KR101376555B1

KR101376555B1 - 광학 시스템 및 이를 포함하는 광 프로젝터

Info

Publication number: KR101376555B1
Application number: KR1020087015103A
Authority: KR
Inventors: 베른트 호프만; 리파트 아타 무스타파 히크메트; 한스 반 윙가르드
Original assignee: 코닌클리케 필립스 엔.브이.
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2014-03-21
Also published as: JP5525160B2; RU2419741C2; CN101313176B; EP1954983B1; KR20080077220A; RU2008125083A; TW200801392A; US20080284924A1; WO2007057830A1; US8194195B2; JP2009516860A; CN101313176A; EP1954983A1

Abstract

조명 시스템, 특히, SSTV, 디스코 라이트, 조명 콘솔, 클라비룩스에 사용되는 조명 시스템에 관한 것이다. 잡음을 줄이고 강건성(robustness)을 증가시키기 위해, 조명 시스템은, 광 빔을 생성하도록 배치된 광 빔 소스(6)와, 광 빔을 제어하도록 배치된 프로젝션 게이트(8)를 포함하고, 여기서, 광 빔 소스(6)는 적어도 하나의 발광 다이오드로 구성되고, 프로젝션 게이트(8)는 적어도 하나의 액정(LC) 광학 소자를 포함한다.

조명 시스템, 광 빔 소스, 프로젝션 게이트, 광학 소자

Description

광학 시스템 및 이를 포함하는 광 프로젝터{OPTICAL SYSTEM}

본 발명은 조명 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, SSTV, 디스코 라이트, 조명 콘솔, 클라비룩스(claviluxes)에 사용되는 조명 시스템에 관한 것이다.

최근에, 스테이지, 스튜디오, 텔레비전(Stage, Studio, Television; SSTV) 아키텍처 및 엔터테인먼트 응용을 위한 조명 프로젝터들은 서로 다른 다양한 조명 효과들을 제공할 필요가 있었다. 이러한 조명 효과(lighting effect)들은, 예를 들어, 광 빔 각도를 가변시키고, 광 빔 형상을 변경하고, 간단한 이미지들을 생성하고, 동화상들을 생성하고, 광의 방향을 변경하고, 컬러 효과를 제공하고, 다른 추가 효과들도 제공할 수 있다.

당해 기술에 알려져 있는 조명 프로젝터는 고강도 방전(HID) 램프와 같은 할로겐 광을 용이하게 이용한다. 현재의 응용 분야에서 사용되는 바와 같은 HID 램프는 고강도의 광 빔을 형성하고, 최대 1000와트까지 소모하고 심지어 그보다 많이 소모한다.

이러한 HID 램프에서 사용되는 광 형성 소자(light forming element)는 고온을 견뎌야 한다. 특히, 프로젝션 게이트로서 사용되는 액정 및 폴리머 합성물은 온도에 민감하다. 방출된 광의 흡수된 적외선 성분을 줄이기 위해, 미국 특허 공 개번호 US2003/0035290 A1은 액상 필터 셀에 의한 온도 제어를 개시하고 있다. 또한, 온도 흡수 미러를 개시하고 있다. 그러나, 이러한 소자들에선 조명 시스템의 복잡성이 증가되는 단점이 있다. 게다가, 더 많은 구성 요소들이 시스템의 일부로서 존재하게 되면, 더 많은 에러들이 그 시스템 내에 발생할 수 있다. 온도 제어 장치의 고장은 필연적으로 프로젝션 게이트의 파괴로 이어지게 된다.

또한, 색 제어를 얻기 위해, 다양한 필터 조립체들 및 이들의 움직임을 사용하는 것이 제안된다. 이는 이러한 시스템의 기계적 복잡성을 증가시키게 된다. 또한, 미국 특허 공개번호 US2003/0035290 A1은, GOBO 프로젝터에서 종종 필요로 하는 빔 방향의 이동에 대한 어떠한 해결책도 제공하지 않는다.

