(57)【要約】  ファイバ照明システムおよび光の切り替え方法が開示される。システムは、光源と、光源からの光を受光する入力、少なくとも一つの出力、および入力と出力との間の光路に配置される微小電気機械ミラーを有する切り替えデバイスとを含む。ミラーは、光を入力から出力に向けるように再配置可能である。システムは、長さに沿って光を放射する出力に結合された光拡散ファイバ、および光源に１０Ｈｚから５００ｋＨｚまでの周波数で光を脈動させかつ光を出力に向けるためにミラーを配向する電子制御ユニットも含む。ミラーが一個のパルス中に結合方位にありかつパルス間に再配置されるように、再配置を脈動に同期させる。
2018529177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバ照明システムであって、
光ビームを出力する光源と、
切り替えデバイスであって、
少なくとも一つの入力であって、前記光源からの前記光ビームが当該少なくとも一つの入力に受光されるように前記光源に光学的に結合された、少なくとも一つの入力と、
少なくとも一つの出力と、
前記少なくとも一つの入力と前記少なくとも一つの出力との間の光路に配置され、前記少なくとも一つの入力からの光を前記少なくとも一つの出力に選択的にかつ個別的に向けるように再配置可能な微小電気機械ミラーと
を備える、切り替えデバイスと、
前記少なくとも一つの出力に光学的に結合された少なくとも一つの光拡散ファイバであって、光が前記少なくとも一つの出力から放射されると、当該少なくとも一つの光拡散ファイバが当該少なくとも一つ光拡散ファイバの長さに沿って光を放射する、少なくとも一つの光拡散ファイバと、
前記光源および前記切り替えデバイスに通信可能に結合される電子制御ユニットであって、処理デバイスと一つ以上のプロセッサ可読かつ実行可能な命令を備える非一時的プロセッサ可読記憶媒体とを備える電子制御ユニットと
を備え、当該命令は実行されると、当該処理デバイスが
前記光源に約１０Ｈｚから約５００ｋＨｚまでのパルス周波数で前記光ビームを脈動させ、かつ
前記光ビームが前記少なくとも一つの出力に向けられるように複数の結合方位の少なくとも一つに前記微小電気機械ミラーを配向させ、前記微小電気機械ミラーが前記光ビームの一個のパルス中に結合方位にありかつ前記光ビームのパルス間に再配置されるように、再配置が前記脈動に同期される、ファイバ照明システム。
【請求項２】
前記微小電気機械ミラーは、約０．２ｍｓから約１０００ｍｓまでの周期で結合方位と結合方位との間を移動する、請求項１に記載のファイバ照明システム。
【請求項３】
前記光源は、ＲＧＢデバイスと単一波長レーザデバイスの少なくとも一方を備える、請求項１または２に記載のファイバ照明システム。
【請求項４】
前記光源は、ＲＧＢレーザであり、
前記非一時的プロセッサ可読記憶媒体は、一つ以上のプロセッサ可読かつ実行可能な命令をさらに備え、当該命令は、実行されると、前記処理デバイスが前記ＲＧＢレーザに複数の波長のうちの任意の一つで前記光を出力させる、請求項１または２に記載のファイバ照明システム。
【請求項５】
前記少なくとも一つの出力は、複数の出力であり、
前記少なくとも一つの光拡散ファイバは、当該複数の出力のいずれか一つに結合される、請求項１から４のいずれかに記載のファイバ照明システム。
【請求項６】
複数の光拡散ファイバ間で光を切り替える方法であって、当該方法は、
切り替えデバイスの入力に向かって約１０Ｈｚから約５００ｋＨｚまでのパルス周波数で光源に光ビームを脈動させるステップであって、前記光ビームが前記入力で受光される、ステップと、
複数の結合方位のうちの少なくとも一つに前記切り替えデバイスの微小電気機械ミラーを再配置させるステップであって、前記光ビームが前記切り替えデバイスの複数の出力の個々の一つに向けられかつ前記複数の出力の前記個々の一つに光学的に結合される前記複数の光拡散ファイバの個々の一つを介して拡散するようになっているステップと
を備えており、
前記微小電気機械ミラーが前記光ビームの一個のパルス中に結合方位にありかつ前記光ビームのパルス間に再配置されるように、再配置が前記脈動に同期される、方法。
【請求項７】
前記微小電気機械ミラーを再配置させるステップは、約０．２ｍｓから約１０００ｍｓまでの周期中に結合方位と結合方位との間で前記微小電気機械ミラーを再配置させるステップを備える、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記微小電気機械ミラーを再配置させるステップは、前記光ビームが前記複数の出力のうちの少なくとも一つに光学的に結合される光拡散ファイバに向けられるように前記複数の結合方位の少なくとも一つに前記微小電気機械ミラーを再配置させるステップを備える、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
ファイバ照明システムであって、
光ビームを出力する半導体レーザデバイスと、
切り替えデバイスであって、
前記半導体レーザデバイスに光学的に結合される少なくとも一つの入力であって、前記半導体レーザデバイスからの前記光ビームが前記少なくとも一つの入力で受光される少なくとも一つの入力と、
複数の出力と、
前記少なくとも一つの入力と前記複数の出力との間の光路に配置され、前記少なくとも一つの入力からの光を前記複数の出力の個別の出力に選択的にかつ個別的に向けるように再配置可能な微小電気機械ミラーと
を備える切り替えデバイスと、
前記少なくとも一つの出力の各々に光学的に結合される少なくとも一つの光拡散ファイバであって、光が前記複数の出力から放射されると、当該光拡散ファイバは、当該少なくとも一つの光拡散ファイバの長さに沿って光を放射する、少なくとも一つの光拡散ファイバと、
前記半導体レーザデバイスおよび前記切り替えデバイスに通信可能に結合される電子制御ユニットであって、処理デバイスと一つ以上のプロセッサ可読かつ実行可能な命令を備える非一時的プロセッサ可読記憶媒体とを備える電子制御ユニットと
を備え、当該命令は実行されると、当該処理デバイスが
前記微小電気機械ミラーに約１０Ｈｚから約５００ｋＨｚまでのパルス周波数で前記光ビームを脈動させ、かつ
前記光ビームが前記複数の出力のうちの個々の一つに向けられるように複数の結合方位の少なくとも一つに前記微小電気機械ミラーを配向させ、前記微小電気機械ミラーが前記光ビームの一個のパルス中に結合方位にありかつ約０．２ｍｓから約１０００ｍｓまでの周期で前記光ビームのパルス間に再配置されるように、再配置が前記脈動に同期される、ファイバ照明システム。
【請求項１０】
前記複数の出力が約２個から約１６個までの出力を有し、前記半導体レーザがＲＧＢ半導体レーザである、請求項９に記載のファイバ照明システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１５年６月１９日に出願された米国仮出願第６２／１８１８１２号の合衆国法典第３５巻第１１９条に基づく優先権の利益を主張し、この出願の内容を信頼し、そのまま参照によって本明細書に援用する。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は、概してファイバ照明システムに関し、より具体的には、光拡散ファイバを有するファイバ照明システム、およびそのファイバ照明システムを動作する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
光拡散ファイバは、車両、家電、電子機器、プールおよびスパ、建築等でのアクセント照明等の様々な用途で使用できる。比較的に小さなサイズであり柔軟性があるために、光拡散ファイバは、別の方法では照明が困難である閉鎖空間で照明するために使用することもできる。
【０００４】
光拡散ファイバに対して光源を提供する現在の方法は、単一の光源を各光拡散ファイバと対にすることが必要であるために、コストがかかり、複雑で過剰な数のコンポーネントを必要とする可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、光の強度を低下せずまたは配置および保守が困難なコストのかかるコンポーネントを多数有する複雑なシステムを必要としない、光拡散ファイバに光の分配を提供する代わりの方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態によれば、ファイバ照明システムは、光ビームを出力する光源と切り替えデバイスを含む。該切り替えデバイスは、前記光源に光学的に結合された少なくとも一つの入力であって、前記光源からの前記光ビームが当該少なくとも一つの入力に受光される、少なくとも一つの入力、少なくとも一つの出力、および前記少なくとも一つの入力と前記少なくとも一つの出力との間の光路に配置された微小電気機械ミラーを含む。当該微小電気機械ミラーは、前記少なくとも一つの入力からの光を前記少なくとも一つの出力に選択的かつ個別的に向けるように再配置可能である。当該システムは、光が前記少なくとも一つの出力から放射されると、少なくとも一つの光拡散ファイバが前記少なくとも一つの光拡散ファイバの長さ方向に光を放射するように、前記少なくとも一つの出力に光学的に結合された少なくとも一つの光拡散ファイバと、前記光源および前記切り替えデバイスに通信可能に結合された電子制御ユニットを備え、当該電子制御ユニットは、処理デバイス、および一つ以上のプロセッサ可読および実行可能な命令を有する非一時的なプロセッサ可読記憶媒体を含み、当該命令は実行されると、前記処理デバイスが、前記光源に約１０Ｈｚから約５０００Ｈｚまでのパルス周波数で前記光ビームを脈動させかつ前記光ビームが前記少なくとも一つの出力に向けられるように、複数の結合方位の少なくとも一つに前記微小電気機械ミラーを配向させるようにし、前記微小電気機械ミラーが前記光パルスの一個のパルス中には一つの結合方位にありかつ前記光ビームのパルス間に再配置されるように、前記再配置が前記脈動に同期する。
