JP2016512378A

JP2016512378A - 偏光光を提供する光学系

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Publication number: JP2016512378A
Application number: JP2015560727A
Authority: JP
Inventors: ヴァンアドリアヌスヨハネスステファヌスマリアデ; マルコハヴェルラグ; ダーザンデビアンカマリアイルマバン
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2016-04-25
Also published as: EP2994791A1; WO2014180718A1; RU2015152027A; RU2015152027A3; US20150346505A1; CN104903778A

Abstract

光を放射する少なくとも１つの発光モジュール１１０と、少なくとも１つの発光モジュール１１０によって放射された少なくとも一部の光を受け取るように、少なくとも１つの発光モジュール１１０のうちの対応する１つに対して配置される少なくとも１つのリフレクタ１２０とを有する光学系１００が提供される。偏光子１３０が、少なくとも第１の偏光方向を有する光を透過し、少なくとも第２の偏光方向を有する光を反射するように提供される。発光モジュール１１０は、偏光子１３０によって反射された光の少なくとも一部が、反射表面部１１２上に衝突するように、少なくとも１つのリフレクタ１２０の光軸Ａと一致する点１１６に対して互いに対して点対称に配置される少なくとも１つの発光表面部１１４と少なくとも１つの対応する反射表面部１２２とを含む。光学系１００は、比較的高い効率で、偏光光を出力することができる。

Description

本発明は、部分的に反射性で、部分的に透過性である偏光子と、光を放射及び反射する発光モジュールとを有する光学系（光学システム）に関する。このような光学系を提供する方法も開示される。

直線偏光光を提供するために偏光子が使用される照明デバイスが知られている。偏光子は、入射光を、相対する偏光特性を有する２つの直線偏光成分に分割する。成分のうちの一方は、偏光子を通過し、もう一方の成分は、偏光子によって吸収される。しかし、この技術の１つの欠点は、偏光子が、成分のうちの一方しか透過しないことにより、効率が比較的悪いことである。

例えば米国特許第３，５６６，０９９号において、この問題は、放物面リフレクタの入口に亘って配置された反射−透過性偏光子を有し、成分のうちの一方は、偏光子を通過し、もう一方は、リフレクタへと戻るように反射される光投影アセンブリを提供することによって対処されている。透過成分に関して反対向きに偏光された反射成分は、偏光子のすぐ後に位置付けられた４分の１波長板を通過させられる。４分の１波長板は、反射成分を、円偏光光に変換し、円偏光光は、次に、リフレクタの表面上で反射され、反対向きの偏光方向に反転される。反転された成分が４分の１波長板を通過するので、当該成分は、偏光子を透過した元の成分の方向と同じ方向に直線偏光された光として出現し、したがって、偏光子を通過し、透過成分を強化する。しかし、効率が向上された偏光光を生成するための光学系が依然として必要である。

米国特許出願公開第２００６／０２３８７１６Ａ１号は、基部に設置され、照明光を生成及び放射し、発光チップに入射する光を反射する反射性を有する発光チップと、基部に結合され、発光チップから来る光を前方向に向けて反射する反射ミラーと、反射ミラーの出射側に設置され、反射によって偏光アライメントユニットに入射する光の一部をフィードバックし、発光チップから来る光を１つの方向に偏光し、偏光光を出力する偏光アライメントユニットとを含み、偏光アライメントユニットに入射する光のフィードバックされた光は、反射ミラー及び基部の少なくとも一方によって、偏光アライメントユニットに戻るように反射される、光源モジュールについて開示する。

米国特許出願公開第２００６／０１９６９４Ａ１号は、ＬＥＤと角度制御レンズとから形成されるＬＥＤ光源について開示する。ＬＥＤは、基板上のＬＥＤチップを含み、また、更に、ＬＥＤチップの周りに配置された反射領域が具備されている。

上記に鑑みて、本発明の実施形態のうちの少なくとも幾つかの実施形態は、効率が向上された偏光光を出力する光学系を提供することを目的とする。

したがって、独立請求項の特徴を有する光学系及び方法が提供される。従属請求項は、有利な実施形態を規定する。

本発明の第１の態様によれば、光を放射する少なくとも１つの発光モジュールを含む光学系又は光学デバイスが提供される。発光モジュールは、少なくとも１つの発光表面部と、少なくとも１つの対応する反射表面部とを含む。更に光学系は、少なくとも１つの発光モジュールによって放射された少なくとも一部の光を受け取るように、少なくとも１つの発光モジュールのうちの対応する１つに対して配置される少なくとも１つのリフレクタと、少なくとも１つの発光モジュールによって放射された光の少なくとも一部を受け取るように、リフレクタに対して配置される偏光子とを含む。偏光子は、少なくとも第１の偏光方向を有する光を透過し、少なくとも第２の偏光方向を有する光を反射する。反射された光の少なくとも一部は、例えばリフレクタにおける反射を介して、少なくとも１つの発光モジュールに戻るように伝送される。少なくとも１つの発光表面部及び少なくとも１つの反射表面部のそれぞれは、少なくとも１つのリフレクタの光軸に対して非対称に配置され、また、少なくとも１つの発光表面部及び対応する少なくとも１つの反射表面部各々は、少なくとも１つのリフレクタの光軸と一致する点に対して互いに対して点対称に配置される。これにより、偏光子によって反射された光の少なくとも一部が、少なくとも１つの反射表面部上に衝突し、衝突した光の少なくとも一部は、少なくとも１つの反射表面部から偏光子に向けて反射され、衝突した光の少なくとも一部は、偏光子を透過する。

