KR20130041975A - 조명 시스템을 위한 빔 스플리터 모듈 - Google Patents

Abstract

빔 스플리터 및 빔 스플리터를 사용하는 조명 시스템이 기술된다. 빔 스플리터에 연장된 수명을 제공하는 방법이 또한 기술된다.

Description

조명 시스템을 위한 빔 스플리터 모듈{BEAM SPLITTER MODULE FOR ILLUMINATION SYSTEMS}

본 설명은 빔 스플리터 모듈(beam splitter module) 및 그러한 빔 스플리터 모듈을 이용하는 조명 시스템에 관한 것이다. 본 설명은 또한 빔 스플리터에 연장된 수명을 제공하는 방법에 관한 것이다.

편광 빔 스플리터(polarizing beam splitter, PBS)를 통합하는 조명 시스템은 프로젝션 디스플레이(projection display)와 같은 관찰 스크린 상에 이미지를 형성하는 데 사용된다. 전형적인 디스플레이 이미지는 조명원(illumination source)을 통합하며, 조명원은 조명원으로부터의 광선이 투사될 원하는 이미지를 포함하는 이미지-형성 장치(즉, 이미저(imager))에서 반사되도록 배열된다. 시스템은 조명원으로부터의 광선 및 투사된 이미지의 광선이 PBS와 이미저 사이의 동일한 물리적 공간을 공유하도록 광선이 꺾이게 한다. PBS는 편광-회전된 이미지 광으로부터 유입 광을 분리한다.

일 태양에서, 본 설명은 조명 시스템에 관한 것이다. 조명 시스템은 주 방출 축을 따라 광을 방출할 수 있는 광원, 반사 편광 필름(reflective polarizing film), 및 주 방출 축과 직교하는 방향으로 반사 편광 필름을 측방향으로 이동시키기 위한 수단을 포함한다. 반사 편광 필름은 광원으로부터 광을 수용하는 제1 주 표면을 갖는다.

다른 태양에서, 본 설명은 방법에 관한 것이다. 방법은 광을 방출할 수 있고 주 방출 축을 갖는 광원을 제공하는 단계를 포함한다. 방법은 반사 편광 필름을 측방향 이동 요소 상에 위치시키는 다른 단계를 포함한다. 방법은 마지막으로 측방향 이동 요소를 사용하여 주 방출 축과 직교하는 방향으로 반사 편광 필름을 측방향으로 이동시키는 단계를 포함한다.

제3 태양에서, 본 설명은 조명 시스템에 관한 것이다. 조명 시스템은 주 방출 축을 갖는 광원, 편광 빔 스플리터, 및 빔 스플리터를 이동시키기 위한 수단을 포함한다. 편광 빔 스플리터는 광원으로부터 광을 수용하고, 반사 편광 필름을 포함한다. 빔 스플리터를 이동시키기 위한 수단은 광원의 주 방출 축과 직교하는 방향으로 빔 스플리터를 이동시킨다.

마지막 태양에서, 본 설명은 편광 빔 스플리터에 관한 것이다. 편광 빔 스플리터는 반사 편광 필름, 제1 커버, 제2 커버 및 측방향 이동 장치를 포함한다. 반사 편광 필름은 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 갖는다. 제1 커버는 반사 편광 필름의 제1 주 표면에 부착되고, 제2 커버는 반사 편광 필름의 제2 주 표면에 부착된다. 측방향 이동 장치는 제1 커버 또는 제2 커버에 부착되고, 이는 편광 빔 스플리터를 제1 축을 따라 이동시켜서 편광 빔 스플리터에 입사하는 광이 필름의 상이한 부분들에 직접 입사하도록 한다.

도 1은 본 설명에 따른 조명 시스템의 등각도.
도 2는 본 설명에 따른 조명 시스템의 등각도.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 설명에 따른 반사 편광기에 대한 입사 플럭스(flux)의 방사조도 맵(irradiance map) 및 그래프.
도 4a 및 도 4b는 본 설명에 따른 반사 편광기에 대한 입사 플럭스의 방사조도 그래프.
도 5는 본 설명에 따른 조명 시스템의 등각도.
도 6은 본 설명에 따른 조명 시스템의 이동을 제어하기 위한 회로.
도 7은 본 설명에 따른 조명 시스템의 등각도.
도 8은 본 설명에 따른 조명 시스템의 측면도.

편광 빔 스플리터는 소정의 조명 및 프로젝션 시스템에서 특히 중요한 요소이다. PBS는 소형 구성을 제공하면서, 그러한 시스템에서 조명 및 이미지 광을 분리하도록 역할한다. 입사 광에 대한 PBS 내의 편광 필름의 장기간 노출은 일반적으로 필름의 열화 및 그에 따른 제한된 수명으로 이어진다. 그러한 시스템 내의 PBS를 교체하는 것은 지루하고, 시간 소모적이며, 비용이 많이 들 수 있다. 따라서, PBS의 반사 편광 필름이 성능-제한 열화 없이 연장된 수명으로 사용될 수 있는 조명 시스템을 갖는 것이 바람직할 것이다. 본 설명은 그러한 해결책을 제공한다.

