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KR100463934B1 - 광을재생하는백커플식조명시스템 - Google Patents

광을재생하는백커플식조명시스템 Download PDF

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KR100463934B1
KR100463934B1 KR10-1998-0707643A KR19980707643A KR100463934B1 KR 100463934 B1 KR100463934 B1 KR 100463934B1 KR 19980707643 A KR19980707643 A KR 19980707643A KR 100463934 B1 KR100463934 B1 KR 100463934B1
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light source
input surface
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microprism
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제리 웨인 쿠퍼
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얼라이드시그날 인코퍼레이티드
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Publication date
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Abstract

백-커플식 조명 시스템의 광출력은 반사된 그리고 잘못 향한 광선을 재생하므로서 개선된다. 광원에서 반사기와 반사요소를 갖춘 마이크로프리즘의 어레이는 잘못된 광선을 효과적으로 다시 향하게 하여 전체적으로 이용가능한 광 출력을 증가시키고 그리고 효율을 개선한다. 반사경 및 확산 반사 재료양자가 광 출력을 강화하기 위해서 조합되어 사용될 수 있다.

Description

광 리사이클링을 사용한 백 커플된 조명 시스템
직접조명 및 다른 응용을 위한 현재 이용가능한 조명 시스템은 원하지 않는 방향으로 빛의 흡수 및 방사에 기인한 손실을 겪는다. 원하지 않는 방향으로 흡수 또는 방사를 통하여 손실된 광선이 포착되고 사용될 수 있다면, 광원의 사용가능한 출력은 증가될 수 있을 것이다. 이것을 달성할 수 있는 조명 시스템은 매우 바람직하다. 본 발명은, 이것과 다른 목적을, 다른 경우에는 손실되는 빛을 재유도하고 리사이클링하는 것에 의하여 달성한다.
이하의 본 발명의 상세한 설명과 첨부도면을 참조하여, 본 발명은 더욱 완전히 이해되고, 또한 장점이 명백하게 될 것이다:
도 1은, 조명시스템의 개념적인 개략 블록도이고;
도 2는, 조명시스템의 1 실시예의 개략 단면도이고;
도 3 내지 5는, 광원을 위한 선택적인 반사기의 개략 단면도이고;
도 6은, 도 2의 광-유도 조립체의 마이크로프리즘의 단면도이고;
도 7 내지 12는, 선택적인 마이크로프리즘 구조의 사시도이고;
도 13은, 직선 마이크로프리즘의 어레이의 사시도이고;
도 14는 렌즈가 없는 이면결합 조명 시스템의 실시예의 단면도이다;
도 15는 마이크로프리즘의 기하학적 중심에 대해 오프셋된 렌즈와 마이크로프리즘의 배열의 단면도이다;
도 16-23은 여러 가지 다른 반사부재들을 구비한 광유도 조립체의 단면도들이다;
도 24는 도 18의 조명 시스템에 사용되는 마스크의 평면도이다;
도 25-28은 다른 조명 시스템의 사시도들이다;
도 29-32는 또 다른 조명 시스템의 단면도들이다;
도 33은 조명 시스템의 단면도이다;
도 34 및 도 35는 본 명세서에서 설명되는 조명 시스템들과 결합하는 다운라이트(downlight) 및 상업적인 트로퍼(troffer)의 예를 나타내는 도면들이다.