【０００７】
他の一実施形態では、複数の光拡散ファイバ間で光を切り替える方法は、切り替えデバイスの入力に向かって約１０Ｈｚから約５０００Ｈｚまでのパルス周波数で光源に光ビームを脈動させるステップであって、前記光ビームが前記入力で受光される、ステップと、複数の結合方位のうちの少なくとも一つに前記切り替えデバイスの微小電気機械ミラーを再配置させるステップであって、前記光ビームが前記切り替えデバイスの複数の出力の個々の一つに向けられかつ当該複数の出力の当該個々の一つに光学的に結合される前記複数の光拡散ファイバの個々の一つを通って拡散する、ステップとを含む。前記再配置は、前記微小電気機械ミラーが前記光ビームの一個の中に結合方位にありかつ前記光ビームのパルス間に再配置されるように、前記脈動に同期される。
【０００８】
他の一実施形態では、ファイバ照明システムは、光ビームを出力する半導体レーザデバイスと切り替えデバイスとを含む。当該切り替えデバイスは、半導体レーザデバイスに光学的に結合された前記少なくとも一つの入力であって、前記半導体レーザデバイスからの前記光ビームが少なくとも一つの入力で受光される少なくとも一つの入力、複数の出力、および前記少なくとも一つの入力と前記複数の出力との間の光路に配置される微小電気機械ミラーを含む。当該微小電気機械ミラーは、前記少なくとも一つの入力からの光を前記複数の出力の個別の出力に選択的かつ個別的に向けるように再配置可能である。前記切り替えデバイスは、前記複数の出力の各々に光学的に結合された少なくとも一つの光拡散ファイバであって、光が前記複数の出力から放射されると、当該光拡散ファイバが前記少なくとも一つの光拡散ファイバの長さに沿って光を放射する少なくとも一つの光拡散ファイバと、前記半導体レーザデバイスおよび前記切り替えデバイスに通信可能に結合された電子制御ユニットとをさらに含む。当該電子制御ユニットは、処理デバイスと、一つ以上のプロセッサ可読かつ実行可能な命令を含む非一時的且つプロセッサ可読記憶媒体とを含み、当該命令は実行されると、前記処理デバイスが、前記半導体レーザデバイスに約１０Ｈｚから約５００Ｈｚまでのパルス周波数で前記光ビームを脈動させかつ前記光ビームが前記複数の出力の個別の一つに向けられるように前記電気機械ミラーを複数の結合方位の少なくとも一つに配向させるようにする。前記再配置は、前記微小電気機械ミラーが前記光ビームの一個のパルス中に結合方位にありかつ約２ｍｓから約１００ｍｓの周期で前記光ビームのパルス間に再配置されるように、前記脈動に同期される。
【０００９】
本明細書に記載される光照明システムおよび光拡散ファイバ間で切り替える方法の追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載され、ある程度はその説明から当業者にはすぐに分かり、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付の図面を含む、本明細書に記載の実施形態を実施することによって認識されるだろう。
【００１０】
前述の概説および以下の詳細な説明の両方は、様々な実施形態を説明しており、かつ請求する主題の性質および特徴を理解するための概要または枠組みを提供することを意図していることが理解されるべきである。添付の図面は、様々な実施形態をさらに理解するために含まれ、この明細書に援用されると共にその一部を構成する。図面は、本明細書に説明される様々な実施形態を示しており、説明と共に請求する主題の原理および動作を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本明細書に示されかつ説明される少なくとも一つの実施形態に係る例示のファイバ照明システムのブロック図を概略的に示している。
【図２】図２は、本明細書に示されかつ説明される少なくとも一つの実施形態に係る例示のファイバ照明システムのブロック図を概略的に示している。
【図３】図３は、本明細書に示されかつ説明される少なくとも一つの実施形態に係る例示の制御ユニットコンポーネントのブロック図を概略的に示している。
【図４】図４は、本明細書に示されかつ説明される少なくとも一つの実施形態に係る複数の光拡散ファイバ間で光を切り替える例示の方法のフロー図を概略的に示している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで、光拡散ファイバを有するファイバ照明システム、および光拡散ファイバを有するファイバ照明システムを動作する方法の様々な実施形態が詳細に参照され、そのいくつかの例が添付の図面に示されている。可能ならいつでも、同じ参照番号は、図面全体を通して同じ部品または同様な部品を指すために使用される。ファイバ照明システムの一実施形態が図１に示され、それは、ほぼ全体を通して参照番号１００で指定される。ファイバ照明システム１００は、概して、光源１３０、光源に光学的に結合された少なくとも一つの入力１１０を有する切り替えデバイス１０５、少なくとも一つの出力１１５ａから１１５ｈ、微小電気機械ミラー１２０、少なくとも一つの出力１１５ａから１１５ｈに光学的に結合された少なくとも一つの光拡散ファイバ１２５ａから１２５ｈ、および光源１３０および切り替えデバイス１０５に通信可能に結合された電子制御ユニット１４０を備える。光拡散ファイバを有するファイバ照明システムおよびそれを動作する方法の実施形態は、添付の図面を特に参照してより詳細に本明細書で説明される。
【００１３】
光を光拡散ファイバに提供することに関連する問題を解決するためのこれまでの試みは、複数の光拡散ファイバを跨って単一光源からの光ビームを分割する受動光スプリッタを使用している。しかしながら、この構成では、各光拡散ファイバでの光の強度が減少され、全ての光拡散ファイバを跨る均一な照明が妨げられる。加えて、光ビームは、適切な分布を確保するために光スプリッタと光拡散ファイバに正確に位置合わせされなければならない。さらに、ランバート光分布を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用することは、各光拡散ファイバに結合できる光の量を制限する。
【００１４】
本明細書に記載されるファイバ照明システムは、一般的に、微小電気機械ミラーが、一つ以上の光拡散ファイバが光学的に結合される複数の出力の中で単一の脈動光源からの入射光ビームを切り替えるように配置される。微小電気機械ミラーは、ミラーへ入射する実質的に全ての光が複数の出力のうちの一つに接続された光拡散ファイバのうちの一つに向き直されかつ結合されるように光パルスと光パルスとの間で複数の結合方位に少なくとも一つに微小電気機械ミラーが再配置できる速度で再配向できる。加えて、微小電気機械ミラーの再配置と光源からのパルスは、人の肉眼によって見ると、脳が複数の光ファイバの各々に向けられる光パルスの各々を一体化するように同期され、光拡散ファイバが、それらのそれぞれの長さに沿って連続しかつ均一に照明されるように見える。光は、光拡散ファイバ間で光を静的にまたは動的に切り替えるように微小電気機械ミラーおよび／または光源によって制御することもできる。
【００１５】
本明細書で具体化されかつ図１に描かれるように、ファイバ照明システム１００は、一般的に、光源１３０、切り替えデバイス１０５、少なくとも一つの光拡散ファイバ１２５ａから１２５ｈ（集合的に、１２５）、および電子制御ユニット１４０を含むことができる。本明細書でより詳細に説明されるように、ファイバ照明システム１００の様々なコンポーネントは、切り替えデバイス１０５が光源１３０からの光を受光し、その光を光拡散ファイバ１２５に向け直すように配置できる。光源１３０と切り替えデバイス１０５は、光源１３０による光の放射と個々の出力間での切り替えデバイス１０５の切り替えを制御する電子制御ユニット１４０に通信可能に結合される。
【００１６】