따라서, 본 발명의 목적은, 능동 광학 소자(active optical element)들을 보호하도록 UV 및 IR 방사가 줄어든 조명 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 비기계적 수단(non-mechanical means)에 기초하여 색 효과를 생성하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 비기계적 수단에 기초하여 빔 편향을 생성하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 덜 복잡한 기계 장치(low complex mechanics)에 의해 이미징 및 빔 제어를 제공하는 것이다.

이러한 목적들 및 다른 목적들은, 광 빔을 생성하기 위한 광 빔 소스, 및 광 빔을 제어하기 위한 프로젝션 게이트를 포함하는, 특히 SSTV 응용에서 동적 조명 효과를 생성하는 광학 시스템에 의해 달성되고, 여기서 광 빔 소스는 적어도 하나의 발광 다이오드로 구성되고, 프로젝션 게이트는 적어도 하나의 액정(LC) 광학 소자를 포함한다.

프로젝션 게이트는, 투영된 이미지가 국부적 강도 변동을 갖도록 광을 제어하여 이미징을 행하는 수단을 포함한다. 게다가, 빔 성형(shaping) 및 지향(directing) 수단은 프로젝션 게이트 내에 포함된다. 빔 성형 수단은 광 빔의 방향, 형상, 형태, 분리(split)를 제어하도록 배치될 수 있다. 이미징 수단은 광 빔의 강도 및 콘트라스트를 제어하도록 형성될 수 있지만, 빔 성형을 행하지는 않는다. 이미징 수단 및 빔 성형 수단은 프로젝션 게이트 내에서 선택적으로 결합될 수 있다. 이 수단들은 서로 공간 이격된다. 이미징 수단은 바람직하게 프로젝션의 초점 거리에 배치되고, 빔 성형 수단은 바람직하게 광학 시스템의 렌즈에 가깝게(렌즈 앞에 또는 렌즈 뒤에) 배치된다. 이러한 수단들 둘 다는 LC 소자들에 의해 구성된다.

시스템은, 액정(LC) 소자, 및 적어도 하나의 발광 다이오드(LED)로 이루어진 광원으로 구성된다. LED는 고강도 방전 램프처럼 광을 방출할 수 있다. 그러나, LED 발광은 좁은 스펙트럼을 갖고, 어떠한 적외선(IR)이나 자외선(UV) 성분도 포함하지 않는다. 이것은 IR 및 UV 방사가 일반적으로 광 빔의 경로 내에 배치되는 LC 소자들과 같은 능동 광학 구성요소들에 의해 흡수되기 때문에 큰 장점이다. 이러한 IR 및 UV 방사의 흡수는 이러한 구성요소들이 과다하게 가열되게 한다.

본 발명의 다른 양태는 전술한 바와 같은 시스템을 포함하는 광 프로젝터이다.

본 발명의 이러한 양태 및 다른 양태는 다음에 따르는 도면을 참조할 때 명백하고 명료해질할 것이다.

도 1은 실시예들에 따른 광 프로젝션 시스템을 도시한다.

도 2A 및 2B는 제1 실시예에 따른 프로젝션 게이트를 도시한다.

도 3A 및 3B는 제2 실시예에 따른 프로젝션 게이트를 도시한다.

도 4A 및 4B는 제3 실시예에 따른 프로젝션 게이트를 도시한다.

도 5는 제4 실시예에 따른 프로젝션 게이트를 도시한다.

도 6은 제5 실시예에 따른 프로젝션 게이트를 도시한다.

도 7A 및 7B는 제1 실시예에 따른 GRIN 소자를 도시한다.

도 8A 내지 8D는 전극 패턴들의 다양한 구성을 도시한다.

도 9A 및 9B는 전극 패턴들의 다른 구성을 도시한다.

도 10A 및 10B는 편광 빔 스플리터의 일실시예를 도시한다.

도 11A 및 11B는 편광 빔 스플리터의 다른 일실시예를 도시한다.

