記載の光学装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの光偏向要素は微細構造化面を含んでいる、請求項１に記載の光学装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの光偏向要素は、反射体を含む、請求項１に記載の光学装置。
【請求項７】
少なくとも第１の状態と第２の状態とになることが可能な電気的切替可能ディフューザと、
前記電気的切替可能ディフューザに隣接して配置された実質的に平坦な光偏向要素と、
前記電気的切替可能ディフューザに隣接し、かつ前記光偏向要素とは反対側に配置されたコリメート光源と、を備えている光学装置であって、
駆動状態では、前記コリメート光源は、中心光軸を有し、かつ約４０度以下の角度幅を有する入力光円錐を発生させるように構成され、
前記光偏向要素は、前記中心光軸から中心部分の縁部までを測定した最小半径ｒを備えた中心部分と、前記中心部分を含まない外側部分と、を含み、
前記光偏向要素は、前記切替可能ディフューザから、前記中心光軸に沿って測定したある距離ｌに配置され、
前記外側部分は入射光の方向を変換するが、前記中心部分は、前記コリメート光源から前記少なくとも１つの光偏向要素に入射した光に対して実質的に方向を変換せず、
ｌはｒよりも大きいか又は実質的に等しい光学装置。
【請求項８】
前記中心部分は、空気を含む、請求項７に記載の光学装置。
【請求項９】
前記外側部分も前記中心部分も含まない第２の外側部分を更に備え、前記第２の外側部分は、前記コリメート光源からの入射光を再度方向付けする、請求項７に記載の光学装置。
【請求項１０】
少なくとも第１の状態と第２の状態とになることが可能な電気的切替可能ディフューザと、
前記電気的切替可能ディフューザに隣接して配置された実質的に平坦な光偏向要素と、
前記電気的切替可能ディフューザに隣接し前記光偏向要素と反対側に配置されたコリメート光源と、を備える光学装置であって、
駆動状態では、前記コリメート光源は、中心光軸を有し、かつ約４０度以下の角度幅を有する入力光円錐を発生させるように構成され、
前記光偏向要素は、中心部分と、前記中心部分を含まない少なくとも１つの外側部分とを含み、前記中心部分と前記少なくとも１つの外側部分とは少なくとも部分的に境界を共有し、
前記境界における前記中心部分と前記少なくとも１つの外側部分との間で、前記コリメート光源から前記光偏向要素に入射した光の光偏向に急激な変化が存在する、光学装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
ランプ及び照明装置が一般的な周囲照明及び作業照明用に使用される。また場合によっては、それらを安全、標識、ナビゲーション、又は装飾目的に対して用いる場合がある。切替可能ディフューザは典型的に、電動フィルム又は層であって、少なくとも一部分を概ね透明状態から概ねヘイズ状態へ切り替え可能なものである。
【発明の概要】
【０００２】
一態様では、本開示は光学装置に関する。光学装置は、少なくとも第１の状態と第２の状態とにすることが可能な電気的切替可能ディフューザと、電気的切替可能ディフューザに隣接して配置された少なくとも１つの光偏向要素と、電気的切替可能ディフューザに隣接して配置されたコリメート光源とを含んでいる。コリメート光源は、駆動状態では、中心光軸を有し約４０度以下の最小角度幅を有する入力光円錐を発生させるように構成されている。コリメート光源からの光の少なくとも一部分は、電気的切替可能ディフューザが第２の状態ではあるが第１の状態ではないときに、光偏向要素に入射する。いくつかの実施形態では、第１の状態は透明状態である。いくつかの実施形態では、コリメート光源は、約４０度以下の角度幅を有する入力光円錐を発生させるように構成されている。いくつかの実施形態では、電気的切替可能ディフューザと少なくとも１つの光偏向要素とは平行ではない。いくつかの実施形態では、電気的切替可能ディフューザはスメクティックＡを含んでいる。いくつかの実施形態では、電気的切替可能ディフューザの少なくとも一部分は曲線状である。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの光偏向要素の少なくとも一部分は曲線状である。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの光偏向要素は、微細構造化面、反射体、又はディフューザを含んでいる。
【０００３】
