KR20170005842A - 광원 및 태양광 모방 조명 시스템 - Google Patents

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Abstract

광을 수신하고 콜리메이팅하기 위한 광학 시스템(2A)이 개시되며, 상기 광학 시스템(2A)은 유입구(212)와 유출구(214)를 형성하는 적어도 하나의 포물선형 집중기(CPC)(220, 230)를 구비하는 콜리메이션 유닛(200)과 이중 렌즈 어레이형 파리눈 콘덴서(FEC)를 구비하는 균질화 유닛(300)을 포함하며; 상기 콜리메이션 유닛(200)의 적어도 하나의 포물선형 집중기(220, 230)는 유입구(212)를 통하여 들어오는 광을 유출구(214)를 통하여 반사시키며 상기 광의 확산 각도를 수용 각도(θCPC )로 제한하도록 구성되며; 상기 균질화 유닛(300)의 렌즈 어레이는 제1 렌즈들에 의해 모아진 유출구(214)로부터의 광은 연속적으로 방출하는 출력 애퍼처를 제공하는 각각의 제2 렌즈를 비추도록 구성된다.

Description

광원 및 태양광 모방 조명 시스템{LIGHT SOURCE AND SUNLIGHT IMITATING LIGHTING SYSTEM}
본 개시는 일반적으로 조명 시스템(lighting systems)에 관한 것으로, 특히 의도된 조명 시스템, 예를 들어, 천연 태양광 조명을 모방하기 위한 조명 시스템용 광원에 관한 것이다. 또한, 본 개시는 일반적으로 높은 밝기(brightness)와 높은 휘도(luminance) 균질성을 가진 영역으로부터 광빔(light beam)을 발생시키는 것에 관한 것이다.
밀폐된 환경을 위한 인공 조명 시스템은 종종 사용자가 경험하는 시각적인 안락감을 향상시키는 것을 목표로 하고 있다. 특히, 자연 채광, 특히 태양광 조명을 모방하는 조명 시스템, 특히 높은 상관 색온도(CCT: correlated color temperature)와 큰 연색 평가수(CRI: color rendering index)를 가진 광을 이용하는 조명 시스템이 알려져 있다. 이러한 모방 되어질 옥외 채광의 특성들은 태양광과 지구 대기(earth atmosphere) 사이의 상호 작용에 의존하며 특정의 음영 특성(shade characteristic)을 생성한다.
모두 동일한 출원인에 의해 출원된 PCT/EP2014/000835호(2014.03.27. 출원) 뿐 아니라 EP 2304478 A1호, EP 2304480 A1호 및 PCT/IB2013/060141호(2013.11.14. 출원)은 가시광선을 생성하는 광원 및 나노입자들을 포함하는 패널을 구비한 조명 시스템을 개시하고 있다. 조명 시스템의 작동 중에, 패널은 광원으로부터 발산되는 광을 수신하여 맑은 광선을 유사하게 하늘 상태의 지구 대기로 확산시키는 소위 레일리 디퓨저(Rayleigh diffuser)로 작용한다. 특히, 조명 시스템의 개념은 태양광에 대응하며 빛나는 물체의 존재하에서 음영을 만들어내는 지향성 광(directed light) 및 푸른 하늘의 광에 대응하는 큰 상관 색온도(CCT)를 가진 확산광(diffused light)을 이용하고 있다.
따뜻한 백색광뿐 아니라 차가운 백색광을 제공하기 위하여, LED 기반 광원들은, 예를 들어, 형광-변환 백색 LED들 및/또는 다양한 색상 조합의 LED들에 기반한 것이 이용될 수 있다. LED들로부터 발산되는 광의 광학 특성은 빔(beam) 형성 광학 장치들(optical configurations), 통상은 렌즈 및/또는 미러 시스템들과 같은 콜리메이팅 광학장치를 필요로 한다.
본 개시는, 적어도 부분적으로, 종래의 시스템들의 하나 이상의 성능을 향상시키고 하나 이상의 문제를 극복하는 것을 목적으로 한다.
제1 관점에서, 본 개시는 광을 수신하고 콜리메이팅하기 위한 광학 시스템에 있어서, 콜리메이션 유닛(collimation unit)과 상기 콜리메이션 유닛으로부터 나오는 광을 균질화하기 위한 균질화 유닛(homogenization unit)을 포함하는 광학 시스템에 관한 것이다. 상기 콜리메이션 유닛은 유입구와 유출구를 형성하는 적어도 하나의 포물선형 경계면(parabolic interface)을 포함하며, 상기 적어도 하나의 포물선형 경계면은 유입구를 통하여 들어오는 광을 유출구를 통하여 반사시키며 상기 광의 확산 각도(angular spread)를 상기 적어도 하나의 포물선형 경계면과 연관된 수용 각도(acceptance angle)로 제한하도록 구성된다. 상기 균질화 유닛은 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 쌍들을 구비한 렌즈 어레이를 포함하며, 상기 렌즈 어레이는 제1 렌즈들에 의해 모아진 유출구로부터의 광은 연속적으로 방출하는 출력 애퍼처를 제공하는 각각의 제2 렌즈를 비추도록 구성된다.
다른 관점에서, 광원은 평면 LED의 램버시안(Lambertian) 또는 의사-램버시안(quasi-Lambertian) 방출 패턴과 같은 광 방출 패턴을 가진 광 방출 유닛을 포함하며, 상기 광 방출 패턴이 상기 광학 시스템의 유입구와 겹쳐진다.
또 다른 관점에서, 조명 시스템은 제1 상관 색온도(CCT: correlated color temperature)를 가진 지향된 비-확산 광의 광빔을 메인 광빔 방향을 따라 제공하기 위한 전술한 바와 같은 광원; 및 상기 제1 상관 색온도(CCT)보다 큰 제2 상관 색온도(CCT)에서 확산광을 발생시키기 위한 조명 시스템 출구 윈도 또는 확산광 발생기(diffused light generator)와 같은 원도형 유닛(window-like unit)을 포함한다. 윈도형 엘리먼트는 광빔의 원거리장에 위치되며, 윈도형 엘리먼트의 크기는 광빔의 원거리장의 크기에 맞춰진다.
추가의 실시예들이, 예를 들어, 여기서 참조로 포함된 종속 청구항들로 기술된다.
본 개시의 다른 특징들 및 관점들이 하기의 설명 및 첨부 도면들로부터 명백히 이해될 것이다.
도 1은 룸(room)을 조명하는 전형적인 조명 시스템의 개략 단면도이다.
도 2는 빔을 가로지르는 불균일한 전파 방향을 가지는 광빔(light beam)을 개략적으로 나타내는 예시도이다.
도 3은 전형적인 광원의 개략적인 광학 빔 통로를 나타내는 도면이다.
도 4는 LED-기반 에미터 유닛(emitter unit)의 개략적인 예시도이다.
도 5는 복합 포물선형 집중기(compound parabolic concentrator)-기반 콜리메이션 유닛의 개략적인 예시도이다.
도 6은 원형 복합 포물선형 집중기 배열의 개략적인 예시도이다.
도 7은 파리눈 콘덴서(fly's eye condenser)와의 광선(light ray)의 상호 작용을 개략적으로 나타내는 예시도이다.
도 8은 복합 포물선형 집중기의 하류에 위치한 파리눈 콘덴서를 개략적으로 나타내는 예시도이다.
도 9는 수집 유닛(collection unit)과 균질화 유닛을 포함하는 부착식 광학 시스템(mounted optical system)의 사시도이다.
이하, 본 개시의 전형적인 실시예들이 상세하게 기술된다. 여기서 기술되고 도면들에 도시된 전형적인 실시예들은 종래의 기술에서 통상의 지식을 가진 자(이하, '통상의 기술자'라 함)가 많은 다른 환경들에서 그리고 많은 다른 응용을 위하여 본 개시를 구현하고 사용할 수 있도록 본 개시의 원리들을 교시하는 것을 의도한 것이다. 따라서, 전형적인 실시예들은 특허 보호의 범위를 제한하는 기술을 의도한 것이 아니며 그렇게 고려되어서도 아니된다. 특허 보호의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정의되어야 한다.
본 개시는 태양광 조명을 모방하는 조명 시스템이 관찰자가 광원의 인조성, 즉, 태양-모방을 인식하는 것을 방지하는 특성들을 구비한 광을 제공할 필요가 있다는 인식에 부분적으로 기반하고 있다. 예를 들어, 조명 환경은 푸른 채광(blue skylight) 광 성분 및 균질한 휘도를 가진 광원으로부터 생성되는 지향성 비-확산 백색광 성분을 포함할 수 있다.
일반적으로, 조명 환경을 평가하는 관찰자의 능력은 초점 맞추기(focusing), 양안 수렴(binocular convergence), 양안 시차(binocular parallax), 운동 시차(movement parallax), 휘도(luminance), 크기, 콘트라스트(contrast), 대기 조망(aerial perspective) 등에 관련된 다수의 생리적 및 심리적 메커니즘들에 기반하고 있다. 어떤 메커니즘들은 알려진 크기, 거리 또는 휘도를 가진 물체들이 관찰되는지와 같은 조명 환경의 특성들뿐 아니라 관찰 조건들(예를 들어, 관찰자가 움직이는가 또는 정지해 있는가, 한쪽 또는 양쪽 눈으로 보는가 등)에 따라 다른 것들과 비교되는 중요한 사항을 얻을 수 있다.
인공 태양과 같은 광원을 사용하는 태양광 모방 조명 장치의 경우, 무한한 거리에서 태양으로 되는 것으로 광원을 인식하는 효과는 그 광원이 관찰자의 시야에 있는지 - 인공태양의 느낌을 회피하는 것에 관련된다.
본 발명자들은 이것이 특히 광원의 균질한 휘도를 포함한다는 것을 인식하였다. 또한, 인공 태양은 둥근 외관을 가질 필요가 있다. 어떤 실시예들에서는, 광원이 레일리 확산 패널을 비추도록 이용되는 경우에, 광원이 레일리 확산 패널을 완전하고 균일하게 비추는 것이 부가적으로 요구된다.
눈의 민감도는 초기 단계에서 레일리 확산 패널뿐 아니라 태양-모방에 대한 휘도의 조절을 이미 알아볼 것이다. 그러한 조절들은 근거리장(near field)의 (어두운) 영역 또는 심지어 원거리장(far field)에 있는 빔의 영역에서 작은 휘도를 만들어내는 광방출에 기여하지 않는 것에 의해 생성될 수 있다.
또한, 광원이 너무 밝아서 광원을 응시하고 광원에 초점을 맞추는 것이 허용되지 않더라도, 망막에 생성된 잔상은 인공 태양을 (잠시) 바라볼 때 사람이 인식하지 못하였던 강도 변동(intensity fluctuations)을 보여줄 수 있다.
완성도를 위하여, 휘도는 광원에 의해 생성된 음영에 영향을 미치게 할 수도 있다. 특히, 인공 태양이 휘도에서의 조절을 가질 때, 하프-새도우(half-shadow)가 해결할 조절을 보여줄 수도 있다.
유사한 고려가 색 스펙트럼 및 그에 대한 조절의 공간 분포에 적용된다.
본 발명자들은, 원거리장의 이미지에 집중하는 프로젝터 광원들과는 대조적으로, 태양광 모방 조명 장치의 광원은 또한 관찰자가 응시하는 태양의 외관을 모방하는 특정한 근거리장을 요구한다. 여기서 기술된 바와 같이, 광학 요소의 시스템은 광원의 휘도와 가능한 한 먼 에탕듀(etendue)의 유지에 각각 기여하는 여러 가지 관점에서 특별히 설계된 것으로 기술된다.
태양광 모방 조명장치의 전형적인 구성들이 도 1 및 도 2와 관련하여 하기에서 기술된다. 광학 빔 통로의 전형적인 개요가 도 3과 관련하여 기술된다. 그 다음에, 광학 빔 통로에 기여하는 광학 유닛들의 여러가지 전형적인 구성들이 도 4(LED-기반 에미터 유닛), 도 5 및 6(복합 포물선형 집중기(CPC)-기반 콜리메이터 유닛), 도 7 및 8(파리눈 콘덴서(FEC)-기반 균질화 유닛), 도 9(부착식 광학 시스템)와 관련하여 기술된다.
도 1을 참조하면, 조명 시스템(1)이 절개도로 개략적으로 도시된다.
