(57)【要約】  本発明は、光源と、透過性光学プレートとを有する照明ユニットであって、前記光源は、光源光のための光出射面を有し、前記透過性光学プレートは、前記光源の前記光出射面に向けられる上流面と、前記光源の前記光出射面から離れて配置される下流面とを有し、前記光学プレートは、前記下流面から離れる方向への前記光源光の屈折のためのテーパ型マイクロ光学素子の２Ｄアレイを有し、前記光出射面から前記透過性光学プレートへの幾何学的な経路長は、少なくとも２０ｃｍである、照明ユニットを提供する。
2015517172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、透過性光学プレートとを有する照明ユニットであって、前記光源は、光源光のための光出射面を有し、前記透過性光学プレートは、前記光源の前記光出射面に向けられる上流面と、前記光源の前記光出射面から離れて配置される下流面とを有し、前記透過性光学プレートは、前記下流面から離れる方向への光源光の屈折のためのテーパ型マイクロ光学素子の２Ｄアレイを少なくとも有し、前記光出射面から前記透過性光学プレートへの光源光の幾何学的な経路長は、少なくとも２０ｃｍであり、前記光源は、前記上流面に向かう有意の２Ｄパターン化された成形光ビームとして光源光を放射する、照明ユニット。
【請求項２】
前記幾何学的な経路長は、少なくとも２５ｃｍである、請求項１に記載の照明ユニット。
【請求項３】
前記光源は、前記成形光ビームで前記上流面を照明する光出射面を有する、請求項１又は２に記載の照明ユニット。
【請求項４】
前記マイクロ光学素子は、円錐形状を有し、前記出射面から離れる方向を向き、１００―１４５°の範囲の円錐角を有し、前記円錐は、前記円錐の基部で０．１―５ｍｍの範囲の直径を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明ユニット。
【請求項５】
前記マイクロ光学素子は、円錐形状を有し、前記光出射面から離れる方向を向き、１０８―１４０°の範囲の円錐角を有する、請求項４に記載の照明ユニット。
【請求項６】
前記光源は、有意の２Ｄパターンに配置された複数の光出射面を有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明ユニット。
【請求項７】
前記複数の光出射面は、円又は楕円に配置される、請求項６に記載の照明ユニット。
【請求項８】
前記光源は、複数の発光デバイス（ＬＥＤ）を有する、請求項６又は７に記載の照明ユニット。
【請求項９】
前記複数の光出射面は、複数の光出射構造体を有する、請求項６又は７に記載の照明ユニット。
【請求項１０】
前記光源は、前記上流面を間接的な態様で照明する、請求項６又は７に記載の照明ユニット。
【請求項１１】
前記光源光をコリメートし、前記光出射面と前記透過性光学プレートとの間に構成されるコリメータを更に有する、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の照明ユニット。
【請求項１２】
前記光出射面は、０．１―２５ｍｍ２の範囲の表面エリアを有する、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の照明ユニット。
【請求項１３】
運動視差を持つ仮想３Ｄ光投影を提供するために有意の２Ｄパターンに配置された複数の光出射面を有する、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の照明ユニットの使用。
【請求項１４】
運動視差を持つ仮想３Ｄ球状の光投影を提供するために、円錐形の光学素子を有し、円又は楕円に配置された複数の光出射面を有する、請求項１３に記載の照明ユニットの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源及び光学プレートを有する照明ユニットと、このような照明ユニットの使用とに関する。
【背景技術】
【０００２】
