JP5635988B2 - スペクトル検出器 - Google Patents

Description

人工光照明環境において照明制御がますます重要になってきた。一般的に、発光ダイオードのような固体光源を使用することにより放出光の色を調節することができる。光源環境において、例えば光のカラーポイントや演色評価数を検出可能とすることは一般的に望ましいことである。同様に、電磁スペクトルの全部分に亘る光源から放出される光のその他の性質を検出することも、好ましい光設定や動的な光雰囲気を作る上で望ましいことである。さらに、そのような検出は目立たない方法で行われることが好ましい。さらに、人工光照明室のような照明環境において、ある位置での入射光についてのそのような性質を決定することが好ましい。従って光源のフラックスだけでなく、スペクトル情報も興味の対象である。従って、そのような検出が可能な、安価な、目立たない、容易に製造可能な装置を持つことが望ましい。

知られたスペクトル検出器の欠点は、一般的に設置場所と設置空間を要する他の光学部品を必要とし、費用がかかり、大きいということである。従って一般的スペクトル検出を行うための望ましい位置で目立たないように設けることができない、ということである。知られたスペクトル検出器のさらなる欠点は、スペクトル情報のような光特性を、スペクトル検出器及び/又はスペクトル検出器に結合したファイバを実際に動かすことなく、入射光の入射角の関数として測定することはできないということである。

US5762823A及びUS5798057Aには、２つの実質的に平行に、それぞれに電極が設けられた基板の間に設けられた重合可能な液晶分子の混合物を含む、スイッチ可能コレステリックフィルターが開示されている。

本発明の課題は、従来知られた装置の改良する、電磁スペクトルの全部分の光の性質を測定可能な検出装置を提供することである。

液晶は、従来の意味で液体と固体の間の相を示す材料である。例えば、液晶は液体のように流れるが、液晶の中の分子は結晶中に配列され及び/又は方向付けされ得る。液晶は種々の相で存在し得る。それらは液晶中で存在する分子配向によって特徴付けられる。特に、コレステリック、又はキラルネマチック相にある液晶はキラリティ又は利き手性を示す。

コレステリック液晶内の分子は、キラルであり、すなわち反転対称性を欠いている。コレステリック液晶は、普通は長く連続する分子配向を持つ（電磁場のような外部影響なしで）。そのような分子の連続する一般的な方向は、ヘリックス軸の周りの方向にヘリックス状に変化する。従って、その分子は、コレステリック相でヘリックス構造を持つ。ヘリックスが３６０°回転する距離、ヘリックス又はキラルピッチｐ（以下単純にピッチとする）は、屈折率、波長及び入射光の入射角と共に、コレステリック液晶の光学的性質を決めている。

一般的に、コレステリック液晶は、ネマチック液晶とキラル成分を有するが、キラル成分が液晶自体の場合もある。ピッチが、可視光の波長の程度であれば（すなわち、可視光の波長範囲内で）、光の反射が生じ、反射波長λは、
λ＝ｎ/（HTP・x）＝ｎ・ｐ
となる。ここでｎは、コレステリック液晶の平均屈折率であり、xは、コレステリック液晶混合物のキラルドーパントのフラクション（fraction）であり、HTPはまた、ホスト材料のキラル成分のヘリカルねじれ力(helical twisting power)と呼ばれるものである。この式で、(HTP・x)は、ピッチの逆数(1/p)に等しい。一方の（円）偏光を持つ光のみが反射される。望ましい波長での反射バンド位置を持つ材料を得るためには、ホスト材料のキラル成分のフラクションxを調節することができる。望ましい反射バンドを得るために、他のHTPを持つ他のキラルドーパントを使用することもできる。特別のコレステリック混合物においては、HTPは、温度依存性であり、従って、そのようなコレステリック混合物はサーモクロミックである。他のコレステリック混合物においては、コレステリック液晶内のキラル成分は光異性化性又はフォトクロミックである。これは、そのような混合物を照射すると、キラル材料の部分がそのねじれ力(HTP)を変化し、結果として、反射バンドをその位置にシフトする。

コレステリック液晶は、通常は、巨視的には方向付けされておらず、コレステリック液晶は、ランダムに方向付けられている。従って、分子が巨視的に方向付けられるように、分子を巨視的な方向に誘導する必要がある。巨視的な方向に誘導するために、コレステリック液晶を、例えば同軸方向に磨かれたポリイミドなどのポリマーを含む２つの基板間に配置することができる。この方法では、コレステリック分子の平面方向を有するいわゆるグランジャンテクスチャが誘導され、コレステリック分子ヘリックスは基板に垂直に配向される。

本発明は、コレステリック液晶材料に入射する光の反射波長が、上記のようなさまざまな方法で制御することができるキラル分子のヘリックスのピッチに依存する、ということに基づく。２枚の偏光板の間にこのようなコレステリック液晶材料を配置することにより、第1の波長バンドを有する入射光を第２の波長バンドを有する偏光に変換する。従って、キラル分子のヘリックスのピッチを変化させることができる切り替え手段を用いることで、そのスイッチング手段に応じて透過波長の位置を調節することで切り替え可能な光学フィルターを得ることが可能である。

