KR20220062273A

KR20220062273A - 횡단 광 파이프

Info

Publication number: KR20220062273A
Application number: KR1020227005693A
Authority: KR
Inventors: 지온 아이센펠드; 조나단 겔베르그
Original assignee: 루머스 리미티드
Priority date: 2019-09-15
Filing date: 2020-09-14
Publication date: 2022-05-16
Also published as: EP4031925A4; US11940641B2; EP4031925A1; CN114402246A; CN114402246B; WO2021048864A9; TW202115445A; JP7607949B2; US20220326426A1; TWI848176B; JP2022546939A; IL291112B1; IL291112B2; IL291112A; WO2021048864A1

Abstract

광 파이프는 굴절률이 상이한 적어도 2개의 광학 구조를 포함한다. 2개의 광학 구조 사이의 경계면은 광 파이프의 원위 단부에 있는 출사 표면으로부터의 출사 광선이 광 파이프의 근위 단부에 있는 입사 표면에서 종축에 평행한 입사 광선에 평행하지 않도록 광 파이프의 종축에 대해 비스듬하다. 광은 (적어도) 2개의 광학 구조 사이의 광 파이프 내부에서 굴절되어 광 파이프를 통과하는 광의 광학 경로의 방향을 변경하고, 그에 의해 광 파이프의 편차 각도(접힘 각도)의 선택을 위해 더 높은 자유도를 허용한다. 광 파이프의 다양한 파라미터를 최적화함으로써, 원하는 광학 엔진 엔벨로프(optical engine envelope)에 적합한 원하는 출사 광축 각도(즉, 접힘 각도)가 성취될 수 있다.

Description

횡단 광 파이프

본 발명은 일반적으로, 광 파이프에 관한 것이고, 특히 본 발명은 연관된 시스템 구성요소에 대해 임의의 원하는 접힘 각도로 접힐 수 있는 광축(광학 경로)을 갖는, 전자 디스플레이 소스(근안 디스플레이의 광학 도파관에 이미지를 주입하기 위해 사용된 실리콘 액정 표시 장치(LCOS) 마이크로디스플레이와 같음)를 조명하기 위해 사용될 수 있는 광 파이프에 관한 것이다.

증강 현실 시스템에서, 광학 시스템 형상 및 폼 팩터(form factor)를 미학적인 착용 가능한 프레임에 맞추는 것은 도전적이며, 상이한 광(예컨대, LED) 소스 컬러를 혼합하는 것이 요구될 때 특히 그렇다. 상이한 광원 채널을 함께 혼합하는 한 가지 방법은 조명을 생성하기 위해 광 파이프를 사용하는 것이다. 미학적인 이유로, 광 파이프로 하여금 안경의 프레임과 정렬되게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 광 파이프는 원하는 광학 엔진 엔벨로프(optical engine envelope)를 종종 돌출시키는 상대적으로 긴 요소이다. 따라서, 미학적 형상을 성취하기 위해 임의의 원하는 방향으로 광 파이프를 접는 것이 중요하다.

상대적으로 긴 요소인 것에 더하여, 광 파이프는 전형적으로 또한 상대적으로 직선형이다. 원하는 광학 엔진 엔벨로프에서 광 파이프를 어느 정도 유지하기 위해, 밴드형 광 섬유로서 광 파이프를 구현하는 만곡형 광 파이프 설계가 제안되었다. 그러나, 밴드형 광 섬유 구현예는 만곡형 밴드형 광 섬유 내에서 전파되는 광선이 전파 축을 따라 내부 전반사에 의해 전파될 수 없다는 사실로 인해 낮은 효율성을 야기한다. 반사 코팅(즉, 거울 코팅)이 있는 직각 프리즘(즉, 90도 프리즘)을 사용하여 광 파이프를 접는 대안적인 접는 해결책이 제안되었다. 이러한 해결책이 더 높은 효율성을 제공하지만, 이 해결책은 특정 접힘 각도로 크게 제한된다.

본 실시형태의 교시에 따르면, 장치가 제공되고, 장치는, 광 파이프로서, (i) 제1 굴절률, 광파이프의 근위 단부에 있는 입사 표면(input surface), 및 제2 표면을 갖는 제1 광학 구조, 및 (ii) 제1 굴절률과 같지 않은 제2 굴절률, 제3 표면, 및 광파이프의 원위 단부에 있는 출사 표면(output surface)을 갖는 제2 광학 구조를 적어도 포함하고, 입사 표면과, 제2 표면 사이의 방향으로 제1 광학 구조의 긴 치수에 평행한 종축을 갖는, 상기 광 파이프, 및 종축에 평행하게 주입된 입사 표면에 대한 입사 광선이 입사 광선에 평행하지 않은 출사 광선으로서 출사 표면으로부터 출사되도록 광 파이프의 종축에 대해 비스듬한 제3 표면과 제2 표면 사이의 경계면을 포함한다.

일 선택적인 실시형태에서, 입사 광선과 출사 광선 사이의 각도는 광 파이프의 광학 편차 각도이고, 광학 편차 각도는 제로 도(zero degree)가 아니다. 또 다른 선택적인 실시형태에서, 종축과 출사 표면 법선 사이의 각도는 광 파이프의 기계적 편차 각도이고, 기계적 편차 각도는 제로 도가 아니며, 출사 표면 법선은 제2 광학 구조의 출사 표면에 수직이다.

또 다른 선택적인 실시형태에서, 적어도 제1 및 제2 광학 구조는 광 파이프를 통한 광의 광학 경로를 획정하고, 광학 경로는, 입사 표면을 통해 내부로 연결되고, 제1 광학 구조를 횡단하고, 제2 표면으로부터 제3 표면으로의 경계면을 통해 제1 광학 구조로부터 제2 광학 구조로 굴절하고, 제2 광학 구조를 횡단하며, 출사 표면을 통해 제2 광학 구조 밖으로 연결되는 광에 의해 적어도 부분적으로 획정된다. 또 다른 선택적인 실시형태에서, 제1 및 제2 광학 구조의 적어도 하나의 외부 측벽은 반사 코팅으로 코팅되고, 반사 코팅은 광 파이프 내의 광학 경로를 제한한다.

또 다른 선택적인 실시형태에서, 반사 방지 코팅은 적어도 제1 및 제2 광학 구조의 적어도 하나의 표면에 부가된다. 또 다른 선택적인 실시형태에서, 제2 표면은 제3 표면에 인접한다. 또 다른 선택적인 실시형태에서, 제2 표면은 갭에 의해 제3 표면으로부터 분리된다. 또 다른 선택적인 실시형태에서, 갭은, 공기, 광학 시멘트, 및 광학 겔로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 채워진다. 또 다른 선택적인 실시형태에서, 제3 표면은 제2 표면에 대해 갭 각도로 구성된다.

또 다른 선택적인 실시형태에서, 제1 광학 구조는 제1 폭을 갖고 제2 광학 구조는 제5 폭을 가지며, 제5 폭은 제1 폭보다 크다. 또 다른 선택적인 실시형태에서, 제1 광학 구조의 제3 폭 및/또는 제2 광학 구조의 제4 폭은 광 파이프의 종축을 따라 변한다. 또 다른 선택적인 실시형태에서, 광 파이프의 종축에 대해 출사 표면은 제8 각도에 있고/있거나 입사 표면은 제11 각도에 있다.

또 다른 선택적인 실시형태에서, 광 파이프의 입사 표면에 입사 광을 제공하는 광원을 더 포함한다. 또 다른 선택적인 실시형태에서, 투영 광학계를 더 포함하고, 광 파이프는 투영 광학계에 대한 입력으로서 출사 광선을 제공하도록 구성된다.

또 다른 선택적인 실시형태에서, 광 파이프의 긴 치수는 광 파이프 폭보다 적어도 10배 크다.

본 실시형태의 교시에 따르면, 장치가 제공되고, 장치는, 광 파이프로서, 제1 굴절률, 광파이프의 근위 단부에 있는 입사 표면, 및 제2 표면을 갖는 제1 광학 구조, 및 제1 굴절률과 같지 않은 제2 굴절률, 제3 표면, 및 광파이프의 원위 단부에 있는 출사 표면을 갖는 제2 광학 구조를 적어도 포함하고, 입사 표면과, 제2 표면 사이의 방향으로 제1 광학 구조의 긴 치수에 평행한 종축을 갖는, 상기 광 파이프, 및 종축에 평행하게 주입된 입사 표면에 대한 입사 광선이 입사 광선에 평행하지 않은 출사 광선으로서 출사 표면으로부터 출사되도록 광 파이프의 종축에 대해 비스듬한 제3 표면과 제2 표면 사이의 경계면을 포함하고, 제2 표면은 갭에 의해 제3 표면으로부터 분리된다.

