JP5514188B2 - 制御可能な光角度選択器 - Google Patents

Description

本発明は、制御可能な光角度選択器、及び光源と光測定センサとの間の光の経路に配置された光角度選択素子を有する光度計に関する。

アンビエント（ambient）照明システム及びスマート照明管理システムの分野において、多くの労力が費やされている。照明ソリューションは、ユーザが、幾つかの照明器具により生成される雰囲気を柔軟に決定することを可能とする。

一般に、部屋は幾つかの分散された照明器具により照明され、インテリジェントな照明管理システムが各個別の発光体の照明特性、更には照明器具のアンサンブル効果の場面設定特性、又は特定の領域を照明する複数の照明器具の照明特性を同時に、測定及び制御することが可能であることが望ましいこととなる。

この目的のため、２つの条件が満たされる必要がある。１つは、色、強度及び／又は発光角度の調節可能性を持つ光源の利用可能性である。ハロゲンランプ、蛍光灯等と組み合わせたＬＥＤ技術の成熟は、この要件を満たす光源に帰着している。もう一方の前提条件は、個々の光源の強度、色点及び演色評価数のような、照明特性を測定する制御フィードバックシステムである。これを実現するため、例えば特定の部屋の部分を照明する光の光束、色点、又は完全スペクトル分布を測定するための、光センサが必要とされる。加えて、照明特性の優れた制御を提供するため、どの発光体が部屋のどの部分を照明するかを測定することが可能であるべきである。

この目的のため、光源から光センサへと光の方向を制御可能に変えるための手段を提供することが望ましい。平行化された光ビームの向きを変えることが可能な、電気光学偏向器が米国特許US4,930,853（Grego）に記載されている。

しかしながら、上述した照明特性を測定し、どの発光体が部屋の特定の部分の照明に対するどの寄与を提供するかを決定することが可能な光測定装置に対するニーズが、依然として本分野に存在する。

本発明の目的は、先行技術の問題点を少なくとも部分的に克服し、本分野におけるニーズに少なくとも部分的に応え、斯くして特定の方向から発せられる光の強度及び／又はスペクトル成分を測定することが可能な光度計を提供すること、及び、斯かる光度計における使用のための構成要素を提供することにある。

それ故、第１の態様においては、本発明は、限定された許容角度内で入射する光を透過させるように構成され、少なくとも１つの光向き変更手段に光学的に接続された、固定された光選択手段を有する、制御可能な光角度選択装置であって、前記少なくとも１つの光向き変更手段は、光入射側及び光出射側と、前記光入射側を介して前記光向き変更手段に入射する光と、前記光出射側を介して前記光向き変更手段から出射する光との間の、可変の角度差を得るための、制御可能な手段と、を有する、制御可能な光角度選択装置に関する。

好適には、前記向き変更手段は、該向き変更手段に入射する光と該向き変更手段から出射する光との間に著しい角度の差をもたらすことが可能であるべきである。

本発明の実施例においては、前記固定された光選択手段は、前記光向き変更手段の前記出射側に光学的に接続されても良い。

この構成においては、前記光向き変更手段は、入射光と出射光との間の角度差を変化させることにより、元の向きの点で、どの光が、固定された光角度選択手段を通して透過させられるかを選択するために利用されても良い。

本発明の他の実施例においては、前記固定された光選択手段は、前記光向き変更手段の前記入射側に光学的に接続される。

この構成においては、前記光向き変更手段は、固定された光選択手段を出射する光の角度を制御するために利用されることができる。

本発明の更に他の実施例においては、前記固定された光選択手段は、第１の光向き変更手段の出射側、及び第２の光向き変更手段の入射側に光学的に接続される。

この構成においては、前記第１の光向き変更手段が、入射光と出射光との間の角度差を変化させることにより、元の向きの点で、どの光が、固定された光角度選択手段を通して透過させられるかを選択するために利用されても良く、前記第２の光向き変更手段が、固定された光選択手段を出射する光の角度を制御するために利用されることができる。

前記光向き変更手段は、第１の屈折率を持つ第１の液体相と、第２の屈折率を持つ第２の液体相とを有する電気湿潤セルを有し、前記第１の相と前記第２の相との間の境界に対する法線の向きが制御可能であっても良い。

代替としては、前記光向き変更手段は、第１の基板と第２の基板との間に配置された複屈折性の液晶物質を有する液晶セルと、前記液晶物質の切り換えを実行することが可能な電界を得るための電極と、を有しても良く、前記液晶物質の前記第１の基板に面する表面と、前記液晶物質の前記第２の基板に面する表面とが平行ではない。

代替としては、前記光向き変更手段は、空気の屈折率とは異なる屈折率を持つ透明物質の楔素子を有し、該楔素子の先端角は制御可能であっても良い。

代替としては、前記光向き変更手段は、第１の液体相及び第２の液体相を有する電気湿潤セルを有し、前記第１の液体相と前記第２の液体相との間の境界に対する法線の向きが制御可能であり、更に前記第１の液体相と前記第２の液体相との間の境界に配置された屈折性の断片を有し、前記断片に対する法線の向きが前記境界の方向によって制御可能であっても良い。