本発明の第２の態様によれば、光学系を提供する方法が提供される。当該方法は、少なくとも１つの発光表面部と、少なくとも１つの対応する反射表面部とを含み、光を放射する少なくとも１つの発光モジュールを提供するステップを含む。当該方法は更に、少なくとも１つの発光モジュールによって放射された少なくとも一部の光を受け取るように、少なくとも１つの発光モジュールのうちの対応する１つに対して少なくとも１つのリフレクタを配置するステップと、少なくとも１つの発光モジュールによって放射された光の少なくとも一部を受け取るように、少なくとも１つのリフレクタに対して偏光子を配置するステップとを含む。偏光子は、少なくとも第１の偏光方向を有する光を透過し、少なくとも第２の偏光方向を有する光を反射し、反射された光の少なくとも一部は、例えばリフレクタにおける反射を介して、少なくとも１つの発光モジュールに戻るように伝送される。少なくとも１つの発光モジュールを提供するステップは、少なくとも１つの発光表面部及び少なくとも１つの反射表面部のそれぞれを、少なくとも１つのリフレクタの光軸に対して非対称に配置するステップと、少なくとも１つの発光表面部及び対応する少なくとも１つの反射表面部各々を、偏光子によって反射された光の少なくとも一部が、少なくとも１つの反射表面上に衝突するように、少なくとも１つのリフレクタの光軸と一致する点に対して互いに対して点対称に配置するステップとを含む。これにより、衝突した光の少なくとも一部は、偏光子に向けて反射され、衝突した光の少なくとも一部は、偏光子を透過する。

本態様は、光学系から放射される偏光光の量、又は、光学系の効率は、例えばリフレクタ内の光反射の程度又は度合いに依存するという認識に基づいている。例えば所望の又は必要とされる第１の偏光方向を有する光を透過し、偏光子を透過しなかった光の少なくとも一部をリフレクタへと戻すように反射する透過−反射性偏光子を使用することによって、発光モジュールによって生成された光の「再利用」が向上される。更に、光軸と一致する点に対して互いに対して点対称に配置される反射表面部と発光表面部とを有し、少なくとも１つの発光表面部及び少なくとも１つの反射表面部は、光軸に対して非対称に配置される発光モジュールを、例えばその光軸に対し回転対称であるリフレクタ内に設けることによって、リフレクタ内の光反射の程度は、反射表面部を有さないか、又は、発光表面部に対し反射表面部が点対称に配置されない発光モジュールを利用する場合に比べて、増加される。少なくとも１つの反射表面部と発光表面部との光学系における点対称と、少なくとも１つの反射表面部及び発光表面部の光軸に対する非対称配置とによって、偏光子によって発光モジュールに戻るように反射された光の少なくとも一部が、光がそこから放射された対応する発光表面部に点対称に配置される反射表面部上に衝突する。これにより、不所望の第２の偏光方向を有する光の少なくとも一部が、光軸に対し非対称に配置される発光表面部に対して、対称的に配置される発光モジュールの反射表面部によって、「再利用」され、したがって、光学系の効率は向上される。第２の偏光方向を有する反射された光の少なくとも一部が、発光モジュールの発光表面部ではなく反射表面部上に衝突するように、反射表面部を配置することによって、発光モジュールの非反射表面部上に衝突する又は非反射表面部によって吸収される光の量は、有利に減少される。偏光子によって反射される光の偏光、例えば光の偏光方向は、１つ以上の反射面、例えば発光モジュールの反射表面部及び／又はリフレクタ上での反射によって変わるので、再利用された光の少なくとも一部は、最終的には、所望の偏光方向を有する光として、偏光子を透過する。

点対称は、軸周りの平面における１８０度の回転として説明できることも一般に知られている。この場合、少なくとも１つの反射表面部及び少なくとも１つの発光表面部が、光軸と一致する点に対し互いに点対称に配置されることは、少なくとも１つの反射表面部及び少なくとも１つの発光表面部が、発光モジュールの平面において、光軸と一致する点に対し又は光軸に対し、１８０度回転されて配置される、とも説明できる。

少なくとも１つの発光表面部が、光軸に対し非対称に配置されることは、少なくとも１つの発光表面部が、光軸上に又は光軸に対して中心が合わされていない、とも説明できる。発光表面部は、光軸に対して非対称に配置され、光軸に対して相互が点対称なので、反射表面部も、また、光軸に対して非対称に配置され、つまり、光軸上に又は光軸に対して中心が合わされていない、ことになる。

反射表面部の領域と発光表面部の領域との間の関係又は割合を比較すると、光の再利用の効率は、反射表面部の領域が増加すると上がることが分かる。発光表面部の領域に対し光反射表面部の領域が大きいほど、反射された光が、反射表面部上に衝突する確率は高くなる。しかし、本態様は、発光表面部と反射表面部とによって覆われる総領域が比較的小さい場合にも、比較的高い再利用効率が得られる点で有利である。これは、反射表面部と発光表面部との対称構成によって達成される。対称構成では、反射表面部は、光軸に対して、対応する発光表面部と点対称に配置される。これにより、例えば発光表面部の領域と等しい領域を覆う反射表面部の比較的小さい総領域で、発光モジュールにおいて、比較的大量の光反射が得られる。

