KR100751577B1 - 광선을 편향시키기 위한 마이크로프리즘 구조를 구비한 광학 요소 - Google Patents

광선을 편향시키기 위한 마이크로프리즘 구조를 구비한 광학 요소

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쭘토벨 스태프 게엠베하
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Abstract

광학 요소(10, 10', 10")에 진입하여 다시 빠져나오는 광선(18, 19)을 탈출각(

Description

광선을 편향시키기 위한 마이크로프리즘 구조를 구비한 광학 요소{OPTICAL ELEMENT WITH A MICROPRISM STRUCTURE FOR DEVIATING LIGHT RAYS}
본 발명은 특히 청구항 제1항의 서문에 따른 발광체(luminaire)용 덮개(cover)로 사용되는 마이크로프리즘 구조(microprism structure)를 갖는 광학 요소와 청구항 제8항에 따라서 상기 광학 요소를 제조하는 방법에 관한 것이다.
위에서 언급한 광학 요소 또는 발광체용 덮개의 사용에 있어서, 광학 요소의 투시자(viewer)에 대한 어떠한 눈부심(dazzlement)도 적어도 감소시키거나 또는 제거하기 위하여 발광체로부터 나오는 광선의 탈출각(angle of emergence)은 제한되어야 한다. 또한, 상기와 같은 광학 요소는 발광체, 특히 발광체 내부에 있는 광원(light source)을 위해서 기계적 보호 장치(protection)를 제공한다.
위 도입부에 언급된 것과 같은 종류의 광학 요소는 예를 들어 오스트리아 특허 AT-B-403,403호에서 개시된다. 발광체-덮개로서 사용된 공지된 광학 요소는 램프와 면하고 있는 측면에, 소위 마이크로프리즘이라고 하는, 줄지어 정렬되어 있는 피라미드형 단면을 갖는 부분을 구비하고, 상기 부분은 절두 피라미드(truncated pyramid)로 형성되고 기부(基部)(base)(광 탈출면)와 평행하게 위치하는 상단 경계면(광 입사면)을 가진다. 전체 발광체-덮개는 모두가 맑거나 투명한 재료로 제조된다.
본 발명에서 해결하고자 한 문제점들을 설명할 목적으로 상기 오스트리아 특허 AT-B-403,403호에 따른 절두 피라미드 또는 마이크로프리즘이 도 1에 도시된다. 상기 특허의 명세서에 매우 상세히 설명된 바와 같이, 공지된 마이크로프리즘(1)은 광 입사면의 역할을 하는 상단면(2)과, 이러한 상단면과 평행하도록 배치되어 광 탈출면으로서 작용하는 기저부(root)(3)와, 마이크로프리즘(1)이 절두 피라미드의 형상을 갖도록 경사지게 연장되는 측벽(4)을 가진다. 광 탈출면(3)에 대한 수직선과 관련하여 탈출되는 광선의 탈출각()은 최대 탈출각() 60 ~ 70°가량 되고, 특히 최대 탈출각() 60°인 것이 바람직한데, 이는 측면에서 발광체를 바라볼 때 투시자(viewer)의 눈부심을 피하기 위해서이다. 동시에 최대의 가능한 광학 효율을 달성하기 위해서는 절두 피라미드의 재료의 굴절률(refractive index) n에 의존하는 절두 피라미드의 최적 치수비 d : h가 투명 재료로 만들어진 마이크로프리즘(1)에 대하여 나타난다. 게다가, 8°~ 9°가량 되는 마이크로프리즘(1)들 사이의 최적 고랑각(furrow angle)() 역시 마이크로프리즘의 격자 치수(grid dimension)가 700 ㎛ 가량 될 때에 나타난다.
위에 언급된 파라미터들에서, 모서리(5)를 직접 비추거나 절두 피라미드(1)의 모서리(5)에 인접한 부위를 바로 비추는 광선, 그리고 절두 피라미드(1) 사이의 모서리(6)를 단순히 통과만 하는 광선에 대해서도, 그 결과는 탈출각() < 60°인 상태에서 광 탈출면(3)의 평면으로부터 광선이 탈출한다는 것이다.