別の態様では、本開示は光学装置に関する。光学装置は、少なくとも第１の状態と第２の状態とにすることが可能な電気的切替可能ディフューザと、電気的切替可能ディフューザに隣接して配置された略平面の光偏向要素と、電気的切替可能ディフューザに隣接し光偏向要素と反対側に配置されたコリメート光源と、を含んでいる。コリメート光源は、駆動状態では、中心光軸を有し約４０度以下の角度幅を有する入力光円錐を発生させるように構成されている。光偏向要素は、中心部分であって、中心光軸から中心部分の縁部まで測定した最小半径ｒを伴う中心部分と、中心部分を含まない外側部分とを含んでいる。光偏向要素は、切替可能ディフューザから、中心光軸に沿って測定した距離ｌに配置されている。外側部分は入射光の方向を変換するが、中心部分は、コリメート光源から少なくとも１つの光偏向要素に入射した光に対して実質的に方向を変換せず、ｌはｒよりも大きいか又は実質的に等しい。いくつかの実施形態では、中心部分は空気を含んでいる。いくつかの実施形態では、ｌは２ｒよりも大きいか又は実質的に等しい。いくつかの実施形態では、光偏向要素の外側部分は光偏向要素の外縁全体に隣接している。いくつかの実施形態では、光学装置は、外側部分も中心部分も含まない第２の外側部分を更に含み、第２の外側部分はコリメート光源からの入射光の方向を変換する。
【０００４】
更に別の態様では、本開示は光学装置に関する。光学装置は、少なくとも第１の状態と第２の状態とにすることが可能な電気的切替可能ディフューザと、電気的切替可能ディフューザに隣接して配置された略平面の光偏向要素と、電気的切替可能ディフューザに隣接し光偏向要素とは反対側に配置されたコリメート光源とを含んでいる。コリメート光源は、駆動状態では、中心光軸を有し約４０度以下の角度幅を有する入力光円錐を発生させるように構成されている。光偏向要素は、中心部分と中心部分を含まない少なくとも１つの外側部分とを含み、中心部分と少なくとも１つの外側部分とは少なくとも部分的に境界を共有する。境界における中心部分と少なくとも１つの外側部分との間で、コリメート光源から光偏向要素に入射した光の光偏向に急激な変化が存在する。いくつかの実施形態では、光偏向の急激な変化は、光散乱に不連続変化が存在することを意味する。いくつかの実施形態では、光偏向の急激な変化は、中心光軸に対する光偏向方向に不連続変化が存在することを意味する。いくつかの実施形態では、光偏向の急激な変化は、偏向角度が１０度を超える不連続変化を意味する。いくつかの実施形態では、光偏向の急激な変化は、偏向角度が３０度を超える不連続変化を意味する。いくつかの実施形態では、光偏向の急激な変化は、反射率が１０％を超える不連続変化を意味する。いくつかの実施形態では、光偏向の急激な変化は、反射率が５０％を超える不連続変化を意味する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】光学装置の概略的な立面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの光学装置が透明状態にある概略的な立面図である。
【図１Ｃ】図１Ａの光学装置がヘイズ状態にある概略的な立面図である。
【図２Ａ】透明状態にある別の光学装置の概略的な立面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの光学装置がヘイズ状態にある概略的な立面図である。
【図３】ヘイズ状態にある別の光学装置の概略的な立面図である。
【図４Ａ】典型的な光偏向要素の一連の平面図である。
【図４Ｂ】典型的な光偏向要素の一連の平面図である。
【図４Ｃ】典型的な光偏向要素の一連の平面図である。
【図４Ｄ】典型的な光偏向要素の一連の平面図である。
【図５Ａ】光学装置における光偏向要素の典型的な構成の一連の平面図である。
【図５Ｂ】光学装置における光偏向要素の典型的な構成の一連の平面図である。
【図５Ｃ】光学装置における光偏向要素の典型的な構成の一連の平面図である。
【図５Ｄ】光学装置における光偏向要素の典型的な構成の一連の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
照明装置及び他の照明装置は、機能的及び美的の両方の理由で興味深い。例えば、非常にフォーカスされた作業光であれば、医療処置中又は薄暗い周囲照明を伴う暗い環境内での可視性が可能になる場合があり、一方で、より拡散した照明装置であれば、作業空間又は部屋に対する多目的照明が得られる場合がある。同様に、異なる光配分は、興味深いか若しくは有用な効果が得られる場合があるか、又は観察者の注意を特定の対象物に向けるか若しくはそこからそらす場合がある。いくつかの用途においは、異なるスタイル間及び配分間での切り替えを、即時に、すなわち、照明器具の分解も、再構成も、再組み立ても、ランプの物理的な操作も、又は追加部品を提供して取り付けることも必要とせずにできることが望ましい場合がある。