帯域フィルターを得る別の方法は、それぞれの上に積み重ねられた２つの広帯域（可視領域では重なりが存在しないか（または非常に少なく）、光はこの領域で透過される）のコレステリック反射板を使用することによる。コレステリック液晶が1つだけの偏光方向を反射することを考えると、前記の積み重ねの上か下に、帯域フィルターが入射光の偏光に依存しないように、広帯域円偏光板を設ける必要がある。もう一つの可能性は、左右両方の偏光方向に作用する、コレステリック材料のスタックを使用することである。

これらのフィルターはまた、反射モードで使用することができ、コレステリック層で反射された光だけが光検出器に到達する。

本発明の第１の側面によれば、独立請求項１で定義されるように、知られた装置よりもいくつかの利点を有する、フォトディテクタアレイ及び切り替え可能なコレステリック液晶光学フィルターを提供することである。本発明による装置は、単純な方法で、直接、電磁スペクトルの異なる部分のすべての光の特性を測定するために使用することができる。ここで、この光学フィルターを通過する光のスペクトル特性又はこの光学フィルターにより反射される光のスペクトル特性は、単純な及び信頼性の高い方法で制御され又は切り替えられることが可能である。さらに、本発明のスペクトル検出装置を用いることで、本発明の該装置の形状が、物理的形状とサイズという点で小さいものであることから、かかる測定を種々の望ましい照明環境で目立たない方法で実施できる。形状が小さいということから、本発明のスペクトル検出器は、例えば、ランプ、光学装置及び照明器具のような多くに応用例に直ぐに組み込むことができる。さらに、そのようなスペクトル検出器を容易に安価に製造することができる。

本発明の第２の側面によれば、本発明の第１の側面又はそれによる実施態様によるスペクトル検出器を含む、独立請求項１２で定義されるような照明システムを提供することである。本発明の照明システムは、前記スペクトル検出器を用いてなされた測定を適用することで、前記照明システムの操作又は照明を制御するパラメータを簡単なかつ信頼性の高い方法で制御することが可能となる。スペクトル検出器は、照明システム内で、又は照明システムと組み合わせた外部装置として、設けることができる。

本発明の実施態様によれば、前記切り替え手段は、少なくともひとつの液晶層を加熱すること、又は少なくともひとつの液晶層に電場を印加することのいずれか１つか又は両方を可能とする手段である。これらによりコレステリック材料の反射波長を可逆的に変更することができる。コレステリック混合物のタイプに応じて、かかる手段は、コレステリック材料に与える熱及び/又は印加する電圧の関数として、コレステリック材料の反射バンドの位置をゆっくりと調節することを可能とする。さらにかかる手段は、例えば電磁スペクトルのある部分、例えば実質的に可視光の全波長で、実質的に透過性と実質的に反射性との状態間というような、異なる光学状態間を切り替えることを可能とする。

本発明の他の実施態様によれば、スペクトル検出器は、少なくとも２つの偏光板、好ましくは直線偏光板を含む。前記少なくとも２つの偏光板は、前記偏光板の少なくとも２つの間にコレステリック液晶混合物を含む少なくとも１つの層が設けられるように、かつ少なくとも１つの前記偏光板が、前記他の偏光板に関して交差する方向を持つように設けられる。かかる配置により、帯域フィルターが形成され、ある波長を持つ前記光学フィルターで入射する光を、前記コレステリック材料に含まれるキラル分子のヘリックスピッチとコレステリック材料の平均屈折率で定義される波長付近の狭い波長を持つ光に直線的に変換する。従って、十分定義された波長領域内の直線偏光のみが、偏光板とコレステリック液晶材料を通過する。

従って、本発明の他の実施態様において、スペクトル検出器はさらに、少なくともひとつの円偏光板を含み、円偏光的に偏光をフィルターし、それによりさらなり利点を提供する。例えば、２つの広帯域コレステリック液晶層が、お互いに隣あって設けられる場合、光の小さな波長バンドは通過される。円偏光板を、好ましくは、コレステリック液晶層の偏光とは逆の意味を持つ偏光を有するように設けると、光の他の円偏光成分は透過できないこととなる。

さらに、本発明の他の実施態様によれば、複数のコレステリック液晶層をお互いに近くに配置するように、例えばスタック構成で設けることで、入射光の偏光とは無関係に操作できる装置とすることができる。

さらに、本発明の他の実施態様によれば、スペクトル検出器はさらに、少なくともひとつの吸収体又は吸収層を含む。この構成で、スペクトル検出器は、コレステリック液晶層からの反射光のみがフォトディテクタアレイに到達できるようになる。言い換えると、反射波長内の光のみがフォトディテクタアレイに方向付けられる。