本明細書で説明される実施形態では、光源１３０は、電磁放射線の少なくとも一つのビーム１５０を出力する少なくとも一つのデバイスを含むことができる。いくつかの実施形態では、光源１３０は、望ましい出力光ビームを生成するために電気的または光学的にポンピングできるゲイン媒体を有する発光デバイスであってもよい。例示のゲイン媒体は、制限するわけではないが、Ｎｄ：ＹＡＧ（ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット）、Ｙｂ：ＹＡＧ（イッテルビウムドープイットリウムアルミニウムガーネット）、Ｙｂ：ガラス（イットリウムドープガラス）、Ｅｒ：ＹＡＧ（エルビウムドープイットリウムアルミニウムガーネット）等を含むことができる。
【００１７】
電磁放射線の前記少なくとも一つのビーム１５０は、光の任意の波長を有するビーム１５０であり有る。いくつかの実施形態では、ビーム１５０は、可視光のスペクトル内の波長を有することができる。すなわち、光源１３０は、約３９０ナノメートル（ｎｍ）から約７００ｎｍまでの波長を有する電磁放射線等の一般的に人の肉眼に対して可視である波長で電磁放射線を放射する。他の実施形態では、ビーム１５０は、紫外（ＵＶ）光および赤外（ＩＲ）光等の、可視光のスペクトル内にない波長を有していてもよい。すなわち、光源１３０は、約２００ｎｍから約２４００ｎｍまでの波長を有する電磁放射線等の一般的に人の肉眼で見えない波長で電磁放射線を放射する。
【００１８】
光源１３０は、連続的に（脈動されずに）ビーム１５０を放射してもよいし光のビーム１５０を脈動してもよい。いくつかの実施形態では、ビーム１５０は、たとえば、光源１３０の出力が電子制御ユニット１４０によって制御されるときのように、特定の周波数で脈動されてもよい。光源１３０によって放射される光のパルスは、一般的に、光源１３０が光の放射を作動し（スイッチオンし）、それを停止し（スイッチオフし）、かつそれを再作動する（スイッチオンする）パルス周波数で測定できる。本明細書に記載の実施形態では、光源１３０のパルス周波数は、個々のパルスが人の肉眼によって認識されないように光のパルスが生じる任意の周波数または周波数範囲（すなわち、光源１３０のパルス周波数は１／ｘよりも大きく、ｘは、人間の眼の積分時間（約０．１秒）である）を含む。すなわち、人間の眼の積分時間がより遅いことおよび残像に起因して光源１３０は、光源（または光源の少なくとも一つのビーム１５０）が人間の観察者がスイッチオンおよびスイッチオフされていることを認識できないように十分に高いパルス周波数で動作される。例示のパルス周波数は、制限するわけではないが、約１０Ｈｚ、約５０Ｈｚ、約１００Ｈｚ、約５００Ｈｚ、約１ｋＨｚ、約２ｋＨｚ、約３ｋＨｚ、約４ｋＨｚ、約５ｋＨｚ、約１０ｋＨｚ、約５０ｋＨｚ、約１００ｋＨｚ、約２００ｋＨｚ、約３００ｋＨｚ、４００ｋＨｚ、約５００ｋＨｚ、またはこれらの値のうち任意の二つの間（端点を含む）の任意の値もしくは範囲を含む、約１０Ｈｚから約５００ｋＨｚまでを含むことができる。他の例示的な周波数は、制限するわけではないが、約１０Ｈｚから約１００Ｈｚまで、約１００Ｈｚから約２５０Ｈｚまで、約２５０Ｈｚから約５００Ｈｚまで、約５００Ｈｚから約１０００Ｈｚまで、約１０００Ｈｚから約１５００Ｈｚまで、約１５００Ｈｚから約２０００Ｈｚまで、約２０００Ｈｚから約２５００Ｈｚまで、約２５００Ｈｚから約３０００Ｈｚまで、約３０００Ｈｚから約３５００Ｈｚまで、約３５００Ｈｚから約４０００Ｈｚまで、４０００Ｈｚから約４５００Ｈｚまで、約４５００Ｈｚから約５０００Ｈｚまで、またはこれらの値のうちの任意の二つの間（端点を含む）の任意の値もしくは範囲を含むことができる。いくつかの実施形態では、パルス周波数は、たとえば、約１００Ｈｚから約１ｋＨｚまでであってもよい。いくつかの実施形態では、ちらつきの知覚作用を回避するために、パルス周波数は、約１ｋＨｚから約２ｋＨｚまででよい。
【００１９】
いくつかの実施形態では、光源１３０は、たとえば、ＲＧＢ半導体レーザ等のＲＧＢレーザデバイスでよい。そのようなデバイスは、可視光の望ましい波長を有する出力ビーム１５０を生成するために、異なるレーザダイオードから放射された個々の光ストリームを結合することによって任意の色でビーム１５０を出力できる。たとえば、デバイスは、三個のレーザダイオード、すなわち、約６２０ｎｍから約７５０ｎｍまでの光を放射する赤色レーザダイオード、約４９５ｎｍから約５７０ｎｍまでの光を放射する緑色レーザダイオード、および約４５０ｎｍから約４９５ｎｍまでの光を放射する青色レーザダイオードを含むことができる。これら三個のダイオードから放射される光ビームの様々な組み合わせは、望ましい色を有する光ビーム１５０を発生し、その後、そのビーム１５０は光源１３０によって放射される。出力される光の色は、たとえば、電子制御ユニット１４０によって制限できる。すなわち、本明細書で詳細に説明されるように、電子制御ユニット１４０は、複数の波長のうちの任意の一つの波長で可視光を出力するためにＲＧＢレーザのダイオードの各々を独立して動作できる。さらに、電子制御ユニット１４０は、出力された可視光の波長をいつでも変化でき、それによって、電子制御ユニット１４０が光源１３０に第一の色の第一のパルス、第二の色の第二のパルス等を出力させることができる。したがって、光源１３０がＲＧＢレーザダイオードである場合、単一の光源１３０は少なくとも一つの出力１１５で異なる波長の光を出力するために使用できることが理解されるべきである。
【００２０】
いくつかの他の実施形態では、光源１３０は、光の単一の波長でビーム１５０を出力する単一波長レーザデバイスであってもよい。本発明を制限しない実施例では、単一波長レーザデバイスは、任意の波長でビーム１５０を出力するレーザダイオードであってもよい。特定の実施例では、単一波長レーザデバイスは、可視スペクトルの波長でビーム１５０を出力するレーザダイオードであってもよい。すなわち、単一波長レーザデバイスは、約３８０ｎｍ、約４００ｎｍ、約４５０ｎｍ、約５００ｎｍ、約５５０ｎｍ、約６００ｎｍ、約６５０ｎｍ、約７００ｎｍ、約７５０ｎｍ、またはこれらの値のうち任意の二つの間（端点を含む）の任意の値もしくは範囲を含む、約３８０ｎｍから約７５０ｎｍまでの特定の波長で光を出力できる。いくつかの実施形態では、単一波長レーザデバイスは、約３８０ｎｍから約４５０ｎｍまで、約４５０ｎｍから約４９５ｎｍまで、約４９５ｎｍから約５７０ｎｍまで、約５７０ｎｍから約５９０ｎｍまで、約５９０ｎｍから約６２０ｎｍまで、または約６２０ｎｍから約７５０ｎｍまで、またはこれらの値のうちの任意の二つの間（端点を含む）の任意の値もしくは範囲の特定の波長でビーム１５０を出力できる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、光源１３０は、半導体レーザデバイスであり得る。本明細書で使用されるように、用語「半導体レーザデバイス」は、望ましい出力の光ビームを生成するために電気的または光学的にポンピングできる半導体ゲイン媒体を有する任意のレーザデバイスを意味する。例示のゲイン媒体は、制限するわけではないが、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、ＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウムヒ素）、ＧａＰ（ガリウムリン）、ＩｎＧａＰ（インジウムガリウムヒ素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）、ＧａＩｎＮＡｓ（窒化インジウムガリウムヒ素）、ＩｎＰ（インジウムリン）、ＧａＩｎＰ（ガリウムインジウムリン）等を含む。半導体レーザデバイスの例は、制限するわけではないが、分配帰還型（ＤＦＢ）レーザおよび分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザを含むことができる。いくつかの実施形態では、半導体レーザデバイスは、平均的な観察者によって一般的に認識可能であるものよりも速い（すなわち、普通の人は、ビーム１５０が連続的にオンオフされることは認識できない）パルス周波数でビーム１５０を脈動できることが一般的に知られているので、光源１３０としての半導体レーザデバイスの使用は望ましいだろう。さらに、半導体レーザデバイスは、以下でより詳細に記載されるように、容易に入手可能であり、かつ電子制御ユニット１４０等を介して半導体レーザデバイスから放射された光の様々な特性を変化するために容易に制御できる。しかしながら、他のタイプの光源が考慮されかつ可能であることが理解されるべきである。
【００２２】