도 1은 실시예들에 따른 조명 효과를 제공하기 위한 시스템(2)을 도시한다. 이 시스템(2)은 하우징(4), 다수의 LED(6), 프로젝션 게이트(8), 및 렌즈(10)로 구성된다. 프로젝션 게이트(8)는 이미징 수단(7)과 빔 성형 수단(9)의 조합으로서 도시되어 있다. 프로젝션 게이트(8)는 이러한 수단들을 한 수단 그룹 내에 통합하고 공간적으로 이격시켜 포함할 수 있다. 소자들(4 내지 10)의 위치 설정은 단지 일례이며 응용 요구에 따라 가변될 수 있다. LED(6)는 광 빔(12)을 생성하며, 이 빔은 프로젝션 게이트(8) 및 렌즈(10)를 통해 지향된다. 도시한 바와 같이, 이미징 수단(7)은 렌즈(10) 앞에 배치된다. 바람직하게, 이미징 수단은 프로젝션의 초점 길이에 배치된다. 빔 성형 수단(9)은 렌즈(10) 뒤에 배치되지만, 렌즈(10) 앞에 배치될 수도 있다.

이미징 수단(7)과 빔 형성 수단(9) 둘 다는 광 빔을 변경하기 위한 LC 소자들을 포함한다.

3개의 LED로 이루어진 세트가 하나의 조명 소자(6)를 형성할 수 있다. 이러한 3개의 LED로 이루어진 세트 내에서, 하나의 LED는 녹색광을 방출하고, 다른 하나의 LED는 적색광을 방출하고, 나머지 하나는 청색광을 방출한다. 이러한 세트 내의 LED들의 각각을 제어함으로써, 어떠한 색도 생성될 수 있으며 색 필터를 사용하지 않고서 색 효과가 가능해진다.

전자 제어 유닛(5)은, 발광 소자(6), 이미징 수단(7), 빔 형성 수단(9)을 제어하도록 사용될 수 있다. 전자 제어 유닛(5)은 다양한 색들과 동적 효과들을 생성하도록 발광 소자(6) 내의 LED들의 강도를 제어할 수 있다. 전자 제어 유닛(5)은 동적 조명 효과를 생성하도록 프로젝션 게이트(8) 내의 전극에 전압을 인가할 수 있다. 전자 제어 유닛은 광 빔의 방향 및 형상을 형성하기 위해 빔 형성 수단(9)을 제어할 수 있다. 또한, 전자 제어 유닛은, 서로 다른 광 강도들을 생성하고, 광을 확산시키고, 이미지들을 생성하기 위해 이미징 수단(7)을 제어할 수 있다.

프로젝션 게이트(8)의 이미징 수단(7) 및 빔 형성 수단(9)은 액정(LC) 소자 들의 매트릭스를 포함할 수 있고, 이러한 소자들의 각각은 투영된 이미지의 하나의 픽셀 요소를 나타낼 수 있다. LC 소자들은 제어 인터페이스를 통해 제어될 수 있다. 제어 인터페이스를 사용함으로써, LC 소자들의 자동 제어가 가능해진다.

이미징 수단(7)을 위해 사용되는 LC 소자들을 제어함으로써, 광은 하우징(4)의 외부로 투과되고, 하우징(4) 내로 다시 반사되고, 확산 및 굴절될 수 있다. 프로젝션 렌즈(10)에 의해 수집되지 않는 광은 투영되지 않는다. 이러한 방식으로, 소정의 콘트라스트를 갖는 이미지를 생성할 수 있다.

빔 형성 수단(9)은, 프로젝션 렌즈(10)의 앞이나 뒤에 배치될 수 있고, 빔의 형상 및/또는 방향을 제어하도록 사용될 수 있다. 이미징 수단(7)과 빔 형성 수단(9)을 위해 사용될 수 있는 LC 소자들의 구조는 다음의 도면들에 도시된다.

도 2A 및 2B는, 광학 소자들을 구비하는 이미징 수단(7)을 도시한다. 투명판(14), 투명 전극(16), 액정 겔(18)이 도시되어 있다. 투명판은 전극(16)을 전달하는 전달 기판(a carrying substrate, carrying the electrodes)으로부터 만들어질 수 있다. 기판은 예를 들어 유리 기판일 수 있다. 전계 인가는 겔(18) 내의 액정 분자들의 배향(orientation)에 영향을 줄 수 있다.

