JP4554818B2 - 光源及びゾル−ゲルモノリシックディフューザを有する装置 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の背景）
１．発明の分野
本発明は、光源を備えた装置に関し、より詳細には、高い透過効率を有し、光源からの光を均質化し、その指向性を制御し、整形する一体表面ディフューザを含むガラスまたは石英などのゾル−ゲル型の材料から形成されたレンズカバーまたはランプカバーを備える光源に関する。
【０００２】
２．関連技術の説明
照明技術は、装置のサイズを縮小し、光源効率及び寿命を増加させるために、照明の設計における多くの分野で、進歩し続けている。多くの最近の光源及び構造により、数年前の光に比べ、より多量の光がより長期間にわたり提供され、その完成品は小さくなっている。しかしながら、これらの改良された光源では、稼動中に多量の熱が発生し、この熱が光源周囲の物体及び光源に取り付けられた部品に損傷をもたらすことがある。
【０００３】
このため、多くの用途のための光源の設計においては、光源の周囲のハウジング構造、光源から発出する光を指向するために使用される製品、及び所望の美しい外観のために光源に付加される他の全ての部品は、これらの光源から発せられる熱に耐えるように設計されなければならない。さらに、これらの光の多くは、非常に過酷であり、光源アセンブリに関連する周囲の部品の多くを損傷し得る環境条件下で使用するように設計されている。
【０００４】
新しい光源の使用の例は、プロジェクタ用ランプ、自動車のヘッドライト、卓上ランプ、フロアランプ、及びハロゲン電球技術及び高ワット／高温レーザを使用する建築用照明システムである。街灯用の野外照明、建築現場用の面照明、空港及び滑走路用の照明、及び運動競技場、舞台、スタジオ及び公園などの多くの室内及び室外施設用の照明でさえ、ハロゲン技術及び低圧アーク灯（例えばＸｅ）、及び過剰な熱を発生する他の代替光源を使用し始めている。例えば、比較的新しい光源は、電球内に少量の硫黄と不活性アルゴンガスを含み、この電球がマイクロ波エネルギーにより衝撃を受けると、比較的小さな光源から大量の光を長期にわたり発生する。この型の電球は非常に多量の熱を発生する。
【０００５】
照明産業界において、照明の美的外観を改善し、光源から発出する光を若干拡散するために、光源に近接してレンズカバーを備えることは非常に一般的なことである。このようなカバーは従来、全く熱のみに耐え得ることができるガラスなどの耐久性のある材料またはプラスチックなどのより耐久性の低い材料から形成されてきた。高出力レーザの適用においては、エネルギーまたは出力が非常に大きいので、プラスチック材料及び一部のガラス材料は溶融、または粉砕する可能性がある。
【０００６】
これらの光源の大部分に関する更なる問題は、光指向能力及び光拡散能力が、実質上、初歩的な技術により達成されるか、または全く達成されないことである。これらの光源から発せられる光の多くは完全には使用されないか、あるいは無駄にされ、所望の物体または領域に向かって指向されず、その領域を適切に照射するように「整形」されない。さらに、実質的には、これらの光源は全て、若干不均一で、不連続な状態の出力光パターンを生成する。このため、光源から発せられる光の特定のパターンまたは分布内では、より多くの光を含む高強度スポットと、より少ない光を含む低強度スポットとが存在する。初歩的な拡散能力では、光を全く指向、整形、拡散せず、かえって、均一で平滑な光の分布を与えることができない。
【０００７】
現在のところ、２００ｎｍ以下の紫外線（ＵＶ）を透過させる拡散技術、光整形技術、または均一にサブストレートされる技術はほとんどない。フォトリソグラフィー及び医学分野などにおける他のＵＶ光の用途においては、高透過拡散及びビーム形状技術に対する必要性が非常に高い。
【０００８】
本出願人は、光を拡散し、指向する微細加工表面構造を基板上に生成するための多数の方法を発明した。これらの方法及び装置は、本出願人に譲渡された多くの発行された特許及び本出願人に譲渡された多くの係属中の米国特許出願において開示されている。
【０００９】
例えば、所望の光拡散特性を示すマスターディフューザなどの光学部品を形成、複製するための方法は周知である。これらの方法の多くは、フォトレジスト材料を光源に露光させることにおよりマスターディフューザを作製する工程と、その後に、このマスターディフューザからより良好な耐久性を有する少なくとも１つのサブマスターを複製する工程を含む。マスター内に光学特性を含むマスターディフューザの複製を形成する他の方法もある。これらの方法のそれぞれを用いる場合、マスターディフューザが最初に、光学的に作製される。サブマスターは、マスターディフューザ表面が複製されてサブマスター表面とされる多くの方法を使用して、これらのマスターディフューザから作製される。これらの他の方法は、１つ以上の係属中の米国出願において説明されている。以下に参照されるこれらの出願は本出願人に譲渡されている。