さらに、本発明の他の実施態様によれば、スペクトル検出器はさらに、少なくとも１つの反射防止層又は反射防止コーティングを含む。好ましくは、少なくとも１つの反射防止層に加えて、スペクトル検出器はまた、少なくとも１つの上で説明した吸収層を含む。この構成により、コレステリック光学フィルターを用いる光フィルター、及びその後のフォトディテクタアレイを用いてフィルターされた又は反射された光を検出する手順においてより大きな有用性が得られる。

さらに、本発明の他の実施態様によれば、スペクトル検出器はさらに、前記遅延層を通過する光に相変移をもたらすための遅延層を含む。遅延層は、例えば遅延層を通過する光の波長の半分に対応する相変移をもたらす半波長遅延層である。この構成により、コレステリック光学フィルターを用いる光フィルター、及びその後のフォトディテクタアレイを用いてフィルターされた又は反射された光を検出する手順においてより大きな有用性が得られる。

さらに本発明の他の実施態様によれば、スペクトル検出器はさらに、複数の層を含む。それぞれの層は、コレステリック液晶混合物を含み、前記層は、お互いに近くに設けられて複合層を形成する。さらに、それぞれの層は反射波長特性と偏光特性を持ち、前記複合層が、前記複合層を通過する光が前記複合層に入射する光と独立するように設けられている。

さらに本発明の他の実施態様によれば、少なくともひとつの切り替え手段と結合する少なくともひとつのコレステリック液晶層が、前記コレステリック液晶層の少なくともひとつの部分で前記コレステリック液晶混合物が、前記コレステリック液晶層の他の部分でのコレステリック液晶層とは異なるピッチを持つように設けられている。この構成により、少なくともひとつのコレステリック液晶に入射する光線は一般的に、前記コレステリック液晶の他の部分とは異なる光学透過性を有する前記コレステリック液晶層の部分を透過することができる。この構成により、コレステリック光学フィルターを用いる光フィルター、及びその後の光検出アレイを用いてフィルターされた又は反射された光を検出する手順においてより大きな有用性が得られる。好ましくは、フォトディテクタアレイの画素は、一般的に異なる光学透過特性を有する前記コレステリック液晶層の部分に沿って配置されている。これにより、光検出アレイの画素は、異なる透過波長に関連することとなる。

さらに本発明の他の実施態様によれば、少なくともひとつの液晶層内のコレステリック液晶混合物が少なくともひとつの切り替え手段と結合し、前記層の反射バンドの位置が変更され得るか、前記層の反射バンドの強度が変更され得るかの１つ又は両方に従って設けられる。この構成は、コレステリック液晶層をサーモクロミック又はフォトクロミックとすることで可能である。すなわち、そのような混合物の温度変更又は光照射により、キラル材料の一部のねじれ力が変わる。従って切り替え可能なコレステリック液晶フィルターの提供が可能となる。

本発明の他の実施態様によれば、少なくともひとつの液晶層内のコレステリック液晶混合物が少なくともひとつの切り替え手段と結合し、サーモクロミック、フォトクロミック又は光異性化性のひとつ又はそれ以上であり、可視光の少なくとも一部に対して、電場が層に印加されるか又はそのような電場の強度が変化する場合に、実質的に透明（すなわち、数パーセントの吸収、好ましくは１−１０％の範囲の吸収）である。従って、少なくともひとつの液晶層の液晶混合物のキラル成分のヘリックスピッチは、温度、光励起及び/又は電場付加により調節可能となる。従って、１又はそれ以上のコレステリック液晶層の反射波長は、温度、照射特に光照射及び/又は電場付加の変化に応じて調節される。

本発明の他の実施態様によれば、スペクトル検出器はさらに、複数の区分を持つ光方向選択層を含む。これら区分は、少なくとも１つの区分が、前記光方向選択層の他の区分と比べて異なる方向を持つスペクトル検出器に入射する光を選択可能とする。言い換えると、それぞれの区分又は一般的に分割される区分が、異なる角度を有する入射光を選択することができる分割された層を提供する。好ましくは、フォトディテクタアレイの画素は、光方向選択層に沿って配置され、従ってフォトディテクタアレイの画素が、異なる入射角に関連させることができる。この構成で、スペクトル検出器は、光情報を入射角の関数として得ることを可能とする。

本発明の他の実施態様によれば、スペクトル検出器はさらに、複数の区分を持つ光方向選択層を含む。これら区分は、少なくとも１つの区分が、前記光方向選択層の他の区分と比べて異なる方向を持つスペクトル検出器に入射する光を選択可能とする。また、スペクトル検出器はさらに、1又はそれ以上の次のものを含む：上で説明した、少なくともひとつの吸収体又は吸収層、少なくともひとつの円偏光板、少なくともひとつの反射防止層又は反射防止コーティング及び少なくともひとつの遅延層。