一実施形態によれば、偏光子は、例えば直線偏光光といった第１の偏光状態を有する光を透過及び反射する。上記光学系は更に、偏光子によって反射された光の少なくとも一部を受け取り、第１の偏光状態を有する光（例えば直線偏光光）を、円偏光光又は楕円偏光光といった第２の偏光状態を有する光に変換するように、偏光子に対して配置される偏光状態変換器を含む。偏光状態変換器は更に、発光モジュールの少なくとも１つの反射表面部によって反射された光の少なくとも一部を受け取り、第２の偏光状態を有する光を、第１の偏光状態を有する光に変換するように、リフレクタに対して配置される。偏光子によって反射された光の少なくとも一部が、偏光状態変換器によって、円偏光光に変換されることによって、円偏光光が、例えば発光モジュールの反射表面部によって、リフレクタ内で反射される度に、偏光方向が、有利に、例えば左偏光から右偏光に又は右偏光から左偏光に変わる。１つ以上の反射表面、例えば発光モジュールの反射表面部及び／又はリフレクタ上で、奇数回数、反射された円偏光光は、偏光状態変換器に戻る前に、反転された偏光方向を有する一方で、リフレクタ内で、偶数回数、反射された円偏光光は、偏光状態変換器に戻ると、偏光状態変換器を離れたときと同じ偏光方向を有する。反転された偏光方向を有する偏光光は、偏光状態変換器によって、第２の偏光方向を有する直線偏光光に有利に変換され、当該直線偏光光は、偏光子を透過する。これにより、透過する光の量が増加され、したがって、光学系の効率が上がる。

一実施形態では、偏光子は、例えば直線偏光光といった第１の偏光状態を有する光を透過及び反射する。偏光子は、例えば欧州特許第０６０６９４０Ｂ１号又は第０６０６９３９Ｂ１号に開示される偏光子のように構成される。上記光学系は更に、偏光子を透過した（例えば円偏光）光の少なくとも一部を受け取り、第１の偏光状態を有する光を、例えば直線偏光光といった第２の偏光状態を有する光に変換するように、偏光子に対して配置される偏光状態変換器を含む。本実施形態は、これにより、偏光子、即ち、反射−透過性偏光子が、所望の又は必要とされる第１の偏光方向を有する円偏光光又は楕円偏光光を透過し、第２の偏光方向を有する少なくとも一部の円形偏光光を反射する。上記されたように、反射された円偏光光は、例えば第２の偏光方向を有する光が第１の偏光方向を有する光に変換されるように、また、第１の偏光方向を有する光が第２の偏光方向を有する光に変換されるように、１つ以上の反射表面、例えば発光モジュールの反射表面部及び／又はリフレクタ上での奇数回の反射で、その偏光方向を反転させる。したがって、偏光子に到達する再利用される光の少なくとも一部は、所望の又は必要とされる第１の偏光方向を有する円偏光光又は楕円偏光光を含む。リフレクタ及び／又は発光モジュールの反射表面部は、偏光子によって反射された光を、所望の又は必要とされる偏光方向を有する光に変換する変換器として使用されてもよい。当該所望の又は必要とされる偏光方向を有する光は、偏光子を透過する。

一実施形態によれば、偏光状態変換器は、複数の積層された複屈折層を含む。このような偏光状態変換器を使用することによって、リフレクタ内での反射の際に、光の偏光にもたらされる楕円率が補償される又はその度合いが減少される。積層された複屈折層によって、更に、アクロマティック偏光状態変換器が得られる。

これに加えて又はこれに代えて、偏光状態変換器は、例えば２つの透明基板の間に挟まれた液晶層又は重合液晶材料を含む、例えば９０°、ねじられたネマティック液晶構造体であるねじれ液晶構造体を含んでもよい。

発光モジュールを、光学系又はリフレクタの光軸に沿って様々な位置に配置することによって、光学系を出る光ビームの角度及び形状が調節される。一例によれば、少なくとも１つの発光モジュールは、少なくとも１つのリフレクタの光軸に直交する平面内に配置され、光軸は、少なくとも１つの発光モジュールと交差する。別の例によれば、少なくとも１つの発光モジュールは、少なくとも１つのリフレクタの対応する１つのリフレクタの焦点が、少なくとも１つの発光モジュールと一致するように配置される。例えばリフレクタが放物面リフレクタを含む場合、放物面リフレクタの焦点が発光モジュールと一致するように、当該発光モジュールを配置することによって、実質的に平行な光ビームが生成される。

一実施形態によれば、少なくとも１つの発光表面は、プリント回路基板の少なくとも一部上に配置される発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。しかし、これは、発光面の非限定的な一例に過ぎない。本願のコンテキストでは、「発光（表）面」との用語は、実質的に、例えば任意のデバイス又は要素の両端間に電位差を印加する又はその中に電流を流すことによって、例えば可視領域、赤外領域及び／又は紫外領域である電磁スペクトルの任意の領域又は領域の組み合わせにおける放射線を放射可能な当該任意のデバイス又は要素であってよい光源の発光表面を定義するように使用される。したがって、光源は、単色、準単色、多色又は広帯域スペクトル放射特性を有する。光源の例としては、半導体、有機又はポリマーのＬＥＤ、レーザ、青色ＬＥＤ、ＲＧＢＬＥＤ、光学的に励起された蛍光体によって被覆されたＬＥＤ、光学的に励起されたナノ結晶ＬＥＤ、ＲＧＢレーザ、レーザ励起蛍光体又は当業者には知られている任意の他の同様のデバイスが挙げられる。