예를 들어, 도 2A에 도시한 바와 같이, 겔(18)의 액정 분자들은, 배향층(20)을 이용하여 광 빔(12)의 방향을 따라 유리 기판에 수직으로 배향된다. 이 상태에서 액정 겔(18)은 투명하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2A의 액정(18)은 전극(16)들 간의 전압이 제로인 경우 광 빔의 방향에 평행하게 배향되도록 형성될 수 있다. 도시한 바와 같이, 입사광 빔(12A)은 액정(18)을 통해 가이드되고, 산란 없 이 이미징 수단(7)으로부터 출사된다. 액정 겔(18)은 폴리머 및 액정 분자들로 구성될 수 있다.

배향층(20)은, 자신의 위에 놓여지는 액정 분자의 다양한 배향을 유도할 수 있는, 폴리머, 계면 활성제 분자, 또는 증발 산화물(evaporated oxide)을 포함할 수 있다. 단축 평면 배향(Uniaxial planar orientation)은, 이러한 층들이 LCD 산업에서 흔히 사용되는 것처럼 클로스(cloth)로 버프(buff)될 때 흔히 얻어진다. 소위 광 정렬(photo alignment)의 경우, 층(20)은 편광에 노출되며, 이것은 광의 편광을 액정 분자들과 정렬시키는 데 사용된다. 배향층으로서 자주 사용되는 폴리머 중 하나는 폴리미드(polymide)이다.

전압이 전극(16)들간에 인가되는 경우, 도 2B에 도시한 바와 같이 액정 겔(18)이 확산되고 광 빔(12)이 확산된다. 기판(14)들 상에 존재하는 투명 전극(16)들에 걸친 전압이 제로인 경우, 액정 겔(18)은 투명하며, 전극(16)들에 걸쳐 충분히 높은 전압이 인가되면, 입사광(12A)이 확산된다(12B 참조). 도 2A 및 2B에 도시한 소자들은 픽셀화된 소자(pixellated element)들일 수 있으며, 각 픽셀은 이미징 수단(7)에 의해 생성될 이미지의 하나의 픽셀을 나타낸다.

도 3A 및 3B는 이미징 수단(7)을 도시하며, 이 수단은 도 2A 및 2B에 도시한 이미징 수단(7)과 반대로 동작한다. 기판(14) 상에 존재하는 투명 전극(16)들에 제로 전압 신호가 인가되면, 입사광(12A)이 확산되고, 충분히 높은 전압이 인가되면, 액정 겔(18)이 투명해지고 광 빔(12B)이 프로젝션 게이트(8)로부터 출사된다.

도 3A 및 3B에 도시한 액정 겔(18)은 광이 한 방향으로 확산되는 이방성 확 산(anisotropic scattering)에 사용될 수 있다. 이 경우, 도 4A 및 4B에 도시한 바와 같이, 액정(18) 분자들의 초기 배향은 배향층(20)들에 의해 유도된 대로 전극(16)들에 평행하게 배향된다. 전극(14)들 간에 전압이 없는 경우, 이미징 수단(7)은 투명하다. 전극(14)들 간에 전계를 가함으로써, 폴리머가 존재함으로 인한 셀 내의 도메인 형성으로 인해 확산이 도입된다.

전술한 LC 소자들은 이미징 수단의 실시예들로서 사용될 수 있지만, 빔 형성 수단(9) 내의 빔 제어용으로 사용될 수도 있다. 프로젝션 게이트는 광 반사 소자를 포함할 수 있다. 광 반사 소자는 콜레스테릭(cholesteric) 소자, 스위칭가능 콜레스테릭 소자, 또는 선편광(linear polarized) 광 반사 소자일 수 있다. 빔 성형 소자는 빔 편향을 제공할 수 있다. 빔 편향은 격자(grating) 구조 또는 스위칭가능 소자들에 의해 야기될 수 있다. 프로젝션 게이트는 스위칭가능 파장판 소자(wave plate element) 또는 스위칭가능 GRIN 소자를 포함할 수도 있다.

