KR20110138374A - 패턴 투영 광 출력 시스템 - Google Patents

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KR20110138374A
KR20110138374A KR1020117023947A KR20117023947A KR20110138374A KR 20110138374 A KR20110138374 A KR 20110138374A KR 1020117023947 A KR1020117023947 A KR 1020117023947A KR 20117023947 A KR20117023947 A KR 20117023947A KR 20110138374 A KR20110138374 A KR 20110138374A
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마르셀리너스 피. 씨. 엠. 크린
미첼 씨. 제이. 엠. 비쎈베르그
팀 디커
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

멀리 떨어진 투영 평면(3) 내에서 조명되는 스폿들(11a-b)의 제어가능한 패턴(10)을 형성하기 위한 광 출력 시스템(1)이 개시된다. 광 출력 시스템(1)은 광 출력 장치 피치(PLS)를 갖는 광 출력 장치들의 어레이(5) 내에 배치된 복수의 개별적으로 제어가능한 광 출력 장치(6a-c), 및 광 출력 장치들의 어레이(5)와 투영 평면(3) 사이에 배치된 광학 시스템(7)을 포함한다. 광학 시스템(1)은 광 출력 장치들의 어레이(5)에 의해 방출되는 광을, 광 출력 장치 피치(PLS)보다 큰 투영 피치(Pspot)를 갖는 조명되는 스폿들(11a-c)의 투영된 어레이로서 투영 평면(3) 내에 투영하도록 구성된다. 이러한 광 출력 시스템을 이용하면, 광 출력 장치들에 의해 출력되는 발광 출력의 사실상 전부가 광 패턴들을 투영하기 위해 이용된다.

Description

패턴 투영 광 출력 시스템{PATTERN-PROJECTING LIGHT-OUTPUT SYSTEM}
본 발명은 멀리 떨어진 투영 평면 내에 조명되는 스폿들의 제어가능한 패턴을 형성하기 위한 광 출력 시스템에 관한 것이다.
새로운 개선된 발광 다이오드(LED)와 같은 새로운 광원들의 개발이 진행되면서, 새로운 응용 영역들이 나타났다. 예를 들어, 사용자가 제어가능한 조명을 이용하여 분위기를 만들어낼 수 있게 하는 제품들이 개발되었다. 그러한 제품의 일례는 필립스사로부터의 LivingColours 램프인데, 이 램프는 그것의 직관적인 원격 제어를 통해 사용자에게 무한한 범위의 컬러를 발견할 자유를 제공한다.
또 다른 진전으로서, 사용자가 벽 또는 그와 유사한 것 상에 제어가능한 광 패턴들을 형성하는 것과 같은, 조명의 다른 양상들을 제어하는 것을 가능하게 하는 것이 바람직할 것이다.
그러한 제어가능한 패턴들을 형성하기 위해, 전자 프로젝터들과 같은 기존 장치들이 이용될 수 있다. 그러나, 그러한 장치들에서는 광원에 의해 생성되는 광의 적은 부분(전형적으로는 5％ 정도로 적은 부분)만이 실제로 패턴을 생성하기 위해 이용된다.
본 발명의 일반적인 목적은, 상기 언급된 것과 그 외의 종래 기술의 단점들을 고려하여, 벽 또는 그와 유사한 것 상에서 기존 전자 투영 장치들보다 더 높은 발광 효율(luminous efficiency)로 제어가능한 광 패턴들을 형성하는 것을 가능하게 하는 개선된 광 출력 시스템을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은 멀리 떨어진 투영 평면 내에서 조명되는 스폿들의 제어가능한 패턴을 형성하기 위한 광 출력 시스템으로서, 광 출력 장치 피치를 갖는 광 출력 장치들의 어레이 내에 배치된 복수의 개별적으로 제어가능한 광 출력 장치, 및 광 출력 장치들의 어레이와 투영 평면 사이에 배치된 광학 시스템을 포함하고, 광학 시스템은 광 출력 장치들의 어레이에 의해 방출되는 광을, 광 출력 장치 피치보다 큰 투영 피치를 갖는 조명되는 스폿들의 투영된 어레이로서, 광 출력 장치들에 대해 일대일 관계를 갖고서 투영 평면 내에 투영하도록 구성되는 광 출력 시스템을 제공한다.
본 출원의 맥락에서, "광 출력 장치(light-output device)"라는 용어는 광, 즉 가시 스펙트럼 내의 전자기 방사를 출력할 수 있는 임의의 장치를 언급하는 것으로 이해되어야 한다.
