KR20210051086A - 촬영 조명용 무전극 플라즈마 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 촬영 조명용 무전극 플라즈마 램프는, 안테나를 포함하고 초고주파를 발생시키는 마그네트론; 연장 방향의 양측면은 폐쇄되고 장축과 단축에 의하여 직사각형 단면을 가지고 상기 장축과 상기 연장 방향에 의하여 정의되는 상부면에 형성된 관통홀에 삽입된 상기 마그네트론의 상기 안테나를 통하여 상기 초고주파를 제공받아 상기 초고주파를 진행시키는 직사각형 도파관; 상기 관통홀과 이격되어 상기 직사각형 도파관의 상기 상부면의 가장 자리에 배치된 슬릿을 통하여 선형 편광의 초고주파를 전달받는 타원 편광의 초고주파로 변환하는 십자형 단면을 가진 편광 변환기; 상기 편광 변환기와 연결되는 원통형 공진기; 상기 원통형 공진기와 상기 편광 변환기 사이에 배치되는 원통형 공진기 고정부; 및 상기 원통형 공진기의 중심축 상에 배치되고 상기 편광 변환부 및 상기 고정부를 통하여 공급된 타원 편광의 상기 초고주파를 제공받아 방전하고 발광하는 원통형 방전부;를 포함한다.

Description

촬영 조명용 무전극 플라즈마 램프 {Electrodeless Plasma Lamp For Entertainment Light}

본 발명은 무전극 플라즈마 램프에 관한 것으로, 더 구체적으로 촬영 조명용 무전극 플라즈마 램프에 관한 것이다.

영화 촬영용 조명 기기는 빛을 피사체에 빛을 주거나 조절하는 기능을 수행한다. 빛은 단순히 사물을 식별하게 해 주는 역할에만 그치지 않고 영상의 분위기를 만들어 주는 중요한 역할을 하기 때문에 영화 촬영 시 조명 기기가 매우 중요한 역할을 한다.

텅스텐 램프는 주로 실내 조명에 사용되며, 차갑고 백열등 느낌의 조명으로 필름의 질감과 가장 잘 어울리고, 타 조명에 비해 가격이 저렴한 편이지만 발열이 심하고, 많은 전력이 필요하다.

확산광 조명은 부드러운 느낌의 빛이 필요할 때 사용한다. 조명 자체 면적이 넓어서 설치 후에는 자리를 차지하지 않지만 휴대성이 좋지 않다.

할로겐 메탈 아이오다인(Halogen Metal Iodide; HMI) 램프는 기존 영상용 조명기보다 높은 조도 및 전력효율을 제공하나, 가격이 상당히 비싼 편이며, 사용 시 안정기를 통한 램프의 가열 등 사용상의 불편함이 많다.

현재 대부분의 영화 촬영용 조명은 램프 수명이 짧은 단점을 가지고 있다. 또한, 각 조명 램프는 고유한 색감을 가지며, 다른 색감을 가지도록 변경되기 어렵다.