【０００７】
切替可能ディフューザが可能性のある解決方法であるが、これらの電気的に切替可能な解決方法は、高い程度のヘイジネスを実現するのが難しい。したがって、切替可能ディフューザに直接照明するコリメート光源は、概して、照明装置の最終的な出力配分に対する影響をわずかしか有しない。言い換えれば、入力配分は、切替可能ディフューザのヘイズ状態によって大きく影響されない（広がらない）。これは使用目的によっては十分であり得るが、ランプの照明プロファイルにもっと強烈で人目を引くか又は顕著な変化があった方が、特定の用途に対して有用であるか又は興味深い動的効果をもたらす場合がある。
【０００８】
特定の実施形態では、開示された光学装置は、切替可能ディフューザ及びそれに続く光偏向要素を含んでいる。これらの光偏向要素は、光をその前の経路から著しくはずれさせ得る。切替可能ディフューザと組み合わせると、光偏向要素によって、ヘイズ状態と透明状態との間の移行を越えて、ランプ又は照明装置の配光の見た目に大きな変化が生じることが可能になる場合がある。一例として、ある状態から別の状態に切り替わると、この組み合わせによって、これまで照明されていなかった環境領域（例えば壁又は対象物の一部分）が照明される場合がある。
【０００９】
図１Ａは、光学装置の概略的な立面図である。光学装置は、切替可能なディフューザ１１０と、制御メカニズム１１２と、第１の光偏向要素１２０と、第２の光偏向要素１３０（微細構造１３２を含む）と、コリメート光源１４０とを含む。コリメート光源は、中心光軸１４４を有する入力光円錐１４２を発生させる。
【００１０】
切替可能ディフューザ１１０は、任意の好適な材料及び（任意の好適なサイズの）任意の好適な３次元形状であってもよい。いくつかの実施形態では、切替可能ディフューザ１１０は電気的切替可能ディフューザであってもよい。電気的切替可能ディフューザは概して、構造的支持材料の間に挟まれた活性物質、例えばポリマー又はガラスを含んでいる。いくつかの実施形態では、これらの構造的支持材料は、電気的活性層、例えば透明導電体又は電極を更に含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、構造的支持材料は、好適な材料セットから選択してもよいし、又は切替可能ディフューザ全体が可撓性である又は変形可能になる（及び曲線形状又は切子面のある形状も可能になる）ように好適な厚さを有していてもよい。活性物質は液晶材料であってもよいしこれを含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、活性物質はポリマー分散型液晶（ＰＤＬＣ）であってもよいしこれを含んでいてもよい。ポリマー分散型液晶はヘイズのように見え、電圧差が印加されない限り光を拡散する。十分に強い電界の存在下では、ポリマー分散型液晶材料は力線に沿って揃って、光の散乱が比較的低い実質的に透明状態及び見た目が得られる。いくつかの実施形態では、活性物質はスメクティックＡ液晶を含んでいる。スメクティックＡは、適切な周波数を有する異なる電圧波形（例えば、正弦波、矩形波）を与えることによって、透明からヘイズへ切り替えることができる。いくつかの実施形態では、ヘイズ状態及び透明状態を得るための周波数は著しく異なる。いくつかの実施形態では、活性物質は双安定である。双安定の意味は、本出願に対する目的上、ヘイズ状態及び透明状態の両方が、電圧又は電気信号を連続的に印加することなく、適切な応用依存の時間に渡って維持可能であるということである。いくつかの用途においては、数分又は数時間の双安定性で十分な場合がある。他の用途（例えば屋外看板又は交通安全用途）においては、数日、数週、数月、又は更に数年の双安定性を有することが望ましい場合がある。
【００１１】
いくつかの実施形態では、切替可能ディフューザの活性物質は、中間ヘイズ状態が可能であってもよい。これは、ヘイジネスの単一の中間状態（最大及び最小ヘイジネス状態の間）であってもよいし、又は最小及び最大ヘイジネス間の連続に沿った任意のヘイジネス状態の配列であってもよい。いくつかの実施形態では、切替可能ディフューザの活性物質の要素は個別にアドレス可能であってもよい。これには、成形されたセグメントの扱いが、格子構成によって切替可能ディフューザの面積範囲に渡る画素化された制御が得られる実施形態とは異なる実施形態が含まれる。これらの特徴を組み合わせることで、模様のあるヘイズ状態が得られる場合がある。これは、切替可能ディフューザが観察者に見えるならば、興味深いか又は有用なオフ状態又は非作動状態表示となる。例えば、切替可能ディフューザは、ヘイズバージョンの商標又はロゴを（正又は負のスペースにおいて、すなわち、商標に割り当てられた透明又はヘイズ値を用いて）、又は他の情報、例えば現在時刻又は日付を表示してもよい。
