KR20120083431A - 광 패턴을 발생시키기 위한 조명 장치 - Google Patents

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리파트 아타 무스타파 히크메트
타이즈 반 봄멜
용펭 니
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 광 패턴을 발생시키기 위한 조명 장치(1)에 관한 것이다. 광원(4)은 액정 셀(2) 쪽으로 지향되는 광 빔(5)을 발생시킨다. 액정 셀(2)은 주기적 구조(3)를 구비한다. 전압원(8)에 의해 액정 셀(2)에 전압이 인가되면, 주기적 위상 패턴이 발생된다. 액정 셀(2) 및 광원(4)은, 발생된 주기적 위상 패턴에서의 회절에 의해 다수의 개별 광 빔(6)이 상이한 방향에서 발생되도록 적응되는데, 다수의 개별 광 빔(6)이 광 패턴(7)을 형성한다. 광 패턴이 전압을 인가하는 것에 의해 변경 가능한 주기적 위상 패턴에서의 회절에 의해 발생되므로, 비교적 간단한 기술적 방법으로, 상이한 광 패턴이, 특히 장식 목적을 위해 발생될 수 있다.

Description

광 패턴을 발생시키기 위한 조명 장치{LIGHTING APPARATUS FOR GENERATING A LIGHT PATTERN}
본 발명은 광 패턴을 발생시키기 위한 조명 장치, 조명 방법, 및 조명 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다. 본 발명은 더 나아가 조명 장치를 구비하는 제품 프리젠테이션 장치 및 제품을 프리젠테이션하기 위한 해당 제품 프리젠테이션 방법에 관한 것이다.
Li Ge 등의 "Enumeration of Illumination on Scanning Modes from Real-Time Spatial Light Modulators"(Vol. 7, No. 12, Optics Express, pages 403-416, 2000)라는 글은 원방(far-field)에서 복잡하고 빠르게 변화하는 레이저 조명 패턴을 자동적으로 발생시키기 위해 빠른 회절 광학 설계 알고리즘과 함께 푸리에-변환 설정의 위상-전용(phase-only) SLM(spatial light modulator)을 사용하는 것을 개시한다. SLM은 수개 픽셀 소자를 구비하는데, 각각의 픽셀 소자는 코히어런트 레이저 빔(coherent laser beam) 중 개개 픽셀 소자와 만나는 부분의 위상을 변경할 수 있게 한다. 따라서, 상이한 픽셀 소자를 덮는 광범위한 레이저 빔이 SLM 쪽으로 지향되고 광범위한 레이저 빔 중 SLM의 개개 픽셀 소자와 만나는 상이한 부분의 위상이 개개 픽셀 소자에 의해 변경된다. SLM의 픽셀 소자 각각은 별도로 어드레싱 가능함으로써, 광범위한 레이저 빔의 상이한 부분에 대한 위상을 상이하게 변경할 수 있게 한다. SLM을 떠난 후, 이제 상이한 위상을 구비하는, 광범위한 레이저 빔의 상이한 부분은 간섭하여, 예를 들어, 개체를 조명하는데 사용될 수 있는 광 패턴을 발생시킨다. 수개 픽셀 소자를 사용하는 것에 의해 광범위한 레이저 빔의 상이한 부분의 위상을 변경함으로써, 상이한 광 패턴이 발생될 수 있다.
SLM은 부피가 크고 값비싼 기술적으로 복잡한 시스템이다.
본 발명의 목적은 광 패턴을 발생시키기 위한 기술적으로 덜 복잡한 조명 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 광 패턴을 발생시키기 위한 해당 조명 방법 및 조명 컴퓨터 프로그램을 제공하는 것이다. 더 나아가, 본 발명의 목적은 조명 장치를 구비하는 제품 프리젠테이션 장치 및 제품을 프리젠테이션하기 위한 해당 제품 프리젠테이션 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 태양에서는, 광 패턴을 발생시키기 위한 조명 장치가 제시되는데, 조명 장치는:
- 액정 셀에 전압을 인가하는 것에 의해 주기적 위상 패턴을 발생시키기 위한 주기적 구조를 구비하는 액정 셀,
- 액정 셀 쪽으로 지향되는 광 빔을 발생시키기 위한 광원,
- 액정 셀에 전압을 인가하기 위한 전압원을 구비하고,
액정 셀 및 광원은 발생된 주기적 위상 패턴에서의 회절에 의해 다수의 개별 광 빔이 상이한 방향에서 발생되도록 적응되고, 다수의 개별 광 빔이 광 패턴을 형성한다.
주기적 구조를 구비하는 액정에 전압을 인가하는 것에 의해 발생되는 주기적 위상 패턴에서의 회절에 의해 광 패턴이 발생되므로, 별도로 어드레싱 가능한 수개 픽셀 소자를 가진 SLM(spatial light modulator)을 제공하는 것이 불필요하다. 이것은 기술적으로 덜 복잡한, 특히 부피가 덜 나가며 덜 값비싼 조명 장치로 이어진다. 더 나아가, 조명 장치가 기술적으로 덜 복잡하긴 하지만, 액정 셀에 전압을 인가하는 것에 의해 광 패턴을 변경하는 것은 여전히 가능하다. 특히, 전압 온과 전압 오프 사이의 전환에 의해 광 패턴이 스위치 온 및 스위치 오프될 수 있다.
광원은 우선적으로 콜리메이팅된 광원(collimated light source), 특히, 레이저이다.
주기적 구조는 우선적으로 주기적 전극 구조이다.
휘도 분포(intensity distribution)는 다수의 개별 광 빔, 즉, 나가는(outgoing) 다수의 개별 광 빔의 휘도로서 규정되는 것이 선호되는데, 액정 셀 및 광원은 액정 셀에 의해 발생되는 나가는 광 빔의 휘도 분포가 액정 셀에 인가되는 전압을 변경하는 것에 의해 변경 가능하도록 적응된다.
이로써 액정 셀에 인가되는 전압을 변경하는 것에 의해 상이한 휘도 분포를 발생시킬 수 있다. 특히, 광원으로부터 유래하는 광 빔이, 발생된 주기적 위상 패턴에서의 회절에 의해 상이한 방향에서 발생되는 개별 광 빔의 빔 폭과 유사한 빔 폭을 가진다. 따라서, 회절에 의해 발생되는 상이한 개별 광 빔의 빔 폭은 우선적으로 동일하고, 그것의 휘도는 액정 셀에 인가되는 전압을 변경하는 것에 의해 변경될 수 있다.
더 나아가, 조명 장치는 프로젝션 표면을 구비하는 것이 선호되는데, 광원 및/또는 액정 셀은 다수의 개별 광 빔이 프로젝션 표면에 비-중첩 스팟(non-overlapping spots)을 형성하도록 적응된다.
비-중첩 스팟은 우선적으로, 일반적인 배경 조명 조건하에서 광 패턴이 가시적이도록 배경 조명에 고휘도 패턴을 형성한다. 따라서, 스팟의 휘도는 우선적으로 10W/m2 이상이고, 1000W/m2 이상인 것이 좀더 선호되며, 10000W/m2 이상인 것이 훨씬 더 선호된다.
액정 셀은 DPS(Double Plane Switching)를 사용하는 등급별 굴절률 렌즈 어레이(graded refractive index lens array), IPS(In Plane Switching)를 사용하는 등급별 굴절률 렌즈 어레이, FFS(Fringe Field Switching)를 사용하는 등급별 굴절률 렌즈 어레이, 복제(replicated) 액정 렌즈 어레이, 및 패턴식 중합 액정 셀(pattern-wise polymerized liquid crystal cell) 중 적어도 하나를 구비하는 것이 좀더 선호된다.
DPS 구성에서, 액정은, 액정을 향하는 2개 기판의 표면에 전극이 패터닝된 2개 기판 사이에 배치된다. 2개 기판 상의 대향하는 전극 사이에서 기판 양단에 전압, 즉, 전기장이 인가된다. 이 구성은, 원하는 전극 패턴을 획득하는데 사용될 수 있는, 전극 패턴의 높은 설계 자유를 제공한다.
IPS 구성에서도, 액정은 또한 2개 기판 사이에 배치된다. 그런데, 기판 중 하나에만, 즉, 1개 기판의, 액정을 향하는, 1개 표면에만 전극이 배치된다. 양의 전극과 음의 전극이 서로 이웃하게, 특히, 교대로 배치된다. IPS 구성은 서로에 대하여 상이한 표면에서의 전극의 주의깊은 정렬이 불필요하다.
FFS 구성에서도, 액정은 2개 기판 사이에 배치된다. 그런데, 여기에서도 전극은 액정의 한쪽면에만, 즉, 액정을 향하는 1개 표면에만 배치된다. 액정을 향하는 기판 표면에는 스택이 제공되는데, 스택은, 액정을 향하는 기판 표면에서 시작해, 전체 표면을 덮는 전극, 유전체층, 및 패터닝된 전극을 구비한다. 이 구성에서도, 상이한 기판의 대향하는 전극에 대한 정렬은 불필요하고, 복잡한 전극 패턴이 획득될 수 있다.