代替としては、前記光向き変更手段は、第１のドメインと隣接して配置された第２のドメインとを有する、空気の屈折率とは異なる屈折率を持つ透明物質の屈折性素子を有し、前記第１のドメインにおいて、光は前記第２のドメインとは異なって回折し、前記第１のドメイン及び前記第２のドメインの一方によって屈折された光を選択的に透過させるためのドメイン選択手段を更に有しても良い。

前記光向き変更手段は、代替として、枢動可能な反射素子を有しても良い。

第２の態様においては、本発明は、光源と少なくとも１つの光測定センサとの間の光の経路に配置された、本発明の制御可能な光角度選択装置を有する光度計であって、前記センサは、前記制御可能な光角度選択装置から出射する光の少なくとも一部を受光するように構成された、光度計に関する。

本発明者は、本発明の制御可能な光角度選択器を有する光度計が有利であることを見出した。

添付される請求項２に記載の制御可能な光角度選択器を有する光度計は、特定の方向からの光が、固定された光選択手段を通して、光測定センサへと透過させられるように、向き変更手段を調節することによって、特定の向きから発せられた光の強度及び／又はスペクトル成分を解析するために利用されることができる。

実施例においては、本発明の光度計は、前記光角度選択装置と前記少なくとも１つの光測定センサとの間の光の経路に配置された、少なくとも１つの光フィルタを有する。

好適な実施例においては、前記少なくとも１つの光フィルタの、特定の波長の光の透過率及び／又は反射率は、前記少なくとも１つの光フィルタにおける前記光の入射の角度に依存する。斯かるフィルタは好適には、二色性干渉積層を有する。

添付される請求項３又は４に記載の制御可能な光角度選択器を有する光度計は、透過及び／又は反射における角度依存性を持つ斯かるフィルタと組み合わせて、有利である。なぜなら、少なくとも１つの光フィルタの解像度が、角度依存性を利用することによって向上させられ得るからである。フィルタに対する入射角を変化させることにより、単一のフィルタから、異なる透過率／反射率特性が得られ、単一のフィルタのみを用いることによって１つよりも多い波長の成分を測定することが可能となる。

第３の態様においては、本発明は、少なくとも１つの光測定センサと、光源と前記光測定センサとの間の光の経路に配置された少なくとも１つの光フィルタと、を有し、前記少なくとも１つの光フィルタの、特定の波長の光の透過率及び／又は反射率は、前記少なくとも１つの光フィルタにおける前記光の入射の角度に依存する光度計であって、前記光フィルタにおける光の入射の角度を変化させるための手段を更に有する、光度計を提供する。

更に、本発明は添付される請求項の全てのとり得る組み合わせに関することに留意されたい。

本発明のこれらの及び他の態様は、本発明の現在好適な実施例を示す添付図面を参照しながら、より詳細に説明される。

本発明の光度計の一実施例を示す。 本発明の光度計の他の実施例を示す。 本発明の光度計の更に他の実施例を示す。 本発明における使用のための光向き変更手段の第１の実施例を示す。 本発明における使用のための光向き変更手段の第１の実施例を示す。 本発明における使用のための光向き変更手段の第２の実施例を示す。 本発明における使用のための光向き変更手段の第２の実施例を示す。 本発明における使用のための光向き変更手段の第２の実施例の変形例を示す。 本発明における使用のための光向き変更手段の第３の実施例を示す。 本発明における使用のための光向き変更手段の第３の実施例を示す。 本発明における使用のための光向き変更手段の第４の実施例を示す。 本発明における使用のための光向き変更手段の第４の実施例を示す。 本発明における使用のための光向き変更手段の第５の実施例を示す。 本発明における使用のための光向き変更手段の第５の実施例を示す。 本発明における使用のための光向き変更手段の第６の実施例を示す。 本発明における使用のための光向き変更手段の第６の実施例を示す。

本発明は、制御可能な光角度選択器、及び斯かる制御可能な光角度選択器を利用する、特に光度計のような装置に関する。

本発明の光度計の第１の実施例が図１に示され、入力側１２１及び出力側１２２を持つ光向き変更手段１２０と、出力側１２２に光学的に接続された固定された光選択手段１１０とを有する、制御可能な光角度選択器１００を有する。光向き変更手段１２０は、入力側１２１を介して周囲から光を受光し、光向き変更手段１２０の光出力側１２２を介して固定された光選択手段１１０へと光を透過させるように構成される。出力側１２２を介して光向き変更手段１２０を出射する光は、固定された光選択手段１１０に入射する。固定された光選択手段１１０に入射する光のうち、所定の限られた許容角度内の光だけが、該固定された光選択手段を通して透過させられる。