그러나, 실제 제조 기술의 관점에서는 8°~ 9° 가량 되는 고랑각()을 관찰하기란 매우 어렵거나 거의 불가능하다고 알려져 있다. 현재로서는 상당한 수준의 정밀도 및 재생산성이 충분히 갖추어져야, 대략 15°의 고랑각을 실현할 수 있다. 현실적으로 구현할 수 있는 고랑각()15°에서도 최대 탈출각() 60°인 탈출각을 달성할 수 있지만, 절두 피라미드(1)의 높이(h)가 일정할 때에 광 입사면(2)의 면적이 감소되기 때문에 그에 상응하여 발광체-덮개의 광학적 효율의 수준이 75% 내지 80% 에서 약 65% 로 감소되는 결과를 가져온다. 대안적으로, 광 입사면(2)의 범위를 유지시키기 위하여 절두 피라미드(1)의 높이(h) 또한 감소시킬 수 있다. 그러나, 이 경우, 최대 광 탈출각()60°은 더 이상 관찰할 수 없는데, 그 이유는 광 입사면(2)의 모서리(5)에서 마이크로프리즘(1)으로 직접 입사하여 서로 인접하고 있는 절두 피라미드(1)들 사이의 모서리(6)를 단순히 통과하는 광선들이 더 편평한(flatter) 각도에서 발광체-덮개를 빠져나가기 때문이다.
상기 도입부에서 언급된 종류와 같은 또 다른 발광체-덮개나 또 다른 광학 요소의 예를 국제 출원 WO 97/36131호에서도 찾아볼 수 있다. 해당 명세서에서 개시된 마이크로프리즘 구조는, 우선 절두 피라미드의 측벽들 상에 반사 덮개(reflective cover)가 있어 빛이 마이크로프리즘의 측벽으로부터 탈출되어서 발광체-배열의 효율 수준을 감소시키는 것을 방지하고, 다른 한편으로는, 마이크로프리즘의 광 탈출면의 측면 상에 렌즈 시스템이 있어 광 탈출면의 평면에 대하여 실질적으로 수직한 방향으로 광선들을 집중시킨다. 그러나, 이와 같은 발광체-덮개의 구조는 상대적으로 복잡하므로 오스트리아 특허 AT-B-403,403호에서 공지된 발광체-덮개와 비교해 볼 때 제조 기술적 측면에서 비용이 더 많이 든다.
도 1은 종래 기술로부터 알려져 있는 발광체-덮개의 마이크로프리즘 구조의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 광학 요소의 제1 실시예를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 광학 요소의 제2 실시예를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 광학 요소의 제3 실시예를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 각각 도 2 또는 도 4의 선 A-A에 대한 단면에서 본 발명에 따른 마이크로프리즘 구조의 제1 실시예를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 마이크로프리즘 구조의 제2 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 마이크로프리즘 구조의 제3 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 마이크로프리즘 구조의 제4 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 마이크로프리즘 구조의 제5 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 마이크로프리즘 구조의 제6 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 11a는 종래의 광학 요소를 통한 광선의 경로를 나타내는 도면이다.
도 11b는 본 발명에 따른 광학 요소를 통한 복수 개의 예시적인 광선의 경로를 나타내는 도면이다.
앞서 설명한 선행 기술을 고려해 볼 때, 본 발명의 목적은 도입부에서 언급된 종류의 광학 요소로서, 종래 기술의 경우에 앞서 설명한 바와 같은 단점들을 배제하고 특히 채광 기술의 측면에서 높은 수준의 효율성을 가지면서 광학 요소로부터 나온 광선들의 탈출각이 투시자(viewer)에게 눈부심이 생기지 않도록 보장하는 광학 요소를 제공하는 것이다. 이러한 목적은 청구항 제1항에 제시된 특징을 갖는 광학 요소에 의해 실현될 수 있다.