본 발명의 일부 실시형태는 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 본 명세서에서 설명된다. 도면을 상세하게 특정하게 참조하여, 도시된 세부사항이 예로서 그리고 본 발명의 실시형태의 예시적인 논의의 목적을 위한 것임을 강조한다. 이와 관련하여, 도면과 함께 취해진 설명은 본 발명의 실시형태가 실시될 수 있는 방법을 당업자에게 명백하게 한다.
유사한 참조 부호 또는 문자가 대응하는 또는 유사한 구성요소를 나타내는 도면에 이제 주목한다. 도면에서:
도 1은 일 예시적인 전형적인 사용의 스케치를 도시한 도면.
도 2A는 광학 경로의 굴절의 표현을 도시한 도면.
도 2B는 도 2A에 도시된 실시형태의 변형을 도시한 도면.
도 3은 도 2B에 대응하는 광 파이프의 스케치를 도시한 도면.
도 4는 도 3의 광 파이프와 유사한 광 파이프의 스케치를 도시한 도면.
도 5는 도 4의 광 파이프와 유사한 광 파이프의 스케치를 도시한 도면.
도 6은 도 2B에 도시된 실시형태의 변형을 도시한 도면.
도 7은 도 6의 실시형태에 따른 광 파이프의 스케치를 도시한 도면.
도 8은 도 9에 도시된 실시형태의 변형의 표현을 도시한 도면.
도 9는 외부 측벽이 가늘어지는 광 파이프의 스케치를 도시한 도면.
도 10은 에어 갭에 의해 분리된 구조를 갖는 광 파이프의 스케치를 도시한 도면.
도 11은 외부 측벽 사이의 거리가 일정한 광 파이프를 도시한 도면.
도 12은 외부 측벽 사이의 거리가 증가하는 광 파이프를 도시한 도면.
도 13A는 단일 기본 광학 구조로부터 구성된 광 파이프의 스케치를 도시한 도면.
도 13B는 상이한 각도의 광을 갖는, 도 13A의 광 파이의 스케치를 도시한 도면.
도 13C는 도 13A 및 도 13B의 변형을 포함하는 광 파이프의 스케치를 도시한 도면.
도 13D는 내부 연결 손실을 보여주는 도 13C의 광 파이프의 스케치를 도시한 도면.
도 13E는 TIR을 갖는 도 13C 및 도 13D의 광 파이프의 스케치를 도시한 도면.
도 13F는 도 13C의 변형인 광 파이프의 스케치를 도시한 도면.
도 13G는 도 13C의 변형의 스케치를 도시한 도면.
도 13H는 도 13G의 변형의 스케치를 도시한 도면.
도 13I는 도 13A 및 도 13G의 변형의 스케치를 도시한 도면.
도 14A는 광 파이프의 일 대안적인 구현예의 스케치를 도시한 도면.
도 14B는 도 14A의 변형의 스케치를 도시한 도면.
도 14C는 확산기가 부가적인 광학 구조의 출사부에 배치되는 도 13C, 도 13E 및 도 13G의 변형의 스케치를 도시한 도면.
도 15A는 도 13C 내지 도 13I의 광 파이프의 측면 뷰 및 상단 뷰의 스케치를 도시한 도면.
도 16A는 반사 코팅을 사용하는 종래의 접힌 광 파이프의 스케치를 도시한 도면.
도 16B는 개선된 광 파이프의 스케치를 도시한 도면.
도 16C는 3차원(3D)의 및 입사 및 출사 표면의 대안적인 기울기와 회전을 통한 도 16B의 스케치를 도시한 도면.

본 발명의 실시형태는 임의의 원하는 접힘 각도로 접힐 수 있는 광학 경로를 제공하는 광 파이프에 관한 것이다.

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및/또는 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자에 의해 공통적으로 이해된 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에서 설명된 것과 유사하거나 등가인 방법 및 재료가 본 발명의 실시형태의 실시 또는 테스팅에서 사용될 수 있을지라도, 예시적인 방법 및/또는 재료가 하기에서 설명된다. 충돌하는 경우, 정의를 포함하는 특허 사양이 제어될 것이다. 본 발명의 실시형태의 실시 또는 테스팅에서, 예시적인 방법 및/또는 재료가 하기에서 설명된다. 충돌하는 경우, 정의를 포함하는 특허 사양이 제어될 것이다. 게다가, 재료, 방법, 및 예는 예시에 불과하며 반드시 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

본 발명의 적어도 하나의 실시형태를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명이 구성요소의 구성 및 배열 및/또는 다음의 설명에서 제시되고/되거나 도면 및/또는 예에 도시된 방법의 상세에 대한 본 발명의 적용이 반드시 제한되지 않음을 이해해야 한다. 본 발명은 다른 실시형태가 가능하거나 다양한 방식으로 실시 또는 수행될 수 있다.

도면의 단순성을 위해, 일반적으로 하나의 광선만 묘사된다는 점에 유의한다. 광선은 또한, "광" 또는 "빔"으로 지칭될 수 있다. 당업자는 묘사된 광(광선)이 실제 광의 샘플 빔이며, 이는 전형적으로 약간 다른 각도에서 다수의 빔에 의해 형성된다는 것을 인식할 것이다. 광의 말단(에지)으로서 구체적으로 언급되는 경우를 제외하고, 도시된 광선은 전형적으로 광의 중심이다. 광이 이미지에 대응하고 중심 광선이 이미지의 중심 또는 이미지의 중심 픽셀로부터의 중심 광선인 경우. 광이 광원에서 나오는 경우, 중심 광선은 전형적으로, 광원으로부터 전파되는 조명 원뿔의 중심(및 최대 세기)이다.

본 발명의 실시형태에 따른 조명 광 파이프는 적어도 2개(즉, 2개 이상)의 광학 구조(예컨대, 프리즘), 즉 제1 광학 구조 및 제2 광학 구조의 조합으로 형성된다. 제1 광학 구조는 제1 굴절률을 갖는 재료로 형성되고, 제2 광학 구조는 제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률을 갖는 재료로 형성된다. 광은 스넬의 법칙에 따라 (최소한) 2개의 광학 구조 사이의 광 파이프 내부에서 굴절된다. 그에 따라, 광 파이프의 광학 경로는 광이 광학 구조를 빠져나가기 전에 구부러지고, 그에 의해 접힘 각도(하기에 정의됨)의 선택을 위해 더 높은 자유도를 허용한다. 광 파이프의 다양한 파라미터를 최적화함으로써, 원하는 광학 엔진 엔벨로프에 적합한 원하는 출사 광축 각도(즉, 접힘 각도)가 성취될 수 있다. 최적화 가능한 파라미터는, 예를 들면, 광학 구조의 굴절률, 내부 광학 접합(들)의 각도(들), 광학 구조의 외부 표면의 방향 각도, 및 광학 구조의 입구 및 출구 표면의 방향 각도를 포함한다.

다음 단락은 본 발명의 광 파이프의 상이한 실시형태를 설명한다. 다음 실시형태는 예시일 뿐이며, 본 발명은 본 명세서에서 설명된 특정한 실시형태로 제한되어서는 안 된다. 광 파이프의 다른 실시형태가 또한 고려된다.

이제 도 1을 참조하면, 현재 발명의 광 파이프(600)의 일 실시형태의 일 예시적인 전형적인 사용의 스케치. 미학적 이유로, 광파이프(600)는 바람직하게는, 안경의 프레임(FRAME)에 정렬(평행)되며, 이는 현재 도면에서 프레임에 평행한 광파이프(600)의 종축(R1)으로서 도시된다. 광원(610)으로부터의 광원 빔은 광 파이프(600)에, 이 경우에 입사 표면 법선(R01)을 따라 입사 표면(도시되지 않음)에 입사 광을 제공한다. 광 파이프는 광축을 전환시켜, 출사 표면 법선(R23)을 따른 출사 광선이 입사 표면 법선(R01)을 따른 입사 광선에 평행하지 않도록 광파이프(600)를 통한 광학 경로의 방향을 변경시킨다. 이 경우에, 광 파이프(600)의 조명 출력은 사용자의 눈에 의해 뷰잉할 수 있도록 이미지를 이미지 확장 모듈에 공급하는 투영 광학계(612)로 지향된다. 이 문서의 맥락에서, 광축을 전환시키는 광 파이프는 때때로 광축을 "접는" 것으로서 언급된다.

도 2A를 참조하면, 2개의 광학 구조가 사용되는 본 발명의 일 실시형태에 따른 광 파이프의 광학 경로의 굴절의 표현. 명확성을 위해, 광 파이프의 외부 측면은 도시되지 않는다. 광 파이프(600A)는 기본 굴절률(η₀)을 갖는 제1 기본 매체(P0)(예컨대, 공기)에 배치된 입사 단부(602)를 갖는다. 도면에서, 일반적인 참조는 요소(600)로서의 광 파이프, 및 요소(600x)로서의 특정 실시형태에 대한 것이며, 여기서 "x"는 문자이다. 특정 실시형태(600x)의 일부 설명이 일반 광 파이프(600) 및 다른 특정 실시형태(600x)에 적용 가능하다는 것은 당업자에게 자명할 것이다. 제1 광학 구조(P1)(예를 들면, 프리즘과 같은 구성요소 또는 요소)는 η₁의 제1 굴절률을 갖고 제2 광학 구조(P2)(구성요소, 요소)는 η₂의 제2 굴절률을 갖는다. 광 파이프(600)의 출사 단부(604)에 있는 매체는 일반적으로, 광 파이프(600)의 입사 단부(602)에서와 동일한 매체이다. 이 구현예는 제한적이지 않으며, 출사 단부(604)는 제1 기본 매체(P0) 이외의 제2 매체(P3)에 있을 수 있다. 본 설명의 명료함을 위해, 광 파이프(100)의 출사 단부(604)에 있는 매체는 일반적으로, 제2 매체(P3)로서 도시된다. 제2 매체(P3)가 제1 매체(P0)의 기본 굴절률(η₀)과 상이한 굴절률을 갖는 경우, 제2 매체(P3)의 굴절률은 제3 굴절률(η₃)로서 언급된다. 현재 예에서, 제2 매체(P3)는 기본 굴절률(η₀), 기본 매체(P0)와 동일한 굴절률 및 동일한 매체를 갖는다. 현재 예에서, 제1(P1) 및 제2(P2) 광학 구조의 굴절률은 상이하다. 이 구현예는 제한적이지 않으며, 하기에서 설명된 바와 같이, 대안적인 구성에서, 광학 구조의 굴절률은 실질적으로 같을 수 있다.

광원(610)은 광 파이프(600A)에 광을 제공한다. 광원, 예를 들면, 각각의 LED가 하나의 컬러의 광을 방출하고, 컬러의 조합은 광원에 의해 제공되는 광인 다수의 LED의 그룹이 당업계에 공지되어 있다. 전형적인 예시적인 소스는 하나의 LED가 적색 광을 생성하고, 하나의 LED가 녹색 광을 생성하며, 하나의 LED가 청색 광을 생성하는 3개의 LED로부터의 컬러의 조합을 제공한다. 광원(610)은 입사 광선(L0)("빔" 또는 "입사 빔"으로도 언급됨)으로서 표현되는 광을 제공한다. 광원 채널로서 또한 알려진 컬러의 조합은 광 파이프에 의해 혼합되어 전형적으로 실질적으로 백색 광인 조명 출력을 생성한다.

기본 매체(P0) 및 제1 광학 구조(P1)가 상이한 굴절률을 가지므로, 입사 광선(L0)은 외부 입사 표면(S01)에서 제1 광학 구조(P1) 내부의 광선(L1)(제1 광학 구조(P1) 광선(L1))으로 굴절될 것이다. 광 파이프(600A)의 제1 광학 구조(P1)의 외부 입사 표면(S01)은 기본 매체(P0) 방향으로 파선 입사 표면 법선(R01)으로서 도시된 법선을 갖는다. 상응하게, 입사 표면 법선(R01)은 또한, 입사 표면(S01)의 외부 측면 반대의 내부 측면인, 입사 표면(S01)의 제1 광학 구조(P1) 내부 측면에 수직이다. 제1 각도, 외부 입사 각도(θ₀₁)는 입사 광선(L0)과 입사 표면 법선(R01) 사이에 정의된다. 유사하게, 제2 각도는 내부 입사 각도(θ₁₀)이고, 이는 광선(L1)과 입사 표면 법선(R01) 사이에 정의된다.