以下に更に説明されるように、光向き変更手段が制御可能であるという意味において、当該光選択装置は制御可能である。

光向き変更手段１２０の幾つかの異なる設計が可能であり、これら設計は本明細書の以下の部分において議論される。

固定された光選択手段１１０を通り通過してきた光は、該光の強度及び／又はスペクトル成分が測定されることができるように、光測定センサ１３０により受光される。

任意に、図１に示されるように、固定された光選択手段１１０と光測定センサ１３０との間の光の経路に光フィルタ１４０が配置され、関心のある波長をセンサへと選択的に通過させても良い。

固定された光選択手段１１０は、所定の許容角度を持つ。固定された光選択手段１１０に入射する光のうち該許容角度内の光が、該固定された光選択手段１１０を通して透過させられ、固定された光選択手段１１０に入射する光のうち該許容角度外の光は、外部へ反射させられるか又は該固定された光選択手段１１０により吸収される。

それ故、原則的に、固定された光選択手段１１０に入射する光のうち上述した許容角度内の光だけが、光測定センサ１３０により解析される可能性を持つこととなる。

本発明の当該第１の実施例の光度計においては、制御可能な光角度選択装置１００のこれらの特性が、周囲の異なる位置から発せられる光、即ち光向き変更手段の入力側１２１における入射の異なる角度を持つ光の、強度及び／又はスペクトル成分を選択的に解析するために利用されることができる。

光向き変更手段１２０は、入力側１２１を介して光向き変更手段１２０に入射する光と、出力側１２２を介して光向き変更手段１２０から出射する光との間の角度αが、制御され変化させられ得るように設計される。

該光向き変更手段から出射する光が固定された光選択手段１１０に結合される場合、角度αは、関心のある特定の点から来て、入力側１２１を介して該光向き変更手段に入射する光が、固定された光選択手段１１０の許容角度内に向き変更されるように、即ち、関心のある当該点からの光が該固定された光選択手段を通して透過させられるように、選択される。

斯くして、関心のある当該点からの光の強度及び／又はスペクトル成分を解析するため、光向き変更手段１２０の入力側１２１に対する角度αが決定され、光向き変更手段１２０の構成要素は、光向き変更手段１２０の入力側１２１において入射角αを持つ光のみが原則的に固定された光選択手段１１０を通って通過することを可能とされ、光測定センサに遭遇するように制御される。

本発明の当該第１の実施例による光度計により、異なる方向から発せられた光の強度及び／又はスペクトル成分における差が、容易に検出されることができる。

光測定センサ１３０は、該センサに入射する光の強度及び／又はスペクトル成分を測定するように構成された、当業者には知られた、従来の測光センサであっても良い。該センサは、単一のセンサから成っても良いし、又は、複数のセンサのアレイから成り、各センサが基本的に同一であるか若しくは各センサが例えば特定の波長間隔を検出するように構成されていても良い。

特定の波長の光の強度を測定するため、選択透過フィルタ１４０が、制御可能な光角度選択装置１００、２００、３００と光測定センサ１３０との間の光の光路に配置されても良い。測定された光のスペクトル成分が関心のあるものである場合、該選択透過フィルタ１４０は有利にも、フィルタアレイ又は調節可能なフィルタであって、フィルタ１４０を透過する波長が変更させられ得るものであっても良い。

光のスペクトル成分を測定するための光度計の一変形例においては、フィルタホイールのような別個の透過特性を持つ異なる領域を有するフィルタアレイ１４０が、単一のセンサ１３０上で移動可能（例えば回転可能）であり、どの波長間隔が検出されるべきであるかに依存して、該フィルタアレイの位置（例えば横方向位置又は回転位置）が変化させられ、それにより、関心のある波長間隔を透過する領域が、制御可能な光角度選択装置１００、２００、３００とセンサ１３０との間の光の経路に位置させられる。

図１に示されたような、光のスペクトル成分を測定するための光度計の他の変形例においては、それぞれが別個の透過特性を持つ複数の別個のドメイン１４１、１４２、１４３を有するフィルタアレイ１４０が、制御可能な光角度選択装置１００、２００、３００とセンサアレイ１３０との間の光の経路に配置され、ここでセンサアレイ１３０は複数のセンサ１３１、１３２、１３３を有しており、各センサ１３１、１３２、１３３は、それぞれ１つのフィルタドメイン１４１、１４２、１４３を透過させられた光を受光する。

以上において、透過フィルタが議論され、該フィルタを通過させられた光が、光測定センサにより検出される。しかしながら、当業者には明らかであるように、本発明は反射フィルタ、即ち光測定センサが該フィルタにより反射された光を検出するように構成される場合にも関する。このことは、本明細書において議論される本発明の全ての実施例に当てはまる。しかしながら、フィルタに対するセンサの位置は、透過フィルタの代わりに反射フィルタを利用する斯かる手法においては、変更される必要がある。

本発明の光角度選択装置を利用する光度計の第２の実施例が、図２に示される。本実施例においては、該光度計は、周囲からの光を受光するための固定された光選択手段１１０と、光向き変更手段１２０'であって該光向き変更手段の入力側１２１'を介して固定された光選択手段１１０を通過させられた光を受光するように構成された光向き変更手段１２０'とを有する、光角度選択装置２００を有する。それ故、本実施例においては、固定された光選択手段１１０は、光向き変更手段１２０'の入力側１２１'に光学的に接続される。更に、該光度計は、光向き変更手段１２０'を出射する光を受光するように構成されたセンサ１３０を有する。