본 발명은 방전 튜브를 용이하게 교체하여 다양한 색감을 제공하는 촬영 조용명 무전극 플라즈마 램프를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 촬영 조명용 무전극 플라즈마 램프는, 안테나를 포함하고 초고주파를 발생시키는 마그네트론; 연장 방향의 양측면은 폐쇄되고 장축과 단축에 의하여 직사각형 단면을 가지고 상기 장축과 상기 연장 방향에 의하여 정의되는 상부면에 형성된 관통홀에 삽입된 상기 마그네트론의 상기 안테나를 통하여 상기 초고주파를 제공받아 상기 초고주파를 진행시키는 직사각형 도파관; 상기 관통홀과 이격되어 상기 직사각형 도파관의 상기 상부면의 가장 자리에 배치된 슬릿을 통하여 선형 편광의 초고주파를 전달받는 타원 편광의 초고주파로 변환하는 십자형 단면을 가진 편광 변환기; 상기 편광 변환기와 연결되는 원통형 공진기; 상기 원통형 공진기와 상기 편광 변환기 사이에 배치되는 원통형 공진기 고정부; 및 상기 원통형 공진기의 중심축 상에 배치되고 상기 편광 변환부 및 상기 고정부를 통하여 공급된 타원 편광의 상기 초고주파를 제공받아 방전하고 발광하는 원통형 방전부;를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 원통형 공진기는 분해 결합수 있는 뚜껑부와 몸체부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 원통형 방전부는, 원통 형상의 원통부; 상기 원통부의 상부면에 형성된 반구 형상의 상부 반구부; 상기 원통부의 하부면에 형성된 반구 형상의 하부 반구부; 상기 하부 반구부의 중심에 중심축 방향으로 연장되는 연장부; 및 상기 연장부의 일단에서 3 갈래로 분기되어 상기 원통부의 반경 방향으로 연장되는 고정부를 포함할 수 있다. 상기 고정부의 끝은 상기 원통형 공진기의 측벽에 형성된 홀에 각각 삽입되어 고정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 뚜껑부는, 와셔 형상의 뚜껑 결합부; 및 상기 뚜껑 결합부에 연결된 메쉬 구조의 상부 투과부를 포함할 수 있다. 상기 몸체부는, 상기 뚜껑 결합부와 결합하는 와셔 형상의 상부 결합부; 상기 상부 결합부와 연결된 원통 형상이고 매쉬 구조를 가진 하부 투과부; 상기 하부 투과부와 연결된 원통 구조의 하부 지지부; 및 상기 하부 지지부와 연결된 와셔 형상의 하부 결합부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 플라즈마 램프는 용이하게 방전 튜브를 교체할 수 있으며, 십자형 슬롯을 가진 편광 변환기를 이용하여 선형 편광파를 타원 편광파로 변환시킨다. 타원 편광파는 방전 튜브의 국부적 가열에 의한 파열을 억제한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영 조명용 무전극 플라즈마 램프를 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 무전극 플라즈마 램프의 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 도 1의 무전극 플라즈마 램프의 원통형 공진기를 나타내는 분해사시도이다.

종래 기술에 의한 고출력 HID(high intensity discharge) 램프는 전극을 사용하기 때문에 짧은 수명을 가지며, 수명 말기 현상으로 광속이 급격히 저하되며, 환경 오염의 주범 중 하나인 수은을 사용하기 때문에 환경 친화적이 아니다.

이를 극복하기 위한 고출력 초고주파 HID 램프가 출현하였다. 통상적인 고출력 초고주파 방전 램프는 원통형 도파관에 최저 기본 모드인 원통형 도파관 TE11 모드를 사용한다. 따라서, 원통형 도파관 내에 구형 램프가 삽입되고, TE11 모드의 전기장의 형태에 따라 플라즈마의 형태가 결정되고, 원통형 도파관 TE11 모드는 달걀 모양의 방전을 일으킨다. 따라서, 고출력 방전의 경우, 플라즈마가 구형 램프의 국부적인 가열을 유발하여, 상기 구형 램프가 쉽게 파열되는 문제점이 있다.

종래의 고출력 초고주파 방전 램프는 구형상의 벌브와 메쉬 원통형 공진기를 구비한다. 구형상의 벌브는 임피던스 매칭에 어려워, 플리커를 유발할 수 있다. 또한, 촬영용 조명용은 장소 및 시간에 따라 다양한 색감을 제공할 필요가 있다. 따라서, 방전 튜브는 다른 색감을 내는 방전 튜브로 용이하게 교체될 필요가 있다.

본 발명은 방전 튜브를 용이하게 교체할 수 있도록 분리 결합형 메쉬 구조의 원통형 공진기를 구비한다. 또한, 본 발명은 벌브의 국부적 가열을 억제하기 위하여 타원편광을 제공하는 편광 변환기를 사용한다.

상기 편광 변환기는 선형 편광파를 제공받아 용이하게 타원 편광파를 생성할 수 있다. 상기 편광 변환기는 발생되는 타원 편광파의 이심율(eccentricity)의 정확도를 용이하게 높일 수 있다. 상기 편광 변환기는 종래의 방법에 비하여 도파관의 길이를 줄일 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영 조명용 무전극 플라즈마 램프를 나타내는 분해 사시도이다.

도 2는 도 1의 무전극 플라즈마 램프의 평면도이다.

도 3은 도 2의 A-A' 선을 따라 자른 단면도이다.