상세히 설명하면, 조명 시스템(1)은 메인 광빔 방향(4)을 따라 전파되는 광빔(3)을 형성하도록 방출 입체각(emission solid angle)으로 광을 방출하도록 구성된 광원(2)을 포함한다. 일반적으로, 광원(2)은, 예를 들어, 차가운 백색 광원이 될 수 있다. 광원들의 전형적인 실시예들은 LED 기반 광 에미터들 또는 방전 램프 기반 광 에미터들 또는 수은 중간-아크 요오드 램프(hydrargyrum medium-arc iodide lamp) 기반 광 에미터들 또는 할로겐 램프 기반 광 에미터들을 포함할 수 있으며, 각각은 각각의 에미터의 광학 시스템의 하류에 위치된다.
조명 시스템(1)의 치수를 줄이기 위하여, 각각의 에미터의 광학 시스템 하류는 (도 1에서 파선으로 예시적으로 표시되는 접이식 광학장치(folding optics), 미러(5)와 같은) 반사 시스템을 포함할 수 있다. 광빔(3)이 통과하는 반사 시스템들의 특정 예들이 전술한 특허 출원들, 예를 들어, PCT/IB2013/060141호에 도시된다.
상기 반사 시스템의 경우, 옥외 조명 시스템으로부터 생성되는 어떠한 광선도 다시 상기 광학 시스템(1)을 떠나는 방식으로 상기 반사 시스템에 의해 뒤따라 반사될 수 없는 것을 요구하는 반사 광선에 대한 기하학적 조건으로 될 수 있다.
또한, 광학 시스템(1)은 광원(2)으로부터 생성된 광을 비춰질 영역(7), 예를 들어, 빌딩의 내부 룸(30)에 연결하는 윈도형 유닛(6)을 포함한다.
도 1의 조명 시스템(1)의 전형적인 실시예에서, 윈도형 유닛(6)은 바닥 유닛(bottom unit)(12)과 스크린 구조체(14)를 포함하는 램프 세이드형 구조체(10)를 구비한다. 바닥 유닛(12)은 그것이 룸으로부터 바라볼 때 상기 램프 세이드형 구조체의 바닥으로 되는 것을 고려하여 바닥 유닛으로 언급되었다. 그러나, 램프 시스템은 램프 세이드형 구조체 없이 또는 벽에 제공될 수 있다는 것을 주목하여야 하므로, 바닥 유닛(12)은 램프 세이드형 구조체의 하단부로 될 필요가 있는 것은 아니다. 스크린 구조체(14)에 관한 상세한 기술에 대하여는, 전술한 특허 출원들, 예를 들어, PCT/EP2014/000835호가 참조된다.
윈도형 유닛(6)의 어떤 실시예들에서, 바닥 유닛(12)은, 예를 들어, 스크린 구조체(14) 없이, 벽/천장에 직접 통합될 수 있다. 예를 들어, 바닥 유닛은 도 1에 도시된 바와 같이 천장면으로부터 제거되는 대신에 천장면의 일부로서 형성될 수 있다.
윈도형 유닛(6)은 (평면의) 직사각형, 정방형, 또는 원형 형상과 같은 임의의 형상으로 이루어질 수 있다. 윈도형 유닛(6)은 적어도 부분적으로 광원(2)의 광을 전송하고 있다. 윈도형 유닛(6)은 확산광 발생기(20)를 포함한다 - 도 1에서는 특별히 바닥 유닛(12)이 확산광 발생기(20)를 포함하고 있음 -. 확산광 발생기(20)는 가시 영역에서는 광을 실질적으로 흡수하지 않고 충돌광(impinging light)의 장-파장에 대한 단-파장 성분들을 더 효율적으로 확산시키는 레일리 디퓨저로서 작동한다. 레일리형 디퓨저의 광학 성질들 및 미세 특성들이 전술한 특허 출원들, 예를 들어, EP 2304478 A1호에 상세히 기술된다.
조명 시스템(1)은 광원(2)을 둘러싸는 암상자(dark box)(16)를 더 포함할 수 있으며, 암상자(16)는 그 벽들 중 하나에 통합된 윈도형 유닛(6)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 상자(16)는 광원(2) 둘레에서 연장하며 윈도형 유닛(6)에 접하고 (적어도 광이 잠재적으로 충돌할 수 있는 곳에) 어두운 광흡수 내부면을 가지는 벽들을 제공한다.
도 1의 실시예에서, 광원(2)은 암상자(16) 내에 제공되며, 이에 의해 광원(2)으로부터 발생하지 않는 광이 암상자(16) 내로부터 바닥 유닛(12)으로 들어가는 것을 방지하게 된다.
어떤 실시예들에서는, 윈도형 유닛은 광원(2)의 광을 확산시키는 확산광 발생기(20)를 제공한다. 예를 들어, 가령 전술한 실시예들에서 광빔(3)이 확산광 발생기(20)의 전체 또는 적어도 대부분을 비추기에 충분히 분기한다고 가정하면, 확산광 발생기(20)는 광빔(3)을 특히 아래의 4개의 요소들{전송 요소(transmitted component), 전방 확산 요소(forward diffuse component), 후방 확산 요소(backward diffuse component) 및 반사 요소(reflected component)}로 분리할 것이다:
상기 전송 (지향성 비-확산) 요소(transmitted component)는 확산광 발생기(20)를 통과하지만 중요한 편차를 겪지 않는 광선들에 의해 형성되며, 예들 들어, 상기 전송 요소는 0.1°보다 작은 편차를 겪는 광선들에 의해 형성되며; 상기 전송 요소의 광속(luminous flux)은 확산광 발생기(20)에 입사된 전체 광속의 중요한 비율이며;
상기 전방 확산 요소(forward diffuse component)는 (광빔 방향 및 그 광빔 방향과는 0.1°보다 작은 각도 만큼 다른 방향들을 제외하고는) 확산광 발생기(20)를 떠나서 광 통로(46)로 들어가는 산란광(scattered light)에 의해 형성되며; 상기 전방 확산 요소의 광속은 확산광 발생기(20)에 입사된 전체 광속으로부터 발생된 푸른 채광 비율에 대응하며;
상기 후방 확산 요소(backward diffuse component)는 확산광 발생기(20)를 떠나서 상자(16)로 들어가는 산란광에 의해 형성되며; 상기 후방 확산 요소의 광속은 일반적으로 푸른 채광 비율의 범위 내이지만, 바람직하기로는 푸른 채광 비율보다 적으며;
상기 반사 요소(reflected component)는 반사광에 의해 형성되며 미러 각도의 방향을 따라 상자(16) 안으로 전파되며; 상기 반사 요소의 광속은 예를 들어 확산광 발생기(20)로의 광빔의 입사각에 따라 결정된다.
이상에서 설명한, 확산광 발생기(20)의 광학 성질들은 아래와 같이 될 수 있다:
푸른 채광 비율은 5% 내지 50%의 범위 내, 또는 7% 내지 40%의 범위 내, 또는 10% 내지 30%의 범위내, 또는 15% 내지 20%의 범위로 될 수 있으며;
전방 확산 요소의 평균 상관 색온도(CCT)는 전송 요소의 평균 상관 색온도 보다 상당히 높으며, 예를 들어, 전방 확산 요소의 평균 상관 색온도(CCT)는 1.2, 또는 1.3, 또는 1.5 또는 그 이상 배수 만큼 더 높을 수 있으며;
확산광 발생기(20)는 입사광을 크게 흡수하지는 않으며, 즉 4개의 요소들의 합계는 적어도 80%, 또는 90%, 또는 95%, 또는 97% 또는 그 이상과 동일하며;
확산광 발생기(20)는 주로 전방으로 산란시키며, 즉 후방으로 산란되는 것보다 1.1, 또는 1.3, 또는 1.5, 또는 2배 이상 더 전방으로 산란시키며;
확산광 발생기(20)는 낮은 반사를 가질 수 있으며, 즉 충돌 광의 9%, 또는 6%, 또는 3%이하, 또는 2%보다 적게 반사된다.
확산광 발생기(20)를 포함하는 윈도형 유닛(6)의 실시예에서, 확산광 발생기(20)는 광원(2)이 관찰자의 시야에 있을 때 태양 같은 느낌을 제공하기에 충분하지 않을 수 있는 광원(2)으로부터의 거리에 위치될 수 있다. 그러나, 어떤 실시예들에서는, 스크린 구조체(14)가 광원(2) 쪽으로의 시야를 차단할 수 있다. 따라서, 관찰자의 예상 위치와 광원(2) 사이의 거리는 더 적게 될 수 있다.
다른 실시예들에서, 확산광 발생기는 확산 요소용 베이스로서 광을 제공하도록 맞춰진 분리된 광원에 의해 적어도 부분적으로 조명될 수 있다.
도 1의 실시예에서, 광원(2)은 윈도형 유닛(6)의 중심에 대하여 수직 및 수평으로 변위되어 있다. 예를 들어, 광원(2)은 확산광 발생기(20)의 상부면 전체를 예를 들어 약 45° 또는 약 60°의 각도로 비춘다. 어떤 실시예들에서는, 예를 들어 확산광 발생기(20)가 룸 천장의 평면에 대하여 기울어져 있을 때, 광원(2)은, 예를 들어, 확산광 발생기(20)의 중심 위에서 수직으로 배열될 수 있다.
도 1의 조명 시스템(1)의 전형적인 설비에서, 광원(2)은 윈도형 유닛(6)을 통하여 빌딩의 룸(30)에 광학적으로 결합된다. 룸(30)은, 예를 들어, 평행 6면체로 형성되며 측벽들, 바닥 및 천장(60)에 의해 경계가 정해질 수 있다.
일반적으로, 윈도형 유닛(6)은 도 2에 도시되고 아래에서 기술되는 바와 같이 광빔과 상호 작용하도록 광원(2)으로부터 원거리장에 위치한다. 이에 의해, 광원(2)은 태양 같은 느낌을 제공할 수 있다.
룸(30)의 높이에 따라, 0.15m의 출구 애퍼처(exit aperture)를 가지는 광원의 경우에 광원(2)과 윈도형 유닛(6) 사이의 거리는 1.5m 내지 7m의 범위로 된다. 이러한 환경의 경우에, 광원과 관찰자 사이의 거리는, 예를 들어, 적어도 2.5m 내지 9m의 범위로 된다.
도 2는 윈도형 유닛(6)을 비추기 위하여 이용된 원거리장에 있는 발산 광빔(divergent light beam)(83)을 나타낸다. 원거리장은 광원(2)에 의해 발생되는 것과 같이 근거리장에 의존하며, 메인 광빔 방향(84)에 의해 특징지어진다. 발산 광빔(83)을 가로지르는 국부 전파 방향(local propagation direction), 즉, 지향성 비-확산광의 전파 방향은 발산 광빔(83)의 횡단면 내의 위치에 따라 수정된다. 특히, 중앙 전파 방향(85)은 발산 광빔(83)의 내부 영역에서 메인 광빔 방향(84)에 대하여 본질적으로 평행하다. 그러나, 전파 방향(87)은 내부 영역으로부터 거리가 증가됨에 따라 메인 광빔 방향(84)에 대하여 점점 경사지게 된다. 예시적으로, 도 2에서는 최외측에 위치한 광빔의 경우에 5°의 최대각으로 도시되었으며, 이는 발산 광빔(83)의 빔 발산(여기서, 원거리장에서의 전체 확산각도로 언급된다)인 2 x 5°= 10°에 대응한다.
이어서, 상기와 같은 발산 광빔을 발생시키기 위한 조명 시스템의 전형적인 광학 구성들이 기술된다. 먼저, 전형적인 개략 광학 빔 통로의 개요가 도 3과 관련하여 기술된다. 그 다음에, 여러 가지 특정 광학 유닛들이 (도 3에 추가하여) 각각의 특정 도면들을 추가로 참조하여 보다 상세히 기술된다.
일반적으로, 광원(2)은 에미터 유닛(100), 콜리메이션 유닛(200), 및 균질화 유닛(300)을 포함하며, 이들은 광학 근거리장(400)을 형성하는 광학 유닛들이다. 여기서, 콜리메이션 유닛(200)과 균질화 유닛(300)의 조합이 광학 시스템(2A)으로 언급되며, 이는 하나 이상의 개구부를 통하여 에미터 유닛(100)으로부터 광을 수신하고, 바람직하기로는 완전히 플래시(flashed)되며 에미터 유닛(100)의 최초 에탕듀 만큼 유지된 에탕듀와 균질한 휘도를 가지는 광 방출면을 나타내는 출구 애퍼처를 통하여 광을 방출한다.