복제 액정 렌즈 어레이 구성에서, 액정은 2개 기판 사이에 배치되는데, 액정 셀을 향하는 2개 기판의 2개 표면은 전체 표면을 덮는 전극(full surface covering electrodes)을 구비한다. 전체 표면을 덮는 전극 중 적어도 하나는 복제 구조를 구비한다. 이 구성 또한 대향 전극의 상이한 기판에서의 정렬이 불필요하다.
패턴식 중합 액정 셀은 우선적으로 제1 기판 및 제2 기판을 구비한다. 제1 기판과 제2 기판 사이에, 좀더 많은 액정 재료와 좀더 적은 고분자 재료의 제1 영역 및 좀더 적은 액정 재료와 좀더 많은 고분자 재료의 제2 영역이 주기적 구조를 형성하기 위해 교대로 정렬된다. 액정 재료 및 고분자 재료를 향하는, 제1 기판 및 제2 기판의 표면에는 우선적으로 전체 표면 전극이 제공된다.
광원은 상이한 방향에서 액정 셀 쪽으로 지향되는 적어도 2개 광 빔을 방출하는 것이 좀더 선호된다.
조명 장치는 광원과 액정 셀 사이에 정렬되는 수동 회절 소자(passive diffractive element)를 더 구비하는 것이 좀더 선호되는데, 수동 회절 소자는 광원에 의해 발생되는 광을 액정 셀 쪽으로 지향되기 위한 수개 광 빔으로 분리하도록 적응된다.
조명 장치는 인가된 전압에 따라 광을 콜리메이팅하기 위한 제1 액정 셀 및 제2 액정 셀에 전압을 인가하는 것에 의해 주기적 위상 패턴을 발생시키기 위해 주기적 구조를 구비하는 제2 액정 셀을 구비하는 것이 좀더 선호되는데, 광원, 제1 액정 셀, 및 제2 액정 셀은 광원에 의해 발생되는 광 빔이 광원에 의해 발생되는 광 빔을 콜리메이팅하기 위한 제1 액정 셀 쪽으로 지향되도록 배열되고, 콜리메이팅된 광 빔은 회절에 의해 상이한 방향에서 다수의 개별 광 빔을 발생시키기 위해 제2 액정 셀 쪽으로 지향된다.
조명 장치는 적어도, 제1 액정 셀에 전압을 인가하는 것에 의해 제1 주기적 위상 패턴을 발생시키기 위해 제1 주기적 구조를 구비하는 제1 액정 셀 및 제2 액정 셀에 전압을 인가하는 것에 의해 제2 주기적 위상 패턴을 발생시키기 위해 제2 주기적 구조를 구비하는 제2 액정 셀을 구비하는 것이 좀더 선호되는데, 코히어런트 광원, 제1 액정 셀, 및 제2 액정 셀은, 회절에 의해 상이한 방향에서 다수의 개별 광 빔을 발생시키기 위해 제2 액정 셀 쪽으로 지향되는 수개의 제1 회절 광 빔을 발생시키기 위해 광원에 의해 발생되는 광 빔이 제1 액정 셀 쪽으로 지향되도록 배열된다.
이로써, 조명 장치에 의해 발생될 수 있는, 광 패턴의 다양성을 증가시킬 수 있다.
조명 장치는 액정 셀 중 적어도 하나로부터 나가는 광이 적어도 하나의 다른 액정 셀 쪽으로 지향되도록 우선적으로 배열되는 2개보다 많은 액정 셀을 구비하는 것이, 다시 말해, 특히, 조명 장치는 액정 셀의 시퀀스를 구비할 수 있는 것이 좀더 선호된다.
조명 장치는 회절에 의해 발생되는 다수의 광 빔 각각의 휘도가 사전 규정된 임계치 미만이도록 광원 및 전압원 중 적어도 하나를 제어하기 위한 제어 유닛을 구비하는 것이 좀더 선호된다. 사전 규정된 임계치는 우선적으로 눈 안전에 관련된다. 제어 유닛은 눈 안전을 보장하는 광원의 최대 전력과 전압을 관련짓는 보정 곡선(calibration curve)을 구비할 수 있다. 이로써, 발생된 광 패턴에 의해 사람이 부정적인 영향을 받지 않는다는 것을 보장할 수 있다. 더 나아가, 이로써 다수의 개별 광 빔에 대한 휘도를 직접적으로 측정하지 않으면서 회절에 의해 발생되는 이들 개별 광 빔의 휘도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 회절에 의해 발생되는 다수의 개별 광 빔에 대한 휘도를 직접적으로 측정하기 위한 포토다이오드를 제공할 필요가 없다. 이로써, 조명 장치를 좀더 단순화할 수 있다.
추가 실시예에서, 조명 장치는 다수의 개별 광 빔의 휘도를 판정하기 위한 휘도 판정 유닛을 구비하는데, 제어 유닛은 회절에 의해 발생되는 다수의 광 빔 각각의 휘도가 다수의 개별 광 빔의 판정된 휘도에 따라 사전 규정된 임계치 미만이도록 광원 및 전압원 중 적어도 하나를 제어하도록 적응된다.
본 발명의 추가 태양에서는, 제품을 프리젠테이션하기 위한 제품 프리젠테이션 장치가 제공되는데, 제품 프리젠테이션 장치는 제품이 배치될 프리젠테이션 영역 및 청구항 제1항에 정의된 조명 장치를 구비하고, 조명 장치는 프리젠테이션 영역에 광 패턴을 형성하기 위해 다수의 개별 광 빔을 프리젠테이션 영역 쪽으로 지향시키도록 적응된다.
본 발명의 추가 태양에서는, 광 패턴을 발생시키기 위한 조명 방법이 제시되는데, 조명 방법은 다음 단계:
- 주기적 위상 패턴을 발생시키기 위해 주기적 구조를 구비하는 액정 셀에 전압을 인가하는 단계, 및
- 액정 셀 쪽으로 지향되는 광 빔을 발생시키는 단계를 구비하고, 발생된 주기적 위상 패턴에서의 회절에 의해 상이한 방향에서 다수의 개별 광 빔이 발생되고, 다수의 개별 광 빔이 광 패턴을 형성한다.
본 발명의 추가 태양에서는, 제품을 프리젠테이션하기 위한 제품 프리젠테이션 방법이 제시되는데, 제품 프리젠테이션 방법은 다음 단계:
- 제품을 프리젠테이션 영역에 배치하는 단계, 및
- 청구항 제11항에 정의된 광 패턴을 형성하기 위해 다수의 개별 광 빔을 발생시키는 단계를 구비하고, 다수의 개별 광 빔은 프리젠테이션 영역에 광 패턴을 형성하기 위해 프리젠테이션 영역 쪽으로 지향된다.
본 발명의 추가 태양에서는, 광 패턴을 발생시키기 위한 조명 컴퓨터 프로그램이 제시되는데, 컴퓨터 프로그램은, 조명 장치를 제어하는 컴퓨터에서 컴퓨터 프로그램이 실행될 때, 청구항 제1항에 정의된 조명 장치가 청구항 제11항에 정의된 조명 방법의 단계를 수행하게 하기 위한 프로그램 코드 수단을 구비한다.
청구항 제1항의 조명 장치, 청구항 제10항의 제품 프리젠테이션 장치, 청구항 제11항의 조명 방법, 청구항 제12항의 제품 프리젠테이션 방법, 및 청구항 제13항의 조명 컴퓨터 프로그램은 종속 청구항에서 규정되는 바와 같은 유사한 그리고/또는 동일한 선호되는 실시예를 가진다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 선호되는 실시예는 개개 독립 청구항과 종속 청구항의 임의 조합일 수 있다는 것도 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 앞서 언급된 태양 및 다른 태양은 다음에서 설명되는 실시예로부터 명백할 것이고 그것을 참조하여 자세히 설명될 것이다.
