KR100654018B1 - 광섬유 루미네어 - Google Patents

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KR100654018B1
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Abstract

광섬유 루미네어가 광원(20)으로부터 그 길이를 따라 광에너지를 연결시키도록 배열된다. 광섬유 루미네어(10)는 그 길이를 따라 분포되는 다수의 광방향변경 구조물(14)을 포함한다. 광방향변경 구조물(14)은 비산란 구조물이 선호되고, 마이크로프리즘, 마이크로패싯, 마이크로그루브, 그리고 마이크로미터를 포함한다. 광섬유 루미네어는 여러 형태를 가질 수 있고 일반화된 광분포 패턴을 제공한다.

Description

광섬유 루미네어{FIBER OPTIC LUMINAIRE}
본 발명은 루미네어(luminaires)에 관한 것이고, 특히 여러 다른 구조에 적용가능하면서도 제어되는 광 분포를 가지는 광섬유 루미네어에 관한 것이다.
광 전도, 광 정형, 그리고 광 분포 구조가 공지되어 있다. 가령, 광원으로부터 광섬유 케이블을 따라 광 에너지를 루미네어(luminaire)에 연결하는 것이 공지되어 있다. 광원은 광 에너지 소스를 제공하고, 루미네어는 광에너지를 바람직한 세기와 원하는 패턴으로 분포시킨다. 광섬유 케이블은 광원으로부터 루미네어까지 광 에너지를 전송하는 도관(conduit)을 제공한다. 광섬유 케이블의 광분포를 제공하는 것이 또한 알려져 있다. 이러한 광섬유 케이블은 섬유 길이를 따라 광에너지가 연결되도록 표면으로부터 외향으로 광에너지를 산란시킨다. 이 섬유들이 광에너지를 산란시키기 때문에, 광에너지 분포를 제어할 필요가 없다(거의 제어하지 않는다). 따라서, 광분포의 세기는 섬유 길이를 따라 변한다.
광 파이프 역시 광 분포 장치의 장치를 찾는 소자이다. 광 분포 광 파이프는 광원으로부터 그 구조물을 따라 광에너지를 연결하도록 배열된다. 따라서, 광파이프는 원하는 패턴으로 그 구조물로부터 광에너지를 분포시키도록 배열된다. 이 방식으로, 광파이프는 도관 및 루미네어로 작용한다. 광 파이프는 특정 광분포 장치 용으로 만들어지는 것이 일반적이다. 가령, 액정 디스플레이(LCD)에 배경광을 제공하기 위한 미국 특허 제 5,050,946 호에 광파이프가 공개된다. 유사한 장치가 미국 특허 제 5,295,048 호, 5,394,255 호, 5,390,276 호, 5,594,830 호, 5,600,455 호, 그리고 5,600,462 호에 공개되어 있다. 광 파이프 이용의 또다른 예는 자동차의 기구 클러스터 발광(instrument cluster lightening)이다.
미국 특허 제 5,050,946 호에 공개되는 광파이프 장치에서, 평면 상부면을 통해 균일하게 광에너지를 반사하기 위해 평면 후면이 사용된다. 앞서의 나머지 특허들은 LCD 배경광을 제공하기 위해 광원으로부터 평면 패턴으로 광에너지를 연결하고 분포시키는 유사한 배열을 공개한다. 또한, 모든 이러한 배열은 평면 광분포 장치로 제한된다.
정확한 광분포를 제공하면서 구조 및 구축에 더 큰 유연성을 제공하는 루미네어 장치가 필요하다.
본 발명의 선호되는 실시예에서, 광섬유 루미네어는 외면, 길이, 그리고 광유입면을 가지는 광섬유를 포함한다. 광원은 광에너지의 소스를 제공하며, 유입면에 인접한 위치에 배치된다. 광원으로부터의 광선은 유입면에서 광섬유로 연결된다. 광섬유는 섬유 길이를 따라 외면 내에서 광선을 전도시킨다. 외면은 다수의 비산란 광방향변경 구조물(non-scattering light redirecting structures)로 형성된다. 광방향변경 구조물은 섬유 길이의 함수로 변하는 분포 밀도를 가진다. 각각의 광방향변경 구조물은 입사되는 광선을 외면을 통해 방향변경시키도록 배열된다.
본 발명의 또하나의 선호되는 실시예에 따라, 광분포 소자는 광섬유핵(optic fiber core)을 포함한다. 광섬유 핵은 외면, 길이, 그리고 유입면을 가진다. 유입면은 광원으로부터 상기 광섬유로 광선을 연결시킨다. 광섬유는 외면 내에서 섬유 길이를 따라 광선을 전도시킨다. 외면은 다수의 광방향변경 구조물로 형성되고, 각각의 광방향변경 구조물은 입사되는 광선을 외면을 통해 방향변경시킨다. 광학관(optical capillary)이 광섬유핵을 둘러싼다. 광학관은 광섬유핵으로부터 분포되는 광선을 산란시킨다.