어레이의 "피치(pitch)"는 어레이의 주된 방향들(principal directions) 중 하나에서의 어레이 내에 포함된 인접 장치들 간의 거리를 칭하는 것이다. 본 기술분야의 숙련된 자라면 이해할 수 있듯이, 1차원 어레이는 하나의 피치 값을 갖고, 2차원 어레이는 동일할 수도 있고 동일하지 않을 수도 있는 2개의 피치 값을 갖는다.
본 발명은, 광 출력 장치들의 어레이를 이용하여 투영될 패턴을 생성하고 개별 광 출력 장치들을 벽 또는 그와 유사한 것 상의 대응하는 스폿들에 투영하되, 그 스폿들의 어레이의 피치가 광 출력 장치들의 어레이의 피치보다 크게 함으로써, 제어가능한 광 패턴들이 매우 높은 발광 효율을 가지고서 벽 또는 그와 유사한 것 상에 투영될 수 있다는 인식에 기반을 두고 있다.
조명되는 스폿들의 투영된 어레이(projected array of illuminated spots)는 유리하게는 광 출력 장치들의 어레이와 동일한 개수의 어레이 소자들을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 광 출력 시스템을 이용하면, 광 출력 장치들에 의해 출력되는 발광 출력(luminous power)의 사실상 전부가 광 패턴을 투영하기 위해 이용된다. 이에 의해, 공간 광 변조기 또는 그와 유사한 것에 의해 변조되는 광에 의존하는 종래 기술의 시스템들에 비해, 광 출력 시스템의 발광 효율이 극적으로 개선된다.
또한, 투영되는 광의 요구되는 제어가능한 패턴들을 달성하기 위해, 이동하는 부분들 및/또는 개별적으로 제어가능한 소자들을 갖지 않는 광학 시스템 및 광 출력 장치들의 어레이만이 필요하기 때문에, 본 발명에 따른 광학 시스템은 매우 컴팩트하고 비용 효율적으로 만들어질 수 있다.
광 출력 장치들의 어레이와 투영 평면 사이에 배치된 광학 시스템은 유리하게는 광학 소자 피치를 갖는 광학 소자들의 어레이를 포함할 수 있다.
또한, 광학 소자들은 포커싱 렌즈들일 수 있다. 포커싱 렌즈들은 유리하게는 실질적으로 동일한 포커싱 특성들을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광학 소자들의 어레이의 광학 소자 피치는 광 출력 장치 피치보다 크고 투영 피치보다 작을 수 있다. 그러한 구성을 이용하면, 어떠한 추가의 광학 장치들의 도움도 없이, 광 출력 장치 피치보다 큰 투영 피치를 갖는 조명되는 스폿들의 투영된 어레이가 달성될 수 있다.
투영 표면과 광학 소자들 간의 거리는 전형적으로 광 출력 장치들과 광학 소자들 간의 거리보다 상당히 더 크기 때문에, 광학 소자 피치는 유리하게는 광 출력 장치 피치보다 1 내지 1.25배 범위만큼, 더 유리하게는 1.05 내지 1.18배 범위만큼 더 클 수 있다. 즉, 광학 소자 피치는
Figure pct00001
의 관계를 따라 광 출력 장치 피치에 관련될 수 있으며, 여기에서 Poptical element는 상기 광학 소자 피치이고, Plight - output device는 광 출력 장치 피치이며,
Figure pct00002
는 상기 언급된 계수이다.
광 출력 장치들의 어레이 내의 광 출력 장치들 각각에 의해 출력되는 광이 광학 소자 어레이 내의 그것에 연관된 광학 소자에 의해 투영될 것을 보장하기 위해, 광학 소자 어레이 내의 광학 소자들의 개수는 유리하게는,
Figure pct00003
의 관계를 충족시킬 수 있으며,
N은 임의의 방향에서의 광학 소자 어레이의 가장 큰 치수이고,
Poptical element는 광학 소자 피치이고,
Plight - output device는 광 출력 장치 피치이다.
또한, 각각의 광 출력 장치는 상이한 컬러의 광을 방출하도록 구성된 적어도 제1 광원 및 제2 광원을 포함할 수 있다. 이는 컬러 패턴의 투영을 가능하게 한다.
유리하게는, 제1 광 출력 장치 내에 포함된 제1 광원은, 제1 광원에 의해 방출되는 광이 제2 광 출력 장치 내에 포함된 제2 광원에 연관된 스폿으로서 투영되는 방식으로 제1 광 출력 장치에 연관된 광학 소자에 관련지어 배치될 수 있다. 제2 광 출력 장치는 제1 광 출력 장치에 인접하여 위치될 수 있고, 또는 제1 및 제2 광 출력 장치는 하나 또는 수개의 다른 광 출력 장치에 의해 이격될 수 있다.