いくつかの実施形態では、光源１３０は、少なくとも一つの入力１１０に光学的に結合される、送信ファイバ等の単一のトランク入力に光を放射する複数の分岐レーザを含むことができる。そのような配置は、たとえば、分岐レーザを別々に変調して特定の特性を有する光ビーム１５０を形成するために使用できる。いくつかの実施形態では、電子制御ユニット１４０は、分岐ストリームの様々な特性を制御できる。たとえば、分岐レーザの各々からの光ビームが結合して単一のトランク入力に入るときに、本明細書で上述されたＲＧＢレーザデバイスの場合と同様に、組み合わせたビーム１５０の波長（すなわち、色）が分岐レーザの各々とは異なるように、分岐レーザは、各々、光の異なる波長および／または強度を出力できる。さらに、電子制御ユニット１４０は、分岐レーザから放射された光ビームの強度を制御するためにも使用することもでき、それによって、単一トランク入力から放射され切り替えデバイス１０５の少なくとも一つの入力１１０に向けられた、ビーム１５０の強度を制御する。各分岐レーザの波長および／または強度を制御することによって、単一の光源１３０は、波長および／または強度の広域スペクトルを有するビームを切り替えデバイス１０５に提供するために利用でき、それによって、多くの異なる光源が切り替えデバイス１０５の出力１１５に結合されるように見える。
【００２３】
単一の光源１３０が本明細書で一般的に説明されるが、複数の光源１３０（すなわち、複数の半導体レーザデバイス、複数のＲＧＢレーザデバイス等）が切り替えデバイス１０５に結合できることが理解されるべきである。すなわち、複数の光源１３０は、各々独立して光ビームを切り替えデバイス１０５の入力１１０に投射することができる。いくつかの実施形態では、複数の光源１３０は、切り替えデバイス１０５の単一の入力１１０に結合できる一方、他方の実施形態では、複数の光源１３０は、各々、切り替えデバイス１０５の別個の入力に結合できる。したがって、いくつかの実施形態では、切り替えデバイス１０５は、複数の入力を含むことができることが理解されるべきである。
【００２４】
同様に、複数の出力１１５が本明細書で一般的に説明されるが、切り替えデバイス１０５は、本開示の範囲から逸脱することなく、単一の出力１１５を組み込んでもよいことが理解されるべきである。そのような実施形態は、たとえば、切り替えデバイス１０５が、出力１１５に接続された一つ以上の光拡散ファイバ１２５から拡散された光の特性を変化するように複数の光源１３０からの異なる光ビーム１５０を向ける例において、実施可能である。
【００２５】
さらに図１を参照すると、いくつかの実施形態では、切り替えデバイス１０５は、光通信微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）光学スイッチであってもよい。特定の実施形態では、切り替えデバイス１０５は、「Ｍ」が入力数で「Ｎ」が出力数であるＭ×Ｎ光通信ＭＥＭＳ光学スイッチであり得る。したがって、切り替えデバイス１０５は、一般的に、少なくとも一つの入力１１０、少なくとも一つの出力１１５ａから１１５ｈ（集合的に、１１５）、および微小電気機械ミラー１２０を含むことができる。加えて、本明細書では描かれていないが、切り替えデバイス１０５は、複数の入力１１０を含むことができる。切り替えデバイス１０５が複数の入力１１０および／または複数の出力１１５を含む場合、入力１１０および／または出力１１５は、線形アレイに配置されてもよくまたは束に配置されてもよい。例示の市販の切り替えデバイスは、制限するわけではないが、Ａｄａｍａｎｔ  Ｃｏ．，  Ｌｔｄ（日本国東京都）で製造されたＭＥＭＳ光学スイッチを含むことができる。
【００２６】
前記少なくとも一つの入力１１０は、光源１３０によって放射されたビーム１５０が入力１１０で受光されるように光源１３０に光学的に結合できる。いくつかの実施形態では、光源１３０は、切り替えデバイス１０５の前記少なくとも一つの入力１１０に物理的に結合できる。たとえば、一実施形態では、光源１３０は、光源１３０のビーム１５０が切り替えデバイス１０５の入力１１０と位置合わせされるように切り替えデバイス１０５に直接に結合されてもよい。他の一実施形態では、光源１３０のビーム１５０は、光源１３０と切り替えデバイスの入力１１０との間に伝送光ファイバを取り付けた状態で切り替えデバイスの入力１１０に直接的に結合されてもよい。他の実施形態では、光源１３０と少なくとも一つの入力１１０との間の光結合は、物理的結合を必要とせず、代わりに、光源１３０のビーム１５０は、切り替えデバイス１０５の入力１１０に近接結合される。この実施形態では、光源１３０は、光源１３０から放射されたビームが少なくとも一つの入力１１０に位置合わせされるように少なくとも一つの入力１１０からある距離を置いて配置できる。
【００２７】
マイクロミラーとも呼ばれることができる微小電子機械ミラー１２０は、一般的に、方向を変更する、焦点を変える、および／または、制限するわけではないが可視光を含む、電磁放射線を再分配するように構成される任意のＭＥＭＳデバイスまたはその一部であることができる。本明細書で記載される実施形態では、切り替えデバイス１０５の微小電気機械ミラー１２０は、微小電気機械ミラー１２０の角度方位を回転軸Ａ周りに制御することによって、入力１１０から受光された光を少なくとも一つの出力１１５（たとえば、複数の出力１１５の個々の出力）に向け直すために利用できる。一つの回転軸Ａのみが描かれているが、微小電子機械ミラー１２０は、複数の回転軸を持っていてもよいことがすぐに分かるだろう。たとえば、微小電気機械ミラー１２０は、一つの次元（平面を画定する）に動いてもよくまたは複数の次元で動いてもよい。本開示は、単一の微小電気機械ミラー１２０についてのみ言及しているが、複数の微小電気機械ミラー１２０が、本開示の範囲から逸脱することなく使用できることは、容易に明白になる。たとえば、切り替えデバイス１０５は、微小電気機械ミラー１２０のアレイを組み込んでもよい。他の一実施形態では、切り替えデバイス１０５は、複数の微小電気機械ミラー１２０を組み込むことができ、複数の微小電気機械ミラー１２０の各ミラーは、複数の入力１１０のうちの少なくとも一つからの光を複数の出力１１５のうちの少なくとも一つまたは単一の出力１１５に向け直す。
【００２８】
いくつかの実施形態では、微小電気機械ミラー１２０は、一つ以上の反射面、特に、光ビーム１５０を反射するものと一般的に認識される反射面を含むことができる。したがって、微小電気機械ミラー１２０は、光ビーム１５０の特定の波長を反射するのに適する一つ以上の反射面および／またはコーティングを含むことができる。たとえば、ＵＶスペクトル内の波長で光源１３０によって出力されるビーム１５０は、ＵＶ波長を反射するのに適する表面および／またはコーティングを有する微小電気機械ミラー１２０によって反射されるだろう。
【００２９】
微小電気機械ミラー１２０の例示の例は、限定するわけではないが、参照ベースにヒンジ接続されかつそのヒンジの周りに静電的に回転する反射パネル、参照面に接続される第一のヒンジに取り付けられるジンバルとジンバルに接続される第二のヒンジに取り付けられるミラー、および参照面に刻まれる、ロックピンジョイントに固定される中央ポストに取り付けられるミラーを含むことができる。しかしながら、他のタイプの微小電気機械ミラーが考えられかつ可能であることは理解されるべきである。
【００３０】
微小電気機械ミラー１２０の小さなサイズと比較的低い質量は、回転軸Ａ周りの微小電気機械ミラー１２０の別個の方位間での比較的に高速の切り替えを容易にする。この高速切り替えは、微小電気機械ミラー１２０の移動と再配向が光源１３０のビーム１５０の連続するパルス間で達成できるように微小電気機械ミラー１２０の移動と再配向を光源１３０の脈動動作に同期させ、それによって、切り替えデバイス１０５の出力１１５に通過される光の量を最大にしかつ微小電気機械ミラー１２０が再配置されるときに、切り替えデバイス１０５の内部に「漏らされる」光の量を最小にする。
【００３１】
本明細書で記載される実施形態では、微小電気機械ミラー１２０は、切り替えデバイス１０５の入力１１０と切り替えデバイス１０５の出力１１５との間の光路に沿って切り替えデバイス１０５内に配置される。これによって、光源１３０のビーム１５０が微小電気機械ミラー１２０に入射するように、ビームが切り替えデバイス１０５の入力１１０に結合できる。微小電気機械ミラー１２０に関連する電子回路は、少なくとも一つの回転軸Ａ周りの特定の向きにミラーを制御（すなわち、「駆動」）するために利用でき、それによって、切り替えデバイスの複数の出力１１５のうちの一つとの間での「切り替え」を容易にする。この切り替えによって、微小電気機械ミラー１２０の方位に基づいて複数の出力１１５のうちの一つへ回転軸Ａ周りに光源１３０の光ビームを効果的に向け直す。
【００３２】