本発明の他の実施態様によれば、少なくともひとつの切り替え手段は、コレステリック液晶層の少なくともひとつと結合して操作され、前記少なくともひとつのコレステリック液晶層に含まれるコレステリック液晶混合物のキラル成分のヘリックスピッチの強さと方向のひとつ又はそれ以上を変化させることができる。ヘリックスピッチの方向とは、コレステリック液晶材料のヘリックス軸の一般的方向を意味する。かかる構成により、コレステリック液晶材料を切り替える手順においてより高い有用性を提供する。

当該技術分野の熟練者において理解されるように、上で本発明の異なる側面及び実施態様について説明された技術的特徴も、添付の特許請求の範囲で開示される技術的特徴も同様に、任意に組み合わせることができる。

図で示されるような本発明の例示的開示は、例示目的だけであるということは理解されるべきである。本発明のさらなる実施態様は、図を参照して以下の詳細な説明と添付の特許請求の範囲と連携することで明らかとなるであろう。

さらに理解されるべきは、図面の参照番号は、特許請求の範囲のより迅速な理解のためであり、本発明の範囲を制限するものと解釈されるべきではない、ということである。

図１は、本発明の例示的実施態様の模式的側面図である。 図２ａは、本発明の例示的実施態様による本発明の作用原理を説明する模式的側面であり、コレステリック液晶層が、２つの直線偏光板間に配置されている。 図２ｂは、本発明の例示的実施態様による本発明の作用原理を説明する模式的側面であり、２つのコレステリック液晶層が、円偏光板上に配置されている。 図２ｃは、本発明の例示的実施態様による本発明の作用原理を説明する模式的側面であり、４つのコレステリック液晶層が、それぞれの上に配置されている。 図２ｄは、本発明の例示的実施態様による本発明の作用原理を説明する模式的側面であり、コレステリック液晶層が、反射モードで試用されている。 図２ｅは、本発明の例示的実施態様による本発明の作用原理を説明する模式的側面であり、半波長遅延層が、２つのコレステリック液晶層間に設けられ、偏光を反射する。 図３は、本発明の例示的実施態様の作用原理を説明する模式的グラフである。 図４ａは、本発明の例示的実施態様を説明する模式図である。 図４ｂは、本発明の例示的実施態様を説明する模式図である。 図４ｃは、本発明の例示的実施態様を説明する模式図である。 図４ｄは、本発明の例示的実施態様を説明する模式図である。 図５は、本発明の他の例示的実施態様の模式的側面図である。 図6ａは、本発明の例示的実施態様の模式図である。 図6ｂは、本発明の例示的実施態様の模式図である。

本発明の好ましい実施態様について、以下、添付図面を参照して例示目的のため説明する。ここで、図面内の番号は、図面を通して、同一または類似の要素であることを示す。本発明には、以下記載される特徴の組み合わせを含む他の例示的実施形態もまた含まれる。さらに、本発明の他の例示的実施態様は、特許請求の範囲に定義される。

以下、具体的に図面で参照されるコレステリック液晶は好ましくは巨視的に配向された状態である。

図1は、本発明の例示的実施態様を示す模式的側面図である。本発明の例示的実施態様のスペクトル検出器1は、コレステリック液晶混合物を含む層2を含む。図1に示される例示的実施態様は、コレステリック液晶混合物が含まれている１つの層を含むが、本発明には、このような層の任意の数を含む他の例示的実施態様も包含されることを理解すべきである。液晶材料2はさらに、ポリマーまたはポリマー性のネットワークを含めることができる。しかし、これは以下説明するように、層2の切り替え動作を妨げるものではない。好ましくは、コレステリック液晶混合物は、サーモクロミック、光異性化性であり、及び/又は十分に高い電場が印加される場合に、特に可視光に対して透過性になるような材料である。当技術分野で知られているように、光異性化とは、光励起によって構造変化が引き起こされることを意味する。可逆的及び不可逆的な光異性化反応が存在する。しかし、本発明では、光異性化は、好ましくは可逆的である。

図1に示される、本発明の例示的実施態様によれば、スペクトル検出器1は、場合によりさらに2つの基板10を含む。好ましくはとりわけ可視光に対して透過性であるこのような基板10は、装置1に、例えば強化された機械的強度をもたらす。この特定の実施態様によれば、スペクトル検出器１はまた、特に可視光に対し透過性の2つの透明電極4を含み、前記コレステリック液晶２が、電極4の間に挟まれている。必要に応じて、好ましい実施態様によれば、コレステリック液晶２は、液晶にグランジュテクスチャ状態を誘発する方向層（図示せず）の間に配置されている。さらに、フォトディテクタアレイ8がスペクトル検出器1に含まれ、好ましくは可視光を含む電磁波を感知することができる。好ましくは、フォトディテクタアレイ8は、１つまたはそれ以上のフォトダイオードアレイ、電荷結合素子（CCD）及びフォトトランジスタアレイを含む。しかし、フォトディテクタアレイは、これらの選択肢に制限されず、本発明の第１の側面又はその実施態様の機能を達成するために使用可能であるいかなるフォトディテクタアレイも本発明の範囲であると考えられる。さらに、フォトディテクタアレイと、処理ユニット、制御ユニット、分析装置等（図示せず）との結合のための配線、回路等は、本発明の説明を容易にするために図1から省略されている。