광선(L1)은 외부 입사 표면(S01)으로부터 제1 광학 구조(P1)를 통해 제2 표면(S12)으로 전파된다. 이 경우에, 제2 표면(S12)은 제2 광학 구조(P2) 방향의 제1 광학 구조(P1)의 출사 표면이다. 제2 표면(S12)은 제2 광학 구조(P2)에 대한 입사 표면인 제3 표면(S21)에 인접한다. 전형적으로, 제2 표면(S12) 및 제3 표면(S21)은 서로 인접하고 접촉하도록 구성되어, 제1 광학 구조(P1)와 제2 광학 구조(P2) 사이에 단일 경계면(620)을 효과적으로 구현한다. 현재 설명의 편의를 위해, 제2 표면(S12)과 제3 표면(S21)의 경계면(620)은 일반적으로, 간단히 "제2 표면(S12)"으로서 언급된다. 현재 도면에서, 제2 표면(S12) 및 제3 표면(S21)이 각각 명확성을 위해 도면에서 약간 분리되는 선으로 표현됨에 유의한다(현재 예의 실제 구현인 단일 선을 사용하는 대신에). 이 구현예는 제한적이지 않으며, 광학 구조의 표면이 인접하지 않은 구현이 하기에서 설명된다.

제1 광학 구조(P1) 및 제2 광학 구조(P2)가 상이한 굴절률을 가지므로, 광선(L1)은 제2 표면(S12)에서 제2 광학 구조(P2) 내부의 광선(L2)(제2 광학 구조(P2) 광선(L2))으로 굴절될 것이다. 제1 광학 구조(P1)의 제2 표면(S12)은 제1 광학 구조(P1) 방향으로 파선 제2 표면 법선(R12)으로서 도시된 법선을 갖는다. 상응하게, 제2 표면 법선(R12)은 또한, 제3 표면(S21)의 제2 광학 구조(P2) 내부 측면에 수직이다. 제3 각도, 제2 표면 출사 각도(θ₁₂)는 광선(L1)과 제2 표면 법선(R12) 사이에 정의된다. 유사하게, 제4 각도는 제3 표면 입사 각도(θ₂₁)이고, 이는 광선(L2)과 제2 표면 법선(R12) 사이에 정의된다.

광선(L2)은 제3 표면(S21)으로부터 제2 광학 구조(P2)를 통해 출사 표면(S23)으로 전파된다. 이 경우에, 출사 표면(S23)은 제2 매체(P3) 방향의 제2 광학 구조(P2)의 제4 표면이다. 제2 광학 구조(P2) 및 제2 매체(P3)가 상이한 굴절률을 가지므로, 광선(L2)은 출사 표면(S23)에서 제2 매체(P3) 내부의 광선(L3)(제2 매체(P3) 광선(L3))으로 굴절될 것이다. 광선(L3)은 광 파이프(600) 밖의 광이다. 제2 광학 구조(P2)의 출사 표면(S23)은 제2 광학 구조(P2) 방향으로 파선 출사 표면 법선(R23)(이 문서의 맥락에서 제4 표면 법선으로도 언급됨)으로서 도시된 출사 법선을 갖는다. 상응하게, 출사 표면 법선(R23)은 또한, 출사 표면(S23)의 외부 측면의 제2 매체(P3)에 수직이다. 제5 각도, 제4 표면 출사 각도(θ₂₃)는 광선(L2) 및 출사 표면 법선(R23) 사이에 정의된다. 유사하게, 제6 각도는 제4 표면 출사 각도(θ₃₂)이고, 이는 광선(L3)과 출사 표면 법선(R23) 사이에 정의된다.

현재 도면에는 2개의 구성선이 사용된다. 제2 기준선(S2) 및 제3 기준선(S3) 둘 모두는 입사 표면(S01)에 평행하다. 제2 기준선(S2)은 제2 표면(S12)과 교차한다. 제7 각도(δ, "델타")는 제2 기준선(S2)과 제2 표면(S12)(이 경우에, 또한 제3 표면(S21)임) 사이에 정의된다. 제7 각도(δ)는 제1 광학 구조(P1)와 제2 광학 구조(P2) 사이의 표면의 방향을 정의하는데 도움을 주기 위해 사용된다. 유사하게, 제3 기준선(S3)은 출사 표면(S23)과 교차한다. 제3 기준선(S3)과 출사 표면(S23) 사이에 제8 각도(γ, "감마")가 정의된다. 제8 각도(γ)는 제2 광학 구조(P2)와 제2 매체(P3) 사이의 표면의 방향을 정의하는데 도움을 주기 위해 사용된다.

입사 광축은 입사 광선(L0), 상기 설명된 바와 같이 입사 광의 중심 광선과 일치하는 것으로서 정의된다. 광선, 이 경우에, 광선(L1) 및 광선(L2)는 광 파이프(600)를 통한(제1(P1) 및 제2(P2) 광학 구조를 통한) 전파의 광축, 또는 광학 경로를 형성한다. 출사 광축은 출사 광의 중심 광선인, 출사 광선(L3)과 일치하는 것으로서 정의된다. "광학 경로"에 대한 언급, 예를 들면, 광 파이프(600)를 통한 전파, 및 광학 경로의 굽힘은 또한, "광축", 예를 들면, 광 파이프(600)를 통해 전파하는 광의 광축 및 광축의 굽힘으로 지칭될 수 있다. 당업자는 축을 벗어난(입사 표면(S01)에 수직이 아닌, 입사 표면 법선(R01)에 평행하지 않음) 입사 광선이 정상적으로, 광 파이프(600) 벽에서 여러 번 반사될 것임을 이해할 것이다. 일 예시적인 축외 광학 경로(L9)가 현재 도면에 도시된다.

현재 실시형태에서, 광학 경로는 (광축은) 적어도 3회 굴절된다. 먼저, 광학 경로의 입사 광축(광선(L0))은 굴절률이 η₀인 제1 매체(P0)로부터 굴절률이 η₁인 제1 광학 구조(P1)로 굴절된다. 그 다음, 광학 경로는 굴절률이 η₁인 제1 광학 구조(P1)로부터 굴절률이 η₂인 제2 광학 구조(P2)로 굴절된다. 그 다음, 광학 경로는 굴절률이 η₂인 제2 광학 구조(P2)로부터 굴절률이 η₀인 제2 매체(P3)로 굴절된다.

입사 각도 및 굴절 각도는 다음과 같다:

게다가, 2개의 굴절률(η₁ 및 η₂) 둘 모두는 기본 매체의 굴절률(η₀)보다 크다. 각각, 제1 굴절률(η₁) 및 제2 굴절률(η₂)은 기본 굴절률(η₀)보다 크다. 이와 같이, η₁≥η₂≥η₀, 또는 η₂≥η₁≥η₀이다.

상기 논의를 고려하고 현재 예시적인 실시형태를 사용하여, 이제 우리는 광 파이프(600)의 접힘 각도의 정의를 논의할 수 있다. 이 문서의 맥락에서, 용어 "편향 각도"(또는 "접힘 각도")는 광에 대해 즉, "광의 관점"("광학 편차 각도" 또는 "광학 접힘 각도")으로부터, 또는 입사 광축(광 입사 광선(L0)) 및 출사 광축(광 출사 광선(L3))("기계적 편차 각도" 또는 "기계적 접힘 각도")의 방향에 대해 정의될 수 있다. 용어 "편차 각도" 또는 "접힘 각도"가 광학적 또는 기계적 명시 없이 사용되는 경우, 당업자는 참조가 광학적 및 기계적 둘 모두를 포함한다는 것을 이해할 것이다. 이 경우에, 광 파이프(600)의 광학적 접힘 각도는 입사 광선(L0)과 출사 광선(L3) 사이에 정의된 각도이다. 상기 논의된 바와 같이, 광 파이프(600)의 다양한 파라미터를 선택, 구성 및 최적화함으로써, 원하는 광학 엔진 엔벨로프에 적합한 원하는 접힘 각도가 성취될 수 있다. 파라미터의 예는 광학 구조(P0, P1, P2, P3)의 굴절률(η₀, η₁, η₂, η₃), 내부 광학 접합(들)의 각도(들)(δ), 광학 구조의 외부 표면의 방향 각도(α, β), 및 광학 구조의 입구 및 출구 표면의 방향 각도(ψ, γ)를 포함한다. 이전 문장에서 아직 설명되지 않은 요소 표기법은 하기에서 설명됨에 유의한다.

현재 설명에 기초하여, 출사 광선(L3)의 원하는 방향을 고려할 때, 접힘 각도가 결정될 수 있으며, 광 파이프(600)는 제로 도(0°) 및 90°, 특히 제로 도(0°) 및 90° 이외의 각도를 포함하는 임의의 접힘 각도에 대해 설계된다 즉, 직선이 아니고 입사 광축에 수직인 출사 광축을 갖는다.

도 2B는 도 2A에 도시된 실시형태의 변형을 도시한다. 선택적으로, 외부 측벽(이 문서의 맥락에서 "외측 벽"으로도 언급됨)은 반사 코팅 층으로 코팅될 수 있다. 현재 실시형태에서, 광 파이프(600B)의 제1 외부 측벽(S24)은 광학 경로(이 경우에, 광선(L2))가 광선(L21)에 제1 외부 측벽(S24)에 의해 광 파이프(600B) 내부의 특정 각도(제9 각도, α, "알파")로 부가적으로 반사되도록 반사 코팅 층으로 코팅될 수 있다. 대안적으로, 또는 게다가, 광 파이프(600)는 외부 측벽(이 경우에, 제1 외부 측벽(S24))이 내부 전반사(TIR)를 사용하여 광학 경로의 하나 이상의 부분을 반사하도록 구성될 수 있다. 제4 기준선(S4)은 입사 표면(S01)에 수직인 구성선이다. 제4 기준선(S4)은 제1 외부 측벽(S24)과 교차한다. 제9 각도(α)는 제4 기준선(S4)과 제1 외부 측벽(S24) 사이에 정의된다. 제9 각도(α)는 광 파이프(600)의 다른 표면에 대한 제1 외부 측벽(S24)의 방향을 정의하는데 도움을 주기 위해 사용된다. 현재 실시형태에서, 기본 매체로 되돌아가기 전에 광선(L21)의 입사 각도(θ₂₃)는 방정식(θ₂₃=θ₂₁-(δ- γ)- 2α)에 의해 주어진다.