본 발명의 또하나의 선호되는 실시예에서, 광섬유 루미네어는 광섬유핵(optic fiber core)을 포함한다. 광섬유핵은 외면, 길이, 그리고 유입면을 포함하고, 유입면은 광원으로부터 광섬유핵으로 광선을 연결시킨다. 광섬유핵은 섬유핵 길이를 따라 상기 외면 내에서 광선을 전도시킨다. 광학관(optic capillary)은 광섬유핵을 둘러싼다. 광학관은 내관면(inner capillary surface)과 외관면(outer capillary surface)을 가진다. 내관면은 광섬유핵과 광학핵 사이에 환상의 챔버를 형성한다. 내관면은 또한 다수의 광방향변경 구조물로 형성된다. 각각의 광방향변경 구조물은 광방향변경 구조물에 인접한 위치에 광섬유핵으로부터 광선 누출을 일으키고, 광학관은 누출된 광선을 산란시킨다.
본 발명의 또다른 선호되는 실시예에서, 조명 장치는 광섬유 루미네어를 수신하도록 배열되는 장치 하우징을 포함한다. 광섬유 루미네어는 광섬유를 포함한다. 광섬유는 외면, 길이, 그리고 유입면을 가진다. 유입면은 광원으로부터 상기 광섬유로 광선을 연결시키고, 광섬유는 섬유 길이를 따라 상기 외면 내에서 상기 광선을 전도시킨다. 외면은 또한 다수의 광방향변경 구조물로 형성된다. 각각의 광방향변경 구조물은 입사되는 광선을 상기 외면을 통해 방향변경시킨다.
도 1은 광섬유 루미네어의 사시도.
도 2는 도 1의 선 2-2에 의해 표시되는 바와 같이 도 1에 도시되는 광섬유 루미네어의 일부를 따라 취해진 단면도.
도 3은 광방향변경 구조물과 연계된 광세기 변화를 도시하는, 도 1에 도시되는 광섬유 루미네어 일부의 도면.
도 4는 토로이드 형태로 형성되는 광섬유 루미네어의 사시도.
도 5는 본 발명의 대안의 선호되는 실시예에 따른 광섬유 루미네어의 사시도.
도 6은 도 5의 선 5-5를 따라 취해진 도 5의 광섬유 루미네어의 단면도.
도 7은 도 6에 도시되는 광섬유 루미네어의 선택적인 배열의 단면도.
도 8은 본 발명의 대안의 선호되는 실시예에 따른 광섬유 루미네어의 단면도.
도 9는 본 발명의 추가적인 대안의 선호되는 실시예에 따른 광섬유 루미네어의 사시도.
도 10은 본 발명의 대안의 선호되는 실시예에 따른 광섬유 루미네어의 사시도.
도 11은 광섬유 루미네어의 락-실린더의 단면도.
도 12는 도 11의 선 12-12를 따라 취해진, 도 11에 도시되는 락-실린더의 정면도.
도 13은 여러 광섬유 루미네어와 함께 배열되는 조명 간판의 정면도.
(도면의 부호 설명)
10, 110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810 ... 광섬유 루미네어
12, 112, 412 ... 광섬유
14, 114, 214, 450 ... 광방향변경 구조물
16, 116, 216, 316 ... 외면
18, 118, 119, 218 ... 유입면
20, 120 ... 광원
22, 122, 222, 322, 458 ... 광선
212, 312, 412 ... 광섬유핵
224, 324, 424 ... 광학관
1. 개요
광섬유 루미네어가 광원으로부터 광섬유 루미네어 길이를 따라 광선을 연결하도록 배열된다. 광섬유 루미네어는 광섬유 루미네어 길이를 따라 배열되는 다수의 광방향변경 구조물을 가지도록 또한 배열된다. 광방향변경 구조물은 광섬유 루미네어로부터 광을 균일하게 분산시킨다. 광방향변경 구조물로는 비-산란 구조물이 선호되고, 마이크로프리즘, 마이크로패싯(microfacet), 마이크로그루브(microgroove), 그리고 마이크로미터와 같은 구조물을 포함한다. 광섬유 루미네어는 여러 형태로 배열될 수 있다. 광섬유 루미네어는 또한 그 표면과 길이를 따라 배치되는 광학관(optical capillary)을 포함할 수 있다. 광섬유 루미네어와 광학관은 고유한 광분포 패턴을 제공하기 위해 광반사 및 광집광 구조물로 배열될 수 있다.
2. 광섬유 루미네어
도면의 도 1에서, 본 발명의 선호되는 실시예에 따른 광섬유 루미네어(10)는 그 길이 L을 따라 분포되는 다수의 광방향변경 구조물(14)로 형성되는 광섬유(12)를 포함한다. 광섬유(12)는 외면(16)과 유입면(18)을 포함한다. 유입면(18)은 광원(20)과 인접하게 배치된다. 광원(20)은 광에너지 소스를 제공하고, 광에너지는 유입면(18)에서 광섬유(12)에 연결되며 전반사(TIR)에 따라 광섬유(12) 길이를 따라 전도된다. 광원으로부터 광섬유 루미네어(10)로 광에너지를 효율적으로 연결시키기 위해 광에너지 커플러(도시되지 않음)가 사용될 수 있다.
