(57)【要約】  光源によって放出された及びビームの方向を制御するデバイスを通じて通過する光ビームの方向を制御するための、ビームの方向を制御するデバイス。ビームの方向を制御するデバイスは、第一の及び第二の対向する面を有すると共に第一の光学的な素子の第二の面での、入射の方向とは異なる、一次の方向へ第一の光学的な素子の第一の面で入射の方向においてビームの方向を制御するデバイスに入射する複数の平行な光線の方向を変化させるために構成されたものである第一の光学的な素子、並びに第一の及び第二の対向する面を有する第二の光学的な素子、第二の光学的な素子が第一の光学的な素子の第二の面に面する第二の光学的な素子の第一の面と共に配置されたものであること、第二の光学的な素子が第二の光学的な素子の第一の面における光線の入射の点に依存する第二の光学的な素子の第二の面での二次の方向へ第二の光学的な素子の第一の面での一次の方向からの複数の光線の方向を変化させるために構成されたものであること、を備える。ビームの方向を制御するデバイスは、第二の光学的な素子の第一の面における光線の入射の点を制御するための第一の及び第二の光学的な素子の間における相対的な移動を許容するために構成されたものであるが、それによって光ビームの方向の制御を可能とする。
2012505428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム方向を制御するデバイスであって、
光源によって放出された且つ上記のビームの方向を制御するデバイスを通過する光ビームの方向を制御するためのものであると共に、
第一の及び第二の対向する面を有すると共に前記第一の光学素子の上記の第一の面における入射の方向において上記のビームの方向を制御するデバイスに入射する複数の平行な光線の方向を前記第一の光学素子の上記の第二の面で上記の入射の方向と異なる一次の方向へ変化させるように構成されたものである第一の光学素子、並びに、
第一の及び第二の対向する面を有する第二の光学素子、
上記の第二の光学素子が前記第一の光学素子の前記第二の面に面する前記第二の光学素子の前記第一の面と配置されたものであること、
上記の第二の光学素子が前記第二の光学素子の上記の第一の面における上記の一次の方向からの上記の複数の光線の方向を前記第二の光学素子の上記の第一の面における上記の光線の入射の点に依存して前記第二の光学素子の上記の第二の面における二次の方向へ変化させるように構成されたものであること、
を備える、ビームの方向を制御するデバイスにおいて、
上記のビームの方向を制御するデバイスは、前記第二の光学素子の上記の第一の面における光線の入射の点を制御するために上記の第一の及び第二の光学素子の間における相対的な移動を許容するように構成されたものであると共に、それによって上記の光ビームの方向の制御を可能とする、
ビームの方向を制御するデバイス。
【請求項２】
請求項１に従ったビームの方向を制御するデバイスにおいて、
上記のビームの方向を制御するデバイスは、上記の第一の及び第二の光学素子の間における相対的な移動を、それらの間における固定された距離を維持する一方で、許容するように構成されたものである、
ビームの方向を制御するデバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に従ったビームの方向を制御するデバイスにおいて、
上記の第一の及び第二の光学素子の各々は、再方向付けする構造のアレイを備える、
ビームの方向を制御するデバイス。
【請求項４】
請求項３に従ったビームの方向を制御するデバイスにおいて、
各々の再方向付けする構造は、屈折を通じて上記の線を再方向付けする反射性の構造である、
ビームの方向を制御するデバイス。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に従ったビームの方向を制御するデバイスにおいて、
上記の第一の及び第二の光学素子の各々は、プリズムプレートを備えると共に、
上記のビームの方向を制御するデバイスは、上記の第一の及び第二の光学素子の間において、前記ビームの方向を制御するデバイスの光軸まわりの相対的な回転を可能とするように構成されたものである、
ビームの方向を制御するデバイス。
【請求項６】
請求項５に従ったビームの方向を制御するデバイスであって、
上記の第一の及び第二の光学素子の間における一定の角変位を維持する一方で、前記ビームの方向を制御するデバイスの光軸のまわりの上記の第一の及び第二の光学素子の接合回転を可能とするようにさらに構成された、
ビームの方向を制御するデバイス。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか一項に従ったビームの方向を制御するデバイスにおいて、
上記の第一の及び第二の光学素子の各々の前記第一の面は、実質的に平面のものであると共に、
上記の第一の及び第二の光学素子の各々の前記第二の面は、それに形成されたプリズムの構造を有する、
ビームの方向を制御するデバイス。
【請求項８】
請求項１から４までのいずれか一項に従ったビームの方向を制御するデバイスにおいて、
上記の第一の光学素子は、複数のフォーカシングレンチキュラーを備える第一のレンチキュラーアレイを備えると共に、
上記の第二の光学素子は、第二のレンチキュラーアレイを備えると共に、
上記のビームの方向を制御するデバイスは、前記ビームの方向を制御するデバイスの光軸に対する垂直な平面における上記の第一の及び第二の光学素子の間における相対的な横方向の変位を可能するように構成されたものである、
ビームの方向を制御するデバイス。
【請求項９】
請求項８に従ったビームの方向を制御するデバイスにおいて、
前記第二のレンチキュラーアレイは、前記第一のレンチキュラーアレイと実質的に等しいピッチを有する、
ビームの方向を制御するデバイス。
【請求項１０】
請求項９に従ったビームの方向を制御するデバイスであって、
前記第一の及び第二のレンチキュラーアレイのピッチと比べてより小さい又はそれに等しいものである上記の第一の及び第二の光学素子の間における最大の相対的な横方向の変位を許容するように構成された、
ビームの方向を制御するデバイス。
【請求項１１】
請求項８から１０までのいずれか一項に従ったビームの方向を制御するデバイスにおいて、
前記第二のレンチキュラーアレイは、複数のフォーカシングレンチキュラーを備える、
ビームの方向を制御するデバイス。
【請求項１２】
請求項１１に従ったビームの方向を制御するデバイスにおいて、
前記第二の光学素子における前記レンチキュラーの各々は、
上記の一次の方向において前記第二の光学素子に当たる上記の光線の内部全反射を提供するように構成された第一の部分、及び
上記の光線を屈折するように構成された第二の部分
を備える、
ビームの方向を制御するデバイス。
【請求項１３】
請求項８から１２までのいずれか一項に従ったビームの方向を制御するデバイスであって、
前記第一の及び第二の光学素子の間における距離を変化させることを可能とするように、それによって前記光ビームの発散の制御を可能とするように、構成された、ビームの方向を制御するデバイス。
【請求項１４】
請求項８から１３までのいずれか一項に従ったビームの方向を制御するデバイスであって、
上記の第一の及び第二の光学素子の間に配置された第三の光学素子をさらに備えると共に、
前記第三の光学素子が第三のレンチキュラーアレイを備える、
ビームの方向を制御するデバイス。
【請求項１５】
光出力デバイスであって、
請求項１から１４までのいずれか一項に従ったビームの方向を制御するデバイス、及び
上記のビームの方向を制御するデバイスを通過する光を放出するように配置された光源
を備える、光出力デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビームの方向を制御するデバイスに、及び、そのようなビームの方向を制御するデバイスを備える光出力デバイスに、関係する。
【背景技術】
【０００２】
ダウンライト及びスポットライトは、望まれた屋内のスタイルを作り出すための最終使用者のみならず建築物、屋内の設計によって非常に広く行き渡った使用におけるものである。
【０００３】
スポットライトが、典型的には、スポットライトをチルトさせると共に回転させることによってある一定のターゲットを目指すのに対して、ダウンライトは、一般に、一般の照明の目的に使用されると共に相対的に広いビームを生じさせる。
【０００４】
近ごろ、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）及びＬＥＤに基づいた発光体の分野における、照明技術における前進は、発光体のような、平坦な及び小型の光出力デバイスを可能としてきたものであるが、それらは、従来の照明システムと比べて取り付けることがより簡単な、且つより小型の、且つ控えめな、ものである。
【０００５】
ダウンライトについては、この新しいタイプの平坦な発光体の使用は、相対的に率直なものである。しかしながら、スポットライトについては、利点は、現今では、光の方向を制御することに必要とされた機械的な配置が、それら自体において相対的にかさばったものであると共に従って平坦な発光体の使用を通じて得られたスリムな形態の因子をたいてい相殺するために、自明なものであるとはならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