다음의 도면에서:
도 1은 광 패턴을 발생시키기 위한 조명 장치의 표현을 개략적으로 그리고 예시적으로 나타내고,
도 2는 회절에 의한 광 패턴의 발생을 예시적으로 도시하며,
도 3 내지 도 6은, 조명 장치에 의해 사용될 수 있는, 액정 셀의 실시예를 개략적으로 그리고 예시적으로 나타내고,
도 7은, 조명 장치에 전압이 인가되지 않는, 광 패턴을 발생시키기 위한 조명 장치를 개략적으로 그리고 예시적으로 나타내며,
도 8은 전압이 인가되는 조명 장치를 개략적으로 그리고 예시적으로 나타내고,
도 9는 콜리메이션 각도와 회절 각도 사이의 선호 관계를 예시적으로 도시하며,
도 10은 광 패턴의 광 스팟 사이의 이격 거리(separation distances)와 빔 폭 사이의 선호 관계를 예시적으로 도시하고,
도 11 내지 도 14는 제품을 보여 주기 위해, 조명 장치를 구비하는 개방 케이스(open casing)를 구비하는 제품 프리젠테이션 장치의 실시예를 나타내며,
도 15는 내부 조명 장치를 가진 케이스를 구비하는 제품 프리젠테이션 장치의 추가 실시예를 개략적으로 그리고 예시적으로 나타내고,
도 16은 내부 조명 장치를 가진 선반(shelf)인 제품 프리젠테이션 장치의 추가 실시예를 개략적으로 그리고 예시적으로 나타내며,
도 17 및 도 18은, 2개 광 빔이 액정 셀 쪽으로 지향되는, 조명 장치의 추가 실시예를 개략적으로 그리고 예시적으로 나타내고,
도 19 및 도 20은 광원과 액정 셀 사이에 수동 회절 소자를 구비하는 조명 장치의 추가 실시예를 개략적으로 그리고 예시적으로 나타내며,
도 21 및 도 22는 회절을 위한 제2 액정 셀과 광원 사이에 콜리메이션을 위한 제1 액정 셀을 구비하는 조명 장치의 추가 실시예를 개략적으로 그리고 예시적으로 나타내고,
도 23은 조명 장치의 추가 실시예를 개략적으로 그리고 예시적으로 나타내며,
도 24는 노출 시간에 따른 최대 허용 노출을 나타내고,
도 25는 광 패턴을 발생시키기 위한 조명 방법의 실시예를 예시적으로 도시하는 흐름도를 나타내며,
도 26은 제품을 프리젠테이션하기 위한 제품 프리젠테이션 방법의 실시예를 예시적으로 도시하는 흐름도를 나타낸다.
도 1은 광 패턴을 발생시키기 위한 조명 장치(1)를 개략적으로 그리고 예시적으로 나타낸다. 조명 장치(1)는 액정 셀(2)에 전압을 인가하는 것에 의해 주기적 위상 패턴을 발생시키기 위해 주기적 구조(3)를 가진 액정 셀(2)을 구비한다. 이 실시예에서, 액정 셀(2)은 DPS(Double Plane Switching)를 사용하는 등급별 굴절률 렌즈 어레이이다.
액정 셀(2)은 2개 기판(34, 35) 사이에 배치된 액정(32)을 구비한다. 액정(32)을 향하는, 기판(34, 35)의 표면에는 주기적 구조(3)를 형성하는 전극(31, 36)이 제공된다. 전극(31, 36)은 주기적 구조(3)를 형성한다. 기판은 우선적으로 (표시되지 않은) 배향층(orientation layer)을 더 구비하여 액정(32)의 액정 분자에 대한 매크로 배향을 유도한다. 전압, 즉, 전기장이 전압 발생기(8)에 의해 전극(31, 36) 양단에 인가된다. 2개의 대향 전극 사이에 배치되지 않은 외부 영역(33) 쪽으로 전기장이 누전된다. 전기장 라인의 이들 외부 영역(33) 쪽으로의 누전으로 인해, 액정 셀 내에 전기장 기울기(electric field gradient)가 유도된다. 이 장 기울기(field gradient)의 결과로서, 액정 분자는 셀 내의 다양한 위치에서 상이하게 배향되어 셀 내의 유효 굴절률 변화, 즉, 기울기를 초래한다. 주기적 전극 패턴이 사용되면, 셀 내에서 주기적 굴절률, 즉, 위상 패턴이 발생한다.
조명 장치(1)는 액정 셀(2) 쪽으로 지향되기 위한 광 빔(5)을 발생시키기 위해 광원(4)을 더 구비한다. 광원(4)은 레이저와 같이 우선적으로는 콜리메이트된 광원 그리고 가장 우선적으로는 코히어런트 광원이다. 전압원(8)은 액정(32)에 전압을 인가하는데, 특히, 액정(32)에 교대 전압을 인가하는데 사용된다. 주기적 전극 패턴(3)의 대향 전극 각 쌍에 동일한 교대 전압이 인가된다. 전극(31)은, 별도로 어드레싱되지 않도록 서로 접속된다. 전극(36) 또한, 별도로 어드레싱되지 않도록 서로 접속된다. 교대 전압 사용은 액정 셀(2)에서의 이온 전하 누적(accumulation of ionic charges)을 방지한다.
액정 셀(2)에 교대 전압을 인가하는 것에 의해, 액정 셀(2)에서 주기적 위상 패턴이 발생된다. 액정 셀(2) 및 광원(4)은 발생된 주기적 위상 패턴에서의 회절에 의해 다수의 개별 광 빔(6)이 상이한 방향에서 발생되도록 적응되는데, 다수의 개별 광 빔(6)이 광 패턴(7)을 형성한다. 다수의 개별 광 빔(6)은 프로젝션 표면(9)에 비-중첩 스팟(10)을 형성한다. 액정 셀(2) 및 광원(4)은, 다수의 스팟(10)의 휘도에 의해 규정되는 휘도 분포가 액정 셀(2)에 인가되는 전압을 변경하는 것에 의해 변경 가능하도록 적응된다. 따라서, 액정 셀(2)에 인가되는 전압을 변경하는 것에 의해, 광 패턴(7)에서의 스팟의 휘도가 변경될 수 있다.
광원(4)에 의해 발생되는 광 빔(5)은 우선적으로, 스팟(10)이 프로젝션 표면(9)에서 중첩하지 않도록 크기 조정되고 콜리메이팅된다.
액정 셀(2)에 전압이 인가되면, 도 1에서 개략적으로 그리고 예시적으로 지시되는 바와 같은 주기적 위상 패턴(87)이 나타난다. 그 다음, 이 주기적 위상 패턴은 도 2에 개략적으로 그리고 예시적으로 표시된 지연 프로파일(12; retardation profile)을 초래한다. 셀의 x-y 평면에서의 위치 (x1,y1)에서 셀을 통과하는 광의 미소 빔(infinitesimal beam)의 경우, 광의 지연은
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로서 주어지는데, 여기에서 n1(z)는 z 축, 즉, 액정 셀(2)의 두께 방향 상의 위치 (x1,y1)에서의 액정의 유효 굴절률이고, t는 액정 재료의 두께이다. 지연 프로파일(12) 및 해당 광 패턴(7)의 발생은 다음에서 도 2를 참조하여 좀더 자세하게 설명될 것이다.
액정 셀(2)에 전압이 인가되면, 한 쌍의 인접 전극 사이에서, 도 2에 표시된 지연 프로파일(11)을 산출하는 위상 프로파일이 발생된다. 액정(2)의 주기적 구조(3)는 도 2에서 몇가지 델타 함수(13)로 표시된다. 인접 전극 사이의 지연 프로파일(11)과 델타 함수(13)의 조합이 지연 프로파일(12)을 초래한다. 액정 셀이 조명되면, 지연 프로파일(11)은 회절 각도(θ)의 함수로서의 휘도 분포(14)를 초래하는데, 이는 도 9 및 도 10에 개략적으로 그리고 예시적으로 표시된다. 델타 함수(13)로서 표현되는 주기적 구조(3)가 휘도 분포(15)를 초래하는데, 최종 광 패턴(7)은 한 쌍의 대향 전극의 휘도 분포(14)와 주기적 구조(3)의 휘도 분포(15)를 조합하는 것에 의해 발생된다. 시스템의 주기성은 전극 패턴에 의해 판정된다. 따라서, 인가 전압이 변경된다 하더라도, 광 패턴(7)을 형성하는 다수의 회절 광 빔의 휘도 분포(15) 및 각도 위치는 변경되지 않는다. 그러나, 인가 전압이 변경되면, 한 쌍의 인접 전극의 지연 프로파일(11)은, 상이한 각도 위치(θ)에서의 휘도 분포 변경을 초래하면서, 변경될 수 있다. 다시 말해, 도 2에서, 상이한 피크의 각도 위치는 사실상 변경되지 않지만, 상이한 피크의 높이는 인가 전압을 변경하는 것에 의해 변경될 수 있다.
소망되는 광 패턴을 획득하기에 충분한 굴절률 기울기를 유도하기 위해, 액정 재료 두께(t)는 우선적으로 주기적 패턴(3)의 주기(p)의 차수이다. 두께(t)는 우선적으로 0.1p 이상이고, 0.5p 이상인 것이 좀더 선호되며, p 이상인 것이 훨씬 더 선호된다.
DPS의 등급별 굴절률 렌즈 어레이를 사용하는 대신에, 다른 종류의 액정 셀이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 표시된 IPS(in-plane switching) 또는 도 4에 표시된 FFS(fringe field switching)의 등급별 굴절률 렌즈 어레이가 사용될 수 있다.
도 3은 IPS의 등급별 굴절률 렌즈 어레이(40)를 개략적으로 그리고 예시적으로 나타낸다. 도 3에 표시된 IPS 구성에서, 액정 재료(43)는 제1 기판(41)과 제2 기판(42) 사이에 배열된다. 전극(44)은 제2 기판(42)에만, 즉, 액정 재료(43)를 향하는 제2 기판(42) 표면에만 배치된다. 양 및 음 전극(44)이 서로 인접하게, 특히, 교대로 배치된다.