광섬유(12)를 따라 전도되고 광방향변경 구조물(14)에 입사하는 광에너지 일부를 외면(16)을 통해 방향변경시키기 위해 각각의 광방향변경 구조물(14)이 배열된다. 도 1과 도 2의 선호되는 실시예에서, 광방향변경 구조물(14)은 외면(16) 내에 형성된다. 광섬유(12)의 하부에 위치하는 것으로 도 2에 도시되는 바와 같이 광방향변경 구조물(14)이 외면(16) 주위에 모두 형성될 수 있다. 광방향변경 구조물(14)은 외면(16)을 따라 원주형으로 연속적일 수 있지만, 도 1의 점선으로 표시되는 바와 같이 불연속일 수도 있다. 아래에서 보다 상세히 설명되겠으나, 광 섬유 루미네어(10)로부터 광선(22)이 균일하게 분포되도록 광방향변경 구조물(14)이 광섬유(12)의 길이 L에 대해 분포되는 것이 선호된다. 즉, 광섬유 루미네어(10)로부터 방사되는 광에너지는 그 길이를 따라 균일하다.
광방향변경 구조물(14)로는 외면(16) 내에 형성되는 마이크로프리즘, 마이크로패싯, 마이크로그루브, 또는 마이크로미터 구조물이 선호되고, 본 실시예에서 광방향변경 구조물(14)은 도 2의 마이크로패킷과 같이 도시된다. 이러한 관점에서, 광방향변경 구조물(14)은 비-산란성 구조를 가진다. 따라서, 광방향변경 구조물(14)에 입사되는 광선(24)은 내부적으로 반사되지 않는 각도로 산란없이 광선(23)과 같이 반사된다. 그래서 광선(22)과 같이 외면(16)을 통해 외부로 나간다. 광방향변경 구조물(14)에 입사되지 않는 광선(26)과 같은 추가적인 광선은 전반사에 따라 광섬유(12) 길이를 따라 진행해 나간다.
광산란 광섬유에 대해 본 발명의 특별한 장점은 광방향변경 구조물(14)이 광섬유(12)의 길이 L을 따라 분포되어, 광섬유 루미네어(10)의 전체 길이에 대해 균일한 광분포를 제공할 수 있고, 또는 광섬유 루미네어(10)를 따라 여러 위치에서 다른 분포 세기를 가지는 일반화된 광분포를 제공할 수 있다는 것이다. 광산란 광섬유는 이러한 제어를 제공하지 않아서, 조정가능한 광분포를 제공할 수 없다. 도 2를 참조로 할 때, 광방향변경 구조물(14)은 광섬유(12)를 따라 간격 ΔZ만큼 종방향으로 이격된다. 본 발명의 선호되는 실시예에 따라, 광섬유 루미네어(10)의 전체 길이에 대해 균일하게 광을 분포시키기 위해, ΔZ는 전체 길이 L을 가지는 광섬유(12) 위치의 함수로 변한다. 광방향변경 구조물(14)은 위치 z의 외면(16)에 대해 연속적일 필요가 없다. 그리고 이 비연속성은 도 1에서 점선으로 도시된 바 있다. 입사광 I0가 유입면(18)을 통해 광섬유(12)에 진입하고, I는 스칼라 길이 l을 지난 광에너지의 세기이며, dl은 스칼라 길이 l의 미세량을 의미한다. 도 3은 광방향변경 구조물(14)과 상호작용하는 광선의 결과로 광섬유(12)로부터 조명되거나 누출되는 광에너지의 일부인 dI와, dl을 도시한다. 도시되는 형태에서, I는 길이 dl에 대해 dI만큼 감소되는 광섬유(12) 좌측에 진입하는 광에너지의 세기이다. 광누출 -dI가 I에 비례하여야한다는 것을 표시하는 방정식(1)이 형성된다.
-dI = aIρdz (1)
광누출 dI는 길이 dl뿐 아니라 광방향변경 구조물(14)의 밀도 ρ와도 비례한다. 비례상수 a는 아래에서 설명될 것이다. 밀도 ρ는 단위 증가 거리 dl당 광방향변경 구조물의 수 dN이고, 이는 방정식 (2)로 주어진다.
ρ = dN/dl (2)
그러므로 ρ의 단위는 구조물/cm이다. 광에너지 세기 I는 l=0일 때 I0와 같고, Nt는 광방향변경 구조물의 총수이다. 균일한 광분포를 유지하기 위해, dI는 dz에만 비례하여야한다. 광이 광섬유(12)를 따라 진행함에 따라 광에너지 세기 I가 감소하므로, z는 이에 따라 증가하여야 한다. 방정식 (3)에서 상수 A는 균일한 분포 조건에 대해 값 I를 대체한다.
dI = -aAdz (3)
a와 A가 모두 상수이므로, 방정식(3)에 의해 다음을 얻을 수 있다.
I = I0 - aAdz
방정식 (5)는 그루브의 밀도가 방정식 (4)로 나누어지는 상수와 같다는 것을 나타낸다.
ρ = A/I = A/(I-I0aAz) (5)
따라서, ρ는 z의 함수이고, 최초 밀도 P0로부터 단일톤(monotonic)으로 증가한다.
앞서 언급한 바와 같이, A와 a는 상수이고, 그리고
-dI = aI(dN/dz)dz = aIdN (6)
방정식 (6)을 통합하며, (7)을 얻을 수 있다.
