KR20050002820A - 감소된 출력 발산을 구비하는 홈 도파로 - Google Patents
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Abstract
도파로(12)는 제 2단부에 대향하는 제 1단부를 구비하는 종방향 구조물을 포함한다. 도파로는 또한 제 1단부에 인접하는 구조물 상에 형상되는 홈형상의 표면(14)을 포함한다. 상기 종방향 구조물의 기하학적 크기는 일정하고 상기 홈형상의 표면(14)은 수직방향으로의 상기 광선의 발산을 감소시키고 수평방향으로의 상기 광선의 발산을 증가시키기 위하여 상기 입력 광선을 재형상화한다.
Description
종래기술은 가능한 한 멀리 광을 전송하기 위한 광 가이드를 기본적으로 사용한다. 이런 관점에서, 광 에너지를 가이드하는 방법은 유전체 도파로를 사용하는 것이고 투명재질로 만들어진 단단한 로드 (rod)를 포함한다. 상기 광선은 로드의 표면에 의해 내부쪽으로 반사된다(예를 들어, 전체 내부반사). 광 에너지를 가이드하는 다른 방법은 주로 공기를 통해 광 전파하는 것을 포함하고, 주기적으로 광의 방향을 새롭게 바꾸어주며, 올바른 방향으로 이동시키는 것을 포함한다.
종래의 도파로들은 일반적으로 광학 채광 필름, 후면반사기 및 외부 셀(outer shell)을 구비하는 원형 단면을 구비한다. 상기 후면반사기는 상기 셀의 내부면의 일부분에 대해 밀접하게 끼워지고, 상기 필름은 상기 후면반사기와 접하는 연속한 시트이다. 그러므로 상기 후면 반사기는 상기 외부 셀과 광학 채광 필름 사이에 개재된다.
종래기술에 개시된 이들 광 도파로는 아크릴 플라스틱 또는 광학적으로 투명한 유리와 같은 투명한 유전제 물질, 또는 다용도 광학필름을 포함하는 다양한 재질들을 이용하여 다양한 단면 형상을 갖도록 구성된다.
그러나, 임의의 응용에 있어서, 가능한 한 광을 전파하는 것 대신에, 도파로의 기하학적 크기를 증가시키지 않고 광을 재형상화하는 것(예, 원형 입사 빔으로부터 요구되는 타원형 출력까지 광을 형상화함)이 시도되고 있다. 따라서, 현재의 도파로 시스템은 상기 시스템의 크기를 변경하지 않고는 상기 광을 완전하게 재형상화 할 수 없기 때문에, 상기 가이드의 크기를 증가시키지 않고도 상기 광을 재형상화할 수 있는 도파로를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명은 광가이드에 관한 것으로, 특히 광선을 형상화하기 위한 홈 형상의 도파로에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예는 첨부한 도면들에 도시되어 있고, 동일한 도면부호는 동일한 부품을 나타낸다.
도 1A는 측면 홈 도파로의 사용없이 각도 빔의 전파를 도시하는 다이어그램;
도 1B는 본 발명에 따라 측면 홈 도파로를 사용하여 이방성 각도 빔의 전파를 도시하는 다이어그램;
도 2A는 측면 홈 도파로가 없는 콜리메이팅 구조를 도시하는 다이어그램;
도 2B는 본 발명에 따라 측면 홈 도파로가 있는 콜리메이팅 구조를 도시하는 다이어그램;
도 3은 본 발명에 따른 측면 홈 도파로의 정면 사시도;
도 4는 본 발명에 따른 측면 홈 도파로의 평면도;
도 5는 본 발명에 따른 측면 홈 도파로의 단면도;
도 6은 본 발명에 따른 측면 홈 도파로의 평면도;
도 7은 본 발명에 따른 천장형 디스플레이 시스템의 다이어그램;
도 8은 본 발명에 따른 측면 홈 도파로의 홈 구조의 일부를 도시한 부분도;
도 9는 본 발명에 따른 측면 홈 도파로의 홈에서의 반사를 도시한 다이어그램;
도 10은 측면 홈 도파로가 없는 반사를 도시한 다이어그램;
도 11은 본 발명에 따라 측면 홈 도파로를 사용하여 출력각을 감소시키는 것을 도시한 다이어그램;
도 12는 본 발명에 따라 측면 홈 도파로가 있는 직사각형 바아(bar)의 사시도이다.