光で３Ｄ画像を製作することは、従来技術において知られている。例えばＷＯ／２００５／１１７４５８は、３Ｄ画像を表示するための装置及び方法を説明する。前記装置は、ａ）選択的に光を送る方向のための角度依存拡散特性を備えるスクリーンと、ｂ）前記スクリーンの点に入射する複数の光ビームを生成するための複数のモジュールであって、前記モジュールは、前記スクリーンの各点が複数のモジュールにより照明されるように配置され、１つのモジュールにより生成される前記入射光ビームは、前記スクリーンの複数の種々異なる点に向かって前記モジュールから複数の種々異なる方向に投影され、更に、１つのモジュールにより生成される前記種々異なる入射光ビームは、前記スクリーンから種々異なる放射方向に向かって送られる複数のモジュールと、各入射光ビームをモジュール内の単一の画像点の画像情報で符号化する手段とを有し、観察者により認識される３Ｄ画像が複数のモジュールにより生成される、スクリーン照明システムと、ｃ）前記モジュールを制御する制御システムと、ｄ）スクリーンを通して透過される又はスクリーンから反射される出射光ビームに出射発散（exit divergence）を与えるための手段であって、観察者により認識される３Ｄ画像内に実質的に連続する運動視差（motion parallax）を提供するために、前記出射発散の量が、光学的に隣接するモジュールと関連する隣接する出射方向間の角度に実質的に対応する、当該手段と、を有する。
【０００３】
ＷＯ／２００５／１１７４５８に説明される装置は、スクリーンの点の方へ実質的に収束する収束区域を持つ入射光ビームを生成するための撮像手段を有し、入射光ビームの収束は、スクリーンを出射する光ビームの出射発散に実質的に等しい。前記モジュールは、周期的にシフトされ、好ましくは水平方向に配置される、ビデオ・プロジェクタ、ＬＥＤプロジェクタ、これらの光学エンジン等であり、拡散スクリーンは、ホログラフィスクリーン、回析又は屈折要素のアレイ、再帰反射面、又はこれらの任意の組み合わせとして、より大きな発散を、少なくとも１つの好ましくは垂直方向に沿った出射光ビームに与えるために実現され、一方で、他方向では、スクリーンにより提供される発散の角度は、光学的に隣接するモジュールと関連する隣接する放射方向間の角度よりも小さい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
３Ｄ画像を生成することに加え、仮想３Ｄランプ又は照明器具を生成することに興味があることが分かっている。このような仮想３Ｄ照明器具は、視覚的に魅力的且つ驚くべき３Ｄ状の照明効果を示す。奥行き知覚は、単眼キュー及び両眼キューに分類することができる様々な奥行きキューから生じてもよい。３Ｄディスプレイにおける潜在的光技術は、屈折マイクロ光学素子に分類されるレンチキュラに基づいてもよい。レンチキュラベースの３Ｄディスプレイは、２つの目の網膜上への２つのわずかに異なる投影から奥行きの知覚を作る立体視（両眼キュー）を使用する。これらの屈折光学素子は、立体視を作ることが可能である。他方では、回折光学素子（ＤＯＥ）（ホログラム）も、奥行き知覚を作る。ＤＯＥは、例えば遠近感、焦点、及び運動視差などの（単眼）キューに依存する。
【０００５】
従来技術のシステムは、しばしばかなりの光損失に悩まされ、及び／又は、複雑な構造を有する。それ故、運動視差を持つ、（従って、）奥行きを含む空間的に拡張した印象を作ることが可能である仮想３Ｄ光投影のための代替の照明ユニットを提供することが、本発明の態様である。このような代替の照明ユニットは、好ましくは更に少なくとも部分的に一つ以上の上記の欠点を未然に防ぐ。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
仮想３Ｄ照明器具の投影のために、（光効率が〜７０％であるべきことを意味する）最小の光学的損失を持つ３Ｄ効果の作成が、最高であると規定される。例えばＰＭＭＡ構造体などの透明構造体による光吸収は、ホログラムに使用される感光性ハロゲン化銀フィルムと比較して小さいため、これは、屈折素子の使用を好む。他方で、単眼キューを使用する利点は、観察者の位置及び方向が、立体視の場合のように、広範囲に及ぶアドレス指定を必要としない点である。
【０００７】
現在、驚くべきことに、例えば、低損失屈折光学構造体を使用する一まとまりのＬＥＤ点源の単眼キュー（遠近感、焦点、及び運動視差）を介して、奥行き（例えば環、球体、及び８の字形状）を含む空間的に拡張した印象を作ることが可能なようである。実施形態では、ＬＥＤ光源は、認識される奥行きを持つ円形構造体を作るために、マイクロ円錐アレイ素子から、相当な距離（例えば少なくとも２０ｃｍ、特に少なくとも＞２５ｃｍ）に配置される。
【０００８】