본 발명은 (a) 광원과 (b) 상기 광원에 근접하게 배치되며, (ⅰ) 상기 광원으로부터 방출되는 빛을 받아들이는 입력면과 상기 입력면에 평행하고 이 입력면의 말단부에 위치하는 출력면 및 상기 입력면과 상기 출력면사이에 인접하게 배치되고 상기 입력면에 대하여 경사 둔각을 형성하고 상기 입력면에 의해 수광되는 광선의 전반사가 이루어지도록 위치설정되는 적어도 하나의 측벽을 구비하는 적어도 하나의 마이크로프리즘 및 (ⅱ) 상기 측벽을 통과하는 빛의 통과를 차단하는 적어도 하나의 차단 수단을 구비하는 광유도 조립체를 포함하는 조명 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 개념적 표현은 도 1의 블록도의 조명 시스템(10)이다. 조명 시스템(10)은 두 개의 부조립체, 즉 조명 조립체(120와 광유도 조립체(14)로 나누어진다. 화살표(20)는 광유도 조립체(14)를 통과하여 의도된 피사체(미도시)쪽으로 향하는 조명소오스(12)로부터의 광파의 의도된 광경로의 방향을 나타낸다. 이 도면은 구조를 단순히 나타내기 위한 것이며 시스템의 부재들의 실제적인 또는 상대적인 치수나 그 물리적인 배치를 나타내고자 하는 것은 아니라는 것을 유념하여야 한다.
조명 시스템의 특정 실시예(100)가 도 2에 도시된다. 시스템(100)은 조명 조립체(110)와 베이스 벽부(124)의 일측에 선택적으로 지지되는 적어도 하나의 마이크로프리즘(122)을 구비하는 광유도 조립체(12)를 포함한다. 광유도 조립체(12)는 조명 시스템(100)의 광출력의 각분산을 제어하기 위하여 베이스 벽부(124)의 다른 쪽에 개별적인 렌즈들(142)의 렌즈 어레이나 렌즈를 선택적으로 가진다.
조명 조립체
조명 조립체(110)는 광원을 가지는데, 광원으로는 백열램프, 광방출다이오드(LED), 금속 또는 할로겐 고휘도 방전 (HID) 램프, 형광램프 또는 사용하기에 적절한 다른 광원을 선택할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 조명 조립체(110)는 광원(112)의 후방 및/또는 주변에, 즉 광유도 조립체(12)로부터 떨어진 방향으로 위치하는 반사장치(150)를 가진다.
반사기(150)는 광-방향지시(light-directing) 조립품(120)으로부터 전파되어 나온 광선을 마이크로프리즘(122)로 다시 되돌아 향해 가게 한다. 반사기(150)는 연마된 알루미늄 또는 흰 페인트와 같이 확산 물질 또는 고도의 정반사 물질로부터 제작될 수 있지만, 어떤 적용에서는 반사 물질이 바람직 할 수도 있다. 반사기로 선택된 물질은 약 75%-90% 범위, 바람직하게는 90% 이상의 반사율을 가져야 한다. 반사율은 Macbeth #7100 분광광도계, New Windsor, N.Y,. 또는 Perkin Elmer #330 분광광도계, Danbury, CT.와 같은 몇가지 상업적으로 입수가능한 기구로 측정될 수 있다.
광원과 광-방향지시 조립품에 대한 반사기의 위치, 그리고 그들 사이의 거리는, 광-방향지시 조립품으로 향하는 광을 최대화하도록 선택되어야 한다. 본 기술 분야의 기술자가 쉽게 할 수 있는 것처럼, 위치와 거리는 광원과 반사기의 상대적인 크기, 그리고 반사기의 설계로부터 결정될 수 있다. 광원의 물리적 치수에 의존적으로, 광원과 반사기 사이의 거리는 보통 광원의 직경의 1 내지 2배이다. 광원과 광-방향지시 조립품 사이의 거리 또한 보통 광원 직경의 1내지 2배이다. 예를 들어, 만약 광원으로서 T-5 형광성 램프가 5/8 직경으로써 채용된다면, 램프와 반사기 사이의 거리는 램프와 광-방향지시 조립품 사이의 거리와 함께 보통 0.625" 내지 1.375"의 범위일 것이다.
도 2의 반사기(150)는 포물선 형상을 가지지만, 본 기술 분야의 기술자들이 쉽게 할 수 있는 것처럼 다른 형상과 윤곽도 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 예시된 바와 같이, 반사기(230)는 직선 형상이며, 두 개의 측벽(232) 및 기저부(234)를 갖는다.