본 발명의 목적은 제 2단부에 대향하는 제 1단부를 갖는 종방향의 구조를 구비하는 도파로를 제공하는 데 있다. 홈으로 형성된 표면은 상기 제 1단부에 인접한 구조상에서 형성된다.
본 발명의 다른 목적은 제 2단부에 대향하는 제 1단부를 갖는 종방향의 구조를 구비하는 도파로를 제공하는 것이다. 상기 도파로는 상기 제 1단부에 인접한 표면 상에 형성된 홈형상의 표면을 포함한다. 상기 종방향 구조의 기하학적 크기는 실질적으로 일정하고, 동시에 상기 홈형상의 표면은 상기 광선의 발산이 제 1방향으로는 감소하고 제 2방향으로는 증가하도록 상기 입력 광선을 재형상화한다.
본 발명의 또 다른 목적은 광섬유원으로부터 표시판 디스플레이까지 입력광선을 전송하기 위한 조명시스템을 제공하는 것이다. 상기 조명시스템은 제 2단부에 대향하는 제 1단부를 갖는 콜리메이팅 가이드(collimating guide)와, 정부면과 바닥면을 구비하고 그들 사이에 개재되는 종방향의 지지물(plank)을 포함한다. 홈이 형성된 표면은 상기 제 1단부에 인접한 상기 정부면과 바닥면 상에 형성된다.
광 방향성 및 빔 콜리메이션(collimation)은 이미징 광학과 비-이미징 광학분야에서 광 형상화(light shaping)와 디스플레이의 진보를 위해서는 필수적인 것이다. 후자는 비-이미징 광학만이 최대 광 콜리메이션과 집광의 이론적인 한계를 달성할 수 있기 때문에 백라이팅과 다른 광-형상화 응용에 있어서 중요한 것이다. 이런 관점에서, 상기 빔 콜리메이션은 항상 단면의 증가를 초래하고 있다.
도 1A는 규칙적으로 대칭인 도파로를 위해서 NA'로부터 NA까지의 각도 빔 전파를 도시하고 있다. 그러나, 도 1B에 도시된 바와 같이, 상기 빔은 일그러져 보이는 상의 콜리메이션을 생성하도록 측면 홈 도파로 구조를 이용하여 이방성으로 전파하여, 빔의 방향성을 수직방향을 줄이고 수평방향으로 증가시킬 수 있다(예를 들어, 원형으로부터 타원형까지).
측면 홈 도파로가 없는 콜리메이팅 시스템(10)은 도 1A에서의 빔 전파에 대응하여 도 2A에 도시되어 있다. 홈이 형성된 표면(14)을 구비한 콜리메이팅 시스템(12)은 도 1B에 도시된 수평의 빔 전파에 대응한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 직사각형 도파로(14)는 제 1단부(16), 제 2단부(18), 정부면(20), 바닥면(22), 및 상기 제 1단부(16)에 인접하게 배치된 홈부(24)를 포함한다. 가이드(14)는 일반적으로 상기 홈구조와 함께 수평방향 발산을 증가시키기 위하여, 제 1단부(16)로부터 제 2단부(18)까지 폭이 감소되도록 테이퍼진다. 제 1단부(16)는 제 2단부(18)에 평행하다. 홈부(24)는 정부면(20)과 바닥면(22) 양쪽 면에 형성되는 것이 바람직하다.
도 5에 도시된 바와 같이, 홈부(24)는 일련의 홈(28)을 형성하도록 일련의 삼각형 돌출부(26)(예를들어, 각각의 면(20),(22)상에 3개의 돌출부)를 포함한다. 본 발명에 있어서, 상기 돌출부(26)의 높이는 대략 3㎜이고, 도파로(14)의 두께는 대략 2㎜이며, 제 1단부(16)의 길이는 4㎜이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제 2단부(18)의 길이는 대략 2.5㎜이고, 제 1단부(16)로부터 제 2단부(18)까지 도파로(140의 길이는 대략 50㎜이다.