【００１０】
以下の譲渡された米国特許及び係属中の出願は、光学製品を作成し、記録し、さらに光学製品が大量生産され得るように、それらの光学製品を複製するための関連した方法を開示する。例えば、本出願人により所有される「ボリュームホログラフィ物質に基づくグリン型ディフューザ（Ｇｒｉｎ Ｔｙｐｅ Ｄｉｆｆｕｓｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｖｏｌｕｍｅ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌ）」と題される米国特許第５，３６５，３５４号、「干渉光を用いて形成されたホモジナイザー及びホログラフィーディフューザ（Ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｅｒ Ｆｏｒｍｅｄ Ｕｓｉｎｇ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｌｉｇｈｔ ａｎｄ ａ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｄｉｆｆｕｓｅｒ）」と題される米国特許第５，５３４，３８６号、「干渉光を用いて形成される視野スクリーン（Ｖｉｅｗｉｎｇ Ｓｃｒｅｅｎ Ｆｏｒｍｅｄ Ｕｓｉｎｇ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｌｉｇｈｔ）」と題さられる米国特許第５，６０９，９３９号の全ては、光学製品を記録し、複製するための方法に関する。これらの米国特許の各々は、本発明の背景を示し、現状技術を説明することを含むがこれらに限られない目的のために、参考としてここに援用される。
【００１１】
関連する係属中の米国特許出願として以下の件がある。すなわち、「マスターを保存して複製を作成する方法（Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｋｉｎｇ Ｒｅｐｌｉｃａｓ Ｗｈｉｌｅ Ｐｒｅｓｅｒｖｉｎｇ Ｍａｓｔｅｒ）」と題せられる米国特許出願第０９／０５２，５８６号、「デバイスを分解及び形成する光源を有するＬＣＤ（ＬＣＤ Ｗｉｔｈ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅ Ｄｅｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ ａｎｄ Ｓｈａｐｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）と題せられる米国特許出願第０８／５９５，３０７号、「ＬＣＤバックライティング用装置（Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ＬＣＤ Ｂａｃｋｌｉｇｈｔｉｎｇ）」と題する出願番号第０８／７８２，９６２号、「液晶ディスプレイシステムを形成する方法（Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｋｉｎｇ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｓｙｓｔｅｍ）」と題せられる米国特許出願第０８／６１８，５３９号、「複製を生成する方法及び該方法において使用するための組成物（Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｋｉｎｇ Ｒｅｐｌｉｃａｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｕｓｅ Ｔｈｅｒｅｗｉｔｈ）」と題せられる米国特許出願第０８／８００，８７２号、及び「不可干渉光を用いた光学マスターを作成する方法及び装置（Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍａｓｔｅｒｓ Ｕｓｉｎｇ Ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｌｉｇｈｔ）」と題せられる米国特許出願第０９／０７５，０２３号、「モノリシックガラス光整形ディフューザ及びその形成方法（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｇｌａｓｓ Ｌｉｇｈｔ Ｓｈａｐｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓｅｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｉｔｓ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）」と題する出願番号第０８／９０２，４１５号、１９９８年８月２０日に出願された「非ランベルトガラスディフューザ及び形成方法（Ｎｏｎ−Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ Ｇｌａｓｓ Ｄｉｆｆｕｓｅｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｋｉｎｇ）」、１９９８年８月２０日に出願された「ディフューザマスター及び形成方法（Ｄｉｆｆｕｓｅｒ Ｍａｓｔｅｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ）」、１９９８年８月２５日に出願された「高効率モノリシックガラス光整形ディフューザ及び形成方法（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｇｌａｓｓ Ｌｉｇｈｔ Ｓｈａｐｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓｅｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｋｉｎｇ）」、１９９８年８月２５日に出願された「一体型表面ディフューザを有する光学素子（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｈａｖｉｎｇ ａｎ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｄｉｆｆｕｓｅｒ）」、１９９８年８月２５日に出願された「拡散面構造を備える車両用ライトアセンブリ（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｌｉｇｈｔ Ａｓｓｅｍｂｌｙ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ａ Ｄｉｆｆｕｓｅｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）」、１９９８年８月２５日に出願された「受動型マトリクス液晶ディスプレイ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｍａｔｒｉｘ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）」、及び１９９８年８月２５日に出願された「ディフューザを備えた光学素子を含む装置（Ｄｅｖｉｃｅ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ａｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｗｉｔｈ ａ Ｄｉｆｆｕｓｅｒ）」を含む。上記すべての出願は本出願人によって所有され、本発明の背景を示し、現状技術を説明することを含むがこれらに限られない目的のために、参考としてここに援用される。
【００１２】
さらに、本出願人は、実質的な耐久性及び高い温度耐性を有するガラスまたは光学材料からディフューザ構造を形成するための多くの方法を発明している。ガラスは、ゾル−ゲル溶液から硬化される。硬化ゾル−ゲルガラスの表面は、一体ディフューザ微細加工表面構造を有し、これにより、ガラスディフューザを通過する光を均質化するとともに、光の指向性を特定のパターン及び方向内に制御することができる。これらの装置及び方法は、上記に引用した米国特許商標庁に最近出願された係属中の米国特許出願において開示されている。この方法は、マスターから予め光学的に記録されているゴムサブマスターまたは他のサブマスターから表面構造を複製する工程を含む。表面構造はまた、ゾル−ゲル表面のブラッシング、ブラスチング、またはエッチングにより機械的に作成することもできる。
【００１３】
（発明の概要）
本発明は、光源及びゾル−ゲル材料から形成された近接レンズカバーを含む光源アセンブリに関する。ゾル−ゲルレンズカバーは、１つの面に一体ディフューザ微細構造を有する。この表面構造は、光源からディフューザを通過する光を均一に分散させ、均質化するとともに、光の指向性を電磁スペクトル全体にわたり高い透過率で所定の方向及び分布に制御する。
【００１４】
本発明の１つの目的は、一定の強度を有する平滑な光パターン、分布、または包絡線を有する出力光を提供し得るとともに、光の分布の指向性を制御することが可能な光源アセンブリを提供することにある。本発明の別の目的は、高温光源と、光源により発生する極度の高温に耐え得り、高い出力損傷しきい値を有する高温耐性レンズカバーとを使用する光源アセンブリを提供することにある。本発明のさらに別の目的は、光の均質化、指向性制御、光整形特性を与える一体ディフューザ微細加工表面構造がレンズカバーに組込まれて光源アセンブリを提供することにある。
【００１５】