도 4는 FFS를 사용하는 등급별 굴절률 렌즈 어레이(50)를 개략적으로 그리고 예시적으로 나타낸다. FFS 구성에서도, 액정 재료(53)는 제1 기판(51)과 제2 기판(52) 사이에 배치된다. 전극(55)은 액정 재료(53)의 한쪽 면, 즉, 액정 재료(53)를 향하는 한 표면에 배치된다. 액정 재료(53)를 향하는 제2 기판(52) 표면에는, 스택이 제공되는데, 스택은, 액정 재료(53)를 향하는, 제2 기판(52) 표면에서 시작해, 전체 표면을 덮는 전극(56), 유전체층(54), 및 패터닝된 전극(55)을 구비한다.
도 5는, 도 1에 표시된 액정 셀(2) 대신에 사용될 수도 있는, 복제 액정 렌즈 어레이 구성(60)을 개략적으로 그리고 예시적으로 나타낸다. 복제 액정 렌즈 어레이 구성은 제1 기판(61)과 제2 기판(62) 사이에 배치되는 액정 재료(63)를 구비한다. 제1 기판(61) 및 제2 기판(62)의 2개 표면 각각은 전체 표면을 덮는 전극(64, 65)을 각각 구비한다. 전체 표면을 덮는 전극(64, 65) 중 적어도 하나는 복제 구조(66)를 구비한다. 복제 구조는 광중합성 단량체(photo-polymerizable monomer), 특히, 아크릴 단량체를 소망되는 복제 구조에 해당하는 금형과 전극(65)에 의해 덮히는 제2 기판(62) 사이에 배치하는 것에 의해 우선적으로 획득된다. 중합 절차가 수행되고, 단량체의 중합 이후에, 소망되는 복제 구조를 남기면서 금형이 제거된다. 액정 재료(63)의 액정 분자에 대한 마이크로 배향을 획득하기 위해, 액정 재료(63)의 양쪽에, 액정 재료와 접촉하도록 (도 5에 표시되지 않은) 배향층이 제공된다. 배향층은 우선적으로, 액정 분자가 제1 및 제2 기판(61, 62)에 대해 수직 배향되도록 선택된다. 액정 분자의 그러한 배향에서, 복제 구조, 즉, 중합체의 굴절률은 우선적으로, 그것이 액정의 굴절률과 정합하도록 선택된다. 굴절률이 이런 식으로 선택되는 경우, 액정 셀에 전압이 인가되지 않으면, 액정 셀은 중대한 회절을 나타내지 않을 것이다. 전압의 인가 시에, 음의 유전 이방성 배향(negative dielectric anisotropic orientation)을 가진 액정 분자가 변경되고 굴절률 기울기, 즉, 주기적 위상 패턴이 가시화됨으로써, 광 패턴의 형성을 유도한다. 액정 분자의 균일한 평면 배향을 유도하는 배향층이 사용되면, 반대 거동이 획득된다. 후자의 경우, 액정 셀에 전압이 인가되지 않으면, 광 패턴을 발생시키기 위한 주기적 위상 패턴이 존재하는데, 액정 셀에 전압이 인가되어 변경되면, 주기적 위상 패턴이 점진적으로 변화하고 선택적으로 사라진다.
도 6은, 이 또한 도 1에 표시된 액정 셀(2) 대신에 사용될 수 있는 패턴식 중합 액정 셀(70)을 개략적으로 그리고 예시적으로 나타낸다. 패턴식 중합 액정 셀(70)은 제1 기판(71) 및 제2 기판(72)을 구비한다. 제1 기판(71)과 제2 기판(72) 사이에, 좀더 많은 액정 재료와 좀더 적은 고분자 재료의 제1 구역(73) 및 좀더 적은 액정 재료와 좀더 많은 고분자 재료의 제2 구역(74)이 교대로 배열되어 주기적 구조를 형성한다. 액정 재료와 고분자 재료를 향하는, 제1 기판(71) 및 제2 기판(72)의 표면에는 전체 표면 전극(75, 76)이 제공된다.
패턴식 중합 액정 재료(73, 74)를 생산하기 위해, 광중합성 단량체, 특히, 아크릴 단량체와 액정 재료의 혼합물이 투명 전극을 갖춘 셀에 배치된다. 광중합성 단량체와 액정 재료의 혼합물을 갖춘 셀은 중합 유도 광으로서 패턴식으로 조명된다. 중합 이후에, 높은 중합체 농도의 제2 구역(74) 및 낮은 중합체 농도의 제1 구역(73)을 포함하는 투명층이 형성된다. 낮은 중합체 농도의 제1 구역(73)은 비교적 높은 액정 재료 농도를 구비한다. 높은 중합체 농도의 제2 구역(74)은 액정 재료의 낮은 농도를 포함한다. 패턴식 중합 액정 셀에 전압이 인가되면, 액정 재료의 주기적으로 달라지는 농도에 의해 초래되는 주기적 위상 패턴이 발생된다. 인가 전압을 변경하는 것에 의해, 주기적 위상 패턴이 변경되고, 그렇게 함으로써 인가 전압을 변경하는 것에 의해 발생된 광 패턴을 변경할 수 있다.
도 1 및 도 3 내지 도 6을 참조하여 앞서 설명된 액정 셀 각각에서는, 전기장의 부재 시에 액정 분자의 매크로 배향을 유도하기 위해, 액정 재료와 접촉하는 배향층이 액정 재료의 양쪽에 제공된다.
도 1 및 도 3 내지 도 6에서의 - 및 + 기호 그리고 설명에서의 "마이너스" 및 "플러스"라는 용어는 상이한 극성을 가진 전극을 지시하는데 사용될 뿐이다. 교대 전압이 상이한 극성을 가진 전극 양단에 인가된다는 것에 주의해야 한다. 더 나아가, 도 1 및 도 3 내지 도 6에서의 - 및 + 기호는 전극의 표현 이내가 아니라 개개 전극에 인접하게 배치된다.
앞서 설명된 실시예에서는 주기적 구조가 균일한 구조이지만, 즉, 주기적 구조의 주기가 항상 동일하지만, 다른 실시예에서는, 주기적 구조가 불균일할 수 있는데, 즉, 주기적 구조가 주기적 구조의 상이한 주기를 구비하는 상이한 구역을 구비할 수 있다. 그 경우, 상이한 구역의 주기적 구조가 상이한 액정 셀을 통과하는 광 빔의 상이한 부분에 의해 다양한 광 패턴이 형성될 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따라 액정 셀에 전압을 인가하는 효과를 개략적으로 그리고 예시적으로 나타낸다.
도 7에서는, 주기적 구조를 구비하는 액정 셀(102)에 전압이 인가되지 않는다. 액정 셀(102)은 도 1 및 도 3 내지 도 6을 참조하여 앞서 설명된 액정 셀과 유사할 수 있다. 액정 셀(102)에 전압이 인가되지 않으므로, (도 7에 표시되지 않은) 광원에 의해 발생되는 광(105)은 투과 광(113)이 프로젝션 표면에 단일 스팟(114)을 형성하도록 회절되지 않는다. 도 8에서는, 액정 셀(102)에 전압이 인가되어 주기적 위상 패턴이 발생된다. 광(105)은 발생된 주기적 위상 패턴에 의해 회절되어 상이한 방향에서 발생되는 다수의 개별 광 빔(106)을 초래한다. 다수의 개별 광 빔(106)은 광 패턴(107)을 형성한다. 인가 전압의 크기에 따라, 다양한 스팟 패턴이 생성될 수 있다. 주기적 구조는 광 빔의 폭보다 작아서, 특히, 훨씬 작아서 회절에 의해 광 패턴을 발생시킨다. 주기적 구조의 주기는 우선적으로 100 미크론 이하이고, 50 미크론 이하인 것이 좀더 선호되며, 20 미크론 이하인 것이 훨씬 더 선호된다.
도 9에서 개략적으로 그리고 예시적으로 도시되는 바와 같이, 중첩하지 않는 광 스팟을 구비하는 광 패턴을 획득하기 위해서, 본 발명에 따른 조명 장치의 광 빔(204)을 제공하는 광원 및/또는 액정 셀(202)은 다수의 개별 광 빔(206)의 콜리메이션 각도 α가 이들 다수의 개별 광 빔의 회절 각도(θ) 미만이도록 적응된다. 도 9에 표시된 실시예에서, 다수의 개별 광 빔(206)은 발산한다.
도 10은 조명 장치의 광원에 의해 발생되는 광 빔(304) 및 조명 장치의 액정 소자(302)를 사용하는 것에 의해 발생되는 콜리메이팅된 다수의 개별 광 빔(306)을 제공하는 조명 장치의 실시예를 예시하는데, 액정 소자(302)는 액정 소자(302)에 전압이 인가되면 주기적 위상 패턴을 발생시키기 위한 주기적 구조를 구비한다. 도 10에 표시된 상황에서, 다수의 콜리메이팅된 개별 빔(306)이 발생되도록 광 빔(304)을 회절시키는 주기적 위상 패턴을 발생시키기 위해 액정 셀(302)에 전압이 인가된다. 다수의 개별 광 빔(306)은 프로젝션 표면(309)에 광 패턴을 형성한다. 프로젝션 표면(309)에서 광 스팟(310)이 발생되는데, 광 빔(304) 및/또는 액정 소자(302)는 2개 스팟(310) 사이의 이격 거리(x)가 인접 스팟들(310)의 반 폭(half width)의 합보다 크도록 적응된다. 도 10에서 지시되는 이격 거리(x)와 관련하여, 이것은 x>(W/2)+(h/2)에 해당하는데, W는 개별 회절 광 빔의 빔 폭을 지시하고 h는 도 10에서 왼쪽 회절 빔의 투영된 폭, 즉, 프로젝션 표면(309) 쪽으로 투영된 이 빔의 폭을 지시한다.