従って、第１の態様では、本発明は、光源と、透過性光学プレート（本願明細書では、「光学プレート（optical plate）」又は「プレート（plate）」としても示される）とを有する照明ユニットであって、前記光源は、光源光のための光出射面を有し、前記透過性光学プレートは、前記光源の前記光出射面に向けられる上流面と、前記光源の前記光出射面から離れて（反対側に）配置される下流面とを有し、前記光学プレートは、下流面から離れる方向への光源光の屈折のためのテーパ型マイクロ光学素子（本願明細書では、「光学素子（optical elements)」としても示される）の２Ｄアレイを少なくとも有し、光出射面から透過性光学プレートへの光源光の幾何学的な経路長は、少なくとも２０ｃｍであり、前記光源は、上流面に向かって有意な２Ｄパターン化された成形光ビームとして光源光を放射するようにデザインされている、当該照明ユニットを提供する。更なる態様では、本発明は、仮想３Ｄ光投影に運動視差を供給するため、複数の光出射面を有する、このような照明ユニットの使用を更に提供する。
【０００９】
この態様における有意な２Ｄパターン化された成形光は、図形として、シンボルとして、又は、例えば円、多角形、星、文字、数字など基本的な形状として認識される任意の２Ｄパターンを意味する。
【００１０】
上記の照明ユニットを用いて、比較的簡単な態様で仮想３Ｄ光源に運動視差が提供される。視差は、２つの異なる視線に沿って見られる対象物の見かけの位置における変位又は差異である。運動視差により、照明ユニットに対して移動する場合（特に照明ユニットに沿って移動する場合）、視差が認識されることが示されている。照明ユニットにより、点状光源（より正確には、点状光出射面を有する光源（下記も参照））は、仮想の円状の線光源に変換されてもよく、円形のジオメトリーを持つ光源は、仮想の球体状光源に変換されてもよい。運動視差の知覚効果を得るために、好ましくは、幾何学的な経路長は、単一の光出射面の線寸法よりも大きさが少なくとも１オーダー、例えば少なくとも１０倍又は４０倍大きい。幾何学的な経路長が、前記光出射面の前記線寸法よりも少なくとも１００倍、５００倍、又は５００倍より大きい場合、運動視差の顕著な効果が得られる。
【００１１】
（ＬＥＤ）光源と観察者との間のマイクロ光学アレイ（マイクロ光学素子の２Ｄアレイ）は、点源ランバーシアンエミッタを空間的に拡張された構造体に変えることが可能である。この拡張された構造体のサイズは、点源とマイクロアレイとの間の距離（下記も参照）に、線形的に関連していてもよい。観察者の焦点は、ＬＥＤ光を網膜に向けるマイクロ素子のセットとＬＥＤ光を網膜に向けないマイクロ素子のセットとの間の対比にある。運動視差に関して、観察者が位置を変えると、光源（例えばＬＥＤなど）−マイクロ素子アレイ−観察者のジオメトリーが変わる。観察者に対して発光しているように見えるマイクロ素子のセットは、これに応じて変わる。これにより、円形の図形は、観察者に対してマイクロ素子アレイの裏から現れるように見える。遠近キューは、マイクロ素子の光強度の変化を介して作られる。つまり、ＬＥＤ源と観察者との間の光路が、光強度を決定する。距離が短くなる（観察者が光源に接近する）と、例えば円形の図形などの３Ｄ光投影は、現実の発光光源に対応してより明るく見える。
【００１２】
光源は、光出射面を持つように示されている。ランプの光出射面は、例えば蛍光灯のランプ外囲器、ＬＥＤ（発光ダイオード）ダイ、又は導波路表面での光出射フィーチャ（特徴部）である。
【００１３】
関連パラメータは、光出射面と光学プレートとの間の距離である。この距離は、幾何学的な経路長としても示され、光源が光学プレートを間接的な態様で照明する実施形態では、前記幾何学的な経路長（すなわち、光線が光出射面と光学プレートとの間を進む長さ）が採用されなければならない。それ故、実施形態では、光源は、間接的な態様で（すなわち、（鏡面）反射を含んで）上流面を照明するように構成され、別の実施形態では、光源は、直接的な態様で（すなわち、反射無しで）上流面を照明するように構成されている。従って、光源（の光出射面）が、直接的に、又は、間接的に、（例えば鏡を介して、下記も参照）透過性光学プレートを照明するように構成されている場合、幾何学的な経路長は、光線が光出射面から透過性光学プレートに進む長さである。
【００１４】
他の有利なパラメータは、上流面が前記成形光ビームで照明されていることでもよい。上流面上の光の２Ｄパターンは、光学プレートにより変換され、光出射面と光学プレートとの間の距離のために、（運動視差を持つ）仮想３Ｄパターンに変換される。よって、光源は、上流面を前記成形光ビームで照明するように特に構成された光出射面を有する。
【００１５】
「上流」及び「下流」なる用語は、光生成手段（ここでは特に光源）からの光の伝播と関連するアイテム又はフィーチャの配置に関し、光生成手段からの光のビームの範囲内の第１の位置に対して、光生成手段に近い光のビーム内の第２の位置は「上流」であり、光生成手段から遠ざかる光のビームの範囲内の第３の位置は「下流」である。
【００１６】