도 5는 빔 형성 수단(9)의 일실시예를 도시한다. 도 5에서, 빔 형성 수단(9)은 투명판(14)들, 전극(16)들, 액정(18)을 구비하는 것으로 도시되어 있다. 전극(16)들은 배향층(20)들로 코팅되어 있다. 또한, 단일 굴절율을 갖는 등방성, 또는 단일 굴절율보다 많은 굴절율의 이방성 물질로 거시적으로 배향되는 복굴절로 형성될 수 있는 블레이즈형 격자 구조(22)가 도시되어 있다(Further illustrates is a blazed grating structure 22 which can be made of an isotropic, having a single refractive index, or birefringent which is macroscopically oriented with more than one refractive index anisotropic material.). 분자들의 배향에 따라, 광은 소정의 방향으로 굴절된다. 격자 구조(16)의 유효 굴절율은 전극(16)들 간에 전압을 인가하거나 인가하지 않음으로써 변경될 수 있다. 격자 구조(16)의 굴절율에 따라, 입사광 빔(12A)은 각도(12B)로 굴절되고, 또는 동일한 상태로 유지된다(12C). 전극(16)들 간에 전계를 인가하게 되면, 액정(18) 분자들의 배향은, 배향층(20)에 의해 유도된 대로의 자신들의 초기 배향으로부터 변경될 수 있다.

도 5에 도시한 구성에서와 같이, 전계를 인가하는 것은 분자들의 유효 굴절율 중 하나에만 영향을 끼친다. 따라서, 편광 방향들 중 하나의 방향만이 영향을 받게 된다. 편광 방향들 둘 다가 영향을 받을 필요가 있는 경우, 이러한 소자들 중 2개가 구성에 사용될 필요가 있으며, 그러한 구성에서 소자들에서의 액정 분자들의 배향은 서로 직교한다. 분자들의 배향 방향은 동일하게 유지될 수 있지만, 이 경우, 반파판과 같은 편광 회전자(polarisation rotator)가 소자들 간에 삽입될 필요가 있다.

광 빔 방향을 선택적으로 변경하기 위해, 스위칭가능 반사기를 사용할 수 있다. 이 반사기는, 예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같이 소위 카이랄(chiral) 액정 구조를 포함할 수 있다.

도 6은, 투명판(14)들, 전극(16)들, 액정(18)을 구비한 빔 형성 수단(9)을 도시한다. 전극(16)들은 배향층(20)들로 라미네이팅된다. 배향층(20)들은 액정(18) 분자들의 배향을 정의한다. 카이랄 액정 분자들은, 원편광 광(circularly polarized light; 12B)의 대역을 반사하고 반대의 원편광 광(12C)의 대역을 통과시 키는 특성을 갖는다. 반사 대역의 위치는, 카이랄 액정 혼합물 내에 존재하는 소위 카이랄 분자들의 양에 의해 결정되는 특성이다.

소정의 색을 선택적으로 지향시키기 위해, 투명 전극(16)들에 걸친 전압이 인가되며, 이 전압은 액정(63)의 나선형 구조를 제거하고 셀을 투명하게 만든다. 편광 방향들 둘 다를 반사시키기 위해, 이중 셀 구성(double cell configuration)을 이용할 수 있다. 이러한 구성에서, 한 가지 가능한 예는 원편광 광의 좌측 및 우측 편광 방향들을 반사시키는 카이랄 물질들을 함유하는 셀들을 이용하는 것이다. 다른 가능한 예는 동일한 방향의 원편광을 반사시키는 셀들과 그 셀들 간에 삽입된 반파판을 이용하는 것이다.

광 빔(12)의 형상 및 크기에 영향을 주기 위해, 도 7A 및 7B에 도시한 바와 같은 액정 굴절율 구배(liquid crystalline refractive index gradient; GRIN) 소자 또는 어레이가 제안된다. 이러한 소자는 프로젝션 게이트(8)의 일부일 수 있다. 도 7A 및 7B에 도시한 것은, 투명판(14)들, 투명 전극(16)들, 액정(18)을 포함하는 GRIN 소자(24)이다. 액정(18) 분자들의 거시적 배향은, 러빙된 폴리머층들로 형성될 수 있는 배향층(20)에 의해 유도된다.