이러한 광 출력 장치 구성은 상이한 광 출력 장치들 내에 포함된 광원들에 의해 출력되는 광의 혼합을 통해, 투영되는 스폿의 컬러를 제어하는 것을 가능하게 한다.
또한, 주어진 광 출력 장치에 포함된 제1 및 제2의 인접하는 광원들은,
Figure pct00004
의 관계에 의해 주어지는 거리
Figure pct00005
만큼 이격될 수 있고, n은 정수 1, 2, 3,...이고, zi는 광 출력 장치에 연관된 광학 소자와 투영 평면 사이의 광학적 거리이고, zo는 광 출력 장치와 광학 소자 간의 광학적 거리이고, PSpot은 투영 피치이다. 숙련된 자에게 알려져 있는 바와 같이, "광학적 거리(optical distance)"는 물리적 거리에, 광이 통과하여 이동하는 매질의 굴절률을 곱한 것이다.
여기에서는, 상이한 컬러의 서브-스폿들 간에서 실질적으로 완전한 중첩이 달성될 수 있으며, 이에 의해 컬러 프린지(colored fringes)와 같은 아티팩트들이 방지될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 광학 시스템은 광학 소자들의 어레이와 투영 평면 간에 배치된 빔 지향 부재를 더 포함할 수 있고, 빔 지향 부재는 광학 소자들의 어레이로부터 나오는 광 빔들을 투영 평면 내의 조명되는 스폿들의 투영된 어레이를 향해 지향시키도록 구성된다.
광학 소자들의 어레이와 투영 평면 사이에 배치된 빔 지향 부재를 이용하면, 광학 소자 피치와 출력 소자 피치 간의 차이가 작아질 수 있고(광학 소자 피치와 출력 소자 피치가 동일할 수도 있음), 이에 의해 광학 소자들(광 출력 장치들)의 큰 어레이가 수용될 수 있으며, 이는 주어진 거리에서의 더 큰 투영 패턴의 형성 및/또는 더 높은 해상도를 가능하게 한다.
빔 지향 부재는 지향 광학 소자들의 어레이를 포함할 수 있고, 지향 광학 소자들 각각은 광학 소자들의 어레이 내의 연관된 광학 소자로부터 나오는 광 빔을 투영 평면 내의 조명되는 스폿들의 투영된 어레이 내의 연관된 스폿을 향해 지향시키도록 구성된다.
광학 소자들의 어레이와 투영 평면 사이에 배치된 상기 설명된 빔 지향 부재와 함께, 또는 대안적으로, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 광 출력 시스템은 광 출력 장치들의 어레이와 광학 소자들의 어레이 사이에 배치된 빔 지향 부재를 포함할 수 있다. 이러한 빔 지향 부재는 위에 설명된 것과 유사하게 지향 광학 소자의 어레이를 포함할 수 있다.
또한, 광 출력 시스템은 유리하게는, 광 출력 장치들의 어레이와 광학 시스템 사이에서의 상대적인 이동을 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 광 출력 장치들의 어레이 및 광학 시스템 중 하나 또는 둘 다의 위치가 조절될 수 있다. 이에 의해, 투영되는 스폿들의 구성은 광 출력 시스템의 적용 위치에서의 조건에 따라 사용자에 의해 조절될 수 있다.
예를 들어, 광 출력 시스템은 광 출력 장치들의 어레이와 광학 시스템 간의 거리의 조절을 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 이에 의해, 광 출력 시스템은 패턴이 투영되어야 하는 표면까지의 상이한 거리들, 및/또는 표면 상의 인접한 스폿들 간의 상이한 요구되는 중첩들에 대해 적응될 수 있다.
또한, 광 출력 장치들의 어레이와 광학 시스템 간의 정렬이 조절가능할 수 있는데, 즉, 광 출력 장치들의 어레이와 광학 시스템 중 하나 또는 둘다가 옆방향으로 이동가능할 수 있고, 이에 의해 광 출력 시스템이 고정적으로 유지되면서도, 사용자가 조명되는 스폿들의 투영된 패턴의 위치를 조절할 수 있다.
또한, 광 출력 시스템은 광 출력 장치들을 분리하는 격벽들을 포함할 수 있고, 격벽들은 광 출력 장치들의 어레이와 광학 시스템 사이에 배치된다. 이에 의해, 주어진 광 출력 장치에 의해 출력되는 광의 방향이 그 광 출력 장치에 연관되지 않는 광학 소자에 의해 변경되는 것이 방지될 수 있다.
