JP2011511410A - 反射性の電気活性ポリマアクチュエータを備える照明装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも部分的に反射性の電気活性ポリマアクチュエータ１と、前記電気活性ポリマアクチュエータを照明する照明素子２とを有する照明装置に関する。空間的に変化する電圧分布で前記電気活性ポリマアクチュエータ１を駆動するための電圧制御装置４が設けられる。このようにして、前記電気活性ポリマアクチュエータ１の反射面の曲率及び配置は、要求に合わせて適応させられることができ、従って、常に、関連適用分野に対して最適化されたビームパターンを供給する。

Description

本発明は、光源として、ＬＥＤ（発光ダイオード）のような照明素子を有し、且つ鏡又は反射器のような一次光学素子を有する照明装置及び照明モジュールの分野に関する。

光学素子、例えば、レンズ及び反射器と、ＬＥＤとを、コンパクトなＬＥＤモジュールに組み込み、このようにして、ＬＥＤの光学ビームを組み合わせることは、一般に知られている。

米国特許第US 7,275,846号が、フィラメント組立体を収容する放物面反射器と、放物面反射器のベアリングポイントに回動可能に固定される１つの端部を持つレバーアームと、レバーアームの動作に作用するようレバーアームの他の端部と動作通信するアクチュエータとを有する適応前照灯組立体を開示している。アクチュエータは、活性化信号を受け取ると形状の向き又は係数の特性を変えるよう適応させられる形状記憶材料を有し、バネが設けられ、前記バネは、レバーアームの他の端部と動作通信し、復原力を供給するよう適応させられる。このような適応照明組立体は、運動体、例えば乗り物における使用に適しており、ビームパターンを動かすこと、ビームパターンを変更すること、及び／又はビームパターンに光を加えることによって、道路、運転及び環境の状況に適応させるようビームパターンを自動的に最適化する。適切な形状記憶材料は、電気活性ポリマ（ＥＡＰ）を含む。

しかしながら、形状記憶材料としてＥＡＰを用いる米国特許第US 7,275,846号に記載されている適応前照灯組立体は、非常に限られた程度のビーム形成しか可能にせず、制御するのに複雑である。

本発明の目的は、照射される光ビームの容易で、汎用性のある制御を可能にする照明装置を提供することである。

この目的は、少なくとも部分的に反射性の電気活性ポリマアクチュエータと、前記電気活性ポリマアクチュエータを照明する照明素子とを有する照明装置であって、空間的に変化する電圧分布で前記電気活性ポリマアクチュエータを駆動するための電圧制御装置が設けられる照明装置によって達成される。

従って、本発明の重要な考えは、反射性の電気活性ポリマアクチュエータであって、前記反射性の電気活性ポリマアクチュエータの形状が、空間的に変化する電圧分布を用いて、連続的に制御され得る反射性の電気活性ポリマアクチュエータを設けることである。このようにして、前記電気活性ポリマアクチュエータの反射面の曲率及び配置は、要求に合わせて適応させられることができ、従って、常に、関連適用分野に対して最適化されたビームパターンを供給する。

上記で、前記電気活性ポリマアクチュエータが少なくとも部分的に反射性であると述べた。これは、前記電気活性ポリマアクチュエータの領域の少なくとも一部が反射性であることを意味する。しかしながら、本発明の好ましい実施例によれば、前記電気活性ポリマアクチュエータの全表面が反射性である。更に、前記電気活性ポリマアクチュエータの表面の少なくとも一部が反射性であるという特徴は、前記表面に入射する光の主要部分が反射されることを意味し、好ましくは、前記光の半分より多く、より好ましくは、前記光の９０％より多くが反射されることを意味する。

一般には、多様な種類の照明素子が光源として用いられ得る。しかしながら、本発明の好ましい実施例によれば、前記照明素子は、ＬＥＤを有する。特に、最新の側面放射ＬＥＤの使用は、非常にコンパクトで、平坦な照明モジュールをもたらすであろう。