PBS에 사용되는 많은 재료는 시간 경과에 따라 열화되는 경향이 있다. 예를 들어, 소정의 중합체성 반사 편광 필름은 UV 광에 대한 오랜 노출 후에 황색을 띠게 된다. 이러한 "황색 열화"는 필름의 색상 및 투과율 둘 모두에 영향을 주며, 그에 따라 필름의 사용 수명을 제한한다. 그러나, 일반적으로, 조명 시스템 내의 광원으로부터의 조명 빔은 대부분 반사 편광 필름의 단지 작은 표면적에만 직접 입사된다. 따라서, 긴 필름이 제공되는 경우, 흔히 열화되지 않은 상당한 크기의 필름의 표면적이 여전히 존재한다. 본 설명은 시간 경과에 따라 반사 편광 필름의 더 큰 크기의 표면적을 이용하고, 그에 따라 조명 시스템 내의 PBS의 수명을 연장시키고자 하는 것이다.

도 1은 본 설명에 따른 조명 시스템의 일 실시예를 예시한다. 조명 시스템(100)은 광원(102)을 포함한다. 광원(102)은 하나 이상의 발광 다이오드 또는 레이저 광원과 같은 고체 광원일 수 있다. 광원(102)은 주 방출 축(120)을 따라 광을 방출한다. 주 방출 축은, 일부 실시예에서, 광원의 최대 광도(luminosity)의 일반화된 방향으로서 이해될 수 있다. 예를 들어, 광원이 램버시안(Lambertian)인 경우에, 주 방출 축(120)은 주어진 방향/각도에서 급증하는 직접 광도 및 어느 한 각도 방향에서 급감하는 광의 강도를 가질 것이다. 가장 강한 광도의 이러한 각도가 주 방출 축(120)으로서 이해될 것이다. 주 방출 축은 광원의 최대 광도의 일반화된 방향일 수 있을 뿐만 아니라, PBS에 입사하는 최대 광도의 일반화된 방향이기도 하다. 이러한 사항의 보다 양호한 이해는 도 8을 참조하여 얻어질 수 있다. 도 8은 PBS의 측면으로부터의 조명 시스템의 도면을 나타낸다. 따라서, 예를 들어, 광원(102)으로부터의 광은 먼저 45도 미러(mirror)(124)에서 반사되고 이어서 반사 편광 필름(104)을 향해 지향될 수 있다. 여기서, 주 방출 축은 PBS(132)에 입사하는 최대 광도의 방향인 방향(120)일 것이다. 이러한 실시예에서, PBS(132)는 반사 편광 필름(104), 제1 커버(110), 및 제2 커버(112)를 포함한다. 광원과 PBS/반사 편광 필름 사이에서 얼마나 많은 횟수의 반사 또는 굴절이 일어날 수 있는지와 무관하게, 주 방출 축이 PBS 또는 반사 편광 필름에 입사하는 최대 광도의 방향이라는 개념은 유효하다.

조명 시스템(100)의 특정한 요소가 반사 편광 필름(104)이다. 반사 편광 필름은 편광 빔 스플리터로서 또는 편광 빔 스플리터를 위해 사용되는 반사 편광 필름의 임의의 적합한 종류일 수 있다. 반사 편광 필름(104)은 제1 주 표면(106) 및 제2 주 표면(108)을 포함한다. 제1 주 표면(106)은 광원(102)을 향해 위치된 필름의 표면이어서, 필름은 주 방출 축(120)을 따라 제1 주 표면 상에서 광원(102)으로부터의 광을 수용한다. 제2 주 표면(108)은 제1 주 표면(106) 반대편에 위치되어, 이는 광원(102)으로부터 멀어지는 방향으로 향한다.

본 발명의 실시예에서 편광 필름(104)으로서 사용하기에 적합한 반사 편광 필름의 예는 복굴절성 중합체 필름, 예컨대 그 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 존자(Jonza) 등의 미국 특허 제5,882,774호; 웨버(Weber) 등의 미국 특허 제6,609,795호; 및 마가릴(Magarill) 등의 미국 특허 제6,719,426호에 기술된 것들과 같은, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 코포레이션(3M Corporation)에 의해 제조되는 다층 광학 필름(multi-layer optical film, MOF)과 같은 반사 편광 필름을 포함한다. 편광 필름(104)을 위한 적합한 반사 편광 필름은 또한 상이한 중합체성 재료의 다수의 층을 포함하는 중합체성 반사 편광 필름을 포함한다. 예를 들어, 편광 필름(104)은 제1 층 및 제2 층을 포함할 수 있으며, 여기서 제1 및 제2 층의 중합체성 재료는 상이하고 제1 및 제2 층 중 적어도 하나는 복굴절성이다. 본 발명의 일 실시예에서, 편광 필름(104)은 웨버 등의 미국 특허 제6,609,795호에 개시된 바와 같이, 상이한 중합체 재료의 교번하는 제1 및 제2 층의 다층 스택(stack)을 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 다수의 반사 편광 필름이 사용될 수 있다.