광원(2)은 에미터 유닛(100)에서 발생하는 일차 광 발생 공정을 작동시키는 것에 대하여 전자적 배경을 제공하기 위하여 전자 제어 유닛(도시되지 않음)을 추가로 포함할 수 있다. 유사하게, 광원(2)은 광학 유닛들을 위한 지지체를 제공하고 광학 유닛들을 서로에 대하여 고정된 방식으로 위치시키기 위한 하우징과 같은 구조적 부품들을 포함할 수 있다.
광빔의 연장부가 광학 원거리장(600) 안으로 확장되는 광원(2)의 하류의 내부에 전파 시스템(propagation system)(500)이 개략적으로 도시된다. 원거리장(600)에서, 광빔은 윈도형 유닛(6)으로 들어간다. 어떤 실시예들에서, 전파 시스템(500)은, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 이미 원거리장 성질들을 가질 때, 빔을 폴딩(folding) 및/또는 콜리메이팅(collimating)하는 반사 구성요소들을 포함한다.
일반적으로, 에미터(100)의 기능은 콜리메이션 유닛(200)으로의 양호한 광 결합을 위하여 적합하게 되는 방식으로 광을 제공하는 것이다. 또한, 상기 광은 조명 측면에 적합하게 된다. 특히, 상기 광은 윈도형 유닛(6)과의 상호 작용, 예를 들어, 전방 확산 요소의 원하는 색상을 제공하기에 적합하게 된다. 이러한 적합성은 그 중에서도 방출 방향 분포, 색 스펙트럼 및 강도 분포에 관련된다.
예를 들어, 광원(2)은 400nm 과 700nm 사이의 파장 및 100nm 보다 큰, 예를 들어 170nm 보다 큰 스펙트럼 폭을 가진 광 스펙트럼의 가시영역의 광을 제공한다. 어떤 실시예들에서는, 에미터 유닛(100)은 단일의 에미터를 포함하기도 하고 또는 각각의 스펙트럼을 제공하는 단독 또는 조합의 복수의 에미터들을 포함하기도 한다.
일반적으로, 콜리메이션 유닛(200)의 기능은 입사광의 광 방향들의 확산각도를 집중시키는 것이다. 이에 의해, 출력측에서의 방출 면적은 에탕듀 요건을 충족시키도록 증가된다. 또한, 에미터 유닛(100)의 가능한한 큰 휘도가 유지되어야 한다. 즉, 콜리메이트 유닛(200)의 기능은 방사를 모아서 그 방사를 한정된 투사 입체각(projection solid angle)으로 균일하게 투사한다.
상기에서 설명된 조명 시스템들의 경우에, 원거리장에서의 요구되는 전체 확산각도는 조사(illuminated)되어질 물체(이 경우에는 윈도형 유닛(6))까지의 거리 및 그 물체의 크기에 따라 결정된다. 1m x 2m 크기의 직사각형 물체(윈도형 유닛(6))에 대하여 45°로 조사되는 각각 10°와 30°의 직각투영 전체 확산각도들은 광원(2)과 윈도형 엘리먼트(6) 사이에 허용 거리를 제공한다. 통상의 기술자에게 명백한 바와 같이, 5° 내지 60°의 범위 또는 5° 내지 50°범위의 전체 확산각도들은 여기서 개시된 개념들을 벗어남이 없이 여기서 설명된 조명 시스템들 또는 여기서 개시된 광원의 다른 응용들에 적용가능할 것이다. 유사하게, 회전대칭 전체 확산각도뿐 아니라 직각투영 방향에서의 동일 또는 다른 크기의 전체 확산각도들은 각각의 응용들에서 통상의 기술자에게 분명할 것이다.
콜리메이션 유닛(200)은 포물선형 경계면들에의 반사에 의해 광 방향들의 입사 확산각도를 광 방향들의 출력 확산각도로 변환시키는 포물선형 집중기의 개념에 기반하고 있다.
에미터 유닛(100)과 콜리메이션 유닛(200)의 상호 작용은 광 발생장치의 유형 및 크기에 따라 여러 가지의 구성(예를 들어, 단일의 LED 또는 LEDs 어레이) 및 원거리장의 요구되는 형상을 가능하게 한다. 예를 들어, 콜리메이션 유닛(200)은 단일 또는 어레이의 소위 복합 포물선형 집중기들(CPCs)(210)에 기반할 수 있다.
도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, CPC(210)은 일반적으로 유입구(212)와 유출구(214)를 가지고 있다. 예시적인 CPC들은 중공의 집중기들과 내부 전반사(TIR: Total Interna Reflection) 집중기들(또한 유전체 CPCs로 언급됨)을 포함한다. 중공 포물선형 집중기들은 포물선 형상의 높은 반사면을 제공하는 반면, TIR 집중기들은 내부 전반사를 가져오는 포물선 형상의 굴절 천이 지수를 제공한다. TIR 집중기는, 예를 들어, 회전된 포물선 형상으로 (실리콘-기반과 같은) 폴리머-기반 재질로 될 수 있다.
도 3을 참조하면, CPC(210)의 기본 형상은 다른 초점들(222, 232)을 가진 대향하는 포물선형 세그먼트들(220, 230)로 이루어진다. 따라서, 포물선형 경계면(즉, 중공의 CPC용 반사면 또는 굴절 천이 지수)은 유입구(212)와 유출구(214)를 연결한다. 포물선형 세그먼트(220)에 의해 형성된 포물선의 초점(222)은 포물선형 세그먼트(230)에 의해 형성된 포물선위에 놓이며, 반면에 포물선형 세그먼트(230)에 의해 형성된 포물선의 초점(232)은 세그먼트(220)에 의해 형성된 포물선위에 놓인다. 2개의 포물선형 세그먼트들(220, 230)은 CPC(210)의 축선(240)을 통과하는 반사에 대하여 대칭이다. 축선(240)은 CPC(210)를 통과하는 광 전송의 방향으로 콜리메이션 유닛을 따라 연장된다.
정의(definition)상, 포물선형 세그먼트(220)에 의해 정의되는 포물선의 축선(224)은 초점(222)를 통과하고, 마찬가지로 포물선형 세그먼트(230)에 의해 정의되는 포물선의 축선(234)은 초점(232)을 통과한다. 포물선(220)의 축선(224)과 포물선(230)의 축선(234)이 CPC(210)의 축선(240)과 만드는 각은 CPC(210)의 (출력) 전체 확산각도를 정의한다.
전체 확산각도는 CPC가 대칭일때, 즉 광을 역 방향으로 모으기 위하여 CPC를 이용하므로써 생성되는 수용 각도(acceptance angle) θCPC 의 2배로 정의된다. 이 경우에, 축선(240)에 대하여 상기 수용 각도보다 작은 입사각으로 유출구(214)로 들어가는 광은 투입구를 통하여 반사되며, 상기 수용 각도보다 큰 입사각을 가지는 광은 유입구로 반사되지 않는다. 여기서, CPC(210)는 축선(240)에 관하여 수용 각도 θCPC 까지의 각도를 가진 광을 수용하지 않지만 제공한다는 사실에도 불구하고 CPC(210)의 수용 각도 θCPC 의 절반의 확산 각도로 언급할 것이다.
즉, 콜리메이션을 위하여 CPC(210)를 사용할 때, 유입구(212)로 들어가는 광은 유출구(214)에서 일련의 개방각 예시(250)에 의해 표시된 바와 같이 대부분 수용 각도 θCPC 인 전파 방향을 가지고 유출구를 떠날 것이다. 현실로 존재하는 실시예들에서, 약간의 손실이 발생할 것이고 이에 따라 작은 개체군의 더 큰 각도들이 존재할 것이지만 원칙적으로 CPC(210)는 유출구(214)에서 2θCPC 의 전체 확산 각도를 가지는 콜리메이트된 광빔을 본질적으로 제공할 것이라는 것은 분명할 것이다. 태양광 모방의 애플리케이션에서, 수용 각도 θCPC 는 완전한 포물선 구성들에 의해 잘 정의되므로 가능한한 포물선 형상에 가깝게 유지하는 것은 (전체 확산 각도 외측의 광선들이 적게) 빔의 광선-추적 특성을 향상시킬 것이다. 따라서, 이러한 관점에서, 광선-추적 특성은 효율 이상으로 바람직할 것이다.
예를 들어, 가변 색상의 국부화된 LED들을 이용할 때 강도 및 색상에 대한 CPC(210)로 들어가는 광의 국부화(localization)를 고려하여, CPC(210)를 떠나는 광은 강도 및 색상에서 유출구(214)를 가로지르는 약간의 비균질성을 가질 수 있다. 또한, CPC들(210)의 어레이의 경우에, 반사 CPC(210)의 벽들(226, 236)은 인접하는 CPC들(210) 사이에 어두운 영역(260)을 야기할 것이다. 따라서, 관찰자가 유출구(214)를 바라볼 때, 관찰자는 빈 영역(void area) 뿐 아니라 CPC(210)로 들어가는 광의 국부화로 인하여 스트럭쳐(structure)와 같은 약간의 비균질성을 볼 수 있다.
일반적으로, 균질화 유닛(300)의 기능은 콜리메이션 유닛(200)으로부터 나오는 광을 더 균질화시키며, 콜리메이션 유닛(200)에 의해 생성되는 것과 유사하지만 휘도 및 (경우에 따라) 색상에서 훨씬 더 (원거리장에서의 직사각형의 평평한 상부에서) 균질한 투사를 생성하는 것이다.
균질화 유닛(300)은 근거리장(400)을 형성하는 마지막 광학 엘리먼트, 즉, 관찰자가 광원을 바라볼 때, 관찰자에 의해 태양-모방의 느낌을 결정하는 광학 엘리먼트에 해당한다. 이 문맥에서, 균질화 유닛(300)의 출력 측의 광 방출 섹션은 광원(2)의 출구 애퍼처(320)로 언급된다. (대략) 원형의 출구 애퍼처의 직경은 태양광 모방 조명장치에 요구되는 발산(divergence) 및 거리에 따라 결정된다. 상기 직경은 5° 내지 50° 범위의 빔 발산과 관찰자와 광원(2) 사이의 각각의 거리들에 대하여 80mm 내지 400mm (또는 100mm 또는 150mm 또는 400mm 이상) 범위 내로 될 수 있다.
균질화 유닛(300)의 목적은 근거리장에서 빔을 가로지르는 거의 일정한 휘도를 제공하며, 이에 따라 원거리장에서 변화하는 관찰 각도에 대하여 일정한 강도(intensity)를 제공하는 것이다. 여기서 기술된 바와 같이, 탠덤 더블 렌즈 어레이(tandem double lens arrays)와 같은 쌍으로 된 렌즈 배치가 광학 엘리먼트로서 균질화 유닛(300)에 이용될 수 있다.
탠덤 더블 렌즈 어레이의 예들은 파리는 컨덴서(FEC)(310) 또는 공기에 의해 분리된 2개의 렌즈 어레이들을 포함한다. 그러나, 각도 분포를 유지하기 위하여, 통상 2개의 대향하는 렌즈들은 동일한 초점 거리 f를 가지며 동일한 거리 e = fn (여기서, n은 렌즈들 사이의 (평균) 굴절률 임)에 위치된다. FEC(310)는, 예를 들어, 마이크로-렌즈 어레이로서 대향하는 면들에 형성된 마이크로-렌즈들을 가진 플라스틱의 벌크 엘리먼트로 될 수 있다)("마이크로"-렌즈란 직경이 밀리미터들 또는 밀리미터들 이하의 범위 내이고, 크기가 예를 들어 0.1 내지 0.2 mm의 범위의 출구 애퍼처용으로 유용한 것을 언급하는 것이며; 더 큰 출구 애퍼처들이 원칙적으로 더 큰 렌즈들을 사용할 수 있다).
균질화 유닛(300)은 수용 각도(θCPC )에 맞춰지며 콜리메이션 유닛(200)으로부터 방출되는 광을 작은 면적내에서 리믹스(remix)한다. 균질화 유닛(300) 자체는 콜리메이션 유닛(200)의 확산 각도, 예를 들어, CPC(210)의 θCPC 를 고려하여 선택되는 확산 각도에 의해 특징지어진다. 또한, 렌즈 쌍들의 위치결정과 측면 연장부들은 패턴들의 반복을 피하기 위하여 콜리메이션 유닛(200)의 CPC-어레이 배치와 같은 특정한 배치들을 고려하여 선택될 수 있다.