一般には、前記照明素子の多様な位置が可能である。しかしながら、本発明の好ましい実施例によれば、前記照明素子は、少なくとも部分的に、前記電気活性ポリマ反射器の焦点内に位置する。好ましくは、前記照明素子は、完全に、前記電気活性ポリマ反射器の焦点内に位置する。これは、放射される前記光の最も効率的な収率をもたらすであろう。

本発明の好ましい実施例によれば、前記電気活性ポリマアクチュエータは、反射性コーティングを具備する。更に、本発明の好ましい実施例によれば、前記電気活性ポリマアクチュエータは、多数の導体線を有する。前記導体線は、例えば、長手方向の光源に対して平行な列に配設されてもよく、他の例においては、多数の前記導体線は、互いにネストされてもよい。このような導体線は、前記電気活性ポリマアクチュエータに所望の形状を供給するための空間的な電圧分布の容易な制御を可能にする。これに関して、本発明の好ましい実施例によれば、前記電圧制御装置は、前記導体線を様々な電圧で駆動するよう適応させられる。

前記導体線は、多様な形態及び形状に構成され得る。しかしながら、本発明の好ましい実施例によれば、前記導体線は、同心円の形をとる。好ましくは、同心円の形をとるこれらの導体線は、各々、それらに所望の電圧値を供給する送電線を有する。

空間的に変化する電圧分布は、多様な方法で達成され得る。特に、前記導体線に、直接、様々な電圧値を供給することが可能である。しかしながら、空間的に変化する電圧分布は、前記導体線自体の適切な設計を用いても達成され得る。本発明の好ましい実施例によれば、前記導体線は、全て、同じ幅を持ち、前記導体線間の距離は、内側から外側へ増大する。本発明の別の好ましい実施例によれば、前記導体線間の距離は、全て、同じであり、前記導体線の各々の幅は、内側から外側へ減少する。いずれの場合においても、本発明の好ましい実施例によれば、隣接する導体線は、交互に、電圧源の陽極又は陰極に接続される。

前記電気活性ポリマアクチュエータは、多様な方法で設計され得る。しかしながら、本発明の好ましい実施例によれば、前記電気活性ポリマアクチュエータは、重なり合う多数の弾性層を、隣接する弾性層が、多数の導体線によって互いから分離され、反射性の弾性層が、他の弾性層の上にあるようにして、有する。このようなスタックでは、様々な形状の反射面が達成されることができ、例えば、凹面鏡が形成され得る。

下記の実施例を参照して、本発明のこれら及び他の態様を説明し、明らかにする。

本発明の第１実施例による照明装置の概略動作原理を示す。 本発明の第２実施例による反射性の電気活性ポリマアクチュエータを、断面図で、概略的に示す。 本発明の第２実施例による電気活性ポリマアクチュエータのパターン化電極を、上面図で、概略的に示す。 本発明の第３実施例による電気活性ポリマアクチュエータのパターン化電極を、上面図で、概略的に示す。 本発明の第４実施例による電気活性ポリマアクチュエータのパターン化電極を、上面図で、概略的に示す。 初期位置（Ｖ＝０）にある本発明の第５実施例による反射性の電気活性ポリマアクチュエータの断面図を概略的に示す。 変化位置（Ｖ＝Ｖ_０）にある本発明の第５実施例による反射性の電気活性ポリマアクチュエータの断面図を概略的に示す。 初期位置ではあるが、事前に湾曲させられた位置（Ｖ＝０）にある本発明の第５実施例による反射性の電気活性ポリマアクチュエータの断面図を概略的に示す。 本発明の第６実施例による反射性の電気活性ポリマアクチュエータを、三次元表示で、概略的に示す。 各々の側に異なるように制御される電極のグループを備える本発明の第６実施例による反射性の電気活性ポリマアクチュエータを、断面図で、概略的に示す。 本発明の第７実施例による電気活性ポリマアクチュエータのパターン化電極を、上面図で、概略的に示す。

