JP2012520546A - 光ガイド装置 - Google Patents

Abstract

本発明は光ガイド装置を開示し、前記光ガイド装置は光ガイド（１）を含む。前記光ガイド（１）は複数の回折格子（２）を含み、前記光ガイド装置（１）の第一の表面上に設けられる。それぞれの回折格子（２）は既定のピッチを有し、対応する光源からの発光の一部分を前記光ガイド装置のひとつの側部へ回折するように構成される。複数の回折格子（２）が、前記光源に面する前記光ガイド装置（１）の第一の表面に設けられることから、前記光ガイド装置は損傷や指紋付着に対しより耐性がある。

Description

本発明は、光ガイド装置に関する。

フィリップス社の２００６年７月２６日出願の特許出願国際公開、番号ＷＯ ２００７／０１５１９５Ａ１、発明の名称「ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ， ＬＩＧＨＴ−ＳＥＮＳＩＮＧ ＰＬＡＴＥ ＡＮＤ ＤＩＳＰＬＡＹ ＤＥＶＩＣＥ」には、照明システム及び前記照明システムに使用するための光センシングプレートが提案されている。図１に示されるように、前記照明システムは少なくともひとつの光源、光透過性光センシングプレート５’、表面改質構造２１’、２２’及び少なくともひとつの光センサ１１’、１２’を含む。前記表面改質構造２１’、２２’は、前記光センシングプレート５’の表面の少なくともひとつの既定の位置に設けられ、前記光センシングプレート５’を通過する光の一部の進路を変更し、かつ前記進路変更された光が前記光センシングプレート５’の端部表面１５’、１６’に向けて案内されている。前記少なくともひとつの光センサ１１’、１２’が、前記表面改質構造２１’、２２’で進路変更された光を検出するために前記光センシングプレート５’の前記端部表面１５’、１６’と接続される。前記少なくともひとつの光センサ１１’、１２’は、前記少なくともひとつの光源の光束を制御するために制御手段に接続されている。

本発明は前記の従来物の改良に関する。複数の回折格子を持つ光ガイドであり、損傷や指紋付着に対してより抵抗性のある光ガイドを得ることは有利であると考えられる。また、複数の回折格子を持つ光ガイドを含む光ガイド装置であって、前記光ガイドの端部の前記光センサを簡単なものにすることができる光ガイド装置を得ることは有利であると考えられる。

前記課題を解決するために、本発明の第一の側面において、光ガイド装置を提供し、前記光ガイド装置は：光ガイドを含む、前記光ガイドは第一の表面に複数の回折格子を含み、それぞれの回折格子が既定のピッチを有し、対応する光源からの発光の一部分を前記光ガイドのひとつへ回折させるように構成されている。

前記複数の回折格子は前記光源に面した前記光ガイドの第一の表面上に設けられ、本発明の第一の側面による前記光ガイド装置は、損傷や指紋に対してより抵抗性となる。

本発明による前記光ガイド装置のひとつの実施態様は、さらに、反射層を含み、前記光ガイド装置の前記第一の表面の反対側の第二の表面をカバーし、さらに前記反射層が、前記回折された光線が前記光ガイド内を全内部反射により進行するように前記光ガイドの屈折率よりも低い屈折率を持つ。

好ましくは、前記光ガイド装置のひとつの実施態様による１反射層へ付設されるカバー層が設けられる。前記カバー層が前記光ガイドをカバーすることで、前記光ガイド１内の前記回折された光の進行を妨害し得る前記光ガイドの損傷や指紋付着から保護する。

本発明による前記光ガイド装置の他の実施態様は、さらに、前記光ガイドのひとつの端部に接続される光センサを含み、前記光センサが前記回折された光線の強度及び／又は色を検出する。