전파 시스템(500) 내에서 광빔이 전파되는 동안, 예를 들어, 수 미터의 원거리장(600)이 근거리장(400)으로부터 전개된다. 어떤 실시예들에서는, 접이식 미러들이 전파 시스템(500)의 크기를 감소시키기 위하여 존재하며 그리고/또는 글로벌 리포커싱 광학장치(global refocussing optics)가 광빔의 크기를 윈도형 유닛(6)에 맞추기 위하여 전파 시스템(500)에 제공된다.
이어서, 광학 유닛들의 전형적인 실시예들이 특정한 배치를 위하여 개시되며, 태양-모방은 원형의 근거리장(원형의 출구 애퍼처(320))을 요구하지만, 원거리장은 윈도형 유닛의 직사각형 기하학적 구조에 맞춰진다.
도 3에서, 에미터 유닛(100)이 단일의 CPC(210)의 유입구(210)를 향하는 방출 영역(112)을 가지는 횡단면의 LED(110)로 예시적으로 도시된다. 방출 영역(112)은 큰 각 분포, 예를 들어, 램버시안 방사 패턴의 평면 LED를 위하여 광을 방출한다.
CPC(210)를 LED(110)위에 직접 장착할 때, 도 3에 도시된 중공의 반사 CPC가 LED(110)를 손상시킬 수 있기 때문에, 도 3에 도시된 바와 같이, CPC(210)는 LED(110)의 표면으로부터 약간의 거리(dLED)에 장착된다. 거리(dLED)에 따라, LED(110)와 CPS(210) 사이의 틈새 안으로 방출되는 광이 CPC(210)에 의해 콜리메이팅되지 않으므로, 광손실이 발생된다. 이러한 광손실은, 원칙적으로 실리콘과 같은 "연질"재질이 방출 영역(112)에 접촉될 수 있는 것으로 가정되는 유전체(dielectric) CPC를 사용할 때, 원칙적으로 감소될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 포물선(220, 230)은 방출 영역(112)의 각각의 측단부들을 통하여 연장되며, 이에 의해 CPC(210)의 광 수집 영역에 광원을 위치시킴으로써 효율적인 콜리메이션을 가능하게 한다. 즉, 방출 영역(112)의 위치는 초점(222, 232) 또는 초점(222, 232) 상류이며, 이에 의해 콜리메이팅되는 포물선형 섹션에 방출 영역을 위치시키게 된다.
도 3에서는 간편하게 도시하기 위하여, 하나의 방출 영역(112)을 가진 하나의 LED(110)만 도시되었지만, 원칙적으로 다수의 LED들이 하나의 CPC(210)로 광을 방출하기 위하여 사용될 수 있으며 그리고/또는 다수의 방출 영역들을 가진 LED가 사용될 수 있다. 예를 들어, 다수의 LED들이 요구되는 기하학적 구조의 단일의 CPC에 따라 1차원 또는 2차원 어레이로 배열될 수 있다. 그러나, 방출 영역들 사이의 공간은 CPC의 출력의 균질성에 기여하여 에탕듀를 제한하지 않을 것이며 CPC의 출력의 균질성에 부가적인 영향을 미치지 않을 것이다(균질성에 대한 부가적인 영향은 균질화 유닛(300)에 의해 적어도 부분적으로 극복될 수 있다).
정사각형의 방출 영역(112)의 경우, 4개의 동일한 포물선 형상을 가진 4각의 CPC가 사용될 수 있으며, 포물선 형상들이 동일하다고 가정하면, 4각의 CPC는 직교하는 방향들에서 동일한 각 발산(angular divergence)을 가지는 4각의 근거리장과 4각의 원거리장을 만들어 낸다. 유사하게, 원형의 방출 영역(112)의 경우, 원형의 CPC에 의해 모아질 수 있으며, 원형의 CPC는 FEC가 없는 축대칭 각 발산을 가지는 원형의 근거리장과 원형의 원거리장을 만들어 낸다. 직사각형 원거리장 빔들을 위하여, 직사각형 방출 영역(112)이, 하기에서 설명되는 바와 같이, 직사각형 CPC와 조합으로 사용될 수 있다.
원형의 근거리장의 경우, 일반적으로 마스크 배치들이 적용될 수 있다. 그러나, 모든 마스크는 광을 차단시켜 효율을 감소시킬 것이다. 이와는 대조적으로, 다수의 CPC들의 배열은, 하기에서 설명되는 바와 같이, 대략 원 형상으로 될 수 있다. 특히, 이것은 직사각형 원거리장을 제공하는 직사각형 CPC들과 함께 실행되거나 원형 원거리장을 제공하는 원형의 CPC들과 함께 실행될 수 있다.
도 4에서, 직사각형 CPC들 안으로 광을 효율적으로 방사시키고 원 형상의 조명 시스템(2A)의 출구 애퍼처를 지지하는 LED들의 예시적인 배열장치가 도시된다. 또한, 하나의 CPC로부터 나오는 스펙트럼이 여러 유형의 LED들을 혼합하여 조정될 수 있다. 하나의 CPC에 다수의 LED들을 배열하는 것은 CPC-레벨에 대하여 조정가능한 광원의 융통성을 제공한다.
도 4는 6개의 LED들로 이루어진 LED 프레임(410)에 차가운 백색(cool white), 따뜻한 백색(warm white), 녹색(청록색)(green(cyan)) 및 청색(blue) LED들(각각, C, W, G 및 B로 언급됨)이 배열된 것을 예로서 도시한다.
LED를 모든 CPC에 걸쳐 균질하게 분포된 그 색상들에 따라 배열하는 것(콜리메이션 유닛(200) 레벨에서 바라볼 때 외관상 어떠한 색상 변조도 없음) 이외에, LED 프레임의 각각의 위치가 모든 색상을 구비한 원거리장에서의 각각의 위치를 균질하게 채우도록 여러 가지 색상 유형의 LED들이 LED프레임(410)내에서 제 위치에 분포될 수 있다.
도 4에서, 1mm x 1mm 방출 영역 크기와 인접하는 LED들(도시되지 않음) 사이에 0.5mm의 공간을 가지는 6개의 LED들을 구비한 하나의 LED 프레임(410)은 하나의 CPC를 위한 에미터에 대응한다. 이러한 배치에서, LED 프레임(410)의 짧은 단부의 경계를 정하는 직사각형 CPC의 포물선들은 상기 LED 프레임(410)의 첫번째 LED와 마지막 LED의 방출 영역들의 각각의 측방향 단부들을 통하여 연장될 수 있다.
또한, 도 4의 배열장치는 원형의 근거리장을 지지한다. 특히, 방출 유닛(100)은 직사각형 형상의 중앙 섹션(420)(각각 4개의 LED 프레임을 가지는 6개 라인의 매트릭스로 예시적으로 도시됨)과 2개의 등변 사다리꼴형 섹션(430)을 포함한다. 등변 사다리꼴형 섹션(430)은 각각 중앙 섹션(420)의 장변(422, 424)에 인접하게 배열된다. 각각의 등변 사다리꼴형 섹션들(430)에서, 각 라인에서의 LED 프레임들의 수는 등변 사다리꼴형 섹션들(430)이 대략 원의 세그먼트 형상을 이루도록 중앙 섹션(420)이 그 단변(426, 428)의 방향으로 연장하는 길이만큼 외부선의 길이가 대략적으로 연장할 때까지 하나씩 감소되는 계단식으로 된다.
도 4의 실시예는 - 밀접한 패킹으로 배열된 정사각형 LED들에 기반하여 - (비대칭) 원거리장 투사에 기여하는 직사각형의 연속적인 에미터에 가까운 에미터 유닛(100)의 샘플을 나타낸다.
또한, 방출 유닛(100)은, 예를 들어, LED 배열장치에 콜리메이션 유닛(300)을 정확히 장착하고 특히 LED 프레임(410)의 평면 방향에서의 적절한 정렬을 확실하게 하기 위하여 (나사 구멍들(440)과 같은) 마운팅 구조체를 포함할 수 있다.
또한, 방출 유닛(100)은 LED 프레임들(410)에 전력을 제공하는 제어 섹션(450)을 포함할 수 있다.
예를 들어, LED(110)에 직접 부착되는, 돔-렌즈(dome-lens) 또는 어떤 다른 광학장치에 의해 각이진 방출(angular emission)을 제한하는 것은 더 큰 각도의 입력을 콜리메이션 유닛(200)으로 공급할 수 있으며 콜리메이션 유닛(200)에 대한 광 전파(light propagation) 방향들의 전체 범위 또는 적어도 큰 각도 범위를 채울 수 있다. 즉, CPC의 입구에서의 평면 LED 배열장치는, 개별 LED들의 광을 미리 콜리메이팅하는 돔으로는 불가능한, CPC의 입구(들)에서 거의 완전히 플래시된 표면들을 제공하도록 구성된다.
예를 들어, CPC 유입구들에 특별히 맞춰진 개구부(들)을 구비한 커버를 가지는 광원을 제공함으로써 LED들 이외의 다른 광 방출 디바이스들이 이용될 수 있다.
도 5는, 도 4에 도시된 LED 배열장치의 광과 같이, 광 방출 유닛(100)으로부터 나오는 광을 수신하도록 구성된 콜리메이션 유닛(1200)을 도시한다.
특히, 콜리메이션 유닛(1200)은 직사각형 CPC들의 2차원 어레이(1210)이다. 특히, 직사각형 CPC들(1214)은 서로 인접하게 배열되며 빽빽하게 패킹된다. 모든 직사각형 CPC(1214)는 동일하며 그들의 유입구들(1212)이 동일한 입력 평면에 위치하며 그들의 유출구들(1214)이 동일한 출력 평면에 위치하도록 배열된다. 모든 유출구들(1214)의 배열은 원형 표면에 가까운 하나의 CPC 출구 애퍼처를 구성한다. 유사하게, 모든 유입구들은 에미터 유닛(100)의 LED 프레임들(410)에 의해 제공되는 것과 같이 원형 영역으로부터 방출되는 광을 수신하도록 위치되어진다.
CPC 출구 애퍼처를 원 형상에 가깝게 하기 위하여, 콜리메이션 유닛(1200)은 직사각형 형상의 중앙 섹션(도 5에서, 예시적으로 각각 4개의 CPC들을 가진 6개 라인의 매트릭스로 도시됨)과 2개의 등변 사다리꼴형 섹션을 형성하는 직사각형 CPC들(1214)로 이루어진다. 등변 사다리꼴형 섹션들은 각각 중앙 섹션의 장변에 인접하게 배열된다. 각각의 등변 사다리꼴형 섹션들에서, 각 라인에서의 LED 프레임들의 수는 대략 원의 세그먼트 형상을 이루도록 중앙 섹션이 그 단변의 방향으로 연장하는 길이만큼 외부선의 길이가 대략적으로 연장할 때까지 하나씩 감소되는 계단식으로 된다. 도 5의 예에서, 각각의 등변 사다리꼴형 섹션의 내부선(1270)은 3개로 이루어지며 외부선(1272)은 2개의 직사각형 CPC들(1214)로 이루어진다.
유사하게, 실시예들에서 구성된 표면이 타원 형상에 가깝게 될 수 있다.
하나의 직사각형 CPC(1214)는, 예를 들어, 1mm x 1mm의 LED 방출 영역보다 약간 큰 1.2mm의 폭과 하나의 직사각형 LED 프레임(410)보다 약간 큰 약 9.0mm의 길이를 가진 직사각형 유입구(1212)를 구비한다. 또한, 하나의 직사각형 CPC(1214)는 약 12mm의 폭과 약 32mm의 길이를 가진 유출구(1214)를 구비한다. 도 5에서의 중공의 CPC들의 경우에, 벽두께는 0.4mm와 같이 0.2mm 내지 1mm의 범위 내이다. 따라서, 인접하는 CPC들의 변위 피치(displacement pitch)(1216, 1218)는, CPC의 물리적 연장부에 대응하는, (유출구의 길이/폭) + (벽두께 x 2)이다.
직사각형 CPC(1214)는 깔대기 형상을 가지며 4개의 포물선형 표면들에 의해 형성되며, 각각의 포물선형 표면은 도 3에 따라 1차원적으로 곡률진다. 내부면들은, 예를 들어, 금속 알루미늄 시트로 이루어진 거울면들이며 반사성이 높다. 대향하는 내부면들은, 예를 들어, (그 길이에 걸쳐서) 30°의 전체 확산 각도 및 (폭에 걸쳐서) 10°의 확산 각도를 유입구(1214)에 제공하는 동일한 포물선 형상으로 형성된다.