一実施形態によれば、少なくとも１つの反射表面部は、非導電性又は少なくとも１つの発光表面部から電気的に絶縁されているミラーコーティング等を含む。非導電性のコーティングは、任意の導電性の経路を短絡させることなく、発光モジュールの表面に直接的に付与される。表面部から電気的に絶縁され、導電性の経路を短絡させる恐れが減少されている場合には、導電性のミラーコーティングが使用されてもよい。

一実施形態によれば、光学系は、複数の発光モジュール及び／又は複数のリフレクタを含む。少なくとも１つの発光モジュールにそれぞれ対応する複数のリフレクタを提供することによって、幾つかの発光モジュールと単一のリフレクタとを有する光学系に比べて、比較的大きい断面を有する光ビームが得られ、また、光学系は、比較的平らである。例えば放物面又は球状リフレクタの幅は、リフレクタの光軸に沿って測定されるリフレクタの深度に依存することによって、比較的広いリフレクタは、比較的深いリフレクタに相当する。したがって、複数のリフレクタを使用することによって、複数の発光モジュールを有する、比較的幅広であると同時に、比較的平らな光学系が実現される。

一実施形態によれば、上記光学系は、偏光子を透過した光のほとんど又は全部若しくは少なくとも一部を集め、当該光を選択された又は所望のビーム形状に整形する又は成形する少なくとも１つの屈折レンズを含む。少なくとも１つのレンズは、例えば偏光子を透過した光を、照射されるターゲット又は物体上にその焦点を合わせる及び／又は方向付けるように配置される。これにより、光学系による照射は、例えば光学系と照射されるターゲット又は物体との間の距離に適応される。光学系は、好適には、発光モジュールに向かって及び／又は発光モジュールから離れるように、発光モジュールに関連して制御可能に移動できる幾つかのレンズを含んでもよい。これによって、光学系から出力される光ビームの焦点が調節される。レンズの例としては、球面レンズ、非球面レンズ、両凸レンズ、平凸レンズ、両凹レンズ、平凹レンズ又はフレネルレンズが挙げられる。

一実施形態によれば、偏光子を透過した光の偏光方向が調節されるように、偏光子は、リフレクタに対して調節可能に配置され、又は、リフレクタは、偏光子に対して調節可能に配置される。偏光子を透過した光の偏光方向を調節できるという点は、例えばリフレクタの光軸の周りを回転できるように回転可能に配置される偏光子によって実現される。

上記光学系は、偏光子を透過した光の偏光方向を示すインジケータを含んでもよい。当該インジケータは、偏光子を透過した光の偏光方向が、偏光子を透過した光の選択された偏光方向に近づく又は等しくなるように、リフレクタに対する偏光子の配置を調節するやり方、又は、偏光子に対するリフレクタの配置を調節するやり方に関するガイダンスを、ユーザに提供するように配置される。

例えばユーザが、光学系によって照射されるターゲット又は物体の少なくとも部分的に反射性の表面を見ているとする。ターゲット又は物体の表面を照射する光の偏光方向を調節するやり方に関するガイダンスを、ユーザに提供することによって、ユーザ又は観察者の目に届く表面からの光の反射の量又は度合いが、所望の又は選択される基準に従うように、（ユーザによって）制御される。これは、表面において反射される入射光の割合は特に、入射光の偏光方向に依存するという観察を利用することによって達成される。したがって、偏光子を透過し、表面上に衝突した光の偏光方向を調節することによって、表面における光反射の度合いが制御又は調節される。偏光子を透過した光の偏光方向は、例えばｓ偏光光（即ち、入射面に直交する偏光方向を有する光）又はｐ偏光光（即ち、入射面に平行な偏光方向を有する光）が照射されたターゲット又は物体の表面上に衝突するように制御される。ｓ偏光光は、照射されたターゲット又は物体の少なくとも部分的に反射性の表面からの光反射の度合いは比較的高い一方で、ｐ偏光光は、照射されたターゲット又は物体の少なくとも部分的に反射性の表面からの光反射の度合いは比較的低い。偏光子を透過した光の偏光方向を調節できることによって、照射されるターゲット又は物体における反射を減少又は増加させるように、例えばユーザ又は観察者によって適応される比較的柔軟性の高い光学系が実現される。

ユーザ又は観察者が見る表面からの光反射、即ち、グレアの度合いを減少できることによって、光沢仕上げされた雑誌及び電子タブレットといった情報担体からの不快なグレアが減少され、したがって、情報担体上の文字等の読み易さが向上する。観察者又はユーザが、そのような表面から望ましくないグレアを減少できることによって、例えば出版社やフラットスクリーン製品の製造業者が、光沢仕上げされた紙又はディスプレイを使用することを可能にする。反射光量を増加させるように、物体上に衝突する光の偏光方向を調節できるという点は、液晶、宝石、ダイアモンド又はきらめき効果が望まれる他の物体の照射に有利である。反射は更に、デザイン目的で光沢仕上げされた表面においても所望される。本実施形態は更に、様々な照射条件及び要件に適応可能な比較的柔軟性の高い光学系を提供できる。上記されたように、上記光学系は、例えば液晶におけるきらめき効果を高めるために、また、光沢仕上げされた雑誌を読むための快適な照射を提供するために使用される。

