JP2016526709A - スペックル雑音低減器を有するコヒーレント光導波路照明システム - Google Patents

Abstract

コヒーレント光が長手軸に沿って伝搬する導波路は、自身の中に第１散乱帯を形成しており、この第１散乱帯は、長手軸に沿って延び、且つ伝搬するコヒーレント光を、導波路の外へ、長手軸に対してゼロでない角度で散乱する。コヒーレント光の光スポットを導波路に対して振動させるための手段、又は光スポットの焦点を動的に変化させるための手段が提供され、その結果、導波路中へのコヒーレント光の光結合が、時間に関して変化し、これによって、導波路の中に、第１散乱帯と重なる、異なるスペックルパターンを発生させる。一実施形態を含めて、他の実施形態が、更に説明され、且つ請求されるが、そこでは、機能的コーティング膜又は拡散性コーティング膜が、第１散乱帯との組み合わせにおいて提供され、低減されたスペックルパターンをもたらす。【選択図】 図３ａ

Description

［関連出願の相互参照］
この非仮出願特許は、２０１３年７月１５日に申請された、「統合されたスペックル雑音低減器を有するコヒーレント光導波路照明システム」と題する特許文献１のより早い申請日の利益を主張する。

本発明の実施形態は照明装置に関し、この照明装置は、低減された度合いのコヒーレンス、及び、従って、低スペックル雑音コントラストを示す。他の実施形態もまた、説明される。

既知のことであるが、照明面上の輝くコヒーレント光は、スペックルとしても知られる、きらめく照明パターンを発生させる。スペックルパターンは、例えば図１に示すように、コヒーレント光源からの入射波面と、照明面からの散乱波面との間で発生する局所的干渉から生じる。より具体的には、スペックルパターンは、照明面における寄与ポイントから生じる、ランダムで離散的な波面の重ね合わせに起因するであろう。

多モード導波路の特定の場合、導波路のコア中のコヒーレント光の伝搬は、強い強度のスペックル分布を発生させることが、更に知られている。導波路端部でのスペックルパターンは、様々な伝搬モード間のランダムな干渉によって引き起こされるであろう。

これら照明システムの、結果として生じるランダムな強度パターンは、多くの応用（例えば、検査照明）において欠点となり、そこでは投影されたスペックルは、画像雑音に変換される。

照明面上のスペックル雑音を低減するための技術は、コヒーレント光源のスペックルの相関を動的に失わせることを伴い（図２Ａ参照）、これは、即ち、次のパラメータの１つ又は全てを時間的に変化させることによる。次のパラメータとは、コヒーレント光源の偏光、位相、及び波長である。

別の方法は、照明面によって、又は光学投影システム（図２Ｂ）によって発生され、投影されたスペックルの相関を動的に失わせることである。典型的には、運動する光学素子（例えば、拡散体）が、コヒーレント光源と照明面との間の光学経路内に位置決めされる。この光学素子全体の動的運動は、入射コヒーレント光の空間的コヒーレンスを低減し、且つ、従って、全体的なスペックルコントラストの低減が達成される。この場合、しかしながら、かなりの運動振幅が必要であり、且つこの運動振幅は、典型的には、例えば屈折素子の機械的回転（特許文献２、特許文献３、及び特許文献４）、平面拡散体の機械的振動又は機械的変位（特許文献５及び特許文献６）、スクリーン振動（特許文献７）、又は区分化されたミラーの使用（特許文献８）によって提供される。

別の方法は、投影スペックルの相関を動的に失わせることであり、これには、光学経路内に、少なくとも２つの連続する光学素子を用いることによって、これらの素子の１つを他に対して、全体として運動させる（図２Ｃ）。この場合、最終的な照明面上の全体的なスペックルコントラストに関して同程度の低減を達成するのに、はるかに小さな運動振幅しか必要としない（非特許文献１）。２つの光学素子は、例えば屈折的光学素子、回折的光学素子、又は拡散的光学素子であってもよい。

これらの方法の幾つかは、分厚い、別個の光学素子を必要とするか、又は光学素子全体としての運動を伴うが、これらの方法は、例えば特許文献９及び特許文献１０のような、レーザ導波路照明システムに直接統合するには非常に困難かもしれず、そこではスペックルパターンは、引き延ばされた表面にわたって広がるであろう。コヒーレント光源の相関を失わせることを含む他の解決法は、ある一定の応用には適していないかもしれない。