図２ａは、例示的実施態様により本発明の作用原理を説明する模式的側面図であり、コレステリック液晶層２は、２つの偏光板３の間に配置されている。それぞれの偏光板は、コーティング可能な偏光材料、又は市販品として入手可能な偏光板であってもよい。この例示的実施態様では、偏光板３は、ひとつの偏光板が他の偏光板に対して交差する方向に設けられている。かかる構成により、入射光を変換して、直線的偏光であって、波長λ＝ｎ・ｐ（ここでｐはキラルな液晶分子のヘリックスピッチ、及びｎはコレステリック液晶材料の平均屈折率を示す）付近の狭い波長の偏光に、帯域フィルターが効果的に変換することを可能とする。

図2aは、図２ａの左に示されるように光の強さＩを光の波長λの関数とする、典型的な波長スペクトルを有する入射光5と、お互いに交差する方向に配置された２つの偏光板３からなる帯域フィルターを通る出射光６と、及び図２ａの右に示されるように、狭い波長バンドを有する波長スペクトルを持つコレステリック液晶材料の層２が、模式的に示されている。

図２ｂには、２つのコレステリック液晶層２ａ及び２ｂが円偏光板１１の上に設けられた、本発明の他の例示的実施態様に応じた本発明の作用原理を、模式的に示す。図２ｂでは、広域反射特性と同じ円偏光方向を持つ２つの異なる層２ａ及び２ｂが、広域円偏光板１１と共にお互いの上に設けられている。図２ｂで、「２ａ」、「２ｂ」、「２ａ＋２ｂ」及び「２ａ＋２ｂ＋１１」で表される例示的グラフは、それらが分離されている場合と、それらが、円偏光板無しで組み合わされる場合、円偏光板有りで組み合わされる場合を、模式的に示す。
図２ｃには、４つの液晶層２ｃ（ｌ）、２ｄ（ｌ）、２ｃ（ｒ）及び２ｄ（ｒ）が、お互いの上に設けられた、本発明の他の例示的実施態様に応じた本発明の作用原理を、模式的に示す。広域反射特性と右旋性円偏光特性を持つ２ｃ（ｌ）及び２ｄ（ｌ）で示される層が、広域反射特性と左旋性円偏光特性を持つ２ｃ（ｌ）及び２ｄ（ｌ）で示される層の上に設けられている。図２ｂと同様に、「２ｃ（ｌ）」、「２ｄ（ｌ）」、「２ｃ（ｒ）」及び「２ｄ（ｒ）」で示される図２ｃの例示的グラフは、これらのコレステリックフィルターの、分離された場合、それらのいくつかが結合された場合及びそれらがすべて結合された場合の、透過特性を模式的に示す。

図２ｂ及び２ｃで説明される実施態様は、例示的であり、コレステリック液晶層の数は２又は４に厳密に限定されるものではない。むしろ、コレステリック液晶層の数は、コレステリック液晶層の反射/透過及び/又は偏光特性を有するそれぞれの層を、好ましい選択に応じて、適用することができる。

図２ｄには、コレステリック液晶層２が反射モードで使用される、本発明の他の例示的実施態様に応じた本発明の作用原理を、模式的に示す。この場合、吸収層又は吸収体１２が、コレステリック液晶層２の一方側に配置されてよく、場合により又はその代わりに、反射防止層又はコーティング１３が、コレステリック液晶層２の反対側に配置されてよい。かかる構成により、一偏光方向だけが反射されることになる。

反射光を増加させるために、ひとつの左旋性偏光反射と他の右旋性偏光反射方向を持つ２つのコレステリック液晶層を使用してもよい。代わりに、図２ｅに示されるように、同じ円偏光反射方向の２つのコレステリック液晶層１４ａ及び１４ｂを、これらの２つのコレステリック液晶層間に設けた半波長遅延層１５と組み合わせて、用いることができる。

本発明の第１の側面によれば、スペクトル検出器１は、少なくともひとつのコレステリック液晶と結合して操作される切り替え手段を含む。かかる切り替え手段は、前記コレステリック液晶の反射バンドの位置及び/又は強さを変更することができる。本発明の例示的実施態様は、図１に示される。この切り替え手段は、コレステリック液晶層２をサンドイッチする２つの透明電極４を含み、電極４は特に可視光に透明である。そのような電極の好ましい例は、インジウムスズ酸化物の薄膜である。そのようなインジウムスズ酸化物電極は当該技術分野に知られており、場合により透明でありかつ導電性である。この電極手段４により、好ましくは液晶層間に電場を印加でき、それにより反射バンドの位置における可逆的変化及び/又は好ましくは液晶の反射バンドの強度の変化をもたらすことができる。他の可能性は、異なる光学的状態、例えば電磁スペクトル、例えば実質的に可視光の全波長バンドのある部分について、例えば好ましくは液晶層２に、好ましくは図１で示されるような電極を用いて実質的に異なる電圧を印加することにより完全に透過性及び反射性というような状態を切り替えることである。

