KR0169101B1 - 무상 반사 집광기용 조명 시스템 - Google Patents

Abstract

제1오목경(20)은 제1반쪽 공간(15)내에서 광원(10)에 의해 방출된 광을 수집하고, 이 제1오목경에 가장 근접한 지점에 광원의 제1상(21)을 형성한다. 제1오목경(20)에 대향하여 위치한 더 큰 제2오목경(30)은 광원과 제1상으로 부터 제2상(32)과 제3상(33)을 형성한다. 제2상과 제3상은 무상 반사경(40)의 입구에 형성되며, 이 무상 반사경은 출구(44)를 통하여 균일하게 광을 방출한다.

Description

무상 반사 집광기용 조명 시스템

제1도는 본 발명의 원리를 도시한 개략적인 측단면도.

제2도는 구면경을 사용한 실시예의 개략적인 측단면도.

제3도는 타원경을 사용한 실시예의 개략적인 측단면도.

제4도는 무상 반사경과 조명 시스템의 개략적인 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 광원 20 : 제1오목경

21 : 제1상 30 : 제2오목경

32 : 제2상 25,35 : 곡률 중심

40 : 무상 반사경

본 발명은 무상 반사 집광기용 조명 시스템(illumination system for non-imaging reflective collector)에 관한 것이다.

특히 광 밸브 투영 시스템(light valve projection system)을 위한 조명 시스템은, 광원과 제1반쪽 공간(half space) 내의 상기 광원에 의해 방출된 거의 모든 광속(luminous flux)을 수집하고 제2대향 반쪽 공간을 향하여 상기 광속을 반사하도록 배치된 제1오목경을 포함하며, 상기 시스템은 상기 제2반쪽 공간내에서 상기 광원에 의해 방출된 거의 모든 광(light)뿐만 아니라 상기 제1오목경에 의해 상기 제2반쪽 공간으로 반사된 거의 모든 광을 수용하도록 배치된 입구(input aperture)를 가지는 무상 반사경(non-imaging reflector)도 포함한다.

무상 반사 집광기의 입구는 제2반쪽 공간 내에서 광원에 의해 방출된 거의 모든 광뿐만 아니라 제1오목경에 의해 제2반쪽 공간으로 반사되는 거의 모든 광을 수용할 수 있도록 위치되어 있다.

유럽 특허출원 제 0,322,069호에 기술된 제1오목경은 무상 반사 집광기의 입구와 접촉하고 광원으로부터 나온 광속을 직접 집광기의 입구로 반사한다. 모듈레이터(modulator)의 크기는 고정되고, 집광기의 출구에서 비임의 방사각이 최소로 유지되는 것이 바람직하기 때문에, 입구는 보통 상대적으로 작다. 에를 들면 공기 중에서 최대 방사각(Qx, Qy)이 +15도인 경우에, 가로 세로비가 4 : 3이고 대각선 길이가 48mm인 직사각형 광 밸브에 대해, 입구의 대각선 길이는 12mm이어야 한다. 이 계산은 유럽특허 출원 제 0,322,069 호에 더욱 상세히 공지되어 있다.

유럽특허 출원 제 0,322,069 호를 참고하여 설명하면, 이들 각도를 가능한 한 작게 유지하는 것이 목적이며, 다시 말해서 무상 반사경의 출구로부터 나오는 광은 규정된 크기를 갖는 모듈레이터를 조명해야 할 것이며, 최대 효과를 낼 수 있는 조명(illumination)은 모듈레이터 위치에서의 광빔의 크기가 모듈레이터의 크기와 일치할 때이며, 무상 반사경의 출구에서 강하게 발산하는 빔이 모듈레이터를 조명할 때, 오버필(overfil ; 광빔의 크기가 모듈레이터의 크기보다 더 커지는 현상)로 인하여 광의 일부를 잃게 된다.