또한, 도 5는 조합하여 CPC들(1210)의 적절한 정렬을 확실하게 하는 제1 마운팅 플레이트(1280), 제2 마운팅 플레이트(1282) 및 거리 유지 바(distance holding bars)(1284)를 구비하는 장착 장치를 나타낸다. 특히, 제1 마운팅 플레이트(1280)는 위치결정 개구부(1286)를 포함하며, 이 위치결정 개구부(1286)는 형상면에서 유출구측에서 CPC 배열장치의 원주선에 대응한다. 제2 마운팅 플레이트(1282)는 각각의 CPC당 개별 위치결정 개구부(1288)를 포함하며, 이 위치결정 개구부(1288)는 형상면에서 그 유입구에 대하여 소정의 거리에서 하나의 CPC(1210)의 원주선에 대응한다.
제1 마운팅 플레이트(1260)와 제2 마운팅 플레이트(1262)의 서로에 대한 정확한 정렬은 거리 유지 바(1284)를 통하여 얻어진다. 특히, 복수의 동일한 CPC들(1210)이 처음에 제1 마운팅 플레이트(1280)의 위치결정 개구부(1286)에 위치가 정해진다(예를 들어, 접착제로 붙여진다). 그 다음에, 개별 위치결정 개구부(1288)를 구비하는 제2 마운팅 플레이트(1282)가 CPC들(1210)위에 놓여진다(예를 들어, 접착제로 붙여진다). 마지막으로, 마운팅 플레이트들이 거리 유지 바(1284)를 통하여 소정의 거리 및 고정 각도로 서로에 대하여 부착된다.
어떤 실시예들에서는, CPC들은 제1 마운팅 플레이트(1260)와 정렬된 다음에, 예를 들어, 접착제에 의해, CPC들 서로와 제1 마운팅 플레이트(1260)에 부착된다. 따라서, 제2 마운팅 플레이트(1262)는 요구되지 않을 수 있다.
콜리메이션 유닛(1200)은 광빔 특성들을 분리시키며, 특히 빔이 콜리메이션 유닛(1200)을 떠날 때, 빔 형상으로부터 그 횡-단면 및 발산의 형상을 분리시킨다.
본 케이스에서, CPC들(1210)은 CPC의 크기에 의해 서로에 대하여 변위되는 직사각형 횡-단면을 가지는 동일한 "유닛 광빔들"을 발생시킨다. 이러한 변위는 모든 빔들이 직사각형 원거리장 조명을 형성하기 위하여 서로 필수적으로 겹쳐지도록 원거리장에서의 빔과 비교하여 작다. 실제로, 유닛 광빔들은 단일의 유닛 광빔 처럼 동일한 직사각형 횡단면 및 동일한 발산을 가지는 하나의 합성 광빔속으로 사라진다. 따라서, 도 4 및 5에 도시된 실시예는 발생되어질 합성 빔이 원하는 면적과 형상의 직사각형인 광원(2)으로부터 원하는 거리에서 상기 합성 빔 자체의 축에 대하여 수직인 평면에서의 단면을 가지는 것을 허용한다.
또한, 도 4 및 5의 실시예는 임의의 형상, 예를 들어, 원 또는 타원 형상을 가질 수 있는 방출면을 가지는 광원을 만드는 것을 가능하게 한다. 출구들의 크기는 단차형의 수정된 원주를 결정한다. 비록 동일한 마스크가 높은 밝기를 고려하여 원주선에 계속 존재하는 단차부들을 제거하기 위하여 사용될지라도, 관찰자는 - 콜리메이션 유닛(1200)에서 바라볼 때 - 마스크가 필수적으로 요구되지 않을 수 있으며 빔 차단으로 인한 어떠한 손실도 발생되지 않을 수 있도록 상기 단차부들을 통상적으로는 주목하지 않을 것이다.
다른 형상들 및 유형들의 반사 집중기들이 이용될 수 있다. 일반적으로, CPC는 상기에서 설명된 바와 같이 TIR CPC들 뿐 아니라 중공의 CPC들이 될 수 있다.
어떤 실시예들에서는, 정사각형의 방출 영역이 정사각형 입력 애퍼처 및 정사각형 출력 애퍼처를 특징으로 삼는 정사각형 유형의 대응하는 CPC들과 조합된다. 이러한 경우에, 각각의 방출 디바이스는 2개의 직교하는 방향들에서 동일한 발산을 가지는 정사각형 빔을 발생시킨다.
어떤 실시예들에서는, 원형의 방출 영역이 원형 입력 애퍼처 및 원형 출력 애퍼처를 특징으로 삼는 원형 유형의 대응하는 CPC들과 조합된다. 이러한 경우에, CPC들은 원형의 대칭(circular symmetry)을 가진 빔을 발생시킨다.
도 6은 인접하는 원형의 CPC들(1290) 사이에 거리(1292)를 가지는 원형의 CPC들 배열을 도시한다. 원형의 기하학적 구조로 인하여, (3개의) CPC(1290) 사이의 어두운 지역들(1260)의 연장부는 벽두께의 2배보다 크며, 이는 아래에서 명백한 것과 같이 균질화 유닛(300)의 위치결정에 영향을 미칠 것이다. 또한, 빽빽하게 패킹된 직사각형 CPC들과 비교할 때, 출력 애퍼처가 비-방출 어두운 면적의 (더 큰) 단면들을 가지고 있기 때문에 전체 에탕듀는 감소될 것이다.
또한, 반사 시스템이 원형의 포물면의 형상을 가지는 거울로 이루어지는 경우에, 원형-빔 공급원을 사용하는 것이 유리하다. 이 경우, 광원(2)은 원형의 LED 조립체에 결합되는 단일의 원형의 CPC로 이루어질 수 있으며, 이러한 해결책은 원형의 근거리장을 얻는 것을 가능하게 한다.
위에서 설명한 바와 같이, 개시된 실시예들은 광원(2)의 출구 애퍼처의 원형의 외관, 즉, 원형의 근거리장에도 불구하고 원거리장에서 일명 직사각형 투사를 가능하게 한다. 또한, CPC들은 콜리메이션 후에 LED 광의 휘도의 (거의) 최대의 보존을 허용한다.
또한, 원거리장에서의 투사된 평평한 상부 스폿(projected flat top spot)의 (휘도면에서 그리고 어떤 경우에는 색상면에서) 큰 균질성이 요구된다. 그러나, CPC 배열장치는 관찰자가 휘도/색상에서 대응하는 비균질성을 볼 수 있도록 이산된(discrete) LED 광원들을 전송한다. 예를 들어, 측면으로부터 CPC구조를 바라볼 때, 사람들은 CPC의 한쪽 측면을 항상 볼 것이다. LED 프레임들로 인하여, 사이의 지역들은 덜 조명되고 LED 프레임들에 의해 측면들이 직접 조명되기 때문에, 사람들은 줄무늬형 구조/휘도(외관)에서의 변조를 볼 것이다. 이것은 CPC의 출력 애퍼처상에 격자형 구조를 야기한다. 또한, 특히 중공의 CPC의 경우에, 도 3에 도시된 바와 같이 어두운 영역(260)을 야기하는 벽은 최소의 두께가 요구된다. 어두운 영역은 격자형 구조를 더 두드러지게 한다.
따라서, 균질화 유닛(300)이 구비되지 않은 출구 애퍼처에서의 균질도가 계속 향상될 것이다. 높은 휘도 투사기의 경우, 원거리장에서 투사된 광이 관찰되기 때문에 광원의 시각적 외관은 관심이 적거나 관심이 없다는 것이 주목된다. 따라서, 태양을 모방한 것과 같은 균일하고 완전하게 플래시된 디스크라는 인식은 태양광 모방 조명 시스템의 고유의 관점이다. 균질화 유닛(300)은 출력 애퍼처에 걸쳐서 휘도의 격감 및 휘도 변조를 제거하거나 또는 적어도 감소시키도록 구성된다.
이어서, 마이크로-렌즈 어레이에 기반한 FEC(310)는 도 3, 6 및 7을 참조하여 쌍으로 된 렌즈 장치의 예로서 기술된다.
FEC(310)는 서로에 대하여 (매체 내부에서의) 초점 거리에 위치되는 한 쌍의 렌즈 어레이들(1312, 1314)로 이루어진 광학 시스템이다. 여기서, 제1 어레이(1312)의 제1 렌즈(1322)와 제2 어레이(1314)의 제2 렌즈(1324)의 쌍이 렌즈릿(lenslet)(1320)으로 언급된다.
도 7은 일련의 5개의 렌즈릿(1320)을 나타낸다. 각각의 렌즈릿의 제1 렌즈는 각각의 평면파 성분을 제2 렌즈면에 초점을 맞춘다. 특히, 광은 평면파 전파 방향에 대하여 특정되는 측방(xy) 위치에 초점이 맞춰진다. 이것은 3개의 전형적인 평면파 전파 방향들에 대하여 도 6뿐 아니라 도 3에 도시된다. 도 3에는 ±θ를 따르는 것뿐 아니라 0°를 따르는 방향들이 도시되었지만, 도 7은 ±θ보다 "작은" 2개의 입사각뿐 아니라 0°를 도시하고 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 0°를 따라 전파되는 빔부분에 대응하는 평면파(1330)는 제2 렌즈(초점 1332) 중앙에 초점이 맞춰질 것이다. 좌측으로부터 나오는 평면파(1340)는 우측(초점 1342)에 초점이 맞춰질 것이고, 우측으로부터 나오는 평면파(1350)는 좌측(초점 1352)에 초점이 맞춰질 것이다. 근거리장에서, 예를 들어, FEC가 광원의 근거리장(그러나, 너무 근접하지는 않은 근거리장)에 위치될 때, 모든 렌즈릿(1320)은 CPC의 전체 확산 각도의 범위 내(│전파 각도│＜ θCPC )의 모든 전파 방향들에 의해 조명된다.
제1 렌즈가 (거의) 불균일하게 조사될 때, 제2 렌즈는 원거리장에서 제1 렌즈의 상(image)(예를 들어, 직사각형 렌즈 애퍼처의 경우에 직사각형)을 생성한다. 즉, 모든 렌즈릿은 제1 렌즈에서의 하나의 지점이 원거리장에서 특정 위치에 상이 맺히도록(매핑되도록) 렌즈릿에 들어오는 광을 리믹스한다. 즉, 원거리장에 있는 모든 지점은 제1 렌즈에 조사된 모든 지점으로부터의 컨트리뷰션(contribution)을 수신한다. 즉, 이것이 도 7에서의 모든 초점으로부터 나오는 광선들(light rays)의 번들(1334, 1344, 1354)에 의해 표시된다.
FEC(310)의 렌즈릿들(1320)이 렌즈의 초점 길이 및 렌즈의 애퍼처에 의해 결정되는 수용 각도와 연관된다. 2개의 렌즈의 초점 길이가 동일하고 렌즈들이 동일한 거리 e = fn 에 위치되는 경우에, FEC(310)의 출력 발산(또한 수용 각도로 언급됨)은 초점 길이 f 에 의해 분할된 단일의 렌즈의 애퍼처에 비례한다.
즉, FEC 수용 각도 β는 (1/2)출력 각도에 대응하며, FEC 수용 각도 β는 도 3에 도시된 바와 같은 β~a/(2f)에 의해 정해지는 마이크로-렌즈들 어레이의 기하학적 구조에 관련된다. 여기서, a는 렌즈의 (풀)애퍼처(길이:linear dimension)를 나타내고, f는 초점 길이(공기에서; 층의 두께는 nf, n은 렌즈릿의 평균 굴절률)를 나타낸다. 이 식은 작은 각도들에 대하여 유지되지만, 1/2 수용 각도 ＞ 5°내지 10°인 경우에는 보다 높은 차수의 보정들이 유구된다.
출력 애퍼처를 바라볼 때, CPC(210)의 수용 각도θCPC 와 FEC(310)의 수용 각도 βFEC 사이의 매칭은 FEC(310)의 외관에 관련된다.
만일 제1 어레이에 충돌하는 빔의 (입력) 각도 애퍼처 θCPC 가 렌즈릿의 수용 각도 βFEC 보다 훨씬 작다면, 제2 어레이의 중앙부만 광을 수신하고 확산시킬 것이다. 따라서, FEC를 바라볼 때, 이 스폿들(spots)에 대응하는 격자형의 색상이 밝은 작은 지역들이 눈에 보일 것이다(광은 이 스폿들에 의해서만 제2 어레이로부터 방출된다).