米国仮特許出願第６１／８４６，１８３号 米国特許出願公開第２００７／０２２３０９１号 ＰＣＴ特許出願公開第ＷＯ２００９１３３１１１号 米国特許第６，０８１，３８１号 米国特許出願公開第２００７／０２５１９１６号 米国特許出願公開第２０１１／０２６７６８０号 米国特許出願公開第第２０１３／００１０３５６Ａ１号 米国特許第７，５０２，１６０Ｂ２号 米国特許第７，４３７，０３５号 ＰＣＴ特許出願公開第ＷＯ２０１２１４６９６０Ａ１号

"Ｓｐｅｃｋｌｅ Ｒｅｍｏｖａｌ ｂｙ ａ ｓｌｏｗｌｙ Ｍｏｖｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓｅｒ ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｗｉｔｈ ａ ｍｏｔｉｏｎｌｅｓｓ ｄｉｆｆｕｓｅｒ"（運動しない拡散体と関連して、ゆっくりと運動する拡散体によるスペックル除去），Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．，６１，ｐｐ．８４７−８５１，１９７１．

本発明の一実施形態は、低スペックル雑音を有する照明装置又は照明システムである。本装置は、コヒーレント光（例えば、レーザ光）を運ぶ導波路を採用するが、導波路の内部に散乱構造を有するものであり、該散乱構造は、導波路の外部にコヒーレント光を再分布させる。導波路のコーティング膜内部にある第２散乱構造は光を散乱するが、この光は、導波路の外部で、主に導波路のコアから結合が外れたものである。これらの素子（即ち、導波路、導波路内部の第１散乱構造、及び導波路のコーティング膜内部の第２散乱構造）の各々は、別個のスペックルパターンを定義する。一実施形態において、これら別個のスペックルパターンの静的な重ね合わせによって、有利なことには、装置によって作り出される「最終的な」照明光の空間的コヒーレンスの、全体的な低減が可能になる。別の実施形態において、別の運動（振動）に関して、これらスペックルパターンの１つの運動を引き起こすことは、照明装置によって作り出された全体的なスペックル雑音において、かなりの低減を可能にする。導波路照明システム内部での運動を得るために、幾つかの統合された機構が更に説明される。

一実施形態において、連続したスペックルパターンの静的重ね合わせ、又は動的重ね合わせは、単一導波路の状況の中で起こる。個々のスペックル源は、次の１つ以上、即ち、導波路自体（例えば、多モード導波路）、導波路の中に統合された散乱構造、及び導波路のコーティング膜の中に統合された散乱構造の１つ以上であってもよい。これらスペックル源の１つと別のスペックル源との間で、又はこれらスペックル源の１つと他のスペックル源のグループとの間で、運動を得るための方法が説明されるが、それらの方法は、最終的な照明方式のスペックル雑音を低減できるかもしれない。そのような運動を得るための例には、光学素子の変形、及び導波路へのコヒーレント光源の光結合を変更することが含まれる。

上記概要には、本発明の全ての態様に関する徹底的なリストは含まれていない。本発明は、上で要約された様々な態様の、全ての適切な組み合わせから実行され得る全てのシステム及び方法を含み、それと同時に、以下の［発明を実施するための形態］において開示され、且つ出願と共に申請された請求項の中で特に指摘される方法及びシステムを含む、と考えられる。そのような組み合わせは、上記概要において具体的に列挙されない特別な利点を有する。

本発明の実施形態は、例として示しており、且つ添付図面の図に限定されるものとして示していない。添付図面においては、同様な参照符号は、類似した要素を示す。留意するべきことであるが、この開示の中で、本発明の「１つの」実施形態又は「一」実施形態は、必ずしも同じ実施形態ではなく、且つそれらは、少なくとも１つであることを意味する。更に、簡潔さのために、与えられた図は、本発明の一実施形態よりも多くの実施形態の特徴、又は一種類の発明よりも多くの種類の発明の特徴を示すために使用してもよく、図の中の、必ずしも全ての要素が、与えられた実施形態の種類に対して要求されなくてもよい。

図１は、スペックルの形成を示す。 図２Ａは、スペックルを軽減するための、光源の発生における時変パラメータの使用を描いている。 図２Ｂは、光学素子を運動させることが、いかにしてスペックルを軽減し得るかについて、例を示している。 図２Ｃは、スペックルを軽減するための、光学素子を別の光学素子に対して小さく運動させる別の例を示す。 図３Ａは、本発明の実施形態に従う、スペックル低減器を有するコヒーレント光導波路装置の断面図である。 図３Ｂは、本発明の別の実施形態に従うスペックル低減器の例を示し、このスペックル低減器は、光源と導波路との間の相対運動に依る。 図４Ａ、図４Ｂは、本発明の更に別の実施形態に従うスペックル低減器を有するコヒーレント光導波路の断面図である。 図５Ａ、図５Ｂは、スペックル低減を有する別のコヒーレント光導波路の断面図である。 図６Ａ、図６Ｂは、コヒーレント光導波路装置の断面図であり、この装置の導波路コーティング膜は、大きなサイズの散乱中心を有する。