GRIN 소자의 핵심은 패터닝된 전극(16)들에 있다. 이 전극(16)들은 전체 면에 걸쳐 균등하게 분포되어 있지 않고, 하나의 패턴을 나타낸다. 도시한 예에서, 전극(16)들은 서로 정렬되어 평행 바(parallel bar)들을 형성한다. 전극(16)들의 배치에 의해 빔이 기울어질 수 있고 빔을 넓힐 수도 있다.

도시한 바와 같이, 투명판(14)들의 양면은 패터닝된 전극(16)들을 포함하며, 여기서 전극(16)들은 패턴들이 거의 완벽한 중첩을 나타내도록 서로에 대하여 정렬된다.

도 7A는 전극(16)들에 전압이 인가되지 않을 때의 전계 라인을 도시한다. 이 경우, 광 빔(12A)은 GRIN 소자(24)를 통해 고르게 지향된다.

도 7B에 도시한 바와 같이, 전극(16)들 간에 전계를 인가할 때, 전위는 바로 전극들 간에서 가장 높다(the potential is highest directly between the electrodes). 전계 라인은 전극(16)들 외부로 누출되어, 비균등성(non-uniformity)이 발생한다. 그 결과, 액정(18)의 굴절율 구배가 전극들이 없는 영역에 형성된다. 도 7A 및 7B에 도시한 바와 같이 투명 전극들이 주기적인 거리로 라인 전극들을 포함하면, 원통형 렌즈가 유도될 수 있다.

전극들에 걸쳐 인가되는 전압이 제로이면, 도 7A에 도시한 바와 같이 액정 분자들은 일축으로 배향되고 GRIN 소자(24) 내에서 동작하는 렌즈가 존재하지 않으며, 빔(12A)은 변경 없이 셀을 통과한다. 도 7B에 도시한 바와 같이 전극(16)들에 걸쳐 전계를 인가함에 따라, 전극(16)들 간의 영역에서 굴절율 구배가 유도되고 광 빔(12)의 경로가 변경된다. 도 7B에 도시한 바와 같은 원통형 렌즈는 빔을 넓히는 데 사용될 수 있다.

도 7A 및 7B에 도시한 바와 같이 패터닝된 전극들은 어떠한 구조라도 가질 수 있으며, 그 예들이 도 8A 내지 8D에 도시되어 있다. 전극들의 패턴을 정의함으로써, 다양한 빔을 형성할 수 있다.

도 8A는 전극(16)들이 원형 홀들을 갖는 패턴의 평면도를 도시한다. 도 8B 는 전극(16)들이 육각 홀들을 갖는 패턴의 평면도를 도시한다. 도 8C는 전극들이 라인으로 정렬된 패턴의 정면도를 도시하며, 이것은 도 7A 및 7B에 도시한 패턴에 대응한다. 도 8D에서, 전극(16)들의 패턴은 그리드이다.

전체 면에 걸쳐 전극들의 패턴이 균등할 필요는 없다. 예를 들어, 도 9A 및 9B는 서로 다른 세그먼트들이 서로 다른 패턴들을 가질 수도 있는 전극(16)들을 도시한다.

전극(16)들 둘 다가 동일한 패턴을 가질 필요는 없다. 실시예들에 따르면, 표면들 중 하나의 표면 상에만 전극 패턴이 제공되고 나머지 표면에는 어떠한 패턴도 없는 GRIN 소자(24)가 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, 패터닝된 전극(들)은, Mega Ohm/square 범위의 매우 높은 표면 저항을 갖는 층에 의해 커버될 수 있다.