도 3은 도 2B에 대응하는 광 파이프(600C)의 스케치이고, 이에 의해 광학 경로(L0, L1, L2, L21, L3)는 2개의 광학 구조(P1, P2)의 굴절률 변화에 의해 적어도 부분적으로 기인하여 굴절되고, 광 파이프(600)의 외부 측벽 중 하나(제1 외부 측벽(S24))에 의해 반사된다. 현재 도면에서, 입사 광선(L0)이 외부 입사 표면(S01)에 수직이고, 입사 광선(L0)이 입사 표면 법선(R01)에 평행하고, 외부 입사 각도(θ₀₁)가 90°이며 내부 입사 각도(θ₁₀)가 90°임에 유의한다. 또한, 출사 광선(L3)이 출사 표면(S23)에 수직이고, 출사 광선(L3)이 출사 표면 법선(R23)에 평행하고, 제4 표면 출사 각도(θ₂₃)가 90°이며, 외부 출사 각도(θ₃₂)가 90°임에 유의한다.

상기 설명에서, 접힘 각도는 광에 대해, 즉 "광의 관점"으로부터 또는 광 입사 광선(L0) 및 광 출사 광선(L3)의 방향에 대해 정의되었다. 대안적으로, 접힘 각도는 광 파이프(600)의 요소들의 기계적 구성과 관련하여 설명될 수 있다. 종축(R1)은 제1 광학 구조(P1)의 긴 치수(606)에 평행하게 정의된다. 종축(R1)이 입사 표면(S01)에 수직인 것으로 제한되지 않고 입사 광선(L0)에 평행한 것으로 제한되지 않음에 유의한다. 현재 예에서, 종축(R1)은 입사 표면(S01)에 수직이고 입사 광선(L0)에 평행하다. 도 2A 및 도 2B의 예에서, 종축(R1)은 입사 표면(S01)에 수직이거나 그렇지 않을 수 있고, 입사 광선(L0)에 평행하지 않다. 종축(R1)은 접힘 각도에 대한 입사 기준의 역할을 한다. 출사 표면 법선(R23)은 접힘 각도에 대한 출사 기준의 역할을 한다. 기계적 접힘 각도는 그 다음, 종축(R1)과 출사 표면 법선(R23) 사이의 각도에 의해 정의된다.

도면에서, 입사 표면(S01)은 일반적으로, 제1 광학 구조(P1)의 종축(R1)에 수직으로 그려지지만, 이 구현예는 제한적이지 않으며, 어딘가에서 설명된 바와 같이 입사 표면(S01)은 제1 광학 구조(P1)의 종축(R1)에 대해 수직이 아닐 수 있다(90°가 아닌 다른 각도로, 또는 비스듬하게 기울어진다).

제2 광학 구조(P2)는 전형적으로, 제1 광학 구조(P1)와 일직선 상에 있고 따라서, 제2 광학 구조(P2)의 제2 종축(R2)은 전형적으로 제1 광학 구조(P1)의 제1 종축(R1)과 동일하거나, 평행하거나, 실질적으로 동일한 방향이다. 이 구현예는 제한적이지 않으며, 당업자는 제2 광학 구조(P2)의 제2 종축(R2)이 제1 종축(R1)의 방향과 다른 방향일 수 있음을 이해할 것이다. 현재 설명에서, 광 파이프(600)의 전체 효과를 명확하게 정의하는 것을 돕기 위해, 제2 광학 구조(P2)의 출사부는 제1 광학 구조(P1)(및 제1 종축(R1))에 대해 정의된다. 도면에서, 단순화를 위해 광학 구조 표면(예를 들면, 입사 표면(S01), 제1 외부 측벽(S24), 및 출사 표면(S23))이 일반적으로 평평한 표면(직선)으로서 그려지지만, 이 구현이 제한적이지 않으며, 광학 구조의 표면이 만곡된 것과 같은 다른 형상일 수 있음에 유의한다. 예를 들면, 입사 표면(S01), 제2 표면(S12), 및/또는 출사 표면(S23)은 만곡될 수 있고, 따라서 광 파이프의 각각의 입사부 및 출사부에서 렌즈를 구현한다.

출사 표면(S23)이 다양한 형상일 수 있지만, 후속 디바이스에 대한 기계적 부착 및 제조의 용이성을 위해, 광 파이프(600)의 측면에 또한 수직인 직선 표면이 종종 바람직하다.

도면에서, 제1 광학 구조(P1)의 제1 폭(W1)은 일반적으로, 제2 광학 구조(P2)의 제2 폭(W2)과 실질적으로 같게 그려져 있다. 광학 구조의 폭은 하기에서 설명된 일부 예 중 일부가 상세히 기술되는 것처럼 반드시 같지 않다. 광학 구조의 폭은 일반적으로, 광 파이프(600)의 장축(종축(R1)과 같음)에 비해 즉, 종축(R1)에 전형적으로 수직인 광 파이프(600)의 단축을 따른다.

도 4는 도 3의 광 파이프(600C)와 유사한 광 파이프(600D)의 스케치이다. 현재 도면에서, 광학 경로, 광선(L1)은 제2 표면(S12)에서 제1 광학 구조(P1) 내부의 프레넬 반사에 의해 부가적인 반사(640)를 겪어서, 광선(L12)을 광 파이프(600D)의 제4 외부 측벽(S15)을 향해 반사한다. 제4 외부 측벽(S15)에서의 제2 부가적인 반사(642)(내부 전반사에 의함)는 광선(L13)을 제2 표면(S12)을 향해 반사한다. 광선(L13)은 제1 광학 구성요소(P1)로부터 제2 광학 구성요소(P2)로 굴절되어, 상기 설명된 바와 같이 광학 경로를 따라 계속된다.

도 5는 도 4의 광 파이프(600D)와 유사한, 또 다른 실시형태에 따른 광 파이프(600E)의 스케치이다. 현재 실시형태에서, 광학 구조는 동일한 재료로 구성되고 갭(650) 이 경우에, 에어 갭에 의해 분리된 2개의 프리즘으로서 구현된다. 이 경우에, 경계면(620)은 제2 표면(S12), 제3 표면(S21), 및 갭(650)의 영역을 포함한다. 제1 프리즘은 제1 굴절률이 η₁인 제1 광학 구조(P1)이고 제2 프리즘(P11)은 η₁의 제1 굴절률을 갖는 다른 광학 구조이다. 상기 설명된 바와 같이, 이 예시적인 구현예는 제한적이지 않으며, 2개 이상의 광학 구조가 사용될 수 있다. 광학 구조 중 2개 이상은 상이한 굴절률을 가질 수 있거나, 광학 구조 중 2개 이상은 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 외부 측벽은 제2 광학 구조(P2)에 대해 제1 외부 측벽(S24), 제2 외부 측벽(S25)으로서 지정되고, 제1 광학 구조(P1)에 대해 제3 외부 측벽(S14) 및 제4 외부 측벽(S15)으로서 지정된다. 프리즘(P1, P11)의 외부 측벽(S14, S15, S24, S25)에 대한 (에어)갭(650)의 각도 및 간격과 광학 구조 표면의 각도(제2 표면(S12) 및 제3 표면(S21)은, 예를 들면, 서로 평행하거나 평행하지 않을 수 있음)는 광 파이프 내부에서(광선(652) 사이) 전파하는 유용한 광선의 전체 범위가 내부 전반사에 의해 에어 갭에서 반사되고 그 다음, 제4 외부 측벽(S15)(내부 전반사에 의함)으로부터의 반사가 다시, 임계 각도 미만의 각도로 에어 갭에 다시 입사되며 그에 의해, 제1 프리즘(P1)으로부터 에어 갭(650)을 통해 제2 프리즘(P11)으로 투과되도록 결정된다. 결과적으로, 빔(광선(652) 사이)이 좁아지고(빔(654) 사이의 범위) 전환된다. 제1 프리즘(P1) 상부 제4 외부 측벽(S15)으로부터의 반사가 존재하는 경우, 에어 갭(650)에서의 반사에 이어 임계 각도 미만으로 입사되어 에어 갭(650)에서의 투과를 방지하기 위해, 거울(예컨대, 반사 코팅 또는 반사 표면)이 반사가 발생하는 상부 제4 외부 측벽(S15)의 영역에 적용될 수 있다.

도 6은 주 광선(광학 경로(L0, L1, L2, L21, L22, L3))의 2개의 내부 반사가 존재하는 도 7에 도시된 부가적인 구성요소를 갖는 도 2B에 도시된 실시형태의 변형을 도시한다. 현재 실시형태에서, 제2 광학 구조(P2)에서, 광 파이프(600F)의 제1 외부 측벽(S24)은 광학 경로(이 경우에, 광선(L2))가 광선(L21)으로 제1 외부 측벽(S24)에 의해 광 파이프(600F) 내부에서 특정 각도(제9 각도, α, "알파")로 부가적으로 반사되도록 반사 코팅 층으로 코팅될 수 있다. 유사하게, 광 파이프(600F)의 제2 외부 측벽(S25)은 광학 경로(이 경우에, 광선(L21))가 광선(L22)으로 제2 외부 측벽(S25)에 의해 광 파이프(600F) 내부에서 특정 각도(제10 각도, β)로 부가적으로 반사되도록 반사 코팅 층으로 코팅될 수 있다. 대안적으로, 또는 게다가, 광 파이프(600)는 외부 측벽(이 경우에, 제1 외부 측벽(S24) 및 제2 외부 측벽(S25))이 내부 전반사(TIR)를 사용하여 광학 경로의 하나 이상의 부분을 반사하도록 구성될 수 있다.