그러나, (입력) 각도 애퍼처 θCPC 가 수용 각도 βFEC 와 매칭될 때(또는 적어도 근접하게 될 때), 전체 제2 어레이 렌즈는 제1 어레이로부터 나오는 광을 수신한다. 그 다음에, FEC를 바라볼 때, 완전히-플래시된 물체가 인지된다. 어떤 실시예에서는, CPC들과 FEC의 각도들이 정확히 매칭되며, 이에 의해 FEC 자체의 수용 각도를 FEC에 제공하게 된다.
(입력) 수용 각도θCPC 가 수용 각도 βFEC 와 매칭된다면, 일반적으로, 물체의 수용 각도는 제1 어레이의 레벨에서의 조도 프로파일(illuminance profile)에 따라서만 결정된다.
특히, LED 어레이의 이산(discretization) 및 트림된 CPC 기하학적 구조(즉, CPC들은 LED 광원들에는 직접 접촉되어 있지 않음)로 인한 임의의 구조는 FEC(310)를 통한 리믹싱에 의해 제거(또는 적어도 감소)된다.
완전성을 위하여, 수용 각도 βFEC 보다 큰 각도에서 제1 렌즈로 충돌하는 광선들이 (렌즈릿의 대응하는 렌즈가 아니고) 제2 층의 인접한 렌즈를 향하게 되어 있으며, 이에 의해 원거리장에서 다른 차수들(즉, 렌즈의 상의 클론들(clones))을 생성하게 된다. 이러한 효과는 FEC 렌즈릿들 사이의 크로스토크(cross talk)로 언급되며 암상자 내에서 배경 조도를 야기할 수 있다.
도 8은 FEC(1310)과 CPC(1210)의 조합을 나타낸다. CPC(1210)은 각각 x-방향 및 y-방향으로 10°및 30°의 빔 발산을 제공한다. x-방향 및 y-방향으로 완전히 플래시된 조사를 제공하기 위하여, FEC(1310)는 밖으로 나가는 CPC 빔의 각각의 들어오는 전체 확산 각도에 크기가 맞춰지는 직사각형 렌즈릿(1360)을 포함한다. 특히, 10°및 30°의 출력 발산은, 예를 들어, 두께 e = 약 5mm에서 ax = 0.7mm, ay = 2mm 의 렌즈릿들을 위한 직사각형 형상을 요구한다.
전술한 바와 같이, 광원(2)의 연속으로 조사되는 출력 애퍼처를 제공하는 목표는 FEC(310)의 발산을 CPC들(210)의 발산에 매칭시키는 것에 의해 지지된다. 그러나, 조사되지 않는 렌즈릿들(1360)은 어떠한 광도 방출하지 않을 것이기 때문에 FEC(210)의 연속적인 조사(illumination)가 요구된다.
이러한 목적을 위하여, 균질화 유닛(300) 및 특히 FEC(310)는 콜리메이션 유닛(200)의 유출구(214) 뒤에서 소정의 거리(DCPC - FEC)에 위치된다. 그렇게 함으로써, 개별 CPC 빔들의 발산으로 인하여, CPC들(210)의 벽들에 의해 생성된 어두운 영역들(260)은 깊이가 감소된(콘트라스트가 감소된) 그림자 같은 영역들을 야기하며 본질적으로 빔에 걸쳐서 따라서 FEC(310)의 렌즈릿들에 그림자 같은 영역들로서는 더 이상 존재하지 않게 될 수 있다. 본 발명자들은 유출구들(214)와 FEC(310) 사이의 최소 거리는 FEC(310)의 출력 애퍼처를 매우 균질하게 비추는 것을 달성하기 위하여 요구된다. 빔 발산이 작으면 작을 수록, 더 큰 거리 DCPC - FEC 가 요구된다. 동일한 사항이 FEC의 수용 각도에 적용되며, 이것은 이 경우에 CPC로부터 나오는 빔 발산(1/2 수용 각도)에 본질적으로 대응한다. 따라서, 추가적인 거리는 빔으로서 조도를 감소시킴에도 불구하고, 조도의 균질도는 증가된다.
즉, 마이크로-렌즈 어레이의 각각의 입구 마이크로-렌즈는 빔의 근거리장부분(즉, 입구 렌즈의 조명)을 수신하여 출구 마이크로-렌즈를 그것을 이미징하여 원거리장에 투사한다. CPC들의 확산 각도와 마이크로-렌즈 어레이의 확산 각도 사이의 매칭은 마이크로-렌즈 어레이의 시각적 외관의 파괴를 감소시킨다. CPC들의 개구각(angular aperture)이 마이크로-렌즈 어레이의 개구각보다 작으면, 출구 애퍼처는 완전히 플래시되지 않는 현상을 나타내며 휘도 격감(luminance depletion)이 마이크로-렌즈 상에서 나타난다. 변조는 뒤따라 격자들, 태양의 외관을 손상시키는 스트럭처들, 및 조사된 물체의 하프 새도우에서의 다수의 그림자들을 야기할 것이다. 여기서 기술된 광학 시스템을 이용하면, 입구 호일의 핫 스팟 및 CPC의 입구(유입구) 에서의 변조가 평균으로 될 수 있다.
완전히 플래시된 출력 애퍼처를 제공하기 위하여, CPC 수용 각도와 FEC 수용 각도의 매칭은 제2 렌즈 어레이 표면의 적어도 70%, 적어도 90%, 적어도 85%, 적어도 95% 또는 100%가 비춰지도록 선택될 수 있다. 유사하게, 출력 애퍼처의 수용가능한 균질한 외관을 계속 가지면서 인접하는 마이크로-렌즈의 5% 까지 또는 10% 까지 비춰질 수 있다.
어두운 지역들을 가지지 않는 CPC 배열을 위하여, 전술한 최소 거리에 대한 요구조건은 주어지지 않을 수 있다. 그러나, 위에서 설명한 바와 같이, 마이크로-렌즈 어레이와 CPC 유출구 사이에 최소 거리를 도입하는 것은 어두운 영역들에 의해 유도된 스트럭처들을 더 감소시키거나 극복할 것이며 예를 들어 LED의 이산으로 인한 (색상 및 휘도면에서의) 스트럭처들을 전파 잔류 근거리장(propagation residual near field)에 의해 없앨 것이다.
수용 각도들의 매칭에 관하여, 0.90βFEC ≤ θCPC ≤ 1.10βFEC 를 선택하는 것이 제안된다. 이것은, 예를 들어, 10°및 30°의 발산에 적용될 것이다. 어떤 실시예에서는, 다음의 관계식이 허용될 수 있다: θCPC (30°)/βFEC (30°) = 1.05 및 θCPC (10°)/βFEC (10°) = 0.90. 어떤 실시예들에서는, 더 큰 미스매치가 원칙적으로 0.85βFEC ≤ θCPC ≤ 1.15βFEC 와 같이 작동한다.
CPC들과 FEC들에 대한 다른 발산들은, 예를 들어, 작은 각에 대하여는 7° 내지 20° 그리고 큰 각에 대하여는 15° 내지 50°의 범위이다.
(중공의 CPC 대신에) 적어도 원칙적으로 유전체 CPC들의 경우에는, 통상의 기술자는 여러 단일의 유전체 CPC들을 생산하여 그것들을 분리 벽들 없이 어레이에 조립할 수 있다. 따라서, 최소 거리가 필요하지 않을 수 있거나 또는 최소 거리는 천이 지역에서의 제조 프로세스에 의해 야기되는 비-이상적인 것의 원인이 될 수 있다.
위에서 명시한 바와 같이, CPC들과 FEC 사이에 거리가 설정되더라도, 어떠한 렌즈도 CPC들의 직하류에는 사용되지 않아서 빔에 영향을 주는 추가 표면(들)을 끼워넣지 않게 된다. 따라서, 이것은 최종적인 평균 휘도를 약간 감소시키지만 FEC에 대하여 더 양호한 입력을 가져온다.
최소 거리에 관하여, 인접한 CPC들을 형성하는 빔릿들이 겹쳐지는 것을 확실하게 하기 위하여 수용 각도 θCPC 와 어두운 지역의 연장부에 기초하여 추정되었으며, 최소거리 Dmim 는 p/(2tan(θCPC))이며, 여기서 p는 통상 최소 발산 방향에서의 어두운 지역의 연장부이며, 이는 어두운 영역들의 효과에 영향을 준다. 거리가 더 큰 경우, FEC는 원칙적으로 강하고 어두운 격자 없는 조사(illumination)를 수신하거나 또는 강하고 상당히 어두운 격자가 점진적으로 감소되는 조사를 수신한다.
약 0.8mm(0.4mm의 반사 알루미늄 이중 호일의 벽두께에 대응함)의 (CPC 유출구측에서의) 어두운 지역들과 10°의 최소 발산을 가지는 중공의 직사각형 CPC들의 경우에, 검정 선들(벽의 격자형 "그림자")의 외관은 10mm 내지 30mm의 범위의 거리에서는 보이지 않는 것으로 평가되었다. 10mm의 이론적인 최소 평가치는 2개의 인접하는 빔들 사이에서 겹침이 시작되는 곳을 나타낸다. 어두운 격자를 인식하는 것을 양호하게 제거하기 위하여, 예를 들어 최소 길이의 적어도 2개의 최소 거리, 예를 들어, 적어도 25mm 또는 적어도 30mm가 적용되어야 한다. 그러나, 선택된 거리가 길면 길수록, 더 큰 휘도의 감소가 발생될 것이다.
원형 CPC들을 구비한 실시예들에서는, 6각형으로 형성된 렌즈릿들을 구비한 FEC 장치가 육각형 원거리장, 본질적으로 대략 원형의 원거리장을 제공할 수 있다.
도 9에는, 장착 상태이며 거기에 부착된 도 5의 콜리메이션 유닛(1200) 및 FEC(1410)를 포함하는 광학 시스템(2A)이 도시된다. FEC(1410)는 콜리메이션 유닛(1200)의 CPC들의 유출구들로부터 (최소 거리 Dmim 보다 큰) 사전에 선택된 거리에 프레임 브라켓(1420) 및 분리기(1430)를 통하여 장착된다. FEC(1410)는 마이크로-렌즈 구조체를 원형 영역으로 만드는 몰드로부터 제조될 수 있다.
출구 애퍼처에서의 반복적인 스트럭처를 더 회피하기 위하여, 렌즈릿과 유출구의 치수가 인접하는 CPC들 사이의 위치로 시프트되도록, 즉 렌즈릿 길이가 (벽두께를 포함하는) CPC의 정수가 되지 않도록 선택된다.
도 1을 참조하면, 윈도형 유닛(6)이, 예를 들어, 출구 애퍼처와 윈도형 유닛(6) 사이에 최대한 접이식 미러 시스템을 구비하는 광원(2)에 의해 조사된다. 조명 시스템에 관하여 상기에서 기술한 바와 같이, 확산광 발생기(20)는, 예를 들어, 평행 육면체 패널과 같은 패널로 형성된다. 특히, 패널은 2개의 평행면에 의해 경계가 정해질 수 있으며, 표면의 면적의 5% 보다 크지 않은, 예를 들어, 1% 보다 크지 않은, 표면에 수직인 방향을 따라 측정된 두께로 얇게 이루어질 수 있다.
윈도형 유닛(6)은 가시영역의 광을 실질적으로 흡수하지 않으며, 적색 파장 영역 부근(약 650nm)의 광 보다 청색 파장 영역(약 450nm)의 광을 적어도 1.2배, 예를 들어, 적어도 1.4배 또는 적어도 1.6배 더 효율적으로 확산시키는 레일리 패널로 이루어질 수 있으며, 여기서 확산 효율은 충돌광의 방사 파워에 대한 확산광의 방사 파워 사이의 비율에 의해 주어진다.
어떤 실시예들에서는, 확산광 발생기(20)가 제1 재질(예를 들어, 우수한 광학적 투명도를 가지는 레진 또는 플라스틱)에 제2 재질(예를 들어, ZnO, TiO2, ZrO2, SiO2, Al2O3)의 나노입자들이 분산되어 있는 솔리드 매트릭스를 포함한다. 제2 재질은 제1 재질의 굴절률과는 다른 굴절률을 가진다. 바람직하기로는, 제1 및 제2 재질은 기본적으로 가시 영역의 파장 범위의 전자기 방사선을 흡수하지 않는다.
또한, 확산광 발생기(20)는, 확산광 발생기(20)의 임의의 지점에서의 물리적 특성은 그 지점의 위치에 종속되지 않는다는 점에서, 균일하게 이루어질 수 있다. 또한, 확산광 발생기(20)는 단일체로 이루어질 수 있다.