好ましくは、前記光ガイドの他の端部に接続されるミラーが設けられ、前記ミラーは前記回折された光線の一部を前記光センサが接続された方向へ反射する。

本発明の他の構成、課題及び利点は、以下の限定的でない例示的実施態様につき添付図面とともに詳細な説明により明らかなものとなる。

図１は、フィリップス社の特許出願国際公開、番号ＷＯ２００７／０１５１９５Ａ１による照明システムの模式図である。 図２は、本発明のひとつの実施態様による光ガイド装置を示す。 図３は、反射層及び前記反射層に付設されるカバー層を持つ図２の光ガイド装置を示す。 図４は、前記光ガイドの第二の端部に設けられる光センサを持つ図３の光ガイド装置を示す。 図５は、前記光ガイドの前記第一の端部に設けられたミラーを持つ図４の光ガイド装置を示す。 図６は、本発明のひとつの実施態様による、それぞれのピッチを持つ３つの回折格子を持つ光ガイドを含む光ガイド装置を示す。 図７は、本発明の他の実施態様による同じピッチを持つ３つの回折格子を持つ光ガイドを含む光ガイド装置を示す。 図８は、反射板及びレンズを持つ図７の光ガイド装置を示す。 図において、同一又は類似の参照符号は、同一又は類似のステップ、構成又は装置（モジュール）を示す。

図２は、本発明のひとつの実施態様による光ガイド装置を示す。図２に示される光ガイド装置は光ガイド１を含み、及び前記光ガイド装置１は回折格子２を含む。

前記回折格子２の下の垂直矢印は光源を示す。前記光源は、例えば、ひとつ又はそれ以上のＬＥＤを含む。

前記光ガイド装置１は、光透過性材料、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）から作られる。前記光ガイド装置１の断面図は長方形又は円形であり得る。

留意すべきことは、図２で、前記光ガイド装置１の回折格子２は、前記回折格子２により回折された光の部分と及び前記光ガイド装置１内で進行することにつき原理を説明するためだけのものであるということである。当業者であれば、前記光ガイド装置１を実際に使用する際には、ひとつ以上の回折格子を含ませることができるということは理解される。

図２によれば、回折格子２は前記光ガイド装置１の前記光源に面する前記第一の表面上に配置される。前記光源が電力供給されると、前記光源からの発光の一部が前記回折格子２により回折される。その後、実線で示される前記回折された光は、例えば、全内部反射により、前記光ガイド装置１の２つの端部へ案内される。

回折格子２のピッチは、回折された光の回折角を決定し、従って前記回折された光は全内部反射により前記光ガイド装置１内を進行することができる。

回折格子２の領域はまた既定されてよい。従って、前記光源からの発光の既定のパーセントが回折され、前記光ガイド装置１の端部のひとつへ案内される。好ましくは、前記光源からの発光の極僅かの光が回折されることである。前記回折された光は好ましくは前記光源からの発光の全光量の５％未満であり、従って、照明を提供するに十分な光が前記光ガイド装置１を通過する。

図３は、図２の前記光ガイド装置であってさらに、反射層及び前記反射層に付設されたカバー層を持つ光ガイド装置を示す。図３に示す光ガイド装置はさらに、反射層３及びカバー層４を持つ。前記反射層３は光ガイド装置１の前記第一の表面と反対側の第二の表面をカバーし、前記カバー層４は前記反射層３をカバーする。

前記回折された光が全内部反射により前記光ガイド装置１の２つの端部へ案内され、その後、前記回折された光の全内部反射をよりよく実現するために、反射層３は前記光ガイド装置１の屈折率より低い屈折率を持ち、好ましくは前記光ガイド装置１の前記第一の表面と反対側の前記第二の表面に設けられる。

当業者であれば、前記回折された光を全内部反射のより前記光ガイド装置１内で進行させるためには、反射層３の屈折率は光ガイド装置１の屈折率よりも低いものであることが必要であるということは理解される。反射層３の屈折率が低くなるほど、回折された光は全内部反射により容易に光ガイド装置１の中を進行する。例えば、反射層３の屈折率が１．４である場合、光ガイド装置１の屈折率は１．５であり、従って全内部反射がａｒｃｓｉｎ（１．４／１．５）＝６９度よりも大きい角度で生じることとなる。