제5 기준선(S5)은 입사 표면(S01)에 수직인 구성선이다. 제5 기준선(S5)은 제2 외부 측벽(S25)과 교차한다. 제10 각도(β)는 제5 기준선(S5)과 제2 외부 측벽(S25) 사이에 정의된다. 제10 각도(β)는 광 파이프(600)의 다른 표면에 대한 제2 외부 측벽(S25)의 방향을 정의하는 것을 돕기 위해 사용된다. 이 실시형태에서, 제2 매체(P3)로 되돌아가기 전에 광축의 입사 각도(θ₂₃)는 방정식(θ₂₃=θ₂₁-(δ-γ)- 2*α-2*β)에 의해 주어진다.

도 7은 도 6의 실시형태에 따른 광 파이프(600F)의 스케치이다. 명료함을 위해, 도 6의 모든 요소가 도시되는 것은 아니다. 현재 도면에서, 제2 광학 구조(P2)의 측벽(S24, S25)은 서로 평행하고 입사 표면(S01)에 수직이다. 따라서, 제4 기준선(S4)은 평행하여, 제1 외부 측벽(S24)과 일치하며, 제9 각도(α)는 제로이다(0°). 유사하게, 제5 기준선(S5)은 평행하여, 제2 외부 측벽(S25)과 일치하고, 제10 각도(β)는 제로이다(0°).

도 8은 각을 이룬 입사 표면(S01)을 더 포함하는, 도 9에 도시된 실시형태의 변형의 표현을 도시한다. 상기 설명된 실시형태 중 임의의 것과 조합하여, 광 파이프(600)는 입구 표면, 외부 입사 표면(S01)(즉, 기본 매체(P0)와 제1 광학 구조(P1) 사이의 경계면)이 특정 각도(제11 각도, ψ, "psi")로 기울어지도록 각을 이룰 수 있다. 도 8에 도시된 표현이 부가적인 기울기 각도(ψ)를 갖는 도 6에 도시된 표현임에 유의한다. 기울기 각도는 도 2B와 같은 다른 표현에도 적용될 수 있다. 상기 설명과 유사하게, 제6 기준선(S6)은 입사 표면(S01)이 이제 기울어짐에 따라, 입사 표면(S01) 대신에 기준으로서 사용된 구성선이다. 제6 기준선(S6)은 입사 표면(S01)과 교차한다. 제11 각도(ψ)는 제6 기준선(S6)과 입사 표면(S01) 사이에 정의된다. 제11 각도(ψ)는 광 파이프(600G)의 다른 표면에 대한 입사 표면(S01)의 방향을 정의하는 것을 돕기 위해 사용된다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 광 파이프(600G)의 스케치이며, 여기서 광 파이프의 외부 측벽(즉, 2개의 광학 구조의 외부 측벽)이 가늘어져서, 가늘어진 측벽을 갖는 광 파이프를 야기한다. 제1 광학 구조(P1)는 입사 단부(602)에서 제1 폭(W1)을 가지며, 이는 현재 도면에서, 또한 입사 표면(S01)의 폭이다. 제1 광학 구조(P1)는 제2 표면(S12) 근처에서 제3 폭(W11)까지 광학 경로(광선(L1)) 방향의 종축(R1)을 따라 폭이 증가한다. 제2 광학 구조(P2)는 제3 표면(S21) 근처에서 제4 폭(W22)을 갖는다. 제2 광학 구조(P2)는 출사 표면(S23)을 향한 제2 표면(S12)으로부터 광학 경로(L2, L21, L22)의 방향으로 종축(R1)을 따라 출사 표면(S23) 근처의 제2 폭(W2)으로 폭이 감소한다. 대안적으로, (현재 도면에 도시되지 않음) 제1 광학 구조(P1)는 폭이 감소하거나 일정하게 유지될 수 있고 제2 광학 구조(P2)는 종축(R1)을 따라 폭이 증가하거나 일정하게 유지될 수 있다.

현재 도면에서, 제1 외부 측벽(S24)에 대한 제9 각도(α) 및 제4 기준선(S4) 뿐만 아니라, 제2 외부 측벽(S25)에 대한 제10 각도(β) 및 제5 기준선(S5)이 도시된다. 제3 외부 측벽(S14) 및 제4 외부 측벽(S15)에 대한 대응하는 기준선 및 각도는 도시되지 않는다. 이 설명에 기초하여, 당업자는 이 요소를 적절하게 취급할 수 있을 것이다.

도 10은 동일한 접합 표면 각도를 갖는 광 파이프의 상이한 구조(부분)이 에어 갭(660)에 의해 분리되는 광 파이프(600I)의 스케치이다. 현재 예시적인 도면에서 광학 구조는 동일하거나 다른 굴절률을 가질 수 있는 2개의 구조(P1, P2)이다. 현재 도면은 도 5와 유사하다. 현재 예시적인 도면에서, 제2 표면(S12) 및 제3 표면(S21)은 도 5의 예시적인 실시형태와 비교하여 서로 갭 각도(1000)에 있고, 여기서 제2 표면(S12) 및 제3 표면(S21)은 서로 평행하다. 이 경우에, 경계면(620)은 제2 표면(S12), 제3 표면(S21), 및 갭(660)의 영역을 포함한다. 제2 표면(S12)이 종축(R1)에 수직(및 입사 표면(S01)에 평행함)이지만, 제3 표면(S21)은 종축(R1)에 대해 비스듬하고, 따라서 경계면(620)은 광 파이프(600)의 종축(R1)에 대해 비스듬한 것으로 간주된다.

도 11 및 도 12는 상이한 광학 구조(P1, P2)가 대응하는 갭 굴절률(η₄)를 갖는 광학 매체(672)로 선택적으로 채워진 갭(670)에 의해 분리되는 광 파이프(600J, 600K)의 스케치이다. 이 경우에, 경계면(620)은 제2 표면(S12), 제3 표면(S21), 갭(670), 및 광학 매체(672)의 영역을 포함한다. 광학 매체는, 예를 들면, 광학 시멘트 및 광학 겔로서 포함한다. 3개의 구조[제1 광학 구조(P1)(η₁), 제2 광학 구조(P2)(η₂), 갭(670)(η₄)]에 대해 적어도 2개의 상이한 굴절률이 사용되어야 하고, 따라서 광학 경로는 종축(R1)을 따라 굴절된다. 현재 도면이 갭(670)이 평행한 표면 이 경우에, 제2 표면(S12)과 제3 표면(S21) 사이에 있는 것으로 도시되어 있지만, 이 구현예는 제한적이지 않으며, 갭(670)은 도 10을 참조하여 설명된 바와 같이 갭 각도(1000)를 포함할 수 있다. 분리가 광학 매체에 의한 것인 구현예에서, 효율성을 개선하기 위해, 광 파이프의 외부 측벽 사이의 거리(폭)는 2개의 상이한 굴절률의 경계면(620) 뒤의 광 파이프의 섹션에서 증가될 수 있다(즉, 광 파이프를 넓힐 수 있다). 이 경우에, 제2 광학 구조(P2)를 넓힌다. 선택적으로, 예를 들면, 제1(P1) 광학 구성요소로부터 제2(P2) 광학 구성요소로의 광 투과의 효율성을 개선하기 위해 하나 이상의 반사 방지 코팅이 상이한 광학 구조 사이에 부가될 수 있다.

도 11은 외부 측벽 사이의 거리가 일정하게 유지되는 광 파이프(600J)를 도시하며 - 이 경우에, 광 손실, 즉 감소된 효율성을 초래한다. 현재 도면에서, 제1 광학 구조(P1)의 제1 폭(W1)은 제2 광학 구조(P2)의 제2 폭(W2)과 실질적으로 같다. 출사 광선(L33)의 일부는 나머지 빔(출사 광선(L3))과 함께 광 파이프(600J)를 빠져나가지 않지만, 오히려 상부 표면(제1 외부 측벽(S24))으로부터의 부가적인 반사를 가질 것이며, 시스템에 대해 손실될 대역(W33)에 있다(출사 표면(S23)으로부터 사용 가능한 출사 각도 범위 내에서 출사되지 않음).

도 12는 경계면(620) 뒤의 섹션(갭(670) 뒤의, 제2 광학 구조(P2))에서, 외부 측벽(제1 외부 측벽(S24) 및 제2 외부 측벽(S25)) 사이의 거리가 제2 폭(W2)으로부터 제5 폭(W23)으로 증가되고 - 그에 의해 출사 표면(S23)으로부터 출사되는 모든 출사 광선(L31)에 의해 보여지는 바와 같이 효율성을 보존하는 광 파이프(600K)를 도시한다. 이 경우에, 제5 폭(W23)은 제2 폭(W2)보다 크다. 결과는 제1 섹션(제1 광학 구조(P1), 즉 프리즘에 대응함)보다 넓은 제2 섹션(제2 광학 구조(P2), 즉 프리즘에 대응함)을 갖는 광 파이프(600K)이다.

도 13A는 경사진 입구(1302) 및 출구(1304) 표면을 갖는 슬래브형 구조로서 형성된 단일 기본 광학 구조(1310)로 구성된 광 파이프(1300A)의 스케치이다. 광학 구조(1310)는 직사각형 슬래브를 취하고 슬래브의 단부에서 대응하는 대각선 절단을 함으로써 형성될 수 있다. 결과적인 광 파이프(1300A)는 종이의 평면의 단면에서 사다리꼴 형상을 갖는다. 이등변 사다리꼴로서 구현될 때, 입구 표면(1302)을 통해 광 파이프(1300A)에 진입하는 입사 광(L0)의 입사 각도, 및 출구 표면(1304)을 통해 광 파이프(1300A)의 외부로 연결된 광(L4)의 각도는 같다.

도 13B는 입구 표면(1302)에 대해 상이한 각도에서 L0의 광을 갖는, 도 13A의 광 파이(1300A)의 스케치이다. 도 13A에 도시된 광 파이프(1300A)가 단일 구조(기본(1310))로 형성되는 장점을 가질지라도, 광 파이프(1300A)는 외부 연결 광 손실, 즉 출사 표면(1304)으로부터 밖으로 연결되지 않고, 광 파이프(1300A)의 외부 벽으로부터 밖으로 연결되는 출사 광(L5)에 의해 도시되는 바와 같이 감소된 효율을 겪을 수 있다.