프로젝션 표면의 광 스팟은 우선적으로 높은 레이저 전력 없이도 높은 휘도를 갖기 위해 작은 표면 영역을 덮는다. 이로써 눈 안전을 보장할 수 있다. 바람직하게도, 다수의 개별 광 빔의 광 스팟은 15mm2 미만의 단면적을 갖고, 3mm2 미만의 단면적을 갖는 것이 좀더 선호되며, 광 스팟이 약 0.7mm2의 단면적을 갖는 것이 훨씬 더 선호된다.
도 11은, 개방 케이스(15) 내에 배치될 수 있는 제품을 보여주기 위해 개방 케이스(15)를 구비하는 제품 프리젠테이션 장치(84)의 실시예를 개략적으로 그리고 예시적으로 나타낸다. 케이스(15)는 프리젠테이션 영역(86)에 광 패턴(407)을 발생시키기 위한 조명 장치(1)를 구비하는데, 다시 말해, 주기적 위상 패턴을 발생시키기 위해 조명 장치(1)의 액정 셀에 전압이 인가되고 광원의 광은 발생된 주기적 위상 패턴에 의해, 다수의 개별 광 빔이 상이한 방향에서 발생되도록 회절되는데, 이들 회절된 다수의 개별 광 빔(406)이 광 패턴(407)을 형성한다. 액정 셀에 인가되는 전압을 변경하는 것에 의해, 광 패턴은 도 12에 개략적으로 그리고 예시적으로 표시된 바와 같이 변경될 수 있다. 도 11 및 도 12는 동일한 개방 케이스(15) 및 동일한 조명 장치(1)의 동일한 제품 프리젠테이션 장치(84)를 나타낸다. 도 11 및 도 12에서는 상이한 광 패턴(407, 507)을 발생시키기 위해 조명 장치(1)의 액정 셀에 상이한 전압이 인가된다는 것이 유일한 차이점이다.
조명 장치(1)의 광원은 상이한 파장을 가진 광을 방출하도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 광원은 상이한 색상을 방출하는 제1 광원 및 제2 광원으로 이루어질 수 있다. 이로써, 상이한 색상을 가진 광 패턴을 발생시킬 수 있다.
조명 장치의 광원은 우선적으로 레이저이다. 또한, 발광 다이오드가 제품 프리젠테이션 장치(85)의 개방 케이스(615)의 프리젠테이션 영역(609)을 조명하기 위해 제공될 수 있다. 제품 프리젠테이션 장치가 도 13 및 도 14에 개략적으로 그리고 예시적으로 표시된다. 발광 다이오드는 레이저에 인접하게 또는 레이저 주위에 배치될 수 있다. 발광 다이오드의 방사(616)는 도 13 및 도 14에 표시된 바와 같이 레이저 광에 의해 발생되는 광 패턴(407, 507)과 무관하게 제어될 수 있거나, 발광 다이오드에 의한 조명이 레이저 광에 의해 발생되는 광 패턴(407, 507)의 형태에 의존할 수 있다. 예를 들어, 발광 다이오드의 광에 의한 조명은 프리젠테이션 영역(609) 중 레이저 광 패턴(407, 507)에 의해 덮히는 부분을 똑같이 덮는 발광 다이오드에 의해 프리젠테이션 영역(609)의 그 부분이 조명되도록 적응될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 조명 장치는 우선적으로, 예를 들어, 검출된 움직임, 검출된 온도, 검출된 광 등에 따라 검출 신호를 발생시키기 위한 검출 유닛(17)을 더 구비한다. 검출 유닛(17)에 의해 발생되는 검출 신호는, 제공되는 검출 신호에 따라, 액정 셀(2)에 인가되어야 하는 전압을 판정하기 위해 전압 판정 유닛(18)에 제공된다. 전압 판정 유닛(18)은 우선적으로, 검출 유닛(17)에 의해 개개 검출 신호가 제공되면, 상이한 검출 신호에 대해 액정 셀(2)에 인가되어야 하는 전압이 저장되는 룩업 테이블을 구비한다. 예를 들어, 휴식 상태(rest state)에서, 조명 장치는, 예를 들어, 앞서 언급된 개방 케이스에서 상점의 핵심 제품(key products)을 조명하도록 적응될 수 있다. 핵심 제품은 보석, 신발, 또는 다른 프리미엄 액세서리일 수 있다. 이 조명은 우선적으로 조명 장치에 의해 발생되는 광 패턴에 의한 조명으로, 이는 앞서 언급된 발광 다이오드에 의한 조명과 조합될 수 있다. 고객이 제품에 접근할 때, 전압 판정 유닛(18)에 제공되는 검출 신호를 발생시키는 검출 유닛(17)에 의해 이 접근이 검출될 수 있고, 전압 판정 유닛(18)은 전압을 판정하고 판정된 전압을 전압원(8)에 제공하여 액정 셀(2)에 인가되는 전압을 변경함으로써, 광 패턴을 변화시킨다. 예를 들어, 접근하는 고객을 지시하는 검출 신호가 발생되면 발광 다이오드의 조명이 변경되도록 검출 유닛(17)은 발광 다이오드에도 접속될 수 있다.
도 11 내지 도 14에서는, 광 패턴이 케이스의 단일 내부 표면으로만 투영되지만, 다른 실시예에서는, 광 패턴이 다르게 또는 추가적으로 케이스의 다른 내부 표면에 투영될 수 있다. 더 나아가, 케이스는, 특히, 케이스의 상이한 내부 표면에 광 패턴을 투영하기 위해 하나보다 많은 조명 장치를 구비할 수 있다.
도 15는 제품을 프리젠테이션하기 위한 제품 프리젠테이션 장치의 추가 실시예를 개략적으로 그리고 예시적으로 나타낸다. 제품 프리젠테이션 장치(80)는 상단면(82)을 가진 케이스(81)를 구비한다. 상단면(82)은 본 발명에 따른 조명 장치에 의해 발생되는 광 패턴에 대해 반투명하다. 본 발명에 따른 조명 장치는 케이스(81) 내에 배치된다. 조명 장치는 상단면(82)의 내부 표면 쪽으로 지향되는 광 패턴을 발생시킨다. 상단면(82)이 반투명하므로, 발생된 광 패턴(83)을 상단면(82)의 바깥 표면에서 볼 수 있다. 우선적으로, 제품은 제품 프리젠테이션 장치(80)의 상단면(82)에 배치된다. 따라서, 상단면(82)의 바깥 표면이 프리젠테이션 영역으로 간주될 수 있다. 조명 장치의 액정 셀에 인가되는 전압을 변경하는 것에 의해, 상단면(82)의 광 패턴(83)이 변경될 수 있다. 다른 실시예에서는, 케이스(81)의 다른 쪽도 반투명할 수 있고, 이들 다른 쪽의 바깥 표면에 광 패턴을 발생시키기 위해 케이스(81) 내의 조명 장치가 반투명한 이들 다른 쪽으로 지향될 수 있다.
도 16은 본 발명에 따른 조명 장치를 갖춘 구획(91)을 구비하는, 즉, 조명 장치가 구획(91) 내에 배치되는 선반(90) 형태의 제품 프리젠테이션 장치를 개략적으로 그리고 예시적으로 나타낸다. 선반(90)의 위쪽(92)은 구획(91) 내의 조명 장치에 의해 발생되는 광 패턴에 대해 반투명하다. 조명 장치는 광 패턴이 선반(90)의 위쪽(92) 내부 표면 쪽으로 지향되도록 적응된다. 따라서, 선반(90)의 위쪽(92) 바깥 표면에서 광 패턴(93)을 볼 수 있다. 우선적으로, 제품은 선반(90)의 위쪽(92) 바깥 표면에 배치된다. 따라서, 이 바깥 표면이 프리젠테이션 영역으로 간주될 수 있다. 구획(91) 내의 조명 장치의 액정 셀에 인가되는 전압을 변경하는 것에 의해, 선반(90)의 위쪽(92) 바깥 표면에서의 광 패턴(93)이 변경될 수 있다. 선반(90)은 우선적으로 선반을 벽 등에 부착하기 위한 서스펜션 메커니즘(suspension mechanism)을 구비한다.
본 발명에 따른 조명 장치에 의해 발생되는 조명 효과는 CD 및/또는 DVD 플레이어 같은 가전 제품, 장난감 등과 같은 다른 제품에도 사용될 수 있다.