上で説明した光ガイド装置の使用の際に、光ガイド装置１上に引っ掻き傷や指紋付着が起こりうる。光ガイド装置１上に引っ掻き傷や指紋付着は、前記光ガイド装置１内の回折された光の進行を妨げることから、カバー層４が好ましく反射層３を保護する。通常カバー層４は透明材料、例えばＰＭＭＡ、ＰＣ又はＰＳなどのポリマ又はガラスでできている。

カバー層４を光ガイド装置１上に固定するために、前記反射層３は好ましくは接着性で低屈折率材料からなり、これにより前記カバー層４を前記光ガイド装置１に接着する。

図４は図３の光ガイド装置であり、さらに、光センサを前記光ガイドの第二の側部に持つ光ガイド装置を示す。図４の光ガイド装置はさらに、光センサ６を持ち、これは光センサの前記第二の側部に接続されている。

図４に示されるように、回折された光は光ガイド装置１の２つの側部へ案内される。破線で示される回折された光の第一の部分が光ガイド装置１の前記第一の側部に案内され、実線で示される回折された光の第二の部分が光ガイド装置１の前記第二の側部に案内される。光センサ６は、前記光ガイド装置１の前記第二の側部に設けられ、回折された光の強度を検出する。

光センサ６が前記回折された光の前記第二の部分を受け取ると、前記受け取った光シグナルを電気シグナルへ変換し、それにより前記回折された光の強度を得る。

他の実施態様においては、前記電気シグナルは制御装置（図示されていない）に送られて、長期間の使用に際の光源の照明強度が同じであることを保証するために前記光源の光束を制御する。

図５は、光ガイド装置の前記第一の側部にミラーを持つ、図４に示される光ガイド装置を示す。図５で示される光ガイド装置はさらに、光ガイド装置１の前記第一の側部と接続されるミラー５を含む。
図４から、実線矢印で示される回折された光の第二の部分は光ガイド装置１の前記第二の側部へ案内され、そこでは光センサ６が接続されていることが分かる。また図４から、破線矢印で示される回折された光の前記第一の部分が前記光ガイド装置１の前記第一の側部に案内されそこで失われ、従って、前記光センサ６で検出される回折された光の全量は比較的低減され、前記光センサ６の検出感度を低減させることがあり得る、ということが分かる。

前記光センサ６により光入力を供給するために、ミラー５が好ましくは、光センサの前記第一の側部上に設けられる。図５に示されるように、破線で示される回折された光の前記第一の部分は光ガイド装置１の前記第一の側部に案内され、そこで前記ミラー５は接続されており、前記ミラー５で光ガイド装置１の前記第二の側部へ反射され、そこには光センサ６が接続されている。前記光ガイド装置１の前記第一の側部に設けられるミラー５により、回折格子２により回折された光の大部分が光センサ６により検出される。極僅かな量の回折された光は前記光ガイド装置１の中で進行中に失われる。

どのようにして、光源からの発光の一部が光ガイド装置１の回折格子２により回折され、光ガイド装置１の前記第二の側部に接続される光センサ６により検出されるかについては以上詳しく説明された。以下は、光ガイド上に３つの回折格子を持つ光ガイド装置を一例として、どのようにして、３つの回折格子で回折された３つの回折された光線のそれぞれ光ガイド内を進行するかを説明し、またどのようにして、光ガイドのひとつの側に接続された光センサが３つの回折された光の色と強度とを検出するかについて説明される。

当業者は、光ガイドの回折格子の数は３には制限されないことは理解される。

図６は、本発明のひとつの実施態様によるそれぞれのピッチを持つ３つの回折格子を持つ光ガイドを含む光ガイド装置を示す。図４と比較して、図６に示される光ガイド装置は光ガイド装置上に設けられた３つの回折格子２を含む。

図６に示されるように、回折格子２の下に示される垂直矢印は３つの光源をそれぞれ示す。それぞれの光源による発光は異なる波長を含む。左側の光源が赤光源であり、中間の光源が緑光源であり、右側の光源が青光源であるとする。それぞれの光源は同じ色を持つひとつ又はそれ以上のＬＥＤから形成されてよい。例えば、左側の光源がひとつ又はそれ以上の赤色ＬＥＤ、中間の光源がひとつ又はそれ以上の緑色ＬＥＤ、右側の光源がひとつ又はそれ以上の青色ＬＥＤから形成されていてよい。