마이크로프리즘의 상단면에 의해 형성되는 광학 요소의 광 입사면이 연속적 으로 오목하게 형성된다는 사실로 인하여, 램프로부터 나온 광은 광 입사면이 광 탈출면과 평행하게 정렬된 경우와는 상이한 경사각으로 광학 요소의 광 입사면을 비추게 된다. 광학 요소의 코어의 재료 특히 그 굴절률(refractive index)에도 의존하는 곡률 또는 곡률도(曲率度)(degree of curvature)를 적합하게 선택한 결과로, 광선은 광 탈출면의 수선에 대하여 최대 약 60°의 탈출각에서 광 탈출면으로부터 탈출될 수 있는데 이 때에 채광 기술적 측면에서 광학 요소의 효율 수준이 감소되지는 않는다. 마이크로프리즘 상단면의 오목한 형태에 의하여, 상단면들과 충돌하는 광선들이 보다 급한 경사각에서 마이크로프리즘 구조로 굴절되고 너무 평평한 각도에서 광학 요소를 빠져나가지는 않게 된다. 반면, 마이크로프리즘 상단면의 볼록한 형태에 의해서는, 완만한 경사각에서 상단면들과 충돌하는 광선들이 보다 완만한 각도에서 마이크로프리즘 구조로 굴절되고, 그에 따라 마주보는 구조의 측면에서 완전히 반사되며, 충분히 작은 탈출각으로 광학 요소를 빠져나가게 된다.
마이크로프리즘 상단면의 형태는 볼록한 굴곡부 또는 오목한 굴곡부나 단(step)이 형성된 형태인 것이 바람직하고, 곡률이나 계단의 형상은 전체 상단면에 걸쳐 연장될 필요는 없다.
본 발명에 따른 광학 요소에서 평판형 코어(plate-like core)는 투명 블럭으로부터 기계적으로 가공되거나, 투명 재료를 적절한 주형으로 붓거나 주입하고 그 후에 거기에 압력을 가하는 방식으로 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 유리한 구성이나 다른 개량 사항은 추가적인 종속항들의 내용을 이룬다.
본 발명에서 제시한 다양한 종류의 바람직한 실시예들은 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 상세히 설명된다.
도 2 내지 도 4는 사시도로 나타낸 도면으로, 각각 서로 다른 세 개의 광학 요소(10, 10', 10")를 보여주고 있는데, 이들은 예를 들어 발광체의 램프(도시 안됨)에 면한 측에서 발광체 덮개로 사용된다. 광학 요소(10, 10', 10")는, 예를 들어 아크릴 유리(acrylic glass) 등의 투명 플라스틱 재료와 같은 광 투과성이 있거나 투명한 재료로 이루어진다. 이와 같은 각각의 광학 요소(10, 10', 10")는 각각 투명 재료로 되어 있는 평판형 코어(11, 11', 11") 구성되어 있으며 상기 평판형 코어의 일 측면에는 복수 개의 마이크로프리즘(12, 13)이 위치하고 있다. 이와 관련하여, 마이크로프리즘(12, 13)들은 그 기저부(15)로부터 시작하여 고랑(furrow)(22)을 형성하면서 폭이 점점 줄어들도록 형성된다. 그리고, 마이크로프리즘(12, 13)의 상단면(14) 전체는 광학 요소의 광 입사면을 형성하게 되고, 상기 코어의 다른 측면(21)은 광학 요소의 광 탈출면을 형성한다.
본 발명에 따른 광학 요소(10, 10', 10")의 요소 코어(11, 11', 11")는 투명 재료를 사용하여 다양한 방식으로 제조될 수 있으며, 상기 투명 재료는 아크릴 유리와 같은 투명한 플라스틱 재질인 것이 바람직하다. 여기에서는 먼저 소위 사출 성형 엠보싱 방법(injection-moulding embossing method)에 의한 제조가 언급된다. 이 방법은 일반적으로 알려져 있는 플라스틱 사출 성형법과 유사하나, 상대적으로 낮은 사출 압력으로 수행된다. 투명 재료가 금형 속으로 사출된 후, 기계적 압력이 여전히 액체 상태인 재료에 작용되어 상기 액체 상태 재료는 금형의 구조물 내부로 침투하게 된다. 또한, 요소 코어(1)를 핫-엠보싱법(hot-embossing method)에 의해 제조할 수도 있는데, 이 때에는 액체 상태의 투명 재료가 적당한 금형으로 주입된 다음, 엠보싱을 구현하기 위하여 압력이 마찬가지로 작용된다.