광원(112)의 기하학 및 분산 패턴을 조절하기 위해, 베이스(234)에 대한 측벽(232)의 각은 직각, 예각 또는 둔각을 구획한정하도록 조정될 수 있다. 첨점-형(cusp-shaped) 반사기(240), 또는 깍이거나 갈라진 반사기(250)과 같은, 다른 반사기 형태가 사용될 수 있고, 이들은 각각 도 4 및 도 5에 보인 바와 같다. 부가적으로, 반사기(150)은 연속편의 재료인 대신, 둘 이상의 단면을 가지게 할 수도 있을 것이다.
상기한 바와 같은 인공 광원 대신, 천연의(예: 직사광선) 또는 주위(ambient) 광이 이용될 수 있을 것이다. 이러한 경우, 조명 조립품(110)는 반사기를 갖지 않을 것이다.
광-방향지시(light-directing) 조립품
도 2에 보인 마이크로프리즘(122)은 4 개의 각진 면을 가지는 다면체이다. 이들 특별한 마이크로프리즘의 구조는 1995년 3월 7일 발행된 미국 특허 제 5,396,350(여기에 참고문헌으로 합체됨) "Backlighting Apparatus Employing an Array of Micropoisms"에 상세히 설명되어 있다. 도 6 및 7에 보인 바와 같이, 각 마이크로프리즘(122)은 입력면(132), 출력면(134) 그리고, 상기 입력면 및 출력면(132,134)과 각각 인접한 마주하는 측벽(136)을 가지고; 측벽(136)과 입력면(132)의 접합부는 둔각 경사각α을 구획한정한다. 도 13은 기벽(220)에 지지된 직선형 마이크로프리즘(210)의 배열(200)을 보인다.
도 6 의 마이크로프리즘(122)의 기하학적 형태 대신에, 다른 형태가 사용될 수 있다. 도 8-12는 선택가능한 마이크로프리즘을 보인다: 원뿔형(도 8), 다면체형(도 9), 다면체 곡선형( 도 10 및 11) 및 곡선형(도 12) 마이크로프리즘. 다음의 리스트는 단지 설명을 위한 것이고; 본 기술의 기술자가 용이하게 생각해낼 수 있는 다른 기하학적 형태가 사용될 수 있을 것이다. 또한, 마이크로프리즘(122)의 단면은 비대칭일 수도 있다 (예를 들어, 직사각형).
마이크로프리즘(122)의 치수는 라이트-다이렉팅 어셈블리(120)의 광 출력 분배에 영향을 미친다. 상세하게는, 입력 표면(132)의 면적, 측벽 표면(136)의 높이, 및 측벽(136)의 경사각(α)은 마이크로프리즘(122)을 통해 광의 경로를 바꾸기 위하여 서로에 대해 조절될 수 있다. 더 좁은 출력 각 분배가 입력 표면(132)의 표면적을 줄임으로써 달성될 수 있지만, 반면에 측벽(136)의 높이를 증가시키고 둔각의 경사각(α)을 최소화시킨다. 대안으로서, 출력 각 분배는 입력 표면(132)의 표면적을 증가시킴으로써 측벽(136)의 높이를 감소시키고 둔각의 경사각(α)의 크기를 증가시키면서, 증가될 수 있다.
베이스 벽(124)이 사용되는 경우에, 조사기(100)의 출력 각 분산의 추가적인 제어는 벽(124)의 두께를 변화시킴으로써 달성될 수 있다. 렌즈(142)의 주어진 양의 곡률 반경에 있어서, 베이스 벽(124)의 두께의 증가는 마이크로프리즘(122) 및 렌즈 어레이(140) 사이의 세퍼레이션을 증가시키면서 조사기(100)의 출력 각 분배의 증가를 야기할 것이다.
비록 도 2에 묘사된 렌즈(142)가 볼록이지만, 그것들은 또한 구면 오목, 비구면, 원통 오목, 원통 볼록, 또는 특별한 경우에 의해 지시되고 본 분야의 숙련자들에게는 쉽게 이해될 것처럼 어떤 적합한 다른 모양이 될 수 있다. 또한, 렌즈(142)는 베이스 벽(124)이 없는 경우에는 출력 표면(134) 바로 위에 위치될 수 있다. 더욱이, 렌즈는 회절 또는 굴절, 또는 회절 및 굴절 요소 둘다의 조합중 어느 한가지일 수 있다.