他の方法は、好ましくは液晶材料に誘電加熱又は抵抗加熱することである。例えば、好ましくは液晶材料に亘って高周波電場を印加することで、材料は誘電損失の結果として加熱される。同様に電極を介して電圧を印加することで、電極の抵抗加熱が誘導される。従ってこのような抵抗加熱及び/又は誘電加熱により好ましくは液晶材料２のキラル分子のヘリックスピッチのゆっくりとした変化を誘導することができる。言い換えると、好ましくは液晶の反射波長バンドの位置及び/又は反射/透過の強さを、ゆっくりとした、しかも信頼性のある方法で、電場を連続的にスウイープすることで、制御することができる。そのような制御はまた、図１に示すような電極を用いて好ましくは液晶２に電圧を印加することもできる。

電極４と電力源等（図示されず）との結合のための配線、回路等は本発明を説明する上で図１からはずしてある。

本発明のさらなる例示的実施態様では、切り替え手段は、コレステリック液晶材料の反射波長の位置を変化させるために、コレステリック液晶材料のキラル分子のヘリックスピッチの大きさ及び/又は方向につき変化を誘導するために、張力、磁場及び/又は圧力を適用することができる。ヘリックスピッチの方向とは、コレステリック液晶材料のヘリックス軸の一般的方向を意味する。

図３は、本発明の例示的実施態様の作用原理を説明する模式的グラフである。グラフで、図２ａ−２ｅに説明されるようなコレステリック液晶フィルターの透過/反射特性が、温度Ｔの数で示される。さらに、グラフで、どのようにして、透過波長バンドが、温度が増加するに従い、より高い波長λにシフトするかが模式的に示される。グラフの曲線は左から右へ温度が増加するように示される。従って、図３で示されるもっとも低い温度では、透過/反射波長バンドはλｂ付近、これは青色可視光（〜０．４７μｍ）であるが、温度が上がるにつれて、さらに透過波長バンドはλｇ（緑色可視光、〜０．５μｍ）、λｙ（黄色可視光、〜０．５８μｍ）、λｏ（オレンジ可視光、〜０．６０μｍ）及びλｒ（赤色可視光、〜０．７０μｍ）となる。

本発明の第１の側面及びその実施態様による、次の本発明のスペクトル検出器に含まれるコレステリック液晶層の異なる例示的実施態様が記載される。既に説明した通り、異なる光学的状態、例えば電磁スペクトル、例えば実質的に可視光の全波長バンドのある部分について、例えば好ましくは液晶層２に、好ましくは図１で示されるような電極を用いて実質的に異なる電圧を印加することにより完全に透過性及び反射性というような状態間を切り替えることである。

本発明の例示的実施態様によれば、複数のコレステリック液晶層は、ひとつの層を他の層の上に設けるスタックのように設けることができる。ここでは、それぞれの層は、上記方法、好ましくはそれぞれの層に、好ましくは他の層とは独立して電場を印加することで、それぞれの光学的状態を切り替えられる。さらに、それぞれの液晶層は一般的に、透過特性を持つ。例えば透過波長バンドの位置であり他の層のものとは異なる。それぞれが個々に異なる光学状態を切り替え可能であり、かつ特定の透過特性を有する液晶層の組み合わせを用いることで、複数の液晶層を含む装置全体の光の反射波長バンドは、図４ａ―４ｄに模式的に示されるように、ひとつ又はそれ以上の液晶層をオン又はオフで切り替えることで制御することが可能となる。

図４ａ−４ｄには、コレステリック液晶層のスタックが左に示される。この特別の例示的実施態様は、４つのコレステリック液晶層をもち、ａ、ｂ、ｃ及びｄと文字が付されている。図４ａ−ｄで各層は、「オン（ＯＮ）」、「オフ（OFF）」なる言葉で示される、切り替えオンオフでの種々の状態にある。図４ａ−ｄの４つの例示的場合として、スタックを通過する光の例示的波長スペクトルがぞれぞれの図の右に示される。図４ａ−ｄに説明される実施態様の内容において、光は図４ａ―４ｄで示されるスタックの側面からスタックに最も長い層スタックの上から下へ、入射するようにされている。

本発明の他の実施態様によれば、コレステリック液晶層は、お互いに近接してひとつの層を形成するように配置され、そのように形成された層のそれぞれの層は、他の層の少なくともひとつとは相対的に異なるスペクトル応答を有する。この構成により、コレステリック光学フィルターの反射波長バンドは、コレステリック液晶フィルターで、位置につき変化させることができる。このように形成された全層又はそれぞれ個々の層は、異なる光学的状態間を切り替え可能とするように構成することができる。