앞서 설명된 실시예에서는, 조명 장치가 제품을 디스플레이하는데 사용되지만, 조명 장치는, 예를 들어, 조명 기구, 월 와셔(wallwasher) 등으로서 다른 목적에도 사용될 수 있다.
도 17 및 도 18은 조명 장치(701)의 광원(704) 및 액정 셀(702)을 개략적으로 그리고 예시적으로 나타낸다. 조명 장치(701)는, 명료화를 위해 도 17 및 도 18에 표시되지 않은, 전압원과 같은 도 1에 표시된 추가 소자를 구비한다. 광원(704)은 2개 광 빔(705, 718)을 방출하기 위한 제1 광원(716) 및 제2 광원(717)을 구비한다. 2개 광 빔(705, 719)이 액정 셀(702) 쪽으로 지향된다. 도 17에서는, 액정 셀(702)에 전압이 인가되지 않는다. 따라서, 2개 광 빔이 프로젝션 표면(709)에 2개 스팟(710, 719)을 형성한다. 도 18에 표시된 상황에서는, 광원(704)의 광 빔(705, 718)을 회절시키는 주기적 위상 패턴을 발생시키기 위해 액정 셀(702)에 전압이 인가된다. 이 회절은 프로젝션 표면(709)에 광 패턴(707 및 720)을 발생시킨다. 이로써, 프로젝션 표면(709)에 대해 2개의 광 패턴(707, 720) 사이에 배치되는 영역(721)을 규정할 수 있다. 따라서, 광 패턴에 의해 둘러싸이는 영역이 생성될 수 있다.
도 19 및 도 20은 광원(804), 액정 셀(802), 및 광원(804)과 액정 셀(802) 사이에 배열된 수동 회절 소자(822)를 구비하는 조명 장치(801)의 추가 실시예를 개략적으로 그리고 예시적으로 나타낸다. 수동 회절 소자(822)는 광원(804)에 의해 발생되는 광을 액정 셀(802) 쪽으로 지향되기 위한 수개 광 빔으로 분리하도록 적응된다. 조명 장치(801) 또한, 명료화를 위해 도 19 및 도 20에 표시되지 않은, 도 1에 표시된 추가 소자, 특히, 전압원을 구비한다. 도 19에 표시된 상황에서는, 액정 셀(802)에 전압이 인가되지 않는다. 따라서, 패턴(807)은 수동 회절 소자(822)에 의해 발생되는 상이한 광 빔에 해당한다. 도 20에 표시된 상황에서는, 수동 회절 소자에 의해 발생되는 상이한 광 빔을 회절시키는 주기적 위상 패턴을 발생시키기 위해 액정 셀(802)에 전압이 인가된다. 따라서, 액정 셀(802)에 전압을 인가하는 것에 의해, 광 패턴은 도 20에 표시된 광 패턴(820)으로 변경된다.
조명 장치는 개개 액정 셀에 전압을 인가하는 것에 의해 주기적 위상 패턴을 발생시키기 위해 주기적 구조를 구비하는 수개 액정 셀을 구비할 수 있다. 특히, 조명 장치는 제1 액정 셀에 전압을 인가하는 것에 의해 제1 주기적 위상 패턴을 발생시키기 위한 제1 주기적 구조를 구비하는 제1 액정 셀 및 제2 액정 셀에 전압을 인가하는 것에 의해 제2 주기적 위상 패턴을 발생시키기 위한 제2 주기적 구조를 구비하는 제2 액정 셀을 구비할 수 있다. 광원, 제1 액정 셀, 및 제2 액정 셀은 우선적으로, 광원에 의해 발생되는 광 빔이, 광 패턴을 형성하기 위해 회절에 의해 상이한 방향에서 다수의 개별 광 빔을 발생시키기 위해 제2 액정 셀 쪽으로 지향되는 수개의 제1 회절 광 빔을 발생시키기 위해 제1 액정 셀 쪽으로 지향되도록 배열된다.
도 21 및 도 22는 광원(904), 인가된 전압에 따라 광을 콜리메이팅하기 위한 제1 액정 셀(923), 및 제2 액정 셀(902)에 전압을 인가하는 것에 의해 주기적 위상 패턴을 발생시키기 위한 주기적 구조를 구비하는 제2 액정 셀(902)을 구비하는 조명 장치(901)의 추가 실시예를 개략적으로 그리고 예시적으로 나타낸다. 조명 장치(901)도 도 1에 표시된 추가 소자를 구비한다. 특히, 조명 장치(901)는 제1 액정 셀 및 제2 액정 셀에 전압을 인가하기 위한 전압원을 구비한다. 제1 액정 셀 및 제2 액정 셀은 우선적으로 서로 독립적으로 어드레싱 가능하다.
광원(904), 제1 액정 셀(923), 및 제2 액정 셀(902)은, 광원(904)에 의해 발생되는 광 빔이 광원(904)에 의해 발생되는 광 빔을 콜리메이팅하기 위한 제1 액정 셀(923) 쪽으로 지향되도록 배열되는데, 콜리메이팅된 광 빔은 회절에 의해 상이한 방향에서 다수의 개별 광 빔을 발생시키기 위해 제2 액정 셀(902) 쪽으로 지향된다. 도 21에 표시된 상황에서, 제1 액정 셀은 스위치 오프되는데, 다시 말해, 제1 액정 셀(923)에는 전압이 인가되지 않는다. 그러나, 제2 액정 셀(902)에 전압이 인가됨으로써, 제2 액정 셀(902) 내에서 광 패턴(907)이 발생되도록 광을 회절시키는 주기적 위상 패턴을 발생시킨다. 도 22에 표시된 상황에서는, 양자의 액정 셀에 전압이 인가되는데, 다시 말해, 콜리메이션을 위한 제1 액정 셀도 스위치 온된다. 그에 따라, 광 패턴(920)의 광 스팟의 폭이 증가된다.
제1 액정 셀(923)은 광 빔의 폭 이상인 단일 구조를 사용하므로 단일 렌즈로서 기능하는 반면, 제2 액정 셀(902)은 광 빔의 폭보다 작은, 특히, 훨씬 작은 주기적 구조를 가져 회절에 의해 광 패턴을 발생시킨다. 주기적 구조의 주기는 우선적으로 100 미크론 이하이고, 50 미크론 이하인 것이 좀더 선호되며, 20 미크론 이하인 것이 훨씬 더 선호된다.
조명 장치가 수개 액정 소자를 구비하는 경우, 액정 소자는 순차적으로 또는 동시에 활성화될 수 있다.
장식 조명에 조명 장치가 사용될 수 있는데, 이 경우에는 발생된 광 패턴이 배경 조명에 중첩된다. 예를 들어, 발광 다이오드가 배경 조명을 발생시키는데 사용될 수 있다. 액정 셀은 화면 설정을 변화시키고 동적 효과를 발생시키는데 사용될 수 있다. 특히, 액정 셀은 간단하게 전환 가능한 광 패턴을 발생시킬 수 있다.
액정 셀이 광 패턴을 발생시키는데 사용되는 경우, 프로젝션 표면에서의 국지 휘도(local intensity), 즉, 회절에 의해 발생되는 다수의 개별 광 빔 중 1개 광 빔의 휘도는 광원에 의해 발생되는 광 빔의 휘도에 대하여 크게 감소된다. 예를 들어, 광원에 의해 발생되는 광 빔이, 10개 광 스팟이 광 패턴을 형성하도록 회절된다면, 광 스팟 각각의 휘도는 광원에 의해 발생되는 광 빔의 휘도보다 10배 낮다. 프로젝션 표면에서의 광 스팟의 감소된 이 휘도는 광 스팟의 감소된 가시성을 초래할 수 있다. 따라서, 프로젝션 표면에서의 광 스팟에 대해 충분히 양호한 가시성을 제공하는 휘도를 획득하기 위해 광원에 의해 발생되는 광 빔의 휘도를 증가시키는 것이 소망될 수 있다. 한편, 광원에 의해 발생되는 광 빔의 휘도를 증가시키는 것이, 광 패턴을 형성하는 광 스팟이 눈에 안전하지 않은 상황을 초래하지 않아야 한다는 것이 일반적으로 중요하다. 따라서, 광 패턴은 광 패턴이 눈에 안전하도록 발생되는 것이 선호된다. 따라서, 조명 장치는 우선적으로, 액정 셀 내의 주기적 위상 패턴이 변경되면, 광 패턴이 사람 눈에 안전한 상태를 유지하거나 사람 눈에 안전해지는 방식으로 광원에 의해 발생되는 광 빔의 휘도가 조정되도록 액정 셀에서 광원으로의 피드백 메커니즘을 구비한다.