本願のコンテキストでは、インジケータは、例えばユーザに、光学系を出る光の偏光方向を示すように構成される任意の手段と理解されるべきである。例えばインジケータは、矢印、文字、記号又は絵といったポインタ又はマークによって実現され、また、出射光の偏光方向、又は、所望の照射が達成される偏光子の必要とされる方向又は向きを示す。所望の照射は、例えば照射されるターゲット又は物体における表面からの光反射の度合いの所望の又は選択される基準によって規定される。これに代えて又はこれに加えて、インジケータは、聴覚若しくは触覚によるもの、又は、視覚、聴覚及び触覚の任意の組み合わせによるものであってもよい。

なお、本発明は、請求項に記載される特徴のあらゆる可能な組み合わせに関する。

本発明の上記だけでなく追加の目的、特徴及び利点は、添付図面を参照して、以下の本発明の好適な実施形態の例示的かつ非限定的である詳細な説明を通して、より良く理解できよう。

図１は、発光モジュールと透過−反射性偏光子とを含む、本発明の一実施形態による光学系の側断面図を概略的に示す。図２は、本発明の別の実施形態による光学系の側断面図を概略的に示す。図３ａは、対応する反射表面部を有する少なくとも１つの発光表面部を有する発光モジュールの正面図、即ち、前面図を概略的に示す。図３ｂは、対応する反射表面部を有する少なくとも１つの発光表面部を有する発光モジュールの正面図、即ち、前面図を概略的に示す。図３ｃは、対応する反射表面部を有する少なくとも１つの発光表面部を有する発光モジュールの正面図、即ち、前面図を概略的に示す。図３ｄは、対応する反射表面部を有する少なくとも１つの発光表面部を有する発光モジュールの正面図、即ち、前面図を概略的に示す。図４は、複数のリフレクタと発光モジュールとを含む、本発明の一実施形態による光学系の側断面図を概略的に示す。図５は、本発明の一実施形態による光学系の側断面図を概略的に示す。

図面は全て概略的であり、縮尺通りではなく、また、一般に、本発明を説明するために必要な部分のみを示し、その他の部分は、省略又は示唆されるに過ぎない。

以下、本発明は、本発明の例示的な実施形態が示される添付図面を参照して、説明される。しかし、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に説明される実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、徹底及び完全性のために提供され、当業者に本発明の範囲を十分に伝えるものである。

図１を参照するに、本発明の一実施形態による光学系１００の側断面図が示される。光学系１００は、本実施形態では、放物面リフレクタ１２０といったリフレクタ１２０を含み、その中に、発光する発光モジュール１１０が配置される。例えば４分の１波長板１４０といった偏光状態変換器１４０が、発光モジュール１１０によって放射される光Ｌ_１の少なくとも一部を受け取るように、リフレクタ１２０に対して配置される。光学系１００は更に、偏光状態変換器１４０によって透過された又は偏光状態変換器１４０を透過した光の少なくとも一部を受け取るように、偏光状態変換器１４０に対して配置される、例えば反射−透過性直線偏光子１３０といった偏光子も含む。偏光子１３０は、例えば偏光子１３０の入射面に平行な偏光方向を有する線形偏光光といった選択された偏光方向を有する光Ｌ_２を透過し、例えば入射面に直交する偏光方向を有する直線偏光光といった別の偏光方向を有する光を反射する。

したがって、図示される実施形態では、偏光子１３０は、例えば直線偏光光である第１の偏光状態を有する光を透過及び反射する。偏光状態変換器１４０は、偏光子１３０によって反射された光の少なくとも一部を受け取り、第１の偏光状態を有する光を、例えば円偏光光である第２の偏光状態を有する光に変換するように、偏光子１３０に対して配置される。

偏光状態変換器１４０、即ち、４分の１波長板１４０は更に、偏光子１３０において反射された偏光光を受け取り、その光の少なくとも一部を、例えば円偏光光Ｌ_３である第２の偏光状態を有する光に変換する。当該円偏光光Ｌ_３は、リフレクタ１２０又は発光モジュール１１０に戻るように伝送される。円偏光光Ｌ_３が、発光モジュール１１０の例えば反射表面部１１２である反射表面上及び／又はリフレクタ１２０上で反射される度に、光の偏光方向が変わる。例えば右偏光光は左偏光光に変換され、左偏光光は右偏光光に変換される。したがって、奇数回数、反射され、最終的に４分の１波長板１４０に衝突する光Ｌ_４の少なくとも一部は、４分の１波長板１４０によって、上記選択された偏光方向を有する直線偏光光Ｌ_５に変換され、したがって、偏光子１３０によって（偏光子１３０を通って）透過される。

図１に示される実施形態では、発光モジュール１１０は、リフレクタ１２０の光軸Ａに直交する平面内に配置されている。光軸Ａは、点Ｐ（図示せず）において、発光モジュール１１０と交差する。更に発光モジュール１１０は、リフレクタ１２０の焦点が、発光モジュール１１０と一致する又は実質的に一致するように配置される。