図１により、本発明の第１の好ましい実施例による照明装置の概略動作原理を見ることができる。照明装置は、反射性の電気活性ポリマアクチュエータ１と、電気活性ポリマアクチュエータ１を照明する照明素子２としてのＬＥＤとを有する。電気活性ポリマアクチュエータ１は、反射性コーティング３を具備する。従って、照明素子２から放射され、電気活性ポリマアクチュエータ１の反射性コーティング３に入射する光は、後方反射され、このようにして、本発明の第１の好ましい実施例による照明装置から放射される光ビームを形成する。

更に、本発明の第１の好ましい実施例によれば、電気活性ポリマアクチュエータ１を空間的に変化する電圧分布で駆動するための電圧制御装置４が設けられる。電気活性ポリマアクチュエータ１の形状は、この電圧制御装置４を用いて、図１に示されているように変えられ得る。ここで、破線は、空間的に変化する電圧分布が生成されない初期状態の電気活性ポリマアクチュエータ１を示しており、実線は、電気活性ポリマアクチュエータ１が放物線弧の形となる変形状態を示している。これは、電圧制御装置４を用いて、本発明の第１の好ましい実施例による照明装置によって放射される光ビームを連続的に形づくることを可能にする。従って、本発明の基本的な利点は、動作中、光ビームが、汎用性のある方法で、少ない労力で、連続的に形づくられ得ることである。

図２には、本発明の第２実施例による反射性の電気活性ポリマアクチュエータ１が、断面図で、概略的に示されている。電気活性ポリマアクチュエータ１は、薄い受動的な最上層５を有し、下に多数の層６を有する。層６は、全て、印加電圧によって動かされ得る弾性の電気活性ポリマ材料で作成される。更に、最上層５は、反射性コーティングを具備する。この図及び以下の図においては、理解しやすいように、光源の役割を果たし、反射性の電気活性ポリマアクチュエータ１を入射光で照らすＬＥＤは示されていない。

層５、６の間には、パターン化電極７が設けられる。図３により、これらの電極７のうちの１つを、上面図で、概略的に見ることができる。導体線７０が、互いにネストされ、同心円の形をしている。導体線７０は、互いに接続され、且つ電圧制御装置４の端子８（陰極又は陽極のいずれか）に接続される。隣接する電極７は、交互に、電圧制御装置４の陰極又は陽極に接続される図３で見ることができるように、電極７の導体線７０は、全て、同じ幅を持ち、それらの間の空間は、内側から外側へ増大する。このようにして、電圧が印加される場合、弾性層６における変形歪力は、内側から外側へ減少し、従って、反射性コーティングがされた層５の放物面形状が得られ得る。

本発明の第３実施例による電気活性ポリマアクチュエータのパターン化電極を上面図で概略的に示している図４で見ることができるように、他の例においては、電極７の導体線７０間の距離は、全て、同じであるが、導体線７０の幅は、内側から外側へ減少する。これは、電圧が印加される場合に弾性層６における変形歪力が内側から外側へ減少することを達成し、反射性コーティングがされた層５の放物面形状の可能性も供給する別の方法である。

更に、図５が、本発明の第４実施例による電気活性ポリマアクチュエータのパターン化電極を、上面図で、概略的に示している本発明のこの第４実施例によれば、電極７の導体線７０間の幅及び導体線７０間の距離は、全て、同じである。しかしながら、電極７の異なる導体線７０には、異なる電圧Ｖ_０１乃至Ｖ_０４が印加され得る。電圧が内側から外側へ減少する場合には、弾性層６における変形歪力も内側から外側へ減少し、各々の電気活性ポリマアクチュエータが変形する。