電子制御ユニット１４０からの制御信号の印加等を介して回転軸Ａ周り能動的に再配置される微小電気機械ミラー１２０の能力は、微小電気機械ミラー１２０に少なくとも一つの入力１１０からの光を複数の出力１１５ａから１１５ｈの個々の出力に向け直させる。少なくとも一つの入力１１０と複数の出力１１５ａから１１５ｈの個々の出力との間の光の方向（すなわち、切り替えデバイス１０５の出力への切り替えデバイス１０５の入力１１０からの光源１３０にビーム１５０の結合）は、選択的かつ個別的に完了できる。すなわち、微小電気機械ミラー１２０は、光が少なくとも一つの入力１１０から微小電気機械ミラー１２０を介して複数の出力１１５のうちの特定の一つに移動するように、ビーム１５０のパルス間の対応する結合方位へ再配置することによって、少なくとも一つの入力１１０からの光ビームの全強度を複数の出力１１５のうちの特定の一つ（たとえば、第一の出力１１５ａまたは第二の出力１１５ｂ）に選択的に向け直しできる。
【００３３】
加えて、微小電気機械ミラー１２０は、ビーム１５０の全強度が特定の時点で複数の出力１１５のうちの特定の一つ（たとえば、第一の出力１１５ａまたは第二の出力１１５ｂ）のみに向け直される（すなわち、光が他の出力１１５のいずれにも同時には向け直されない）ように、その特定の時点で複数の出力１１５のうちのその特定の一つに少なくとも一つの入力１１０からの光を個別に向けることができる。光のそのような個別の方向は、従来のビームスプリッタの場合のようには、光がほとんど失われず、または全く失われず、ビーム１５０の強度がビーム１５０を二つ以上の「部分ビーム」に分割することによって低下されないように、出力１１５のうちの特定の一つに接続された複数の光拡散ファイバ１２５のうちの特定の一つがビーム１５０の全強度を受け取ることを保証する。
【００３４】
本明細書で記載される実施形態では、微小電気機械ミラー１２０の配置および再配置は、電子制御ユニット１４０によって制御できる。具体的には、電子制御ユニット１４０は、本明細書でさらに詳細に説明されるように、微小電気機械ミラー１２０に回転軸Ａ周りの特定の方位へ移動させる制御信号を微小電気機械ミラー１２０に送信できる。さらに、本明細書で上述したように、電子制御ユニット１４０での微小電気機械ミラー１２０の制御は、微小電気機械ミラー１２０が光の各パルス間でのみ移動するように微小電気機械ミラー１２０が光源１３０によって放射されるパルスと同期されることを保証し、それによって光の全ての損失を回避する。いくつかの実施形態では、電子制御ユニット１４０は、微小電気機械ミラー１２０の回転軸Ａ周りに微小電気機械ミラー１２０の方位を制御する微小電気機械ミラー１２０の駆動ユニット１４５に制御信号を送信できる。いくつかの他の実施形態では、駆動ユニット１４５は、電子制御ユニット１４０と一体化されてもよい。駆動ユニット１４５は、一般的に、微小電気機械ミラー１２０を移動する、または微小電気機械ミラー１２０のコンポーネントを作動して微小電気機械ミラー１２０に回転軸Ａ周りの回転を生じさせるのに適する、任意の電子回路であり得る。いくつかの実施形態では、電子制御ユニット１４０は、切り替えデバイス１０５の入力１１０に入射する光源１３０の光ビーム１５０が各個別的結合方位で異なる出力に光学的に結合される複数の結合方位間に、一定のサイクルで微小電気機械ミラー１２０を移動することができる。したがって、図１に示される実施形態を例として用いると、微小電気機械ミラー１２０が少なくとも一つの入力１１０から光を第八の出力１１５ｈに向ける第八の結合方位に到達するまでかつ第一の結合方位に戻り再びサイクルが完了する前に、駆動ユニット１４５は、微小電気機械ミラー１２０を少なくとも一つの入力１１０からの光を第一の出力１１５ａに向ける第一の結合方位から、少なくとも一つの入力１１０からの光を第二の出力１１５ｂに向ける第二の結合方位へ移動する、などの移動を行うことができる。
【００３５】
本明細書で先に説明したように、微小電気機械ミラー１２０は、少なくとも一つの入力１１０と複数の出力１１５のうちの特定の一つとの間に光ビームを向けるために回転軸Ａ周りに再配置できる。したがって、微小電気機械ミラー１２０は、ビーム１５０が、回転軸Ａ周りの微小電気機械ミラー１２０の方位に基づいて任意の特定の時点で複数の出力１１５の任意の一つの出力に入射するように再配置できる。具体的には、微小電気機械ミラー１２０は、切り替えデバイス１０５の多数の出力１１５に対応する多数の結合方位に再配置できる。たとえば、図１は、八個の出力を有する切り替えデバイス１０５を描いている。電子制御ユニット１４０は、切り替えデバイス１０５の入力１１０に入射するビーム１５０が複数の出力１１５の個別の出力に光学的に結合される少なくとも八個の異なる結合方位へ、微小電気機械ミラー１２０を配向するようにプログラムできる。いくつかの実施形態では、各結合方位に対する微小電気機械ミラー１２０の角度方位は、電子制御ユニット１４０が微小電気機械ミラー１２０を特定の角度方位に移動させて微小電気機械ミラー１２０が特定の角度方位に対応する出力１１５ａから１１５ｈのうちの一つに光を向けること保証することができるように、電子制御ユニット１４０のメモリ部分に（本明細書で説明しているように）プログラムできる。上記の例は微小電気機械ミラー１２０を連続する結合方位に移動することを記載しているが、電子制御ユニットは、微小電気機械ミラー１２０を任意の順序で結合方位のいずれかに配向するようにプログラムできること、また望ましい照明効果を達成するために特定の照明サイクル中に特定の結合方位をスキップしてもよいことが理解されるべきである。
【００３６】
いくつかの実施形態では、微小電気機械ミラー１２０は、複数の出力１１５の各々（したがって出力１１５に接続された少なくとも一つの光拡散ファイバ１２５）を選択的に照明または消灯するように、再配置可能であってもよい。そのような選択的な照明および消灯は、光拡散ファイバ１２５の観察者に対して光拡散ファイバ１２５からの光のパルス化効果を提供できる。
【００３７】
いくつかの実施形態では、電子制御ユニット１４０は、光源１３０からのパルス間で微小電気機械ミラー１２０の角度方位を調整するようにプログラムされる。すなわち、微小電気機械ミラー１２０は、微小電気機械ミラー１２０と出力１１５ａから１１５ｈのうちのいずれかとの位置ずれに起因して光が実質的に失われないように、光源１３０からの光のパルス間に再配置される。たとえば、微小電気機械ミラー１２０の角度方位が光源１３０のパルス間で調整されることが保証されるように、微小電気機械ミラー１２０の角度方位は、所定の周期に調整できる。このような周期は、式（１）によって一般的に定義される：
【００３８】
【数１】
2018529177.tif 000003
【００３９】
ここで、ｆは、光源１３０によって放射される光のパルスのパルス周波数である。式（１）に示されるように、微小電気機械ミラー１２０が結合方位と結合方位との間を移動する周期は、光源１３０の連続するパルス間の時間量よりも少なく、それによって、微小電気機械ミラー１２０が、光源１３０の次の連続パルスに先立って光源１３０が放射する前に結合方位に適切に配置されることを保証する。したがって、微小電気機械ミラー１２０の変調周期は光源１３０のパルス周波数未満であることが理解されるべきである。例示の周期は、制限するわけではないが、約０．２ｍｓ、約０．３ｍｓ、約０．４ｍｓ、約０．５ｍｓ、約０．６ｍｓ、約０．７ｍｓ、約０．８ｍｓ、約０．９ｍｓ、約１ｍｓ、約５ｍｓ、約１０ｍｓ、約１００ｍｓ、約２００ｍｓ、約３００ｍｓ、約４００ｍｓ、約５００ｍｓ、約６００ｍｓ、約７００ｍｓ、約８００ｍｓ、約９００ｍｓ、約１０００ｍｓ、またはこれらの値のうちの任意の二つの間（端点を含む）の任意の値もしくは範囲を含む、約０．２ｍｓから約１０００ｍｓまでを含むことができる。
【００４０】
他の実施形態では、電子制御ユニット１４０は、光源１３０からのパルスに関係なく、微小電気機械ミラー１２０の角度方位を調整するようにプログラムされる。すなわち、微小電気機械ミラー１２０が再配置される間隔は、光源１３０からのパルスに対応してもよいし対応しなくてもよい。たとえば、微小電気機械ミラー１２０は、光源１３０の連続するパルス間の時間量よりも大きな周期で結合方位と結合方位との間を移動でき、それによって、ビーム１５０が光拡散ファイバ１２５のうちの一つから放射されるときに、ビーム１５０に対する視覚効果を生成する。ビームへの例示的な視覚効果は、制限するわけではないが、ちらつきおよびモーションアーチファクトを含み得る。他の一実施形態では、光源１３０は、脈動しなくてもよく、むしろ、微小電気機械ミラー１２０が結合方位と結合方位との間を移動する間に、光ビーム１５０を絶えず出力することができる。
【００４１】