도 4는 도 1의 무전극 플라즈마 램프의 원통형 공진기를 나타태는 분해사시도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 촬영 조명용 무전극 플라즈마 램프(100)는, 안테나(152)를 포함하고 초고주파를 발생시키는 마그네트론(150); 연장 방향의 양측면은 폐쇄되고 장축과 단축에 의하여 직사각형 단면을 가지고 상기 장축과 상기 연장 방향에 의하여 정의되는 상부면(110a)에 형성된 관통홀(112)에 삽입된 상기 마그네트론(150)의 상기 안테나(152)를 통하여 상기 초고주파를 제공받아 상기 초고주파를 진행시키는 직사각형 도파관(110); 상기 관통홀(112)과 이격되어 상기 직사각형 도파관(110)의 상기 상부면(110a)의 가장 자리에 배치된 슬릿(114)을 통하여 선형 편광의 초고주파를 전달받는 타원 편광의 초고주파로 변환하는 십자형 단면을 가진 편광 변환기(120); 상기 편광 변환기(120)와 연결되는 원통형 공진기(130); 상기 원통형 공진기(130)와 상기 편광 변환기(120) 사이에 배치되는 원통형 공진기 고정부(128); 및 상기 원통형 공진기(130)의 중심축 상에 배치되고 상기 편광 변환부 및 상기 원통형 공진기 고정부를 통하여 공급된 타원 편광의 상기 초고주파를 제공받아 방전하고 발광하는 원통형 방전부(140);를 포함한다.

상기 마그네트론(150)의 주파수는 2.45 GHz 대역일 수 있다. 상기 마그네트론(150)의 전력은 수 십 와트 내지 수십 킬로와트일 수 있다. 상기 마그네트론의 안테나(152)는 상기 관통홀(112)를 통하여 상기 직사각형 도파관(110) 내에 초고주파를 생성할 수 있다.

상기 직사각형 도파관(120)은 장축 방향과 단축 방향에 의하여 정의되는 양 측면에서 폐쇄되어 막힐 수 있다. 상기 장축 방향과 상기 직사각형 도파관의 연장 방향에 의하여 정의되는 상부면(110a)에 상기 관통홀(112) 및 슬릿(114)이 배치될 수 있다. 상기 관통홀(112)은 상기 마그네트론의 안테나(152)를 통하여 초고주파를 전달받고, 상기 슬릿(114)을 통하여 초고주파를 상기 편광 변환기(120)에 제공할 수 있다.

상기 직사각형 도파관(110)에 제공된 초고주파는 상기 직사각형 도파관의 기하학적 구조에 의하여 소정의 모드(mode)를 가질 수 있다. 상기 직사각형 도파관에 진행하는 모드는 TM 모드와 TE 모드가 있다. 컷오프 주파수(cutoff frequency)가 가장 낮은 모드는 TE10 모드이다. 따라서, 상기 직사각형 도파관(110)에서 진행하는 모드는 TE10 모드일 수 있다. 상기 TE10 모드 만이 상기 직사각형 도파관 내에서 진행하도록 상기 직사각형 도파관은 설계될 수 있다. 이에 따라, 상기 TE10 모드의 전기장(E)이 단축 방향(y축 방향)으로만 진동한다.

상기 직사각형 도파관(110)은 내부에 기둥 형상의 한 쌍의 스터브를 포함할 수 있다. 상기 한 쌍의 스터브는 단축 방향과 연장 방향에 의하여 정의되는 양 측면에서 단축 방향으로 각각 배치되고 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.

편광 변환기(120)는 서로 교차하는 한 쌍 슬롯(122,124)을 포함할 수 있다. 각 슬롯(122,124)의 단면은 모서리가 곡면 처리된 직사각형일 수 있다. 구체적으로, 상기 슬롯(122,124) 각각은 직선 부위와 한 쌍의 곡선 부위를 포함할 수 있다. 상기 곡선 부위는 원호 형상일 수 있다.

한 쌍의 슬롯(122,124)이 교차하는 교차각은 87도 내지 89도일 수 있다. 바람직하게는, 교차각은 88도일 수 있다. 상기 한 쌍의 슬롯(122,124)은 제1 슬롯(122)과 제2 슬롯(124)을 포함하고, 제1 슬롯(122)의 장축의 길이는 제2 슬롯(124)의 장축의 길이서로 다를 수 있다. 상기 편광 변환기(120)는 통 형상을 가지고 초고주파의 진행 방향으로 연장될 수 있다. 상기 편광 변환기는 그 일단에 상기 직사각형 도파관(110)의 상부면과 결합하기 위하여 고정부위(126)를 포함할 수 있다. 상기 제1 슬롯의 장축 방향과 상기 직사각형 도파관의 연장 방향은 서로 교차할 수 있다. 교차각은 약 45도일 수 있다.