백-커플링 조명 시스템(100)의 조명 어셈블리(110) 및 라이트-다이렉팅 어셈블리(120)는 도 14의 구조로 도시된 바와같이, 렌즈가 없어도 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 더욱이, 도 2에서의 렌즈(142)의 축은 각각의 마이크로프리즘(122)의 기하학적 중심(126)과 맞추어져 있다. 원한다면, 렌즈(142)는 도 15에 도시된 바와같이 마이크로프리즘(122)의 기하학적 중심(126)에 대해 오프셋되거나 또는 가리워질 수 있다. 최종적으로, 렌즈(142)의 단면 크기는 마이크로프리즘(122)의 단면에 대해 다양해질 수 있다.
각 마이크로프리즘(122)의 기하학적 중심(126)과 렌즈(142)의 기하학적 중심 사이의 거리는 0에서 마이크로프리즘(122)의 외면(134) 폭의 절반까지 다양해진다. 렌즈(142)는 마이크로프리즘(122)의 외면(134)에 인접하여 위치되거나 또는 마이크로프리즘(122)의 내면과 외면(132 및 134) 사이의 길이를 이등분하는 지점에서 위치될 수 있다.
마이크로프리즘(122) 및 관련 구조(임의의 렌즈 배열 포함)는, 모두 참고로 본문에 포함되는, 상기한 미국특허 제5,396,350호, 마이크로프리즘의 배열을 사용하는 조명 시스템(Illumination System Employing an Array of Microprisms)에 대한 짐머만(Zimmerman)등의 1995년 6월 27일 발행된 미국특허 제5,248,468호, 및 테이퍼된 도파관의 배열이 있는 직시형 디스플레이(Direct View Display with Array of Tapered Waveguide)에 대한 짐머만등의 1996년 1월 2일 발행된 미국특허 제5,481,385호에 개시되어 있는 재료를 사용하고 그 방법에 따라 제작될 수 있다.
이 인용 특허들에 개시된 바와 같이, 마이크로프리즘 및 렌즈는 폴리카보네이트, 아크릴, 폴리스티렌, 유리, 투명 세라믹스, 및 여기에 참고로 포함된 테이퍼진 광중합 웨이브가이드 어레이의 제조방법(Process for Making an Array of Tappered Photopolymerized Waveguidse)에 대한 비슨(Beeson) 등의 미국특허 제5,462,700호(1995. 10. 31)에 기재된 바와 같은 단량체 혼합물을 포함하여 다주 다양한 재료로 제조될 수 있다. 이들 구조체를 구성하는 재료를 선택할 때는 광원에 의해 발생되는 열을 고려해야 한다. 원한다면, 렌즈 조립체는 라이트-다이렉팅 조립체의 기벽에 대해 적층된 별개의 시트로서 제공되거나, 또는 사출성형 또는 본 기술분야에 숙련된 자가 쉽게 생각할 수 있는 다른 기법을 사용하여 라이트-다이렉팅 조립체와 함께 단일 구조로서 제작될 수 있다.
측벽에 인접한 영역
라이트-다이렉팅 조립체(120)의 마이크로프리즘(122)의 측벽(136)은 측벽(136)에 인접한 영역(128)을 획정하고, 다중 마이크로프리즘(122)을 갖는 라이트-다이렉팅 조립체(120)내에서는 이들 영역을 "간극(interstitial)" 영역이라고 할 수 있다. 이들 영역(128)은 반사성 요소를 구비하고 있고, 도 2의 구조에서는 이 요소가 고반사성 고체 충전제(160)이다. 고체 충전제(160)는 광의 통과를 반사시킬 수도 있도 단순히 차단하기만 할 수도 있다. 고체 충전제(160)는 반사성이거나 확산성일 수 있고 BaSO4, TiO2 또는 MgO와 같은 재료를 포함할 수 있으며, 이들 재료는 그 마이크로구조로 인해 가시광에 대한 반사도가 높다. 이들 재료는 건조 분말, 도료 또는 퍼티와 같은 캐리어로 사용될 수 있다. 대안으로, SpectralonTM(Labosphere, Inc.) 또는 TeflonR(du Pont)과 같은 광설비에 의해 제기되는 환경 조건에 안정한 재료도 이 영역에 적합하여 가시광에 대해 고반사도를 제공할 수 있다.