도 13C는 도 13A 및 도 13B에 도시된 실시형태의 변형을 포함하는 광 파이프(1300B)의 스케치이다. 현재 실시형태인 광파이프(1300B)는 외부 연결 광(L5) 손실을 회피하고, 그에 의해 효율성을 보존한다. 이 실시형태에서, 외부 연결 웨지(예컨대, 프리즘) 형태의 부가적인 광학 구조(1312)는 단일 기본 광학 구조(1310)에 부착된다. 이 경우에, 단일 광학 구조의 이전 출구 표면(1304)은 종이의 평면의 단면의 우측 사다리꼴을 야기하는 단일 기본 광학 구조(1310)의 우측 단부(시트에 그려진 바와 같이 비제한적인 방향 참조)에서 수직으로 절단함으로써 단일 기본 광학 구조(1310)의 출구 표면(1306)을 형성함으로써 대체될 수 있다. 2개의 광학 구조(1310, 1312)는 상이한 굴절률을 가질 수 있거나, 2개의 광학 구조(1310, 1312) 사이의 접합 표면(즉, 경계면(620))에서 원하지 않는 반사/굴절을 방지하기 위해 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 광파이프(1300B)는 이제, 부가적인 광학 구조(1312)로부터의 새로운 출사 표면(1308)을 갖는다.

도 13D는 내부 연결 손실을 보여주는 도 13C의 광 파이프(1300B)의 스케치이다. 현재의 광 파이프(1300B)가 외부 연결 광 손실(L5)을 회피할지라도, 광 파이프(1300B)는 단일 기본 광학 구조(1310)가 형성되는 재료의 굴절률에 적어도 부분적으로 기인한 내부 연결 광 손실(L6)의 영향을 받을 수 있다. 현재 도면에서 볼 수 있듯이, 단일 기본 광학 구조(1310)의 굴절률이 충분히 높지 않으면, 입구 표면(1302)을 통해 단일 기본 광학 구조(1310)에 진입하는 광선(L0)의 일부는 굴절된 광선이 단일 기본 광학 구조(1310)의 하단 표면에 부딪힐 때, 굴절된 광선이 단일 기본 광학 구조(1310) 내에서 내부 전반사를 겪지 않을 수 있도록, 가파른 각도로 굴절될 수 있다. 따라서, 2개의 광학 구조(1310, 1312)가 형성되는 재료(들)는 입구 표면(1302)을 통해 단일 기본 광학 구조(1310)에 진입하는 광선(L0)이 단일 기본 광학 구조(1310)의 하단 표면에 부딪힐 때 내부 전반사(TIR)를 겪도록 충분히 얕은 각도로 굴절되도록 충분히 높은 굴절률(바람직하게는, 1.60 이상)을 갖는 것이 바람직하다.

도 13E는 도 13C 및 도 13D의 광 파이프(1300B)의 스케치이고, 여기서 단일 기본 광학 구조(1310)는 입사 광(L0)이 단일 기본 광학 구조(1310)의 하단 표면에 부딪힐 때 TIR를 야기하도록 충분히 높은 각도로 입사 표면(1302)에서 굴절되는 충분히 높은 굴절률의 재료로 만들어진다.

도 13F는 도 13C의 광 파이프(1300B)의 변형인 광 파이프(1300C)의 스케치이다. 현재 도면에서, 입사 표면(1302A)은 입사 표면(1302)으로부터 시트에서 수직으로 "반전"되어, 단일 기본 광학 구조(1310)에 이전에 설명된 광파이프(1300B)의 입사 표면(1302)으로부터 90°회전된 입사 표면(1302A)을 제공한다. 두 광 파이프(1300B, 1300C)의 기능은 유지된다.

도 13G는 도 13C에 도시된 실시형태의 변형의 스케치이다. 광 파이프(1300B)는 시준 렌즈(1320)가 단일 기본 광학 구조(1310)(즉, 사다리꼴 구조)의 입구 표면(1302)에 또는 그 근처에 배치되는 광학 장치의 일부이다. 시준 렌즈의 사용은 광원 빔(L7)의 각도 범위를 감소시켜, 광파이프(600)에 대한 입사 광선(L0)의 내부 연결 손실을 감소시킨다. 시준 렌즈(1320)는 광학 시멘트를 통해 입구 표면(1302)에 부착될 수 있거나, 시준 렌즈(1320)와 입구 표면(1302) 사이에 에어 갭이 유지된 상태에서 입구 표면(1302) 근처에 배치될 수 있다. 에어 갭이 유지되는 실시형태에서, 시준 렌즈(1320)는 기계적 배열을 통해 제자리에 유지될 수 있다. 광원(610)은 제공된 광을 시준하고 입구 표면(1302)에 광의 시준된 빔(L01)을 출사하는 시준 렌즈(1320)에 광을 제공한다. 현재 구성은 시준된 출사 빔(L31)을 야기한다.

도 13H는 도 13G에 도시된 실시형태의 변형의 스케치이다. 현재 실시형태에서, 시준 렌즈(1320) 대신 프레넬 렌즈(1330)가 사용된다. 프레넬 렌즈(1330)의 사용은 시준 렌즈(1320)의 사용에 비해, 단일 기본 광학 구조(1310)의 입구 표면에 더 넓은 범위의 각도를 커버하는 광선(L01)을 제공할 수 있는 장점을 갖는다. 프레넬 렌즈(1330)를 사용하는 또 다른 장점은 기계적이어서, 시준 렌즈(1320)에 비해 동일한 체적에 대해 더 작은 초점 길이를 제공한다. 프레넬 렌즈(1330)는, 예를 들면, 광학 시멘트 또는 에어 갭을 사용하여 시준 렌즈(1320)의 상기 설명된 배치와 유사한 단일 기본 광학 구조(1310)를 갖는 광학 장치에서 구성될 수 있다.

도 13I는 도 13A 및 도 13G에 도시된 실시형태의 변형의 스케치이다. 현재 실시형태에서, 시준 렌즈(1320) 대신에 피라미드(1340)(예를 들면, 유리 또는 플라스틱으로 만들어짐)가 사용된다. 피라미드(1340)의 사용은 굴절 대신에 반사를 사용하는 장점을 갖는다. 피라미드(1340)는 부분적으로 광원(610)(예를 들면, LED)이 피라미드(1340) 입구와 접촉할 수 있기 때문에, 시준 렌즈(1320)보다 양호한 광원 빔(L7)을 수집한다. 전형적으로, 시준 렌즈(1320)와 같은 일반 렌즈를 사용할 때, 광원(610)과 렌즈 표면 사이의 거리가 유지될 필요가 있다. 예를 들면, 소스는 적절하게 작동하기 위해 렌즈의 초점 표면에 있어야 할 수 있다. 결과적으로, 광원 빔(L7)으로부터 높은 각도의 광선이 손실된다. 피라미드(1340)를 사용하여, 광원 빔(L7)으로부터 상대적으로 더 높은 각도의 광선이 수집될 수 있다. 일 대안적인 실시형태에서, 피라미드(1340)를 사용하는 대신에, 만곡된(비 직선) 측벽을 갖는 반사 렌즈가 사용될 수 있다. 피라미드(1340)는, 예를 들면, 광학 시멘트 또는 에어 갭을 갖는 시준 렌즈(1320)의 상기 설명된 배치와 유사한 단일 기본 광학 구조(1310)를 갖는 광학 장치(1300D)에서 구성될 수 있다.

현재 도면에서, 단일 기본 광학 구조(1310)의 출사부는 도 13A을 참조하여 상기 설명된 바와 같이 출구 표면(1304)이다. 현재 실시형태에서, 확산기(1350)는 출구 표면(1304)에 인접하게 구성된다. 확산기를 사용하는 한 가지 예시적인 장점은 더 양호한 컬러 혼합을 위한 것이다. 광파이프의 출사부에서 그리고 광학 장치의 구성요소로서 확산기를 사용하는 것은 일 선택적인 실시형태이다.

특정 실시형태에 따르면, 광 파이프를 형성하는 광학 구조는 입구 표면/개구부(S01)(즉, 기본 매체(P0)와 제1 광학 구조(P1) 사이의 경계면)에서의 광축(R01)이 출구 표면/개구부(S23)(즉, 제2 광학 구조(P2)와 기본 매체(P3) 사이의 경계면)에서의 광축(R23)에 직교하도록 배열될 수 있다.

특정 실시형태에 따르면, 반사 방지 코팅은 광 파이프를 형성하는 2개의 광학 구조 사이의 접합 표면(즉, 2개의 표면이 인접하는 경계면(620), 또는 에어 갭에 인접한 표면)에 적용될 수 있다.

특정 실시형태에 따르면, 반사 코팅은 광 파이프의 외부 표면(외부 측벽)의 일부 또는 전부에 적용될 수 있다.

특정 실시형태에 따르면, 굴절률 매칭 광학 시멘트 또는 광학 겔은 광 파이프를 형성하는 2개의 광학 구조 사이에 배치될 수 있다. 광학 시멘트 또는 광학 겔의 굴절률은 광학 구조가 구성되는 병치된 재료 중 하나와 매칭될 수 있다.

특정 실시형태에 따르면, 의도적으로 매칭하지 않는 굴절률을 갖는 광학 시멘트 또는 광학 겔은 광 파이프를 형성하는 2개의 광학 구조 사이에 배치될 수 있다.

당업자는 일반적인 광 파이프 동작에 대한 전형적인 치수 및 요구조건을 이해할 것이다. 예를 들면, 광 파이프(600)의 긴 치수(606)는 전형적으로, 광 파이프(600)의 길이로서 언급되고, 광 파이프의 짧은 치수(폭)보다 상당히 더 길다(예를 들면, 10배 더 큼). 광 파이프(600)의 단면은 전형적으로 직사각형이지만, 이것은 제한적이지 않으며, 다른 단면, 예를 들면, 원형이 사용될 수 있다. 광 파이프(600)의 전형적인 두께는 1 내지 5㎜이다. 광 파이프(600)의 전형적인 길이는 10 내지 60㎜이다.

광 파이프(600)는 광(입사 광선(L0))을 입사 표면(S01)으로부터 출사 표면(S23)으로 바람직하게는, 조명 세기의 무시할 수 있는 손실을 갖고 전달한다. 현재 발명의 실시형태는 인입하는 광의 방향을 변경하고, 광은 주어진 개구부를 통해 광 파이프(600)에 진입하고 실질적으로 유사한 개구부를 통해 광 파이프(600)를 빠져나간다. 광의 광학 경로가 재지향되고, 광 파이프(600)를 통한 광학 경로의 편차.