留意すべきことは、図６を簡略にするために、実線矢印で示されるそれぞれの光源からの回折された光線の前記第二の部分のみが図には示されており、一方それぞれの光源からの回折された光線の第一の部分については図示されていない、ということである。しかし、図５を参照して当業者は、図６においてミラーがひとつ又はそれ以上の前記第一の側部に接続されているならば、それぞれの光源からの回折された光線の前記第一の部分は該ミラーで反射され、従って光ガイド装置１の前記第二の側部へ案内されるであろうということ、及び該ミラーがない場合にはそれぞれの光源からの回折された光線の前記第一の部分は前記第一の側部へ案内されそこで失われることになろうということは、理解される。

図６に示される３つの回折格子２はそれぞれのピッチを有する。それぞれの回折格子２のピッチは反射層３の屈折率、ひとつ又はそれ以上の屈折率及びそれぞれの光源からの発光波長により決定される。

より具体的には、それぞれの回折格子２のピッチは次の式（ａ）に基づいて決定される：

ここで、Λはそれぞれの化学充填物のピッチであり、ｎ_ｄは光ガイド装置１の屈折率、ｍは回折オーダー、λはそれぞれの光源からの発光波長、θ_ｄはそれぞれの光源からの発光の回折角である。

それぞれの光源からの回折された光線は全反射により光ガイド１の２つの側部へ案内され、θ_ｄはａｒｃｓｉｎ（ｎ_ｒ／ｎ_ｄ）より大きく選択されるべきである。ここでｎ_ｒは反射層３の屈折率であり、ｎ_ｄは光ガイド装置１の屈折率である。回折角は好ましくは９０度近くに選択される。

上式（ａ）から、それぞれの光源からの光波長（λ）が異なることから、それぞれの化学充填物により回折された光線を同じ回折角θ_ｄを持たせるためには、それぞれの化学充填物のピッチΛは異なるべきである、ということが分かる。

赤色光源に対応する回折格子２は、これら３つの光源にうちで最も長波長を持つ赤色光源からに発光により３つの回折格子２の中で最も大きいピッチを持ち、青色光源に対応する回折格子２は、これら３つの光源にうちで最も短波長を持つ青色光源からに発光により３つの回折格子２の中で最も小さいピッチを持つ。例えば、光ガイド装置１がＰＭＭＡでできている場合、赤色光源、緑色光源及び青色光源について、４２５ｎｍ、３７５ｎｍ及び３２５ｎｍのピッチが大きな回折角を得るために好ましい。光ガイド装置１がＰＣでできている場合、赤色光源、緑色光源及び青色光源について、４００ｎｍ、３５０ｎｍ及び３２５ｎｍのピッチが大きな回折角を得るために好ましい。

３つの回折された光線の色と強度を検出するために、前記光ガイド装置１の前記第二の側部に光センサ６及びカラーフィルタが設けられる。

同じ回折角を持つ３つの回折された光線が光ガイド装置１内を進行する際に混合されることから、カラーフィルタが追加されて３つの回折された光線をフィルタして光センサ６がフィルタされた３つの回折された光線の強度を検出する。３つの光源が赤、緑、青であることから、前記光センサ６内の前記カラーフィルタは前記赤色光源から前記回折された光をフィルタするための赤色フィルタ、前記緑色光源から前記回折された光をフィルタするための緑色フィルタ、前記青色光源から前記回折された光をフィルタするための青色フィルタを含む。

前記カラーフィルタが３つの回折された光線を受け取ると、赤色カラーフィルタは赤色光源から前記回折された光をフィルタし、緑色カラーフィルタは緑色光源から前記回折された光をフィルタし、青色カラーフィルタは青色光源から前記回折された光をフィルタする。従って、光センサ６は、前記フィルタされた３つの回折された光の強度をそれぞれ検出する。