本発明の幾つかの実施形態が、添付された図面を参照しながら、今すぐに説明される。実施形態で説明された部分の形状、相対位置及び他の態様が明確に定義されない場合はいつでも、本発明の範囲は、示された部分だけに限定されない。このことは、単に例示目的のためであることを意味する。更に、数多くの詳細が明らかにされるものの、本発明の幾つかの実施形態は、これらの詳細無しに、実行してもよいことが理解される。他の実例において、良く知られた回路、構造、及び技術は、詳細に示されていないが、その理由は、この記述についての理解を不明瞭にしないためである。

図３Ａ及び３Ｂ、図４Ａ及び４Ｂ、図５Ａ及び５Ｂ、図６Ａ及び６Ｂを参照すると、照明装置の幾つかの実施形態が示されている。そこでは各実施形態は、コア１００及びクラッド１０１を有する導波路に結合されたコヒーレント光源を使用しており、結果として、一次光１０５が導波路に沿って伝搬することになるが、この伝搬は、一次光１０５が、導波路内の第１散乱構造又は散乱帯１０３によって結合が外れるまで続く。結合が外れた光は、その後、導波路の中に統合された散乱中心又は散乱帯１０４を介して、コーティング膜１０２によって導波路から外へ拡散される。特別な散乱帯（１０３又は１０４）によって散乱される光は、独特なスペックルパターンを示す。それ故に、導波路の外部に散乱される照明光１０７は、第１散乱帯１０３から生じる第１スペックルパターンと、第２散乱帯１０４から生じる第２スペックルパターンとの重ね合わせであるスペックルパターンを示す。

一次光１０５を作り出す光源は、レーザ又は超発光光源のような、コヒーレント光源又は部分的にコヒーレントな光源であってもよい。本発明は、特定波長又は特定のスペクトル幅に限定されず、且つ、例えば、ディープＵＶからファーＩＲまでの波長範囲に位置付けることが可能である。コヒーレント光源は、複数の単一波長コヒーレント光源（例えば、赤色光、緑色光及び青色光（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を発光するレーザ）から構成されてもよい。

一次光１０５は、導波路の中に結合され、且つ導波路によって導かれる。導波路は、光パイプであってもよい。代わりに、導波路は、ここに図で示すように、クラッド又はクラッド層１０１で覆われたコア又はコア層１００から構成されてもよい。コア媒体はクラッド媒体と接触しており、且つこれらは、一次光１０５がコアの中を示した方向に、且つ例えば多モード光ファイバにおけるように、例えば内部全反射を介して導波路の長手軸に沿って伝搬できるように、設計される。導波路は、光ファイバのような、任意の適切な導波路であってもよく、且つ単一クラッドファイバ、多クラッドファイバ、又はフォトニック結晶若しくは微細構造の導波路であってもよい。

導波路は、示すように、自身の中に形成された、１つ以上の散乱構造１０３を有し、これらの散乱構造は、伝搬する一次光１０５を導波路の側面から外に向け直すのに役立ち、結果として、いわゆる散乱光又は結合が外れた光１０６が生じる。換言すれば、伝搬光は、導波路の長手軸又は光伝搬軸に対して、望ましい、ゼロでない角度（例えば、横方向、又は約９０度）に向け直されるが、これは、ここでは散乱光又は結合が外れた光１０６として参照される。

散乱構造は、導波路を作製する間に（例えば、光ファイバを引き出す間に）直接統合される粒子又は不純物であってもよい。

散乱構造は、レーザで誘起される構造であってもよい。即ち、これらの構造は、導波路中の選択された位置に、外部の強いレーザ光を適用することによって形成してもよい。導波路における光伝搬方向（長手軸）に沿った、及びこの光伝搬方向を横切る（横断する）散乱構造の場所、形状、サイズ、散乱強度、傾き又は方位、及び周期性は、外部加工レーザの焦点、強度、及び位置を適合させることによって、選択することが可能である。具体的には、これらのパラメータは、本発明の実施形態に従って、結合が外れた光１０６において望ましい第１スペックルパターンが得られるように適合してもよい。