I = I0e-aN (7)
방정식 (8)은 a를 정의한다.
a = (-dI/I)/dN (8)
dI/I는 무한소 길이 dl 당 상대적인 누출을 나타내고, dN은 무한소 길이 dl당 그루브의 수를 나타낸다. 따라서, a는 광방향변경 구조물 당 광에너지의 퍼센트 분포이다. 길이 z = L(광섬유(12)의 총길이)에서 광에너지 세기 I가 0이 선호될 경우, 즉, 광섬유(12)의 단부에서 모든 광에너지가 외면(16)을 따라 반사되었을 경우, 방정식 (9)를 얻을 수 있다.
aA = I0/L (9)
방정식 (9)는 총 길이 L에서의 밀도가 무한대에 도달할 수 없기 때문에 싱귤레리티(singularity)를 나타낸다. 실용적 용도로, 광섬유(12)의 끝단까지 광에너지의 5% 이상이 줄곧 연결될 것이다. 광에너지의 5%가 광섬유(12) 끝단에 유지될 경우, 방정식 (7)에 의해 aN = 3이다.
aN = 3 →I = I0e-3
Figure 112001003598819-pct00001
0.05I0 (10)
앞서 언급한 바와 같이, 광섬유(12) 끝단 좌측에서 높은 밀도가 낮은 광에너지를 가져오지만, 이 상황은 광방향변경 구조물(14)을 소형화하는 물리적인 가능성으로 인해 제약될 수 있다. 더욱이, 끝단에 남아있는 광에너지를 광원을 향해 다시 반사시키기 위해 거울이 끝단에 위치할 수 있다.
광방향변경 구조물(14)의 전체수 Nt는 방정식 (11)로 나타낼 수 있고, 이때 광섬유(12)의 길이 L은 광방향변경 구조물(14) 간의 평균 거리 ΔZ로 나누어진다.
Nt = L/ΔZ (11)
다음의 예에서, 광방향변경 구조물(14)간의 평균 거리 ΔZ는 총광섬유 길이 20cm에 대해 100 미크론으로 주어지고, 그래서 방정식 (12)에 도시되는 바와 같이 대략 2000개의 광방향변경 구조물을 가지게 된다.
Nt = 20cm/100㎛ = 200mm/0.1mm = 2000 (12)
Nt가 알려지고 aNt = 3이므로, a는 방정식 (13)에서와같이 계산될 수 있다.
a = 3/2000 = 1.5(10-3) = 0.0015 (13)
따라서, 각각의 광방향변경 구조물에 의해 반사되는 전체 광에너지의 평균 백분율은 주어진 예에서 1.5 x 10-3이다.
광방향변경 구조물(14)은 단일 대상을 들어 기술되었다. 광방향변경 구조물(14)이 마이크로프리즘, 마이크로패싯, 마이크로그루브, 마이크로미터, 그리고 그 여러 조합의 클러스터(cluster)를 나타낼 수도 있다. 이 관점에서, 각각의 클러스터에 대해 a는 상수이고, ΔZ는 클러스터당 평균 거리이며, Nt는 클러스터의 총수이다.
앞서의 설명에 의해 얻을 수 있는 것은 광섬유 루미네어가 조정이 용이한 광분포를 가진다는 점이다. 광방향변경 구조물(14)의 총수, 밀도, 평균 누출, 그리고 분포를 제어함으로서, 광섬유(12)의 단위 길이당 광분포의 크기가 제어될 수 있고, 특정 용도로 조절되고 최적화될 수 있다.
광섬유 루미네어(10)는 표준 광섬유 케이블로부터 형성될 수 있다. 첫 번째 단계는 외면(16)을 노출시키기 위해 광섬유 케이블로부터 클래딩(cladding)을 제거하는 것이다. 그 다음에, 엠보싱이나 몰딩과 같은 적절한 미세형성 기술을 이용하여 외면(16)에 광방향변경 구조물(14)이 형성된다. 그 다음에, 유입면(18)을 형성하기 위해 끝단의 면이 준비된다. 유입면(18)이 광원(20)이나 다른 광에너지 소스에 인접하게 배열된다.
도 4에서, 광섬유 루미네어(110)는 토로이드 형태로 형성되는 광섬유(112)를 포함한다. 광섬유 루미네어(110)는 원주를 따라 분포되는 다수의 광방향변경 구조 물(114)을 포함한다. 광섬유(112)는 외면(116)과 제 1 유입면(118) 및 제 2 유입면(119)을 포함한다. 광원(120)은 유입면(118) 및 유입면(119) 사이에 배치된다. 광원(120)은 광에너지 소스를 제공하고, 상기 광에너지는 유입면(118) 및 유입면(119) 각각에서 광섬유(112)로 연결되며 전반사(TIR)에 의해 광섬유(112) 원주를 따라 전도된다. 이 관점에서, 광섬유(112)는 반경 R의 토로이드로 형성되고, 광섬유 자체는 핵반경 r을 가진다. 광섬유(112)는 100 마이크로미터로부터 1 밀리미터까지 범위의 핵반경 r을 가지는 다중모드 전도체인 것이 선호된다. 전반사를 유지하기 위해, R/r은 1보다 크게 유지되어야 한다. 광원(120)으로부터 광섬유 루미네어(110)로 광에너지를 효율적으로 연결시키기 위해 광에너지 커플러(도시되지 않음)가 사용될 수 있다. 또한, 유입면(118, 119) 중 한 개만이 광원(12))에 의해 조명받을 수도 있다.