当業者であれば、前記カラーフィルタは前記光センサ６に組み込むことができ、又は前記光センサ６の前に分離して配置されることができる、ということは理解できる。前記光センサ６の検出精度を強化するために、それぞれの３つの回折格子２による回折された光線を同じ回折角にすることが好ましく、従って、３つの回折された光線は同じ角度で前記光センサの前記第二の側部（そこで前記光センサ６が接続されている）へ案内され、前記光センサ６上により強く影響することができる。

しかし当業者であれば、たとえ３つの回折された光線が異なる角度で、光ガイド装置１の前記第二の側部（前記光センサ６が接続されている）へ案内されても、前記光センサ６は前記３つの回折された光線の色及び強度を検出することができる、ということは理解する。

図７は、本発明の他の実施態様による、同じピッチを持つ３つの回折格子を持つ光ガイドを含む光ガイド装置を示す。図６と比べると、図７に示される３つの回折格子２は同じピッチを持つ。

図７に示されるように、回折格子２の下の垂直矢印はそれぞれ３つの光源を示す。左側の光源が赤光源であり、中間の光源が緑光源であり、右側の光源が青光源であるとする。

留意すべきは、同じピッチを持つ３つの回折格子２が図７には示されているけれど、前記３つの回折格子２はひとつの回折格子に置換されてもよい、ということである。

図７の３つの回折格子２は同じピッチを持つことから、前記３つの回折格子２によりそれぞれ回折された３つの回折光の回折角は異なる。式（ａ）から、赤色光源から回折された光が、前記赤色光源からの発光が最長波長を持つことから最も小さい角度を持ち、青色光源から回折された光が、前記青色光源からの発光が最短波長を持つことから最も大きな角度を持つことが、分かる。

それぞれ３つの光源からの３つの回折された光線を光ガイド装置１内で全内部反射により進行させるために、３つの回折格子２のピッチは、反射層３の屈折率及び光ガイド装置１の屈折率に基づいて注意深く決定されるべきである。例えば、反射層３の屈折率が１．０の場合、３つの回折格子２のピッチは、光ガイド装置１がＰＭＭＡでできている場合４５０ｎｍであり、３つの回折格子２のピッチは、光ガイド装置１がＰＣでできている場合４２５ｎｍである。

前記３つの回折された光線の強度を検出するために、光センサ６は、前記光ガイド装置１の前記第二の側部に設けられる。前記光センサ６は３つの強度センサを有し、それぞれの回折された光線の強度を検出する。

３つの回折格子２のピッチが同じであることから、３つの回折格子２でそれぞれ回折された３つの光線は異なる角度で前記光ガイド装置１の前記第二の側部（そこで前記光センサ６が接続されている）へ案内され、異なる角度で前記光センサ６に影響を与える。前記光センサ６へ影響する３つの回折された光線の角度は、前記３つの回折された光線のそれぞれの回折された角度に等しい。３つの強度センサが、前記光センサ６上の３つの回折された光線が影響を与えるその位置に設けられ、３つの回折された光線の強度を検出する。

３つの回折された光線は前記光センサ６上で影響を与える際に分離されていることから、前記光センサ６には追加のカラーフィルタは必要ない。

図８で示される好ましい実施態様において、反射板７及びレンズ８が前記光ガイド１及び前記光センサ６の間に設けられる。反射板７は下向きの回折された光線を上方向への光線に反射するように構成され、前記レンズ８は、回折された光線を前記光センサ６の３つの強度センサ上に焦点させるように構成される。

以上本発明の実施態様が説明されてきたが、当業者にとっては、種々の変更・変法が、添付の特許請求の範囲の範囲及び本質から離れることなく可能である、ということは理解される。

Claims (14)