更に図３Ａを参照すると、導波路装置はコーティング膜１０２を有し、このコーティング膜の中に、１つ以上の散乱帯１０４が形成される。コーティング膜１０２は、エポキシ又はポリマー母体のような、シリコーン又は他の適切な材料の混合物から作製してもよく、ここでシリコーン又は他の適切な材料は、結合が外れた光１０６と相互作用するように設計された光拡散粒子と混合される。本発明の実施形態に従えば、粒子は、透明、半透明であってもよく、且つ／又はフォトルミネセンスを示してもよい。拡散粒子の屈折率、サイズ及び形状は、エポキシ母体のような媒体の内部での拡散粒子の密度及び分散と同様に、望ましい第２のスペックルパターンが得られるように適合してもよく、その結果、装置外部での最終的照明に対して、全体的なスペックルコントラストを低減し、且つ、恐らく、更には照明光１０７における望ましい照明角度α（アルファ）が得られる。これについては、図６Ａ及び図６Ｂにおける断面図を参照されたい。これらの図では、「１２時」の放射位置で、放射状の広がり角αを有する、方向性の放射パターンが示されている。他の放射状の広がり角及び放射位置も、もちろん可能である。

図３Ａ、図６Ａ及び６Ｂの実施形態において、コーティング膜１０２は、導波路の外側表面上に形成され、且つ、特に、クラッド１０１の外側表面上に形成されるものとして示している。導波路のコーティング膜１０２と外側表面との間に挟まれる、１つ以上の中間材料層が存在してもよい。別の実施形態において、コーティング膜１０２は、その断面の１つ以上が、例えば空気ギャップによって、導波路の外側表面から離れて配置され、且つ、従って、導波路の外側表面と接触していない。

一実施形態において、コーティング膜１０２及び、これの中の散乱帯１０４は、電気活性特性を示すと共に拡散粒子を含む材料の混合物で作製してもよい。電気活性材料は、電界を印加することによって変形又は形状変化を示す材料である。この場合、さて図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、中間電極１１３、１１４は、コーティング膜１０２の一部分を形成する電気活性材料の層１１５の、内側表面及び外側表面において履行してもよい。この実施形態は、動的な低減技術に関連して、以下で更に説明することにする。

別の実施形態において、コーティング膜１０２は、簡素なコーティング膜（電気活性ではない）で作製してもよく、そこでは、その外側表面又は内側表面は、構造が付けられる、又はテクスチャ加工される（例えば、表面レリーフ）。その場合、コーティング膜の内部に、拡散粒子は必要ないかもしれない。そのようなコーティング膜の表面での構造のサイズ及び周期性は、望ましい第２スペックルパターンが得られるように適合してもよい。表面レリーフは、例えば化学エッチングによって、又はレーザアブレーションによって形成してもよい。

照明光１０７においてスペックル雑音を低減するために、以下で説明するように、動的方法及び静的方法を使用してもよい（そこでは、そのような技術は、更にテクスチャ加工されたコーティング膜１０２と結合される）。

［動的な低減］
動的な低減については、スペックル源の１つと他のスペックル源との間に、小さな量の運動が与えられ、且つこの運動は、以下で説明する、異なる方法によって得てもよい。運動は「小さい」が、「小さい」という意味は、次の点にある。即ち、装置から現れる照明光１０７が近くの表面を照明する場合、運動の振幅及び周波数は、全体的なスペックルコントラストにおいて望ましい低減が結果として起こるのに、十分な程度しか必要としない、という点にある。一実施形態において、最小運動の大きさは、粒子サイズの程度、及び／又は散乱帯のナノ構造パターンの程度であるべきである。それ故に、幾つかの場合において、数ミクロンから数百ミクロンの運動は、十分であるかもしれない。しかしながら、もし非常に小さな粒子が使用される場合、より小さな運動振幅でも、十分であり得ることに留意されたい。運動の周波数については、これは、検査手段に依存するかもしれない。例えば、もし観察者が人間の目である場合、その時は、約６０Ｈｚで十分かもしれない。しかしながら、もし観察者が機械視覚（カメラ）である場合、周波数はより高く、且つ使用される露出積分時間に依存するかもしれない。

ａ）導波路内部でのモード条件を光学的に変化させること（図３Ｂ）
導波路の一端部での一次光１０５の光結合は、導波路に対するコヒーレント光源の位置及び傾きの関数ｆ（ｘ，ｙ，ｚ，θ）であり、且つ動的に、即ち時間の関数（ｘ＋ｄｘ（ｔ），ｙ＋ｄｙ（ｔ），ｚ＋ｄｚ（ｔ），θ＋ｄθ（ｔ））として変化してもよい。本発明のこの実施形態に従って、さて図３Ｂを参照すると、導波路に結合した光スポットは、導波路に対して横方向に（ｘ又はｙ方向に）、縦方向に（ｚ方向に）、又は角度的に（θ）、時間に関して位置を変えている、又は傾いている（若しくは振動している）。別の実施形態において、光スポットの焦点は動的に変化させてもよく、ここで動的に変化させる手段は、例えば、ａ）運動可能な焦点レンズ（これによって、一次光１０５は導波路の中を進み、光スポットを作り出す）、ｂ）レンズを前後に運動させるように結合した電気機械的アクチュエータ（これによって、結果として生じる光スポットの焦点を動的に変化させる）、を含んでもよい。