光学素子の２Ｄアレイは、一般に、規則的に配置された複数の光学素子を有する。光学素子は、屈折特性を持つように構成されている。光学素子により屈折されると、上流面に入る光源光は、光学プレートの下流面を離れる。光学素子は、例えば円錐又は角錐を含んでもよい。四面体のような他の形状も可能である。本願明細書では、円錐台、切頂四面体、又は角錐台も使用されてもよい。更に、例えば五角錐、三角形のキューポラ、正方形のキューポラ、五角形のキューポラ、五角形のロタンダなどの他の形状、又は細長い円錐、細長い四角錐、細長い四面体、細長い五角錐、細長い三角形のキューポラ、細長い正方形のキューポラ、細長い五角形のキューポラ、細長い五角形のロタンダのような細長いタイプが使用されてもよい。光学素子は、規則的に成形されてもよいが、不規則に、又は非対称的に成形されてもよい。全てのこのような光学素子は、テーパ形状を有し、照明ユニットから離れる方向を指す（若しくは下流面から離れる方向を指すか、又は出射面から離れる方向を向く）。実施形態では、六角形、長方形、又は円形の形状を持つ基部の断面を有する光学素子が選択される。光学素子の種々異なるタイプの組合せも、任意選択的に適用されてもよい。
【００１７】
下流面は、例えば、１００―１．１０４のような２５―１．１０６のマイクロ光学素子（すなわち、例えば１０ｘ１０―１００ｘ１００のような５ｘ５―１，０００ｘ１，０００マイクロ光学素子）を含んでもよい。「少なくともマイクロ光学素子の２Ｄアレイ（at least a 2D array of micro optical elements）」というフレーズは、例えばマイクロ光学素子の２Ｄアレイの２つ以上のセットなどの複数のこのようなアレイに関してもよい。マイクロ光学素子の２Ｄアレイの複数のセットが適用される実施形態では、これらは、単一の光学プレート内に含まれてもよい。しかしながら、照明ユニットは、各々がマイクロ光学素子の２Ｄアレイの１つ以上のセットを含む複数の光学プレートを含み、よってマイクロ光学素子の３Ｄアレンジメントを含んでもよい。光学プレートは、互いに隣接して配置され、同じ平面に配置されてもよい。しかしながら、これらは、互いに関して角度を持って配置されてもよい。２Ｄアレイは、実施形態では、互いに関してある角度の下に配置されてもよく、又は別の実施形態では、互いに平行に配置されてもよい。２Ｄアレンジメントは、マイクロ光学素子の１Ｄアレンジメントのラインの組合せにより得られてもよい。特定の実施態様では、２Ｄアレイは、曲率を有する（すなわち光学素子は、カーブした平面に配置される）。それ故、特定の実施形態では、光学プレートは、２Ｄアレイの平面に曲率を有してもよい。更に別の実施形態では、２Ｄアレイは、平坦な平面に配置される（すなわち、マイクロ光学素子の基部又は底部は、平坦な平面に配置される）。特に、光学プレートは、（マイクロ光学素子を含む一つの面を持つ）平坦な平面である。更に、実施形態では、単一の（平坦な）光学プレートは、２Ｄアレイで付与される。
【００１８】
光学素子の基部の寸法は、例えば、０．０５―１０ｍｍの範囲内、特に０．１―５ｍｍ、０．２―２ｍｍのような寸法である。マイクロ光学要素なる用語は、光学素子が小さいことを示すために用いられる。ここで、寸法は、長さ及び幅、又は円錐のような円形の断面を持つ光学素子の場合は直径を意味する。光学素子の頂角（円錐の場合は円錐角度）は、特に９０―１５０°の範囲、更に特に１００―１４５°の範囲、更に特に１０８―１４０°の範囲である。複数のマイクロ光学素子は、全て同じ頂角を有してもよいが、頂角は変化してもよく、規則的又は不規則的に光学プレートの上に分配される。
【００１９】
特定の実施態様では、マイクロ光学素子は、円錐形状を有し、出射面から離れる方向を向き、１００―１４５°の範囲の円錐角（α）を有し、円錐は、円錐の基部に０．１―５ｍｍの範囲の直径（ｗ）を有する。より大きい又はより小さい頂角（又は円錐の場合は円錐角）では、所望の特性は得られない。例えば、全内部反射のために非常に多くの光が失われる。更なる特定の実施形態では、マイクロ光学素子は、円錐形状を有し、出射面から離れる方向を向き、１０８―１４０°の範囲の円錐角（α）を有する。更に別の実施形態では、光学プレートは、例えばマイクロ・プリズム・アレイ・プレートなどプリズム光学素子を有する。
【００２０】