一実施の形態においては、光を所定の領域に投射するための装置が提供される。装置は光源と、光源に隣接して配置された透明要素とを備える。透明要素は、ゾル−ゲル材料から形成される。微細加工表面構造が、透明要素の表面に一体形成される。該構造は、光源から透明要素を通過する光を均質化し、その指向性を制御し、整形する。そのため、微細構造は、照射されるべき領域に対応する所定の制御された方向、及び所定の分布または形状に、均質かつ平滑な光の連続パターンを生成する。
【００１６】
一実施の形態において、微細構造は、光源に対向する透明要素の第１の側面に一体的に設けられる。これに代わって、前記微細構造は、光源に向いていない透明要素の第２の側面に一体的に設けられてもよい。透明要素は、全く光源から離されていてもよい。
【００１７】
装置の光源は、実質的には、どのような型の光源でもよく、例えば、環境光、白熱電球、ハロゲン電球、標準街灯ナトリウムランプ、レーザビーム、または硫黄ランプが挙げられるが、これらに限定されるものではない。装置は、面照明ランプ、あるいは任意の種類の室内または室外照明ランプなどのランプの形態であってもよい。
【００１８】
これに代わって、装置は、機械エレクトロニクスが対象のいくつかの重要な外観を検知または感知し得るように、対象またはその対象の特定の特徴を照明するための光源を使用する機械の形態であってもよい。一実施の形態においては、光源により照射される領域内に配置された対象の特徴を感知するために、センサは透明要素に隣接して配置される。センサは対象の特徴を電子的に感知するのに適している電子センサ、または対象の視覚的特徴を感知するのに適しているビデオセンサであり得る。この型の装置は時として、機械視覚装置として公知である。
【００１９】
透明要素のゾル−ゲル材料は、特に、光源が高温型のものである場合、または装置に近接して配置される対象が溶融鋼などの高温物質である場合、または真空である場合などで有用である。装置はまた、周期的な物理的衝撃並びに極端な温度、及び他の環境変化に曝される車両ヘッドライドの環境条件などのとりわけ過酷な環境条件においても特に効果的である。レーザまたはメーザビームまたはイオンビームなどは、概してプラスチック、エポキシまたはポリカーボネート材料から作成された多くの種類の透明要素を傷つける。このような材料は、その上に形成された一体ディフューザ表面を有し得るゾル−ゲルガラスディフューザより前に存在した唯一の材料であった。本発明の装置に備えられる透明要素は、レーザビームに連続して照射されても容易に耐える。
【００２０】
本装置は、光がまず光源から対象または所定領域に投射され、その後、さらに利用または作用させるために透明要素に向かって反射されて戻され、透明要素を通過する種類の装置であってもよい。これに代わって、本装置は、光がまず光源から透明要素を通過し、次いで所定領域上に投射され、多くの異なる作用または用途を果たすような型の装置であってもよい。
【００２１】
本発明のこれらの態様及び他の態様、及び目的は、以下の説明及び添付図面を用いて考察されると、より認識され、理解されるであろう。しかしながら、以下の説明は、本発明の好ましい実施の形態を示すものであり、説明のために示したものであり、これに限定されるものではない。本発明の精神から逸脱することなく、本発明の範囲内において多くの変形および変更が可能であり、本発明はこのような変更を全て含む。
【００２２】
本発明の利点及び特徴、及び本発明により提供される代表的なメカニズムの構成及び動作の明確な概念は、本明細書の一部を形成し、かつ添付された図面において示されている例示的だが非限定的な実施の形態を参照することにより、より容易に明らかになるであろう。
【００２３】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
本発明は、アセンブリの一部としてゾル−ゲルディフューザを組み込んだ光源アセンブリ及び装置の様々な実施の形態に関する。光源アセンブリ及び装置は、高温（高エネルギー）光源、高温物体の照射、または非常に厳しい環境条件などの非常に厳しい条件下において使用するのに適合可能である。さらに、本発明のゾル−ゲルディフューザは、高出力レーザのレーザ損傷しきい値に耐え得り、２００ｎｍ以下における高い透過性を備える。
【００２４】
図面を参照すると、図１は、第１の側面２２と第２の側面２４とを有する透明要素の一部を示す。第１の側面に近接して配置される電球２６及び、これに代わって仮想線にて表される第２の側面２４に近接した電球２８のような光源が示されている。この実施の形態において、非常に微小な微細加工された表面構造が、透明要素の第１の側面２２に一体的に設けられている。微細構造３０は、少なくとも１つの上述した特許及び、１９９８年８月２０日に出願された係属中の出願米国特許出願を含む係属中の出願において開示されているいくつかの新規な方法うちの１つにより、透明要素が形成される間に、透明要素の材質中に一体に形成される。微細構造３０は、基板材料の１つの面上に光学的に形成され、その後、透明要素が形成される際に透明要素２０内に複製され得る。これに代わって、微細構造３０は、基板の１つの面上にブラッシング、エッチングまたはブラスチングされ、次いでこの表面が透明要素の形成時に透明要素上に複製されることにより、機械的に形成されてもよい。本発明は、透明要素２０上に微細構造３０を一体形成する特定の構造または方法に限定されるものでも、該構造がマスターまたはサブマスター基板内に初めに形成される特定のプロセスに限定されるものでもない。