입사 광의 각도의 범위는 다양할 수 있다. 예를 들면, L0의 광은 0°와 +-60° 사이의 외부 입사 각도(θ₀₁)에 있을 수 있다(단순성을 위해, 단지 +-60°로서 언급됨). L0는 광원(610)에서 시작하여 외부 입사 표면(S01)에 충돌하는 원추형 광의 광선 중 임의의 것일 수 있다. 또 다른 비제한적인 예에서, 입사 광(L0)은 입사 표면 법선(R01) 주위에서, 예를 들면, -30°와 +40°의 각도 사이에서 비대칭일 수 있다. 현재 사용 중인 LED 소스는 +-90°의 가능한 입사를 포함한다. 유사하게, 광 출사(L3)는 0°와 +-60° 사이의 출사 각도(θ₃₂)에 있을 수 있다(단순화를 위해, 단지 +-60°로 지칭됨). 또 다른 비제한적인 예에서, 광 출사(L3)는 출사 표면 법선(R23) 주위에서, 예를 들면, -20°와 +30°의 각도 사이에서 비대칭일 수 있다. 한 가지 바람직한 구현예는 +-40°의 출사 범위이다. 도 9의 광 파이프(600G)는 광 출사(L3)의 각도 범위를 변경하기 위해 사용할 수 있다. 예를 들면, 제2 광학 구조(P2)가 가늘어지는 것은 출사 각도의 범위를 감소시키고/시키거나 전파되는 광선을 관심 있는 각도로 집중시키기 위해 사용될 수 있다. 유사하게, 입사 각도의 범위가 출사부에서 원하는 범위보다 넓다면(더 크면), 제2 광학 구조(P2)는 각도의 출사 범위를 감소시키기 위해 가늘어질 수 있다. 유사하게, 입사 각도의 범위가 출사부에서 원하는 범위보다 좁은(더 작은) 경우, 제2 광학 구조(P2)는 각도의 출사 범위를 증가시키기 위해 폭(W22 내지 W2)이 증가될 수 있다.

도 14A는 광 파이프의 일 대안적인 구현예의 스케치이다. 지금까지 설명된 실시형태가 서로 상이한 굴절률을 갖는 2개의 메인 광학 구조(예컨대, 프리즘, 예를 들면, 제1 광학 구조(P1) 및 제2 광학 구조(P2))로 구성된 광 파이프에 관한 것일지라도, 단일 메인 광학 구조(즉, 블록, 현재 도면에서 제1 광학 구조(P1))가, 예를 들면, 블록의 출사 표면(S12)에 배치된 마이크로프리즘(1360)의 어레이와 결부하여 사용되는 다른 실시형태가 가능하다. 현재 도면은 광 파이프가 단일 메인 블록(P1)에 남아 있고 블록 출사부에서 방사된 광(L31)의 방향이 블록 출사부에서 마이크로프리즘(1360)의 어레이를 통해 조정될 수 있는 이러한 실시형태를 도시한다. 마이크로프리즘(1360)의 어레이는 방사된 광(L31)의 방향을 표면(S12)에 수직이 아닌 방향으로 변경하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 블록 출사부(S12)에서 상업적으로 이용 가능한 방향 전환 필름(DTF)을 배치함으로써 동일하거나 유사한 기능이 성취될 수 있다.

도 14B는 도 14A에 도시된 실시형태의 변형의 스케치이다. 현재 도면에서, 확산기(1360)는 마이크로프리즘(1360)의 어레이의 출사부에 배치된다. 확산기(1350)는 더 넓은 범위의 각도(L32)를 커버하고/하거나, 컬러 혼합을 개선하도록 마이크로프리즘 어레이에 의해 출사되는 광을 더 확산시키는 효과를 갖는다. 확산기(1350)는 각도(L32)로서 도시된, (출사 광선(L31)의) 중심 광선 주위의 각도의 범위를 성취하기 위해 사용될 수 있다.

도 14C는 확산기(1350)가 부가적인 광학 구조(1312), 즉, 웨지(프리즘)의 출사부(1308)에 배치되는 도 13C, 도 13E 및 도 13G에 예시된 실시형태의 변형의 스케치이다. 도 14B를 참조하여 설명된 실시형태와 마찬가지로, 도 14C의 확산기(1350)는 더 넓은 범위의 각도를 커버하고/하거나, 컬러 혼합을 개선하기 위해 부가적인 광학 구조(1312)에 의해 출사되는 광(L32)을 확산시킨다.

도 15A는 도 13C 내지 도 13I의 광 파이프의 측면 뷰(1500) 및 상단 뷰(1502)의 스케치이다. 현재 도면은 적어도 부분적으로, 새로운 출사 표면(1308)으로부터 출사될 단일 기본 광학 구조(1310)로부터의 광 손실을 회피하기 위해 외부 연결 웨지(부가적인 광학 구조(1312))의 치수를 정의한다. "Y"는 외부 연결 웨지의 최소 길이이고(단일 기본 광학 구조로부터 출사 표면까지의 에지를 따름), "h"는 단일 기본 광학 구조(1310)의 높이이고, "Z"는 입력 표면으로부터 출사 표면까지의 광파이프의 길이이고, "a"는 인입하는 광선이 웨지의 확장이 광파이프의 다른 표면과 만나는 곳에서 교차하기 위해 광파이프의 측면으로부터 반사되는 각도이고, "H"는 (출사 표면에 대한 웨지/부가적인 광학 구조(1312)의 에지로부터의) 외부 연결된 광선의 높이이고, "V"는 광 파이프 기본 광학 구조(1310) 위의 웨지의 높이이며, "θ"는 기본 광학 구조(1310)의 표면과 출사 표면 사이의 웨지의 각도이다.

"Y=h tan a Z"는 TIR에 의해 광파이프(1500)에서 전파되는 광선의 손실을 회피하기 위한 외부 연결 웨지(부가적인 광학 구조(1312))의 최소 길이이다.

"H=h+[V/[1+[tan θ/tan a]]]"이고, 여기서 "H"는 외부 연결 웨지(부가적인 광학 구조(1312))의 최소 높이이다.

충분한 컬러 혼합을 허용하는 전형적인 비는 "5<[Z/h]<10"이다.

도 16A는 출사 광(1603)으로의 입사 광(1602)의 광학 경로의 재지향을 성취하기 위해 반사 코팅(1606)(즉, 거울 코팅)을 사용하는 종래의 접힌 광 파이프(1600)의 스케치이다. 현재 구성에서, 적어도 2개의 광선 배열을 통해 광 파이프(1600)를 통한 전파 동안 광이 손실될 수 있고, 예를 들면, 입사 광(1604)은 손실된 출사 광(1605)으로서 외부 연결되고 입사 광(1608)은 손실된 출사 광(1609)으로서 외부 연결된다(빠져나옴).

현재 및 다음 도면의 명확성을 위해, 광학 경로의 굴절은 도시되지 않음에 유의한다.

도 16B는 개선된 광 파이프(1610)의 스케치이다. 현재 실시형태에서, 경계면(1620)은 제1 광학 구조(P1)와 제4 광학 구조(P4) 사이에 구성되고, 또한 제4 광학 구조(P4)와 제2 광학 구조(P2) 사이에 구성된다. 제4 광학 구조(P4)는 제1(P1) 및 제2(P2) 광학 구조에 인접하는 측면이 아닌 제4 광학 구조(P4)의 측면에 구성된 미러링된(mirrored) 내부 표면(1606)을 갖는다. 전형적인 경계면(1620)은 낮은 인덱스 광학 시멘트를 사용하고 있다. 이 낮은 인덱스 경계면(들)(1620)은 낮은 각도(표면의 법선에 대해)의 전파되는 광선이 경계면(1620)를 통과하는 것을 허용하고, 높은 각도의 전파되는 광선은 TIR에 의해 반사될 것이다.

경계면(1620)(예시적인 경계면(1620A 및 1620B)으로서 도시된 각각의 경계면)은 적어도 부분적으로 TIR(1616)(각각의 예시적인 TIR(1616A 및 1616B)로서 도시됨)을 생성하고 광 손실을 회피한다. 현재 도면에서, 경계면(1620)은 영역(1616)에서 TIR을 야기한다. 전파되는 입사 광(1604)은 경계면(1620B)에서 TIR(1616B)을 겪고, 광은 제2 광학 구조(P2)를 계속 통과하고, 출사 광(1615)으로서 광 파이프(1610)의 출사 표면을 빠져나간다. 전파되는 입사 광(1608)은 경계면(1620A)에서 TIR(1616A)을 겪고, 광은 제2 광학 구조(P2)를 계속 통과하고, 출사 광(1619)으로서 광 파이프(1610)의 출사 표면을 빠져나간다. 따라서, 종래의 구현(도 16A, 1605, 1609)에서 손실되는 2개의 광선 배열(입사 광(1604 및 1608))은 부가적인 낮은 인덱스 경계면(1620)의 현재 실시형태를 사용하여 보존된다(1615, 1619).

일 대안적인 실시형태에서, 경계면(들)(1620)은 에어 갭(들)과 함께 구현될 수 있다. 현재 도면에서, 비제한적인 구현예에서, 입사 표면(S01)과 출사 표면(S23)은 거울(1606)의 기울기에 대해 반대 방향(예를 들면, 직교)으로 기울어진다. 상기 설명된 바와 같이, 입사 표면(S01)의 기울기는 제11 각도(ψ)를 사용하여 설명될 수 있고 출사 표면(S23)의 기울기는 제8 각도(γ)를 사용하여 설명될 수 있다.

도 16C는 도 16B의 개선된 광 파이프(1610)의 스케치이지만, 3차원(3D)으로 그리고 입사 및 출사 표면의 대안적인 기울기 및 회전과 함께 스케치된다. 광 파이프(1630)의 현재 실시형태에서, 입사 표면(S01)과 출사 표면(S23)은 거울(1606)의 기울기에 대해 동일한 방향(예를 들면, 평행)으로 기울어진다. 상기 설명된 바와 같이, 입사 표면(S01)과 출사 표면(S23)은 광 파이프(600) 축에 대해 임의의 각도로 기울어질 수 있다. 바람직하게는, 입사 표면(S01)과 출사 표면(S23)은 0°(제로)와 45° 사이에서 기울어지고, 가장 바람직하게는, 45°로 기울어진다. 입사 표면은 또한, 기울기가 부족할 수 있고, 즉, 예를 들면, 도 2A의 광 파이프(600A) 및 도 3의 광 파이프(600C)를 참조하여 상기 설명된 바와 같이 직선일 수 있다.