光学プレートは、透過性である。これは、光源光の少なくとも一部の光が上流面に入り、下流面で（照明ユニット光として、すなわち仮想３Ｄ効果を作る光として）光学プレートを離れることを意味する。特に、光学プレートは、光源により生成され、可視波長範囲から選択される波長を持つ光に対して、５０―１００％の範囲、特に７０―１００％の範囲の光透過率を有する。この態様では、光学プレートは、照明ユニットからの可視光に対して透過性である。本願明細書において、用語「可視光（visible light）」は、特に３８０―７８０nmの範囲から選択される波長を持つ光に関する。透過率又は光透過性は、第１の強度を持つ特定の波長の光を物質に供給することにより、及び、物質を透過した後に測定される波長の光の強度を、物質への特定の波長で供給される光の第１の強度に関連させることにより決定することができる（CRC Handbook of Chemistry and Physics, 69th edition, 1088-1989,E-208及びE-406も参照）。
【００２１】
特に、光源は、有意の２Ｄパターンに配置された複数の光出射面を有する。例えば、光源は、複数の発光デバイス（ＬＥＤ）を含んでもよい。光源なる用語は、複数の光源に関してもよい。任意選択的に、複数の発光デバイスは、種々異なる波長で放射する２つ以上のサブセットを持つ。この態様では、更に、色彩効果が作られてもよい。更に別の実施形態では、複数の光出射面は、複数の光アウトカップリング（出射）構造体を含んでもよい。この態様では、光の（２Ｄ）特徴（すなわち上流面上の光の２Ｄパターン）が作られてもよく、これは光学プレートの上流面で可視である。
【００２２】
複数の光出射面は、１０―１０００の光出射面のような、例えば６―１．１０４の光出射面など例えば３―１．１０６の光出射面に関してもよい。
【００２３】
特定の実施態様では、光出射面は、０．１―２５ｍｍ２、例えばほぼ０．５―４ｍｍ２程度、特に０．５―１ｍｍ２の範囲の表面エリアを持つ。このように、出射面は、特に点光源であり、２５ｍｍ２以下、特に４ｍｍ２、更に１ｍｍ２以下の出射面エリアを有する。従って、好ましくは例えばＬＥＤ又は（小型）アウトカップリング（出射）フィーチャなどの点光源が適用される。
【００２４】
よって、例えば円形の（抽出）（ランバーシアン）散乱ドット・パターンを備える導光板が適用され得る。代替案は、ＬＥＤが中に結合される発光管があり得る。出射光線が、例えばマイクロ・プリズム・アレイ・プレートなど光学プレートを介して観察者の方に進むように、光は、管の背面側の散乱ドットを介して抽出され得る。
【００２５】
光源は、好ましくはランバーシアン配光を持つ（光出射面から逃げる）光を供給するように構成される。代替的に、光源は、成形された、特定の有意の２Ｄパターン、例えばＧＯＢＯを介して得られることができる例えば正方形の２Ｄパターンの光ビームを放射する単一の光出射面を有する。ＧＯＢＯは、「Ｇｏ  Ｂｅｔｗｅｅｎ」、「ＧＯ  ＢｌａｃｋＯｕｔ」、又は「Ｇｏ  Ｂｅｆｏｒｅ  Ｏｐｔｉｃｓ」に由来し、元々は映画のセットに使用され、例えば縁の鋭いパターンのロゴ内に放射される光の形状を制御するために用いられる、光源の内部に入れられる又は光源の前に置かれる物理的テンプレートである。更に代替的に、光源、例えばランバーシアン配光を備える１つのＬＥＤ又は複数のＬＥＤは、前記成形された有意の２Ｄパターンを透過性光学プレートの方に放射するための有意な２Ｄパターンに配置された複数の光出射面を持つ。
【００２６】
実施形態では、複数の光出射面は、円又は楕円に配置される。この態様では、上流面上の光の２Ｄパターンは、（光の）円又は楕円でもよい。更に別の実施形態では、光源は、（中空の）正方形又は中空の六角形の形状などを生成するように構成される。
【００２７】
光源が光学プレートの上流面で光の円又は楕円を生成するように構成されている場合、及び特に円錐形の光学素子を使用する場合、仮想３Ｄ球体又は球体状の物体が作られる。従って、例えば照明ユニットは、特に円又は楕円に配置された複数の光出射面を有し、且つ、円錐形の光学素子を有する場合、運動視差を持つ仮想３Ｄ球状の光投影を提供するために用いられる。
【００２８】
実施形態では、光源は、間接的な態様で上流面を照明するように構成される。例えば、１つ以上の鏡が、光源の光を光学プレートの方向（すなわちその上流面）に反射するために用いられてもよい。このような実施形態は、照明ユニットの厚み又は幅を減少させるために用いられてもよい。従って、アセンブリの全高をより低くするために、１つ以上の反射鏡を付与することができる。このような態様では、例えば約２５ｃｍの距離が、仮想的に作られる。任意選択的に、光学プレートに垂直な光線は、より高い透過効率を有するため、鏡面反射鏡の曲率は、アセンブリの光学効率を増大させるのに役立つ。
【００２９】