고체 충전제(160)가 바람직하게 높은 반사성, 즉 90% 보다 높은 반사율을 갖더라도, 반사성이 덜 높은 재료 또는 흡수성 재료가 바람직한 용도가 있을 수 있다. 반사율은 상기한 바와 같이 측정될 수 있다.
다른 반사성 재료는 반사성 구성요소로서 사용될 수 있다. 도 16에서, 마이크로프리즘(122)의 측벽(136)은 반사성 재료의 코팅(260)을 갖는다. 코팅(260)은 은, 알루미늄, 금, 백색 에마멜 또는 당업자가 쉽게 떠올릴 수 있는 기타 재료일 수 있다. 이 재료들은 화학증착, 전자빔증착, 스퍼터링 등의 기술에 의해 입힐 수 있다. 도 17에서, 반사성 구성요소는 측벽(136)과 함께 구성요소로서 성형되거나 또는 접착제또는 다른 알려진 수단에 의해 측벽(136)에 도포된 반사성 라이닝(270)이다. 도 18에서, 마스크(280)는 반사성 구성요소로서 사용되고 마이크로프리즘(122)들 사이의 영역을 덮는다. 도 24에 예시된 것과 같이, 마스크(280)의 평면도는, 마이크로프리즘(122)의 입력표면(132)을 수용하는 개구(282)를 갖는 격자를 나타낸다. 마스크는 상기한 바와 같이 반사하거나 또는 확산한다.
도 16-18의 반사성 구성요소(코팅, 라이닝 및 마스크)는 반사하거나 또는 확산하는데, 반사율이 약 75% - 90%의 범위에 있고 바람직하게는 90%보다 크다. 적합한 반사성 재료의 한가지 예는 3M사 제품인 SilverluxTM이지만, 당업자들이 쉽게 떠올릴 수 있는 다른 것들도 사용될 수 있다. 반사율은 상기한 바와 같이 측정될 수 있다.
반사성 구성요소의 서로다른 형태들은 조합하여 사용될 수 있다. 도 19에 도시된 것과 같이, 측벽(136)은 두 가지 반사성 구성요소를 갖는다.: 즉, 코팅(260) 및 마스크(280)이다. 반사성 라이닝(270) 및 고체 충전제(160)는 도 20에 도시된 어셈블리의 영역(128) 내에 마련된다.
이 배치에서, 다른 조합이 채용될 수도 있지만, 라이닝(270)을 위한 반사재료와 필러(160)를 위한 확산 재료를 선택할 수 있다.
도 21에서, 측벽(136)은 코팅(260)과 고체 필러(160)를 가지고 있다. 반사 라이닝(270)과 마스크(280)는 도 22에 나타난 조립체의 부분(128)에 제공된다. 마침내, 고체 필러(160)와 마스크(280)의 조합은 도 23에서 부분(128)에 제공된다.