전술한 GRIN 소자(24)는, 유효 굴절율들 중 하나만이 인가 전계에 의해 변경되는 것처럼 편광 의존성을 나타낸다. 편광 방향들 둘 다가 영향을 받기를 원하면, 이러한 소자들 둘이 구성에 사용될 필요가 있으며, 그러한 구성에서 소자들 내에서의 액정 분자들의 배향들은 서로 직교한다. 이러한 소자들 둘에서, 분자들의 배향 방향은 동일하게 유지될 수 있지만, 이러한 경우, 그 소자들 간에 반파판이 삽입되어야 한다.

GRIN 소자(24)는 단일 픽셀 또는 다수의 픽셀에 대하여 사용될 수 있다. 이러한 픽셀화된 셀에서, 다양한 빔 형상들이 형성될 수 있다.

전술한 구성 요소들은 원칙적으로 미편광 광(unpolarized light)에 대하여 동작한다. 편광 빔 스플리터와 같이 당해 기술에 알려져 있는 방법들을 이용하여 소스로부터의 광이 편광 광으로 변환되면, 도 10A 및 10B에 도시되는 바와 같이 스위칭가능 구성 요소들 및 효과들을 제공할 수 있다.

예를 들어, 프로젝션 게이트(8)는, 선편광 광의 편광 방향을 90도 회전시키도록 배치된 액정(18)을 갖는 소자들을 포함할 수 있다. 이러한 소자들은 트위스티드 네마틱(twisted nematic), 반파 강유전성(half wave ferroelectric) 또는 네마틱일 수 있다. 이러한 소자가 사분의일 파장판(quarter wave plate)과 결합되면, 광은 좌 선편광 상태와 우 선편광 상태 간에 스위칭될 수 있다. 이러한 소자가 스위칭가능 사분의일 파장판과 결합되면, 광은 4개 상태(좌 원편광(LCP), 우 원편광(RCP), 수평 선편광(HLP), 수직 선편광(VLP)) 간에 스위칭될 수 있다.

편광 광학 소자들은 광 빔 경로에 배치되어, 광의 편광 상태에 따라 광 편향 또는 광 반사와 같은 다양한 효과들을 생성할 수 있다.

도 10A 및 10B는, 스위칭가능 편광 회전자(26), 사분의일 파장판(28), 콜레스테릭 반사기(30)를 구비한 빔 형성 수단(9)의 예를 도시한다. 이 예에서, 광 빔(12)은 선편광 광일 수 있다.

도 10A에 도시한 바와 같이 동작시, 선편광 빔(12A)은 편광 회전자(26)를, 그리고 그 다음에 사분의일 파장판(28)을 통과한다. 사분의일 파장판(28)에서는, 광 빔(12A)이 원편광 빔(12B)으로 된다. 광 빔(12B)의 원 편광은 콜레스테릭 반사기(30)와 동일한 의미를 가질 수 있다. 따라서, 광 빔(12B)은 반사된다.

도 10A 및 10B에 도시한 예들에서는, 콜레스테릭 반사기가 사용된다. 선편 광 광을 반사하는 반사기들도 존재한다. 이 경우, 사분의일 파장판을 사용할 필요는 없다.

편광 회전자(26)는 선편광 광의 편광 방향을 90도 회전시키도록 배치된 액정(18)과 함께 배치될 수 있다. 이러한 소자들은 트위스티드 네마틱, 반파 강유전성 또는 네마틱일 수 있다. 도 10B에 도시한 바와 같이 편광 필터가 인가된 전계에 의해 활성화되면, 광 빔(12B)은 반대되는 원 편광을 나타내고 콜레스테릭 반사기(30)를 통해 투과된다.

도 11A 및 11B에는, 편광 빔 스플리터가 사용되는 다른 예가 도시되어 있다. 이러한 편광 빔 스플리터는 등방성 층과 복굴절 층을 갖는 구조일 수 있다. 선편광 광 빔(12A)은 편광 회전자(26)를 통과하여 편광 빔 스플리터(30)에 의해 편향된다. 편광 회전자(26)가 활성화되면, 편광 방향은 90도 회전 상태로 되고 광 빔(12B)은 편향 없이 편광 빔 스플리터(30)를 통과한다.