또한 유럽특허 제 0,322,069(본 출원서에서는 종래 기술로 언급함) 호에서는, 무상 반사경의 사용에 대해 제안되어 있으며, 이 무상 반사경은 기하학적인 관계를 만족시키며 또한 이 무상 반사경의 입구는 광원에 의하여 조명된다. 효율적인 면에서, 광원은 2차원 출구를 가져야 하며, 이렇게 하기 위하여 무상 반사경의 입구와 일치하는 출구를 갖는 반사 집광기(reflective collector)에서 광원은 램프로 구성되며, 또한 오목경이 램프로부터의 광을 무상 반사경의 입구로 직접 반사한다. 그러한 광원은 주위에 반사 집광기를 갖는 아크 램프(arc lamp)를 이용하여 제작될 수도 있다. 광원으로부터 나오는 모든 광선(90°까지의 일탈각에서 조차도)은 무상 반사경의 기하학적인 형상에 의하여 결정된 일탈각(deviation angle) 범위내에서 무상 반사경의 출구로부터 나온다. 이러한 조처로 모듈레이터는 균일하게 조명하게 된다.

그러나 이렇게 하고도 광원의 크기에 대한 문제와 무상 반사경으로부터 방출된 광이 상대적으로 넓게 발산된다는 문제가 남아 있으며, 다시 말해서 모듈레이터의 크기는 정하여져 있고 무상 반사경의 출구를 빠져나오는 빔의 방출 각도를 최소로 유지하는 것이 바람직하기 때문에, 무상 반사경의 입구는 상대적으로 작게 만드는 것이 일반적이다. 또한 광 손실을 피하기 위해서는 광원은 상대적으로 작게 만들어져야 한다.

무상 반사경의 출구에서 방출된 광의 발산을 제한하고 그 효율을 최적화시키며 광원 크기 제한에 대한 문제를 해결하기 위해서, 본 출원은 세로운 조명 시스템을 제안하며, 이 조명 시스템은 무상 반사경의 입구에서 광원의 상(image)을 형성하도록 형상화된 2개의 오목경의 조합을 통해 사용되도록 제안한다.

본 발명의 주목적은 광원의 크기에 제한받지 않으며, 집광 효율을 높이고 무상 반사경으로부터 방출된 광의 분산을 제한하는 것이다.

본 발명에 있어서 상기 제1오목경은 이 제1오목경에 가장 근접하여 상기 광원의 제1상을 형성하도록 형상화되어 있고, 상기 시스템은 제2반쪽 공간 내의 광원에 의해 방출된 모든 광뿐만 아니라 제1오목경에 의해 상기 제1상을 통하여 상기 제2반쪽 공간으로 반사되는 모든 광을 수집하도록 위치된 제2오목경도 포함하고, 상기 제2오목경은 그로부터 떨어진 지점(a point remote)에 상기 광원의 제2상을 형성하고 상기 제2상에 가장 근접하는 지점에 제3상을 형성하도록 형상화되어 있고, 상기 제3상은 상기 제1상으로부터 형성되어지고, 상기 입구는 광원의 제2상 및 제3상으로부터 거의 모든 광을 수용한다.

본 발명에 따른 조명 시스템에서, 광원의 크기는 제1오목경이 무상 반사경의 입구와 접촉하므로써 발생되는 크기에 제한받지 않으며, 최대 집광효율을 얻을 수 있으며 무상 반사경으로부터의 확산을 제한할 수 있다. 그러므로 제1오목경 출구는 무상 반사경의 입구보다 상당히 커도되며, 그 결과 이용할 아크 램프(arc lamp)의 덮개를 쉽게 적용하여 양질의 상을 만들 수 있으며 무상 반사경의 입구에서 최대 집광 효율을 얻게 된다. 또한 좀 더 큰 오목경을 사용하므로써, 덮개가 너무 근접하여 적용될 때 발생하는 가열 문제를 해결한다.

양호한 실시예에 있어서, 제1오목경 및 제2오목경의 형상은 제2및 제3상이 무상 반사경의 입구에 의해 수용되도록 형상화되어 있다.

제1오목경은 이 오목경의 곡률 중심에 가장 근접하여 배치된 광원을 구비하는 구면경(spherical mirror)일 수도 있다. 또한 제2오목경도 제1오목경의 곡률 중심으로부터 입구를 향하여 주어진 거리만큼 떨어진 곡률 중심을 갖는 구면경일 수도 있다. 그러므로 제2상 및 제3상은 광원으로부터 주어진 거리의 거의 두 배 거리에 있는 지점 가까이에 초점이 맞추어 진다. 바람직하게는, 곡률 중심과, 광원과, 모든 상들은 대체로 공유면(common plane)에 놓인다.