更に、コリメータを付与することが、有利である。それ故、実施形態では、照明ユニットは、光源光をコリメートするように構成され、光出射面と光学プレートとの間に構成されるコリメータを更に含む。例えばＬＥＤパッケージのダイなどの光出射面前のコリメータは、特に、上流面に対する法線に関して７度を超える入射角に対して、例えばプリズム状円錐などの光学素子内の全内部反射を防止するために必要とされる。それ故、可能な限り好ましくは全角１４°の範囲内でコリメートするためのコリメータ素子が、好適には付与される。より少ないコリメーションでも機能するが、説明されたように、プリズム状プレートを出射する光束の光学効率を低下させる。
【００３０】
「実質的な全ての放出」又は「実質的に構成される」などにおける本明細書における用語「実質的に」は、当業者により理解されるであろう。用語「実質的に」は、「全体的に」、「完全に」、「全て」等をも含んでもよい。それ故、実施形態では、「実質的に」が除かれる場合もある。必要に応じて、用語「実質的に」は、９５％又はそれ以上、特に９９％又はそれ以上、より好ましくは９９．５％又はそれ以上のような、１００％を含めて、９０％又はそれ以上にも関連する。用語「有する」は、用語「有する」が「から成る」を意味する実施形態も含む。
【００３１】
更に、発明の詳細な説明及び特許請求の範囲における用語「第１、第２、第３」等は、類似の要素間を区別するために使用され、必ずしも順次的又は時系列的な順序を示すためのものではない。このように使用される用語は、適切な状況下で相互交換可能であって、本明細書で説明される本発明の実施形態は、本明細書に説明又は図示される他のシーケンスにおける動作が可能であることを理解されたい。
【００３２】
本明細書における装置は、特に動作の間について説明される。当業者にとって明らかであるように、本発明は、動作の方法又は動作時の装置に限定されない。
【００３３】
上述された実施形態は、本発明を限定するものではなく例示するものであり、当業者であれば特許請求の範囲から逸脱することなしに多くの代替的な実施形態をデザインすることができる。請求項では、括弧間に配置される参照符号はいずれも、請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。動詞「有する」及びその活用形は、請求項に述べられた要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。要素に先行する冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、このような複数の要素の存在を除外するものではない。本発明は、幾つかの個別の要素を含むハードウェアにより、及び適切にプログラムされるコンピュータにより実現されてもよい。幾つかの手段を列挙する装置の請求項では、これらの手段の幾つかは、全く同一のハードウェアのアイテムにより実施されてもよい。所定の手段が相互に異なる従属請求項で引用される事実は、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。
【００３４】
本発明は、更に、明細書で説明される、及び／又は、添付の図面に示される、１又は複数の特徴を有する装置に適用される。本発明は、更に、明細書に記載された、及び／又は、添付の図面に示された特徴の１又は複数を有する方法又はプロセスに関連する。
【００３５】
本願明細書において議論された様々な態様は、追加の利点を提供するために組み合わせることができる。更に、幾つかの特徴は、１又は複数の分割出願のための基礎を形成することができる。
【００３６】
ＤＥ１０２００８０１７２３４Ａ１は、光源光の、下流面から離れる方向への屈折のために、下流面上にテーパ型マイクロ光学素子の２Ｄアレイが設けられた透過性光学プレートを有する照明ユニットを開示する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
本発明の実施形態が、単なる例のために、対応する参照符号が対応する部分を示す添付の概略図面を参照して説明されるだろう。
【００３８】
【図１ａ】図１ａは、本発明のいくつかの態様及び実施形態の一つを模式的に表現する。
【図１ｂ】図１ｂは、本発明のいくつかの態様及び実施形態の一つを模式的に表現する。
【図１ｃ】図１ｃは、本発明のいくつかの態様及び実施形態の一つを模式的に表現する。
【図１ｄ】図１ｄは、本発明のいくつかの態様及び実施形態の一つを模式的に表現する。
【図２ａ】図２ａは、実施形態のいくつかのバリエーションの一つを模式的に表現する。
【図２ｂ】図２ｂは、実施形態のいくつかのバリエーションの一つを模式的に表現する。
【図２ｃ】図２ｃは、実施形態のいくつかのバリエーションの一つを模式的に表現する。
【図３ａ】図３ａは、本発明のいくつかの態様の一つを模式的に表現する。