이제, 이러한 것들과 그 외의 본 발명의 양태들은 본 발명의 현재의 바람직한 실시예들을 보여주는 첨부 도면들을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 벽에 광 패턴을 투영하는 예시적인 광 출력 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 광 출력 시스템의 일부분의 개략적인 표현으로서, 그것의 한가지 가능한 구성을 도시하고 있다.
도 3은 도 2의 부분적인 광 출력 시스템의 간략화된 표현의 선 A-A'를 따른 단면으로서, 광 출력 시스템의 기하학적 구조를 도시하고 있다.
도 4는 도 2의 부분적인 광 출력 시스템의 선 A-A'를 따른 단면도로서, 상이한 컬러의 스폿들이 어떻게 형성될 수 있는지를 도시하고 있다.
도 5는 도 1의 광 출력 시스템의 일부분의 개략적인 표현으로서, 그것의 다른 가능한 구성을 도시하고 있다.
도 6은 도 1의 광 출력 시스템의 일부분의 개략적인 표현으로서, 광학 소자 어레이와 투영 평면 사이에 배치된 빔 지향 부재를 포함하는, 그것의 또 다른 구성을 도시하고 있다.
도 7은 도 6의 부분적인 광 출력 시스템의 선 B-B'를 따른 단면도이다.
이하의 설명에서, 본 발명은 주로 광 출력 시스템을 참조하여 설명되는데, 여기에서 광 출력 장치들은 복수의 상이한 컬러의 발광 다이오드(LED), 및 전통적인 포지티브 렌즈들의 어레이를 포함한다.
이것은 결코 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명은 다른 유형의 광 출력 장치들과, 프레넬 렌즈 등과 같은 기타 광학 소자들을 포함하는 광 출력 시스템들에도 동등하게 적용가능함에 유의해야 한다.
도 1은 투영 평면을 표현하는 멀리 떨어진 벽(3) 상에 패턴(2)을 투영하는 예시적인 광 출력 시스템(1)을 개략적으로 도시한 분해도이다. 도 1을 참조하면, 광 출력 시스템(1)은 개별적으로 제어가능한 광 출력 장치들(6a-c)의 어레이(5)(도면을 복잡하게 하지 않기 위해 광 출력 장치들 중 3개만이 참조번호를 이용하여 나타나 있음), 및 광 출력 장치들(6a-c)과 투영 평면(3) 간에 배치된 광학 소자들(9a-c)의 어레이를 포함하는 광학 시스템(7)을 포함한다.
또한, 도 1에 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이, 광 출력 장치들(6a-c)의 어레이(5)에 의해 출력되는 광은 조명되는 스폿들(11a-c)의 투영된 어레이(10)로서 투영된다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 광 출력 장치들(6a-c)의 어레이(5)의 피치(이웃하는 광 출력 장치들 간의 거리) PLS는 투영 평면(3) 내의 조명되는 스폿들(11a-c)의 피치 Pspot보다 상당히 작다. 광 출력 장치 피치 PLS로부터 조명되는 스폿들(11a-c)의 피치 Pspot으로의 변환은 광 출력 장치들(6a-c)의 어레이(5)와 투영 평면(3) 사이에 배치된 광학 시스템(7)에 의해 다루어지며, 이하에서 도 1의 광 출력 시스템에 대한 다수의 예시적인 실시예들을 참조하여 더 설명될 것이다.
이제, 도 1에 도시된 기본적인 구성을 갖는 광 출력 시스템의 제1 실시예가 도 2를 참조하여 설명될 것이다.
도 2는 도 1의 투영 평면(3)으로부터 본 광 출력 시스템(1)의 평면도이며, 광 출력 장치들(6a-c)은 광학 소자들(9a-c)을 통해 볼 수 있다. 이러한 구체적인 실시예에서, 각각의 광 출력 장치(6a-c)는 청색 LED(12a, 13a, 14a), 적색 LED(12b, 13b, 14b) 및 녹색 LED(12c, 13c, 14c)를 포함하며, 광학 소자들(9a-c)은 광 출력 장치 피치 PLS보다 큰 피치 Plens를 갖고서 배치된 렌즈들의 형태로 제공된다. 비록 도 2에 도시된 실시예는 컬러 제어가능한 실시예이지만, 광 출력 장치 피치 PLS로부터 도 1의 조명되는 스폿들(11a-c)의 피치 Pspot으로의 변환의 원리는, 도 3에 개략적으로 도시되어 있으며 적색 LED들(12b, 13b, 14b)만을 갖는 도 2의 구성에 대응하는 단순화된 흑백의 사례를 참조하여 우선 설명될 것이다.