【００１２】
ヘイジネス又はヘイズの特徴を、透過光のうち散乱されてその方向が入射ビームの方向から２．５度を超えて外れる割合としてもよい。これは、ＡＳＴＭ  Ｄ１００３−１３「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｈａｚｅ  ａｎｄ  Ｌｕｍｉｎｏｕｓ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ  ｏｆ  Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ」に指定されている通りである。ヘイズの測定は、ＨＡＺＥ−ＧＡＲＤ  ＰＬＵＳメーター（販売元はＢＹＫ−Ｇａｒｄｎｅｒ  Ｉｎｃ．（シルバースプリングス、メリーランド州））を用いて行なうことができる。いくつかの実施形態では、切替可能ディフューザは透明状態におけるヘイズが５％未満であってもよいし、又は１％未満でさえあってもよい。いくつかの実施形態では、切替可能ディフューザのヘイズ状態は、５０％、８０％、９０％、９５％、又は更に９９％より大きくてもよい。なお、同じ又は同様の測定ヘイズ値をもたらす基材の配光が非常に異なっていてもよい。
【００１３】
制御メカニズム１１２は、切替可能ディフューザ１１０の切り替えを制御するために用いる電気部品の任意の組み合わせを表している。制御メカニズム１１２は、変圧器、マイクロプロセッサ、及びデータを受け取るための手段、例えばアンテナを含んでいてもよい。説明を簡単にするために、制御メカニズム１１２を、図１Ａにおいて（またこの説明における図の全体を通して）概略的に例示している。制御メカニズム１１２は、切替可能ディフューザ１１０に電気信号を送るための任意の伝導性ワイヤ、リード、又は電極を含んでいる。制御メカニズム１１２は更に、切替可能ディフューザ１１０に対する切替機能を実現するために光学装置とともに用いる任意の外部部品を含んでいてもよい。
【００１４】
第１の光偏向要素１２０は、任意の好適な形状、任意の材料であってもよく、事実上任意の光学機能を果たしてもよい。図１Ａ〜１Ｃに示すように、第１の光偏向要素１２０は反射要素であるが、他の多くの光学機能（及びそれに応じて、材料、要素、及び要素の組み合わせ）が可能である。例えば、第１の光偏向要素１２０は、以下であってもよいし又は以下を含んでいてもよい。拡散、鏡面、若しくは半鏡面反射体、部分反射体、半透過反射体、吸収、反射、若しくは吸収／反射偏光子、ダウンコンバート材料若しくは量子ドット、カラーフィルタ若しくは顔料、ルーバ若しくは光制御フィルム、体積／バルク若しくは表面ディフューザ（例えば、設計表面若しくはホログラフ的に複製された表面を有するディフューザ）、レンズ若しくはコリメート屈折光学部品、発散レンズ、微細構造化面若しくは微細構造化フィルム（例えばプリズムフィルム、回転フィルム）、又は他の好適な光学部材。いくつかの要素は、穿孔してもよいし、ストライプ状であってよいし、又は他の場合には空間的に変形していてもよい。例えば、第１の光偏向要素１２０の反射率がその長さに渡って変化してもよい。例えば、光偏向要素１２０は、多層反射フィルムであってもよく、この多層反射フィルムは、フィルムの部分における反射率を減少又は実質的になくす可能性さえある複屈折を緩和又は除去するために、フィルムの部分に光又は放射エネルギーを付与し選択的に加熱される。このようなフィルムは、米国特許出願公開第２０１１／０２５５１６３号（Ｍｅｒｒｉｌｌら）に記載されている。しかしこの説明の目的上、光透過性基材であっても、他の光学機能性がないものは、光方向変換要素とはみなされない。
【００１５】
第１の光偏向要素１２０を、所望の応用例に対する適切な配光をもたらすために位置させてもよいし又は構成してもよい。例えば、第１の光偏向要素１２０は、部分的又は全体的に曲線状であっても切子面があってもよいし、切替可能ディフューザの平面に平行であっても垂直であってもよいし、又はそれらの間で任意の方位を有していてもよい。それは、切替可能ディフューザの表面から任意の好適な距離で離間に配置してもよく、いくつかの実施形態では、切替可能ディフューザの面積範囲を越えて延びてもよい。言い換えれば、切替可能ディフューザを第１の光偏向要素上に投影したもの又はその逆は、部分的にのみ重なっていてもよい。
【００１６】
第２の光偏向要素１３０は、図１Ａの実施形態では、複数の微細構造１３２を含む光方向変換又はプリズムフィルムとして示している。第２の光偏向要素１３０は、第１の光偏向要素１２０と同じ光学要素であってもよいし又はそれを含んでいてもよいし、又はそれらは異なっていてもよい。用途に応じて、第１及び第２の光偏向要素の位置又は構成は、同様であっても、対称的であっても、又は非対称的であってもよい。いくつかの実施形態では、２つを超える光偏向要素が可能である。