【図３ｂ】図３ｂは、本発明のいくつかの態様の一つを模式的に表現する。
【図３ｃ】図３ｃは、本発明のいくつかの態様の一つを模式的に表現する。
【図３ｄ】図３ｄは、本発明のいくつかの態様の一つを模式的に表現する。
【図４ａ】図４ａは、本発明の照明ユニットで作られる仮想３Ｄ照明器具のいくつかの写真の一つを示す。
【図４ｂ】図４ｂは、本発明の照明ユニットで作られる仮想３Ｄ照明器具のいくつかの写真の一つを示す。
【００３９】
図面は、必ずしも縮尺が合っているわけではない。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１ａは、照明ユニット１００を模式的に表現する。照明ユニット１００は、光源１０と、透過性光学プレート２０とを含む。光源１０は、光源光１２のための光出射面１１を有する。一般に、光源は、複数の光源及び／又は複数の光出射面１１（図２ａ乃至２ｃも参照）を有する。
【００４１】
透過性光学プレート２０は、光源１０の光出射面１１に向けられた上流面２３と、光源の光出射面１１から離れる下流面２４とを有する。上流面２３は、光源１０の下流ではあるが、下流面２４の上流にある。また、下流面２４は、上流面２３の下流、及び光源１０の下流にある。光源１０の光１２は、上流面２３から下流面２４の方向に光学プレート２０を通して透過される。下流面２４から逃げる光は、照明ユニット光１０２として示されている。この光は、観察者により認識される。
【００４２】
光学プレート２０は、下流面２４から離れる方向への光源光１２の屈折のためのマイクロ光学素子２１の２Ｄアレイを有する（この断面として解釈される概略図では、４つの光学素子の１つのアレイのみが、単なる例のために模式的に表現されている）。ここでの光学素子は、光源１０及び光出射面１１から離れる方向、且つ、下流面２４から離れる方向を向いている。光出射面１１から透過性光学プレート２０への（光線が進む）幾何学的経路長ｄは、少なくとも２０ｃｍである。ここで、この距離は、光出射面１１と上流面２３との間の距離と同じである。この実施形態における光学プレート２０は、下流面にマイクロ光学素子２１を含む、実質的に平坦なプレートである。
【００４３】
参照符号ｄ１は、照明ユニット１００の全体の厚みを示す。厚みｄ１は、例えば５０―４００ｍｍの範囲でもよいが、より小さくても又はより大きくてもよい。角度αは、マイクロ光学素子２１の頂角を示す。マイクロ光学素子は、光出射面１１から離れる方向を向いている。参照符号２２は、マイクロ光学素子の表面を示す。これらの表面は、上述されたように、特に光出射面１１から離れる方向を向くテーパ構造体（すなわち光学素子２１）を形成する。参照符号ｗ１は、マイクロ光学素子２１を含む光学プレート２０の幅を示す。更に、参照符号ｗは、光学素子２１の底部の幅（又は該当する場合は、直径）を示す（図３ｃ及び図３ｄも参照）。図面において模式的に表現される光学プレート２０は、平坦なプレートである。
【００４４】
図１ｂは、模式的に光学プレートの透視図を表現し、下記に、（下流面２４の）少数のマイクロ光学素子２１が、光１０２を提供することを示す。これは、３Ｄ知覚を与えることができる。つまり、光１０２は、仮想３Ｄ源から生じる。
【００４５】
図１ｃは、光学プレート２０の（実際には底面の）上部を示し、下流面２４が下から見える（すなわち、観察者により、照明ユニットの下流、及び前記照明ユニットの下流面を見る）。マイクロ光学要素２１の７ｘ７のアレイが、例のために示される。プレート２０の寸法は、ここでは、長さｌ及び幅ｂであるが、円形プレートの場合には直径となり、２０―２００ｃｍのような、例えば１０―５００ｃｍなど、例えば５―１，０００ｃｍの範囲である。
【００４６】
図１ｄは、光学プレート２０の上流面２３は、均一に照明されないことを模式的に表現する。（実質的に）照明されるエリア２１２と、（実質的に）照明されないエリア２１３とがある。光源（本図に不図示）は、成形された、有意の２Ｄパターン化された光ビームで上流面２３を照明するように構成されている。ここで、模式的に表現された実施形態では、成形された光ビームにより上流面の照明されたエリアは、中空円（図２ａも参照）の形状を持つ。
【００４７】
図２ａは、複数の光出射面１１を有する光源１０の実施形態を模式的に示す。例えば光源１０は、複数のＬＥＤ１１０を含んでもよい。模式的に表現される光源１０は、本発明の照明ユニットに適用された場合、運動視差を持つ球状の３Ｄ状の仮想照明器具を提供する。図２ａの光源１０は、図１ｄに模式的に表現されるように、例えば光学プレート２０の上流面２３上に、中空円形の照明されたエリア２１２を提供する。各光出射面１１は、０．１―２５ｍｍ２のエリアを有してもよい。特に、エリアは、４ｍｍ２に等しいか、又は小さい。光出射面１１は、好ましくはランバーシアン配光で光を供給する。