각각의 광방향변경 구조물(114)은, 광섬유(112)를 따라 전도되면서 광섬유 루미네어(10)에 대해 앞서 기술한 바와 같이 외면(116)을 통해 광방향변경 구조물(114)에 입사되는 광에너지의 일부를 방향변경시키도록 배열된다. 가령, 광방향변경 구조물(114)은 광섬유 루미네어(110)로부터 광선(112)의 균일한 분포를 얻기 위해 방정식 (1) - (13)에 따르는 밀도를 가질 수 있다.
3. 광학관(optical capillary)을 갖춘 광섬유 루미네어
도 5에서, 광섬유 루미네어(210)는 광학관(optical capillary)(224)으로 둘러싸인 광섬유핵(212)을 포함한다. 광섬유핵(212)은 외면(216) 내의 다수의 광방향변경 구조물(214)로 형성된다. 광섬유핵(212)은 광섬유핵(212)에 광에너지를 연결 하기 위한 광에너지 소스(도시되지 않음)에 인접하게 배치되는 유입면(218)을 추가로 포함한다. 광에너지는 전반사에 의해 외면(216) 내에서 광섬유핵(212)을 따라 전도된다. 그러나, 광방향변경 구조물(214)에 입사되는 광선(226)과 같은 광선은 외면(216)을 탈출하여 광선(222)과 같이 광학관(224)을 따라 전도되도록 반사된다.
도 6에서, 투과성 물질로 광학관(224)이 형성되고, 산란 성질을 가지는 투과성 물질로 형성될 수도 있다. 가령, 광선(222)이 광학관외면(230)을 탈출함에 따라 광선(222)을 산란시키도록 광학관(224)이 도시된다. 광섬유핵(212)과 광학관(224)간의 광에너지의 불요한 결합을 방지하기 위해, 광학관(224)의 내면(232)과 광섬유핵(212)의 외면(216) 사이에 미크론 단위의 작은 갭(gap)(236)이 제공된다.
광학관(224)은 도 6에 도시되는 바와 같이 광학관외면(230)의 하부(240)를 따라 형성되는 반사면(228)을 추가로 포함할 수 있다. 이 관점에서, 반사면(228)은 외면(230)에 증착되는 반사 물질로 형성될 수 있고, 또는 외면(230)이 마이크로프리즘, 마이크로패싯, 마이크로그루브, 그리고 마이크로미터와 같은 광방향변경 구조물로 형성될 수도 있다. 반사면(228)은 광학관(224)의 하부(240)에서 광선(238)을 반사시키고, 광학관(224)의 상부(242)에서 광선(238)을 나가게 한다. 이 방식으로, 광섬유 루미네어(110)로부터의 광분포가 추가로 제어될 수 있다.
도 7에서 선택적인 구조로서, 광섬유 루미네어(310)는 광섬유핵(312)과 광학관(324)을 포함한다. 광섬유핵(312)과 광학관(324)은 광섬유 루미네어(210)의 광섬유핵(212)과 광학관(224)에 대해 논의한 바와 같은 구조를 가진다. 추가적으로, 광섬유핵(312)은 그 상부면(344)에 형성되는 반사면(342)을 가진다. 반사면(342)은 광섬유핵(312)의 외면(316) 일부에 증착되는 반사물질일 수 있고, 또는 외면(316)에 형성되면서 광섬유핵(312)으로부터, 도 7에 도시되는 바와 같이, 광선을 하향으로 보내도록 배열되는 광방향변경 구조물일 수 있다. 추가적으로, 광학관(324)은 그 하부(340)에 형성되는 반사면(328)을 포함한다. 반사면(328)은 반사면(328)에 입사되는 광선을 집광하기 위한 집광 반사면(collimating reflecting surface)으로 배열되는 것이 선호된다. 마찬가지로, 비산란 투과성 물질로부터 광학관(324)이 형성된다. 이 관점에서, 광섬유 루미네어(310)는 집광된 광선(322)의 소스를 제공한다.
도 8에서, 광섬유 루미네어(410)의 대안의 선호되는 실시예는 광섬유핵(412)과 광학관(424)을 포함한다. 광섬유핵은 광방향변경 구조물로 형성되지 않는다. 대신에, 광학관 내면(432)(도시되지 않음)에 형성되는 상응하는 오목부(454)와 돌출부(452)를 포함하는 광방향변경 구조물(450)이 광학관(424)에 형성된다. 돌출부(452)와 오목부(454)는 광섬유(412)에 국부적 뒤틀림(456)을 제공한다. 국부적 뒤틀림(456)은 광섬유(412)로부터 광선(458)의 국부적 누출을 유발한다. 광선(458)은 광학관(424)의 투과성 상부(460)를 통해 전도된다. 하부(440)는 앞서 기술한 반사면(228 또는 328)에서와 같이 반사면(428)으로 형성된다. 이 방식으로, 추가적인 수정없이 광섬유(412)를 형성하기 위해 표준 광섬유 케이블이 사용될 수 있다.