이제, 도 3을 참조하여, 광 출력 시스템(1)에 대한 본 실시예의 기하학적 특성들 간의 관계가 설명될 것이다. 도 3에 개략적으로 도시된 실시예에서, 광학 소자들(9b-c)은 광원들(6b-c)로부터 광학적 거리 zO에서 배치되고, 투영 평면(3)은 광학 소자들(9b-c)로부터 광학적 거리 zi에 배치된다. 도 3에 나타나 있는 바와 같이, 각각의 광원(6b-c)은 광원들(6b-c)에 의해 방출되는 광을 어느 정도 시준하기 위해 시준 광학기기(15b-c)를 구비할 수 있다. 이것은 광원들(6b-c)에 의해 방출되는 광의 대부분이 대응하는 렌즈(9b-c)에 의해 캡처될 수 있을 것을 보장하기 위해 행해진다.
이제, 도 3에 개략적으로 도시된 실시예에서, 광원 피치 PLS로부터 투영 평면(3) 내의 조명되는 스폿들의 피치 Pspot으로의 변환은 시스템의 기하학적 구조를 적절하게 선택함으로써, 즉 주어진 광원 피치 PLS에 대하여 광원들(6b-c)과 렌즈들(9b-c) 간의 거리 zO 및 렌즈 어레이(8) 내의 렌즈들(9b-c)의 피치 Plens를 적절하게 선택함으로써 달성된다.
구체적으로, 현재 설명되는 실시예에 따른 광학 시스템의 구성은 이하의 관계를 충족시켜야 한다.
Figure pct00006
실제에서는,
Figure pct00007
이므로, 수학식 1은 PLS가 PLens보다 작음을 의미한다. 바람직하게는,
Figure pct00008
이다. 더 바람직하게는,
Figure pct00009
이다. 또한,
Figure pct00010
임에도 유의해야 한다.
벽에 투영되는 스폿들의 크기 dspot은 전형적으로는 시스템의 배율 상수에 광원들(6a-b)(적용가능한 경우에는 시준기(15b-c)를 더한 것)의 치수 dLS를 곱한 것과 동일하다.
Figure pct00011
투영 평면(3)에 투영되는 패턴(2)(도 1)에서의 강도 및 컬러의 부드러운 전이를 보장하기 위해, 이웃하는 도트들(11a-c)(도 1) 간의 소정의 중첩이 바람직하다. 이러한 중첩은 아래의 관계를 따른다:
Figure pct00012
중첩 O>25％가 요구되는 부드러운 전이를 제공하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 이웃하는 도트들(11a-c)을 구별하는 능력을 유지하기 위해 (벽(3)에 투영되는 광 패턴(2)의 해상도의 손실을 방지하기 위해), 중첩은 상한을 가질 수 있는데, 유리하게는 O<75％일 수 있다.
렌즈들의 평면에 가까운 확산기(또는 파인 피치(fine-pitched)의 약한 렌즈들의 어레이)와 같은 추가의 광학 소자(도 3에는 도시되어 있지 않음)를 위치시킴으로써 추가의 중첩이 생성될 수 있음에 유의해야 한다.
광 출력 장치들(6a-c)의 피치 PLS와 투영 평면(3)에 투영된 스폿들(11a-c)의 피치 Pspot 간의 요구되는 전환이 달성될 수 있게 하는 광 출력 시스템(1)의 예시적인 일 실시예의 기하학적 구조가 설명되었고, 이제, 컬러 투영 패턴의 형성을 가능하게 하기 위해 도 3의 구성이 어떻게 변경될 수 있는지에 대한 설명으로 넘어갈 것이다.
도 4는 상이한 컬러의 스폿들이 도 1의 광 출력 시스템을 이용하여 어떻게 형성될 수 있는지를 설명하는, 선 A-A'를 따른 도 2의 부분적인 광 출력 시스템의 단면도이다.
컬러 조명되는 스폿들(11a-c)로 고품질 패턴을 달성하기 위해, 기본 컬러들의 스폿들이 실질적으로 완전히 중첩되도록 투영 평면(3) 내에 투영될 것을 보장하는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 컬러 프린지(colored fringes) 등과 같은 아티팩트들 없이, 사실상 자유롭게 제어가능한 컬러들의 스폿들이 형성될 수 있다.