【００４８】
図２ｂは、例えばＬＥＤ光源１１０を有し、ＬＥＤ光源１１０の光を導波路４５に結合させるように構成された光源１０の実施形態を模式的に表現する。導波路４５は、光出射面１１の機能を持つ複数の光出力結合構造体１１１を有する。ここで、光学プレートは、厚みｗ１を有し、ｗ２が本ケースでは光学素子２１が配置される光学プレートの一部の厚みを示す。一般に、総幅ｗ１は、数ミリメートル以下である。（光学素子２１無しの）プレートの幅は、ｗ２として示される。従って、この模式的に表現される実施形態では、光学素子２１の高さは、ｗ１−ｗ２である。照明ユニット１００の全体の厚みは、参照符号ｄ１で再度示されている。
【００４９】
図２ｃは、１つ以上のミラー（鏡面反射鏡）５０を備える照明ユニットを模式的に表現する。ミラーは、平坦であるか又はカーブしている。この態様では、少なくとも約２０ｃｍ、特に少なくとも約２５ｃｍの距離が仮想的に作られる。プリズム・プレートに垂直である光線は、より高い透過効率を持つため、鏡面反射鏡の曲率（不図示）が、アセンブリの光効率を増大するのに役立つ。リング構造体を作るために、（任意のコリメータを加えた、下記も参照）ＬＥＤをリング構造体に組み込むことができる。代替的に、ＬＥＤ源は、プリズム・プレートの縁に沿った線に配置され、これらのコリメータ素子の方向は、光点のリングを鏡面反射鏡に投影するためにいくらか傾けられることができる（図２ｂを参照）。図２ｃにおける光出射面１１から光学プレート２０までの幾何学的な経路長（ｄ、不図示）は、光出射面１１とミラー５０との間の光線２１´の長さと、ミラーと光学プレート２０との間の長さ２２´（これは、ミラー５０により光学プレート２０の方向に反射された反射光線２１´の長さである）とである。最短距離、すなわち最も短い幾何学的な経路長は、好ましくは少なくとも２０ｃｍ、特に少なくとも２５ｃｍ、例えば３０ｃｍ等である。厚みｄ１は、例えば５０―４００ｍｍの範囲であるが、１０―２００ｍｍのように、より小さくてもよい。また、ｄ１は、より大きくてもよい。
【００５０】
図３ａは、光源１０からの光源光１２をコリメートするコリメータ又はコリメータ素子３０の使用を模式的に表現する。ＬＥＤパッケージ又は別の光源の前のコリメータ素子３０は、（光学プレートの上流面２３への）法線に対して７度を超える入射角に対してプリズム状円錐における全内部反射を減少させるか又は防止する。それ故に、コリメータ素子は、可能な限り好ましくは全角１４度の範囲内でコリメートすることが好ましい。より少ないコリメーションでも機能するが、説明した通り、プリズム・プレートを出射する光束の光効率を低下させる。
【００５１】
図３ｂは、光出射面の寸法ｄ２を模式的に表現する。参照符号ｄ２は、（原則として、種々異なる）幅及び長さ、又は任意選択で直径を反映する。長さ／幅ｄ２は、概して約１ｍｍの範囲にあり、これにより、約１ｍｍ２の光出射面を作る。
【００５２】
図３ｃ及び図３ｄは、例えば角錐又は円錐等（ここでは円錐）のテーパ構造体の頂部を示す。円錐が適用されてもよいが、角錐なども適用されてもよい。光学要素２１の底部の寸法は、参照符号ｗで示される。これは、繰り返しになるが、長さ及び幅、又は直径である。正方形、長方形、又は円形ではない底部（又は底部の断面）を持つ光学素子２１に対して、ｗは、実効長、すなわち光学素子２１の底部でのエリアの二乗根をも意味する。
【００５３】
図２ａにおいて模式的に表現されるように、（図１ｄにおいて模式的に表現されるように、光学プレートの不均一な照明を作り出し得る）下流側から照明ユニット１００の下流面２４を見ると（例えば図１ａも参照）、図４ａ及び図４ｂは、リング構造体上の一まとまりのＬＥＤにより作られる発光球面図形を示す。従って、図４ａは、マイクロ光学素子の２Ｄアレイの中を見た場合に、下から見られる発光球面図形を示す。観察者がマイクロ光学アレイの縁に接近すると、球面図形は、その後ろで消えるように見える。つまり、運動視差である。図４ｂは、別の位置についた場合に、観察者が見るものを示している。位置を変えると、３Ｄ投影は徐々に変化し、ここでは、現実の３Ｄ源を見る場合と同じく自然な変化が認識される。従って、奥行き知覚が、本発明の照明ユニットで提供され得る。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【国際調査報告】
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