다시 도 1을 참조하면, 조명 장치(1)는, 회절에 의해 발생되는 다수의 광 빔(6) 각각의 휘도가 눈 안전에 관련된 사전 규정된 임계치 미만이도록 광원(4) 및 전압원(8) 중 적어도 하나를 제어하기 위한 제어 유닛(30)을 더 구비한다. 이 임계치는 우선적으로 눈에 안전한 것으로 생각되는 광원의 최대 전력 또는 에너지 밀도인 최대 허용 노출(MPE; maximum permissible exposure)이다. 제어 유닛(30)은 우선적으로 액정에 인가되기 위한 전압과 광원(4)에 의해 발생되는 광 빔(5)의 눈 안전을 보장하는 최대 허용 휘도를 지시하는 최대값 사이의 할당을 포함한다. 이 실시예에서, 광원(4)은 레이저이고 제어 유닛은 액정 셀에 인가되기 위한 전압과 눈 안전을 보장하는 최대 레이저 전력 사이의 할당을 구비한다. 할당은 우선적으로 보정(calibration)에 의해 판정된다, 즉, 예를 들어 액정 셀에 인가되는 일정한 교류 전압을 위해, 광원(4)에 의해 발생되는 광 빔(5)의 휘도는 다수의 개별 광 빔의 휘도가 불안전해질 때까지 증가된다. 보정 절차를 위해, 다수의 개별 회절 광 빔(6) 각각의 휘도가 포토다이오드 또는 다른 검출 유닛에 의해 우선적으로 측정된다.
도 23은 조명 장치(1001)의 추가 실시예를 개략적으로 그리고 예시적으로 나타낸다. 조명 장치(1001)는 다수의 개별 광 빔의 휘도를 판정하기 위한, 이 실시예에서는, CCD 카메라인, 휘도 판정 유닛(1040)을 구비한다. 조명 장치(1001)는, 회절에 의해 발생되는 다수의 광 빔 각각의 휘도가 다수의 개별 광 빔에 대한 판정 휘도에 따라 사전 규정된 임계치 미만이도록, 조명 장치(1001)의 광원(1004) 및 전압원(1008) 중 적어도 하나를 제어하도록 적응되는 제어 유닛(1030)을 더 구비한다. 이 실시예에서도, 임계치는 눈 안전에 관련되는데, 다시 말해, 임계치는 우선적으로 MPE이다. 휘도 판정 유닛(1040)은 빔 스플리터(beam splitter)와 같은 투과 및 반사 소자(1041)를 사용하는 것에 의해 다수의 개별 회절 광 빔으로부터 모인 광의 휘도를 검출한다.
MPE는 안전하다고 생각되는 광원의 (J/cm2 또는 W/cm2의) 최대 전력 또는 에너지 밀도이다. 그것은 일반적으로, 최악의 조건에서 손상을 일으키는 확률이 50%인 투여량(dose)의 약 10%이다. MPE는 주어진 파장 및 노출 시간에 대해 사람 눈의 각막에서 측정된다.
안구 노출을 위한 MPE 계산은, 광이 눈에 작용할 수 있는 다양한 방법을 고려한다. 열 및 광화학 망막 부상은 400nm를 초과하는 파장에서 우세한 것으로 밝혀졌다. 파장 및 노출 시간 이외에, MPE는 (레이저 또는 다른 것으로부터의) 광의 공간 분포를 고려한다. 가시 광의 콜리메이팅된 레이저 빔은, 렌즈가 광을 망막의 작은 스팟 쪽으로 포커싱하기 때문에 비교적 낮은 전력에서도 특히 위험하다. 공간적 일관성의 정도가 좀더 낮은 광원에 의한 망막에서의 광 분포는 콜리메이팅이 잘된 레이저(well-collimated laser)보다 크다. 그러한 광원의 경우, 콜리메이팅된 레이저 빔에 대한 것보다 MPE가 높다. MPE 계산에서는, 수정체가 특정 파장에 대해 광을 망막에서의 가능한 가장 작은 스팟 사이즈로 포커싱하고 동공이 완전히 열려 있는 최악의 시나리오가 가정된다. MPE는 단위 면적당 전력 또는 에너지로 특정되지만, 그것은 가시 파장에 대해 완전히 열린 동공(0.39cm2)을 통과할 수 있는 전력 또는 에너지에 기초한다. 도 24에서는, 레이저 광을 위한 MEP가 노출 시간(t)의 함수로서 플로팅된다. 여기에서, 10s보다 긴 노출에 대해서는 MEP가 일정하다는 것을 알 수 있다. 이것은, 예를 들어, 0.39cm2의 완전히 열린 동공에 대해 최대 허용 가능 레이저 전력이 0.39mW임을 지시한다.
레이저는 고휘도 광원이며, 장식 조명, (대화형) 상점 조명 개념, 및 분위기 조성에 사용되는 것이 고려된다. 고휘도로 인해, 레이저는 낮은 전력에서도 상당히 가시적이고 반짝거리는 선호되는 외관을 나타낸다. 따라서, 반짝거리는 외관을 가진 다수의 스팟으로 패턴을 제작하는 것이 선호된다. 이것은 일반적으로 SLM을 사용해 수행될 수 있다. 그러나, 그러한 SLM은 다소 고가이고 부피가 크다. 따라서, 조명 장치의 앞서 설명된 실시예는 주기적 위상 패턴의 형성을 초래하는 주기적 구조를 구비하는 액정 셀을 사용하는데, 이 경우 주기적 위상 패턴은, 적당한 사이즈 및 콜리메이션의 광 빔과 조합하여, 전기장에 의해 우선적으로 스팟이 프로젝션 표면에서 중첩하지 않도록 국지적으로 조정될 수 있다. 전기장의 인가 동안, 굴절률의 주기적 변화가 발생된다. 그러한 패턴이 광 빔으로 조명될 때, 시스템의 주기성으로 인해 회절 피크가 발생된다. 그 다음, 이 패턴은 반복 단위 각각에서의 굴절률 분포로 인해 회절 패턴으로써 컨볼루션된다. 이것의 결과로서, 인가된 전기장에 의해 제어될 수 있는 회절 패턴이 획득될 수 있다. 이 목적을 위해, 예를 들어, 등급별 굴절률 렌즈 어레이 또는 복제 액정 렌즈 어레이가 사용될 수 있다. 그러한 소자는, 조명 효과의 상이한 다수의 유형이 그러한 간단한 소형 장치에 의해 획득될 수 있도록 레이저 빔의 발산을 제어하는 다른 장치와 조합될 수도 있다.
다음에서는, 광 패턴을 발생시키기 위한 조명 방법이 도 25에 표시된 흐름도를 참조하여 예시적으로 설명될 것이다.
단계 S1에서는, 광원에 의해 광 빔이 발생되어 액정 셀 쪽으로 지향된다. 액정 셀은, 액정 셀에 전압이 인가되면, 주기적 위상 패턴을 발생시키기 위한 주기적 구조를 구비한다.
단계 S2에서는, 액정 셀에 전압이 인가됨으로써, 주기적 위상 패턴을 발생시킨다. 광원에 의해 발생되는 광 빔은 발생된 주기적 위상 패턴에 의해 상이한 방향에서 회절되는데, 다수의 개별 광 빔이 광 패턴을 형성한다.
단계 S2가 단계 S1 이전에 수행될 수 있고, 단계 S1이 단계 S2 이전에 수행될 수 있으며, 이들 2개 단계가 동시에 수행될 수도 있다.
다음에서는, 제품을 프리젠테이션하기 위한 제품 프리젠테이션 방법이 도 26에 표시된 흐름도를 참조하여 예시적으로 설명될 것이다.
단계 T1에서는, 제품이 프리젠테이션 영역에 배치되고, 단계 T2에서는, 광 패턴을 형성하기 위한 다수의 개별 광 빔이 앞서 설명된 조명 방법에 따라 발생되는데, 다수의 개별 광 빔은 프리젠테이션 영역에 광 패턴을 형성하기 위해 프리젠테이션 영역 쪽으로 지향된다.
앞서 설명된 실시예에서는, 조명 장치의 상이한 소자가 조명 장치의 상이한 실시예를 참조하여 설명되지만, 이들 상이한 소자가 동일 조명 장치의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 도 3 내지 도 6을 참조하여 앞서 설명된 액정 셀이 도 1을 참조하여 앞서 설명된 추가 소자와 함께 사용될 수 있는데, 다시 말해, 도 1에 표시된 액정 셀(2) 대신에 다른 액정 셀, 특히, 도 3 내지 도 6을 참조하여 앞서 설명된 다른 액정 셀이 사용될 수 있다. 더 나아가, 도 1을 참조하여 앞서 설명된 조명 장치의 추가 소자가 앞서 설명된 조명 장치의 나머지 실시예와 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 검출 유닛 및 전압 판정 유닛 및/또는 제어 유닛 및 휘도 판정 유닛이 조명 장치의 앞서 설명된 실시예와 함께 사용될 수 있다. 더 나아가, 이들 소자, 즉, 검출 유닛 및 전압 판정 유닛 및/또는 제어 유닛 및 휘도 판정 유닛은 생략될 수 있다.