다른 양호한 실시예에서, 제2오목경은 광원에 인접한 제1초점과 무상 반사경에 인접한 제2초점을 가지는 타원경(elliptical mirror)이다. 또한 제1오목경은 광원에 제1초점을 그리고 제1상에 제2초점을 가지는 타원경일 수도 있다. 양 오목경이 타원인 경우에는 이들 주축(major axes)은 적어도 거의 일치한다.

제1도 내지 제3도는 조명 시스템의 양호한 실시예의 광의 방출 경로를 도시하고 있다. 이 시스템은 광원(10)과, 제1오목경(20)과, 제2오목경(30)과, 무상 반사경(40)을 포함한다. 제1도를 참조하면, 제1오목경(20)은 구형이고, 광원(10)은 그것의 곡률 중심(25)에 배치되어 있다. 광원(10)은 광을 제1반쪽공간(15) 내로 방출하여 곡률 중심(25)에서와 동일한 지점에 제1상(21)을 형성한다. 또한 광원(10)은 광속을 제2반쪽 공간(16) 내로 그리고 역시 구형인 제2오목경(30)을 향해 방출한다. 제2오목경(30)은 무상 반사경(40)의 입구(42)에 광원(10)의 제2상(32)을 형성하고, 이 무상 반사경은 출구(44)에서 LCD(50)와 같은 모듈레이터를 향해 방출하는 광을 수집한다. 제1오목경(20)의 곡률 중심(25)뿐만 아니라 제2상(32)은 둘 모두가 제2오목경(30)의 곡률 중심(35)에서 동일한 거리에 있다는 것과, 상과 곡률 중심은 일반적으로 공유 평면인 것도 주목해야 한다. 그러나 제1도의 기하학적으로 단순한 실시예에 있어서의 문제점은 제1상(21)이 광원(10)과 동일한 위치에 있으므로 반사경(40)에 완전한 상을 만들지 못할 것이며, 즉 실제로 광원(10)은 자신의 광을 흡수한다. 광원 자신을 통하여 상을 만들 수는 있으나 거의 이용할 수 없다는 것을 주목해야 한다.

제2도는 형상이 구형인 제1오목경(20)과 제2오목경(30)을 다시 도시했으나, 여기서 광원(10)은 제1상(21)이 광원(10)으로부터 곡률 중심(25)에 대향하여 형성되도록, 곡률 중심(25)에서 벗어나 있다. 광원(10)은 일반적으로 실린더형 유리 덮개(13)(제4도)에 의해 둘러져 있는 아크 램프(arc lamp;12)를 포함하므로 곡률 중심(25)으로부터 아크 램프의 간격은 덮개의 곡률 반경보다 약간 더 크다. 그러므로 제1상(21)은 광원(10)에 떨어져 있으며 제3상(33)을 형성하도록 제2오목경(30)에 의해 상이 만들어진다. 광원(10)과 제1상(21)이 곡률 중심(25)으로부터 벗어나 있으므로, 제2상(32) 및 제3상(33)은 벗어난 정도에 비례하여 희미하게 형성된다. 어째든 상(32,33)의 선명도는 특별하게 중요하지 않는데, 그 이유는 무상 반사경(40)의 해상력(definition)이 상을 효율적으로 전달하는 것에는 무관하고, 광원(10)으로부터 반사경(40)의 입구(42)에 가능한 한 많은 광속을 전달하는 것만이 중요하기 때문이다. 미국 출원 제137,049호와 일부 계속 출원에 기술한 바에 따라, 광속(광)은 그후 출구(44)로부터 최소 일탈각(Qx, Qy)으로 모듈레이터(50)를 통해 전달된다.

제3도의 실시예는 형상이 타원인 오목경(20,30)을 이용함으로써 제2도의 실시예의 효율을 조금 더 개선하는 것이다.