이 점까지 논의된 배치는 직선형이거나 평면형이었다. 조명 시스템은 각각 도 25와 26에 나타난 바와 같이 곡선이거나 구면 배열로 또한 형성될 수 있었으며, 다른 배치도 당업에서의 숙련자에게 쉽게 나타날 것이다. 도 25에서, 광원(300)은 마이크로프리즘의 곡선 배열(310)을 향한다. 도 26에서, 광원(320)은 마이크로프리즘의 부분적 구면 배열(330)내에 포함된다. 이러한 형으로 광-조종 조립체를 배열하게 위하여, 입력면에 관하여 마이크로프리즘 측벽의 경사 각도는 구면 발광체에 적합한 각도 분포를 제공하기 위하여 조정될 필요가 있다. 또한, 마이크로프리즘 사이의 공간은 광의 적절한 조절을 얻기 위하여 변경될 필요가 있을 수 있다. 마이크로프리즘의 입력과 출력면은 평탄하고, 곡선 또는 구면이 될 수 있다. 또한, 도 25와 26의 광-조종 조립체는 마이크로프리즘의 출력면 부근의 임의의 기벽과 기벽상의 임의의 렌즈와 함께 도 2에서 가르친 방식으로 제공될 수 있다. 추가로, 복수의 평면 및/또는 곡선 광-조종 조립체(340)와 하나 또는 그 이상의 광원(350)은 다방향 방광을 제공하기 위하여도 27과 28에 나타난 바와 같이 다면체 조명시스템을 형성하기 위하여 결합될 수 있었다.
하나의 평평한 조립체의 각 마이크로프리즘을 도 27a에 나타내었다.
광 안내 조립체(120)를 들어가는 광의 강도는 도 29에 나타낸 바와 같이 광원(112)과 광 안내 조립체(12) 사이에 광 요소(400)를 도입함으로써 제어될 수 있다. 광원(112)으로부터 마이크로프리즘(122)으로의 광의 직접투과를 줄임으로써, 광 안내 조립체(120)의 출력이 좀더 균일해지고 휘광은 최소한도로 된다. 광 요소(400)는 광원(112)으로부터 마이크로프리즘(122)으로 횡단하는 광의, 횡단면과 거의 동일한 평면 치수를 갖는 재료(예를 들면, 플라스틱, 유리, 또는 어떤 다른 재료)의 직사각형 편으로부터 조립될 수도 있다. 재료는 산란성 또는 부분적으로 반사성이 있을 수도 있다.
조명 조립체(110)는 도 30에 나타낸 바와 같이 공기중에 현탁된 광원(112)을 간단히 일탈하는 대신에 광원보다 더 큰 굴절율(n1)을 갖는 광 투과 재료(410)로 광원(112)을 보호화함으로써 더 수정될 수도 있다. 광 투과 재료(410)는 광원(112)을 둘러싸는 영역을 채울 수도 있고 마이크로프리즘(112)의 투입면(132)과 인접해 있다. 이것은 마이크로프리즘(122)의 투입면(132)에서 Fresnel 반사를 피할 것이고 광원(112)을 광원(112)보다 상당히 더 큰 투입면(132)의 어래이를 좀더 쉽게 채우게 할 것이다. 광 투과 재료(410)는 접착층(412)에 의해 투입면에 연결된다. 광의 최적 이송을 위하여 굴절률은 하나가 광원(112)으로부터 바깥쪽으로 진행함에 따라그것들이 증가하는 식으로 선택된다.
따라서 광학적으로 투과성재료(410: n 1 ), 부착층(412: n 2 ), 및 광유향(directing)조립체(120: n 3 )의 굴절률지수값이 하기와 같이 선택되는 경우:
n 1 ≤n 2 ≤n 3
도29의 소자(400)와 기능이 유사한 광학소자(414)는 부착증(412)상에 위치될 수 있다. 소자(414)의 굴절률은 대략 n 2 와 같아야한다.
광원(112)로부터 인풋표면(132)로의 광투과 또한 광원(112)의 복사패턴을 보완하는 마이크로프리즘에 만곡을 도입함으로써 향상될 수 있다. 도 31에 도시한 바와 같이, 마이크로프리즘(420)의 인풋표면(422)은 아크를 형성하여 입사각이 광원으로부터 가장 먼 마이크로프리즘(420)에서 감쇠각보다 작을 것을 보장한다. 감쇠각은 하기식으로 정의된다:
Rs = 2ΦiΦ′2ΦiΦ′
Rp = 2ΦiΦ′2ΦiΦ′
상기식에서:
n 1 sinΦi = n 3 sinΦ'이고
R s 는 입사면과 수직으로 편광된 광의 반사율이다;
R p 는 입사면에 평행으로 편광된 광의 반사율이다;
Φ i 는 인풋표면(422)상에 입사하는 광선의 각도이다:
Φ'는 마이크로프리즘(420)을 투과하여 입사하는 광선의 각도이다; 그리고
Φi 및 Φ'는 법선으로부터 인풋표면(422)의 면까지로 정의된다.