【００１７】
コリメート光源１４０は、中心光軸１４４を有する光入力円錐１４２を発生させる。いくつかの実施形態では、入力光円錐１４２の寸法は４０度を超えない角度幅を伴っている。いくつかの実施形態では、入力光円錐１４２は角度幅が４０度以下である。用途に応じて、より大きなコリメート化の程度（又はより狭い角度幅）が望ましい場合がある。角度幅は、半値幅（ＦＷＨＭ）値として測定してもよい。いくつかの実施形態では、コリメート光源の特徴は、コリメート光源からのパワー又は輝度の３０％、２０％、又は１０％以下が、４０度、３５度、３０度の角度幅、又は任意の好適なコリメート化の程度を伴う円錐の外側にあり得るということであってもよい。コリメート光源１４０は、任意の光源又は光源の組み合わせであってもよく、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）（任意の波長若しくは波長の組み合わせで発するか又は任意の所望のスペクトルパワー分布をもたらす）である。いくつかの実施形態では、コリメート光源１４０は実質的に白色光を発してもよい。いくつかの実施形態では、コリメート光源１４０は、例えば、３０００Ｋ〜６０００Ｋの温度における放射黒体のスペクトルに近くてもよい。いくつかの実施形態では、コリメート光源は色温度が調整可能であってもよい。所望の特性を伴う光円錐を得るためにコリメート光学系を含めてもよい。本出願では光入力円錐と言うが、他の形状が可能である。例えば、楕円形、環状、及び多角形である（例えば、マスクの使用を通して）。中心光軸１４２は、コリメート光源と切替可能ディフューザとの間の距離に対して決定され、そして光学装置を通して延長される。
【００１８】
図１Ｂは、図１Ａの光学装置が透明状態にある概略的な立面図である。図１Ｂは、典型的な光線１５０、１５２、及び１５４が示されている以外は、図１Ａに対応する。説明を単純にするために、切替可能ディフューザ１１０はすべて透明状態にあるとして扱うが、この説明の他の場所で説明するように、いくつかの部分はヘイズ状態にあり、いくつかの部分は透明状態にあってもよい。
【００１９】
典型的な光線１５０、１５２、及び１５４はそれぞれ、切替可能ディフューザに入射して、方向変換されることなく通過する。本開示の目的上、屈折率の変化に起因するフレネル反射は無視する（反射防止表面コーティング又は構造、例えば蛾の目構造によって低減してもよい）。なぜならば、屈折率がより高い基材を通過してそれによって屈折される光線に対する影響が軽微だからである。なお、典型的な光線１５０、１５２、及び１５４のどれも、第１の光偏向要素１２０又は第２の光偏向要素１３０のいずれにも入射しないということに留意する。
【００２０】
図１Ｃは、図１Ａの光学装置がヘイズ状態にある概略的な立面図である。図１Ｂの場合と同様に、図１Ｃは図１Ａ及び図１Ｂに対応し、切替可能ディフューザ１１０全体をヘイズであるとして扱う。光線１５０はここで、切替可能ディフューザ１１０のヘイジネスによって散乱されて、光線１５０ａ、１５０ｂ、及び１５０ｃになる。光線１５０ｂ及び１５０ｃはやはり、切替可能ディフューザ１１０を出た後に妨げられずに通り、後に出力光となって、最終的に周囲照明となってもよい。しかし光線１５０ａはここで、第１の光偏向要素１２０（この典型的な実施形態では鏡面反射体）に入射する。光線１５０ａは、第１の光偏向要素１２０によって反射され、切替可能ディフューザ１１０を通って戻り、更なる散乱光１５０ａとなる。いくつかの構成では、異なる相対的サイズ及び位置付けの第１の光偏向要素１２０と切替可能ディフューザ１１０とを用いて、反射光が切替可能ディフューザを２回通過することがないようにしてもよい。これらの検討を、所望の光出力及び美的効果に応じて考慮してもよい。
【００２１】
光線１５４は、切替可能ディフューザ１１０（そのヘイズ状態にある）を通過して散乱され、光線１５４ａ、１５４ｂ、及び１５４ｃとなる。光線１５４ａは、光偏向要素のいずれにも入射しない。光線１５４ｂは第２の光偏向要素１３０（詳細には微細構造１３２）に入射するが、プリズムの幾何学的形状及び入射角に起因して、第２の光偏向要素１３０によって著しく方向を変換されることはない。しかし光線１５４ｃは、空気と微細構造１３２の１つとの間の界面によって内部全反射されて、上方に方向変換される。図１Ａ〜１Ｃに示す構成によって示す光学装置の例は、コリメート光源からの光の少なくとも一部が、ヘイズ状態ではあるが透明状態ではない光偏向要素の少なくとも１つに入射するものである。構成によって、非常に異なる光出力角度が、切替可能ディフューザとシステムの全体構成とによって与えられるヘイジネスの関数としてもたらされる。