光角度選択装置２００からセンサ１３０への光の経路において、フィルタ１３０における入射の角度に依存する透過特性を持つフィルタ１４０が配置され、以下角度依存フィルタとも呼ばれる。

角度依存フィルタは、換言すれば、特定の波長、即ち該フィルタについての基準波長の光（又は特定の波長範囲内の光）を選択的に透過及び／又は反射させる光フィルタであるが、該基準波長は入射の角度に依存する。

透過特性における角度依存性を持つフィルタは当業者には知られたものであり、例えば、これに限定するものではないが、いわゆる干渉積層に基づく二色性フィルタを含む。

干渉積層は、高い屈折率と低い屈折率とを交互に呈する、透過物質の薄い層の積層である。

斯かる干渉積層の典型的な、限定するものではない例には、一般に二色性離隔層により分離された４分の１波長積層から成るミラーを有する、完全誘電体フィルタ積層が含まれる。

例えば、ＨＬＨＬＨＳＨＬＨＬＨに従って構築された積層を考える。ここでＨは高い屈折率を持ち約１／４λの厚さを持つ物質ＴｉＯ_２の層を表し、Ｌは低い屈折率を持ち約１／４λの厚さを持つ物質ＳｉＯ_２の層を表し、Ｓは例えば約１／２λの厚さを持つＳｉＯ_２のような離隔層を表す。λは、該フィルタについての基準波長である。この場合、該フィルタは、光が０度又は０度に近い入射角で入射した場合、λ波長の光に対して高い透過性を持つこととなる。

本発明における使用に適したフィルタの他の、限定するものではない例には、（好適には）銀又はアルミニウムのような金属膜の使用が含まれる（例えば４５ｎｍのＡｇ−１８０ｎｍのＳｉＯ_２−４５ｎｍのＡｇ）。

干渉積層に基づく二色性フィルタの他の例は、当業者には知られている。

干渉積層ベースの角度依存フィルタを透過させられる波長又は波長範囲は、該積層における層の厚さの関数として算出され、該厚さはフィルタを通る光の伝播の方向に沿って計数される。それ故、光が平面のフィルタに０°で（即ちフィルタ面に対する法線に沿って）入射する場合、実効的な層厚は、該層の物理的な厚さに等しい。しかしながら、光が０°とは異なる入射の角度で入射する場合には、実効的な層厚は、物理的な厚さよりも大きくなる。例えば約４５°の入射角においては、層の実効的な厚さは、層の物理的な厚さの約１．４倍（２の平方根）となる。

それ故、フィルタの入射の角度を変化させることにより、フィルタ応答も変化させられ、フィルタの透過特性を最終的には変更する。一般に、フィルタ応答は、０°より大きないずれの入射角に対しても青色シフトさせる。

光向き変更手段１２０'は、透過性に対する角度依存性を持つフィルタ１４０と組み合わせて、例えばフィルタアレイのスペクトル解像度を向上させるために利用されても良い。

斯かる角度依存フィルタ１４０を利用し、角度α即ち入射光と出射光との間の角度を変化させることにより、１つのフィルタを用いて１つよりも多い波長の強度を測定することが可能となる。それ故、入射の可変の角度と組み合わせ、少数の別個のフィルタ（例えば１個、２個、３個、４個又はそれ以上）が、検出の解像度を著しく増大させるために利用され得る。

このことは図２に示され、それぞれが別個の透過性特性を持つ４つの別個のドメイン１４１、１４２、１４３、１４４を持つフィルタアレイ１４０が、４つのセンサ１３１、１３２、１３３、１３４のセンサアレイ１３０上に配置され、ここで各センサは、フィルタドメインの別個の１つを透過させられる光を検出する。

角度選択装置２００における光向き変更手段１２０'を制御することによりフィルタアレイに対する入射角を変化させることによって、検出される光のスペクトル成分が、フィルタドメインのそれぞれ１つを表す４つの測定点よりも著しく高い解像度で検出されることができる。

本発明の角度選択装置を利用する光度計の第３の実施例が図３に示され、以上に議論された本発明の第１及び第２の実施例の組み合わせを表す。

該第３の実施例においては、該光度計は、第１の光向き変更手段１２０と第２の光向き変更手段１２０'との間に挟持される固定された光選択手段１１０を有する。

第１の光向き変更手段１２０は、本発明の第１の実施例に関連して上述した第１の実施例におけるように配置される。即ち、出力側１２２が固定された光選択手段１１０に光学的に接続され、該固定された光選択手段１１０に入射角αの光を向けるように構成される（即ち該固定された光選択手段についての許容角度内）。

第２の光向き変更手段１２０'は、本発明の第２の実施例に関連して上述した第２の実施例におけるように配置される。即ち、入力側１２１'が固定された光選択手段１１０に光学的に接続され、該固定された光選択手段１１０から出射する光を角度依存フィルタ１４０へと向けるように構成され、該光が可変の角度α'でフィルタ１４０に入射するようにされる。