先行技術の上述した及び他の欠点を考慮して、本発明の一般的な目的は、改善されたビームの方向を制御するデバイス、及び、特にそれを通過する光ビームの方向の単純な及びロバストな制御を可能とする小型のビームの方向のデバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第一の態様に従って、当該発明は、第一の及び第二の対向する面を有すると共に第一の光学素子の第一の面における入射の方向からビームの方向を制御するデバイスに入射する複数の平行な光線の方向を第一の光学素子の第二の面における入射の方向と異なる一次の方向へ変化させるように構成されたものである第一の光学素子、並びに、第一の及び第二の対向する面を有する第二の光学素子、第二の光学素子が第一の光学素子の第二の面に面する第二の光学素子の第一の面と配置されたものであること、第二の光学素子が第二の光学素子の第一の面における一次の方向からの複数の光線の方向を第二の光学素子の第一の面における光線の入射の点に依存して第二の光学素子の第二の面における二次の方向へ変化させるように構成されたものであることを備える、光源によって放出された且つビームの方向を制御するデバイスを通過する光ビームの方向を制御するための、ビームの方向を制御するデバイスを提供するが、それにおいてビームの方向を制御するデバイスは、第二の光学素子の第一の面における光線の入射の点を制御するための第一の及び第二の光学素子の間における相対的な移動を許容するように構成されたものであると共に、それによって光ビームの方向の制御を可能とする。
【０００８】
ビームの方向を制御するデバイスは、都合良くは、第一の及び第二の光学素子の間における上述した相対的な移動を可能とするための移動手段を備えることがある。
【０００９】
ここにおいて使用されたような“移動手段”は、第一の及び第二の光学素子の間における望まれた相対的な移動を提供することが可能ないずれの手段をも意味することが理解されるべきものである。そのような移動手段は、手動で操作された手段を含むことがあるが、それは、一つの又は数個のレバー、ハンドル、等の形態で提供されることがある。移動手段は、電気的なモーターのような、動力を備えたアクチュエーター、空気式の又は水力学的なアクチュエーター、等をさらに含むことがある。
【００１０】
第一の及び第二の光学素子は、請求された性質を有するいずれの光学素子でもあることがある。都合良くは、第一の及び第二の光学素子の各々は、プレート又はホイルのような、光学的に透明な平坦な部材の形態で提供されたものであることがあるが、それは、望まれた光線の再方向付けの性質を達成するように構造化されたものであることがある。
【００１１】
本発明は、光ビームの方向を制御するための非常に小型のデバイスが、直列に二つの光学素子を提供することによって達成されることができることの実現に基づいたものであるが、そこでは第一の光学素子は、入射の点の与えられたセットにおける与えられた方向において第二の光学素子に命中するように光線を偏向させると共に、第二の光学素子は、入射の点に依存して異なってそれらの光線を偏向させるように構成されたものである。
【００１２】
本発明は、そのようなデバイスが、入射の点の新しいセットを獲得するために、第一の光学素子との関係において第二の光学素子を移動させること、及び／又は、入射の点が変化させられないことを保つ一方で第二の光学素子に命中する光線の方向を変化させるために光学素子の間における一定の相互の位置的な関係性と共に第一の及び第二の光学素子を移動させることによって、与えられた範囲内で実用的に連続的に光ビームの方向を制御するために使用されることができることをさらに実現させてきたものである。
【００１３】
それに応じて、ビームの方向を制御するデバイスの光軸に対して垂直な方向における移動のみが、必要とされるが、それは、非常に小型のビームの方向を制御するデバイスの形成を可能とするが、それは、平坦なＬＥＤに基づいたダウンライトのような、平坦な及び小型の半導体の光源に基づいた光出力デバイスとの組み合わせにおける使用に特に適切なものである。本発明の実施形態に従ったビームの方向を制御するデバイスとそのような平坦なダウンライトを組み合わせることによって、ダウンライトは、ダウンライトの小型さ及び控えめさをほとんど犠牲にすることがない一方で、制御可能なスポットライトへと転換されることができる。
【００１４】
第一の及び第二の光学素子は、都合良くは、実質的に相互に平行に配置されることがあるが、それは、現実の実施形態に依存して、ビームの方向を制御するデバイスの性能を改善する及び／又はそれの製造及び組み立てを容易にすることがある。当該発明に従ったビームの方向を制御するデバイスの少なくともいくつかの実施形態について、第一の及び第二の光学素子が、平行な平面に配置されるものから約±１０°内に配置されるときに、最良の性能が、達成されることは、期待されることである。
【００１５】
光源及び本発明の実施形態に従ったビームの方向を制御するデバイスを備える光出力デバイスによって放出された光ビームの望まれない広がること及び狭くなることを制限するために、移動手段は、都合良くは、第一の及び第二の光学素子の間における距離を一定なものに保つ一方で、第一の及び第二の光学素子の間における相対的な移動を許容するように構成されることがある。
【００１６】
さらには、第一の及び第二の光学素子の各々は、再方向付けする構造のアレイを備えることがあるが、それによってビームの方向におけるある一定の変化を達成するために要求された相対的な移動は、小さいものに保たれることができるが、それは、非常に小型のビームの方向を制御するデバイスの、及びそれに応じて、小型の及び控えめな制御可能なスポットライトの、提供を許容する。
【００１７】
一般的に言えば、本発明に従ったビームの方向を制御するデバイスに備えられた光学素子は、光線の望まれた再方向付けを達成するためのいずれの機構をも使用することがある。そのような機構は、例えば、反射を、電気的に若しくは磁気的に制御された屈折を、内部全反射を通じて光のガイドをすることを、又は、これらの及び他の機構のいずれの組み合わせをも、含むことがある。しかしながら、屈折性の構造のアレイを通じた望まれた再方向付けを提供することによって、ビームの方向を制御するデバイスの製造は、容易にされることができると共に、既に存在する相対的に低いコストの光学素子は、使用されることができる。
【００１８】
一つの実施形態に従って、第一の及び第二の光学素子の各々は、プリズムプレートを備えることがあると共に、ビームの方向を制御するデバイスは、第一の及び第二の光学素子の間におけるビームの方向を制御するデバイスの光軸まわりの相対的な回転を可能とするように構成されることがある。
【００１９】
この実施形態において、それぞれ、第一の及び第二の光学素子に備えられた、第一の及び第二のプリズムプレートの各々は、固定された与えられた極の偏向角、すなわち、ビームの方向を制御するデバイスの光軸に対して相対的な固定された与えられた角度、だけ入射の平行な光線を偏向させることがある。しかしながら、偏向させられた光線の結果として生じる方向は、偏向させられた光線の方位角にもまた依存するが、それは、順番に、それぞれのプリズムプレートの光軸のまわりの回転に依存する。
【００２０】
その結果として、本発明に従ったビームの方向を制御するデバイスを出る光ビームの方向、すなわち、光ビームの方位角のみならず極角は、第一の及ぶ第二の光学素子の回転を制御することによって制御されることができる。
ユーザーの便宜のために、ビームの方向を制御するデバイスは、ユーザーが第一の及び第二のプリズムプレートの間における相対的な回転（相対的な方位角）を制御することを可能とするための第一のユーザーの制御可能なアクチュエーター、並びに、一定なものである相対的な方位角と共に、ユーザーが第一の及び第二のプリズムプレートの接合回転を制御することを可能とするための第二のユーザーの制御可能なアクチュエーター、を備える移動手段が提供されることがある。
【００２１】
その上、第一の及び第二の光学素子の各々の第一の面は、実質的に平坦なものであることがあると共に、上記の第一の及び第二の光学素子の各々の第二の面は、それに形成されたプリズムの構造を有することがある。
【００２２】
入射の光線が最初にそれの平坦な側面に命中するように、この方式で光学素子を配置することによって、光学的な部材／プリズムプレートにおける内部全反射による意図された方向とは別の方向におけるサテライトビームの形成は、大いに低減されることができる。
【００２３】
二つのプリズムプレート又はホイルが、同一のものであることを必要とするものではないことは、留意されるべきことである。例えば、偏向のアーチファクトを軽減するために、第二の光学的な部材に備えられたプリズムプレート／ホイルにわずかにより小さいプリズムの角度を使用することは、好都合なことであることがある。
【００２４】
追加的に、フレネル（Ｆｒｅｓｎｅｌ）反射による迷光は、第一の及び第二の光学的な部材に反射防止コーティングを提供することによって抑制されることがある。あるいは、又は、組み合わせで、ルーバーホイルは、同じ目的で二つのプリズムプレート／ホイルの間に置かれることがある。ルーバーホイルの透過の配向は、都合良くは、プリズムプレート／ホイルの間における偏向させられたビームの方向と一致することがある、即ち、ルーバーホイルは、都合良くは、第一の光学素子に付けられることがある。
【００２５】
別の実施形態に従って、第一の光学素子は、複数のフォーカシングレンチキュラーを備える第一のレンチキュラーアレイを備えることがあると共に、第二の光学素子は、第二のレンチキュラーアレイを備えることがあると共に、並びに、ビームの方向を制御するデバイスは、ビームの方向を制御するデバイスの光軸に対して垂直な平面における第一の及び第二の光学素子の間における相対的な横方向の変位を可能とするように構成されることがある。