【００２５】
本発明の透明要素２０は、ゾル−ゲルガラス材料から形成される。このゾル−ゲルガラス材料は、最初は液体溶液として生成され、ゲル化され、次いで該ゲルが硬化されて、透明要素２０の非常に固いガラス基板が生成される。ゾル−ゲル基板は、プラスチック類、エポキシ類及びポリカーボネート類などの従来のディフューザ製品材料に比べ実質的に高い融点を有する。前記係属中の米国特許出願において、本出願人により提案された１つの面に微細構造３０を組み込んだゾル−ゲル透明要素を形成するためのいくつかのプロセスが開示されている。そのため、これらの係属中の出願の開示内容は全て、本発明の背景として参照することによりここに援用される。本発明は、ゾル−ゲルディフューザ基板の様々な使用に関し、その多くが、ここに例として開示される。
【００２６】
図２は、電球などの光源４２が、光源の周囲をほぼ包囲するハウジング４４内に配置された光源アセンブリ４０の概略図を示したものである。ゾル−ゲル材料から構成された透明要素４６はハウジング４４内の開口４８を覆って配置され、これにより、光源４２はハウジング内に封入されている。透明要素４６は、内側の表面上に、透明要素４６のゾル−ゲル材料内に一体化された微細加工表面構造５０を備える。本構成により、光源４２から発出した光は開口４８を介し、透明要素４６を通過してハウジングから出射する。微細構造５０は、高い透過効率で、透明要素を通過する光を均質化し、指向し、整形する所定の機能を果たすであろう。
【００２７】
図３Ａ及び図３Ｂは、光源アセンブリ４０を使用する多くの可能な実施形態のうちの２つを示す。図３Ａにおいて、光源アセンブリ４０は、ポール５２の一端に支持され、該ポールの他端は地面などの支持面５４に接続される。図３Ｂにおいては、ビルや建造物の天井などの天頂支持面５８から吊り下げられた状態にあるロッドまたはケーブル５６に懸架された光源アセンブリ４０が示されている。図３Ａでは、室内フロア照明及び室内テーブル照明、街灯、駐車場ランプ、ビルや建築用地用の野外照明ランプ、及び他の同様の用途など、多くの用途に有用な光源アセンブリを使用する装置が示されている。光源アセンブリ４０はまた、同じ機能を果たすために、地面やビルの壁などの支持面に直接取り付けられてもよい。図３Ｂには、建築物用室内照明、スタジアム照明、及び他の同様な用途などに使用するための光源アセンブリ４０を使用する実施の形態が示されている。図３Ａ及び図３Ｂは、決して本発明の範囲を限定しようとするものではなく、単に本発明の光源アセンブリ４０のための多くの可能な使用例うちの２つを示したにすぎない。
【００２８】
図４は、機械視覚装置の用途における品質を向上するために、ディフューザ表面を含むゾル−ゲル透明要素を使用する別の実施の形態を示したものである。機械視覚装置（図示せず）のハウジング部分６０は、装置６０のサブセクション６４内に載置された光源６２を備える。電子センサ６６はハウジング６４の終端まで延びている。電子センサ６６は、コンベヤー７０に沿って移動する製品６８の有無など特定の対象物の特性を感知するのに適している。この実施の形態においては、図１で示されたゾル−ゲル材料ディフューザ７０の一般的な形態にある透明要素７２が、センサ６６を包囲するように配置されている。透明要素７２は、光を光源６２から透明要素７２を介して、コンベヤー７０に沿って矢印「Ｃ」の向きに移動する製品６８に向けて通過させる。透明要素７２は微細構造３０を備える。この微細構造３０は、均質化機能及び指向性制御機能を付与し、ほぼ全ての光が、センサ６６が関与する対象である製品６８に指向されることにより、このような装置の効率が増加する。さらに、光は、コンベヤー上の製品に対応する形状に拡散される。その結果、無駄になる光はない。最終的に、透明要素７２から放射される光は、非常に均一かつ平滑に拡散される。このため、照射領域内の高強度スポットまたは低強度スポットにより発生する誤信号が排除され、センサの精度が向上する。
【００２９】
図４の実施の形態においては、本発明の範囲を逸脱することなく、センサ６６は実質的には任意の種類の電子センサ、視覚またはビデオセンサ、または他の型のセンサであり得る。ＵＶリソグラフィー装置、赤外センサ、バーコード読取装置などは、このようなゾル−ゲルディフューザ要素を組み込むのに容易に適合させられ得る。図４の実施の形態は、説明のためのものであり、このような透明要素７２を機械視覚装置の用途において使用するための多くの可能な実施の形態の１つを表したものにすぎない。