도파로(14)는 광학적으로 투명한 아크릴로 제작되고, 입력 홈(28)들은 커플링 효율을 향상시키며 수직방향으로의 출력 발산을 감소시킨다. 홈(28)들은 제 1단부(16)에서의 도파로(14)의 입구부에 위치되어, 단지 높은 발산 입력 광선에 영향을 미친다. 경사진 홈의 표면에서의 반사는 수직방향의 발산을 감소시키고 이들 광선의 수평방향의 발산을 증가시킨다. 상기 테이퍼 (taper)는 수평방향으로의 광 출력 발산을 특별히 증가시킨다.
도파로(14)는 디스플레이에 광 에너지를 전달하기 위하여 광 섬유원으로부터 광 에너지를 입력시키기 위한 수단을 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 도파로(14)는 광에너지를 표시판 디스플레이에 전달한다. 선택적으로, 도파로(14)는 고속도로 정보 디스플레이(긴급공지, 교통상황, 복잡하고 위험한 교차로용신호등) 및 도로 광고판(전자 광고게시판)을 포함하는 다양한 서로 다른 디스플레이에 광 에너지를 전달할 수 있다.
도파로(14)는 극장, 컨벤션/상거래 쇼(show) 지역, 백화점, 자동차 쇼룸(showroom) 및 일영역에서의 높은 휘도로부터 다른 영역에서의 낮은 조명까지 변화될 수 있는 천장형 광 전파에 의해 영향을 크게 받는 다른 공공/준 공공 영역등을 위한 특별한 조명 시스템에서 사용될 수 있다.
도 7을 참조하면, 디스플레이 시스템(30)은 대형 연회장, 로비 및 다른 시설에서 방문자들에게 정보 및 광고를 전달하기 위한 천장형 디스플레이이다. 시스템(30)은 연회장의 천장에 다수의 전달 섬유(32)에 연결된 도파로(14)를 포함한다. 바닥(36)에 있는 방문자(34)는 상기 디스플레이 시스템(30)으로부터 정보를 관찰한다. 출력 휘도를 유지하기 위하여, 광은 로비 통로를 통해 ±α인, 관찰영역(38)에 집중될 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, α의 대략적인 값은 ±50°이고, 수직방향으로의 발산은 ±20°이다.
상기 시스템(30)에서 측면 홈 도파로(14)의 사용없이, 상기 플라스틱 섬유로부터의 최초 발산은 ±30°이다. 관찰영역(38)에서 ±50°까지 발산을 증가시키기 위하여, 상기 도파로(14)의 출력 크기는 이 방향에서 감소되어야만 한다. 이런 관점에서, 상기 방향에서의 출력 크기는 ±20°까지 발산을 감소시키기 위하여 증가되어야만 한다. 불행하게도, 도파로(14)의 기하학적 크기의 증가를 방지하는 제한(예를 들어, 패킹 문제)들이 존재한다.
따라서, 발산을 감소시키기 위하여, 홈(26)들은 도파로(14)의 측면 크기에서주형화된다. 그로 인해 홈(26)들은 도파로(14)의 기하학적 크기를 증가시키지 않고도 상기 광을 재형상화한다.
특히, 도 8은 상기 광의 형상화에 있어서 홈(26)의 영향을 도시한 것이다. 광이 홈(28)에 입사되면, 반사된 광와 축 Y 사이의 각도가 증가한다. 그러므로, 상기 출력 발산각 γ1은 감소한다. 도 9는 더욱 상세하게 A포인트에 입사광선을 반사시키는 것을 도시한다.
각도 α는 축 Y와 입사광선사이의 각도이다. 각도 β는 ZAY평면에서의 축 Y와 홈 표면에 대해 직각이다. 홈이 없으면, 도 9에서의 각도 β는 0이다. 만약에,,,는 축의 고유한 벡터들이라면,은 다음과 같다.
(1-1)이다.
상기 반사 법칙은(1-3) 이다.
상기 Nr의 스칼라 값은 (-cosαcosβ)이다.
그러므로,(1-4)
, 또는(1-5)
만약 β=0이거나 또는 반사가 홈없이 이루어지면, 상기 반사된 광선는
(1-6) 이다.
이것은 도 10에 도시되어 있다(측면 홈 도파로(14)가 없는 반사).
그러나, 측면 홈 도파로(14)를 사용하는 경우에, 축 y에 의한 광선의 직접 cosine은 (1-2cos2β)cosα까지 감소되고, 도 8 및 도 11에서의 각도 γ는
(1-7) 이다.