【００２２】
図２Ａは、透明状態にある別の光学装置の概略的な立面図である。光学装置は、切替可能ディフューザ２１０と、制御メカニズム２１２と、（中心部分２２２を有する）光偏向要素２２０と、コリメート光源２３０とを含んでいる。コリメート光源は、（中心光軸２３４を有する）入力光円錐２３２を発生させる。また典型的な光線２５０、２５２、及び２５４も示す。
【００２３】
図２Ａ〜２Ｂに示す実施形態は、図１Ａ〜１Ｃのそれらとは、単一の光偏向要素が切替可能ディフューザ２１０と少なくとも同一の広がりを持つという点で異なっている。言い換えれば、光偏向要素２２０を投影したものは、切替可能ディフューザ２１０を越えて延びる。
【００２４】
光偏向要素２２０の特徴は、中心部分２２２が、コリメート光源２４０から光偏向要素２２０に入射する光に対して、実質的に方向を変換しないということである。いくつかの実施形態では、実質的に方向を変換しないという意味は、光が、平均して、その以前の経路から１０度を超えて方向変換されないということである。いくつかの実施形態では、この意味は、光が、平均して、５度を超えて方向変換されないということである。いくつかの実施形態では、中心部分２２２は単純に透明なプラスチックであるか又は単純に空気でさえあってもよく（言い換えれば、光偏向要素２２０が環状又はドーナツ形状を有している）、その結果、光の方向変換が無視できる。
【００２５】
また光偏向要素２２０は、中心部分２２２を含まない外側部分を有している。ここでは、光偏向要素２２０によって、コリメート光源２４０からそこに入射する光が実質的に方向変換される。いくつかの実施形態では、また中心部分２２２とは対照的に、この意味は、光が、平均して、１０度を超えて方向変換されるということである。光偏向要素は、中心部分２２２と外側部分との間に識別可能な境界を有していなければならない。中心光軸２３４と光偏向要素２２０との交点と、中心部分２２２と外側部分との間の境界との間の最小距離（中心光軸に垂直な軸に沿って測定）は、ｒである。しばしば、中心光軸２３４と光偏向要素２２０との交点は、光偏向要素の幾何学的中心と同じであってもよいし又は実質的に等しくてもよいが、これはそうである必要はない。実施形態として、光偏向要素が孔を含んでいる場合、交点は光偏向要素の平面に対して存在すると考えてもよい。実施形態として、平面の画定が難しいか又は不可能であり得る場合は、交点を、光軸に沿って、ｒに対する値が存在する箇所に対して計算してもよく、最大のものを用いてもよい。中心光軸２３４に沿って切替可能ディフューザ２１０と光偏向要素２２０との間の距離はｌである。いくつかの実施形態では、ｌはｒに実質的に等しい。いくつかの実施形態では、ｌは２ｒよりも大きいか又は実質的に等しい。
【００２６】
光線２５０、２５２、及び２５４はそれぞれ、切替可能ディフューザ２１０（透明状態である）に入射する。それに応じて、光線は顕著に散乱されない。光線２５０、２５２、及び２５４はそれぞれ、次に光偏向要素２２０の中心部分２２２に入射して、実質的に方向を変換されない。こうして、透明状態では、コリメート光源２３０からの比較的細い光円錐が、切替可能ディフューザと光偏向要素の中心部分とを通して保持される。
【００２７】
図２Ｂは、図２Ａの光学装置がヘイズ状態にある概略的な立面図である。この状態では、光線２５０及び２５４を含む光線は、ヘイズ状態にある切替可能ディフューザ２１０を通過しながら散乱される。光線２５０は散乱されて２５０ａ、２５０ｂ、及び２５０ｃになり、同時に２５０ｂ及び２５０ｃは光偏向要素２２０の中心部分２２２を通って実質的に方向が変わらず、光線２５０ａはここで、光偏向要素２２０の方向変換する外側部分によって回転する。光偏向要素２２０の特定の構造は重要ではないが、光偏向要素２２０の外側部分は、光方向変換効果を与えるために、微細複製構造体、例えばプリズム、小型レンズ、又は他の切子面のある形状若しくは曲線形状を含んでいてもよい。他の実施形態では、光偏向要素２２０は、表面又は体積／バルクディフューザを含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、光偏向要素２２０は、所望の散乱効果を得るために、印刷されたディフューザ（すなわち、印刷されたドットを伴う基材）を含んでいてもよい。
【００２８】
同様に、光線２５４は、切替可能ディフューザ２１０を通って光線２５４ａ、２５４ｂ、及び２５４ｃになるときに、散乱される。光線２５４ａ及び２５４ｂはやはり、光偏向要素２２０の中心部分２２２に入射するため、実質的に方向を変換されることなく通過する。しかし光線２５４ｃは、光偏向要素２２０の外側部分に入射して、その結果、光偏向要素によって方向変換される。切替可能ディフューザ２１０と光偏向要素２２０とのこの組み合わせを通して、光学装置（例えばランプ及び照明装置）として、切替可能ディフューザ単独でもたらすことができるであろうものよりも著しく異なる光出力配分を有するものをデザインすることができる。