【００３０】
図５は、機械視覚装置の用途のための別の実施の形態を示す。装置は、符号８０にて示され、コンベヤー８４などの作業領域を照明するための光源８２を有する。コンベヤー８４は、同コンベヤー上に「Ｃ」方向に移動する複数の製品８６を有する。センサ８８は、コンベヤー８４に隣接し、かつコンベヤーに隣接する一端を有する機械８０のハウジング９０内に配置される。透明要素２０のために上述したディフューザ微細構造３０を含む透明要素９２が、コンベヤーに隣接するハウジング９０の終端に配置される。
【００３１】
この実施の形態において、光は光源８２により供給され、作業領域に向かって指向され、その後、光はコンベヤー及び製品８６で反射されて作業領域から戻るか、あるいはコンベヤー及び製品に吸収される。一部の光は反射されてハウジング９０及び透明要素９２に向かって戻るであろう。透明要素９２はそこを通過するいかなる光も取り入れて、光がハウジング内のセンサ８８に到達する前に、適当な均質化、整形、指向制御を施す。特に、センサ８８の形状を有する均質化された光はセンサ８８に向かって指向されるであろう。このように、光は、必要とされる場所、すなわちセンサ上にのみ指向される。製品及び／または作業領域は、製品と作業領域の残りの部分とは異なるように光を反射する特定の特性を含むように設計され得る。それにより、センサ８８は製品の向き、製品の間隔またはその他の特性など、所望の特定の特性を検知することができる。
【００３２】
別例として、光源９４を作業領域の下方または近接する領域に配置してもよく、そこでは、所定の特性を検出する時に、光が断続的に作業領域の一部を通過するか、または製品を通過する。センサ８８は、特定の所望の特性を判定するために、光の有無を感知する種類のものであり得る。この別の実施の形態を示すために、光源９４は仮想線で示される。
【００３３】
図４及び５の実施の形態は、光源６２から発出する光が、製品または物体のいずれかに到達する前、かつセンサ６６がその意図された機能を果たす前に、透明要素７２を通過するように光源６２が配置されていることを除き同様である。図５の実施の形態においては、光源８２は、光が透明要素９２を通過する前に、該光源は意図された機能を果たすように配置される。その光は、センサ８８により感知される直前に透明要素を通過する。
【００３４】
図６は、本発明の構成を組込んだ装置における別の実施の形態を示す。図６の実施の形態においては、装置１００は、意図された機能を果たすために、製品または物質１０１に近接して設けられる。装置１００は、カメラ、ある型のセンサ、他のビデオ装置、または物質１０１からの特性またはデータを感知し、遠隔装置（図示せず）に伝達する電子装置であり得る。装置１００はまた、物質を照明するための光源であってもよい。装置１００は、一端に透明要素１０２を含む。この透明要素は、レンズ、透明カバー、または、装置から物質へまたは物質から装置へ光及び／または画像を伝達するための他の同様な光学要素の形態にあってもよい。この実施の形態では、図６はこの実施の形態を説明するためだけに本発明に適合する構造を示しており、特に本発明の範囲を限定しようとするものではない。この実例は、装置１００が必要に応じて透明要素を有し、高温で維持される環境に配置され得ることを示すために提供されたものである。代表的には、このような装置は、ガラスなどの非常に耐久性の高い材料が装置に隣接して配置されることを必要とする。これまで、その上にディフューザ微細構造３０を有するこのような透明要素を備えることは不可能であると考えられていた。ゾル−ゲルガラスデフューザは、１２００℃のオーダーの非常に高い温度に損傷することなく耐えることができる。そのため、本発明は、装置と物質との間においてデータ、情報及び画像を伝達するために、高温で維持される物質に隣接して配置されるか、または高温あるいは真空環境下に配置されても良い。
【００３５】
図７は、本発明が特に適している特定の光源の一実施の形態を示す。レーザビーム装置１１０は、該装置の下流において特定の機能を果たすように意図されたレーザビーム１１２を発生させる。前記機能は、本発明の範囲を逸脱することなく、大幅に変更することができる。ゾル−ゲルガラス透明要素１１４が、レーザ装置１１０に近接して配置され、そのため、ビームは意図された下流における機能を果たす前に要素１１４を通過する。レーザビームは非常に高いレベルの強いエネルギーまたは出力を発生するので、該レーザビームと共に使用される透明要素は非常に強固であるとともに、耐久性を要する。従来のプラスチック類、エポキシ類及びポリカーボネート類は、高エネルギーレーザ光に連続的に暴露されると耐えることができない。そのため、このような用途にはガラス材料がより適している。しかしながら、前述したように、これまでは、ガラスを通過する光を均質化し整形するとともに、指向性制御を行うことが可能なディフューザ表面構造をガラス材料に備えることは不可能であると考えられていた。この実施の形態では、透明要素１１４は、要素２０について開示されたものと同様の、要素上に形成された一体ディフューザ表面構造を備えるゾル−ゲル材料要素である。ディフューザ構造は、ビームが要素を通過する時に、レーザビーム１１２に対して特定の機能を果たすし、該ビームの少なくとも１つの特性を変化させるように備えられて形成され得る。