図３ａ乃至図３ｄを参照してより詳細に説明されるように、発光モジュール１１０は、光軸Ａが発光モジュール１１０と交差する点１１６に対し点対称に配置される少なくとも１つの発光表面部１１４と対応する反射表面部１１２とを含む。少なくとも１つの発光表面部１１４と少なくとも１つの反射表面部１１２とは共に、光軸Ａに対し、非対称に配置される。即ち、両表面部とも、光軸Ａ上又は光軸Ａに対し中心が合わされていない。更に、少なくとも１つの発光表面部１１４と対応する反射表面部１１２とは、偏光子１３０によって反射された光の少なくとも一部が、少なくとも１つの反射表面部１１２に衝突するように、点１１６に対し点対称に配置される。少なくとも１つの反射表面部１１２に衝突する光の少なくとも一部は、偏光子１３０に向けて反射され、当該偏光子１３０を通り、当該光の少なくとも一部は透過する。

図１に示される実施形態では、偏光状態変換器１４０は、少なくとも１つの反射表面部１１２によって反射された光の少なくとも一部を受け取り、第２の偏光状態を有する光を第１の偏光状態を有する光に変換するように、リフレクタ１２０に対して配置される。

図２は、図１を参照して説明された光学系１００と同様の光学系１００を示す。図２に示される光学系１００は、偏光子１３０と偏光状態変換器１４０との互いに対する配置が、図１に示される光学系１００と異なる。図２に示される光学系１００では、偏光子１３０は、例えば右偏光といった選択された偏光方向を有する例えば円偏光光を透過し、例えば左偏光といった別の偏光方向を有する例えば円偏光光Ｌ_３を反射する反射−透過性円偏光子１３０を含むか又は当該反射−透過性円偏光子１３０である。図２に示される実施形態では、例えば４分の１波長板を含むか又は４分の１波長板である偏光状態変換器１４０は、透過した円偏光光の少なくとも一部を受け取り、透過光Ｌ_５の少なくとも一部を直線偏光光に変換するように偏光子１３０に対して配置される。

したがって、偏光子１３０は、例えば円偏光光である第１の偏光状態を有する光を透過及び反射し、偏光状態変換器１４０は、偏光子１３０が透過した光の少なくとも一部を受け取り、第１の偏光状態を有する光を、例えば直線偏光光である第２の偏光状態を有する光に変換するように偏光子１３０に対して配置される。

図３ａ乃至図３ｄは、発光表面部１１４と対応する反射表面部１１２とを含む、本発明の実施形態による発光モジュール１１０を概略的に示す。図示される実施形態では、発光表面部１１４と反射表面部１１２とは、それぞれ、リフレクタ１２０（図３ａ乃至図３ｄには図示せず）の光軸Ａについて非対称に配置されている、即ち、中心が合わされていない。各発光表面部１１４は、リフレクタ１２０の光軸Ａと一致する点１１６に対し点対称に配置される対応する反射表面部１１２を持つ。光学系１００の点対称によって、発光表面部１１４から放射され、偏光子１３０（図３ａ乃至図３ｄには図示せず）によって反射された光の少なくとも一部は、対応する反射表面部１１２上に衝突し、そこから、衝突光の少なくとも一部が、偏光子１３０に向けて反射される。

図３ａ及び図３ｂでは、本発明の実施形態による発光モジュール１１０が示され、各発光モジュール１１０は、ＰＣＢ上に配置されたＬＥＤ１１４と、ミラーコーティングが施されていてもよい対応する反射表面部１１２とを含む。反射表面部１１２は、偏光子１３０（図３ａ乃至図３ｄには図示せず）によって反射された放射光の少なくとも一部が、対応する反射表面部１１２上に衝突するように、リフレクタ１２０（図３ａ及び図３ｂには図示せず）の光軸と一致する点１１６に対し点対称に配置される。

図３ｃ及び図３ｄは、本発明の実施形態による発光モジュール１１０の更なる例を示す。各発光モジュール１１０は、複数の発光表面部１１４を含み、複数の発光表面部１１４及び反射表面部１１２各々は、リフレクタ１２０（図３ｃ及び図３ｄには図示せず）の光軸Ａに対して、非対称に配置される、即ち、中心は合わされていない。複数の発光表面部１１４のそれぞれは、リフレクタ１２０の光軸Ａと発光モジュール１１０の交差点によって規定される点１１６に対して、点対称に配置される対応する反射表面部１１２を持つ。

一般に、発光表面部１１４は、例えば発光モジュール１１０の表面の５０％を覆うように配置される。更に、発光表面部１１４と対応する反射表面部１１２とは、（図３ａ乃至図３ｄに輪状線によって示される）円形又は円盤の形状と一致するように配置され、これは、光学系１００によって実質的に円形断面を有する光ビーム放射することを可能にする。

図３ａ乃至図３ｄにおいて、例示目的の発光表面部１１４は、四角として図示されるが、当然ながら、発光表面部は、例えば円形、楕円形又は任意の他の適切な形状を有してもよい。