【００２９】
図３は、ヘイズ状態にある別の光学装置の概略的な立面図である。図２Ａ〜２Ｂの場合と同様に、光学装置は、切替可能ディフューザ３１０と、制御メカニズム３１２と、光偏向要素３２０とを含んでいるが、光偏向要素３２０は、中心部分３２２と、第１の外側部分３２４と、第２の外側部分３２６とを有している。光学装置には更に、中心光軸３３４を有する入力光円錐３３２を形成するコリメート光源３３０が含まれている。
【００３０】
いくつかの実施形態では、光偏向要素３２０の２つを超える外側部分が存在していてもよい。いくつかの実施形態では、例えば、図３の第２の外側部分としてデザインされたスペースを占有する中心部分を伴う１つの外側部分が存在してもよい。図３に例示する実施形態は、図２Ａ〜２Ｂに示すものと異なっていてもよい。なぜならば、中心部分３２２が、コリメート光源３４０からそこに入射する光に対して方向変換していてもよいからである。しかし、これらの場合では、中心部分３２２と外側部分との間にやはり急激な変化又は不連続性が存在している。いくつかの実施形態では、この意味は、入射箇所で小さい変化があっても、光がどのように方向変換されるかについて大きな大きさの変化が生じる。いくつかの実施形態では、この意味は、光学特性又は性能に不連続変化が存在するということである。例えば、中心部分３２２は光透過性であってもよいが、一方で外側部分は高いヘイズを有していてもよい。同様に、中心部分３２２は入射光をほとんどすべて正透過してもよく、一方で、外側部分はハーフミラーであってもよいし又は反射偏光子であってもよい。
【００３１】
図３によって例示する典型的な実施形態では、中心部分３２２と第１の外側部分３２４とは両方とも、光をほぼ同じ角度だけ方向変換する。しかし各部分は、反対方向（中心光軸３３４に対して）に方向変換する。同様に、第１の外側部分３２４と第２の外側部分３２６とは両方とも、光をほぼ同じ角度だけ方向変換する。しかし第１の外側部分３２４は、光を（中心光軸３３４に対して）より軸外に方向変換する。
【００３２】
図４Ａ〜４Ｄは典型的な光偏向要素の一連の平面図である。図４Ａ〜４Ｄに例示するのは、光偏向要素のいくつかの典型的な構成である。詳細には、光偏向要素の中心及び外側部分の幾何学的形状及び相対的サイズである。これらは特徴寸法ｒを有している。ｒは、中心光軸（中心の点によって示される）が光偏向要素と交差する場所から測定され、中心部分と外側部分との間の境界までの最小距離の長さである。なお、外側部分は光偏向要素の外縁全体に隣接している必要はない。
【００３３】
図５Ａ〜５Ｄは、光学装置における光偏向要素の典型的な構成の一連の平面図である。これらの図に例示するのは、利用できるデザイン可能性のサブセットであり、応用例特有の要求に基づいてカスタマイズしてもよい。図示した光偏向器は、中心光軸（ドットとして示す）に対して位置付けられている。任意の数の光偏向要素が可能であり、対称又は非対称構成で配列される。いくつかの実施形態では、光偏向要素は曲線部分を含んでいてもよい。光偏向要素の選択及び位置付けは、最終的に所望の光出力及び応用例に依存する。
【００３４】
本明細書で説明する実施形態に対する応用例には、ランプ及び照明装置が含まれる。更に、いくつかの実施形態は、広告目的にとって有用な場合がある。例えば標識（室内又は屋外のいずれか）、商業用途（例えば、特定の製品に注意を引くためか又は棚上若しくは冷却器内のある製品の位置を特定するのに役立つための照明）に対してである。いくつかの実施形態は、装飾照明を例えば経路又は壁に沿ってもたらすのに有用な場合がある。いくつかの実施形態を、作業用照明において用いてもよい。例えば、暗い周囲環境（例えば洞くつ又は鉱山）におけるオンデマンド光用の頭部装着型照明である。
【００３５】
以下は、本開示による例示的な実施形態である。
【００３６】
項目１．
少なくとも第１の状態と第２の状態とをになることが可能な電気的切替可能ディフューザと、
電気的切替可能ディフューザに隣接して配置された少なくとも１つの光偏向要素と、
電気的切替可能ディフューザに隣接し光偏向要素と反対側に配置されたコリメート光源と、を含む光学装置であって、
コリメート光源は、駆動状態では、中心光軸を有し約４０度以下の最小角度幅の入力光円錐を発生させるように構成され、
電気的切替可能ディフューザが第２の状態ではあるが第１の状態ではないときに、コリメート光源からの光の少なくとも一部分が光偏向要素に入射する、光学装置。