따라서, γ>α (1-8) 이다.
도 8에서의 출력각 γ'는 도 11에 도시된 바와 같이 감소된다.
도 12는 측면 홈 도파로(14)를 포함하는 직사각형 아크릴 바아(40)를 도시한다. 반사각 γ'과 δ'사이의 최적의 거래를 위하여, 홈(28)의 특정한 형상과 기하학적 모양은 변화할 수 있다. 이런 관점에서, 홈(28)의 기하학적 모양은 도 9에서의 각도 β에 의해 결정된다. 홈(28)의 형상은 발산각 δ'약간 증가시킨다.
본 출원의 범위는 상기에 서술된 바람직한 실시예의 설명에 의해 제한되지 않고, 첨부한 청구범위의 범위에 의해서만 제한된다.
Claims (20)
- 제 2단부에 대향하는 제 1단부를 구비하는 종방향 구조물로서, 상기 제 1단부에 인접한 구조물 상의 정부면과 바닥면 상에 홈형상의 표면이 형성되는 것을 특징으로 하는 도파로.
- 제 1항에 있어서,상기 홈형상의 표면은 홈이 형성된 일련의 돌출부들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도파로.
- 제 2항에 있어서,상기 돌출부는 일반적으로 삼각형인 것을 특징으로 하는 도파로.
- 제 1항에 있어서,상기 종방향 구조물은 광학적으로 투명한 광학 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 도파로.
- 제 2항에 있어서,상기 홈은 일방향으로의 입력광선의 출력 발산을 감소시키는 것을 특징으로 하는 도파로.
- 제 5항에 있어서,상기 방향은 수직방향인 것을 특징으로 하는 도파로.
- 제 6항에 있어서,상기 홈은 입력 광선의 수평 발산을 증가시키는 것을 특징으로 하는 도파로.
- 제 2단부에 대향하는 제 1단부를 갖는 종방향 구조물;상기 제 1단부에 인접한 구조물 상에 형성된 홈형상의 표면;을 포함하고,상기 종방향 구조물의 기하학적 크기는 실질적으로 일정하고, 동시에 상기 홈 형상의 표면은 제 1방향으로의 광선의 발산을 감소시키고 제 2방향으로의 광선의 발산을 증가시키기 위하여 입력 광선을 재형상화하는 것을 특징으로 하는 도파로.
- 제 8항에 있어서,상기 제 1방향은 수직방향이고 상기 제 2방향은 수평방향인 것을 특징으로 하는 도파로.
- 제 9항에 있어서,상기 홈형상의 표면은 홈이 형성된 다수의 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도파로.
- 제 10항에 있어서,각각의 돌출부는 경사진 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 도파로.
- 제 8항에 있어서,상기 종방향 구조물은 광학적으로 투명한 물질인 것을 특징으로 하는 도파로.
- 제 8항에 있어서,상기 홈형상의 표면은 상기 종방향 구조물의 정부면과 바닥면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 도파로.
- 광섬유원으로부터 표시판 디스플레이까지 입력 광선을 전송하기 위한 조명 시스템으로서,제 2단부에 대향하는 제 1단부를 구비하는 콜리메이팅 가이드와, 정부면과 바닥면을 구비하며 그들 사이에 형성된 종방향 지지물; 및상기 제 1단부에 인접한 정부면과 바닥면 상에 형성된 홈형상의 표면;을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
- 제 14항에 있어서,상기 종방향의 기하학적 크기는 실질적으로 일정하고, 동시에 상기 홈형상의 표면은 제 1방향으로의 상기 광선의 발산을 감소시키고 제 2방향으로의 상기 광선의 발산을 증가시키기 위하여 상기 입력 광선을 재형상화하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
- 제 15항에 있어서,상기 제 1방향은 수직방향이고 상기 제 2방향은 수평방향인 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
- 제 14항에 있어서,상기 홈형상의 표면은 홈이 형성된 다수의 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
- 제 17항에 있어서,상기 각각의 돌출부는 경사진 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
- 제 14항에 있어서,상기 종방향 지지물은 광학적으로 투명한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
- 제 18항에 있어서,상기 각각의 돌출부는 삼각형인 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
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