또한, 고랑(furrow)을 갖는 투명 플라스틱 블럭을 기계적으로 제공할 수도 있다. 이러한 기계적인 가공은 예를 들어 다이아몬드 커터(diamond cutter)로 절삭 가공하거나 레이저 빔 등을 이용하여 할 수 있다. 투명 코어(11, 11', 11")를 제조하는 다른 방법은 압출 헤드(extrusion head)를 통하여 액체 플라스틱 재료를 압출하는 것이다. 그러나 이 경우에는 마이크로프리즘(13)의 선형 구조만을 제조할 수 있다.
도 2에 도시한 제1 실시예에서, 광학 요소(10)에는 발광체의 램프를 바라보고 있는 면에 단면 윤곽 부분(profiled portion)이 구비되어 있는데, 이러한 부분은 마이크로프리즘(12)의 형태로 행과 열로 정렬되어 있으며 각각은 동일한 치수로서 정사각형 기부(square base)를 갖는다. 도 2에 도시된 마이크로프리즘(12)은 개괄적인 선도일 뿐이며, 도 3 및 도 4의 마이크로프리즘(12)도 마찬가지이고, 이들의 형상은 예를 들어 도 5 내지 도 10에 도시되고 이하에서 더 설명되는 예시적인 실시예들 중 하나에 대응한다. 광학 요소의 제1 실시예의 마이크로프리즘(12)이 매트릭스와 같은 배열로 되어 있는 결과, 눈부심을 억제하는 것을 교차 방식으로 양 방향에서 달성할 수 있다.
광학 요소(10)의 제1 실시예에서 마이크로프리즘(12)은 직접적으로 행과 열로 연속적으로 서로 이어지는 반면에, 도 3에서 도시되는 광학 요소(10')의 제2 실시예의 마이크로프리즘(12)은 체스용 장기판(checkerboard)과 같은 방식으로 배열되어 있는데, 여기서는 두 개의 연속된 마이크로프리즘(12)들 사이에 각각 행의 방향과 열의 방향에서 한 개의 마이크로프리즘 구조가 생략되고, 비어 있게 되는 영역은 한 개의 마이크로프리즘(12)의 기부 영역(base area)의 길이 및 폭에 상응한다. 이러한 제2 실시예의 마이크로프리즘도 정사각형의 기부(base)를 갖는 것이 바람직하다. 하지만, 제1 및 제2 실시예 모두에서 다른 다각형, 바람직하게는 정다각형이 기부로서 제공될 수도 있다.
도 4에 따른 광학 요소(10")의 제3 실시예는, 광학 요소(10")의 마이크로프리즘(13)이 예를 들어 열(line)-방향과 같은 한 방향으로는 광학 요소(10")의 전체 길이에 걸쳐 신장되어 있고 예를 들어 행(row)-방향과 같은 다른 방향에서는 도 2 및 도 3의 광학 요소(10, 10')의 경우에서와 마찬가지로 연속하여 서로 잇따르도록 배열되어 있다는 점에서 위에서 기술된 두 개의 실시예들과 다르다. 제2 실시예의 경우와 유사하게 두 개의 마이크로프리즘 구조물(13)들 사이에서 각각 하나의 행을 생략할 수도 있다. 마이크로프리즘(13)이 선형으로 연장하기 때문에, 교차 방향의 눈부심의 억제는 마이크로프리즘(13)의 연장 방향에 수직하게만 달성할 수 있다. 따라서 제3 실시예에 따른 광학 요소(10")는 특히 예를 들어 형광관(fluorescent tube)과 같은 긴 램프가 사용되는 발광체에 적합하다. 그러면 램프의 길이 방향은 선형 마이크로프리즘(13)의 연장 방향에 평행하게 뻗는다.
도 4에 도시된 바와 같이, 인접한 마이크로프리즘(13)들 사이의 사이 공간은 예를 들어 높은 반사력을 갖는 금속 호일(metal foil)과 같은 반사성 재료(20)로 덮여 있는 것이 바람직하다. 그 결과, 램프로부터 나온 빛 중에서 광 입사면을 형성하는 마이크로프리즘(13)의 상단면(14)을 비추는 빛만이 광학 요소(10")를 통하여 방사된다. 덮개(20) 위에 충돌하는 광선은 발광체의 내부로 다시 반사되고, 통상적인 방식으로 램프 뒤에 배치된 반사기(reflector)에 의해 다시 광학 요소의 방향으로 반사된다.