図４は、プリント回路基板（ＰＣＢ）１６０といった共通の基板上に配置された複数のリフレクタ１２０を含む、本発明の一実施形態による光学系１００の側断面図である。しかし、リフレクタ１２０をそれぞれ単独の基板上に配置することも、リフレクタ１２０のサブセットを別個の基板（例えばＰＣＢ）上に配置することも可能である。リフレクタ１２０は、例えば放物面リフレクタを含むか又は放物面リフレクタであってよい。各リフレクタ１２０内に、対応するリフレクタ１２０の光軸Ａに対し非対称に配置され、対応するリフレクタ１２０の光軸Ａと一致する点１１６に対し点対称に配置される少なくとも１つの発光表面部１４０と少なくとも１つの対応する反射表面部１１２とを有する対応する発光モジュール１１０が設けられる。発光モジュールは、図１を参照して説明された照明デバイス１００における偏光状態変換器１４０及び偏光子１３０と同様に又は同じに、偏光状態変換器１４０と、例えば反‐透過性直線偏光子１３０といった偏光子１３０とに向けて光を放射する。偏光状態変換器１４０及び偏光子１３０は、光学系１００によって出力される生成された偏光光の偏光方向を調節できるように、複数のリフレクタ１２０及び複数の発光モジュール１１０に関連して、調節可能（例えば回転可能）であるユニットを形成する。更に、図示される実施形態では、屈折レンズ１５０が、偏光子１３０を透過した光のほとんど又は全部を受け取り又は収集し、光を所望のビーム形状に整形又は成形するように配置される。レンズ１５０は、出射光ビームの焦点を調節できるように、発光モジュール１１０に向かう及び／又は発光モジュール１１０から離れる方向に制御可能に移動できる。

上記レンズ１５０は、本明細書に説明される本発明のどの実施形態に組み入れられてもよい。図２を参照して説明された実施形態に組み入れられる場合、レンズ１５０は、偏光状態変換器１４０を透過した光のほとんど、全部、又は少なくとも一部を受け取るように配置される。

図４に示されるように、複数のリフレクタ１２０及び発光モジュール１１０は、例えば列又はマトリクスを形成するように互いに対して（隣り合わせに）並べられる。

図５を参照するに、本発明の一実施形態による光学系１１０が概略的に示されている。光学系１００は、リフレクタ１２０の光軸Ａ（図５には図示せず）に対し非対称に配置され、リフレクタ１２０の光軸Ａと一致する点１１６に対し点対称に配置される少なくとも１つの発光表面部と少なくとも１つの対応する反射表面部とを有する対応する発光モジュール（図５には図示せず）を有するリフレクタ１２０を含む。偏光子１３０は、リフレクタ１２０から出力された光の少なくとも一部を受け取り、また、例えば矢印１７０の形状のインジケータ１７０を具備する。光学系１００によって放射される光の偏光方向は、例えば偏光子１３０を、リフレクタ１２０の光軸Ａ（図示せず）の周りを回転させることによって調節される。或いは又は任意選択的に、調節は、光学系１００全体の光軸Ａの周りの回転によって実現されてもよい。光学系１００は、偏光子１３０を出る偏光光が、観察者又はユーザＯが見ることのできる表面Ｓ上に衝突するように配置される。インジケータ１７０は、観察者Ｏに、光学系１００によって放射される光の偏光方向を示す。表面Ｓは、本実施形態では、少なくとも部分的に反射性であり、例えば光沢仕上げされた１枚の紙によって実現される。図５に線Ｌによって表される光の経路は、入射面Ｐ内にある。入射面Ｐは、観察者Ｏの視点、表面Ｓ上の光の入射点、及び、偏光子１３０の位置（例えば光Ｌがそこから放射される偏光子１３０上の点）によって規定される。例えば矢印１７０であるインジケータ１７０は、光反射の度合いが、例えば減少されるように、表面Ｓを照らす光の偏光方向をどのように調節すべきかに関するガイダンスを観察者Ｏに提供する。矢印１７０が観察者Ｏを指し示すように、偏光子１３０を調節することによって、偏光子１３０から放射される光は、ｐ偏光される。即ち、入射面Ｐと平行な偏光方向を有する。これによって、表面Ｓから反射される光の量が減少される。したがって、矢印１７０、ひいては、偏光子１３０を、何れかの方向に約９０°又は９０°回転させることによって、偏光子１３０から放射される光は、ｓ偏光される。即ち、入射面Ｐに直交する偏光方向を有する。これにより、表面Ｓにおける光の反射の度合いは、増加される。

これに加えて又はこれに代えて、表面Ｓにおける光の反射の度合いは、入射光の方向と、表面Ｓの法線との間の角度によって規定される表面Ｓにおける入射角θを変化させることによって、調節されてもよい。表面Ｓのブルースター（Brewster）角に等しい又は少なくとも近い入射角において、ｐ偏光された光で表面Ｓを照らすことによって、表面Ｓからの光の反射率は、減少されるか又は最小限にされる。

当業者であれば、本発明は、上記された好適な実施形態に決して限定されないことは認識できよう。

更に、開示された実施形態に対する他の変形態様も、図面、開示内容及び添付の従属請求項を検討することにより、請求項に係る発明を実施する当業者には理解されかつ実施可能である。請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、「ａ」又は「ａｎ」との不定冠詞も、複数形を排除するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されることだけで、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。