상기 편광 변환기(120)는 선형 편광파 또는 직사각형 도파관 TE10 모드를 입력으로 제공받아, 그 전자기파의 성분 별로 위상을 변경하여 출력할 수 있다. 상기 편광 변환기(120)는 타원편광파 또는 원편광파를 출력할 수 있다.

상기 편광 변환기(120)는 십자 형태의 슬롯을 가진다. 상기 편광 변환기(120)는 소정의 길이를 가지고 초고주파의 진행 방향으로 연장될 수 있다. 즉, 상기 편광 변환기는 십자형 통 형상을 가진 도전체로 형성될 수 있다.

원통형 공진기 고정부(128)는 상기 편광 변환기(120)와 연결되고, 상기 편광 변환기(120)의 개방된 상부면을 덮을 수 있다. 상기 원통형 공진기 고정부(128)는 원형 와셔 형상이고 그 내부에 원통형 공진기(130)의 직경과 동일한 관통홀을 구비할 수 있다.

상기 원통형 공진기(130)는 분해 결합수 있는 뚜껑부(130b)와 몸체부(130a)를 포함할 수 있다. 상기 뚜껑부(130b)는 와셔 형상의 뚜껑 결합부(135)와 상기 뚜껑 결합부(135)에 연결된 메쉬 구조의 상부 투과부(136)를 포함할 수 있다.

상기 몸체부(130b)는 상기 뚜껑 결합부(136)와 결합하는 와셔 형상의 상부 결합부(131), 상기 상부 결합부(131)와 연결된 원통 형상이고 매쉬 구조를 가진 하부 투과부(132), 상기 하부 투과부(132)와 연결된 원통 구조의 하부 지지부(133), 및 상기 하부 지지부(133)와 연결된 와셔 형상의 하부 결합부(134)를 포함할 수 있다.

반사판(149)은 상기 하부 투과부와 상기 하부 지지부(133)에 배치될 수 있다. 상기 반사판은 유전체로 형성되어 상기 초고주파를 투과시키고 다중 박막에 의하여 상기 원통형 방전부에서 조사된 광을 반사할 수 있다.

상기 하부 지지부(133) 및 상기 상부 결합부(131)는 메쉬 구조를 가지지 않을 수 있다. 상기 하부 지지부(133)의 직경은 상기 하부 투과부(132)의 직경과 동일할 수 있다. 상기 하부 결합부(134)는 상기 원통형 공진기 고정부(128)와 상부면에 결합할 수 있다.

상기 상부 결합부(131)와 상기 뚜껑 결합부(136)는 서로 분해 결합할 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 결합부(131)와 상기 뚜껑 결합부(136)는 자성을 가지는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 또는 상기 상부 결합부(131)와 상기 뚜껑 결합부(136)는 나사와 같은 고정 수단을 통하여 서로 고정 결합할 수 있다.

원통형 방전부(140)는 유전체 재질이고 빛을 투과할 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 상기 원통형 방전부(140)는 쿼츠, 고순도 유리 재질일 수 있다.

상기 원통형 방전부(140)는 원통 형상의 원통부(140a); 상기 원통부(140a)의 상부면에 형성된 반구 형상의 상부 반구부(140b); 및 상기 원통부(140a)의 하부면에 형성된 반구 형상의 하부 반구부(140c); 상기 하부 반구부의 중심에 중심축 방향으로 연장되는 연장부(141); 및 상기 연장부의 일단에서 3 갈래로 분기되어 상기 원통부의 반경 방향으로 연장되는 고정부(142)를 포함할 수 있다. 상기 고정부(142)의 끝은 상기 원통형 공진기(130)의 측벽에 형성된 홀에 각각 삽입되어 고정될 수 있다.

원통 형상의 원통부(140a), 상부 반구부(140b) 및 하부 반구부(140c)는 서로 연결되어 밀폐된 방전 공간을 제공할 수 있다. 상기 방전 공간에는 방전 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 방전 물질은 황(sulfur), 셀레늄(selenium), 및 메탈 할라이드 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 방전 물질은 아르곤 가스 또는 제논과 같은 버퍼 가스를 더 포함할 수 있다. 상기 방전 물질은 수은을 전혀 사용하지 않고, 광속 유지율이 높아 유해물질 및 폐기물을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 원통형 방전부(140)는 서로 다른 스펙트럼을 가지도록 복수 개 중에서 선택될 수 있다. 상기 원통 방전부(140)는 상기 뚜껑부(130b)를 분해한 후 소정의 스펙트럼을 위하여 교환될 수 있다. 상기 원통 방전부(140)는 자연광에 최대한 가까운 인공 광원을 제공할 수 있다.