상기와 같은 반사성 덮개(20)를 사용한 결과, 광학 요소의 효율성 수준을 한층 더 증대시킬 수 있다. 도 4에 부분적으로 도시된 덮개(20) 대신, 마이크로프리즘(13)들 사이의 고랑(22) 또는 사이 공간을 반사성 재료로 완전히 채울 수도 있다. 이와 같은 방식으로, 마이크로프리즘(13)의 측벽(16)은 전체적으로 반사성이 있도록 형성되어 측벽(16) 상에 충돌하는 광선은 마이크로프리즘(13)을 빠져나가지 못하게 된다. 이점에 대한 대안으로서, 마이크로프리즘(13)의 측벽(16)을 반사성 재료로 코팅 처리하거나 다른 방법에 의해 반사성이 있게 제작할 수도 있다.
도 4의 광학 요소(10")의 예를 기준으로 여기에 언급된 측정 결과는 유사한 방식으로 도 2와 도 3에 도시된 이전의 두 개의 실시예의 경우에도 물론 적용될 수 있다.
도 5 내지 도 10에서는, 마이크로프리즘(12, 13)들에 대한 다른 실시예들이 도 2 또는 도 4의 선 A-A에 따른 단면으로 각각 도시되어 있다.
이하에 기술된 마이크로프리즘(12, 13)들은 도 2 내지 도 4의 광학요소(10, 10', 10")들에 있어서 선택적으로 활용될 수 있다.
도 5에 단면으로 도시된 마이크로프리즘 구조(12, 13)에는 실질적으로 광학 요소의 광 탈출면(21)을 형성하는 기저부(15)와, 실질적으로 상기 기저부에 평행하게 배치되어 광 입사면을 형성하는 상단면(14)이 있다. 마이크로프리즘(12, 13)의 측면(16)은 기저부(15)로부터 상단면(14)까지 경사진 상태로 약간 내부를 향하여 연장되어 있어 외부가 테이퍼 구조로 제조된다. 측면(16)의 경사각(/2)은 광학 요소(10, 10")의 서로 인접한 마이크로프리즘(12, 13) 사이에서 고랑각()을 결정한다. 마이크로프리즘(12, 13)은 바람직하게는 정사각형 혹은 직사각형의 모양이나, 기타 다른 다각형, 바람직하게는 정다각형이 될 수도 있다.
도 5에 도시된 제1 실시예의 마이크로프리즘(12, 13)의 광 입사면(14)은 안쪽으로 오목하게 만곡되어 있다. 요구되는 곡률도(degree of curvature)는 마이크로프리즘(12, 13)의 치수에 의존하며 더 정확히 말해 마이크로프리즘(12, 13)의 종횡비 d : h와 투명 재료의 굴절률(refractive index) n 에 좌우된다. 그러나, 광학 기술 분야의 당업자라면 대략 60 ~ 70°에 달하는 최대 광 탈출각을 획득하고자 할 때 각 경우에 요구되는 광 입사면(14)의 곡률도를 쉽게 결정할 수 있을 것이다. 만곡된 광 입사면(14)의 효과에 관해서는 도 11a 및 도 11b를 참조하여 이하에서 상세히 설명할 것이다.
도 6에 도시된 마이크로프리즘(12, 13)의 제2 실시예는 광 입사면(14)이 바깥쪽으로 볼록하게 만곡되어 있다는 점에 있어서 앞서 기술된 제1 실시예의 경우와 다르다.
오목하게 또는 볼록하게 만곡된 광 입사면(14) 대신에 도 7 내지 도 10에 도시된 실시예에서와 같이 단(step)을 이루거나 혹은 예리하게 형성된 광 입사면(14) 형상을 제공할 수도 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 두 가지 실시예의 경우, 광 입사면(14)은 광 입사면의 (가상의) 평면 아래 또는 위쪽의 광 입사면(14)의 중심으로 수렴하며 움푹 들어간 구조(sunken structure) 또는 양각(陽刻) 구조(raised structure)를 형성하는 부분면(partial face)들로 이루어져 있다. 예를 들어 마이크로프리즘(12)의 하단이 정사각형 기부(基部)로 되어 있다면, 이 때에 광 입사면의 부분면(partial face)은 삼각형이 된다.