도32에서 중간광학요소(430)는 광 유도 조립체(120)의 각도상의 분배를 규제하가위해 도입된 것이다. 이 도면에서는 조명 조립체(110)와 광 유도 조립체(120) 사이에 위치되어 있는 상태를 도시하고 있지만, 이 요소(430)는 광원(112)에 보다더 근접하게 조명 조립체내에 위치될 수 있다. 더욱이 도29의 광학적 요소(400)와 유사한 제2 광학적 요소(440)는 조명 조립체(110)의 광 출력을 감소시키기 위해 중간 광학 요소(430)와 광원(112)사이에 위치될 수 있다. 이 광학적 요소(430,440)는 플라스틱, 유리, 또는 어떤 다른 재료로 제조될 수 있다.
중간 광학 요소(430)의 굴절율(N3)은 광원 (112)으로부터 광선의 높은 입사각을 선택적으로 작게하여 광 유도 조립체(120)내로의 각도상의 분배를 감소시키도록 선택될 수 있다. 예를들면, RS와 RP를 계산하기위한 이전 페이지상의 방정식을 사용하여 굴절율(n3)이 증가함에 따라 입사각øi에서의 반사성이 증가한다. 1.52, 1.7, 및 4.0의 굴절율의 값n3에 대하여 n1이 1이면, 45°의 입사각에서의 반사성이 각각 17.5%,24%, 및 65%가 될 것이다.
조명시스템의 작동
이 시스템의 작동은 도33을 참조하여 설명될 것이다. 특정 구조없이 광원(112)은 공유도 조립체(120)를 향하여 그리고 다른 방향으로도 광을 방사시킨다.
본 발명은 상업, 오피스, 주택, 야외, 자동차, 그리고 설비응용을 위한 조명을 포함하는 직접 조명장치와 같은 다양한 장치에 적용가능하다는 것을 이해하여야 한다. 본 발명은 컴퓨터, 자동차, 군사, 항공, 수요자, 상업, 및 산업의 응용, 그리고 광원이 필요한 임의의 다른 장치에 적용될 수 있다. 2개의 예가 도 34 및 도 35에서 각각 상업적인 천장의 우묵한 곳(500) 그리고 다운라이트(600)로 예시되어 있다. 천장의 우묵한 곳(500)은 T-5 또는 T-8과 같은 2개의 광원(510), 반사기(520), 그리고 마이크로프리즘의 광 유도조립체(530)를 갖추고 있다. 다운라이트(600)는 유사하게 광원(610)(즉, CFL 램프), 반사기(620), 그리고 광 유도조립체(630)를 갖추고 있다.
본 발명의 바람직한 실시예를 통해 설명하었지만, 당업자는 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 다른 그리고 더 변경이 이루어 질 수 있다는 것을 인식할 것이며, 그리고 모든 이러한 실시예는 본 발명의 범위내에 있다. 예를들면, 다른 변경과 조합은 종래의 특허에 개시된 구조를 사용할 수 있다.
마이크로프리즘(122)의 입력 표면(132)에 똑바로 전해져서 RS와 RP를 계산하는 방정식에 의해 설명되는 바와 같이 반사되는 그러한 광선은: 광선 A에 의해 설명된 바와 같이 빛의 나머지는 마이크로프리즘(122)를 통해 이동되고 궁극적으로 결합된 렌즈(142)를 통과하여 빠져나간다.
만약 빛이 광원(112)를 떠나 처음으로 광선안내 어셈블리(120)로부터 멀어지면 그것은 반사체(150)와 마주치게 될 것이다. 거기에서 광선 B에 의해 설명된 바와 같이 그것은 광선안내 어셈블리(120)을 향해 되반사 되어서 마이크로프리즘(122)와 렌즈(142)를 통과하게 될 것이다.