図６ａ、ｂ、ｃは、各々、初期位置（Ｖ＝０）、変化位置（Ｖ＝Ｖ_０）、及び初期位置ではあるが、事前に湾曲させられた位置（Ｖ＝０）にある、本発明の第５実施例による反射性の電気活性ポリマアクチュエータを断面図で概略的に示している。最上層５は、かなりの曲げ強さを備える受動的な層であり、反射性コーティング３を具備する。下にある層６は、印加電圧を用いて変形させられ得る能動的な層である。更に、最上層５の下の層６は、電気活性ポリマ材料の１つ以上積み重ねられた層で構成され得る。図６ｂで見ることができるように、電圧が印加される場合、システムは、平坦な形状から凹面形の形状に変形する。しかしながら、システムは、事前に湾曲させられることもでき、即ち、電圧が印加されない場合に、既に、図６ｃで見ることができるような、或る程度の凹面がある。これは、例えば、層５、６を、この事前に湾曲させられた状態で、接着することによって、達成され得る。

図７により、本発明の第６実施例による反射性の電気活性ポリマアクチュエータを、三次元表示で、見ることができる。本発明のこの好ましい実施例によれば、中央領域にＬＥＤ（図示せず）のための開口部を有する円筒形ミラーが設けられる。円筒形の形状は、ｘ軸に沿って変化するが、ｙ軸に沿って一定である電圧分布を供給することによって達成される。更に、図８により、本発明の第６実施例による反射性の電気活性ポリマアクチュエータには、各々の側に異なるように制御される電極のグループ９、１０が設けられ得ることを見ることができる。異なる電圧Ｖ_０１及びＶ_０２により、反射面は、ｚ軸に対して非対称に変形させられる。従って、本発明の第６実施例による照明装置によって放射される光ビームは、様々な方向に回動され得る。

最後に、図９は、本発明の第７実施例による電気活性ポリマアクチュエータのパターン化電極７を、上面図で、概略的に示している。ここでは、電極７が、円周方向にパターン化され、導体線７０の４つのグループ１１乃至１４をもたらしている。これらの異なるグループ１１乃至１４には、異なる電圧Ｖ_０１乃至Ｖ_０４が供給されることができ、光ビームを様々な方向に回動する可能性を与える。

図面及び上記において、本発明を詳細に図示及び記載しているが、このような図示及び記載は、説明的なもの又は例示的なものとみなされるべきであり、限定するものとみなされるべきではなく、本発明は、開示されている実施例に限定されない。請求項に記載の発明を実施する当業者は、図面、明細及び添付の請求項の研究から、開示されている実施例に対する他の変形を、理解し、達成し得る。請求項において、「有する」という用語は、他の要素又はステップを除外せず、単数形表記は、複数の存在を除外しない。単に、特定の手段が、相互に異なる従属請求項において引用されているという事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように用いられることができないことを示すものではない。請求項におけるいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されてはならない。

Claims (10)

1. 少なくとも部分的に反射性の電気活性ポリマアクチュエータと、前記電気活性ポリマアクチュエータを照明する照明素子とを有する照明装置であって、空間的に変化する電圧分布で前記電気活性ポリマアクチュエータを駆動するための電圧制御装置が設けられる照明装置。
2. 前記照明素子がＬＥＤを有する請求項１に記載の照明装置。
3. 前記照明素子が、少なくとも部分的に、前記電気活性ポリマ反射器の焦点内に位置する請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記電気活性ポリマアクチュエータが、多数の導体線を有する請求項１又は２のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 前記電圧制御装置が、前記導体線を様々な電圧で駆動するよう適応させられる請求項４に記載の照明装置。
6. 前記導体線が同心円の形をとる請求項４に記載の照明装置。
7. 前記導体線が、全て、同じ幅を持ち、前記導体線間の距離が、内側から外側へ増大する請求項６に記載の照明装置。
8. 前記導体線間の距離が、全て、同じであり、前記導体線の各々の幅が、内側から外側へ減少する請求項６に記載の照明装置。
9. 隣接する導体線が、交互に、電圧源の陽極又は陰極に接続される請求項６乃至８のいずれか一項に記載の照明装置。
10. 前記電気活性ポリマアクチュエータが、重なり合う多数の弾性層を有し、隣接する弾性層が、多数の導体線によって互いから分離される請求項４乃至７のいずれか一項に記載の照明装置。

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