【００２６】
この実施形態において、光ビームは、一次の方向における複数の平行な光線が、形成されると共に各々が第一のレンチキュラーアレイにおけるそれぞれのレンチキュラーと関連させられるように、第一のレンチキュラーアレイにおける各々のレンチキュラーによってフォーカシングされる。その次に、これらの光線は、これらの光線が各々第二のレンチキュラーアレイにおける対応するレンチキュラーに命中するところに依存するものである方向において第二のレンチキュラーアレイにおけるレンチキュラーによって偏向させられる。
【００２７】
第一のレンチキュラーアレイと実質的に同じピッチ（隣接するレンチキュラーの間における距離）を有する第二のレンチキュラーアレイを使用することによって、ビームの方向を制御するデバイスは、提供されることができるが、それは、ピッチに対応する最大の距離だけ第一の光学素子に対して相対的に第二の光学素子を横方向に変位させることによってビームの方向を制御することを可能とする。
【００２８】
よって、光ビームの方向の滑らかな及び連続的な制御を提供するために、移動手段は、都合良くは、第一の及び第二のレンチキュラーアレイのピッチと比べてより小さい又はそれに等しいである最大な相対的な横方向の変位を許容するように構成されることがある。
【００２９】
さらには、レンチキュラーアレイは、都合良くは、各々、最大の光ビームの偏向に必要とされた機械的な移動を便宜的に小さいものに保つために２０ｍｍ又はより小さいもののピッチを有することがある。
【００３０】
移動手段は、追加的に、第一の及び第二の光学素子の間における距離を変化させることを可能とするように構成されることがあるが、それによって、光ビームの発散は、制御されることができる。
【００３１】
光ビームの方向の望まれた制御は、第二のレンチキュラーアレイについて様々な構成を使用することで達成されることができる。
【００３２】
一つの例に従って、第二のレンチキュラーアレイは、第一のレンチキュラーアレイと同様に、複数のフォーカシングレンチキュラーを備えることがある。さらには、第二のレンチキュラーアレイにおけるレンチキュラーは、都合良くは、第一のレンチキュラーアレイにおけるレンチキュラーと比べてより多くフォーカシングする（“より強い”）ものであることがある。
【００３３】
本例に従ったビームの方向を制御するデバイスにおいて、シミュレーション及び実験は、第一のレンチキュラーアレイにおけるフォーカシングレンチキュラーの焦点距離が、都合良くは、第一のレンチキュラーアレイのピッチの２及び１０倍の間の範囲にあるものであることがあることを与える。その次に、第二のレンチキュラーアレイにおけるレンチキュラーの焦点距離は、好ましくは、第一の（及び第二の）レンチキュラーアレイのピッチの０．５及び１．５倍の間にあるものであることがある。これにより、光ビームの相対的に大きい角変位は、第一の光学素子との関係で第二の光学素子の相対的に小さい横方向の変位を通じて達成されることができる。
【００３４】
別の例に従って、第二のレンチキュラーアレイにおけるレンチキュラーの各々は、一次の方向における第二の光学素子に当たる光線の内部全反射を提供するように構成された第一の部分を備えることがある、と共に、第二の部分は、光線を屈折させるように構成される。
【００３５】
これにより、第二のレンチキュラーアレイにおけるレンチキュラーは、非常に強いものにされることができるが、それによってより大きい偏向角は、達成されることができる。
【００３６】
さらに別の例に従って、第二のレンチキュラーアレイは、複数の発散する、又は負の、レンチキュラーを備えることがあるが、それによってフォーカシングレンチキュラーを備えたものと実質的に同じ再方向付ける効果は、達成されることができる。
【００３７】
さらには、ビームの方向を制御するデバイスは、追加的に、第一の及び第二の光学素子の間に配置されたさらなる光学素子を備えることがあるが、さらなる光学素子は、０．３と比べてより少ない分だけ第一の及び第二の光学素子の平均的な屈折率と異なる屈折率を有するものである。
【００３８】
これにより、より短い焦点距離でさえも、達成されることができるが、より小型のビームの方向を制御するデバイスさえも許容する。追加的に、レンチキュラーの光学的な品質は、改善されることができる。
【００３９】
そのようなさらなる光学的な部材を提供することによって達成された追加的な好都合な効果は、擬似的なフレネル反射が低減されることができるというものである。
【００４０】
第一の及び第二の光学的な部材の屈折率が、一般におよそ１．５であることになるので、さらなる光学素子の屈折率は、大部分の事例において、１．２及び１．８の間にあるものであることがある。
【００４１】
製造すること及び取り扱うことの簡単さのために、さらなる光学素子は、好ましくは、液体又はゲルの形態で提供されることがある。
【００４２】
第一の及び第一の光学素子の各々が、レンチキュラーアレイを備えるところの本発明の実施形態について、さらに第一の及び第二のレンチキュラーアレイの間におけるレンチキュラーアレイを備える第三の光学素子を提供することは、好都合なことであることがある。
【００４３】
第三のレンチキュラーアレイにおけるレンチキュラーの性質を適切に選択することによって、ビームを制御するデバイスの改善されたビームを制御する性能は、達成されることができる。特に、より大きい最大のビームの偏向角は、達成されることができる。
【００４４】
第三のレンチキュラーアレイのレンチキュラーの焦点距離は、好ましくは、第三のレンチキュラーアレイが、第一のレンチキュラーアレイを第二のレンチキュラーアレイへとイメージングするように、選ばれることがある。
【００４５】
その上、第三のレンチキュラーアレイは、都合良くは、第二のレンチキュラーアレイの焦平面と一致するものである第一のレンチキュラーアレイの焦平面に置かれることがある。
【００４６】
様々な実施形態において、移動手段は、追加的に、第一の光学素子との関係で第三の光学素子を移動させるように構成されることがあるが、それによってさらなる最大のビームの偏向角でさえも達成されることができる。
【００４７】
より大きい偏向角を得るためにでさえも、各々がレンチキュラーアレイを備える、数個のより多い光学素子は、スタックされることができる。例えば、一つの追加的なレンチキュラーアレイは、第一のレンチキュラーアレイの焦平面に位置決めされることがあると共に、別の追加的なレンチキュラーアレイは、第二のレンチキュラーアレイの焦平面に位置決めされることがある。多重のレンチキュラーアレイのスタックの光学的な性質は、都合良くは、第一のレンチキュラーアレイが、第二のレンチキュラーアレイへとイメージングさせられるようなものであることがある。さらには、移動手段は、数個のレンチキュラーアレイの一つのものの横方向の位置が、第一のレンチキュラーアレイの横方向の位置に関して調整されることができるというような方式で、構成されることがある。
【００４８】
さらには、本発明に従ったビームの方向を制御するデバイスは、都合良くは、ビームの方向を制御するデバイスを通過する光を放出するように配置された光源をさらに備える、光出力デバイスに含まれることがある。
【００４９】
上述したように、そのような光出力デバイスは、都合良くは、制御可能なスポットライトであることがある。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
今、本発明のこれらの及び他の態様は、当該発明の現今で好適な実施形態を示す添付された図面を参照して、より詳細に記載されることになるが、それらにおいては、図１ａ−ｂ、図３、図３ａ−ｂ、図４ａ−ｂ、図５ａ−ｄ、図６ａ−ｂ、図７ａ−ｃ、図８、図９ａ−ｃ、図１０、図１１ａ−ｂ、図１２ａ−ｃ、及び図１３ａ−ｂが提供される。
【図１ａ】図１ａ−ｂは、先行技術の照明の解決手段を示す。
【図１ｂ】図１ａ−ｂは、先行技術の照明の解決手段を示す。
【図２】図２は、本発明の実施形態に従ったビームの方向を制御するデバイスを備える光出力デバイスを概略的に図解する。
【図３ａ】図３ａ−ｃは、異なるビームの方向を制御する状態における本発明の実施形態に従ったビームの方向を制御するデバイスを概略的に図解する。
【図３ｂ】図３ａ−ｃは、異なるビームの方向を制御する状態における本発明の実施形態に従ったビームの方向を制御するデバイスを概略的に図解する。
【図３ｃ】図３ａ−ｃは、異なるビームの方向を制御する状態における本発明の実施形態に従ったビームの方向を制御するデバイスを概略的に図解する。
【図４ａ】図４ａ−ｂは、異なるビームの方向を制御する状態における本発明に従ったビームの方向を制御するデバイスの第一の実施形態を概略的に図解する。
【図４ｂ】図４ａ−ｂは、異なるビームの方向を制御する状態における本発明に従ったビームの方向を制御するデバイスの第一の実施形態を概略的に図解する。
【図５ａ】図５ａ−ｄは、図４ａ−ｂにおけるビームの方向を制御するデバイスを使用することで得られた例示的なビームの方向を制御する状態を概略的に図解する。
【図５ｂ】図５ａ−ｄは、図４ａ−ｂにおけるビームの方向を制御するデバイスを使用することで得られた例示的なビームの方向を制御する状態を概略的に図解する。
【図５ｃ】図５ａ−ｄは、図４ａ−ｂにおけるビームの方向を制御するデバイスを使用することで得られた例示的なビームの方向を制御する状態を概略的に図解する。