1. 光ガイド装置であり、前記光ガイド装置は：
   光ガイドを含み、前記光ガイドは前記光ガイドの第一の表面上に複数の回折格子を含み、それぞれの回折格子が既定のピッチを有し、対応する光源からの発光の一部分を前記光ガイド装置のひとつの側部へ回折するように構成される、光ガイド装置。
2. 請求項１に記載の光ガイド装置であり、さらに反射層を含み、前記反射層は、前記光ガイド装置の前記第一の表面と反対側の第二の表面をカバーし、前記光ガイド装置の屈折率より低い屈折率を持ち、前記回折された光線を全内部反射により前記光ガイド装置内を進行させる、光ガイド装置。
3. 請求項２に記載の光ガイド装置であり、さらにカバー層を含み、前記カバー層が前記反射層により前記光ガイド装置に接着されている、光ガイド装置。
4. 請求項２に記載の光ガイド装置であり、それぞれの回折格子が、前記反射層及び前記光ガイド装置の屈折率、及びそれぞれの回折格子に対応する光源からの発光波長に基づくピッチを有する、光ガイド装置。
5. 請求項４に記載の光ガイド装置であり、前記ピッチが次の式に基づいて決定され、
   

   

   ここで、Λは、それぞれの回折格子のピッチであり、ｎ_ｄは前記光ガイド装置の屈折率であり、ｍは回折格子のオーダーであり、λはそれぞれの回折格子に対応する光源からの発光波長であり、θ_ｄはａｒｃｓｉｎ（ｎ_ｒ／ｎ_ｄ）よりも大きくなるように選択され、ｎ_ｒは前記反射層の屈折率である、光ガイド装置。
6. 請求項４に記載の光ガイド装置であり、ことなる波長の光線を生成する異なる高原に対応する異なる回折格子が、異なるピッチを有し、異なる波長の回折された光線を前記光ガイド装置内で同じ角度で進行させるように構成される、光ガイド装置。
7. 請求項２に記載の光ガイド装置であり、それぞれの回折格子が、反射層及び光ガイド装置の屈折率に基づいて同じピッチを有するように構成され、異なる波長の回折された光線が前記光ガイド装置内を異なる角度で進行するように構成される、光ガイド装置。
8. 請求項７に記載の光ガイド装置であり、前記光ガイド装置がＰＭＭＡで形成される場合には前記ピッチが４５０ｎｍであり、記光ガイド装置がポリカーボネートで形成される場合には前記ピッチが４２５ｎｍである、光ガイド装置。
9. 請求項１又は２のいずれか一項に記載の光ガイド装置であり、さらに、前記光ガイド装置のひとつの側部に接続されたミラーを含み、前記ミラーが、前記回折された光線の一部を前記光ガイド装置の他の側部へ反射するために使用される、光ガイド装置。
10. 請求項１又は２のいずれか一項に記載の光ガイド装置であり、さらに、前記光ガイド装置のひとつの側部に接続された光センサを含み、前記光センサが、前記回折された光線の強度及び／又は色を検出するために使用される、光ガイド装置。
11. 請求項１０に記載の光ガイド装置であり、異なる波長の光線を生成する異なる高原に対応する異なる回折格子が、異なるピッチを有し、異なる波長の回折された光線を前記光ガイド装置内で同じ角度で進行させるように構成され、前記光センサが、異なる波長の回折された光線の色と強度を検出するために使用される、光ガイド装置。
12. 請求項１０に記載の光ガイド装置であり、それぞれの回折格子が、同じピッチを有し、異なる波長の回折された光線を前記光ガイド装置内で異なる角度で進行させ、前記光センサに異なる角度で影響を与えるように構成され、前記光センサが複数の強度センサを含み、前記複数の強度センサが、異なる波長の回折された光線が前記光センサに影響を与え、異なる波長の前記回折された光源のそれぞれの強度を検出する位置に設けられている、光ガイド装置。
13. 請求項１２に記載の光ガイド装置であり、さらに、前記光ガイド装置と前記複数の強度センサの間に反射板とレンズを含み、前記反射板及びレンズが、異なる波長の回折された光線を前記複数の強度センサ上に焦点させるように構成される、光ガイド装置。
14. 請求項１又は２のいずれか一項に記載の光ガイド装置であり、前記それぞれの回折格子の領域が、対応する光源からの発光の既定のパーセントが前記光ガイド装置のひとつに回折されることを保証するように構成される、光ガイド装置。

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