該光度計は更に、光測定センサ１３０、及び、角度選択装置３００と該光測定センサ１３０との間の光の経路に配置された角度依存フィルタ１４０を有する。

本発明の該第３の実施例による光度計は、以上に議論された第１及び第２の実施例の利点、例えば異なる方向から発せられる光における強度及び／又はスペクトル成分における差を測定する機能（第１の実施例におけるような）と、スペクトル成分測定における解像度を増大させる機能（第２の実施例におけるような）と、を併せ持つ。

広い意味で、以上に議論された少なくとも第２及び第３の実施例は、少なくとも１つの光測定センサと、任意に固定された光角度選択器を通過してきた光源と該光測定センサとの間の光の経路に配置された少なくとも１つの光フィルタとを有する光度計であって、該少なくとも１つの光フィルタの特定の波長の光の透過率及び／又は反射率が該フィルタにおける該光の入射角に依存し、該光度計は更に、該光フィルタに対する入射の角度を変化させるための手段を有する、光度計に関する。

以上に議論された第２及び第３の実施例に対する代替の方法においては、該光フィルタに対する入射の角度を変化させるための手段は、固定された光選択手段と角度依存フィルタとの間の光の経路に配置された前記光向き変更手段により構成される。代替の実施例においては、該光向き変更手段は、該光フィルタに対する入射の角度を変化させるための他の手段に交換されても良いし、斯かる他の手段により補完されても良い。該光フィルタに対する入射の角度を変化させるための斯かる手段の、限定するものではない一例は、角度依存フィルタを移動可能に（例えば枢動可能に）配置することにより実現される。該フィルタを軸のまわりに回転させることにより、該フィルタに対する入射角の変更が実現され、可変の透過性特性に帰着する。

それ故、本発明はまた、少なくとも１つの光測定センサと、光源と該少なくとも１つの光測定センサとの間の光の経路に配置された少なくとも１つの角度依存フィルタとを有し、更に、該少なくとも１つのフィルタにおける光の入射の角度を変化させるための手段を更に有する光度計に関する。斯かる光度計は更に任意に、該光源と該少なくとも１つのフィルタとの間の光の経路に配置された固定された光選択手段を有しても良い。更に、斯かる光度計は任意に、該光源と該固定された光選択手段との間の光の経路に配置された光向き変更手段を有しても良い。

本発明における使用のための固定された光選択手段は好適には、該固定された光選択手段に入射する光のうち限られた許容角度内の光のみが、該固定された光選択手段を通過することが可能となるように設計される。換言すれば、該固定された光選択手段は、限られた許容角度内で入射する光のみを透過させる。

該固定された光選択手段の許容角度内ではない入射光は、該固定された光選択手段を通過せず、外に反射されるか又は該固定された光選択手段の構造により吸収される。

好適には、該固定された光選択手段は更に、該固定された光選択手段から出射する光の角度分布が、該固定された光選択手段に受容される光の角度分布よりも、著しく大きくならないように設計される。好適な実施例においては、受容される光の角度分布は、該固定された光選択手段において更に縮小される。

該固定された光選択手段の許容角度、即ち光が該固定された光選択手段を通過する当該手段における最大入射角は限られたものであり、即ち該許容角度は９０°よりもかなり小さく、典型的には１０°よりも小さいといったように２０°よりも小さく、例えば５°よりも小さい。

該固定された光選択手段の実際の設計は本発明の主題ではなく、固定された光選択手段の多くの設計が、本発明における使用のために適切である。その例には、１つ以上の穴が素子を通る、プラスチック物質のような光吸収物質の素子が含まれる。典型的には、該穴の直径は該要素の厚さに対して小さく、これにより狭い許容角度範囲が実現される。

他の例は、吸収構造がエッチングされたシリコン素子である。両側に開いたものとなるように溝又は穴がシリコンにエッチングされる。続いて、吸収物質が側壁に被覆されても良い。

更に別の例においては、吸収被覆を伴う複数の板が並列に且つ相互に離隔されて配置され、ここで隣接する板の間の距離は、該板の側面の長さに対して小さい。

本発明における使用のための光向き変更手段は、入射面を介して該光向き変更手段に入射する光と、出射面を介して該光向き変更手段から出射する光との間の角度αが、制御され変更され得るように設計される。

該光向き変更手段から出射する光が固定された光選択手段に結合される場合、該角度は典型的には、関心のある特定の点から来て入力側を介して該光向き変更手段に入射する光が、該固定された光選択手段の許容角度内に向きを変えられるように、即ち当該関心のある点からの光が該固定された光選択手段を透過させられることができるように、選択される。

一方で、受光側を介して該光向き変更手段に入射する光は、固定された光選択手段から脱出し、角度αは典型的に、出力側を介して該光向き変更手段から出射する光が望ましい方向に出射されるように制御される。