【図５ｄ】図５ａ−ｄは、図４ａ−ｂにおけるビームの方向を制御するデバイスを使用することで得られた例示的なビームの方向を制御する状態を概略的に図解する。
【図６ａ】図６ａ−ｂは、異なるビームの方向を制御する状態における本発明に従ったビームの方向を制御するデバイスの第二の実施形態を概略的に図解する。
【図６ｂ】図６ａ−ｂは、異なるビームの方向を制御する状態における本発明に従ったビームの方向を制御するデバイスの第二の実施形態を概略的に図解する。
【図７ａ】図７ａ−ｃは、ビームの方向を制御するデバイスの作動する機構を概略的に図解する、図６ａ−ｃにおけるビームの方向を制御するデバイスの部分の断面図である。
【図７ｂ】図７ａ−ｃは、ビームの方向を制御するデバイスの作動する機構を概略的に図解する、図６ａ−ｃにおけるビームの方向を制御するデバイスの部分の断面図である。
【図７ｃ】図７ａ−ｃは、ビームの方向を制御するデバイスの作動する機構を概略的に図解する、図６ａ−ｃにおけるビームの方向を制御するデバイスの部分の断面図である。
【図８】図８は、図７ａ−ｂにおけるビームの方向を制御するデバイスの様々なパラメーターの間における関係を概略的に図解する。
【図９ａ】図９ａ−ｃは、第二のレンチキュラーアレイにおける代替のタイプのレンチキュラーの使用を概略的に図解する断面図である。
【図９ｂ】図９ａ−ｃは、第二のレンチキュラーアレイにおける代替のタイプのレンチキュラーの使用を概略的に図解する断面図である。
【図９ｃ】図９ａ−ｃは、第二のレンチキュラーアレイにおける代替のタイプのレンチキュラーの使用を概略的に図解する断面図である。
【図１０】図１０は、図６ａ−ｃにおけるビームの方向を制御するデバイスのさらなる例示的な構成を概略的に図解する断面図である。
【図１１ａ】図１１ａ−ｂは、図６ａ−ｃにおけるビームの方向を制御するデバイスのさらに別の例示的な構成を概略的に図解する。
【図１１ｂ】図１１ａ−ｂは、図６ａ−ｃにおけるビームの方向を制御するデバイスのさらに別の例示的な構成を概略的に図解する。
【図１２ａ】図１２ａ−ｃは、様々な代替のレンチキュラーアレイの構成を概略的に図解する。
【図１２ｂ】図１２ａ−ｃは、様々な代替のレンチキュラーアレイの構成を概略的に図解する。
【図１２ｃ】図１２ａ−ｃは、様々な代替のレンチキュラーアレイの構成を概略的に図解する。
【図１３ａ】図１３ａ−ｂは、異なるビームの方向を制御する状態における本発明に従ったビームの方向を制御するデバイスの第三の実施形態を概略的に図解する。
【図１３ｂ】図１３ａ−ｂは、異なるビームの方向を制御する状態における本発明に従ったビームの方向を制御するデバイスの第三の実施形態を概略的に図解する。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
図１ａは、平坦な且つ小型のダウンライト１を概略的に図解するが、それは、まっすぐ下方へ光を放出するために天井２に据え付けられたものである。そのようなダウンライト１は、例えば、ＬＥＤのような、半導体の光源、及び、光源によって放出された光を条件付ける（混合する及び分配する）ためのライトガイドの配置に基づいたものであることがある。
【００５２】
さらには、図１ｂは、従来のスポットライト３を概略的に図解するが、それは、平凡な機械的なビームの方向を制御するデバイス４を介して天井２に据え付けられたものである。スポットライト３を手動でチルトさせること及び回転させることによって、それによって放出された光ビーム５の方向は、意のままに制御されることができる。
【００５３】
ある者が、図１ｂにおける機械的なビームの方向を制御するデバイス４と図１ａにおける平坦な且つ小型のダウンライト１を率直に組み合わせると思われるとすれば、ある者は、図１ａにおける平坦なダウンライト１に基づいたスポットライトに到着すると思われる。しかしながら、様々な照明の解決手段における開発についてそれを魅力的なものにするものである、図１ａにおけるダウンライト１の特徴の多数のものは、その次に、失われると思われる。
【００５４】
図１ａにおけるダウンライト１の魅力的な特徴の多数のものを維持する一方でユーザーの制御可能なスポットライを提供する為に、図２に概略的に図解されるもののような、本発明に従ったビームの方向を制御するデバイスの様々な実施形態は、使用されることができる。
【００５５】
図２において、図１ａにおけるダウンライト１に類似の平坦な且つ小型の光を放出するデバイス２１及びスポットライト２０が操作中であるとき光を放出するデバイス２１によって放出された光がビームの方向を制御するデバイスを通過するように配置された本発明の実施形態に従ったビームの方向を制御するデバイス２２を備える、制御可能なスポットライト２０の形態における光出力デバイスは、示される。
【００５６】
図２におけるビームの方向を制御するデバイス２２は、第一の２３及び第二の２４光学素子を備えるが、それらの各々は、第一の２５及び第二の２６アクチェーターの形態におけるそれぞれの移動手段を使用することで天井２に対して平行な平面において可動なものであるが、それらによってユーザーは、相互のものに独立に第一の２３及び第二の２４光学素子を移動させることができる。
【００５７】
アクチュエーター２５、２６の操作を通じて、スポットライト２０によって放出された光ビーム２８の方向は、制御されることができる。
【００５８】
図３ａ−ｃを参照して、本発明に従ったビームの方向を制御するデバイスの操作の基本的な原理は、今、記載されることになる。
【００５９】
図３ａにおいて、ビームの方向を制御するデバイス３０は、第一のビームの歩行を制御する状態において示される。さらに、図３ｂ及び図３ｃは、それぞれ、他のビームの方向を制御する状態へビームの方向を制御するデバイス３０を持って行くための二つの異なる基本的な原理を示す。
【００６０】
最初に図３ａに向きを変えると、ビームの方向を制御するデバイス３０は、第一の面３２及び第二の面３３を有する第一の光学素子３１並びに第一の面３６及び第二の面３７を有する第二の光学素子３５を備える。第二の光学素子３５は、第一の光学素子３１の第二の面３３に面する第二の光学素子３５の第一の面３６と共に、第一の光学素子３１と実質的に平行にある平面に配置される。
【００６１】
図３ａに概略的に図解されるように、第一の光学素子３１は、第一の光学素子３１の第一の面３２における入射の方向ｒｉから第一の光学素子３１の第二の面３３における一次の方向ｒｐへの複数の入射の平行な光線４０の方向を変化させるように構成される。
【００６２】
このように、光線は、図３ａにおいて‘ｘ’によって表記された、対応する複数の入射の点４１における一次の方向ｒｐにおいて第二の光学素子３５の第一の面３６に命中する。
【００６３】
入射の点４１に依存して、第二の光学素子３５は、一次の方向ｒｐから二次の方向ｒｓ１へそれの第一の面３６に命中する光線の方向を変化させように構成されるが、それは、図３ａに図解されたビームの方向を制御する状態において、ビームの方向を制御するデバイス３０の光軸ＯＡと平行なものである。
【００６４】
第二の光学素子３５の構成に依存して、一次の方向から異なる二次の方向ｒａ２への複数の平行な光線の再方向付けにおける望まれた変化は、第一の光学素子３１に関係した第二の光学素子３５の、回転式の移動、線形の移動、又はそれらの組み合わせを通じて達成されることができる。
【００６５】
図３ｂを参照して、例示的な事例は、説明されることなるが、それにおいて第二の光学的な部材３５は、第一の光学的な部材３１と関係した第二の光学素子３５の回転式の移動を通じた再方向付けにおける望まれた変化を達成するように構成される。
【００６６】
図３ｂにおいて、第一の光学的な部材３１は、図３ａにおけるものと同じ位置に維持されてきたものである。よって、入射の方向ｒｉにおいて第一の光学素子３１の第一の面３２に命中する入射の光線４０は、図３ａにおけるものと同じ一次の方向ｒｐへ再方向付けられる。
【００６７】
図３ｂにおける第二の光学素子３５が、第一の光学素子３１に対して相対的に回転させられてきたものであるので、一次の方向ｒｐにおける光線は、今、‘ｏ’と表記された、入射の点４２の異なるセットにおいて第二の光学素子３５の第一の面３６に命中する。第二の光学的な部材３５の回転の前からの入射の点４１は、図３ａにおける状況と比較された際に変化がありつづけてきたものであることを図解するために図３ｂに示される。
【００６８】
図３ｂに概略的に図解されるように、入射の点における変化は、図３ａにおけるｒｓ１から図３ｂにおけるｒｓ２への二次的な方向における変化に帰着する。それに応じて、ビームの方向を制御するデバイス３０は、第一の光学素子３１に対して相対的な第二の光学素子３５の回転を通じて第二のビームの方向を制御する状態に置かれてきたものである。
【００６９】
第一の光学素子と関係した第二の光学素子の回転に応答してビームの方向を制御するために構成されたビームの方向を制御するデバイスのより詳細な記載は、図４ａ−ｂを参照して以下に提供されることになる。
【００７０】
図３ｃを参照して、異なる事例は、示されるが、それにおいては、一次の方向ｒｐから二次の方向ｒｓ２への望まれた再方向付けは、図３ｃにおける矢印に指し示されるように、第一の光学的な部材３１に対して相対的に横方向に第二の光学素子３５を並進させることによって代わりに達成される。
【００７１】
第一の光学素子と関係した第二の光学素子の横方向の並進に応答してビームの方向を制御するように構成されたビームの方向を制御するデバイスのより詳細な記載は、図６ａ−ｂを参照して以下に提供されることになる。
【００７２】