도 9 및 도 10에 각각 도시된 제5 및 제6 실시예에서, 광 입사면(14)은 마찬가지로 복수 개의 부분면들로 구성되어 있다. 하나의 부분면은 광 탈출면(15)과 실질적으로 광 입사면(14)의 중심에 있는 광 입사면(14)의 (가상) 평면에 평행하게 배열되어 있고, 또한 광 입사면(14)의 (가상) 평면의 아래 또는 위쪽에 위치한다. 나머지 부분면들은 이러한 중앙 부분면을 마이크로프리즘(12, 13)의 측벽(16)에 연결시킨다.
물론, 본 발명의 범주 내에서 도 5 내지 도 10을 기준으로 위에서 설명한 마이크로프리즘의 실시예들의 결합 및 이와 유사한 형태들을 선택하는 것도 가능하다. 이러한 맥락에서, 상단면(14)이 연속적 혹은 불연속적인 방식으로 오목하게 또는 볼록하게 구성되며, 이를 다시 말하자면 적어도 상단면(14)의 일 부분 영역 내에서는 항상 오목하거나 또는 볼록하게 구성된다는 것이다.
기존의 마이크로프리즘(12, 13)과 비교하여 광학요소(10, 10', 10")의 작동 모드에 있어서 본 발명에 따른 마이크로프리즘(12, 13) 형상의 효과에 관하여 도 11a와 11b를 참조하여 아래와 같이 설명한다.
도 11a의 첫 번째 경우는 기존의 광학요소가 단면으로 도시되어 있다. 인접한 마이크로프리즘(1)들 사이의 고랑각(furrow angle)()은 15°가량되고, 마이크로프리즘(1)들의 격자 치수(grid dimension)(d)는 대략 700 ㎛, 마이크로프리즘들의 광 입사면(2)들의 폭(breadth)은 대략 540 ㎛이므로 비 d:h는 약 7:12 가 된다. 도 11a에는 예로서 입사 광선(17)(incident light beam)이 완만한 입사각으로 모서리(5)에서 직접 마이크로프리즘 구조(1)의 광 입사면(2)을 비추는 것이 도시된다. 광학 요소의 투명 재료는 굴절률 n이 상대적으로 높기 때문에, 광선(17)이 광 입사면(2)에 대한 수직 방향을 향하여 굴절된다. 굴절된 광선(17')은 인접한 마이크로프리즘(1)들 사이의 모서리(6)를 지나서 광학 요소의 코어 내부에서 진행하며, 광 탈출면(3)을 비추거나 연장하여 기부(基部)의 광 탈출면을 비춘다. 주변 영역의 굴절률이 상대적으로 낮기 때문에 광 탈출면에서 광선(17')이 굴절되어 광 탈출면(3)에 대한 수선으로부터 멀어진다. 광학 요소로부터 나오는 광선(17")은 탈출각()을 가지고, 이 탈출각은 바람직한 최대 탈출각()인 약 60°보다 더 크다. 따라서 기존의 광학 요소에 있어서는, 투시자(viewer)를 눈이 부시게 하는 것을 완전히 배제시킬 수가 없다.
도 11a의 기존의 광학 요소와 대조적으로, 도 11b의 본 발명에 따른 광학 요소에서는 광 입사면(14)이 오목하게 형성된 광 입사면(14)과 볼록하게 형성된 광 입사면(14)을 모두 가지는 마이크로프리즘 구조(12, 13)가 도시되어 있다. 예로서, 각 경우에 있어서 오목하게 형성된 광 입사면(14)의 모서리를 비추는 두 개의 광선(18)과, 볼록하게 형성된 광 입사면(14)의 모서리를 비추는 또 다른 두 개의 광선(19)이 도시된다. 그리고, 마이크로프리즘(12, 13)들 사이에 있는 고랑(22)에는 반사성 덮개(20)가 제공된다.
도 11a에 도시된 광선의 경로와 비교하여 광 입사면에 대한 입사각이 도 11b에 도시된 바와 같이 달라지므로, 모서리 영역에서 오목하게 형성되거나 움푹 들어간 광 입사면(14) 상에 입사하는 광선(18)은 광 입사면의 (가상) 평면에 대한 수선을 향하여 보다 더 많이 굴절되어, 광학 요소(10, 10', 10")의 코어(11, 11', 11")에서 진행하는 광선(18')은 더 급경사의 각도에서 코어(11, 11', 11") 또는 마이크로프리즘(12, 13)의 광 탈출면(21)을 비추게 된다. 이러한 광선(18')들은 마찬가지로 광 탈출면(15)에 대한 수선으로부터 멀어지면서 굴절되는데, 이 경우 이들의 탈출각()은 최대 탈출각() 60°를 초과하지 않는다.