いくつかの実施形態では、電子制御ユニット１４０は、出力１１５間で光を静的に切り替えるために微小電気機械ミラー１２０および／または光源１３０を制御するようにプログラムできる。すなわち、ビーム１５０は、光の様々な特性がすべての出力１１５の間で不変である（たとえば、光がすべての出力１１５に関して同じ強度、色、リフレッシュレート等を有する）ように、出力１１５間で均等に切り替えることができる。他の実施形態では、電子制御ユニット１４０は、出力１１５間で光を動的に切り替えるために微小電気機械ミラー１２０および／または光源１３０を制御するようにプログラムできる。すなわち、ビーム１５０は、特定の出力１１５に基づいて変化できる。たとえば、第一の出力１１５ａは、第一の強度、第一の色、第一のリフレッシュレート等でビーム１５０を受光でき、また第二の出力１１５ｂは、第二の強度、第一の色、第一のリフレッシュレート等でビーム１５０を受光し、かつ第三の出力１１５ｃは、第三の強度、第二の色、第二のリフレッシュレート等でビーム１５０を受光する。したがって、各出力１１５（およびそれに接続された光拡散ファイバ１２５）は、他の出力１１５（およびそれに接続された光拡散ファイバ１２５）に関して観察者にとって異なるタイプの光を拡散するように見えるが、実際には、各出力１１５は、同じビーム１５０から発生される光を受光する。したがって、本開示は、ビーム１５０の静的制御と動的制御の両方に関することがすぐに分かるだろう。
【００４２】
添付の図面に描かれた切り替えデバイス１０５は、八個の出力を含むが、出力１１５の数は制限されず、かつ切り替えデバイス１０５が、八個を超える出力または八個未満の出力を含んでもよいことが理解されるべきである。いくつかの実施形態では、切り替えデバイス１０５は、偶数の出力１１５（たとえば、２、４、６、または８個の出力）または奇数の出力１１５（たとえば、１、３、５、７、９、または１０個の出力）を含むことができる。したがって、切り替えデバイス１０５は、任意の数の出力１１５を組み込むことができる。いくつかの実施形態では、出力１１５の数は、光源１３０からの光を受光する多数の光拡散ファイバ１２５に対応し得る（すなわち、出力１１５対光拡散ファイバ１２５の比率が１：１）。あるいは、出力１１５の数は、光源１３０から光を受光する光拡散ファイバ１２５の数の二倍に対応し得る（すなわち、出力１１５対光拡散ファイバ１２５の比率が２：１）。さらに他の実施形態では、出力１１５の数は、光源１３０から光を受光する光拡散ファイバ１２５の数の一倍未満に対応し得る（たとえば、各出力１１５は、出力１１５対光拡散ファイバ１２５の比率が１：２、１：３、１：４、１：５等の、その各出力に結合された複数の光拡散ファイバ１２５を有する）。いくつかの実施形態では、最大数の出力１１５は、平均的な人間の観察者によって知覚されることなく微小電気機械ミラー１２０がサイクル（たとえば、出力１１５の各々間で連続的に切り替わる）を完了できる速度に基づいて必要である可能性がある。すなわち、微小電気機械ミラー１２０は、出力１１５に接続された各光拡散ファイバ１２５ａから１２５ｈを、残像に起因して同時に照明されているものとして平均的な人間の観察者が知覚するのに十分に速いサイクルで各結合方位間において切り替わることができる。したがって、各光拡散ファイバ１２５ａから１２５ｈは、光源１３０によって同時に照明されるように見える。実際には、光源１３０は、一時に一つの光拡散ファイバ１２５を照明するのみであるが、高速で次々に照明しているため、各光拡散ファイバ１２５が連続的に照明されているように見える。切り替えデバイス１０５があまりに多くの出力１１５（および対応する光拡散ファイバ１２５）を組み込む場合、微小電気機械ミラー１２０が十分に速いサイクルを完了できない可能性があり、それによって、平均的な人間の観察者に光拡散ファイバ１２５からの光のちらつきを知覚させる可能性がある。いくつかの実施形態では、切り替えデバイス１０５は、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１１個、１２個、１３個、１４個、１５個、または１６個の出力１１５を含む、約２個から約１６個の出力１１５を組み込むことができる。
【００４３】
上記のように、切り替えデバイス１０５の複数の出力１１５の各々は、それぞれの光拡散ファイバ１２５ａから１２５ｈに結合できる。光拡散ファイバ１２５ａから１２５ｈは、光源１３０からの光が出力１１５ａから１１５ｈを通って光拡散ファイバ１２５ａから１２５ｈに向けられるように各出力１１５ａから１１５ｈに光学的に結合できる。したがって、光がそれぞれの出力１１５ａから１１５ｈから放射されると、結合された光拡散ファイバ１２５ａから１２５ｈは、光を放射し（それぞれの光拡散ファイバ１２５から出てくる矢印によって指示されるように）、したがって、照明される。
【００４４】
切り替えデバイス１０５の出力に結合された光拡散ファイバ１２５は、その長さに沿って光を放射するように設計された任意のタイプの光ファイバを含むことができる。適切な光拡散ファイバ１２５は、米国特許第８５９１０８７号および米国特許第８７２４９４２号に開示された光拡散光ファイバを含むことができるがそれらに限定されない。いくつかの実施形態では、光拡散ファイバ１２５は、ガラスファイバであってもよく、特に、シリカガラスクラッドおよび／またはポリマークラッドによって覆われたシリカガラスコアを有するファイバであってもよい。シリカガラスコアは、光を一つ以上のクラッド内で散乱させる複数の散乱中心を含むことができる。散乱中心は、一般的に、光の波長から独立して伝搬する光を散乱し得る。いくつかの実施形態では、光拡散ファイバ１２５は、着色された光拡散ファイバ（すなわち、光源１３０から放射された光の色を変える顔料、染料等を含む）であってもよい。他の実施形態では、光拡散ファイバ１２５は、無色または実質的に無色（すなわち、光源１３０から放射された光の色に対応する光を拡散する）であってもよい。さらに他の実施形態では、ガラスクラッドまたはポリマークラッドは、特定の波長の光に曝されると、蛍光を発する材料を含んでいてもよい。このような材料は、蛍光物質等を含むことができるがそれに限定されない。光拡散ファイバ１２５の本発明を制限しない例は、薄型で、カラフルな審美的照明に使用されるガラスまたはポリマーの光ファイバであることができる。このような光拡散ファイバ１２５は、装飾的照明が設計されることを可能とし、または嵩のある他の照明要素が嵌らない狭く小さな場所に埋め込まれることを可能とすることができる。光拡散ファイバ１２５は、柔軟性があり、それによって、ファイバは、明るく均一な光を維持しながら曲がること、巻き付くこと、または物体の輪郭に合わせることができる。
【００４５】
いくつかの実施形態では、各出力１１５ａから１１５ｈは、図１に描かれているように、単一の対応する光拡散ファイバ１２５ａから１２５ｈに光学的に結合できる。したがって、光源１３０からの光は、光拡散ファイバ１２５ａから１２５ｈに入り、長さＬの少なくとも一部に沿って（光拡散ファイバ１２５から出る矢印によって描かれているように）光拡散ファイバ１２５ａから１２５ｈに伝搬して出る。このような実施形態では、より多くの光が、各出力１１５ａから１１５ｈにより近い光拡散ファイバ１２５ａから１２５ｈより出て拡散し、それによって、出力の反対側の各光拡散ファイバ１２５ａから１２５ｈの長さＬの端部に位置する端点１２７ａから１２７ｈで、光拡散ファイバから光がほとんど拡散しなくなる、または全く拡散しなくなる。したがって、光拡散ファイバの長さがより長い場合、観察者は、光拡散ファイバ１２５の特定の部分（たとえば、各出力１１５ａから１１５ｈにより近い部分）が、出力からより遠いファイバの他の部分よりもより明るい、および／またはより鮮やかであることに気付く場合がある。そのような状況を回避しかつ光拡散ファイバの各々の長さＬに沿って均一な照明を保証するために、いくつかの実施形態では、光拡散ファイバ１２５ａから１２５ｈの両端は、図２に描かれているように、切り替えデバイス１０５の異なる出力に結合できる。具体的には、図２は、光拡散ファイバ１２５ａ、１２５ｂの各々が、第一の端部１３２ａ、１３２ｂおよび第二の端部１３５ａ、１３５ｂを有し、これらの端部の各々が、切り替えデバイス１０５の各出力１１５ａから１１５ｄに光学的に結合されている配置を描いている。従って、図２に示されるように、第一の光ファイバ１２５ａは、第一の出力１１５ａに光学的に結合された第一の端部１３２ａ、および第二の出力１１５ｂに光学的に結合された第二の端部１３５ａを有することができる。同様に、第二の光拡散ファイバ１２５ｂは、第三の出力１１５ｃに光学的に結合された第一の端部１３２ｂ、および第四の出力１１５ｄに光学的に結合された第二の端部１３５ｂを有することができる。このような配置において、微小電気機械ミラー１２０は、光拡散ファイバ１２５ａ、１２５ｂの各端部１３２ａ、１３２ｂ、１３５ａ、１３５ｂに対して結合方位と結合方位との間で切り替わる。加えて、電子制御ユニット１４０は、光拡散ファイバ１２５ａ、１２５ｂの各々がこれらのファイバの全長に沿って均一に照明されるように、光拡散ファイバ１２５ａ、１２５ｂの端部１３２ａ、１３２ｂ、１３５ａ、１３５ｂに光を向けるために、結合方位と結合方位との間で微小電気機械ミラー１２０を切り替えさせる。
【００４６】