어떤 광선들은 광원(112)으로부터 광선안내 어셈블리(120)을 향해 전해지지만 측벽(136)에 인접한 영역(128)속으로 들어가게 될 것이다. 만약 그러한 광선이 그 경로상에서 계속 이동하는 것이 허용된다면 측벽(136)을 통해 마이크로프리즘(122)속으로 들어가기 쉬울 것이다. 그렇지만, 그것들은 적절하게 광선안내 어셈블리 밖으로 이동하지 않고 사실상 광선 출력 디스트리뷰션을 비틀게 된다. 그래서, 반사 요소들이 영역(128)내에 공급되어 잘못 들어선 광선을 막고 방향을 고친다. 도시된 바와 같이, 광원(128)을 떠난 광선이 솔리드 필러(160)에 도달하여 거기서 반사체(150)에 되반사된다. 거기서 광선 C에 의해 설명된 바와 같이 광선은 광선안내 어셈블리를 향해 되반사되어 그것을 통과한다. 만약 반사재료 대신에 무반사 필러가 영역(128)내에서 사용되었다면 광선은 필러에 의해 간단히 흡수될 것이다. 변경적으로, 광선은 광원(112)을 향해 되반사될 수 있지만 대부분의 빛이 광원(112)에 의해 흡수될 것이기 때문에 이것은 바람직하지 못하다. 따라서 이 모드의 반사는 예컨대 더 작은 광원의 사용에 의해서 최소화되어야 한다.

Claims (7)

  1. (a) 광원; 및
    (b) 상기 광원에 근접하는 광 유도 조립체를 포함하며, 상기 광 유도 조립체는 상기 광원으로부터 발광이 가능한 입력 표면, 상기 입력 표면에 평행으로 이격된 출력 표면, 및 상기 입력 표면과 상기 출력 표면사이에 인접하게 배치되고, 상기 입력 표면에 대하여 경사 둔각을 형성하고, 상기 입력 표면에 의해 수광된 광선의 전반사가 이루어지도록 위치되어 있는 적어도 하나의 측벽을 포함하는 적어도 하나의 마이크로 프리즘; 및
    (c) 상기 측벽을 통과하는 빛의 통과를 차단하는 적어도 하나의 차단 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  2. (a) 광원;
    (b) 상기 광원에 근접하게 위치한 반사경;
    (c) 상기 광원에 근접하는 광 유도 조립체를 포함하며, 상기 광 유도 조립체는 각각의 마이크로 프리즘이 상기 광원으로부터 발광이 가능한 입력 표면, 상기 입력 표면으로부터 평행하게 이격된 출력 표면, 및 상기 입력 표면과 상기 출력 표면사이에 인접하게 배치되고, 상기 입력 표면에 대하여 경사 둔각을 형성하고, 상기 입력 표면에 의해 수광된 광선의 전반사가 이루어지도록 위치되어 상기 마이크로 프리즘사이에 틈새 영역을 형성한 적어도 하나의 측벽을 포함하는 복수의 마이크로 프리즘; 및
    (d) 상기 측벽을 통과하는 빛의 통과를 차단하도록 위치된 적어도 하나의 차단 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  3. 제 4 항에 있어서, 적어도 하나의 렌즈를 포함하며, 상기 마이크로 프리즘의 출력 표면에 근접한 렌지 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  4. 제 6 항에 있어서, 상기 광 유도 조립체는 두 개의 표면을 가진 베이스벽을 더 포함하며, 상기 마이크로 프리즘의 상기 출력 표면은 상기 베이스벽의 하나의 표면에 인접하고, 상기 렌즈 조립체는 상기 베이스벽의 다른 표면에 인접하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  5. 제 6 항에 있어서, 상기 마이크로 프리즘은 적어도 하나의 렌즈의 축에 대해서 기하학적인 센터의 동일 직선상에 있거나 오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 반사경은 반사광을 상기 마이크로 프리즘의 입력 표면을 향해 유도하도록 방향 설정되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 차단 수단은 틈새 영역내의 솔리드 충진 반사 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
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