어떤 실시예들에서는, 구형(spherical) 또는 다른 형상의 나노입자들이 단순 분산될 수 있으며 그리고/또는 유효 직경(D)이 [5nm ~ 350nm], 또는 [10nm ~ 250nm], 또는 [40nm ~ 180nm], 또는 [60nm ~ 150nm]의 범위 내일 수 있으며, 여기서 유효 직경 D는 (제1 재질의 굴절률) x (나노입자들의 직경)에 의해 주어진다.
또한, 나노입자들은 그 면밀도(areal density), 다시 말해 평방 미터당 나노입자들의 수 N, 즉 1 ㎡ 의 면적을 가진 확산광 발생기(20)의 표면의 일부분에 의해 경계가 정해지는 체적 요소(volume element) 내의 나노입자들의 수 N이 N≥Nmin 의 조건을 충족시키는 방식으로 확산광 발생기(20) 내부에 분포된다:
여기서,
Figure pct00001
여기서, υ는 1 meter6 와 동일한 차원 상수, Nmin 은 number/meter2 로 표시되며, 유효 직경 D는 meters로 표시되며, m은 제1 재질의 굴절률에 대한 제2 재질의 굴절률의 비율과 동일하다.
어떤 실시예들에서는, 적어도 면밀도가 관계되는 한, 즉, 면밀도가 실질적으로 확산광 발생기(20)에서 균일한 한, 나노입자들은 균질하게 분포되지만, 나노입자 분포는 확산광 발생기(20)에 걸쳐 변할 수 있다. 면밀도는, 예를 들어, 평균 면밀도의 5% 보다 적게 변한다. 여기서, 면밀도는 0.25 ㎟ 보다 큰 면적에 걸쳐 정의되는 양으로 의도된다.
어떤 실시예들에서는, 면밀도는 광원(2)에 의해 비춰지는 것과 같이 확산광 발생기(20) 위에서의 조도 차이를 보상하도록 변한다. 예를 들어, 지점(x,y)에서의 면밀도 N(x,y)는 식 N(x,y) = Nav*Iav/I(x,y)±5%에 의해 지점(x,y)에서 광원(2)에 의해 생성된 조도(x,y)에 관련될 수 있으며, 여기서 Nav와 Iav는 평균 조도와 평균 면밀도이며, 이들 양은 확산광 발생기(20)의 표면에 걸쳐서 평균이 된다. 이 경우에 확산광 발생기(20)의 휘도는 확산광 발생기(20)에서의 광원(2)의 비-균질한 조도 프로파일에도 불구하고 균등하게 될 수 있다. 이 문맥에서, 휘도는, 예를 들어 표준 ASTM(American Society for Testing and Materials)E284-09a에 보고된 바와 같이, 주어진 방향으로부터 바라보는 표면의 투사된 단위 면적당, 그리고 단위 입체각(solid angle)당, 주어진 방향에서 표면으로부터 나오는(또는 표면에 떨어지는) 빔의 광속(luminous flux)이다.
작은 D 및 작은 부피율(즉, 두꺼운 패널들)의 한계에서, 면밀도
Figure pct00002
는 약 5%의 산란 효율(scattering efficiency)을 가져올 것으로 예상된다. 단위 면적당 나노입자들의 수가 더 커짐에 따라, 색상 품질을 손상시키는 다중 산란 또는 간섭이 발생할 때까지, 산란 효율은 면밀도 N에 비례하여 증가될 것으로 예상된다. 따라서, 나노입자들의 수의 선택은, EP 2304478 A1호에 상세히 기술된 바와 같이, 산란 효율과 원하는 색상 사이의 절충을 위한 서치에 의해 결정된다. 또한, 나노입자들의 크기가 더 커짐에 따라, 후방 광속에 대한 전방 광속의 비율이 증가되며, 이러한 비율은 레일리 리미트에서의 하나와 동일하게 된다. 또한, 상기 비율이 증가함에 따라, 전방 스캐터링 콘의 애퍼처는 더 작아진다. 따라서, 상기 비율의 선택은 큰 각도들에서 산란된 광을 가지는 것과 후방의 산란된 광의 광속을 최소화하는 것 사이의 절충을 위한 서치에 의해 결정된다. 그러나, 공지된 방식으로, 반사방지층(도시되지 않음)이, 반사를 최소화할 목적으로, 확산광 발생기(20)에 디포짓될 수 있다: 이렇게 함으로써, 조명 시스템(1)의 발광 효율(luminous efficiency)이 상승되며, 룸(300)에 있는 관찰자로부터의 (물리적 엘리먼트로서) 확산광 발생기(20)의 가시성이 감소된다.
어떤 실시예들에서는, 나노입자들은 구 형상(spherical shape)을 가지지 않을 수 있으며; 이러한 경우에, 유효 직경 D는 균등한 구형 입자들의 유효 직경, 즉 전술한 나노입자들과 같은 체적을 가지는 구형 입자들의 유효 직경으로서 정의된다.
또한, 어떤 실시예들에서는, 나노입자들이 다분산(poydispersed)된다, 즉, 그 유효 직경들은 분포(distribution)N(D)에 의해 특징지어진다. 이러한 분포는 단위 면적 및 유효 직경 D의 인접하는 유효 직경의 단위 간격당 나노입자들의 수(즉,
Figure pct00003
사이의 유효 직경을 가지는 단위 면적당 입자들의 수는
Figure pct00004
와 동일하다). 이 유효 직경들은 [5nm ~ 350nm] 범위 내 있으며, 즉 상기 분포는 이러한 범위 내에서 널이 아닐 수 (non-null) 있다. 이 경우에, 산란 효율이 대략, 즉 나노입자의 직경의 6번째 파워를 가지고 작은 입자들의 한계에서 증가하는 것을 고려하면, 다분산 분포는 다음 식으로 정의되는 대표 직경 D'eff를 가진 단분산 분포로서 대략적으로 거동한다:
Figure pct00005
여기서, N = ∫N(D)dD,
D'eff는 [5nm ~ 350nm], 바람직하기로는 [10nm ~ 250nm], 더 바람직하기로는 [40nm ~ 180nm], 더 바람직하기로는 [60nm ~ 150nm]의 범위 내에 있도록 선택될 수 있다.
어떤 실시예들에서는, 윈도형 유닛(6)은 광원(2)에 의해 조사되는 크로매틱 거울(chromatic mirror)을 포함할 수 있다. 따라서, 광빔(3)의 반사는 산란 효과와 조합된다. 크로매틱 거울은 거울면(mirroring surface)과 거울면의 전방의 확산층(diffusing layer)을 포함한다. 확산층은 외형(configuration)의 전송을 위하여 전술한 레일리 디퓨저로서 거동할 수 있다. 예를 들어, 확산층은 충돌광의 장-파장 성분들에 대하여 충돌광의 단-파장 성분들을 우선적으로 산란시킨다. 예를 들어, 크로매틱 거울은 유리 거울, 플라스틱 거울 또는 금속 거울에 기반을 둘 수 있다.
어떤 실시예들에서는, 광원(2)의 최대 휘도가 0.1*106 cd/㎡, 예를 들어 적어도 1*106 cd/㎡ 또는 적어도 5*106 cd/㎡ 또는 그 이상보다 클 때는 언제나 조명(lighting)의 자연 특성이 향상된다. 이러한 값들의 경우에, 사실상 광원(2)은 광원 자체를 바라보기 어려울 정도로 충분히 환하게 광을 발생시키며, 이에 따라 관찰자가 눈으로 초점을 맞추는 메카니즘에 의해서는 광원의 거리를 구할 수 없게 된다. 이러한 휘도 값들은 무한 브레이크스루 효과(breakthrough effect)를 얻을 수 있게 한다. 또한, 환한 빛은 광원(2)의 휘도 프로파일에서의 비-균질성을 탐지하기 어렵게 만들기 때문에, 광원(2)의 이미지와 실제 태양의 이미지 사이의 차이를 탐지하기 어렵게 만든다.
어떤 실시예들에서는, 출구 애퍼처가 대략 원이고, 광학 시스템이 상을 일그러뜨리지 않기 때문에 관찰자에 의해 인식되는 제1 광원(2)의 이미지는 계속 원 모양으로 만들어질 것이다. 어떤 실시예들에서는, 윈도형 유닛이, 예를 들어, 원형 발산을 가지는 광빔에 의해 조사되는 타원 형상을 가진다. 그러나, 다른 형상들은, 예를 들어, 장방형 형상(elongated shape)으로 될 수도 있다. 어떤 실시예들에서는, 접이식 미러가 원통형 대칭(cylindrical symmetry)을 가지는 포물면의 부분으로 모양이 만들어질 수 있다.
반사 시스템이 원통형 대칭을 가지는 적어도 하나의 포물면을 포함할 때는 언제나, 직교하는 축들을 따라 도입된 다른 배율들이 보상되도록 출구 애퍼처는 대략 타원 형상일 수 있으며, 이에 따라 관찰자의 망막에 원 형상의 광 스폿을 생성시킨다.
여기서, 실내 조명 분야에서의 높은 품질의 높은 휘도의 광원을 적용하는 것들이 기술되었다. 그러나, 외부 조명도 본 발명의 조명 시스템을 가지고 수행될 수 있다는 것이 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 유사하게, 조명 시스템은 또한, 예를 들어, 미술작업(artwork) 및 회화(paintings)와 같은 직사각형 목표물들을 균일하게 조명하기 위하여 구성되는 투사 시스템들(projection systems), 특히 높은 휘도가 관심이 있는 투사 시스템들에 적용될 수 있다.
여기서 본 발명의 바람직한 실시예들이 기술되었지만, 다른 개선들 및 수정들이 뒤따르는 청구항들의 범위로부터 벗어나지 않고 포함될 수 있다.

Claims (26)

  1. 광을 수신하고 콜리메이팅하기 위한 광학 시스템(2A)에 있어서,
    상기 광학 시스템(2A)은 유입구(212)와 유출구(214)를 형성하는 적어도 하나의 포물선형 경계면(220, 230)을 포함하며, 상기 적어도 하나의 포물선형 경계면(220, 230)은 유입구(212)를 통하여 들어오는 광을 유출구(214)를 통하여 반사시키며 상기 광의 확산 각도를 상기 적어도 하나의 포물선형 경계면(220, 230)과 연관된 수용 각도(θCPC )로 제한하도록 구성되는 콜리메이션 유닛(200); 및
    상기 콜리메이션 유닛(200)으로부터 나오는 광을 균질화시키고, 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 쌍들을 구비한 렌즈 어레이를 포함하며, 상기 렌즈 어레이는 제1 렌즈들에 의해 모아진 유출구(214)로부터의 광은 연속적으로 방출하는 출력 애퍼처를 제공하는 제2 렌즈를 조사하도록 구성되는 균질화 유닛(300)을 포함하는 광학 시스템(2A).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이의 렌즈들의 치수 및/또는 포커싱 특성이 상기 제1 렌즈에 의해 모아진 광이 본질적으로 상기 제2 렌즈의 전체 하류면에 걸쳐 분포되기 위한 수용 각도(θCPC)에 적합하게 되며; 및/또는
    상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈는 동일한 초점 길이 f를 가지며 상기 초점 길이 f와 동일한 거리 e에 위치되며 - 여기서, e=fn - ; 및/또는
    상기 렌즈 어레이는 마이크로-렌즈 쌍들의 마이크로-렌즈 어레이인 광학 시스템(2A).
  3. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이는 tan(βFEC) = a/2f에 의해 정의되는 수용 각도(βFEC)와 연관되며 - 여기서, a는 렌즈의 풀 애퍼처이며, f는 렌즈의 초점 길이임 -;
    수용 각도(βFEC)에 대한 수용 각도(θCPC)의 관계는 0.85βFEC ≤ θCPC ≤ 1.15βFEC 또는 0.90βFEC ≤ θCPC ≤ 1.10βFEC 또는 βFEC = θCPC 인 광학 시스템(2A).
  4. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 콜리메이션 유닛(200)은 복수의 직사각형 복합 포물선형 집중기들(210)을 포함하며, 각각의 포물선형 집중기는 2쌍의 대향하는 포물선형 경계면들(220, 230)을 포함하며,
    상기 복수의 직사각형 복합 포물선형 집중기들(210)의 유출구들(214)은 근거리장에 있는 대략 원형 또는 타원형 빔의 조합으로 방출하여 원거리장에서 직사각형 빔으로 변환하도록 배열되는 광학 시스템(2A).