電子制御ユニット１４０は、一般的に、ファイバ照明システム１００の様々なコンポーネントのうちの一つ以上に対して電気制御信号を提供するのに適する任意の制御ユニットであり得る。たとえば、電子制御ユニット１４０は、特定の周波数でビーム１５０を脈動し、放射された光の色を変化し、放射された光の強度を変化する等のために制御信号を光源１３０に提供できる。加えて、電子制御ユニット１４０は、微小電気機械ミラー１２０および／または駆動ユニット１４５に結合方位と結合方位との間で切り替わらせることができる。ファイバ照明システム１００の様々なコンポーネントの効果制御を行うために、電子制御ユニット１４０は、複数のハードウェアコンポーネントを含むことができる。電子制御ユニット１４０の例示のハードウェアコンポーネントは、図３に描かれている。バス２００は、様々なコンポーネントと相互接続することができる。コンピュータ処理ユニット（ＣＰＵ）２０５等の処理デバイスは、プログラムを実行するために必要な計算および論理演算を実行する電子制御ユニット１４０（図１）の中央処理ユニットであり得る。ＣＰＵ２０５は、単独で、または図３に開示された他の要素の一つ以上と共に、本開示で使用される意味での、例示の処理デバイス、演算デバイス、プロセッサ、またはそれらの組み合わせである。リードオンリメモリ（ＲＯＭ）２１５およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２１０等のメモリは、例示のメモリデバイス（すなわち、非一時的プロセッサ可読記憶媒体）を構成することができる。そのようなメモリ２１０、２１５は、ＣＰＵ２０５によって実行されると、ＣＰＵ２０５に本明細書に記載された処理等の様々な処理を完了させる一つ以上のプログラム命令を含むことができる。任意ではあるが、プログラム命令は、コンパクトディスク、デジタルディスク、フラッシュメモリ、メモリカード、ＵＳＢドライブ、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）ディスク等の光ディスク記憶媒体、および／または他の非一時プロセッサ可読記憶媒体等の有形のコンピュータ可読媒体に記憶できる。
【００４７】
任意のユーザインターフェース２２０は、バス２００からの情報を音声フォーマット、視覚フォーマット、図形フォーマット、または英数字フォーマットでディスプレイ２２５に表示させることができる。さらに、ユーザインターフェース２２０は、キーボード、マウス、ジョイスティック、タッチスクリーン、リモートコントローラ、ポインティングデバイス、ビデオ入力デバイス、音声入力デバイス、触覚フィードバックデバイス等の入力デバイスとのデータの送受信を可能とする一つ以上の入力２３０を含むこともできる。このようなユーザインターフェース２２０は、たとえば、ユーザに、パルス周波数を調整させる、光源１３０（図１）によって放射された光の色を調整させる、結合方位と結合方位との間の周期を調整させる、特定の光拡散ファイバ１２５ａから１２５ｈのみが光源１３０（図１）からの光を受光するように結合方位をオンまたはオフさせる等のために使用できる。
【００４８】
システムインターフェース２３５は、一般的に、一つ以上の外部デバイス２４０、特に、たとえば、光源１３０（図１）、微小電気機械ミラー１２０、駆動ユニット１４５（図１）、外部演算デバイス、リモートサーバ等のファイバ照明システム１００（図１）のうちの一つ以上の他の部分とインターフェースする能力を有する電子制御ユニット１４０（図１）を提供できる。外部デバイス２４０との通信は、様々な通信ポート（図示せず）を使用して発生し得る。例示の通信ポートは、インターネット、イントラネット、ローカルネットワーク、直接接続等の通信ネットワークに取り付けることができる。
【００４９】
図４は、一実施形態に係る、複数の光拡散ファイバ間で光を切り替える例示の方法のフロー図を描いている。本方法は、光源に光ビームを脈動させるステップ３０５を含むことができる。ステップ３０５で、光ビームが切り替えデバイスの入力で受光されるように、光源に、その入力に向かって約１０Ｈｚから約５００ｋＨｚまでのパルス周波数で光ビームを脈動させることができる。
【００５０】
本方法は、任意ではあるが、出力された光に対して波長変化が必要か否かを決定するステップ３１０を含んでもよい。波長変化が必要な場合、ステップ３１５で、本明細書で説明されたように、光源がＲＧＢレーザである場合のように、光源に特定の波長を有するビームを出力させてもよい。したがって、本方法は、光源に複数の波長のうちの任意の一つの波長で光を出力させることを含む。
【００５１】
本方法は、微小電気機械ミラーにその角度方位を調整するよう指示するステップ３３０を含むことができる。本明細書でより詳細に説明されるように、ステップ３３０で、微小電気機械ミラーは、光ビームを切り替えデバイスの複数の出力のうちの個別の一つに向けさせるように、複数の結合方位の少なくとも一つの結合方位に対して再配置するよう指示されることができる。したがって、光は、複数の出力のうちの個別の一つに光学的に結合された複数の光拡散ファイバのうちの個別の一つを通って拡散でき、それによって、ファイバを照明する。加えて、微小電気機械ミラーを再配置させることは光源の光ビームの脈動と同期させてもよく、それにより、本明細書で説明されるように、微小電気機械ミラーが光ビームの一個のパルス中に結合方位にありかつ光ビームのパルス間に再配置される。いくつかの実施形態では、この指示するステップ３３０は、微小電気機械ミラーに約０．２ｍｓから約１０００ｍｓまでの周期で結合方位と結合方位との間に再配置させることを含むことができる。いくつかの実施形態では、微小電気機械ミラーに命令するステップは、光ビームが複数の出力のうちの少なくとも一つに光学的に結合された光拡散ファイバに向けられるように微小電気機械ミラーに指示することを含むことができる。
【００５２】
本明細書で描かれかつ説明されたファイバ照明システムは、微小電気機械ミラーを使用して光拡散ファイバ間で光を迅速に切り替えることによって、光源からの光ビームを複数の光拡散ファイバに向けることがここで理解されるべきである。微小電気機械ミラーは、光源がパルス間でオフに切り替えられたときに、微小電気機械ミラーが結合方位と結合方位との間で移動するように光源と同期され、それによって、光の損失と光の浪費を回避する。加えて、光源は、人の肉眼によって知覚されるものよりも速い周波数で光を脈動し、それによって、実際には、各光拡散ファイバが特定の時に全ての向け直された光ビームを受光するときに、光が光拡散ファイバの各々に対して均一に分配される印象を平均的な観察者に与える。
【００５３】
様々な変更および変形は、請求項の主題の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書で説明された実施形態に対して行われることができることは、当業者には明白である。したがって、本明細書は、本明細書で説明された様々な実施形態の変更および変形が添付の請求項およびそれらの等価物の範囲内に入る限り、そのような変更および変形を含むことを意図している。
【００５４】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００５５】
実施形態１
ファイバ照明システムであって、
光ビームを出力する光源と、
切り替えデバイスであって、
少なくとも一つの入力であって、前記光源からの前記光ビームが当該少なくとも一つの入力に受光されるように前記光源に光学的に結合された当該少なくとも一つの入力と、
少なくとも一つの出力と、
前記少なくとも一つの入力と前記少なくとも一つの出力との間の光路に配置され、前記少なくとも一つの入力からの光を前記少なくとも一つの出力に選択的にかつ個別的に向けるように再配置可能な微小電気機械ミラーと
を備える、切り替えデバイスと、
前記少なくとも一つの出力に光学的に結合された少なくとも一つの光拡散ファイバであって、光が前記少なくとも一つの出力から放射されると、当該少なくとも一つの光拡散ファイバが当該少なくとも一つの光拡散ファイバの長さに沿って光を放射する、少なくとも一つの光拡散ファイバと、
前記光源および前記切り替えデバイスに通信可能に結合される電子制御ユニットであって、処理デバイスおよび一つ以上のプロセッサ可読かつ実行可能な命令を備える非一時的プロセッサ可読記憶媒体を備える電子制御ユニットと、
を備え、当該命令は実行されると、当該処理デバイスが、
前記光源に約１０Ｈｚから約５００ｋＨｚまでのパルス周波数で前記光ビームを脈動させ、かつ
前記光ビームが前記少なくとも一つの出力に向けられるように複数の結合方位のうちの少なくとも一つに前記微小電気機械ミラーを配向させるようにし、前記微小電気機械ミラーが前記光ビームの一個のパルス中に結合方位にありかつ前記光ビームのパルス間に再配置されるように、再配置が前記脈動に同期される、ファイバ照明システム。
【００５６】
実施形態２
前記少なくとも一つの出力は、約２個から約１６個の出力を備える、実施形態１に記載のファイバ照明システム。
【００５７】
実施形態３
前記微小電気機械ミラーは、約０．２ｍｓから約１０００ｍｓまでの周期で結合方位と結合方位との間を移動する、実施形態１または２に記載のファイバ照明システム。