반사갓(170)은 상기 원통형 공진기(130)를 투과한 광을 반사시키어 일정한 방향성을 제공한다. 상기 반사갓(170)은 상기 원통형 공진기(130)를 감싸는 포물선 형상 또는 다각형 면 형상을 가질 수 있다. 반사갓(170)은 반사되는 광에 일정한 방향성을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 플라즈마 램프는 텅스텐, HID, 제논램프와 같은 기존 영화 촬영 조명 램프에 높은 효율을 제공할 수 있다.

기존의 고출력 HID 램프, HMI 램프, 할로겐 램프는 전극을 사용하여 램프 자체의 수명이 짧으며, 광속유지율이 좋지 않다. 그러나 무전극 플라즈마 램프에서는 전극을 사용하지 않기 때문에 램프 자체 수명이 길며(50,000 hr), 광속유지율이 좋다.

기존 HID램프의 연색 지수가 90 Ra 이상인 경우에도 스펙트럼이 불연속적이기 때문에 색상재현성이 부족하다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 무전극 플라즈마 램프는 연색 지수가 92 Ra 이상이며 98 Ra의 자연광에 가까운 연속스펙트럼을 보일 수 있다.

기존의 HID 램프는 안정기(Ballast)에 따라 120 Hz의 광 플리커가 있으나, 무전극 플라즈마 램프는 광 플리커를 제거할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

100: 촬영 조명용 무전극 플라즈마 램프
110: 직사각형 도파관
120: 편광 변환기
130: 원통형 공진기
140: 원통형 방전부

Claims (4)

1. 안테나를 포함하고 초고주파를 발생시키는 마그네트론;
   연장 방향의 양측면은 폐쇄되고 장축과 단축에 의하여 직사각형 단면을 가지고 상기 장축과 상기 연장 방향에 의하여 정의되는 상부면에 형성된 관통홀에 삽입된 상기 마그네트론의 상기 안테나를 통하여 상기 초고주파를 제공받아 상기 초고주파를 진행시키는 직사각형 도파관;
   상기 관통홀과 이격되어 상기 직사각형 도파관의 상기 상부면의 가장 자리에 배치된 슬릿을 통하여 선형 편광의 초고주파를 전달받는 타원 편광의 초고주파로 변환하는 십자형 단면을 가진 편광 변환기;
   상기 편광 변환기와 연결되는 원통형 공진기;
   상기 원통형 공진기와 상기 편광 변환기 사이에 배치되는 원통형 공진기 고정부; 및
   상기 원통형 공진기의 중심축 상에 배치되고 상기 편광 변환부 및 상기 고정부를 통하여 공급된 타원 편광의 상기 초고주파를 제공받아 방전하고 발광하는 원통형 방전부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 조명용 무전극 플라즈마 램프.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 원통형 공진기는 분해 결합수 있는 뚜껑부와 몸체부를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 조명용 무전극 플라즈마 램프.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 원통형 방전부는:
   원통 형상의 원통부;
   상기 원통부의 상부면에 형성된 반구 형상의 상부 반구부; 및
   상기 원통부의 하부면에 형성된 반구 형상의 하부 반구부;
   상기 하부 반구부의 중심에 중심축 방향으로 연장되는 연장부; 및
   상기 연장부의 일단에서 3 갈래로 분기되어 상기 원통부의 반경 방향으로 연장되는 고정부를 포함하고,
   상기 고정부의 끝은 상기 원통형 공진기의 측벽에 형성된 홀에 각각 삽입되어 고정되는 것을 특징으로 하는 촬영 조명용 무전극 플라즈마 램프.
4. 제2 항에 있어서,
   상기 뚜껑부는:
   와셔 형상의 뚜껑 결합부; 및
   상기 뚜껑 결합부에 연결된 메쉬 구조의 상부 투과부를 포함하고,
   상기 몸체부는:
   상기 뚜껑 결합부와 결합하는 와셔 형상의 상부 결합부;
   상기 상부 결합부와 연결된 원통 형상이고 매쉬 구조를 가진 하부 투과부;
   상기 하부 투과부와 연결된 원통 구조의 하부 지지부; 및
   상기 하부 지지부와 연결된 와셔 형상의 하부 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 조명용 무전극 플라즈마 램프.
   
   
   
   

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