당분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 상당한 유연성을 가진다는 사실을 앞서의 논의사항으로부터 알 수 있을 것이다. 가령, 매우 정확하고 균일한 광 분포는 광산란 광섬유 케이블로부터 얻을 수 없고, 광섬유 루미네어의 광섬유핵으로부터 얻을 수 있다. 따라서, 매우 균일하고 조절가능한 광분포 패턴을 광섬유핵으로부터 얻을 수 있다. 추가적으로, 투과성 물질을 산란시킴으로서 제작되는 광학 관을 배열하고 그리고 선택적으로 위치한 반사면을 제공함으로서, 산란되면서 집광되고, 또는 집중되는 광분포를 얻을 수 있다.
4. 평면 물질로부터 형성되는 광섬유 루미네어
도 9에서, 환상 형태(512)로 형성되는 광학적 전도 물질의 평면부로부터 광섬유 루미네어(510)가 형성된다. 이 관점에서, 광섬유 루미네어(510)는 내면(520)과 외면(516)을 포함한다. 내면(520)은 마이크로프리즘, 마이크로패킷, 마이크로그루브, 또는 마이크로미터와 같이 축방향으로 정렬되는 다수의 광방향변경 구조물(514)로 형성된다. 광섬유 루미네어(510)는 제 1 유입면(518)과 제 2 유입면(519)을 형성하는 축방향 갭(522)을 추가로 포함한다. 광원(524)은 축방향 갭(522)을 따라 배치되고 광에너지 소스를 제공한다. 광에너지는 유입면(518, 519)을 통해 환상 형태(512)에 연결되고, 전반사에 의해 환상 형태(512)를 따라 전도된다. 환상 형태(512)는 반경 R로 형성되고 두께 r을 가진다. 전반사를 유지하기 위해, 비 R/r은 보다 크게 유지된다. 이 방식으로, 광선은 전반사에 의해 환상 형태(512) 내에 유지되고, 환상 형태(512)를 따라 전도된다. 광방향변경 구조물(514)에 입사된 광선은 산란없이 외면(516)을 따라 광선(522)과 같이 반사된다. 선호되는 배열에서, 광방향변경 구조물(514)은 균일한 광분포를 제공하기 위해 방정식 (1) - (13)에 따라 분포된다.
도 10에서, 광섬유 루미네어(610)는 환상형태(612)로 형성되는 광학적 전도 물질의 평면부로부터 형성된다. 이 관점에서, 광섬유 루미네어(610)는 내면(620)과 외면(616)을 포함한다. 내면(620)은 마이크로프리즘, 마이크로패킷, 마이크로그룹, 도는 마이크로미터와 같이, 원주방향으로 정렬되는 다수의 광방향변경 구조물(614)로 형성된다. 한 개의 끝단(622)이 유입면(618)으로 형성된다. 광원(624)은 끝단(622)에 인접하게 배치되고 광에너지 소스를 제공한다. 광에너지는 유입면(618)에서 환상 형태(612)로 연결되고, 전반사에 의해 환상 형태(612)에 따라 축방향으로 연결된다. 환상 형태(612)는 반경 R로 형성되고, 그 두께는 r이다. 전반사를 유지하기 위해 비 R/r은 1보다 크다. 이 방식으로, 광선이 전반사에 의해 환상 형태(612) 내에 유지되고 환상 형태(612)를 따라 축방향으로 전도된다. 광방향변경 구조물(614)에 입사되는 광선은 산란없이 광선(622)과 같이 외면(616)을 통해 반사된다. 선호되는 실시예에서, 광방향변경 구조물(614)은 균일한 광분포를 제공하기 위해 방정식 (1) - (13)에 따라 분포된다. 특정 용도에 따라, 광섬유 루미네어(610)가 연속적인 환상 형태의 실린더이도록 축방향 갭(626)이 최소화될 수 있다.
5. 광섬유 루미네어 응용
도 11과 12에서 락 장치(700)는 본 발명의 선호되는 실시예에 따른 광섬유 루미네어(710)를 포함한다. 락 실린더(lock cylinder) 장치(700)는 락 실린더(704)가 고정되는 관통 구멍(703)으로 형성되는 하우징(702)을 포함한다. 끝단(705)에서 하우징(702)은 토로이드 형태로 형성되는 광섬유 루미네어가 고정되는 환상의 구멍(706)을 포함한다. 광섬유 루미네어(710)는 본 발명의 선호되는 실시예에 따라 구축된다. 이 방식으로, 광섬유 루미네어(710)는 광원에 연결된 광유입면과 다수의 광방향변경 구조물로 형성되는 광섬유핵을 포함한다. 사용자가 락 실린더(704)를 조명할 필요가 있는 자동차나 다른 잠금 장치 등에 락 장치(700)를 이용하는 것이 선호된다.
