JP4828654B2 - 光出力装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、合わせガラス内に配されている複数の光源ユニットを有している光出力装置に関する。本発明は、光出力装置を制御する方法にも関する。

合わせガラスは、典型的には、単一の構造を作製するように、熱及び圧力の下で、２つ以上のタイル（lites）又は板のガラスを中間層（例えば、ポリビニルブチラール（polyvinylburtyal：ＰＶＢ））と永久結合することにより製造される。

合わせガラスは、様々なアプリケーションにおいて使用されることができる。これは、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）が合わせガラス構造内に埋め込まれている光出力装置において使用されることができる。

しかしながら、このような装置における問題は、出力ビームの形状が静的であるということであり、即ちこの装置のＬＥＤから発される光は、所定のコリメーション又は分散を有しており、前記光出力装置の多様性及び適用性を制限している。

本発明の目的は、少なくとも部分的にこの問題を解決することであり、改良された光出力装置、特に動的な光を有する光出力装置を提供することにある。

この目的と、以下の概要及び記載から明らかになる他の目的とは、添付請求項に記載の光出力装置と光出力装置を制御する方法とによって達成される。

本発明の見地によれば、合わせガラス構造内に配されている複数の光源ユニットを有する光出力装置であって、ビーム形状変更モードにある場合、前記光源ユニットにより発される光のビーム形状を変更する複数の切換可能な液晶ベースの装置を特徴とする光出力装置が提供される。

切換可能な液晶ベースの装置は、好ましくは、少なくとも第１及び第２の状態間の切り換えのために、電気的に制御可能なものである。前記第１の状態において、如何なる電圧も適用されていない場合、前記切換可能な液晶ベースの装置は、平面板として振る舞い、これを通過するビームは、著しく変化されることはない。他方では、電圧が印加されている場合、この液晶ベースの装置は、前記第２の状態へ切換えられ、入力ビームを操作して、変更された出力ビームを供給する。前記第２の状態において、発せられる光は、例えば、比較的狭い角度分布を有する「スポット」光ビームから、比較的広い角度分布（即ち、より広いビーム形状）を有する「投光状（flood）」の光ビームに変化される。中間の電圧を供給することにより、中間の状態が提供されることもできる。前記第２の状態及び前記中間状態にある場合、切換可能な液晶ベースの装置は、ビーム形状変更モードにある。ビーム形状変更モードにない場合、ビーム形状は、実質的に不変のままである。本発明の光出力装置における使用に適している切換可能な液晶ベースの装置の例は、これ自体は、国際出願公開第2005121641号に開示されている。

従って、本発明は、切換可能な液晶ベースの装置が、合わせガラス内に埋め込まれている光源ユニットから発される光の出力ビーム形状を動的に操作するのに使用されることができるという理解に基づいている。この操作（例えば、多少のコリメート）は、機械的な動きを伴うことなく達成されることができる。１つの切換可能な液晶ベースの装置は、全体的なビーム形状の洗練された制御のために、各光源ユニットに対して設けられることもできるが、前記切換可能な液晶ベースの装置は、好ましくは、前記光源ユニットの前方に配される。更に、前記切換可能な液晶ベースの装置は、比較的薄いものでも良く、同様に薄い合わせガラス構造の使用に適したものにする。

好ましくは、前記切換可能な液晶ベースの装置は、選択的に又は個々にアドレス指定可能であり、即ち前記装置は、如何なる数の液晶ベースの装置も所与の瞬間に切換えられることが可能であるように、独立に制御されることができる。例えば、なんらかの光源ユニットから生じる光は、投光状（広い）のものでも良いが、他の光源ユニットにより発される光はよりコリメートされているものでも良い。このことは、多様性のある適用可能な光出力装置を提供する。例えば、前記光出力装置により照明される種々の対象は、或る（複数の）対象を強調するために、種々のビーム形状により照明されても良い。他の例においては、前記光出力装置が種々の色の光源ユニットを有しており、様々な照明効果を作るために、或る色は、投光状のものであり得る一方で（オンに切り換えられている対応する液晶ベースへの電圧）、他の色は、よりコリメートされている（オフに切り換えられている対応する液晶ベースへの電圧）。代替的には、全ての切換可能な液晶ベースの装置は、統一された照明効果を提供するために、共同でアドレス指定されても良い。