一次光１０５の光結合を（振動の振幅及び信号の周波数を含めて）動的に変化させることは、異なる空間分布を有する伝搬モードの励起につながるかもしれず、これによって、導波路コア１００の内部に、及び、従って導波路コアの外部に、異なるスペックルパターンを発生させる。振動の振幅及び周波数は、特別な観察者、例えば人間の目、カメラ、に適するように調整してもよい。この運動するスペックルパターンは散乱帯１０３と重なり、これによって、導波路コアの外部で第１スペックルパターンの強い低減を提供する。コーティング膜１０２内部での第２散乱構造１０４は、それ故に、この場合は存在しなくてもよいか、又は照明光１０７における全体的なスペックル低減を更に増加させるために、存在してもよい。

一次光１０５の光スポット又は光結合を動的に変化させることは、導波路に対して、コヒーレント光源又は光源自体の機械的結合を振動させることによって、達成してもよい。代わりに、散乱構造１０３が位置する断面から離れて配置される導波路の断面を、振動させることが可能である。この場合、運動する導波路断面は、（光源からの一次光１０５の伝搬方向に関連して）散乱構造１０３の「上流」に位置決めしてもよい。振動手段は、例えば電子回路によって駆動される、任意の適切な電気機械式アクチュエータであってもよい。

ｂ）導波路の軸性引張り及び／又は軸性圧縮
動的な軸性ひずみを、導波路に加えてもよい。伝搬方向（ｚ）に押し／引きの動的ひずみを発生させることは、（導波路内部の散乱帯１０３によって発生される）第１スペックルパターン、及び更には（コーティング膜１０２内部の散乱帯１０４によって発生される）第２スペックルパターンを変化させるかもしれず、従って、照明光１０７における全体的なスペックルコントラストを低減する。

ひずみは、ステップモータ、磁気アクチュエータ、又は圧電アクチュエータのような、異なる種類のアクチュエータによって発生してもよい。図４Ａ及び４Ｂは、圧電アクチュエータを統合する実施形態を示す。この場合、導波路は、１つ以上の圧電セラミック円板又はリング１０９によって被覆するか、又は囲んでもよい。圧電セラミック円板又はリング１０９は、２つ以上の金属電極１１０、１１１によって挟まれ、且つ散乱構造１０３及び１０４から離れて位置決めされる。セラミック円板が、導波路（例えば、光ファイバ）との少なくとも１つの接触部分、及びホルダ１１２との少なくとも１つの接触部分を示す限り（又は、接触する限り）、セラミック円板は、任意の連続的又は不連続的なセラミック部品によって置き換えてもよい。例えば、それは、円板の半分の部分、又は４分の１の部分であるか、若しくは、ファイバの隣に位置決めされる、１つ以上の単一のセラミック棒又はセラミックロッドであり得る。

ファイバは、１つ以上のホルダ（例えば、フェルール又は柱）１０８及び１１２の間に位置決めされる。ファイバは、ホルダの少なくとも１つに留められてもよい。ファイバは、固定されるが、ホルダの、少なくとも別のホルダを通って自由に移動することが可能である。ファイバは、その端部の両方で固定することも可能であろう。それによって、引張り力及び圧縮力の両方を、アクチュエータによって端部に与えてもよい。

変化する電圧（例えば、Ｖ＝０とＶ≠０の間でスイッチする）が電極１１０、１１１に印加される場合、その電圧は、円板又はリング１０９において、圧電材料の動的な軸性変形をもたらすであろう（図４Ｂ参照）。圧電材料はセラミック（例えばＺｎＯ）又は、圧電特性を示す他の任意の適切な材料であってもよい。一実例において、軸性運動は、ホルダ１１２によって一端で妨げられ、且つ、それ故に、円板１０９で生成された力は、導波路を動的に引張る又は圧縮する力として、伝達されるであろう。

この引張り又は圧縮は、結果として、第１スペックルパターン及び第２スペックルパターンの重ね合わせにつながり、これによって、最終的な照明光１０７の全体的なスペックルコントラスト低減を達成する。ここで第１スペックルパターンは、第１散乱構造１０３から生じ、且つ導波路コア１００の軸性引張り及び／又は軸性圧縮によって、構造１０３に沿って変化しており（図４Ｂにおいて結合が外れた光１０６の中に、破線として描かれている）、また第２スペックルパターンは、第２散乱構造１０４から生じる。