한편, 광 입사면(14) 상의 볼록 또는 양각 형상으로 인하여 완만한 각도로 모서리 영역의 광 입사면(14)에 입사하는 광선(19)은 도 11a에 도시된 광선의 경로와 비교하여 광 입사면의 (가상) 평면에 대한 수선을 향하여 보다 덜 굴절되므로, 광선(19')은 마이크로프리즘(12, 13)의 측면(16)에 부딪치고 여기서 완전히 반사된다. 이에 의하여, 도 11a에 도시된 광선의 경로와 비교해 보았을 때 더 급경사의 각도에서 광선(19')이 코어(11, 11', 11") 또는 마이크로프리즘(12, 13)의 광 탈출면(21)에 입사하게 되어 충분히 작은 탈출각()에서 광학 요소를 빠져나갈 수 있게 된다(19").

Claims (10)

  1. 광학 요소에 진입하여 다시 빠져나오는 광선을 광선의 탈출각이 제한되도록 편향시키는 광학 요소로서,
    투명한 재료로 된 납작한 평판형 코어를 구비하되, 상기 평판형 코어의 일 측에는 복수의 마이크로프리즘을 형성하는 고랑(furrow)들이 형성되고, 각각의 상기 마이크로프리즘은 상기 평판형 코어의 기저부(root)로부터 시작하여 점점 가늘어지고, 각각의 상기 마이크로프리즘은 굴곡이 있는 상단면과 편평한 측면을 가지며 상기 평판형 코어와 일체로 형성되고 상기 평판형 코어로부터 상기 상단면까지 상방으로 연장되고,
    상기 마이크로프리즘들은, 인접한 열(line)에서 또는 인접한 열(line)과 행(row)에서 서로 연속하여 직접 이어지도록, 상기 기저부에서 인접한 마이크로프리즘들과 그 측면들끼리 직접 연결되고,
    상기 마이크로프리즘의 상단면들은 상기 평판형 코어의 대향면에 있는 광 탈출면(light-emergence face)과 마주보는 광 입사면(light-entry face)들을 형성하고,
    상기 마이크로프리즘들은 오직 마이크로프리즘들의 상기 굴곡이 있는 상단면으로 입사하는 광선만이 광학 요소를 통하여 방출될 수 있게 입사 광선을 제한하도록 형성되며,
    마이크로프리즘들의 상기 굴곡이 있는 상단면은 연속적으로 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로프리즘의 상단면들은 오목하게 만곡되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  3. 제1항에 있어서, 상기 마이크로프리즘의 상단면들은 오목하게 단(step)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  4. 제1항에 있어서, 상기 마이크로프리즘들의 측면들은, 광선이 상기 측면들을 통해서는 상기 마이크로프리즘을 빠져나올 수 없도록, 반사성이 있게 형성된 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  5. 제1항에 있어서, 상기 고랑은 인접한 마이크로프리즘들 사이에 형성되고, 상기 고랑은, 광선들이 상기 마이크로프리즘의 상단면들을 통해서만 광학 요소로 입사할 수 있도록, 마이크로프리즘들의 반사성 있는 면들에 의하여 형성된 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  6. 제5항에 있어서, 인접한 상기 마이크로프리즘들 사이의 상기 고랑은 반사성 재료로 된 덮개로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  7. 제5항에 있어서, 인접한 상기 마이크로프리즘들 사이의 상기 고랑은 반사성 재료로 채워져 있는 것을 특징으로 하는 광학 요소.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 광학 요소를 제조하는 방법에 있어서, 상기 평판형 코어를 투명한 블럭으로부터 기계적으로 가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 투명한 블럭은 레이저 빔(laser beam)에 의하여 가공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 광학 요소를 제조하는 방법에 있어서, 상기 코어의 투명한 재료는 주조되거나 적합한 금형으로 사출되고, 그 후에 인가된 압력을 받도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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