国際出願公開第2005121641号に戻ると、この文献に開示されている切換可能な液晶ベースの装置は、固定屈折率を有する第１の（底部の）透明な要素と、電気的に適応可能な屈折率を有している第２の、重ね合わされている透明な要素であって、液晶層を含んでいる前記第２の要素とを有している。前記第２の要素の屈折率を電気的に変化させることによって、前記１の要素及び前記第２の要素の屈折率の違いが変化されることができ、これは、前記第１の要素からから前記第２の要素までの光の伝搬の角度分布に影響する。ここで、前記光源ユニットが合わせガラス構造の上部のガラス板と底部ガラス板との間に配されている、本発明の光出力装置の有利な実施例において、前記切換可能な液晶ベースの装置の上述の第１の底部の透明な要素は、前記上部ガラス板により形成されている。従って、前記切換可能な液晶ベースの装置は、前記上部ガラス板と「部分的に一体化」されており、前記固定屈折率を有する如何なる専用の要素も必要ではなく、コストを減少し、前記光出力装置の製造をより更に効率的にすることができる。代替的には、何らかの固定屈折率要素を含んでいる前記切換可能な液晶ベースの装置が、前記上部のガラス板の上に、前記対応する光源ユニットと位置合わせされて、前記合わせガラス構造の外側に配置されても良い。このことは、前記切換可能な液晶ベースの装置の簡単な取付けを提供する。更に他の変形例として、前記固定屈折率を有する前記要素を含んでいる液晶ベースの装置は、前記上部ガラス板内に組み込まれても良いが、前記上部ガラス板の下に配されても良い。後の２つの変形例は、前記光出力装置の滑らかな上面が維持されるのを可能にする。

前記光出力装置は、前記光源ユニットにより発される光を予めコリメートする、即ち前記切換可能な液晶ベースの装置により操作される前に前記光をコリメートする複合放物面集光器（ＣＰＣ）を更に有していても良い。好ましくは、１つのＣＰＣが、各光源ユニット／切換え可能な液晶ベースの装置に対して設けられている。より長いＣＰＣほど、いっそう予めコリメートされる。

各光源ユニットは、好ましくは、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有している。例えば、各光源ユニットは、１つのＬＥＤ（例えば白色若しくは単色の）又は幾つかのＬＥＤ（例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂ又はＲ、Ｇ、Ｂ、Ａ）を含んでいても良い。ＬＥＤは、例えば、出力効率及び長い寿命のような、多くの観点から有益なものである。ＬＥＤの代わりに、他の半導体光源（例えばレーザダイオード）のような、他の適切な光源が使用されることができる。更に、前記光源ユニットの色は、同じでも良く、又は上述のように前記光出力装置の全体にわたって異なっていても良い。

前記光出力装置は、照明装置であっても良く、前記装置の出力レベルは、前記装置から発される光が対象を照明できるレベルであり、即ち前記出力レベルは、十分に高い。

本発明の他の見地によれば、上述の見地による光出力装置の出力を制御する方法であって、前記切換可能な液晶ベースの装置の少なくとも１つを前記ビーム形状変更モードに切換えるステップを含んでいる方法が、提供される。このようにして、前記ビーム形状変更モードに切換えられた前記液晶ベースの装置に関連付けられている光源ユニットにより発される光のビーム形状が、変更されることができる。前記スイッチングは、適切な電気制御信号（例えば適切な電圧）を供給することにより実行されることができる。この見地は、前述した見地と同様の有利な点を示す。

以下において、本発明のこれら及び他の見地が、本発明の現在好ましい実施例を示している添付図面を参照して更に詳細に記載される。

本発明の一実施例による光出力装置の模式的な、断側面図である。 本発明による光出力装置の切換可能な液晶ベースの装置を模式的に示している。 本発明による光出力装置の切換可能な液晶ベースの装置を模式的に示している。 本発明による光出力装置の他の実施例の模式的な、断側面図である。 本発明による光出力装置の他の実施例の模式的な、断側面図である。 本発明による光出力装置の他の実施例の模式的な、断側面図である。 本発明による光出力装置の他の実施例の模式的な、断側面図である。

図１は、本発明の一実施例による光出力装置１０の模式的な、断側面図である。

出力装置１０は、上部ガラス板（カバー板）１２と底ガラス板１４とを有している。このガラスは、透明又は半透明であり得る。ガラス板１２、１４の間に、例えば、ポリビニルブチラール（polyvinylburtyal：ＰＶＢ）のような、中間層１６が設けられる。製造の間、２つのガラス板１２、１４は、単一の合わせガラス構造を作るために、熱及び圧力の下で、ＰＶＢ層１６と結合される。