ｃ）コーティング膜の横方向の引張り及び／又は圧縮
更に別の実施形態において、動的な横方向のひずみを、導波路のコーティング膜１０２に加えてもよい。図５Ａ及び５Ｂで見られるように、例えば横方向（ｙ）において押し／引き運動を発生させることは、コーティング膜１０２内部の散乱帯１０４によって発生されるスペックルパターンを変化させるかもしれない。このことは、従って、照明光１０７の全体的なスペックルコントラストを低減する。

ひずみは、コーティング膜１０２の一部として電気活性材料を使用することにより、発生させてもよい。電気活性材料は、例えばポリマー又は誘電性エラストマーであってもよい。例えば図５Ａで見られるように、導波路は、一層又は幾層かの電気活性材料１１５で被覆してもよい。これらの電気活性層１１５は、作動させるべき電気活性材料層１１５の一部の、外側表面及び内側表面上に積層された一対の（又は一対以上の）電極１１３、１１４によって挟まれる。導波路（例えば、光ファイバ）は、１つ以上の（フェルール又は柱のような）ホルダ１０８と１１２との間に位置決めされる。ファイバは、少なくとも１つのホルダに留めてもよい。

一対の電極１１３、１１４を駆動するために、電圧が印加されると、電極間の静電的力は、電極の間に直接存在する電気活性材料１１５における厚さの減少又は増加につながるであろう。

ファイバは２つのホルダの間に留められるので、一対の電極の下で直接起こる厚さの減少Δｙは、図５Ｂに示すように、電極から離れた場所における厚さの増加につながる。この後者の厚さの増加は、結合が外れた光１０６の光学経路に位置決めされる散乱中心１０４の分布を変化させ、且つ、従って、結合がはずれた光１０６のスペックルパターンを動的に変化させる。

これは、結果として、（結合が外れた光１０６における）第１散乱構造１０３から生じる第１スペックルパターンと、第２散乱構造１０４から生じる第２スペックルパターンとの動的な重ね合わせにつながり、これによって、最終的な照明光１０７の全体的なスペックルコントラスト低減をもたらす。

［静的な低減］
本発明の別の実施形態に従えば、照明光１０７において低減されたスペックル雑音を有する照明装置は、導波路のコーティング膜１０２内部にある第２散乱帯１０４を形成する散乱粒子のサイズ、屈折率及び濃度を適合させることによって、及び／又は第１散乱帯１０３のサイズ、屈折率及び濃度を適合させることによって設計してもよく、その結果、複数のスペックルパターン及び偏光状態が、これら散乱帯の１つの内部に発生される。これは「静的な」解決法と呼ばれるが、その理由は、「静的な」解決法は、照明装置を動作させる間、スペックル源の間で、いかなる相対的運動も必要としないからである。一実施形態において、第２散乱帯の粒子サイズ、第１散乱帯の粒子サイズ、又はこれら両方の粒子サイズは、１〜３０ミクロンの範囲であってもよく、且つ体積において１０％未満の濃度であってもよい。別の実施形態において、第２散乱帯の粒子サイズは、数ミクロンから数百ミクロン程度であってもよく、且つ体積において３０％未満の濃度であってもよい。他の粒子サイズ及び濃度が可能であってもよい。

図６Ａ及び６Ｂは２つの異なる実施形態を示し、これらの実施形態では、コーティング膜１０２は、自身の中に小さなサイズの散乱中心（図６Ｂ）及び大きなサイズの散乱中心（図６Ａ）を統合している。小さなサイズの散乱中心の場合（図６Ｂ）、結合が外れた光１０６は、その光学経路の中で、より多数の散乱中心を経験する（散乱中心濃度がより高い）。非偏光化する効果は、それ故に、より強く、且つ複数のスペックルパターンの重ね合わせが、スペックルコントラストを低減することに寄与するであろう。側面的な結果として、より小さなサイズの散乱中心を使用することは（図６Ｂ）、より大きなサイズの散乱中心が使用される場合（図６Ａ）に対して、より大きな拡散角αにつながるであろう。

コーティング膜１０２の厚さはもちろんのこと、コーティング膜１０２の材料中に分散される粒子のサイズ、（散乱帯１０４を形成する）粒子の密度及び屈折率、コーティング膜１０２の全体的な屈折率を適合させることによって、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、照明光１０７のスペックルコントラスト及び角度αの両方を制御することが可能になる。

ある実施形態が説明され、且つ添付図面に示されてきた一方で、次のことは理解されるべきである。即ち、そのような実施形態は単に例証的であり、且つ広い発明に対して制限を与えるものではない。更に、本発明は、示され且つ説明された特定の構造及び配列に限定されない。その理由は、他の様々な変更例が、当業者に対して生じるかもしれないからである。例えば、述べられた全ての図において、導波路内部の散乱帯又は散乱中心１０３は、傾いた格子として表され、且つコーティング膜中の散乱帯又は散乱中心１０４は、粒子によって表される。本発明は、しかしながら、これらのタイプの散乱中心、又は散乱中心の組み合わせに限定されない。説明は、従って、限定的である代わりに、例証的であるとみなされるべきである。