조명 장치가 다수의 레이저와 함께 사용될 수 있는데, 다시 말해, 광원은 색상이 달라질 수 있는 다수의 레이저를 구비할 수 있다. 예를 들어, 블루 및 그린 레이저가 사용될 수 있거나, 블루, 그린, 및 레드 레이저가 사용될 수 있다. 주기적 위상 패턴에서 회절에 의해 발생되는 다수의 개별 광 빔의 색상은 액정 셀에 인가되는 전압에 따라 달라질 수 있는데, 다시 말해, 인가되는 전압을 변경함으로써 주기적 위상 패턴을 변경하는 것에 의해 광 패턴이 변경된다면, 동시에 액정 셀 쪽으로 지향되기 위해 광원에 의해 발생되는 1개 또는 수개 광 빔의 색상을 변경하는 것에 의해 광 패턴의 색상도 변경될 수 있다.
당업자라면, 도면, 명세서, 및 첨부된 청구항의 연구로부터, 청구된 발명을 실시하면서 개시된 실시예에 대한 다른 변형을 이해할 수 있고 영향을 받을 수 있다.
청구항에서, "포함하는"이라는 단어가 다른 소자 또는 단계를 배제하지 않으며, 단수표현은 복수를 배제하지 않는다.
단일 유닛 또는 장치가 청구항에서 언급된 수개 항목의 기능을 수행할 수 있다. 소정 조치가 서로 상이한 종속 청구항에서 언급된다는 단순한 사실이 이들 조치의 조합이 유용하게 사용될 수 없다는 것을 지시하지 않는다.
해당 조명 방법에 따른 조명 장치의 제어는 컴퓨터 프로그램의 프로그램 코드 수단으로 그리고/또는 전용 하드웨어로 구현될 수 있다.
컴퓨터 프로그램은, 다른 하드웨어와 함께 공급되거나 다른 하드웨어의 일부로서 공급되는, 광학 저장 매체 또는 솔리드-스테이트 매체와 같은, 적당한 매체에 저장/분산될 수 있지만, 인터넷 또는 다른 유선 또는 무선 통신 시스템을 통한 것과 같이, 다른 형태로도 분산될 수 있다.
청구항에서의 어떤 참조 부호도 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명은 광 패턴을 발생시키기 위한 조명 장치에 관한 것이다. 광원은 액정 셀 쪽으로 지향되기 위한 광 빔을 발생시킨다. 액정 셀은 주기적 구조를 구비한다. 전압원에 의해 액정 셀에 전압이 인가되면, 주기적 위상 패턴이 발생된다. 액정 셀 및 광원은, 발생된 주기적 위상 패턴에서의 회절에 의해 상이한 방향에서 다수의 개별 광 빔이 발생되도록 적응되는데, 다수의 개별 광 빔은 광 패턴을 형성한다. 광 패턴이 전압을 인가하는 것에 의해 변경 가능한 주기적 위상 패턴에서의 회절에 의해 발생되므로, 비교적 간단한 기술적 방법으로, 상이한 광 패턴이, 특히, 장식 목적을 위해 발생될 수 있다.

Claims (13)

  1. 광 패턴을 발생시키기 위한 조명 장치로서, 상기 조명 장치(1)는,
    액정 셀(2)에 전압을 인가함으로써 주기적 위상 패턴을 발생시키기 위한 주기적 구조(3)를 포함하는 액정 셀(2),
    상기 액정 셀(2) 쪽으로 지향되기 위한 광 빔(5)을 발생시키기 위한 광원(4), 및
    상기 액정 셀(2)에 전압을 인가하기 위한 전압원(8)
    을 포함하고,
    상기 액정 셀(2) 및 상기 광원(4)은, 발생된 상기 주기적 위상 패턴에서의 회절에 의해 다수의 개별 광 빔(6)이 상이한 방향에서 발생되도록 구성되고, 상기 다수의 개별 광 빔(6)은 광 패턴(7)을 형성하는 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 개별 광 빔(6)의 휘도에 의해 휘도 분포가 규정되고, 상기 액정 셀(2) 및 상기 광원(4)은 상기 휘도 분포가 상기 액정 셀(2)에 인가되는 전압을 변경함으로써 변경 가능하도록 구성되는 조명 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    프로젝션 표면(9)을 더 포함하고, 상기 광원(4) 및/또는 상기 액정 셀은 상기 다수의 개별 광 빔(6)이 상기 프로젝션 표면(9)에서 비-중첩 스팟들(10)을 형성하도록 구성되는 조명 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액정 셀은 DPS(Double Plane Switching)를 사용하는 등급별 굴절률 렌즈 어레이, IPS(In Plane Switching)를 사용하는 등급별 굴절률 렌즈 어레이, FFS(Fringe Field Switching)를 사용하는 등급별 굴절률 렌즈 어레이, 복제 액정 렌즈 어레이 및 패턴식 중합 액정 셀 중 적어도 하나를 포함하는 조명 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광원(704)은 상이한 방향에서 상기 액정 셀(702) 쪽으로 지향되는 적어도 2개 광 빔(705, 718)을 방출하는 조명 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조명 장치(801)는 상기 광원(804)과 상기 액정 셀(802) 사이에 배열된 수동 회절 소자(822)를 더 포함하고, 상기 수동 회절 소자(822)는 상기 광원에 의해 발생된 광을 상기 액정 셀(802) 쪽으로 지향되기 위한 수개 광 빔으로 분리하도록 구성되는 조명 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 조명 장치(901)는 인가된 전압에 따라 광을 콜리메이팅하기 위한 제1 액정 셀(923), 및 제2 액정 셀(902)에 전압을 인가함으로써 주기적 위상 패턴을 발생시키기 위한 주기적 구조를 포함하는 제2 액정 셀(902)을 포함하고, 상기 광원(904), 상기 제1 액정 셀(923) 및 상기 제2 액정 셀(902)은 상기 광원(904)에 의해 발생된 광 빔이 상기 광원(904)에 의해 발생된 광 빔을 콜리메이팅하기 위한 상기 제1 액정 셀(923) 쪽으로 지향되도록 배열되고, 상기 콜리메이팅된 광 빔은 회절에 의해 상기 다수의 개별 광 빔을 상이한 방향에서 발생시키기 위해 상기 제2 액정 셀(902) 쪽으로 지향되는 조명 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 조명 장치(1; 1001)는 상기 회절에 의해 발생된 다수의 광 빔 각각의 휘도가 사전 규정된 임계치 미만이도록 상기 광원(4; 1004)과 상기 전압원(8; 1008) 중 적어도 하나를 제어하기 위한 제어 유닛(30; 1030)을 포함하는 조명 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 조명 장치(1001)는 상기 다수의 개별 광 빔의 휘도를 판정하기 위한 휘도 판정 유닛(1040)을 더 포함하고, 상기 제어 유닛(1030)은 상기 회절에 의해 발생된 다수의 광 빔 각각의 휘도가 상기 다수의 개별 광 빔의 판정된 휘도에 따라 사전 규정된 임계치 미만이도록 상기 광원(1004)과 상기 전압원(1008) 중 적어도 하나를 제어하도록 구성되는 조명 장치.
  10. 제품을 프리젠테이션하기 위한 제품 프리젠테이션 장치로서,
    상기 제품 프리젠테이션 장치(84)는 상기 제품이 배치될 프리젠테이션 영역(86) 및 제1항에 정의된 조명 장치(1)를 포함하고, 상기 조명 장치(1)는 상기 프리젠테이션 영역(86)에 상기 광 패턴(407; 507)을 형성하기 위해 상기 다수의 개별 광 빔(406; 506)을 상기 프리젠테이션 영역(86) 쪽으로 지향시키도록 구성되는 제품 프리젠테이션 장치.
  11. 광 패턴을 발생시키기 위한 조명 방법으로서,
    주기적 위상 패턴을 발생시키기 위한 주기적 구조(3)를 포함하는 액정 셀(2)에 전압을 인가하는 단계, 및
    상기 액정 셀(2) 쪽으로 지향되기 위한 광 빔(5)을 발생시키는 단계
    를 포함하고,
    발생된 상기 주기적 위상 패턴에서의 회절에 의해 다수의 개별 광 빔(6)이 상이한 방향에서 발생되고, 상기 다수의 개별 광 빔(6)은 광 패턴(7)을 형성하는 조명 방법.
  12. 제품을 프리젠테이션하기 위한 제품 프리젠테이션 방법으로서,
    상기 제품을 프리젠테이션 영역(86)에 배치하는 단계, 및
    제11항에 정의된 광 패턴을 형성하기 위해 다수의 개별 광 빔(406; 506)을 발생시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 다수의 개별 광 빔(406; 506)은 상기 프리젠테이션 영역(86)에 상기 광 패턴(407; 507)을 형성하기 위해 상기 프리젠테이션 영역(86) 쪽으로 지향되는 제품 프리젠테이션 방법.
  13. 광 패턴을 발생시키기 위한 조명 컴퓨터 프로그램으로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 제1항에 정의된 조명 장치를 제어하는 컴퓨터에서 실행될 때, 상기 조명 장치가 제11항에 정의된 조명 방법의 단계들을 수행하게 하기 위한 프로그램 코드 수단을 포함하는 조명 컴퓨터 프로그램.
KR1020127010256A 2009-09-22 2010-09-09 광 패턴을 발생시키기 위한 조명 장치 KR20120083431A (ko)

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