図４ａ−ｂは、異なるビームの方向を制御する状態において本発明に従ったビームの方向を制御するデバイスの第一の実施形態を概略的に図解する。
【００７３】
図４ａ−ｂにおいて、ビームの方向を制御するデバイス４５に備えられた第一の４６及び第二の４７光学素子は、図において概略的に指し示されるように、プリズムプレート、又はプリズムホイル、の形態で提供される。
【００７４】
そのようなプリズムプレート又はホイルは、現行では、観察者の期待された位置に向かって与えられた固定された方向においてＬＣＤによって出力されたイメージを目指すために、液晶ディスプレイ、ＬＣＤ、において使用される。
【００７５】
図４ａ−ｂにおいて指し示された様式で二つのそのようなプリズムプレートを配置することによって、光ビームの方位角及び極角の両方は、第一の４６及び第二の４７光学素子を適当に回転させることによって（ある一定の極角の範囲内で）意のままに決定されることができる。
【００７６】
図４ａ及び図４ｂの両方において、第一の光学素子４６は、入射の光線４０が、図４ａ−ｂにおいて概略的に図解されるように、初期の方向ｒｉから一次の方向へ再方向付けられるような方式で配向させられる。特に、初期の方向ｒｉから一次の方向ｒｐへの再方向付けは、それの第二の面におけるプリズムの構造４８が、望まれた方向において入射の線４０を屈折させるために配向させられるように、第一の光学素子４６を回転させることによって達成される。
【００７７】
図４ａにおいて、第二の光学素子４７は、第二の光学素子４７が、第一の光学的な部材４６と比較された際に同じ規模だけ及び反対の方向にそれに入射する光線を再方向付けるように、逆平行に配置される（第二の光学素子４７のプリズムの構造４９が、第一の光学素子４６のプリズムの構造４８に対して相対的に１８０°回転させられること）。図４ａに概略的に図解されるように、結果として生じるビームの偏向は、ゼロである、すなわち、二次の方向ｒｓは、入射の方向ｒｉと同じものである。
【００７８】
第一の光学素子４６に対して相対的に第二の光学素子４７を回転させることによって、第一の４６及び第二の４７の光学素子の偏向のベクトル和は、非ゼロのビームの偏向に帰着する、すなわち、二次の方向ｒｓは、入射の方向ｒｉとは異なるものである。
【００７９】
これは、図４ｂに概略的に示されるが、そこでは、第一の４６及び第二の４７光学素子のプリズムの構造４８、４９の間における方位角における差異は、図４ａに図解された状況と比較された際に約６０°だけ低減される、すなわち、第二の光学素子４７のプリズムの構造４９は、今、第一の光学素子４６のプリズムの構造４８に対して相対的に約１２０°回転させられる。
【００８０】
図５ａ−ｄは、図４ａ−ｂのビームの方向を制御するデバイス４５における第一の光学素子４６に対して相対的に第二の光学素子４７を回転させることによって得られた例示的なビームの方向を制御する状態を図解する。
【００８１】
図５ａは、図４ａのビームの方向を制御するデバイス４５が備え付けられたスポットライトによって放出された光ビームによって得られたスポット５０を示す。この第一のビームを制御する状態において、第一の４６及び第二の４７光学素子の間の方位角における差異は、おおよそ１８０°であるが、光ビームの非常に小さい偏向、即ち、３°の極角及び０°の方位角、に帰着する。
【００８２】
図５ｂにおいて、第二のビームの方向を制御する状態は、図解されるが、それにおいて、１５０°の第一の４６及び第二の４７光学素子の間の方位角における差異は、１０°の極角及び６１°の方位角を有する偏向させられた光ビームに帰着する。
【００８３】
図５ｃにおいて、第三のビームの方向を制御する状態は、図解されるが、それにおいて１２０°の第一の４６及び第二の４７光学素子の間の方位角における差異は、２０°の極角及び５７°の方位角を有する偏向させられた光ビームに帰着する。
【００８４】
最後に、図５ｄは、第四のビームの方向を制御する状態を図解するが、それにおいて９０°の第一の４６及び第二の４７光学素子の間の方位角における差異は、３１°の極角及び４７°の方位角を有する偏向させられた光ビームに帰着する。
【００８５】
上に記載された例示的なビームの方向を制御する状態から明らかであるように、第一の光学素子４６との第二の光学素子４７の回転は、方位角のみならず極角における変化における静止の結果である
これから、本発明に従ったビームの方向を制御するデバイスの現在記載された実施形態において、第一の光学素子４６が、特定のビームの方向を制御するデバイスの構成によって決定された最大の極角によって定義された円錐内におけるビームの方向の自由な制御を可能とするためにまた回転可能なものであることがあるという結果になる。
【００８６】
ビームの方向を制御するデバイスの光軸のまわりの適当な角度だけの独立に開店する第一の４６及び第二の４７光学素子を通じた光ビームの方向の制御は、光学素子４６、４７の各々の回転が、方位及び極角における変化に至るために、ユーザーに対して反直感的なであるかもしれない。
【００８７】
本発明に従ったビームの方向を制御するデバイスのユーザーの制御を容易にするために、（図４ａ−ｂに示されたものではない）移動する手段は、レバーのハンドルのような、第一の及び第二のアクチュエーターを有することがあると共に、第一のアクチュエーターの操作が、光軸ＯＡのまわりの第一の４６及び第二の４７光学素子の回転に帰着するような方式で構成されることがあるが、それは、第一の４６及び第二の４７光学素子について符号において反対のものである。これは、極角における、しかしまた方位角における、顕著な変化に至る。第二のアクチュエーターを操作することによって、第一の４６及び第二の４７光学素子は、その次に、それらの間における固定された方位角の差で光軸ＯＡのまわりに回転させられることがある。これは、光ビームの方位角における変化のみに至る。
【００８８】
ビームの分割及びビームの変形が、第一の４６及び／又は第二の４７光学素子のより狭いビーム及び／又はより小さいプリズム角のいずれかが使用されるとき、あまり著しいものではないことは、留意されてきたことである。そのような改善された性能は、二つと比べてより多い光学素子を使用することによってもまた達成されることがあるが、各々は、プリズムプレートを備えるものである。これは、偏向角を大きくする及び／又はビームの分割及びビームの変形を低減することができる。
【００８９】
最後に、第一の４６及び第二の光学素子は、同一である必要がないものである。例えば、偏向のアーチファクトを軽減するために、第二の光学素子４７のためにわずかにより小さいプリズムの角度を使用することは、好都合なことであることがある。
【００９０】
図６ａ−ｂは、異なるビームを制御する状態における本発明に従ったビームの方向を制御するデバイスの第二の実施形態を概略的に図解する。
【００９１】
図６ａ−ｂにおいて、ビームの方向を制御するデバイス６０に備えられた第一の６１及び第二の６２光学素子は、図に概略的に指し示されるような、レンチキュラーアレイを備える。
【００９２】
図６ａ−ｂにおいて指し示された様式で二つのレンチキュラーアレイを配置することによって、光ビームの方位角及び極角は、第一の光学素子６１に関係した第二の光学素子６２を適当に横方向に並進させることによって（ある一定の極角の範囲内で）意のままに決定されることができる。
【００９３】
図６ａにおける第一の光学素子６１に備えられた各々のレンチキュラー６３が、正のレンズであるので、レンチキュラー６３に命中する入射の光は、レンチキュラー６３によって収束させられることになる。複数の平行な光線４０を考慮すると、各々が入射の方向ｒｉにおける与えられた位置においてそれぞれのレンチキュラー６３に命中するが、これらの光線の各々は、それのそれぞれのレンチキュラーによって変化させられたそれの方向を有することになるが、図６ａ−ｂに指し示されるような一次の方向ｒｐへ再方向付けられる各々の光線に帰着する。
【００９４】
図６ａにおいて、第二の光学素子６２は、一次の方向ｒｐにおいて伝わる光線の各々が、一次の方向ｒｐから入射の方向ｒｉに等しいものである二次の方向ｒｓ１への光線の再方向付けに帰着する位置において第二の光学素子６２におけるレンチキュラー６４のそれぞれの一つに命中するような方式で、位置決めされる。
【００９５】
これは、第一の６１及び第二の６２光学素子が、第一の６１及び第二の６２光学素子におけるレンチキュラー６３、６４の光軸が一致するような方式で相互に対して相対的に位置決めされるときに生じる。
【００９６】
図６ｂに指し示されるように第一の光学素子６１に対して相対的に第二の光学素子６２を横方向に変位させるとき、光線４０は、図６ｂにおいて概略的に図解されるように別の二次の方向ｒａ２へ再方向付けられる。
【００９７】
図７ａ−ｃを参照して、図６ａ−ｂにおけるビームの方向を制御するデバイス６０のビームの方向を制御する能力は、今、より詳細に記載されることになる。
【００９８】
図７ａ−ｃは、図６ａ−ｂにおけるビームの方向を制御するデバイス６０の第一の例示的な構成の概略的な断面図であるが、それらにおいて第一の光学素子６１に備えられたレンチキュラー６３及び第二の光学素子６２に備えられたレンチキュラー６４の両方は、正のレンズであるが、第二の光学素子６２におけるレンチキュラー６４は、第一の光学素子６１におけるレンチキュラー６３と比べて“より強い”ものである。
【００９９】
レンチキュラー６３、６４の焦点距離は、横方向の距離を増加させる為に異なるが、その第二の光学素子６２は、誤りのレンチキュラーを横切ると共にこのようにスポットのゴーストイメージを作り出す光線無しに第一の光学素子６１に対して相対的に移動させられることができる。