本発明において利用される光向き変更手段のためには、多くのとり得る設計が可能である。

光向き変更手段の第１の設計は図４ａ及びｂに示され、第１及び第２の不混和液体相４０１、４０２を有する電気湿潤セル４００を有し、ここで２つの相は異なる屈折率を呈する。該２つの相は典型的には、これに限定するものではないが、第１の油相４０１と第２の水相４０２とである。

電気湿潤セル４００において、これら２つの相の間の境界４０３は、該セルに配置された電極に電圧を印加することによって傾けられ、表面の表面ポテンシャルエネルギーを効果的に変更する静電ポテンシャルに帰着し、当該相における第１及び第２の相の湿潤性に影響を与える。スネルの屈折の法則により説明される屈折効果が、境界４０３において生じる。それ故、境界４０３に対する法線の方向は、入射及び／又は出射する光の望ましい方向に対して制御されることができる。図４ａ及び図４ｂは、２つの異なる屈折モードにおける電気湿潤セル４００を示す。

光向き変更手段の第２の設計は図５ａ及びｂに示され、複屈折性の液晶物質５０１を有する液晶セル５００を有する。典型的には、液晶分子が、ポリイミド配向層（図には示されていない）により同一の方向に巨視的に整列される。２つの平行な基板５０２、５０３と液晶物質の切り換えを可能とするように配置された電極５０４との間に回折格子が配置される。該第２の実施例の光向き変更手段は典型的に、入力側及び／又は出力側に配置された偏光子５０５を更に備える。

該液晶物質は複屈折性であり、液晶の向きは液晶セルに電場を印加することにより変化させられ得るため、偏光方向の１つに対する実効的な屈折率は、該液晶物質の常光屈折率ｎ_ｏと異常光屈折率ｎ_ｅとの間で連続的に切り換えられ得る。典型的な液晶物質については、ｎ_ｏは約１．５であり、ｎ_ｅは約１．８である。望ましい偏光の向きを選択するため、偏光子５０５は、セルの前面に、即ち入力側に向けて配置される。

液晶セル５００に望ましい入射角で入射する光ビームにより経験される液晶セルの実効的な屈折率を斯くして変化させることにより、望ましい方向における光ビームの出力が得られる。

液晶物質５０１を有する液晶セル５００は、電極を有する２つの基板５０２と５０３との間に配置された、反対の楔形を呈する高分子構造５０７の存在のため、楔形状を呈する。斯くして、水平な表面に対して傾斜させられた、高分子と液晶との間の境界５０６が形成される。

更に、該高分子構造は、液晶バルク物質５０１の常光屈折率ｎ_ｏに基本的に合致する屈折率を持つ物質からできたものである。

それ故、図５ａに示されたような液晶物質５０１が切り換えられると、偏光した光は基本的に境界５０６において屈折率の差に基本的に遭遇せず、進行方向にいずれの角度変化もなく基本的に通過する。

しかしながら、図５ｂに示されるように、異常光屈折率が光に影響を与える場合（光が偏光子５０５を用いて異常光屈折率の方向に偏光させられた場合）、該光は境界５０６において屈折率の大きな変化に遭遇し、該境界において屈折する。これにより、光向き変更手段を出射する光の望ましい方向を実現するたえの上部の基板５０２の表面における入射の角度、それ故入射光と出射光との間の差αが、変化させられ得る。

図６において、図５に示された設計の変形例が示される。幾つかの場合においては、図５による装置の優れた機能を実現することは些細なことではない。典型的に、液晶物質の上に電界を配置するため、該液晶物質を挟持する電極のニーズがある。ＬＣ物質の異なる厚さは、不均一な切り換えに帰着し得る。図６において、第１の基板６０２と第２の基板６０３との間に配置された液晶バルク物質６０１の薄い層を有する光向き変更手段１２０が示される。本実施例において、液晶バルク層は、上部の（第１の）基板６０２に向かう傾斜した境界と、下部の（第２の）基板６０３に向かう傾斜した境界とを持つ、複数の並んで配置された楔状の部分６１１、６１１'に形づくられる。本実施例においては、このことは、上部の基板６０２に向かう連続的に傾斜した境界と、下部の基板６０３に向かう階段状の境界とにより実現される。

電極６０４は水平に配置され（即ち光向き変更手段の入力側及び出力側にそれぞれ平行に）、電極６０４と液晶バルク物質６０１との間に基板物質が配置される。それ故、基板６０２、６０３の物質上に印加される電界は基本的に、該構造に沿った全ての方向で同一となり、液晶バルク物質６０１の均一な切り換えを確実にする。

本発明における使用のための光向き変更手段の第３の設計が、図７ａ及びｂに示される。本設計において、該光向き変更手段は、空気の屈折率とは異なる屈折率を持つ透明物質７０１を有する変形可能な楔７００を有する。該楔素子は、上部の平面基板７０２及び下部の平面基板７０３により境界を定められている。典型的には、上部及び下部の平面基板７０２及び７０３は、変化する先端角βを実現するように互いに枢動可能に接続される。楔素子７００の先端角βを変化させることにより、該光向き変更手段から出射する光の望ましい方向を実現するための上部の基板５０２の表面における入射の角度、それ故入射光と出射光との間の差αが、変化させられ得る。