Claims

少なくとも１つの発光表面部と、少なくとも１つの対応する反射表面部とを含み、光を放射する少なくとも１つの発光モジュールと、
前記少なくとも１つの発光モジュールによって放射された少なくとも一部の光を受け取るように、前記少なくとも１つの発光モジュールのうちの対応する１つに対して配置される少なくとも１つのリフレクタと、
前記少なくとも１つの発光モジュールによって放射された光の少なくとも一部を受け取るように、前記少なくとも１つのリフレクタに対して配置され、少なくとも第１の偏光方向を有する光を透過し、少なくとも第２の偏光方向を有する光を反射する偏光子と、
を含み、
反射された光の少なくとも一部は、前記少なくとも１つの発光モジュールに戻るように伝送され、
前記少なくとも１つの発光表面部及び前記少なくとも１つの反射表面部のそれぞれは、前記少なくとも１つのリフレクタの光軸に対して非対称に配置され、前記少なくとも１つの発光表面部及び前記少なくとも１つの対応する反射表面部各々は、前記偏光子によって反射された光の少なくとも一部が、前記少なくとも１つの反射表面部上に衝突するように、前記少なくとも１つのリフレクタの前記光軸と一致する点に対して互いに対して点対称に配置され、衝突した光の少なくとも一部は、前記少なくとも１つの反射表面部から前記偏光子に向けて反射され、衝突した光の少なくとも一部は、前記偏光子を透過する、光学系。
前記偏光子は、第１の偏光状態を有する光を透過及び反射し、前記光学系は更に、
前記偏光子によって反射された光の少なくとも一部を受け取り、前記第１の偏光状態を有する光を、第２の偏光状態を有する光に変換するように、前記偏光子に対して配置される偏光状態変換器を含み、
前記偏光状態変換器は更に、前記少なくとも１つの反射表面部によって反射された光の少なくとも一部を受け取り、前記第２の偏光状態を有する光を、前記第１の偏光状態を有する光に変換するように、前記少なくとも１つのリフレクタに対して配置されている、請求項１に記載の光学系。
前記偏光子は、第１の偏光状態を有する光を透過及び反射し、前記光学系は更に、
前記偏光子を透過した光の少なくとも一部を受け取り、前記第１の偏光状態を有する光を、第２の偏光状態を有する光に変換するように、前記偏光子に対して配置される偏光状態変換器を含む、請求項１に記載の光学系。
前記偏光状態変換器は、複数の積層された複屈折層を含む、請求項２又は３に記載の光学系。
前記偏光状態変換器は、ねじれ液晶構造体を含む、請求項２乃至４の何れか一項に記載の光学系。
前記少なくとも１つの発光モジュールは、前記少なくとも１つのリフレクタの前記光軸に直交する平面内に配置され、前記光軸は、前記少なくとも１つの発光モジュールと交差する、請求項１乃至５の何れか一項に記載の光学系。
前記少なくとも１つの発光モジュールは、前記少なくとも１つのリフレクタの前記対応する１つのリフレクタの焦点が、前記少なくとも１つの発光モジュールと一致するように配置される、請求項１乃至６の何れか一項に記載の光学系。
前記少なくとも１つのリフレクタは、放物面リフレクタを含む、請求項１乃至７の何れか一項に記載の光学系。
前記少なくとも１つの発光表面部は、プリント回路基板の少なくとも一部上に配置される発光ダイオードを含む、請求項１乃至８の何れか一項に記載の光学系。
前記少なくとも１つの反射表面部は、非導電性又は前記少なくとも１つの発光表面部から電気的に絶縁されているミラーコーティングを含む、請求項１乃至９の何れか一項に記載の光学系。
複数の発光モジュールと複数のリフレクタとを含む、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の光学系。
前記偏光子を透過した光を受け取り、当該光を選択されたビーム形状に整形するレンズを更に含む、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の光学系。
前記偏光子を透過した光の偏光方向が調節されるように、前記偏光子は、前記少なくとも１つのリフレクタに対して調節可能に配置され、又は、前記少なくとも１つのリフレクタは、前記偏光子に対して調節可能に配置される、請求項１又は２に記載の光学系。
前記偏光子を透過した光の偏光方向を示すインジケータを更に含み、前記インジケータは、前記偏光子を透過した光の偏光方向が、前記偏光子を透過した光の選択された偏光方向に近づく又は等しくなるように、前記少なくとも１つのリフレクタに対する前記偏光子の配置を調節するやり方、又は、前記偏光子に対する前記少なくとも１つのリフレクタの配置を調節するやり方に関するガイダンスを、ユーザに提供するように配置される、請求項１３に記載の光学系。
光学系を提供する方法であって
少なくとも１つの発光表面部と、少なくとも１つの対応する反射表面部とを含み、光を放射する少なくとも１つの発光モジュールを提供するステップと、
前記少なくとも１つの発光モジュールによって放射された少なくとも一部の光を受け取るように、前記少なくとも１つの発光モジュールのうちの対応する１つに対して少なくとも１つのリフレクタを配置するステップと、
前記少なくとも１つの発光モジュールによって放射された光の少なくとも一部を受け取るように、前記少なくとも１つのリフレクタに対して偏光子を配置するステップと、
を含み、
前記偏光子は、少なくとも第１の偏光方向を有する光を透過し、少なくとも第２の偏光方向を有する光を反射し、
反射された光の少なくとも一部は、前記少なくとも１つの発光モジュールに戻るように伝送され、
前記少なくとも１つの発光モジュールを提供するステップは、前記少なくとも１つの発光表面部及び前記少なくとも１つの反射表面部のそれぞれを、前記少なくとも１つのリフレクタの光軸に対して非対称に配置するステップと、前記少なくとも１つの発光表面部及び前記少なくとも１つの対応する反射表面部各々を、前記偏光子によって反射された光の少なくとも一部が、前記少なくとも１つの反射表面上に衝突するように、前記少なくとも１つのリフレクタの前記光軸と一致する点に対して互いに対して点対称に配置するステップと、を含み、衝突した光の少なくとも一部は、前記少なくとも１つの反射表面から前記偏光子に向けて反射され、衝突した光の少なくとも一部は、前記偏光子を透過する、方法。