Claims (32)

1. 照明システムであって、
   導波路であって、これの中をコヒーレント光が、これの長手軸に沿って伝搬し、前記導波路は、自身の中に第１散乱帯を形成しており、該第１散乱帯は、前記長手軸に沿って延び、且つ前記伝搬するコヒーレント光を前記導波路の外へ、前記長手軸に対してゼロでない角度で散乱させる、導波路と、
   前記導波路に対して前記コヒーレント光の光スポットを振動させるための手段、又は前記光スポットの焦点を動的に変化させるための手段であって、該手段の結果として、前記導波路中への前記コヒーレント光の光結合が時間に関して変化し、これによって、前記導波路の中に、前記第１散乱帯と重なる、異なるスペックルパターンを発生させる、手段と、
   を備える、照明システム。
2. 請求項１に記載のシステムであって、前記導波路は、クラッド媒体に接触するコア媒体を備え、且つ前記第１散乱帯は、前記コア媒体の、レーザで誘発された改質部であり、このレーザで誘発された改質部は、前記伝搬するコヒーレント光を散乱する、システム。
3. 請求項１に記載のシステムであって、前記振動手段は、前記導波路を直接振動させる、システム。
4. 請求項１に記載のシステムであって、前記振動手段は、光結合を直接振動させることであり、該光結合によって前記コヒーレント光は前記導波路中に結合され、又は前記振動手段は、前記導波路に対して、コヒーレント光源を直接振動させることである、システム。
5. 請求項１に記載のシステムであって、前記導波路の外側にコーティング膜を更に備え、且つこのコーティング膜の中に、前記第１散乱帯から散乱される光を受け取るように位置決めされた第２散乱帯を形成している、システム。
6. 請求項５に記載のシステムであって、前記第２散乱帯は、フォトルミネセンス粒子を含む、システム。
7. 請求項５に記載のシステムであって、前記コーティング膜は、前記導波路の外側表面上に形成される、システム。
8. 請求項５に記載のシステムであって、前記コーティング膜は、前記導波路の外側表面から離れて配置される、システム。
9. 照明システムであって、
   導波路であって、これの中をコヒーレント光が、これの長手軸に沿って伝搬し、前記導波路は、自身の中に第１散乱帯を形成しており、該第１散乱帯は、前記長手軸に沿って延び、且つ前記伝搬するコヒーレント光を前記導波路の外へ、前記長手軸に対してゼロでない角度で散乱させる、導波路と、
   前記長手軸の方向に、前記導波路を動的に引張る、又は圧縮するための手段と、
   を備える、照明システム。
10. 請求項９に記載のシステムであって、前記導波路の外側にコーティング膜を更に備え、且つこのコーティング膜の中に、前記第１散乱帯から散乱される光を受け取るように位置決めされた第２散乱帯を形成している、システム。
11. 請求項１０に記載のシステムであって、前記第２散乱帯は、フォトルミネセンス粒子を含む、システム。
12. 請求項１０に記載のシステムであって、前記コーティング膜は、前記導波路の外側表面上に形成される、システム。
13. 請求項１０に記載のシステムであって、前記コーティング膜は、前記導波路の外側表面から離れて配置される、システム。
14. 照明システムであって、
    導波路であって、これの中をコヒーレント光が、これの長手軸に沿って伝搬し、前記導波路は、自身の中に第１散乱帯を形成しており、該第１散乱帯は、前記長手軸に沿って延び、且つ前記伝搬するコヒーレント光を前記導波路の外へ、前記長手軸に対してゼロでない角度で散乱させる、導波路と、
    前記長手軸に対して実質的に横向きである方向に前記導波路を動的に引張る、又は圧縮するための手段であって、該手段の結果として、前記導波路から外に散乱され、且つ近くの表面を照明する前記光の全体的なスペックルコントラストが低減される、手段と、
    を備える、照明システム。
15. 請求項１４に記載のシステムであって、前記導波路の外側にコーティング膜を更に備え、且つこのコーティング膜の中に、前記第１散乱帯から散乱される光を受け取るように位置決めされた第２散乱帯を形成している、システム。
16. 請求項１５に記載のシステムであって、前記第２散乱帯は、フォトルミネセンス粒子を含む、システム。
17. 請求項１５に記載のシステムであって、前記コーティング膜は、前記導波路の外側表面上に形成される、システム。
18. 請求項１５に記載のシステムであって、前記コーティング膜は、前記導波路の外側表面から離れて配置される、システム。
19. 照明システムのための導波路装置であって、