【０１００】
図７ａに図解された状況において、第一の光学素子６１におけるレンチキュラー６３の光軸ＯＡ１は、第二の光学素子６２におけるレンチキュラー６４の光軸ＯＡ２と一致する。さらには、第一の６１及び第二の６２光学素子は、第一の光学素子６１におけるレンチキュラー６３の焦点距離に実質的に対応する距離だけ離れて間隔を空けられる。
【０１０１】
図７ａに見られることができるように、入射の光ビームの再方向付けの無いものである。
【０１０２】
図７ｂにおいて、第二の光学素子６２は、第一の光学素子６１に対して相対的に横方向に（図７ｂにおける左へ）移動させられるが、それは、第一の６１及び第二の６２光学的な部材におけるレンチキュラー６３、６４の光軸ＯＡ１、ＯＡ２が、もはや一致するものではない場合の状況に帰着する。
【０１０３】
これは、図７ｂに指し示されたように、偏向させられた光ビームに帰着する。
【０１０４】
図７ａ−ｂから直ちに明白なものであるように、光ビームの方向は、図７ａにおいて図解された状態からのいずれの方向においてもピッチの半分ｐ／２内で第一の光学素子に対して相対的に第二の光学素子６２を横方向に移動させることによって、最大の極角によって定義された円錐内で自由に制御されることができる。
【０１０５】
図７ａ−ｂに図解されたような光ビームの方向を制御することと並んで、光ビームの発散は、第一の６１及び第二の６２光学素子の間における距離を変化させることによってもまた制御されることができる。
【０１０６】
図７ｃに示された例において、第二の光学素子のレンチキュラー６４は、第一の光学素子６１のレンチキュラー６３の焦平面において位置させられる。この事例における利点は、ビームの発散が、今、相対的に大きいものになるとはいえ、ビームの偏向が、また相対的に大きいものであることができるというものである。いずれの当業者に対しても、他の距離について、ある者が、いっそうより高いビームの発散の角度を得ることができることは、明りょうなことである。ある者は、第二の光学素子６２を越えて追加的な焦点を作り出すことができることさえある。
【０１０７】
完全の目的のために、本発明の様々な実施形態に従ったビームの方向を制御するデバイスの幾何学的配置を定義するものであるパラメーターの間に存在するものである数個の関係の詳細な勘定、並びに、結果として生じるビームの偏向及びビームの発散は、今、図８を参照して提供されることになる。
【０１０８】
第一の光学素子６１に関係した第二の光学素子６２のシフトΔｘ２から結果として生じるビームの偏向角θの間における関係は、
【０１０９】
【数１】
2012505428.tif 000003
によって与えられる。
【０１１０】
この表現において、ｆ２は、第二の光学素子６２に備えられたレンチキュラー６４の焦点距離である。
【０１１１】
第一の光学素子６１に関係した第二の光学素子６２の最大の許容可能な横方向のシフトΔｘ２は、（ｄ≧ｆ１を仮定する）後に続く関係
【０１１２】
【数２】
2012505428.tif 000004
から得られる。
【０１１３】
この関係において、ｐは、（両方のレンチキュラーアレイに等しいものであることが考慮された）レンチキュラーのピッチであると共に、ｄは、二つの光学素子６１、６２の間における距離であると共に、Δφは、ビームの方向を制御するデバイス６０に入射するものであるコリメートされた光のビームの広がりである。
【０１１４】
変位Δｘ２がこの値を超過する事例において、線のいくつかは、隣接するレンチキュラーを横切ることになると共に誤りの方向へ偏向させられることになるが、スポットのゴーストイメージを生じる。
【０１１５】
最大のビームの変位は、その次に、
【０１１６】
【数３】
2012505428.tif 000005
から得られる。
【０１１７】
Δθがビームの発散であるとする（図７ｃ参照）。このビームの発散は、関係
【０１１８】
【数４】
2012505428.tif 000006
から得られることができる。
【０１１９】
ここで、ｆ１は、第一の光学素子６１のレンチキュラー６３の焦点距離である。
【０１２０】
ビームの発散が、二つの光学素子６１、６２の間における距離を調節することによって単純に調節されることができることは、明りょうなことである。
【０１２１】
全ての空間的な寸法が、レンズのピッチｐと線形に拡大縮小することをもまた留意すること。言い換えれば、レンズのピッチがより小さいものであると、ある一定のビームの偏向又はビームの発散を達成するために必要とされた機械的な変位は、より小さいものである。
【０１２２】
図解の目的のためにのみ提供された典型的な例として、後に続くものを考慮すること。ｆ１＝４ｐ、ｆ２＝ｐ、及びΔφ＝６°であるとする。その事例においては、θｍａｘ＝６．４°、Δθ＝１５°である。
【０１２３】
浸漬タイプのレンズが使用されるとき、ｎが浸漬材料の屈折率であると共に、ｆ２が原則としてｆ２＝ｐ／ｎと同様に小さいものであることができることに留意すること。これは、ある者が、最大のビームの変位θｍａｘを増加させることを可能とする。
【０１２４】
図８との関連でより上に提供された議論の観点で、第一の光学素子６１のレンチキュラー６３の焦点距離が、都合良くはレンチキュラーのピッチｐの２−１０倍の範囲にあるものであることがあることは、推理されることができる。さらには、第二の光学素子６２のレンチキュラー６４の焦点距離は、都合良くは、レンチキュラーのピッチｐの０．５−１．５倍であることがある。その上、光学素子６１、６２の間における距離は、都合良くは、レンチキュラーのピッチｐの０−２０倍の間で調整可能なものであることがある。
【０１２５】
好ましくは、レンチキュラーのピッチｐは、便利な範囲内で第一の光学素子６１に関係した第二の光学素子６２の機械的な移動を保つために２０ｍｍと比べてより小さいものであることがある。
【０１２６】
本発明に従ったビームの方向を制御するデバイスの本実施形態が、各々正のレンチキュラー６３、６４を備えたレンチキュラーアレイを備える第一の６１及び第二の６２光学素子を参照して今までのところ主として記載されてきたものであるとはいえ、他のレンチキュラーの構成が、等しく良好に行うことがあることは、留意されるべきことである。
【０１２７】
図９ａ−ｃにおいて、一つのそのような他のレンチキュラーの構成は、示されるが、それにおいて第二の光学素子６２のレンチキュラー６４は、負のレンチキュラーである。
【０１２８】
図から明白であるように、この構成は、望まれたビームの方向の制御をもまた可能とする。
【０１２９】
図１０において、なおも別のレンチキュラーの構成が、示されるが、それにおいて第二の光学素子６２のレンチキュラー６４は、各々のレンチキュラー６４の中央に位置させられた部分６６についての屈折及び各々のレンチキュラー６４の周辺の部分６７についての内部全反射、ＴＩＲ、の組み合わせに基づいたものである。この方式では、“より強い”レンチキュラー（より大きい開口数ＮＡを有するレンチキュラー）は、作り出されることができる。これにより、より大きい偏向角は、得られることができる。
【０１３０】
図１０にもまた示されるように、第一の６１及び第二の６２光学素子の間における空間は、空気のものとは異なるものである屈折率ｎｆを有するさらなる光学素子６９で充填されることがある。
【０１３１】
好ましくは、さらなる光学素子６９の屈折率ｎｆは、第一の６１及び第二の６２光学素子のものに近いものであることがある（実際の実施においては、これは、１．５に近い屈折率ｎｆを暗示することがある）。
【０１３２】
さらなる光学素子６９の提供を通じて、第二の光学素子６２における各々のレンチキュラー６４は、いわゆる浸漬タイプのレンチキュラーになるが、いっそうより短い焦点距離を許容する。追加的な利点は、疑似的なフレネル（Ｆｒｅｓｎｅｌ）反射が低減されることがあるというものである。好ましくは、レンズの間における媒体は、液体又はゲルであることがある。
【０１３３】
さらには、図１１ａ−ｂに概略的に図解されるように、レンチキュラーに基づいたビームを制御するデバイス６０の上述された図解の例の全てにおいて、第一の光学素子６１のレンチキュラーの表面は、第一の光学的な部材６１のものと異なるがしかしそれに近いものである屈折率ｎｆを有する材料７０と接触したものであることがある。例えば、レンチキュラー６３が作られる材料の屈折率がｎ＝１．６であるとする。レンチキュラーの表面と接触した材料の屈折率ｎｆがｎｆ＝１．４であるとする。差異は、Δｎ＝０．２である。結果は、レンチキュラーアレイの光学的な品質が、ある者がレンチキュラーの表面と接触した媒体としての空気を使用する場合（Δｎ＝０．５）の事例と比較された際に、改善されるというものである。
【０１３４】
図１２ａ−ｃは、ビームの方向を制御するデバイスに備えられた第一の６１及び第二の６２光学素子の一つ又は両方に使用可能な少数の代替のレンチキュラーアレイの構成を概略的に図解する。
【０１３５】
図１２ａは、各々それの水平の及び垂直の方向において異なる寸法並びに水平の及び垂直の方向における異なる焦点距離を有する、複数のレンチキュラー７４を備えるレンチキュラーアレイ７３を概略的に示す。
【０１３６】
図１２ｂは、複数の六辺形のレンチキュラー７６を備えるレンチキュラーアレイ７５を概略的に示す。
【０１３７】
図１２ｃは、複数の伸長させられたレンチキュラー７８を備えるレンチキュラーアレイ７７を概略的に示す。
【０１３８】
最後に、図１３ａ−ｂを参照して、本発明に従ったビームの方向を制御するデバイスの第三の実施形態は、今記載されることになる。