中間層１６には、光を発する複数のＬＥＤユニット１８が、底部ガラス板において、並んで配されている。ＬＥＤユニット１８に電力を供給し制御するために、適切な電気接続が設けられる（図示略）。各ＬＥＤユニット１８は、単一のＬＥＤ（例えば、白色又は単色の）又は幾つかのＬＥＤ（例えば１つの赤色、１つの緑色、及び１つの青色のＬＥＤ、又は赤色―緑色―青色―琥珀色）を含んでいても良い。後者は、混合された光を作る。更に、ＬＥＤユニット１８の色は、同じでも良く、又は光出力装置１０の全体にわたって異なっていても良い。例えば、図１の左側のＬＥＤユニット１８は、赤色光を発する１つ以上のＬＥＤダイ又はチップを含んでいることができ、同様に、真ん中のＬＥＤユニット１８は緑色光を発することができ、右側のＬＥＤユニット１８は、動作の間、青色光を発することができる。

各ＬＥＤユニット１８は、底部ガラス板１４から上部ガラス板１２まで延在している複合放物面集光器（ＣＰＣ）２０の小さい端部に配されている。ＣＰＣ２０は、これ自体は既知の態様において機能するものであり、ここでは、ＬＥＤユニット１８から発される光を、上部板１２に向かってガラス板１２、１４の平面に対して垂直な、ＣＰＣ軸に沿った一般的な方向に予めコリメートするように働く。ここで、ＣＰＣ２０は、反射性内壁２２（例えば、金属で被覆されている）を有しても良く、又は高い屈折率（ＰＶＢより高い）を有する誘電材料によって充填されていて良い。

各ＬＥＤユニット１８／ＣＰＣ２０の前に位置を合わせられて、切換可能な液晶ベースの装置２４が設けられる。図１において、切換可能な液晶ベースの装置２４は、上部ガラス板１２内に埋め込まれている。

例示的な切換可能な液晶ベースの装置２４は、図２ａ―２ｂに更に詳細に、模式的に示されている。一般に、液晶ベースの装置２４は、第１及び第２の状態間で電気的に切換可能である。第１の状態（図２ａ）においては、如何なる電圧も印加されておらず（Ｖ＝０）、当該装置は、平面板として振る舞う。この状態において、切換可能な液晶ベースの装置２４を通過するビームは、著しく変更されるものではない。例えば、装置２４を通過する入力コリメートビームは、コリメートされている（「スポット」光ビームの）ままである。他方では、電圧が印加された場合（Ｖ＝Ｕ）、液晶ベースの装置２４は、前記第２の状態へ切り換わり、前記入力ビームを操作し、異なる形状を有する出力ビームを供給する。前記第２の状態において、発せられた光は、例えば、コリメートされた光ビームから、より広い角度分布（即ちより広いビーム形状）を有する「投光状の」光ビームに変化されることができる。切換可能な液晶ベースの装置２４は、付加的には、中間の電圧（０の＜Ｖ＜Ｕ）を印加することによって、様々な中間の状態に設定されることもでき、これらの状態において、ビームは、図２ａの状態から図２ｂの状態に、又は図２ｂの状態から図２ａの状態に、段階的に変化する（例えば、広がる）。

図１に戻ると、ＬＥＤユニット１８は、１つの低出力ＬＥＤ（即ち約０．３ｍｍ×０．３ｍｍのダイの大きさ）を含んでいる場合、１つの切換可能な液晶ベースの装置２４の大きさは、約１．２ｍｍ×１．２ｍｍである。他方で、高出力ＬＥＤが使用される（約１ｍｍ×１ｍｍの大きさのダイであり、対応する装置２４の大きさは、約４ｍｍ×４ｍｍである）。

更に、切換可能な液晶ベースの装置２４は、好ましくは、選択的に又は個々にアドレス指定可能なものである。例えば、電圧Ｕ（又は中間の電圧）は、選択された装置２４のみに供給されても良く、この結果、液晶ベースの装置２４の対応する選択的なスイッチングをもたらす。選択的なアドレス指定を達成するための様々な電気的な解決策（図示略）は、当業者にとって明らかである。例えば、構造化されているＩＴＯ層の、受動／能動マトリックス駆動が、使用されることができる。

ここで、光出力装置１０の例示的な動作について記載する。一般に、ＬＥＤユニット１８により発される光は、対応するＣＰＣ１８によって予めコリメートされる。次いで、予めコリメートされた光は、切換可能な液晶ベースの装置２４に当たり、装置２４が前記第２又は中間状態（「ビーム形状変更モード」）にある場合、変更される。図１の左側の液晶ベースの装置２４は、図２ａのように、オフであり（Ｖ＝０）、これにより、コリメートされた光は、操作されることなく、装置２４を通過する。図１の右側の液晶ベースの装置２４は、図２ｂのように、オンであり（Ｖ＝Ｕ）、これにより、前記入力ビームは、広いビームが出力されるように、変化される。図１の中央の液晶ベースの装置２４は、中間の段階に設定されており（０＜Ｖ＜Ｕ）、前記装置を通過する光に対して中間の広げる効果を提供している。従って、出力の発散は、前記光出力装置１０の１つのＬＥＤユニット１８から他のＬＥＤユニット１８まで異なる。後続の動作の間、種々の液晶ベースの装置２４の状態が、変化されることもできる。従って、光出力装置１０において、出力ビームの形状は、如何なる機械的な動作も伴うことなく、動的に操作されることができる。上述のように、様々な駆動方式は、種々の照明及び輝度の効果を達成するために可能である。このような駆動方式は、好ましくは、光出力装置１０の制御ユニット（図示略）により実行される。