도 13에서, 다수의 광섬유 루미네어(802-810)를 가지는 조명 간판(800)이 도시된다. 각각의 광섬유 루미네어(802-810)는 광섬유 루미네어(802-808)에 각각 상응하는 문자 "E", "X", "I", "T"와 같이, 그리고 광섬유 루미네어(810)에 상응하는 화살표 형태와 같이, 조명 문자나 표시자의 형태로 형성된다. 각각의 광섬유 루미네어(802-810)는 본 발명의 선호되는 실시예에 따라 구축된다. 이 방식으로, 각각의 광섬유 루미네어는 광섬유 핵, 그 외면에 형성되는 다수의 광방향변경 구조물, 그리고 광섬유핵 위에 형성되어 광원에 연결되는 유입면을 포함한다. 간판(800)의 경우에, 한개의 광원이 제공되어 광섬유 케이블 등에 의해 각각의 광섬유 루미네어(802-810)에 적절히 연결되는 것이 선호된다.

Claims (46)

  1. 광섬유를 포함하는 광섬유 루미네어(fiber optic luminaire)로서,
    상기 광섬유는 외면, 길이, 그리고 유입면을 가지고, 상기 유입면은 광원으로부터 상기 광섬유로 광선을 연결하도록 배열되며, 상기 광섬유는 상기 길이를 따라 상기 광선을 전도하도록 상기 외면 내에 배열되고, 그리고
    상기 외면은 다수의 광방향변경 구조물로 형성되고, 상기 광방향변경 구조물은 분포밀도를 가지며, 상기 분포 밀도는 상기 길이의 함수로 변하고, 각각의 상기 광방향변경 구조물은 상기 광방향변경 구조물에 입사되는 광선을 상기 외면을 통해 방향변경시키는 것을 특징으로 하는 광섬유 루미네어.
  2. 제 1 항에 있어서, 각각의 상기 광방향변경 구조물은 마이크로프리즘, 마이크로그루브, 마이크로패싯, 그리고 마이크로미터로 이루어지는 그룹 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 루미네어.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 광방향변경 구조물은 비-산란 광방향변경 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 루미네어.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 분포 밀도는 상기 길이에 비례하는 것을 특징으로 하는 광섬유 루미네어.
  5. 제 4 항에 있어서, 각각의 상기 광방향변경 구조물은 일정한 백분율 a로 상기 광선을 방향변경시키도록 배열되는 것을 특징으로 하는 광섬유 루미네어.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 광섬유는 토로이드로 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 루미네어.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 광섬유는 상기 유입면 반대편의 제 2 유입면을 추가로 포함하고, 상기 제 2 유입면에서 상기 광원으로부터 상기 광섬유로 광선을 연결하도록 상기 제 2 유입면이 배열되는 것을 특징으로 하는 광섬유 루미네어.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 광섬유는 제 2 유입면을 추가로 포함하고, 상기 제 2 유입면에서 제 2 광원으로부터 상기 광섬유로 광선을 연결하도록 상기 제 2 유입면이 배열되는 것을 특징으로 하는 광섬유 루미네어.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 광섬유는 철자형, 숫자형, 그리고 화살표 형태로 이루어지는 그룹 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 루미네어.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 광섬유 루미네어는 조명 간판의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 광섬유 루미네어.
  11. 한 개의 광분포 장치로서,
    상기 광분포 장치는 광섬유핵(optic fiber core)과 광학관(optical capillary)을 포함하며,
    상기 광섬유핵은 외면, 길이, 유입면으로 구성되고, 상기 유입면은 광원으로부터 광선을 광섬유로 연결하도록 배열되고, 상기 광섬유는 그 길이를 따라 상기 광선을 전달하도록 상기 외면 내에 배열되며, 상기 외면은 다수의 광방향변경 구조물로 형성되고, 각각의 상기 광방향변경 구조물은 상기 광방향변경 구조물에 입사되는 광선을 상기 외면을 통해 방향변경시키도록 배열되며, 그리고
    상기 광학관은 상기 광섬유핵을 둘러싸고, 상기 광학관은 상기 외면을 통해 방향변경된 상기 광선을 산란시키도록 배열되는 것을 특징으로 하는 광분포 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 광학관은 반사 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 광분포 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 광학관은 상기 외면과 인접하게 위치하는 내관면과, 외관면을 가지는 환상 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 광분포 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 외관면은 반사 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 광분포 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 반사 부재는 180도 이하의 호로 형성되는 것을 특징으로 하는 광분포 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 각각의 상기 광방향변경 구조물은 상기 반사 부재를 향해 광선을 방향변경시키도록 배열되는 것을 특징으로 하는 광분포 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 반사 부재는 집광 부재인 것을 특징으로 하는 광분포 장치.
  18. 제 11 항에 있어서, 상기 광방향변경 구조물은 분포 밀도를 가지며, 상기 분포 밀도는 그 길이의 함수로 변하는 것을 특징으로 하는 광분포 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 각각의 상기 광방향변경 부재는 일정 백분율 a로 상기 광선을 방향변경시키는 것을 특징으로 하는 광분포 장치.
  20. 제 11 항에 있어서, 상기 광분포 장치는 토로이드로 형성되는 것을 특징으로 하는 광분포 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 광섬유는 상기 유입면 반대편에 제 2 유입면을 가지고, 상기 제 2 유입면에서 상기 광선으로부터 상기 광섬유로 상기 광선을 연결시 키도록 상기 제 2 유입면이 배열되는 것을 특징으로 하는 광분포 장치.