図５は、本発明の例示的実施態様の模式的側面図である。本発明の例示的実施態様による本発明スペクトル検出器１は、番号８で示されるフォトディテクター又はフォトセンサアレイを含み、フォトセンサアレイ８は好ましくは可視光を含む電磁放射線を感受することができる。図５のスペクトル検出器１はさらに、２つの偏光板３であってお互いに交差するように設けられ、その間にコレステリック液晶層２をサンドイッチする偏光板３と、ひとつの光方向選択層７を含む。ここで光選択層７は、分割されていくつかの区分を持ち、少なくともひとつの区分が、光方向選択層７の他の区分と比べて異なる方向を持つスペクトル検出器１への入射光を選択することが可能なように設けられている。光方向選択層は例えば、ひとつ又はそれ以上の吸収コリメータ、プリズム等を含む。一般的に、それぞれの区分が、光方向選択層７の他の区分と比べて異なる方向を持つスペクトル検出器１への入射光を選択することが可能である。フォトディテクターアレイ（図示されず）の画素は、光方向選択層７の分割部分又は区分に沿って配置され、入射光の異なる角度を持つ光方向と関連付けできる。言い換えると、スペクトル検出器は、入射光の角度の関数としてスペクトル情報を得ることを可能とする。この構成で、光スペクトルの方向付けられたスキャンが可能となる。好ましくは、フォトディテクタアレイ８は、１又はそれ以上のフォトダイオードアレイ（電荷結合装置（ＣＣＤ））及びフォトトランジスタアレイを含む。しかし、フォトディテクターアレイはこれらの選択に限定されない。本発明の第１の側面又はその実施態様の機能を達成可能な、いかなるフォトディテクターアレイも本発明の範囲に含まれると考えられる。さらに、フォトディテクタアレイと処理ユニット、制御ユニット、分析装置等（図示されず）との結合のための配線、回路等は、本発明の説明目的の図５からは外した。

ここで説明したフォトディテクタアレイに設けられた光液晶フィルターは積層構造として記載されてきたが、他の構造であって例えば、限定されるものではないが曲がった光学フィルタ又は少なくとも２面を持つフィルタが挙げられる。

図６ａ及び６ｂは、本発明の例示的実施態様を説明する模式図である。照明システム１６は、光モデュール１８を含む。パネルとして構成された特別の実施態様によれば、光放射ダイオードのようないくつかの光源１９、及び本発明の第１の側面及びその実施態様によるスペクトル検出器１を含む。照明システム１６はさらに、照明ユニット１６の内部に設けられてもよく、好ましくは照明システム１６と一体化して構成されてもよく、又は照明システム１６と結合線のようなコネクタ２０を介して結合された外部装置として構成されてもよい、制御ユニット１７を含む。コネクタ２０は、制御ユニット１７と照明システム１６との間のワイヤレス通信リンクを含む、ということもまた考えられる。

照明システム１６は、照明モデュール１８のひとつ又はそれ以上のパラメータ又は性質に基づいて操作される。好ましくは、ひとつ又はそれ以上のパラメータは、光源１９から放射される光のカラーポイント及び演色評価値のひとつ又はそれ以上である。光モデュール１８を制御するために、制御ユニット１７が採用され、スペクトル検出器１を用いて少なくともひとつの測定を行う。そしてそのようになされた測定に基づき、光モデュールの少なくともひとつのパラメータを制御する。

従って、照明システム１６は、スペクトル検出器１による測定を適用することで、簡単かつ高い信頼性で、照明システムの操作及び照明特性を決定するパラメータを制御することを可能にする。

スペクトル検出器１は、照明モデュール１８内に、又は照明システム１６内のどこかに図６ａ―ｂに示されるように位置するように設けることができる。しかしまた、結合線のようなコネクタを介して照明システム１６に結合する外部装置（図示されず）として、照明システム１６の外に設けることも可能である。照明システムとの結合はまた、リモート結合であってよく、例えばＩＲ通信等である。また、光源環境内に複数の光モデュールを適用することも可能である。

本発明は、その特別の例示的実施態様を参照して説明されたが、多くの異なる変更、改良等もまた当該技術分野の熟練者には明らかであろう。記載された実施態様は、従って、特許請求の範囲に定義されるように、本発明の範囲を限定することを意図しているものではない。

さらに、特許請求の範囲にて、「ひとつの」なる用語は、複数を排除するものではない。又は特許請求の範囲のいかなる記号もまた、本発明の範囲を限定するように解釈されてはならない。

結論として、本発明は、電磁スペクトルの全部分の光特性を測定するためのスペクトル検出器に関し、コレステリック液晶材料及び前記コレステリック液晶材料のヘリックスピッチを変更可能とする切り替え手段を含み、透過波長バンドの位置が前記切り替え手段に応じて調節される。スペクトル検出器はさらに、ある角度でスペクトル検出器に入射する入射光を選択するために、少なくともひとつの光方向せ選択構成を含む。本発明はまた本発明のスペクトル検出器を含む照明システムに関する。