例えば、全体的なスポット光と投光状の光との間の切換えのように、全ての切換可能な液晶ベースの装置を共同でアドレス指定することによって（例えば全ての装置２４に対して電圧Ｖ＝Ｕを供給することによって、）、前記光出力装置の全体の出力を変更することも可能である。

図１のような上部ガラス板１２内に埋め込まれている切換可能な液晶ベースの装置２４を有する代わりに、切換可能な液晶ベースの装置２４は、図３に示すように、上部ガラス板１２の上に、合わせガラスの外側に配されても良い。

代替的には、切換可能な液晶ベースの装置２４は、上部ガラス板１２の下に、即ち上部及び底部板１２、１４間の中間層１６内に配されることができる。切換可能な液晶ベースの装置２４は、図４のような、上部ガラス板１２の直ぐ下に配されても良く、又は図５のように、ＰＶＢ層１６の中間の位置に配されても良い。図４においては、ＣＰＣ２０は、図５におけるものよりも長いことに留意されたい。より長いＣＰＣ２０ほど、いっそう予めコリメートされる。

本発明の光出力装置の特別な実施例は、図６において更に開示される。ここで、切換可能な液晶ベースの装置２４は、上述の国際出願公開第2005121641号に開示されているものと同様の種類のものであり、固定屈折率を有する第１の（底部の）透明な要素２６と、電気的に適応可能な屈折率を有する第２の、重ね合わせられている透明な要素２８であって、液晶層を含んでいる第２の要素とを有している。第２の要素２８の屈折率を電気的に変化させることによって、第１及び第２の要素２６、２８の屈折率の違いが変化され、第１の要素２６から第２の要素２８へ伝搬する光の角度分布に影響する。ここで、自身の透明な底部の要素２６を有する各切換可能な液晶ベースの装置２４の代わりに、ガラス構造の上部ガラス板１２が、固定屈折率を有する透明な底部の要素として使用されている。即ち、切換可能な液晶ベースの装置２４は、図６におけるように、上部板１２の著しい干渉を伴うことなく、上部ガラス板１２と「部分的に一体化」されている。

本発明による光出力装置の用途は、例えば、小売店照明、オフィス照明、健康管理照明、装飾的照明、建築上の照明等のような、屋内外の両方における、一般的な及び特定の照明及び照明器具を含んでいる。

当業者であれば、本発明が、上述の好ましい実施例に決して限定されるものではないと理解する。逆に、多くの変形及び変化が、添付請求項の範囲内で可能である。例えば、国際出願公開第2006043196号のように、国際出願公開第2005121641号内に参照されるものとは異なる他の切換可能な液晶ベースの装置も、使用されることができる。更に、前記合わせガラスは、付加的なガラス層及び中間層を含んでいても良い。更に、ＣＰＳの代わりに、予めコリメートする又は前記光源ユニットにより発される前記光を成形するための他の手段も、使用されることができる。

Claims (6)

1. 合わせガラス構造内に配されている複数の光源ユニット及び前記光源ユニットにより発される光を予めコリメートする複合放物面集光器を有する光出力装置であって、前記光源ユニットが前記合わせガラス構造の上部ガラス板と底部ガラス板との間に配されている、光出力装置において、複数の切換可能な液晶ベースの装置が、ビーム形状変更モードにある場合、前記光源ユニットにより発される光のビーム形状を変更する、光出力装置。
2. 前記複数の切換可能な液晶ベースの装置は、選択的にアドレス指定可能である、請求項１に記載の光出力装置。
3. 前記上部ガラス板は、各切換可能な液晶ベースの装置の、固定屈折率を有する底部透明要素を形成している、請求項１又は２に記載の光出力装置。
4. 各光源ユニットが、１つ以上の発光ダイオードを有している、請求項１乃至３の何れか一項に記載の光出力装置。
5. 前記光出力装置が照明装置である、請求項１乃至４の何れか一項に記載の光出力装置。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の光出力装置を制御する方法であって、前記切換可能な液晶ベースの装置の少なくとも１つを前記ビーム形状変更モードに切り換えるステップを有する、方法。

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