이제, 도 4를 참조하여, 시스템이 3개의 기본 컬러, 적색(=R), 녹색(=G) 및 청색(=B)에 기초하는 예시적인 실시예가 설명될 것이다. 각각의 렌즈(11a-c) 뒤에는(투영 평면(3)으로부터 볼 때), RGB-LED들(12a-c, 13a-c, 14a-c)의 트리플렛이 배치된다. 청색 LED(12a), 적색 LED(13b) 및 녹색 LED(14c)에 대해 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 이러한 트리플렛들의 각 LED에 의해 방출되는 광은 벽(3) 상에 광의 스폿을 발생시킨다. 결과적인 스폿(11b)은 백색으로 보일 것이다.
상이한 광 출력 장치들(6a-c)(여기에서는, LED 트리플렛) 내에 포함되는 상이한 광원들에서 기인하는 조명되는 스폿들이 중첩할 것을 보장하기 위해, 광 출력 장치들(6a-c) 내에 포함되는 광원들 간의 적절한 간격이 선택되어야 한다.
도 4의 예시적인 실시예를 참조하면, 각각의 트리플렛(6a-c) 내의 LED들(12a-c, 13a-c, 14a-c)을 적절한 간격으로 배열함으로써, 특정 컬러의 각각의 LED가 다른 트리플렛의 보색의 LED의 광과 완전히 중첩하는 벽 상의 광 스폿을 발생시킬 것이 보장될 수 있다. 이러한 간격 거리는 아래의 관계를 따를 수 있다.
Figure pct00013
이러한 관계에서, n은 광 출력 장치(6a-c) 내의 이웃하는 광원들에 의한 광 출력의 투영으로부터 기인하는 스폿들 간의 거리를 스폿 피치 Pspot의 단위로 나타내는 정수이다. 유리하게는, 상기 관계에서, 간격 거리
Figure pct00014
는 n=1이도록 선택될 수 있다. 상이한 컬러의 광원들을 그렇게 가깝게 함께 위치시킬 수 없는 경우, n=2 또는 n=3을 선택할 수 있다.
상이한 컬러의 광원들(12a-c, 13a-c, 14a-c)이 별개의 장치들로서 제공될 수도 있고, 또는 하나의 동일한 하우징 내에 함께 패키징될 수도 있음에 유의해야 한다.
도 2에 도시된 광 출력 장치들의 육각형 구성에 대한 대안으로서, 도 5에 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이, 광 출력 장치들(6a-c)은 직사각형 구성으로 배열될 수 있다.
또한, 도 5의 구성은 각각의 광 출력 장치(6a-c)가 4개의 광원(12a-d, 13a-d, 14a-d)을 포함하며, 4번째 광원이 개선된 조명을 달성하기 위해 백색 광을 방출하도록 구성된 광원이라는 점에서, 도 2를 참조하여 위에서 설명된 것과는 다르다.
도 2에 도시된 실시예의 경우에서와 마찬가지로, 광학 소자들(9a-c)의 피치는 수평 및 수직 방향 둘 다에서 광 출력 장치들(6a-c)의 피치보다 크다.
다음으로, 도 6 및 도 7을 참조하여, 도 1의 광 출력 시스템(1)의 다양한 실시예들에서 이용될 수 있는 또 다른 가능한 구성을 논의할 것이다.
지금까지 논의된 다양한 구성들에 따르면, 광 출력 장치 피치 PLS로부터 투영 평면(3)에 투영된 조명된 스폿들(11a-c)의 피치 Pspot으로의 변환은, 광 출력 장치들(6a-c)의 어레이(5)와 투영 평면(3) 사이에 배치된 렌즈들의 어레이의 적절한 피치 Plens를 선택함으로써 달성되었다.
대안 또는 보완으로서, 광 출력 시스템(1)은, 광학 소자들(9a-c)의 어레이와 투영 평면(3) 사이에 배치되어 투영 평면(3) 내에서 요구되는 피치 Pspot을 갖는 조명되는 스폿들(11a-c)을 달성하도록 광학 소자들(9a-c)을 통과한 광 빔들을 지향시키는 빔 지향 부재(beam-directing member)를 구비할 수 있다.
예를 들어, 도 6에 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이, 광학 소자들(9a-c)의 피치 Plens는 광 출력 장치들(6a-c)의 피치 PLS와 동일하도록 선택될 수 있고, 빔 지향 부재는 PLS로부터 Pspot으로의 변환의 실질적으로 전부를 달성하기 위해 광학 소자들(9a-c)과 투영 평면(3) 사이에 배치될 수 있다.