게다가, 현재 실시형태에서, 입사 표면(S01) 및 출사 표면(S23)이 회전된다. 입사 표면(S01)은 화살표(1601)에 의해 도시된 바와 같이, 제1 광학 구조(P1)의 (제1) 종축(R1)에 대해 회전된다. 유사하게, 출사 표면(S23)은 화살표(1623)에 의해 도시된 바와 같이, 제2 광학 구조(P2)의 제2 종축(R2)에 대해 회전된다. 입사 표면(S01)과 출사 표면(S23)은 광 파이프(600) 축에 대해 임의의 각도로 회전될 수 있다. 바람직하게는, 입사 표면(S01)과 출사 표면(S23)은 90°(0°, 90°, 180°, 270°)의 증분으로 회전된다.

현재 설명에 기초하여, 당업자는 광선이 TIR에 의해 뒤쪽으로(입사 표면을 향해) 반사되는 것을 회피하기 위해 광학 구조(P1, P2)의 굴절률에 충분히 가깝지만, 광이 광 파이프(600)의 측면으로부터 빠져나가는 것을 회피하도록 충분한 TIR을 구현하기 위해 광학 구조(P1, P2)의 굴절률과 충분히 상이한(훨씬 충분함) 경계면(1620)의 굴절률을 선택(예를 들면, 적절한 굴절률을 갖는 광학 시멘트를 선택함)하고 설계할 수 있을 것이다.

현재 도면의 광파이프(1630)를 참조하여 설명된 회전이 상기 설명된 광 파이프(600) 전부에 적용될 수 있음에 유의한다.

상기 설명된 예, 사용된 숫자, 및 예시적인 산출이 이 실시형태의 설명을 돕기 위한 것임에 유의한다. 부주의한 오타, 수학적 오류, 및/또는 단순화된 산출의 사용은 본 발명의 유용성 및 기본 장점을 손상시키지 않는다.

첨부된 청구항이 다중 종속성 없이 작성되는 범위에서, 이것은 이러한 다중 종속성을 허용하지 않는 관할 구역의 공식 요구조건을 수용하기 위해서만 행해졌다. 청구항을 다중 종속적으로 만듦으로써 암시될 모든 가능한 특징의 조합이 명시적으로 예상되며 본 발명의 일부로 간주되어야 함에 유의한다.

본 발명의 다양한 실시형태의 설명은 예시의 목적을 위해 제공되었지만, 개시된 실시형태에 대해 포괄적이거나 제한되도록 의도되지 않는다. 설명된 실시형태의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 많은 수정 및 변형이 당업자에게 명백할 것이다. 본 명세서에서 사용된 전문 용어는 실시형태의 원리, 시장에서 발견된 기술에 대한 실질적인 적용 또는 기술적 개선을 최상으로 설명하거나, 당업자가 본 명세서에 개시된 실시형태를 이해하는 것을 가능하게 하기 위해 선택되었다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수의 지시대상을 포함한다.

단어 "예시적인"은 본 명세서에서 "일례, 사례 또는 예시의 역할을 하는 것"을 의미하기 위해 사용된다. "예시적인" 것으로서 설명된 임의의 실시형태는 반드시 다른 실시형태에 비해 선호되거나 유리한 것으로서 해석되고/되거나 다른 실시형태로부터 특징의 통합을 배제하지 않는다.

명료성을 위해, 별개의 실시형태의 맥락으로 설명되는 본 발명의 특정 특징이 또한, 단일 실시형태에서 조합하여 제공될 수 있음이 인식된다. 반대로, 간결성을 위해, 단일 실시형태의 맥락으로 설명되는 본 발명의 다양한 특징은 또한, 별개로 또는 임의의 적합한 하위 조합으로 또는 본 발명의 임의의 다른 설명된 실시형태에서 적합한 것으로서 제공될 수 있다. 다양한 실시형태의 맥락으로 설명된 특정 특징은 실시형태가 그 요소 없이 동작하지 않는 경우가 아니면, 그 실시형태의 필수 특징으로 간주되지 않아야 한다.

Claims

장치로서,
광 파이프(600)로서,
(i) 제1 굴절률(η₁), 상기 광파이프(600)의 근위 단부에 있는 입사 표면(input surface)(S01), 및 제2 표면(S12)을 갖는 제1 광학 구조(P1), 및
(ii) 상기 제1 굴절률과 같지 않은 제2 굴절률(η₂), 제3 표면(S21), 및 상기 광파이프(600)의 원위 단부에 있는 출사 표면(output surface)(S23)을 갖는 제2 광학 구조(P2)
를 적어도 포함하고, 상기 입사 표면(S01)과, 상기 제2 표면(S12) 사이의 방향으로 상기 제1 광학 구조(P1)의 긴 치수(606)에 평행한 종축(R1)을 갖는, 상기 광 파이프(600), 및
상기 종축(R1)에 평행하게 주입된 상기 입사 표면(S01)에 대한 입사 광선(L0)이 상기 입사 광선(L0)에 평행하지 않은 출사 광선(L3)으로서 상기 출사 표면(S23)으로부터 출사되도록 상기 광 파이프(600)의 상기 종축(R1)에 대해 비스듬한 상기 제3 표면(S21)과 상기 제2 표면(S12) 사이의 경계면(620)
을 포함하는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 입사 광선(L0)과 상기 출사 광선(L3) 사이의 각도는 상기 광 파이프(600)의 광학 편차 각도이고, 상기 광학 편차 각도는 제로 도(0°)가 아닌, 장치.
제1항에 있어서, 상기 종축(R1)과 출사 표면 법선(R23) 사이의 각도는 상기 광 파이프(600)의 기계적 편차 각도이고, 상기 기계적 편차 각도는 제로 도(0°)가 아니며, 상기 출사 표면 법선(R23)은 상기 제2 광학 구조(P2)의 상기 출사 표면(S23)에 수직인, 장치.
제1항에 있어서, 적어도 상기 제1(P1) 및 제2(P2) 광학 구조는 상기 광 파이프(600)를 통한 광의 광학 경로를 획정하고, 상기 광학 경로는,
(a) 상기 입사 표면(S01)을 통해 내부로 연결되고,
(b) 상기 제1 광학 구조(P1)를 횡단하고,
(c) 상기 제2(S12) 표면으로부터 상기 제3(S21) 표면으로의 상기 경계면(620)을 통해 상기 제1(P1) 광학 구조로부터 상기 제2(P2) 광학 구조로 굴절하고,
(d) 상기 제2 광학 구조(P2)를 횡단하고, 그리고
(e) 상기 출사 표면(S23)을 통해 상기 제2 광학 구조(P2) 밖으로 연결되는
광에 의해 적어도 부분적으로 획정되는, 장치.
제4항에 있어서, 상기 제1(P1) 및 제2(P2) 광학 구조의 적어도 하나의 외부 측벽(S14, S15, S24, S25)은 반사 코팅으로 코팅되고, 상기 반사 코팅은 상기 광 파이프(600) 내의 상기 광학 경로를 제한하는, 장치.
제1항에 있어서, 반사 방지 코팅은 상기 적어도 제1(P1) 및 제2(P2) 광학 구조의 적어도 하나의 표면(S01, S12, S21, S23)에 부가되는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 표면(S12)은 상기 제3 표면(S21)에 인접하는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 표면(S12)은 갭(660, 670)에 의해 상기 제3 표면(S21)으로부터 분리되는, 장치.
제8항에 있어서, 상기 갭은,
(a) 공기,
(b) 광학 시멘트, 및
(c) 광학 겔
로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 채워지는, 장치.
제8항에 있어서, 상기 제3 표면(S21)은 상기 제2 표면(S12)에 대해 갭 각도(1000)로 구성되는, 장치.
제8항에 있어서, 상기 제1 광학 구조(P1)는 제1 폭(W1)을 갖고 상기 제2 광학 구조(P2)는 제5 폭(W23)을 가지며, 상기 제5 폭(W23)은 상기 제1 폭(W1)보다 큰, 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 광학 구조(P1)의 제3 폭(W11) 및/또는 상기 제2 광학 구조(P2)의 제4 폭(W22)은 상기 광 파이프(600)의 종축(R1)을 따라 변하는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 광 파이프(600)의 상기 종축(R1)에 대해, 상기 출사 표면(S23)은 제8 각도(γ, "감마")에 있고/있거나 상기 입사 표면(S01)은 제11 각도(ψ, "psi")에 있는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 광 파이프(600)의 상기 입사 표면(S01)에 입사 광(L0, L7)을 제공하는 광원(610)을 더 포함하는, 장치.
제1항에 있어서, 투영 광학계(612)를 더 포함하되, 상기 광 파이프(600)는 상기 투영 광학계(612)에 대한 입력으로서 상기 출사 광선(L3)을 제공하도록 구성되는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 광 파이프(600)의 상기 긴 치수(606)는 상기 광 파이프(600) 폭(W1, W11, W2, W22)보다 적어도 10배 큰, 장치.
장치로서,
광 파이프(600)로서,
(i) 제1 굴절률(η₁), 상기 광파이프(600)의 근위 단부에 있는 입사 표면(S01), 및 제2 표면(S12)을 갖는 제1 광학 구조(P1), 및
(ii) 상기 제1 굴절률과 같지 않은 제2 굴절률(η₁), 제3 표면(S21), 및 상기 광파이프(600)의 원위 단부에 있는 출사 표면(S23)을 갖는 제2 광학 구조(P2)
를 적어도 포함하고, 상기 입사 표면(S01)과, 상기 제2 표면(S12) 사이의 방향으로 상기 제1 광학 구조(P1)의 긴 치수(606)에 평행한 종축(R1)을 갖는, 상기 광 파이프(600), 및
상기 종축(R1)에 평행하게 주입된 상기 입사 표면(S01)에 대한 입사 광선(L0)이 상기 입사 광선(L0)에 평행하지 않은 출사 광선(L3)으로서 상기 출사 표면(S23)으로부터 출사되도록 상기 광 파이프(600)의 상기 종축(R1)에 대해 비스듬한 상기 제3 표면(S21)과 상기 제2 표면(S12) 사이의 경계면(620)
을 포함하되, 상기 제2 표면(S12)은 갭(660, 670)에 의해 상기 제3 표면(S21)으로부터 분리되는, 장치.