【０１３９】
図１３ａ−ｂに見られることができるように、本第三の実施形態に従ったビームの方向を制御するデバイス８０は、（図８をもまた参照することで）第一の６１及び第二の６２光学素子の間における第三のレンチキュラーアレイの形態における第三の光学素子８１の点で、先に記載されたビームの方向を制御するデバイスと異なる。第三のレンチキュラーアレイにおけるレンチキュラー８２の焦点距離は、第三のレンチキュラーアレイ８１が、第一のレンチキュラーアレイ６１を第二のレンチキュラーアレイ６２へとイメージングするように、選ばれる。優先的に、第三のレンチキュラーアレイ８１は、第一のレンチキュラーアレイ６１の焦平面に置かれるが、それは、第二のレンチキュラーアレイ６２の焦平面と一致する。
【０１４０】
図１３ａに図解されるように、第三のレンチキュラーアレイ８１におけるレンチキュラーアレイ８２の機能は、第一のレンチキュラーアレイ６１におけるレンチキュラー６３の点から点へのイメージを第二のレンチキュラーアレイ６２におけるレンチキュラー６４へと作ることである。第一の光学素子６１においてレンチキュラー６３におけるある点を通過するある一定の角度の範囲内の全ての光線は、第二の光学素子６２において対応するレンチキュラー６４における一つの点へとイメージングされる。第二の光学素子６２における光ビームのこの方式“フットプリント”は、可能な限り小さいままである。結果として、ビームの角度的な広がりは、ビームの方向における最大の許可可能なシフトを減少させるものではない。
【０１４１】
第三の光学素子８１におけるレンチキュラー８２は、都合良くは、
【０１４２】
【数５】
2012505428.tif 000007
に等しい、焦点距離ｆ３を有することがある。
【０１４３】
光ビームの望まれた偏向を達成するために、第二の光学素子６２は、図１３ａにおけるΔｘ２によって概略的に指し示されるように、第一の光学素子６１と関係して移動させられることができる。図１３ａによって図解されたビームを制御する状態において、第三の光学素子８１は、第一の光学素子６１と関係して変位させられるものではない。
【０１４４】
図１３ａに示されたように、第一の光学素子６１と関係した第二の光学素子６２のシフトΔｘ２から結果として生じるビームの偏向角θにおける間の関係は、
【０１４５】
【数６】
2012505428.tif 000008
によって与えられる。
【０１４６】
最大の許可可能なシフトΔｘ２は、後に続く関係
【０１４７】
【数７】
2012505428.tif 000009
から得られる。
【０１４８】
Δφを含有する項が不在のものであることに留意すること。
【０１４９】
最大のビームの変位は、再度、
【０１５０】
【数８】
2012505428.tif 000010
から得られる。
【０１５１】
典型的な例として、後に続くものを考慮すること。ｆ１＝４ｐ、ｆ２＝ｐ、及びΔφ＝６°であるとする。その事例において、θｍａｘ＝２０．６°である。
【０１５２】
第三の光学素子８１を追加することによって、最大の偏向角における顕著な増加は、このように得られる。
【０１５３】
図１３ｂにおいて、当該発明の本実施形態に従ったビームの方向を制御するデバイス８０は、別の状態において示されるが、それにおいて、光ビームを偏向させるために、第二の光学素子６２が量Δｘ２だけシフトさせられるだけでなく、第三の光学素子８１もまた量Δｘ３だけシフトさせられる（両方とも第一の光学素子６１と関係したものである）。
【０１５４】
この事例においてもまた、第一の光学素子６１と関係した第二の光学素子のシフトΔｘ２から結果として生じるビームの偏向角θの間における関係は、
【０１５５】
【数９】
2012505428.tif 000011
によって与えられる。
【０１５６】
若干驚くべきことには、Δｘ３が、等式に入るものではないことに留意すること。なおも、第三の光学素子８１をシフトさせることは、それが、第二の光学素子６２のより大きいシフトを許容するため、有益なことである。第三の光学素子８１の役割は、今、同時に第一の光学素子６１を第二の光学素子６２へとイメージングすること及びビームを“予め”偏向させることである。最大の許容可能なシフトΔｘ３は、
【０１５７】
【数１０】
2012505428.tif 000012
によって与えられる。
【０１５８】
（Δｘ３＝Δｘ３，ｍａｘを想定することで）最大の許容可能なシフトΔｘ２は、
【０１５９】
【数１１】
2012505428.tif 000013
によって与えられる。
【０１６０】
最大のビームの変位は、再度、
【０１６１】
【数１２】
2012505428.tif 000014
から得られる。
【０１６２】
典型的な例として、後に続くものを考慮すること。ｆ１＝４ｐ、ｆ２＝ｐ、及びΔΦ＝６°であるとする。その事例において、θｍａｘ＝３６．４°である。
【０１６３】
第一の光学素子６１と関係した第三の光学素子８１のシフトを許容することによって、最大の偏向角における追加的な顕著な増加は、このように得られる。
【０１６４】
“実質的に平行な”におけるもののような、ここにおける用語“実質的に”は、当業者によって理解されることになる。同様にして、用語“約”は、理解されることになる。用語“実質的に”又は“約”は、適当な場合には“全く”、“完全に”、“全て”、“正確に”等を備えた実施形態をもまた包含することがある。よって、実施形態において、形容詞は、実質的に、また取り除かれることがある。たとえば、用語“約２°”は、このように“２°”にもまた関係することがある。
【０１６５】
当業者は、本発明が、決して好適な実施形態に限定されるものではないことを実現することになる。例えば、より大きい偏向角を達成するためにブラックマトリックスで第二の光学素子のレンチキュラー６４の間における領域をカバーすることは、好都合なことであることがある。その上、第一の６１及び第二の６２光学素子は、レンチキュラーアレイの表面から擬似的なフレネル反射を回避するために反射防止コーティングでコートされることがある。さらには、いっそうさらある光学素子を包含することは、好都合なことであることがあるが、それは、第一の及び第二の光学素子の間における、上述したプリズムプレート及び／又はレンチキュラーアレイのいずれの一つをも包含することがある。ある一定の尺度が相互に異なる従属請求項に陳述されるという単なる事実は、これらの測定されたものの組み合わせが、有利に使用されることができないことを指し示すものではない。請求項におけるいずれの参照符号をも、範囲を限定するように解釈されるべきものではない。
【図１ａ】
2012505428.tif 000015
【図１ｂ】
2012505428.tif 000016
【図２】
2012505428.tif 000017
【図３ａ】
2012505428.tif 000018
【図３ｂ】
2012505428.tif 000019
【図３ｃ】
2012505428.tif 000020
【図４ａ−４ｂ】
2012505428.tif 000021
【図５ａ】
2012505428.tif 000022
【図５ｂ】
2012505428.tif 000023
【図５ｃ】
2012505428.tif 000024
【図５ｄ】
2012505428.tif 000025
【図６ａ】
2012505428.tif 000026
【図６ｂ】
2012505428.tif 000027
【図７ａ】
2012505428.tif 000028
【図７ｂ】
2012505428.tif 000029
【図７ｃ】
2012505428.tif 000030
【図８】
2012505428.tif 000031
【図９ａ】
2012505428.tif 000032
【図９ｂ】
2012505428.tif 000033
【図９ｃ】
2012505428.tif 000034
【図１０】
2012505428.tif 000035
【図１１ａ】
2012505428.tif 000036
【図１１ｂ】
2012505428.tif 000037
【図１２ａ】
2012505428.tif 000038
【図１２ｂ】
2012505428.tif 000039
【図１２ｃ】
2012505428.tif 000040
【図１３ａ】
2012505428.tif 000041
【図１３ｂ】
2012505428.tif 000042
【手続補正書】
【提出日】平成23年4月12日(2011.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム方向を制御するデバイスであって、
光源によって放出された且つ上記のビームの方向を制御するデバイスを通過する光ビームの方向を制御するためのものであると共に、
第一の及び第二の対向する面を有すると共に前記第一の光学素子の上記の第一の面における入射の方向において上記のビームの方向を制御するデバイスに入射する複数の平行な光線の方向を前記第一の光学素子の上記の第二の面で上記の入射の方向と異なる一次の方向へ変化させるように構成されたものである第一の光学素子、並びに、
第一の及び第二の対向する面を有する第二の光学素子、
上記の第二の光学素子が前記第一の光学素子の前記第二の面に面する前記第二の光学素子の前記第一の面と配置されたものであること、
上記の第二の光学素子が前記第二の光学素子の上記の第一の面における上記の一次の方向からの上記の複数の光線の方向を前記第二の光学素子の上記の第一の面における上記の光線の入射の点に依存して前記第二の光学素子の上記の第二の面における二次の方向へ変化させるように構成されたものであること、