Claims (15)

1. 照明制御をするために可視光を検出するためのスペクトル検出器であり：
   少なくともひとつのコレステリック液晶混合物を含む層；
   前記層の少なくともひとつと結合して操作され、前記層に含まれるコレステリック液晶混合物のキラル成分のヘリックスピッチを変更する、少なくともひとつの切り替え手段；及び
   前記層の少なくともひとつと結合するフォトディテクターアレイ；
   を含み、
   前記少なくともひとつの切り替え手段が、コレステリック液晶層を加熱する及びコレステリック液晶層を照射する、のいずれかひとつ又はそれ以上に適合されており、
   前記コレステリック液晶層は反射モードで使用され、
   吸収層又は反射防止層が、前記コレステリック液晶層の一方側に配置される、
   スペクトル検出器。
2. 少なくともひとつの前記切り替え手段と操作上結合される、前記少なくともひとつのコレステリック液晶層の前記コレステリック液晶混合物が、サーモクロミックであるか、フォトクロミックであるか，及び前記少なくともひとつの層に電場が印加される場合に可視光のスペクトルの少なくとも一部が透過性であるかのうちいずれかひとつ又はそれ以上である、請求項１に記載のスペクトル検出器。
3. 少なくともひとつの前記切り替え手段と操作上結合される、前記少なくともひとつのコレステリック液晶層の前記コレステリック液晶混合物が、前記層の反射バンド位置が前記切り替え手段により変更可能であるか、前記層の反射バンド強度が前記切り替え手段により変更可能であるかのいずれか又は両方である、請求項１に記載のスペクトル検出器。
4. 前記少なくともひとつの切り替え手段が、コレステリック液晶層に亘り電場を印加するように適合される、請求項１に記載のスペクトル検出器。
5. 前記少なくともひとつの切り替え手段と結合する前記少なくともひとつのコレステリック液晶層が、前記コレステリック液晶層の少なくとも一部分のコレステリック液晶混合物が、前記コレステリック液晶層の他の部分のコレステリック液晶混合物のヘリックスピッチよりも相違するヘリックスピッチを持つ、請求項１に記載のスペクトル検出器。
6. 請求項１に記載のスペクトル検出器であり、さらに光方向選択層を含み、
   前記光方向選択層が複数の区分を有し、少なくともひとつの区分が、前記光選択層の他の区分と比べて異なる方向を持つ前記スペクトル検出器へ入射する光を選択することができるように設けられる、請求項１に記載のスペクトル検出器。
7. 請求項１に記載のスペクトル検出器であり、さらに少なくとも２つの偏光板を含み、前記偏光板が、光液晶混合物を含む少なくともひとつの層が、前記偏光板の少なくとも２つの間に設けられるように設けられ、及び前記少なくともひとつの偏光板が、前記他の偏光板の少なくともひとつに関して交差する方向を持つように設けられる、請求項１に記載のスペクトル検出器。
8. さらに少なくともひとつの円偏光板を含む、請求項１に記載のスペクトル検出器。
9. さらに少なくともひとつの吸収層を含む、請求項１に記載のスペクトル検出器。
10. さらに少なくともひとつの反射防止層を含む、請求項１に記載のスペクトル検出器。
11. さらに少なくともひとつの相遅延層を含む、請求項１に記載のスペクトル検出器。
12. さらに複数の層を含む請求項１に記載のスペクトル検出器であり、
    複数の層のそれぞれはコレステリック液晶混合物を含み、前記複数の層がお互いに近接して設けられひとつの複合層を形成し、前記複合層のそれぞれの層が、反射波長特性及び偏光特性に関連づけられ、前記複合層が、前記複合層を透過する光が、前記複合層に入射する光の偏光に依存しないように設けられる、請求項１に記載のスペクトル検出器。
13. 前記少なくともひとつの切り替え手段が、前記層に含まれるコレステリック液晶混合物のキラル成分のヘリックスピッチ又は方向の少なくともひとつを変更する、請求項１に記載のスペクトル検出器。
14. 制御ユニット；
    少なくともひとつの光源を含む少なくともひとつの光モデュールであって、前記少なくともひとつの光モデュールが複数のパラメータに応じて操作される光モデュール；及び
    請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のスペクトル検出器；を含み、
    前記制御ユニットが、前記スペクトル検出器を用いて少なくともひとつの測定を実行し、前記少なくともひとつの測定に基づき前記少なくともひとつの光モデュールの少なくともひとつのパラメータを制御する；
    照明システム。
15. 前記パラメータが、前記光源により照射される光のカラーポイント、及び前記光源により照射される光の演色評価数のひとつ又はそれ以上である、請求項１４に記載の照明システム。

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