제1오목경(20)은 제1초점(26)과 제2초점(27)을 가지는 반면 제2오목경(30)은 제1초점(36)과 제2초점(37)을 가진다.

광원(10)이 제1초점(26)에 위치하므로 제1상(21)은 제2초점(27)에서 형성된다. 초점(26,27)은 상(21)이 램프로부터 방해없이 형성되도록 하기 위해서 충분한 거리만큼 초점(36)의 양측으로 이격되어 있다. 광원(10)과 제1상(21) 모두는 제2오목경(30)의 제1초점(36)에 인접해 있으므로, 이들은 각 제2상(32)및 제3상(33)을 만든다. 상(32,33)은 무상 반사경(40)의 입구(42)에서 제2초점(37)에 인접해 있다. 타원의 주축은 거의 동일하며 그러므로 모든 초점(26,27,36,37)은 거의 공유면에 놓이게 된다.

Claims (9)

1. 광 밸브 투영 시스템을 위한 조명 시스템에 있어서, 광원(10)과 제1반쪽 공간(15) 내의 상기 광원(10)에 의해 방출된 모든 광속을 수집하고 제2대향 반쪽 공간(16)을 향하여 광속을 반사하도록 배치된 제1오목경(20)을 포함하며, 상기 시스템은 또한 상기 제2반쪽 공간(16) 내에 상기 광원(10)으로 방출된 모든 광뿐만 아니라 상기 제1오목경(20)에 의해 상기 제2반쪽 공간(16) 내로 반사된 모든 광을 수용하도록 배치된 입구(42)를 가지는 무상 반사경(40)도 포함하므로써, 상기 제1오목경(20)은 제1오목경(20)에 가장 근접하여 상기 광원(10)의 제1상(21)을 형성하도록 형상화되어 있고, 상기 시스템은 또한 제2반쪽 공간(16) 내에 광원(10)으로 방출된 모든 광뿐만 아니라 제1오목경(20)에 의해 상기 제1상(21)을 통하여 상기 제2반쪽 공간(16)으로 반사되는 모든 광을 수집하도록 위치된 제2오목경(30)도 포함하고, 상기 제2오목경(30)은 이 제2오목경으로부터 떨어진 지점에 상기 광원(10)과 제2상(32)을 형성하고 상기 제2상(32)에 가장 근접하는 지점에 제3상(33)을 형성하도록 형상화되어 있고, 상기 제3상(33)은 제1상(21)으로부터 형성되어지고, 상기 입구(42)는 광원(10)의 제2상(32) 및 제3상(33)으로부터의 거의 모든 광을 수용하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1오목경(20) 및 제2오목경(30)은 상기 제2상(32) 및 제3상(33)이 무상 반사경(40)의 입구(42)에 의해 수용되도록 형상화된 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1오목경(20)은 곡률 중심(25)을 가지는 구면경이며, 상기 광원(10)은 상기 곡률 중심(25)에 인접하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 제2오목경(30)은 상기 제1오목경(20)의 곡률 중심(25)으로부터 상기 입구(42)를 향해 주어진 거리만큼 떨어진 곡률 중심(35)을 가지는 구면경이고, 이로 인하여 상기 제2상(32) 및 제3상(33)은 광원(10)으로부터 상기 주어진 거리의 두 배되는 점 가까이서 초점이 맞추어지는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 광원(10)과, 상기 곡률 중심(25,35)과, 상기 모든 상(21,32,33)은 공유면에 놓이게 되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 제2오목경(30)은 구면경인 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2오목경(30)은 상기 광원(10)에 인접한 제1초점(36)과 상기 무상 반사경(40)의 상기 입구(42)에 인접한 제2초점(37)을 가지는 타원경인 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 제1오목경(20)은 상기 광원(10)에서 제1초점(26)과 상기 제1상(21)에서 제2초점(27)을 가지는 타원경이며, 제1오목경(20) 및 제2오목경(30)의 주축은 적어도 일치하는 것을 특징으로 조명 시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 제1오목경(20)은 상기 광원(10)에 인접한 초점(26)을 가지는 타원경인 것을 특징으로 하는 조명 시스템.

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