숙련된 기술자라면, 빔 지향 부재에 의해 야기되는 빔 편향의 크기 및 방향은 어레이 내에서의 위치에 의존할 것이며, 도 6에 도시된 사례에서, 빔 지향 부재는 광 출력 시스템(1)의 외부로부터 빔 지향 부재 및 광학 소자들(9a-c)의 어레이를 통과하여 광 출력 장치들(6a-c)을 향해 광선들을 역추적할 때, 광 출력 장치들(6a-c)이 수학식 1에 의해 주어진 피치 PLS로 이격된 것으로 보이게 하도록 구성되어야 함을 알 것이다.
도 6의 예시적인 구성에서 개략적으로 도시된 단순한 빔 지향 부재의 예는 프리즘들(17a-i)의 1차원적인 파인-피치(fine-pitched) 어레이에 기초한다. 빔 지향 부재는 복수의 광학 소자를 포함할 수 있고, 또는 예를 들어 대형의 네거티브 렌즈(바람직하게는 프레넬 타입 렌즈)일 수 있는 하나의 대형의 전체적인 빔 지향 부재로서 제공될 수 있다.
도 6의 부분적인 광 출력 시스템의 라인 B-B'를 따른 단면도인 도 7에는, 흑백 광 출력 장치들(6a-b)을 갖는 단순화된 사례에 대해, 편향-후(post-deflection)의 원리가 개략적으로 도시되어 있다. 도 7의 구성을 통해, 도 3에서와 같이 동일한 광학 소자 피치 Plens에 대해 동일한 스폿 피치 Pspot이 달성된다.
마지막으로, 본 발명에 따른 광 출력 시스템(1)의 컬러 제어가능한 실시예들에서 경계 효과를 회피하기 위해 다양한 조치들이 취해질 수 있음에 유의해야 한다. 한 접근 방식에 따르면, 벽 상의 해당 스폿 위치에 대해 완전한 컬러 스펙트럼을 제공하는 데에 필요한 다른 컬러들로 보완될 수 없는, 광 출력 장치들의 어레이(5)의 에지들에 가까운 광원들은 광을 방출하지 않도록 제어될 수 있고, 또는 광 출력 시스템(1)으로부터 생략될 수 있다.
본 기술분야의 숙련된 자는 본 발명이 결코 바람직한 실시예들로 제한되지 않음을 알 것이다. 예를 들어, 특정한 광 출력 장치에 의해 방출되는 광이 이웃하는 렌즈를 통해서가 아니라 대응하는 렌즈를 통해서만 이동할 것을 보장하기 위해, 이웃하는 광 출력 장치들(6a-c) 사이에 격벽들(흡수성)이 배치될 수 있다. 또한, 벽에 비스듬한 각도로부터 패턴을 투영하기를 원하는 경우에서는, 광 출력 시스템에 가깝게 투영되는 스폿들에 대해서는, 광 출력 장치들과 광학 소자들 사이의 평균 거리보다 더 작은 거리를 갖고, 광 출력 시스템으로부터 멀게 투영되는 스폿들에 대해서는, 광 출력 장치들과 광학 소자들 사이의 평균 거리보다 더 큰 거리를 갖는 것이 유리할 수 있다. 또한, 강력하면서도(고배율) 경량의 렌즈인 프레넬 타입 렌즈가 광학 소자로서 유리하게 이용될 수 있다. 추가적으로, 광 출력 시스템 내에 포함되는 광학 소자들의 일부 또는 전부는, 예를 들어 액정 또는 전기습윤에 기초하는 전기적으로 조절가능한 능동 광학 소자들일 수 있다. 예를 들어, 능동 확산기를 이용함으로써, 벽 상에서의 광의 스폿들의 중첩을 튜닝할 수 있다. 능동 후-편향기(active post-deflector)를 이용함으로써, 벽 상의 광의 스폿들의 패턴의 크기를 튜닝할 수 있다.

Claims (15)

  1. 멀리 떨어진 투영 평면(3) 내에서 조명되는 스폿들(11a-b)의 제어가능한 패턴(10)을 형성하기 위한 광 출력 시스템(1)으로서,
    광 출력 장치 피치(PLS)를 갖는 광 출력 장치들의 어레이(5) 내에 배치된 복수의 개별적으로 제어가능한 광 출력 장치(6a-c); 및
    상기 광 출력 장치들의 어레이(5)와 상기 투영 평면(3) 사이에 배치된 광학 시스템(7)
    을 포함하고, 상기 광학 시스템(1)은 상기 광 출력 장치들의 어레이(5)에 의해 방출되는 광을, 상기 광 출력 장치 피치(PLS)보다 큰 투영 피치(projection pitch)(Pspot)를 갖는 조명되는 스폿들(11a-c)의 투영된 어레이로서 상기 투영 평면(3) 내에 투영하도록 구성되는 광 출력 시스템(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학 시스템(7)은 광학 소자 피치(Plens)를 갖는 광학 소자들(9a-c)의 어레이를 포함하는 광 출력 시스템(1).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광학 소자들(9a-c)은 포커싱 렌즈들인 광 출력 시스템(1).