を備える、ビームの方向を制御するデバイスにおいて、
上記のビームの方向を制御するデバイスは、前記第二の光学素子の上記の第一の面における光線の入射の点を制御するために上記の第一の及び第二の光学素子の間における相対的な移動を許容するように構成されたものであると共に、それによって上記の光ビームの方向の制御を可能とすると共に、
上記の第一の及び第二の光学素子の各々は、複数のプリズムの構造を有するプリズムプレートを備えると共に、
上記のビームの方向を制御するデバイスは、上記の第一の及び第二の光学素子の間において、前記ビームの方向を制御するデバイスの光軸まわりの相対的な回転を可能とするように構成されたものであると共に、
上記の第一の及び第二の光学素子の各々の前記第一の面は、実質的に平面のものであると共に、
上記の第一の及び第二の光学素子の各々の前記第二の面は、それに形成された上記の複数のプリズムの構造を有する、
ビームの方向を制御するデバイス。
【請求項２】
請求項１に従ったビームの方向を制御するデバイスにおいて、
上記のビームの方向を制御するデバイスは、上記の第一の及び第二の光学素子の間における相対的な移動を、それらの間における固定された距離を維持する一方で、許容するように構成されたものである、
ビームの方向を制御するデバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に従ったビームの方向を制御するデバイスであって、
上記の第一の及び第二の光学素子の間における一定の角変位を維持する一方で、前記ビームの方向を制御するデバイスの光軸のまわりの上記の第一の及び第二の光学素子の接合回転を可能とするようにさらに構成された、
ビームの方向を制御するデバイス。
【請求項４】
光出力デバイスであって、
請求項１から３までのいずれか一項に従ったビームの方向を制御するデバイス、及び
上記のビームの方向を制御するデバイスを通過する光を放出するように配置された光源
を備える、光出力デバイス。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６５】
当業者は、本発明が、決して好適な実施形態に限定されるものではないことを実現することになる。例えば、より大きい偏向角を達成するためにブラックマトリックスで第二の光学素子のレンチキュラー６４の間における領域をカバーすることは、好都合なことであることがある。その上、第一の６１及び第二の６２光学素子は、レンチキュラーアレイの表面から擬似的なフレネル反射を回避するために反射防止コーティングでコートされることがある。さらには、いっそうさらある光学素子を包含することは、好都合なことであることがあるが、それは、第一の及び第二の光学素子の間における、上述したプリズムプレート及び／又はレンチキュラーアレイのいずれの一つをも包含することがある。ある一定の尺度が相互に異なる従属請求項に陳述されるという単なる事実は、これらの測定されたものの組み合わせが、有利に使用されることができないことを指し示すものではない。請求項におけるいずれの参照符号をも、範囲を限定するように解釈されるべきものではない。
［付記］
付記（１）：
ビーム方向を制御するデバイスであって、
光源によって放出された且つ上記のビームの方向を制御するデバイスを通過する光ビームの方向を制御するためのものであると共に、
第一の及び第二の対向する面を有すると共に前記第一の光学素子の上記の第一の面における入射の方向において上記のビームの方向を制御するデバイスに入射する複数の平行な光線の方向を前記第一の光学素子の上記の第二の面で上記の入射の方向と異なる一次の方向へ変化させるように構成されたものである第一の光学素子、並びに、
第一の及び第二の対向する面を有する第二の光学素子、
上記の第二の光学素子が前記第一の光学素子の前記第二の面に面する前記第二の光学素子の前記第一の面と配置されたものであること、
上記の第二の光学素子が前記第二の光学素子の上記の第一の面における上記の一次の方向からの上記の複数の光線の方向を前記第二の光学素子の上記の第一の面における上記の光線の入射の点に依存して前記第二の光学素子の上記の第二の面における二次の方向へ変化させるように構成されたものであること、
を備える、ビームの方向を制御するデバイスにおいて、
上記のビームの方向を制御するデバイスは、前記第二の光学素子の上記の第一の面における光線の入射の点を制御するために上記の第一の及び第二の光学素子の間における相対的な移動を許容するように構成されたものであると共に、それによって上記の光ビームの方向の制御を可能とする、
ビームの方向を制御するデバイス。
付記（２）：
付記（１）に従ったビームの方向を制御するデバイスにおいて、
上記のビームの方向を制御するデバイスは、上記の第一の及び第二の光学素子の間における相対的な移動を、それらの間における固定された距離を維持する一方で、許容するように構成されたものである、
ビームの方向を制御するデバイス。
付記（３）：
付記（１）又は（２）に従ったビームの方向を制御するデバイスにおいて、
上記の第一の及び第二の光学素子の各々は、再方向付けする構造のアレイを備える、
ビームの方向を制御するデバイス。
付記（４）：
付記（３）に従ったビームの方向を制御するデバイスにおいて、
各々の再方向付けする構造は、屈折を通じて上記の線を再方向付けする反射性の構造である、
ビームの方向を制御するデバイス。
付記（５）：
付記（１）から（４）までのいずれか一つに従ったビームの方向を制御するデバイスにおいて、
上記の第一の及び第二の光学素子の各々は、プリズムプレートを備えると共に、
上記のビームの方向を制御するデバイスは、上記の第一の及び第二の光学素子の間において、前記ビームの方向を制御するデバイスの光軸まわりの相対的な回転を可能とするように構成されたものである、
ビームの方向を制御するデバイス。
付記（６）：
付記（５）に従ったビームの方向を制御するデバイスであって、
上記の第一の及び第二の光学素子の間における一定の角変位を維持する一方で、前記ビームの方向を制御するデバイスの光軸のまわりの上記の第一の及び第二の光学素子の接合回転を可能とするようにさらに構成された、
ビームの方向を制御するデバイス。
付記（７）：
付記（１）から（６）までのいずれか一つに従ったビームの方向を制御するデバイスにおいて、
上記の第一の及び第二の光学素子の各々の前記第一の面は、実質的に平面のものであると共に、
上記の第一の及び第二の光学素子の各々の前記第二の面は、それに形成されたプリズムの構造を有する、
ビームの方向を制御するデバイス。
付記（８）：
付記（１）から（４）までのいずれか一つに従ったビームの方向を制御するデバイスにおいて、
上記の第一の光学素子は、複数のフォーカシングレンチキュラーを備える第一のレンチキュラーアレイを備えると共に、
上記の第二の光学素子は、第二のレンチキュラーアレイを備えると共に、
上記のビームの方向を制御するデバイスは、前記ビームの方向を制御するデバイスの光軸に対する垂直な平面における上記の第一の及び第二の光学素子の間における相対的な横方向の変位を可能するように構成されたものである、
ビームの方向を制御するデバイス。
付記（９）：
付記（８）に従ったビームの方向を制御するデバイスにおいて、
前記第二のレンチキュラーアレイは、前記第一のレンチキュラーアレイと実質的に等しいピッチを有する、
ビームの方向を制御するデバイス。
付記（１０）：
付記（９）に従ったビームの方向を制御するデバイスであって、
前記第一の及び第二のレンチキュラーアレイのピッチと比べてより小さい又はそれに等しいものである上記の第一の及び第二の光学素子の間における最大の相対的な横方向の変位を許容するように構成された、
ビームの方向を制御するデバイス。
付記（１１）：
付記（８）から（１０）までのいずれか一つに従ったビームの方向を制御するデバイスにおいて、
前記第二のレンチキュラーアレイは、複数のフォーカシングレンチキュラーを備える、
ビームの方向を制御するデバイス。
付記（１２）：
付記（１１）に従ったビームの方向を制御するデバイスにおいて、
前記第二の光学素子における前記レンチキュラーの各々は、
上記の一次の方向において前記第二の光学素子に当たる上記の光線の内部全反射を提供するように構成された第一の部分、及び
上記の光線を屈折するように構成された第二の部分
を備える、
ビームの方向を制御するデバイス。
付記（１３）：
付記（８）から（１２）までのいずれか一つに従ったビームの方向を制御するデバイスであって、
前記第一の及び第二の光学素子の間における距離を変化させることを可能とするように、それによって前記光ビームの発散の制御を可能とするように、構成された、ビームの方向を制御するデバイス。
付記（１４）：
付記（８）から（１３）までのいずれか一つに従ったビームの方向を制御するデバイスであって、
上記の第一の及び第二の光学素子の間に配置された第三の光学素子をさらに備えると共に、
前記第三の光学素子が第三のレンチキュラーアレイを備える、
ビームの方向を制御するデバイス。
付記（１５）：
光出力デバイスであって、
付記（１）から（１４）までのいずれか一つに従ったビームの方向を制御するデバイス、及び
上記のビームの方向を制御するデバイスを通過する光を放出するように配置された光源
を備える、光出力デバイス。
【国際調査報告】
2012505428.tif 000043
2012505428.tif 000044
2012505428.tif 000045
2012505428.tif 000046