  5. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 직사각형 복합 포물선형 집중기들(210)은 낮은 발산 방향과 거기에 직교하는 높은 발산 방향을 제공하며, 상기 렌즈 어레이의 렌즈들의 치수 및/또는 포커싱 특성은 양 방향에서 수용 각도(βFEC)에 대한 수용 각도(θCPC)의 관계가 0.85βFEC ≤ θCPC ≤ 1.15βFEC 또는 0.90βFEC ≤ θCPC ≤ 1.10βFEC 또는 βFEC = θCPC 에 의해 주어지며; 그리고/또는
    CPC 수용 각도와 FEC 수용 각도의 매칭은 상기 제2 렌즈 어레이의 표면의 적어도 70%, 적어도 90%, 적어도 85%, 적어도 95%, 또는 100%가 조사되도록 선택되며; 그리고/또는
    상기 모아진 광은 본질적으로 전체 렌즈에 걸쳐 분포되는 광학 시스템(2A).
  6. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수용 각도(θCPC)가 저발산 방향에 대하여는 3.5° 내지 10°의 범위 내이고, 고발산 방향에 대하여는 7.5° 내지 25°의 범위 내인 광학 시스템(2A).
  7. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 직사각형 형상의 렌즈들의 치수는 인접하는 직사각형 복합 포물선형 집중기들(210)을 위하여 렌즈들과 직사각형 복합 포물선형 집중기들(210) 사이에 상대 위치상의 시프트가 존재하도록 선택되는 광학 시스템(2A).
  8. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 콜리메이션 유닛(200)의 횡단면의 중앙 섹션에서, 직사각형 복합 포물선형 집중기들(210)은 동일한 수의 직사각형 복합 포물선형 집중기들(210)의 라인들에 배열되며, 이에 의해 장변과 단변을 가진 직사각형 형상을 형성하며, 그리고
    각각의 장변 옆에는 등변 사다리꼴형 섹션이 각 라인에서 중앙 섹션의 단변과 대략적으로 같은 길이로 연장하는 길이를 가지는 외측 라인과 하나 감소된 수의 직사각형 복합 포물선형 집중기들(210) 만큼 계단을 이루도록 배열되는 광학 시스템(2A).
  9. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    직사각형 복합 포물선형 집중기들(210)의 라인들은 중앙 대칭축에 대하여 상기 중앙 섹션의 장변의 방향으로 대칭으로 연장되며; 그리고/또는
    상기 직사각형 복합 포물선형 집중기들(210)은 상기 등변 사다리꼴형 섹션에서 하나의 라인으로부터 다음 라인까지 상기 직사각형 복합 포물선형 집중기들(210)의 대략 절반의 길이만큼 시프트되는 광학 시스템(2A).
  10. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 콜리메이션 유닛(200)의 유출측은 유출구들(214) 사이에 어두운 영역들(260)을 포함하며, 상기 제1 렌즈들은 상기 어두운 영역(260)의 측면 연장부(p)와 상기 콜리메이션 유닛(200)의 수용 각도(θCPC)에 따라 결정되는 거리(dCPC - FEC) 만큼 상기 유출구(214)에 대하여 변위되는 광학 시스템(2A).
  11. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    측면 연장부(p)를 가지는 어두운 영역에 대향하는 제1 렌즈들의 조사를 위하여 제공하는 최소 거리 dCPC - FEC , min 는 p/(2tan(θCPC))이며, 예를 들어, 다른 방향들에 대한 다른 최소 거리들의 경우에, 더 큰 최소 거리가 최소 거리로 선택되며; 그리고/또는
    상기 거리(dCPC - FEC)는 최소 거리 dCPC - FEC , min 의 적어도 3 내지 5배이며; 그리고/또는
    상기 거리(dCPC - FEC)는 어두운 영역들(260)을 대향하는 제1 렌즈들이 인접하는 유출구들로부터 나오는 광을 수신하도록 선택되며; 그리고/또는
    상기 거리(dCPC - FEC)는 최소 거리 dCPC - FEC , min 의 최대 5 내지 20배, 또는 10 내지 15배이며; 그리고/또는
    상기 거리(dCPC - FEC)는 어두운 영역들(260)을 대향하는 제1 렌즈들이 본질적으로 각각의 CPC의 근거리장에 계속 위치하며, 그리고/또는 근거리장 빔의 횡단면은 빔 직경의 10% 이상 넓어지지 않는 광학 시스템(2A).
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 어두운 영역들은 중공의 복합 포물선형 집중기들(210)의 벽들 또는 인접하는 직사각형 복합 포물선형 집중기들(210) 사이의 갭들(gaps)에 의해 생성되며, 그리고/또는
    상기 어두운 영역들은 모든 유출구(214)의 면적과 비교할 때 최대 1%, 또는 최대 0.3%, 또는 최대 0.1% 를 커버하는 광학 시스템(2A).
  13. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    직사각형 복합 포물선형 집중기들(210)의 모서리들을 막아서 출구 애퍼처의 대략적인 형상을 원형 또는 타원형으로 형성하는 마스크를 더 포함하며,
    그리고/또는 상기 마스크는 렌즈 어레이와 동일 평면인 전체적으로 원형 또는 타원형인 애퍼처를 가지며, 그리고/또는 상기 마스크는 전체적으로 원형 또는 타원형의 출구 애퍼처 둘레에 배열되는 렌즈 어레이로부터 나오는 광을 차단하기에 적합한 광학 시스템(2A).
  14. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 포물선형 경계면(220, 230), 유입구(212) 및 유출구(214)는 중공의 복합 포물선형 집중기들(210) 또는 내부 전반사 복합 포물선형 집중기들의 일부인 광학 시스템(2A).
  15. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유출구(214)로부터 직접 나오는 광은 - 렌즈와 같은 다른 광학 구성요소와 추가의 상호 작용없이 - 렌즈 어레이로 들어가는 광학 시스템(2A).
  16. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 콜리메이션 유닛(200)은 복수의 복합 포물선형 집중기들(210)의 정렬을 위한 적어도 하나의 마운팅 플레이트, 예를 들어, 상기 복수의 복합 포물선형 집중기들(210)의 배열에 따라 조절되는 단일의 마운팅 개구부를 구비한 유출구 마운팅 플레이트를 더 포함하며; 그리고/또는
    상기 콜리메이션 유닛(200)은 상기 복수의 복합 포물선형 집중기들(210)의 각각을 위하여 마운팅 개구부를 구비한 유입구 마운팅 플레이트를 더 포함하며, 상기 복수의 복합 포물선형 집중기들(210)의 각각은 유입측이 장착된 상태의 각각의 마운팅 개구부를 통하여 도달하도록 치수가 정해지며, 상기 복수의 복합 포물선형 집중기들(210)의 각각은 복수의 복합 포물선형 집중기들(210) 및 유입구 마운팅 플레이트와 유출구 마운팅 플레이트를 각각의 거리와 상대 배향으로 장착하기 위한 적어도 하나의 거리 유지기(distance holder)의 배열에 따라 조절되는 광학 시스템(2A).
  17. 평면 LED의 램버시안 또는 의사-램버시안 방출 패턴과 같은 광 방출 패턴을 가진 광 방출 유닛(100); 및
    전술한 청구항들 중 어느 한 항에 따른 광학 시스템(2A)을 포함하며,
    상기 광 방출 패턴이 상기 광학 시스템(2A)의 유입구와 겹쳐지는 광원(2).
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 광 방출 유닛(100)은 적어도 하나의 포물선형 경계면(220, 230)에 연관된 광 방출 영역(112)을 포함하며, 상기 광 방출 영역(112)은 상기 콜리메이션 유닛(200)과 연관된 대칭축(240)의 방향에서 상기 유입구(212)로부터 거리(dLED)에 위치되며; 그리고/또는
    상기 광 방출 영역(112)은 포물선형 경계면(220, 230)의 포물선형 연장부 및/또는 상기 포물선형 경계면(220, 230)의 초점과 일치하는 경계를 포함하는 광원(2).
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 광 방출 유닛(100)은, 예를 들어, LED 스트립을 형성하고 LED 방출 영역들의 중간의 어두운 선들에 의해 차단되는 직사각형 존 방출 광을 형성하도록 나란히 배열되는 방출 영역들을 가진 복수의 LED 배열을 포함하며,
    LED 스트립은 직사각형 포물선형 집중기들(210)과 연관되는 광원(2).
  20. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원(2)은 복수의 광 방출 디바이스들(110)과 복수의 복합 포물선형 집중기들(210)에 의해 형성되며, 각각의 반사 복합 포물선형 집중기(210)는 유입구(212)와 유출구(214)를 가지며, 상기 유입구(212)의 면적은 상기 유출구(214)의 면적보다 작으며 그리고/또는 직사각형으로 형상이 만들어지며, 각각의 광 방출 디바이스(110)는 반사 복합 포물선형 집중기(210)의 유입구(212)와 광학적으로 결합되는 광원(2).
  21. 제1 상관 색온도(CCT: correlated color temperature)를 가진 지향된 비-확산 광의 광빔(3)을 메인 광빔 방향(4)을 따라 제공하기 위한 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 광원(2); 및
    상기 제1 상관 색온도(CCT)보다 큰 제2 상관 색온도(CCT)에서 확산광을 발생시키기 위한 조명 시스템 출구 윈도 또는 확산광 발생기(20)와 같은 원도형 유닛(6)을 포함하며,
    윈도형 엘리먼트는 광빔(3)의 원거리장에 위치되며, 윈도형 엘리먼트의 크기는 광빔(3)의 원거리장의 크기에 맞춰지는 조명 시스템(1).
  22. 제 21 항에 있어서,
    예를 들어, 광빔(3)을 윈도형 유닛(6)으로 향하게 하는 접이식 광학장치를 구비한 전파 시스템(500)을 더 포함하며, 그리고/또는 상기 접이식 광학장치는 광빔의 확산 각도에 본질적으로 영향을 미치지 않고 광빔(3)을 리디렉션하며, 그리고/또는 상기 접이식 광학장치는 본질적으로 원거리장에 위치되며, 그리고/또는 렌즈 어레이로부터 적어도 0.4m 또는 적어도 1m의 최소 거리를 가지는 조명 시스템(1).
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    상기 확산광 발생기(20)는 가시영역의 광을 실질적으로 전송하여 광빔의 장파장 성분들에 대하여 단파장 성분들을 효율적으로 산란시키도록 구성되며; 그리고/또는
    상기 확산광 발생기(20)는 제1 재질의 매트릭스를 포함하며, 제2 재질의 제1 입자들이 분산되며, 상기 제1 및 제2 재질은 각각 제1 및 제2 굴절률을 가지며, 상기 제1 입자들은 제1 굴절률의 직경 배수의 제품이 5nm 내지 350nm의 범위 내에 있도록 직경들을 가지는 조명 시스템.
  24. 제 21 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원(2)은, 예를 들어, 직사각형 확산광 발생기(20)의 조사에 맞춰지는 2개의 직교 방향의 2개의 다른 발산(divergence), 예를 들어, 10°와 같이 5°내지 15°범위의 일 방향의 발산과 상기 일 방향과 직교하는 30°와 같이 20°내지 40°범위의 발산을 가지는, 5°내지 50°범위의 발산을 가지는 광원인 조명 시스템.
  25. 제 21 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원(2) 및 상기 확산광 발생기(20)를 가로지르는 입자 분포의 밀도는 상기 조명 시스템(1)의 작동 중에 상기 광원(2)에 의해 제공되는 휘도와 밀도 사이의 제품이 실질적으로 확산광 발생기(20)에서 실질적으로 일정하도록 선택되며; 그리고/또는
    상기 확산광 발생기(20)는 광빔(3)의 발산 및 접이식 광학장치에 맞춰지는 패널 형상을 가지며; 그리고/또는
    윈도형 유닛(6)은 전송 또는 반사 기재(substrate)위에 도포된 확산광 발생기 필름을 포함하며 그리고/또는 유기 LED층과 같은 제2 광원 또는 측면-조명 배치로부터 산란되는 광을 수신하는 조명 시스템.
  26. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    0.1mm 내지 0.4mm 범위의 측방향 치수를 가지는 광원으로부터 광을 방출하기 위한, 예를 들어, 원형 형상의 출력 애퍼처의 경우에, 에미터 유닛은 적어도 3000㏐, 또는 적어도 5000㏐, 또는 적어도 10000㏐의 광원의 전체 출력 플럭스를 제공하도록 구성되는 광원 또는 조명 시스템.
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