【００３６】
図８Ａ及び図８Ｂは、ゾル−ゲル材料ディフューザが特に良く適している別の模範的な実施の形態を示す。図８Ａは、封入ハウジング１２２を含む自動車用ヘッドライトアセンブリ１２０の一実施の形態を示したものである。前記ハウジングの一部はゾル−ゲルガラス材料の透明要素１２４である。透明要素は、その上に形成された表面微細構造１２６を備える内側の表面を有する。この表面微細構造は、この用途のために均質化、整形及び指向性制御を行う特性をディフューザに与えるよう形成される。ハロゲンランプまたはアーク灯の形態にある高温光源１２８は、ハウジング１２２内に配置され、ハウジングから透明要素１２４を通過して発出する高強度の光ビームを生成する。ゾル−ゲル透明要素１２４は、高温光源１２８への連続的に晒されること、及びヘッドランプが固定されている移動車両のヘッドランプに衝突する物体からの周期的な衝撃に晒されることの双方に耐えることができるので、ゾル−ゲル透明要素１２４は特にこの用途に適している。ディフューザ表面構造１２６は、ほぼ全ての光が、所定のパターンで意図された物体に向かって指向されるように、ハウジング１２２から出射する光を均質化し、指向性を制御し、整形することにより、ヘッドランプアセンブリ１２０の光学特性を大きく向上させるのに適して形成され得る。このように、意図されたパターン及び目標からはずれることにより光が無駄になることがあったとしても、その量は非常にわずかである。
【００３７】
図８Ｂはさらに別のヘッドライトアセンブリ１３０を示している。前記ヘッドライトアセンブリにおいて、ヘッドライトシールドビーム１３２は、車両のボディパネル１３６内に組み込まれた透明要素１３４の形態にある独立した車両パネルの後方に配置される。透明要素１３４は、内側面などのその表面の１つに微細構造１３８を備え、ヘッドランプアセンブリ１３２から発出する光の指向性制御、均質化、整形を行う。
【００３８】
図９は、ゾル−ゲル材料から形成された光学要素１４０の多くの可能な実施の形態の１つを示したものである。要素１４０は、一方の側面に曲面１４２を有し、反対側の面に一体微細構造１４４を有するレンズの形態として示されている。レンズまたは光学要素１４０は、投影システム及びイメージングシステムなどの多くの異なる用途において使用することが可能である。この実施の形態における曲面１４２は、円筒レンズ表面または球面レンズ表面であり得る。本発明の範囲を逸脱することなく、他の光学レンズ表面も表面１４２の代わりに使用され得る。ゾル−ゲル光学要素１４０は、特に、高温下、または他の不都合な条件下、または光が従来のガラスは透過しないが、ゾル−ゲルは透過する波長範囲にある場合に、特に適している。
【００３９】
ここに詳細に説明した実施の形態は、本発明が特に適している多くの可能な実施の形態のいくつかを説明するためだけのものである。本発明は、これらの開示された実施の形態にのみ限定されるものではなく、多くの他の用途、装置及び光源アセンブリに使用されるものである。このような場合、ゾル−ゲル材料ディフューザの形態にある透明要素が組み込まれて、その用途、装置、または光源アセンブリに利益をもたらす。
【００４０】
本発明について、特定の実施の形態に関し説明してきたが、上述したように、本発明に多くの他の変形および変更が、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく可能である。これらの変更の範囲及び精神は、添付の請求の範囲により明らかになるであろう。そのため、本発明の範囲は添付の請求の範囲によってのみ、限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一側面にディフューザ微細構造を備える本発明のゾル−ゲル透明要素の一部を示す断面図。
【図２】 本発明に従い構成された簡素な光源アセンブリを示す図。
【図３Ａ】 本発明に従い構成された光源アセンブリの別の実施の形態を示す図。
【図３Ｂ】 本発明に従い構成された光源アセンブリの別の実施の形態を示す図。
【図４】 電子センサを含むとともに、図１で示したようなゾル−ゲルディフューザを含む装置を示した図である。
【図５】 電子センサ及び図１に示したようなゾル−ゲルディフューザを備える装置の別の実施の形態を示す図。
【図６】 図１に示したようなゾル−ゲルディフューザと及びレーザビーム光源を示す図。