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 광학 소자 피치(Plens)는 상기 광 출력 장치 피치(PLS)보다 크고 상기 투영 피치(Pspot)보다 작은 광 출력 시스템(1).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광학 소자 피치(Plens)는 상기 광 출력 장치 피치(PLS)보다 1 내지 1.25배 범위만큼 큰 광 출력 시스템(1).
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    Figure pct00015

    의 관계를 충족시키며,
    N은 광학 소자들(9a-c)의 개수에 있어서, 임의의 방향에서의 상기 광학 소자 어레이의 가장 큰 치수이고,
    Poptical element는 상기 광학 소자 피치이고,
    Plight - output device는 광 출력 장치 피치인 광 출력 시스템(1).
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 광 출력 장치(6a-c)는 상이한 컬러의 광을 방출하도록 구성된 적어도 제1 광원(12b; 13b; 14b) 및 제2 광원(12c; 13c; 14c)을 포함하는 광 출력 시스템(1).
  8. 제7항에 있어서,
    제1 광 출력 장치(6a) 내에 포함된 제1 광원(12a)은, 상기 제1 광원(12a)에 의해 방출되는 광이 제2 광 출력 장치(6b) 내에 포함된 제2 광원(13b)에 연관된 스폿(11b)으로서 투영되는 방식으로 상기 제1 광 출력 장치(6a)에 연관된 광학 소자(9a)에 관련지어 배치되는 광 출력 시스템(1).
  9. 제8항에 있어서,
    주어진 광 출력 장치(6a)에 포함된 제1(12a) 및 제2(12b)의 인접하는 광원들은,
    Figure pct00016

    의 관계식에 의해 주어지는 거리
    Figure pct00017
    만큼 이격되고,
    n은 정수 1, 2, 3,...이고, zi는 상기 광 출력 장치(6a)에 연관된 상기 광학 소자(9a)와 상기 투영 평면(3) 사이의 광학적 거리이고, zo는 상기 광 출력 장치(6a)와 상기 광학 소자(9a) 간의 광학적 거리이고, Pspot은 상기 투영 피치인 광 출력 시스템(1).
  10. 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 시스템(7)은 상기 광학 소자들(9a-c)의 어레이와 상기 투영 평면(3) 간에 배치된 빔 지향 부재를 더 포함하고, 상기 빔 지향 부재는 상기 광학 소자들의 어레이로부터 나오는 광 빔들을 상기 투영 평면(3) 내의 상기 조명되는 스폿들(11a-c)의 투영된 어레이를 향해 지향시키도록 구성되는 광 출력 시스템(1).
  11. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 시스템(7)은 상기 광 출력 장치들의 어레이(5)와 상기 광학 소자들(9a-c)의 어레이 사이에 배치된 빔 지향 부재를 더 포함하고, 상기 빔 지향 부재는 상기 광 출력 장치들(6a-c)에 의해 방출되는 광 빔들을 상기 투영 평면(3) 내의 상기 조명되는 스폿들(11a-c)의 투영된 어레이를 향해 지향시키도록 구성되는 광 출력 시스템(1).
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 빔 지향 부재는 지향 광학 소자들(17a-i)의 어레이를 포함하고, 지향 광학 소자들 각각은 상기 광 출력 장치들의 어레이 내의 연관된 광 출력 장치(6a-c)에 의해 방출되는 광 빔을 상기 투영 평면(3) 내의 상기 조명되는 스폿들의 투영된 어레이 내의 연관된 스폿(11a-c)을 향해 지향시키도록 구성되는 광 출력 시스템(1).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 출력 장치들(6a-c)의 어레이(5)와 상기 광학 시스템(7) 사이의 상대적인 이동을 가능하게 하도록 구성된 광 출력 시스템(1).
  14. 제13항에 있어서,
    상기 광 출력 장치들의 어레이(5)와 상기 광학 시스템(7) 사이의 거리(zo)의 조절을 가능하게 하도록 구성된 광 출력 시스템(1).
  15. 제2항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 출력 장치들(6a-c)을 분리하는 격벽들을 포함하고, 상기 격벽들은 상기 광 출력 장치들의 어레이(5)와 상기 광학 시스템(7) 사이에 배치되는 광 출력 시스템(1).
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