【００５８】
実施形態４
前記光源は、ＲＧＢデバイスおよび単一波長レーザデバイスのうちの少なくとも一方を備える、実施形態１から３のいずれかに記載のファイバ照明システム。
【００５９】
実施形態５
前記光源は、ＲＧＢレーザであり、
前記非一時的プロセッサ可読記憶媒体は、一つ以上のプロセッサ可読かつ実行可能な命令をさらに備え、当該命令は実行されると、前記処理デバイスが前記ＲＧＢレーザに複数の波長のうちの任意の一つで前記光を出力させるようにする、実施形態１から３のいずれかに記載のファイバ照明システム。
【００６０】
実施形態６
前記光源が半導体レーザデバイスである、実施形態１から３のいずれかに記載のファイバ照明システム。
【００６１】
実施形態７
前記少なくとも一つの出力は、複数の出力であり、
前記少なくとも一つの光拡散ファイバは、前記複数の出力の第一の出力に光学的に結合された第一の端部、および前記複数の出力の第二の出力に光学的に結合された第二の端部を備える、実施形態１から６のいずれかに記載のファイバ照明システム。
【００６２】
実施形態８
前記非一時的プロセッサ可読記憶媒体は、プロセッサ可読かつ実行可能な命令をさらに備え、前記命令は実行されると、前記処理デバイスが
前記光源が前記少なくとも一つの光拡散ファイバの前記第一の端部と前記第二の端部を照明するように、前記光を前記第一の出力に向ける第一の結合方位と前記光を前記第二の出力に向ける第二の結合方位との間で前記微小電気機械ミラーに切り替えさせるようにする、実施形態７に記載のファイバ照明システム。
【００６３】
実施形態９
前記少なくとも一つの出力は、複数の出力であり、
前記少なくとも一つの光拡散ファイバは、当該複数の出力のいずれか一つに結合される、実施形態１から６のいずれかに記載のファイバ照明システム。
【００６４】
実施形態１０
前記少なくとも一つの出力は、複数の出力であり、
前記少なくとも一つの光拡散ファイバは、複数の光拡散ファイバであり、
当該複数の光拡散ファイバの各々は、当該複数の出力のうちの一つに光学的に結合される、実施形態１から６のいずれかに記載のファイバ照明システム。
【００６５】
実施形態１１
複数の光拡散ファイバ間で光を切り替える方法であって、当該方法は、
切り替えデバイスの入力に向かって約１０Ｈｚから約５００ｋＨｚまでのパルス周波数で光源に光ビームを脈動させるステップであって、前記光ビームが前記入力で受光されるステップと、
複数の結合方位のうちの少なくとも一つに前記切り替えデバイスの微小電気機械ミラーを再配置させるステップであって、前記光ビームが前記切り替えデバイスの複数の出力の個々の一つに向けられかつ前記複数の出力の前記個々の一つに光学的に結合される前記複数の光拡散ファイバの個々の一つを介して拡散するステップと、
を備え、
前記微小電気機械ミラーが前記光ビームの一個のパルス中に結合方位にありかつ前記光ビームのパルス間に再配置されるように、再配置が前記脈動に同期される、方法。
【００６６】
実施形態１２
前記微小電気機械ミラーを再配置させるステップは、約０．２ｍｓから約１０００ｍｓまでの周期中に結合方位と結合方位との間で前記微小電気機械ミラーを再配置させるステップを備える、実施形態１１に記載の方法。
【００６７】
実施形態１３
前記微小電気機械ミラーを再配置させるステップは、前記光ビームが前記複数の出力のうちの少なくとも一つに光学的に結合される光拡散ファイバに向けられるように前記複数の結合方位のうちの少なくとも一つに前記微小電気機械ミラーを再配置させるステップを備える、実施形態１１または１２に記載の方法。
【００６８】
実施形態１４
前記微小電気機械ミラーを再配置させるステップは、駆動ユニットに前記微小電気機械ミラーの移動を駆動させるステップを備える、実施形態１１から１３のいずれかに記載の方法。
【００６９】
実施形態１５
前記光源に可視光スペクトルの複数の波長の任意の一つで前記光ビームを出力させるステップをさらに備える、実施形態１１から１４のいずれかに記載の方法。
【００７０】
実施形態１６
前記複数の光拡散ファイバの前記個々の一つの第一の端部に光学的に結合される第一の出力に前記光ビームを向ける第一の結合方位と前記複数の光拡散ファイバの前記個々の一つの第二の端部に光学的に結合される第二の出力に前記光ビームを向ける第二の結合方位との間で前記微小電気機械ミラーに切り替えさせるステップをさらに備える、実施形態１１から１４のいずれかに記載の方法。
【００７１】
実施形態１７
ファイバ照明システムであって、
光ビームを出力する半導体レーザデバイスと、
切り替えデバイスであって、
前記半導体レーザデバイスに光学的に結合される少なくとも一つの入力であって、前記半導体レーザデバイスからの前記光ビームが前記少なくとも一つの入力で受光される少なくとも一つの入力と、
複数の出力と、
前記少なくとも一つの入力と前記複数の出力との間の光路に配置され、前記少なくとも一つの入力からの光を前記複数の出力の個別の出力に選択的にかつ個別的に向けるように再配置可能な微小電気機械ミラーと
を備える、切り替えデバイスと、
前記少なくとも一つの出力の各々に光学的に結合される少なくとも一つの光拡散ファイバであって、光が前記複数の出力から放射されると、当該光拡散ファイバは当該少なくとも一つの光拡散ファイバの長さに沿って光を放射する、少なくとも一つの光拡散ファイバと、
前記半導体レーザデバイスおよび前記切り替えデバイスに通信可能に結合される電子制御ユニットであって、処理デバイスおよび一つ以上のプロセッサ可読かつ実行可能な命令を備える非一時的プロセッサ可読記憶媒体を備える電子制御ユニットと
を備え、当該命令は実行されると、当該処理デバイスが
前記微小電気機械ミラーに約１０Ｈｚから約５００ｋＨｚまでのパルス周波数で前記光ビームを脈動させ、かつ
前記光ビームが前記複数の出力のうちの個々の一つに向けられるように複数の結合方位の少なくとも一つに前記微小電気機械ミラーを配向させるようにし、前記微小電気機械ミラーが前記光ビームの一個のパルス中に結合方位にありかつ約０．２ｍｓから約１０００ｍｓまでの周期で前記光ビームのパルス間に再配置されるように、再配置が前記脈動に同期される、ファイバ照明システム。
【００７２】
実施形態１８
前記複数の出力が約２個から約１６個の出力を備える、実施形態１７に記載のファイバ照明システム。
【００７３】
実施形態１９
前記半導体レーザデバイスはＲＧＢ半導体レーザである、実施形態１７または１８に記載のファイバ照明システム。
【００７４】
実施形態２０
前記非一時的プロセッサ可読記憶媒体は、一つ以上のプロセッサ可読かつ実行可能な命令をさらに備え、当該命令は実行されると、前記処理デバイスが
前記ＲＧＢ半導体レーザに可視光スペクトルの複数の波長のうちの任意の一つで前記光を出力させるようにする、実施形態１９に記載のファイバ照明システム。
【００７５】
実施形態２１
前記少なくとも一つの光拡散ファイバは、前記複数の出力の第一の出力に光学的に結合される第１の端部、および前記複数の出力の第二の出力に光学的に結合される第二の端部を備える、実施形態１７から２０のいずれかに記載のファイバ照明システム。
【００７６】
実施形態２２
前記非一時的プロセッサ可読記憶媒体は、プロセッサ可読かつ実行可能な命令をさらに備え、当該命令は実行されると、前記処理デバイスが
前記半導体レーザデバイスが前記少なくとも一つの光拡散ファイバの前記第一の端部と前記第二の端部を照明するように、前記光を前記第一の出力に向ける第一の結合方位と、前記光を前記第二の出力に向ける第二の結合方位との間で前記微小電気機械ミラーに切り替えさせるようにする、実施形態２１に記載のファイバ照明システム。
【符号の説明】
【００７７】
１００  ファイバ照明システム
１０５  切り替えデバイス
１１０、２３０  入力
１１５、１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅ、１１５ｆ、１１５ｇ、１１５ｈ  出力
１２０  微小電気機械ミラー
１２５、１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄ、１２５ｅ、１２５ｆ、１２５ｇ、１２５ｈ  光拡散ファイバ
１２７ａ、１２７ｂ、１２７ｃ、１２７ｄ、１２７ｅ、１２７ｆ、１２７ｇ、１２７ｈ  端点
１３０  光源
１３２ａ、１３２ｂ  第一の端部
１３５ａ、１３５ｂ  第二の端部    １４０  電子制御ユニット
１４５  駆動ユニット
１５０  ビーム
２００  バス
２０５  ＣＰＵ
２１０  ＲＡＭ
２１５  ＲＯＭ
２２０  ユーザインターフェース
２２５  ディスプレイ
２３５  システムインターフェース
２４０  外部デバイス
３０５、３１０、３１５、３３０  ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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