【００３７】
項目２．第１の状態は透明状態である、項目１の光学装置。
【００３８】
項目３．コリメート光源は、約４０度以下の角度幅を有する入力光円錐を発生させるように構成されている、項目１の光学装置。
【００３９】
項目４．電気的切替可能ディフューザと少なくとも１つの光偏向要素とはコリメートではない、項目１の光学装置。
【００４０】
項目５．電気的切替可能ディフューザはスメクティックＡを含む、項目１の光学装置。
【００４１】
項目６．電気的切替可能ディフューザの少なくとも一部は曲線状である、項目１の光学装置。
【００４２】
項目７．少なくとも１つの光偏向要素の少なくとも一部は曲線状である、項目１の光学装置。
【００４３】
項目８．少なくとも１つの光偏向要素は微細構造化面を含む、項目１の光学装置。
【００４４】
項目９．少なくとも１つの光偏向要素は反射体を含む、項目１の光学装置。
【００４５】
項目１０．少なくとも１つの光偏向要素はディフューザを含む、項目１の光学装置。
【００４６】
項目１１．
少なくとも第１の状態と第２の状態とを有することが可能な電気的切替可能ディフューザと、
電気的切替可能ディフューザに隣接して配置された略平面の光偏向要素と、
電気的切替可能ディフューザに隣接し光偏向要素と反対側に配置されたコリメート光源と、を含む光学装置であって、
コリメート光源は、駆動状態では、中心光軸を有し約４０度以下の角度幅を有する入力光円錐を発生させるように構成され、
光偏向要素は、中心部分であって、中心光軸から中心部分の縁部まで測定した最小半径ｒを伴う中心部分と、中心部分を含まない外側部分と、を含み、
光偏向要素は、切替可能ディフューザから、中心光軸に沿って測定した距離ｌに配置され、
外側部分は入射光の方向を変換するが、中心部分は、コリメート光源から少なくとも１つの光偏向要素に入射した光に対して実質的に方向を変換せず、
ｌはｒよりも大きいか又は実質的に等しい、光学装置。
【００４７】
項目１２．中心部分は空気を含む、項目１１の光学装置。
【００４８】
項目１３．ｌは２ｒよりも大きいか又は実質的に等しい、項目１１の光学装置。
【００４９】
項目１４．光偏向要素の外側部分は光偏向要素の外縁全体に隣接している、項目１１の光学装置。
【００５０】
項目１５．外側部分も中心部分も含まない第２の外側部分を更に含み、第２の外側部分はコリメート光源からの入射光の方向を変換する、項目１１の光学装置。
【００５１】
項目１６．
少なくとも第１の状態と第２の状態とを有することが可能な電気的切替可能ディフューザと、
電気的切替可能ディフューザに隣接して配置された略平面の光偏向要素と、
電気的切替可能ディフューザに隣接し光偏向要素と反対側に配置されたコリメート光源と、を含む光学装置であって、
コリメート光源は、駆動状態では、中心光軸を有し角度幅が約４０度以下の入力光円錐を発生させるように構成され、
光偏向要素は、中心部分と中心部分を含まない少なくとも１つの外側部分とを含み、中心部分と少なくとも１つの外側部分とは少なくとも部分的に境界を共有し、
境界における中心部分と少なくとも１つの外側部分との間で、コリメート光源から光偏向要素に入射した光の光偏向に急激な変化が存在する、光学装置。
【００５２】
項目１７．光偏向の急激な変化は、光散乱に不連続変化が存在することを意味する、項目１６の光学装置。
【００５３】
項目１８．光偏向の急激な変化は、中心光軸に対する光偏向方向に不連続変化が存在することを意味する、項目１６の光学装置。
【００５４】
項目１９．光偏向の急激な変化は、偏向の角度が１０度を超える不連続変化を意味する、項目１６の光学装置。
【００５５】
項目２０．光偏向の急激な変化は、反射率が１０％を超える不連続変化を意味する、項目１６の光学装置。
【００５６】
図の要素に対する説明は、別段の指定がない限り、他の図の対応する要素に等しく適用されると理解すべきである。本発明は、前述した特定の実施形態に限定されると考えてはならないが、それは、このような実施形態が、本発明の種々の態様の説明を容易にするために詳細に説明しているためである。むしろ、本発明は、添付の請求項及びそれらの均等物によって規定される本発明の範囲に入る種々の変更、等価なプロセス、及び代替的なデバイスを含む、本発明のすべての態様に及ぶと理解すべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
0006353165.tif 000003
【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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