図７に示された光向き変更手段の第１の変形例においては、該楔の透明物質７０１は、例えば、これに限定するものではないが、ＰＤＭＳのような弾性物質であり、該楔の先端角βは、該楔を角度βに減少又は増大させるように基板７０２及び７０３の一方又は両方に力学的な力を加えることにより制御される。

基板７０２及び／又は７０３における該力学的な力は例えば、圧電効果、検流計、及びばね等により加えられても良い。

図７ａ及び７ｂは、２つの異なる先端角βを持つ２つの異なる構成における楔素子を示す。

図７に示された光向き変更手段の第２の変形例においては、楔７００の透明物質７０１は、柔軟な膜に封入された液体物質であり、該光向き変更手段は更に、該楔に該液体物質をポンプで注入する又は該楔から該液体物質をポンプで排出して、該楔を膨張又は縮小させ、それにより該楔の先端角βを増大又は減少させるための手段を有する。

理解されるであろうように、力学的な影響とポンプ動作との組み合わせが、望ましい先端角βを得るために利用されても良い。

本発明における使用のための光向き変更手段の第４の設計が、図８ａ及びｂに示される。本設計において、該光向き変更手段は、典型的には油相８０１及び水相８０２のような、第１及び第２の相互に不混和な液体相８０１、８０２を有する、電気湿潤セル８００を有する。典型的には金属の断片のような、複数の断片８０３が、第１の液体相と第２の液体相との間の境界８０４に配置される。電気湿潤効果により境界８０４の方向を変化させると、断片８０３は境界８０４に残り、反射性の断片８０３の再配向により当該電気湿潤セル８００の反射の角度を効果的に変化させる。反射性の断片８０３の配向が変化するため、入射光と出射光との間の角度αが変化させられ得る。図８ａ及びｂは、異なる角度αの値を持つ２つの異なる態様における電気湿潤セル８００を示す。

本発明における使用のための光向き変更手段の第５の設計が、図９ａ及びｂに示される。本設計において、該光向き変更手段は、少なくとも第１のドメイン９０１と、該第１のドメイン９０１に隣接する第２のドメイン９０２とを有する、屈折性の光学素子９００を有する。光は、第１のドメイン９０１においては、第２のドメイン９０２とは異なって屈折する。該第５の設計の光向き変更手段は更に、光を第１又は第２のドメイン９０１、９０２のいずれかで選択的に屈折させることが可能な、ドメイン選択装置９０３を有する。

図９において、屈折性の光学素子９００は、共通の基礎面を共有する２つの隣接する楔９０１及び９０２により表現されている。第１の楔（即ち第１のドメイン）９０１は、第２の楔（即ち第２のドメイン）９０２の先端角よりも小さな先端角を持つ。結果として、第１の楔と第２の楔とでは異なるように光が回折する。ドメイン選択装置９０３は、開口９０４を持つ不透明な回転可能な円盤により表現され、該開口を通して光が透過するようにされている。該円盤は、第１の楔９０１によって屈折した光のみが基本的に開口９０４を通って透過する第１の位置と、第２の楔９０２によって屈折した光のみが基本的に開口９０４を通って透過する第２の位置との間で、回転可能である。開口９０４の位置が変化すると、入射光と出射光との間の角度αが変化させられ得る。図９ａ及び９ｂは、２つの異なる偏向角αを表す、開口９０４の２つの異なる回転位置を示す。

本発明における使用のための光向き変更手段の第６の設計が、図１０ａ及びｂに示される。本設計において、該光向き変更手段１２０は、ミラーのような枢動可能な反射素子１０００を有する。２つの異なる逸脱角αに導く屈折性素子１０００の２つの異なる枢動角度を示す図１０ａ及びｂに示されるように、該素子１０００の角度に依存して、入射光と出射光との間の角度αが変化させられ得る。

本発明による光度計は例えば、検出された光の強度及び／又はスペクトル成分を測定するための光度計又は分光光度計として利用され得る。加えて、該光度計のセンサからの測定結果は、光制御装置におけるフィードバック信号として利用されても良い。例えば、測定された強度及び／又はスペクトル成分が公称値又は所望値と合致しない場合に、該フィードバック信号が、公称値により合致するように発光のための光源を調節するために利用されても良い。加えて、例えば、どの光源が部屋のどの部分を照明するかを決定することも可能である。

当業者であれば、本発明が以上に説明された好適な実施例に決して限定されるものではないことを理解する。逆に、添付する請求の範囲から逸脱することなく、多くの変更及び変形が可能である。例えば、２つ以上の光向き変更手段を利用する本発明の光度計又は光角度選択装置においては、これらの光向き変更手段は、適用分野に適切なものとなるように、同一のタイプであっても良いし、異なる設計のものであっても良い。

更に、例えば、これに限定するものではないが、レンズやコリメータのような付加的な光学素子が、本発明の制御可能な光角度選択装置に配置されても良く、それにより、制御可能な光向き変更手段により受光される前に光を集光及び／又は平行化しても良い。