    導波路であって、これの中をコヒーレント光が、これの長手軸に沿って伝搬し、前記導波路は、自身の中に第１散乱帯を形成しており、該第１散乱帯は、前記長手軸に沿って延び、且つ前記伝搬するコヒーレント光を前記導波路の外へ、前記長手軸に対してゼロでない角度で散乱させる、導波路と、
    前記導波路の外側の電気活性コーティング膜であって、この電気活性コーティング膜は、自身の中に、前記第１散乱帯から散乱される光を受け取るように位置決めされた第２散乱帯を形成している、電気活性コーティング膜と、
    を備える、導波路装置。
20. 請求項１９に記載の導波路装置であって、前記電気活性コーティング膜を駆動するべく、前記電気活性コーティング膜がその形状を動的に変化させる原因となる電圧を印加するための手段を更に備え、これによって、前記コーティング膜から外へ散乱される光が近くの表面を照明する場合、全体的なスペックルコントラストを低減する、導波路装置。
21. 請求項１９に記載の導波路装置であって、前記第２散乱帯は、フォトルミネセンス粒子を含む、導波路装置。
22. 請求項１９に記載の導波路装置であって、前記コーティング膜は、前記導波路の外側表面上に形成される、導波路装置。
23. 請求項１９に記載の導波路装置であって、前記コーティング膜は、前記導波路の外側表面から離れて配置される、導波路装置。
24. 照明システムのための導波路装置であって、
    導波路であって、これの中をコヒーレント光が、これの長手軸に沿って伝搬し、前記導波路は、自身の中に第１散乱帯を形成しており、該第１散乱帯は、前記長手軸に沿って延び、且つ前記伝搬するコヒーレント光を前記導波路の外へ、前記長手軸に対してゼロでない角度で散乱させる、導波路と、
    前記導波路の外側のコーティング膜であって、このコーティング膜は、自身の中に、前記第１散乱帯から散乱される光を受け取るように位置決めされた第２散乱帯を形成しており、前記第２散乱帯は、前記コーティング膜の外側面又は内側面を備え、これら外側面又は内側面はテクスチャ加工されており、そのテクスチャ加工は、前記コーティング膜から外に散乱される光が近くの表面を照明する場合、テクスチャ加工が無い場合と比較して、全体的なスペックルコントラストを低減するような方法でなされている、コーティング膜と、
    を備える、導波路装置。
25. 請求項２４に記載の導波路装置であって、前記コーティング膜は、前記導波路の外側表面上に形成される、導波路装置。
26. 請求項２５に記載の導波路装置であって、前記コーティング膜は、前記導波路の外側表面から離れて配置される、導波路装置。
27. 請求項２４に記載の導波路装置であって、前記第２散乱帯は、前記テクスチャ加工部の隣に位置決めされたフォトルミネセンス粒子を含む前記コーティング膜の部分を備える、導波路装置。
28. 照明システムのための導波路装置であって、
    導波路であって、これの中をコヒーレント光が、これの長手軸に沿って伝搬し、前記導波路は、自身の中に第１散乱帯を形成しており、該第１散乱帯は、前記長手軸に沿って延び、且つ前記伝搬するコヒーレント光を前記導波路の外へ、前記長手軸に対してゼロでない角度で散乱させる、導波路と、
    前記導波路の外側のコーティング膜であって、このコーティング膜は、自身の中に、前記第１散乱帯から散乱される光を受け取るように位置決めされた第２散乱帯を形成している、コーティング膜と、
    を備え、
    ａ）前記導波路における前記第１散乱帯を定義する散乱中心の粒子サイズ又は濃度の１つ、及び／又はｂ）前記コーティング膜における前記第２散乱帯を定義する散乱中心の粒子サイズ、濃度及び屈折率の１つが、前記コーティング膜の外へ散乱される光が近くの表面を照明する場合、全体的なスペックルコントラストを低減するような方法で適合される、導波路装置。
29. 請求項２８に記載の導波路装置であって、前記コーティング膜は、前記導波路の外側表面上に形成される、導波路装置。
30. 請求項２８に記載の導波路装置であって、前記コーティング膜は、前記導波路の外側表面から離れて配置される、導波路装置。
31. 請求項２８に記載の導波路装置であって、前記第２散乱帯は、フォトルミネセンス粒子を含む、導波路装置。
32. 請求項２８に記載の導波路装置であって、前記コーティング膜はポリマー母体を備え、このポリマー母体は、自身の中に、前記第２散乱帯を定義する分散粒子を有する、導波路装置。

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