  22. 제 11 항에 있어서, 상기 광섬유는 제 2 유입면을 추가로 포함하고, 상기 제 2 유입면에서 상기 광원으로부터 상기 광섬유로 광선을 연결시키도록 상기 제 2 유입면이 배열되는 것을 특징으로 하는 광분포 장치.
  23. 제 11 항에 있어서, 상기 광분포 장치는 철자형, 숫자형, 그리고 화살표 형태를 포함하는 그룹 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 광분포 장치.
  24. 제 9 항에 있어서, 상기 광분포 장치는 조명 간판의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 광분포 장치.
  25. 한 개의 광섬유 루미네어로서,
    상기 광섬유 루미네어는 광섬유핵과 광학관을 포함하고,
    상기 광섬유핵은 외면, 길이, 그리고 유입면을 가지며, 상기 유입면은 광원으로부터 상기 광섬유핵으로 광선을 연결시키도록 배열되고, 상기 광섬유핵은 상기 길이를 따라 상기 광선을 전도시키기 위해 상기 외면 내에 배열되며,
    상기 광학관은 상기 광섬유핵을 둘러싸고, 상기 광학관은 내관면과 외관면을 가지며, 상기 내관면은 상기 외면과 상기 광학관 사이에 환상의 챔버를 형성하며,
    상기 내관면은 다수의 광방향변경 구조물로 형성되고, 각각의 상기 광방향변경 구조물은 상기 광섬유핵으로부터 상기 광방향변경 구조물에 인접한 위치에 광선의 누출을 야기시키도록 배열되며, 그리고
    상기 광학관은 누출된 광선을 산란시키도록 배열되는 것을 특징으로 하는 광섬유 루미네어.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 광학관은 반사 부재로 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 루미네어.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 반사 부재는 상기 광학관의 금속화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 루미네어.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 반사 부재는 180도 이하의 호로 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 루미네어.
  29. 제 25 항에 있어서, 상기 광섬유핵은 제 2 유입면을 포함하고, 상기 제 2 유입면은 제 2 광원으로부터 상기 광섬유핵으로 광선을 연결시키도록 배열되는 것을 특징으로 하는 광섬유 루미네어.
  30. 광섬유 루미네어를 수용하기 위해 배열되는 하우징을 포함하는 조명 장치로서,
    상기 광섬유 루미네어는 광섬유를 포함하고, 상기 광섬유는 외면, 길이, 그리고 유입면을 가지며, 상기 유입면은 광원으로부터 상기 광섬유로 광선을 연결시키도록 배열되고, 상기 광섬유는 상기 길이를 따라 상기 광선을 전도시키도록 상기 외면 내에 배열되고, 광학관이 상기 광섬유를 둘러싸며, 그리고
    상기 외면은 다수의 광방향변경 구조물로 형성되고, 각각의 상기 광방향변경 구조물은 상기 외면을 통해 상기 광방향변경 구조물에 입사되는 광선을 방향변경시키도록 배열되며,
    상기 조명 장치는 상기 광섬유를 둘러싸는 광학관을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  31. 제 30 항에 있어서, 각각의 상기 광방향변경 구조물은 마이크로프리즘, 마이크로그룹, 마이크로패싯, 그리고 마이크로미터를 포함하는 그룹 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  32. 제 30 항에 있어서, 상기 광방향변경 구조물은 비-산란 광방향변경 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  33. 제 30 항에 있어서, 상기 광방향변경 구조물은 분포 밀도를 가지고, 상기 분포 밀도는 그 길이의 함수로 변하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 분포 밀도는 상기 길이에 비례하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  35. 제 34 항에 있어서, 각각의 상기 광방향변경 구조물은 일정 백분율 a로 상기 광선을 방향변경시키도록 배열되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  36. 제 30 항에 있어서, 상기 장치는 락 실린더(lock cylinder), 제어 납(control knob), 스위치, 액츄에이터(actuator), 그리고 레버(lever)를 포함하는 그룹 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  37. 제 36 항에 있어서, 상기 장치는 자동차에 사용되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  38. 제 30 항에 있어서, 상기 광섬유는 제 2 유입면을 추가로 포함하고, 상기 제 2 유입면에서 제 2 광원으로부터 상기 광섬유로 상기 광선을 연결시키도록 상기 제 2 유입면이 배열되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  39. 제 30 항에 있어서, 상기 광학관은 상기 외면을 통해 방향변경된 상기 광선을 산란시키도록 배열되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 광학관은 반사 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  41. 제 30 항에 있어서, 상기 광학관은 내관면과 외관면을 가지는 환상 형태를 취하며, 상기 내관면은 상기 외면에 인접하게 위치하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  42. 제 41 항에 있어서, 상기 외관면은 반사 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 반사 부재는 180도 이하의 호로 형성되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  44. 제 42 항에 있어서, 각각의 상기 광방향변경 구조물은 상기 반사 부재를 향해 광선을 방향변경시키도록 배열되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  45. 제 42 항에 있어서, 상기 반사 부재는 집광 부재인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  46. 삭제
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