Claims (13)

1. 限定された許容角度内で入射する光を透過させるように構成され、少なくとも１つの光向き変更手段に光学的に接続された、固定された光選択手段を有する、制御可能な光角度選択装置であって、前記少なくとも１つの光向き変更手段は、
   光入射側及び光出射側と、
   前記光入射側を介して前記光向き変更手段に入射する光と、前記光出射側を介して前記光向き変更手段から出射する光との間の、可変の角度差を得るための、制御可能な手段と、
   を有し、
   前記固定された光選択手段は、前記光向き変更手段の前記入射側に光学的に接続された、制御可能な光角度選択装置。
2. 限定された許容角度内で入射する光を透過させるように構成され、少なくとも１つの光向き変更手段に光学的に接続された、固定された光選択手段を有する、制御可能な光角度選択装置であって、前記少なくとも１つの光向き変更手段は、
   光入射側及び光出射側と、
   前記光入射側を介して前記光向き変更手段に入射する光と、前記光出射側を介して前記光向き変更手段から出射する光との間の、可変の角度差を得るための、制御可能な手段と、
   を有し、
   前記固定された光選択手段は、第１の光向き変更手段の出射側、及び第２の光向き変更手段の入射側に光学的に接続された、制御可能な光角度選択装置。
3. 限定された許容角度内で入射する光を透過させるように構成され、少なくとも１つの光向き変更手段に光学的に接続された、固定された光選択手段を有する、制御可能な光角度選択装置であって、前記少なくとも１つの光向き変更手段は、
   光入射側及び光出射側と、
   前記光入射側を介して前記光向き変更手段に入射する光と、前記光出射側を介して前記光向き変更手段から出射する光との間の、可変の角度差を得るための、制御可能な手段と、
   を有し、
   前記光向き変更手段は、第１の液体相及び第２の液体相を有する電気湿潤セルを有し、前記第１の液体相と前記第２の液体相との間の境界に対する法線の向きが制御可能であり、更に前記第１の液体相と前記第２の液体相との間の境界に配置された屈折性の断片を有し、前記断片に対する法線の向きが前記境界の方向によって制御可能である、制御可能な光角度選択装置。
4. 少なくとも１つの光測定センサと、光源と前記光測定センサとの間の光の経路に配置された少なくとも１つの光フィルタと、を有し、前記少なくとも１つの光フィルタの、特定の波長の光の透過率及び／又は反射率は、前記少なくとも１つの光フィルタにおける前記光の入射の角度に依存する光度計であって、
   前記光フィルタにおける光の入射の角度を変化させるための手段を更に有する、光度計。
5. 前記光フィルタにおける光の入射の角度を変化させるための手段が、限定された許容角度内で入射する光を透過させるように構成され、少なくとも１つの光向き変更手段に光学的に接続された、固定された光選択手段を有し、
   前記少なくとも１つの光向き変更手段は、
   光入射側及び光出射側と、
   前記光入射側を介して前記光向き変更手段に入射する光と、前記光出射側を介して前記光向き変更手段から出射する光との間の、可変の角度差を得るための、制御可能な手段と、
   を有する、請求項４に記載の光度計。
6. 前記固定された光選択手段は、前記光向き変更手段の前記出射側に光学的に接続された、請求項５に記載の光度計。
7. 前記光向き変更手段は、第１の屈折率を持つ第１の液体相と、第２の屈折率を持つ第２の液体相とを有する電気湿潤セルを有し、前記第１の相と前記第２の相との間の境界に対する法線の向きが制御可能である、請求項５に記載の光度計。
8. 前記光向き変更手段は、第１の基板と第２の基板との間に配置された複屈折性の液晶物質を有する液晶セルと、前記液晶物質の切り換えを実行することが可能な電界を得るための電極と、を有し、前記液晶物質の前記第１の基板に面する表面と、前記液晶物質の前記第２の基板に面する表面とが平行ではない、請求項５に記載の光度計。
9. 前記光向き変更手段は、空気の屈折率とは異なる屈折率を持つ透明物質の楔素子を有し、該楔素子の先端角は制御可能である、請求項５に記載の光度計。
10. 前記光向き変更手段は、第１のドメインと隣接して配置された第２のドメインとを有する、空気の屈折率とは異なる屈折率を持つ透明物質の屈折性素子を有し、前記第１のドメインにおいて、光は前記第２のドメインとは異なって回折し、前記第１のドメイン及び前記第２のドメインの一方によって屈折された光を選択的に透過させるためのドメイン選択手段を更に有する、請求項５に記載の光度計。
11. 前記光向き変更手段は枢動可能な反射素子を有する、請求項５に記載の光度計。
12. 前記光測定センサは、前記光フィルタにおける光の入射の角度を変化させるための手段から出射する光の少なくとも一部を受光するように構成された、請求項４に記載の光度計。
13. 前記少なくとも１つのフィルタは二色性干渉積層を有する、請求項４に記載の光度計。

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