프로젝션 게이트에 대하여 전술한 LC 효과들은 전계 인가에 의해 생성된다. 따라서, 전자 제어 유닛(5)은 원하는 시퀀스로 동적 효과를 생성하도록 전압을 인가하는 데 사용될 수 있다. 게다가, 이러한 효과들은 LED를 위한 강도 제어 유닛에 결합될 수 있어서, 색, 강도, 이미지, 빔 형상 효과들을 원하는 방식으로 얻을 수 있다.

본 발명의 근본적인 신규한 특징들을 본 발명의 바람직한 실시예에 적용하여 도시하고 설명하고 강조하였지만, 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고서 설명한 장치와 방법의 형태 및 상세에 대하여 다양한 생략, 대체, 변경을 당업자에 의해 행할 수 있다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 동일한 결과를 얻기 위해 실질적으로 동일한 방식으로 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 그러한 소자들 및/또는 방법 단계들의 모든 조합들이 본 발명의 범위 내에 있다는 점을 명확히 의도하고 있다. 게다가, 본 발명의 실시예 또는 임의의 개시된 형태와 함께 설명되고 그리고/또는 도시된 구조들 및/또는 소자들 및/또는 방법 단계들이 다른 임의의 개시되거나 설명되거나 제안된 형태 또는 실시예에 일반적인 설계 선택 사항으로서 통합될 수 있다는 점을 인식하기 바란다. 따라서, 본 발명은 청구범위에 의해서만 제한되는 것이다. 또한, 임의의 참조 부호가 청구항의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않는다는 점을 인식하기 바란다.

Claims

동적 조명 효과(dynamic light effect)를 생성하기 위한 광학 시스템으로서,

광 빔을 생성하도록 배치된 광 빔 소스(light beam source; 6)와,

상기 광 빔을 제어하도록 배치된 프로젝션 게이트(8)

를 포함하고,

상기 광 빔 소스(6)는 적어도 하나의 발광 다이오드로 구성되고,

상기 프로젝션 게이트(8)는, 상기 광 빔 내의 강도 분포(intensity distribution)를 제어하기 위한 이미징 수단(7) 및 상기 광 빔의 형상 및/또는 방향을 제어하기 위한 빔 성형 수단(beam shaping means; 9)을 포함하고,

상기 이미징 수단(7)과 상기 빔 성형 수단(9)은 서로 공간 이격되고, 상기 광 빔이 상기 이미징 수단(7) 및 상기 빔 성형 수단(9)을 통해 지향되도록 배치된 액정(LC) 광학 소자들에 의해 구성되는 광학 시스템.
제1항에 있어서,

상기 프로젝션 게이트(8)는, 이미지를 형성하기 위한 광학 능동 구성 요소(optical active component)들의 적어도 하나의 세그먼트를 포함하는 세그먼트화 셀(segmented cell)인 광학 시스템.
제1항에 있어서,

상기 프로젝션 게이트(8)는 이방성 수동 광학 소자(anisotropic passive optical element)들을 포함하는 광학 시스템.
제1항에 있어서,

상기 프로젝션 게이트(8)는 네마틱 액정(nematic liquid crystal)을 포함하는 광학 시스템.
제1항에 있어서,

상기 프로젝션 게이트는 액정을 정렬하기 위한 적어도 2개의 전극(16)을 포함하는 광학 시스템.
제1항에 있어서,

상기 광 빔 소스(6)는 발광 다이오드들의 어레이로 구성되는 광학 시스템.
제1항에 있어서,

상기 적어도 하나의 발광 다이오드는 백색광을 방출하는 광학 시스템.
제6항에 있어서,

상기 발광 다이오드들의 어레이는,

적색 또는 마젠타(magenta) 색의 광을 방출하는 적어도 하나의 발광 다이오드,

노란색 또는 초록색의 광을 방출하는 적어도 하나의 발광 다이오드, 및

청색 또는 시안(cyan)색의 광을 방출하는 적어도 하나의 발광 다이오드

중 적어도 한쪽을 포함하는 광학 시스템.
제1항의 광학 시스템을 포함하는 광 프로젝터.
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