【図７】 ゾル−ゲルディフューザを有するレンズが組込まれたカメラまたは他の同様の装置を示した図。
【図８Ａ】 図１で示したようなゾル−ゲルディフューザを組み込んだ車両用ヘッドライトの別の実施の形態を示した図。
【図８Ｂ】 図１で示したようなゾル−ゲルディフューザを組み込んだ車両用ヘッドライトの別の実施の形態を示した図。
【図９】 本発明に従い構成されたゾル−ゲルレンズを示した図。

Claims (24)

1. 所定領域上に光を投射する光投射装置であって、前記光投射装置は、光源と、前記光源に近接配置される透明要素と、前記透明要素の１つの表面に一体形成された微細加工構造とを備え、
   前記微細加工構造は、前記光源から前記透明要素を通過する光を均質化するとともに、その光の指向性を制御し、所定方向において、平滑で一定した光のパターンを生成し、
   前記透明要素はゾル−ゲル材料から形成され、且つ高出力レーザのレーザ損傷閾値に耐え、且つ波長２００ｎｍ以下の光の透過性を備えることを特徴とする、光投射装置。
2. 前記微細加工構造は、前記透明要素の形成中に、前記透明要素の表面内に別個の基板から複製されたホログラフィーによって記録されたスペックルである、請求項１記載の光投射装置。
3. 前記微細加工構造は、前記光源に対向する前記透明要素の第１面に一体形成されている、請求項１記載の光投射装置。
4. 前記微細加工構造は、前記光源に背向する前記透明要素の第２面に一体形成されている、請求項１記載の光投射装置。
5. 前記微細加工構造は、前記透明要素の形成中に、前記透明要素の表面に機械的に形成される、請求項１記載の光投射装置。
6. 前記光源は、アーク灯あるいはハロゲンランプである、請求項１記載の光投射装置。
7. 前記光源はＵＶランプである、請求項１記載の光投射装置。
8. 前記光投射装置は更に、
   前記光源の一部を包囲するハウジングと、
   支持面から前記ハウジングまで延びるポールとを備えるランプであり、
   前記ポールは、前記ハウジングと前記光源を、前記支持面から離間して支持する、請求項１記載の光投射装置。
9. 前記ランプは街灯である、請求項８記載の光投射装置。
10. 前記ランプは駐車場ランプである、請求項８記載の光投射装置。
11. 前記ランプは室外照明ランプである、請求項８記載の光投射装置。
12. 前記光投射装置は更に、前記透明要素に近接して前記所定領域内に配置されるセンサを備え、前記センサは、前記光源によって照明される対象の少なくとも１つの特性を感知する、請求項１記載の光投射装置。
13. 前記センサは、前記特性を電子的に感知する電子センサである、請求項１２記載の光投射装置。
14. 前記センサは、前記対象の視覚特性を感知するビデオセンサである、請求項１２記載の光投射装置。
15. 前記対象は、前記透明要素の近くに配置され、非常に高温で維持される、請求項１２記載の光投射装置。
16. 前記光投射装置は、前記透明要素に近接するセンサを備える機械視覚装置であり、
    前記センサは前記所定領域内に配置され、前記センサは、前記光源によって照明される対象の少なくとも１つの特徴を感知する、請求項１記載の光投射装置。
17. 前記対象は溶融鋼である、請求項１６記載の光投射装置。
18. 前記光源は、レーザ、高出力レーザ、メーザ、イオンビーム、マイクロ波ビーム、及びｘ線ビームのうちの１つである、請求項１記載の光投射装置。
19. 前記光投射装置は車両用ヘッドライトである、請求項１記載の光投射装置。
20. 前記光源からの光は、前記所定領域上に投射され、次いでその光は、前記所定領域から前記透明要素を通過して反射される、請求項１記載の光投射装置。
21. 前記光源からの光は、前記透明要素を通過して、次いで前記所定領域上に投射される、請求項１記載の光投射装置。
22. 光源と、前記光源の周りの少なくとも一部を包囲するハウジングと、前記ハウジングの開口を覆って配置された少なくとも半透明なカバーと、前記カバーの第１面または第２面に一体形成された微細加工構造とを備える光学アセンブリであって、
    前記ハウジングは、前記ハウジングから光を発出させることが可能な開口を有し、
    前記第１面は前記光源に対向配置され、前記第２面は前記光源に背向し、
    前記微細加工構造は、前記カバーを通過する光の指向性を制御し、その光を均質化し、前記カバーから出射する所定方向において平滑で、一定した光のパターンを形成し、
    前記カバーはゾル−ゲル材料から形成され、且つ高出力レーザのレーザ損傷閾値に耐え、且つ波長２００ｎｍ以下の光の透過性を備えることを特徴とする、光源アセンブリ。
23. 前記微細加工構造は、前記第１面に形成される、請求項２２の光源アセンブリ。
24. 前記微細加工構造は、前記第２面に形成される、請求項２２の光源アセンブリ。

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