적합한 반사 편광 필름은 전형적으로 필름의 평면 내의 제1 방향을 따른 제1 중합체성 재료와 제2 중합체성 재료 사이의 큰 굴절률 차이 및 제1 방향과 직교하는 필름의 평면 내의 제2 방향을 따른 제1 중합체성 재료와 제2 중합체성 재료 사이의 작은 굴절률 차이에 의해 특징지어진다. 일부 예시적인 실시예에서, 반사 편광 필름은 또한 필름의 두께 방향을 따른 제1 중합체성 재료와 제2 중합체성 재료 사이(예를 들어, 상이한 중합체성 재료의 제1 층과 제2 층 사이)의 작은 굴절률 차이에 의해 특징지어진다.

예시적인 다층 반사 편광 필름(104)의 층을 위한 선택되는 중합체성 재료는 낮은 수준의 광 흡수율을 나타내는 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 1.0x10^-5 ㎝^-1 미만의 흡수 계수를 나타낸다. 따라서, PET를 포함하고 약 125 마이크로미터의 두께를 갖는 반사 편광기 필름의 경우, 계산되는 흡수율은 약 0.000023%이며, 이는 비교할 만한 와이어-그리드 편광기(wire-grid polarizer)의 흡수율의 약 1/200,000이다.

PBS에 사용되는 편광기는 편광기의 파손으로 이어질 수 있는 매우 높은 광 밀도에 노출되기 때문에 낮은 흡수율이 바람직하다. 예를 들어, 흡수형 편광기 필름은 원하지 않는 편광을 갖는 광 모두를 흡수한다. 열은, 흡수율이 더욱 고도로 제어되더라도 높은 흡수율이 상당한 열을 발생시키고 그에 따라 훨씬 더 짧은 수명을 야기하므로, 다층 광학 필름에서 열화 문제를 발생시킬 것이다. 따라서, 사파이어와 같은 높은 열 전도성을 갖는 기판이 열을 편광기 필름으로부터 멀리 전도시키기 위해 요구된다. 또한, 기판은 높은 열 부하에 노출되며, 이는 대응하여 기판에서 열 복굴절을 발생시킨다. 기판에서의 열 복굴절은 이미지 디스플레이 시스템과 같은 광학 시스템의 콘트라스트 및 콘트라스트 균일성을 저하시킨다. 그 결과, 단지 몇가지의 재료(예를 들어, 사파이어, 석영, 납 함유 유리, 및 세라믹)만이 통상적인 PBS를 가진 기판에 대해 적합하게 될 수 있다. 바람직한 재료 선택에도 불구하고, 반사 편광 필름에서 열화는 여전히 발생한다. 따라서, 적절한 재료와 함께, PBS를 측방향으로 이동시키기 위한 본 명세서에 제시된 해결책의 사용이 수명을 크게 연장시킬 수 있다.

일부 실시예에서, 반사 편광 필름(104)은 일반적으로 "독립형(free-standing)"으로 이해될 수 있다. 달리 말하면, 필름은 다른 요소에 의해 둘러싸이지 않고서, 몇몇 방식으로 그 에지에서 지지될 수 있다. 일종의 둘러싸임이 있거나 둘러싸임이 없더라도, 반사 편광 필름(104)은 "편광 빔 스플리터"로서 작용하는 것으로 이해되어야 한다. 그러나, 도 1의 조명 시스템(100)에 도시된 바와 같은 다수의 실시예에서, 필름(104)은 둘러싸일 수 있다. 예를 들어, 반사 편광 필름(104)의 제1 주 표면(106) 상에 제1 커버(110)가 배치될 수 있다. 반사 편광 필름의 반대편 면 상인 제2 주 표면(108) 상에 제2 커버(112)가 배치될 수 있다. "~상에 배치되는" 것으로 기술될 때, 제1 커버(110) 및/또는 제2 커버(112)는 반사 편광 필름에 직접 접착될 수 있거나, 그 자신과 반사 편광 필름 사이에 하나의 층 또는 복수의 층을 가질 수 있음을 이해하여야 한다. 일 실시예에서, 커버들 중 적어도 하나와 반사 편광 필름 사이의 층은 공기 간극일 수 있다. 반사 편광 필름 및 2개의 커버, 또는 다른 방식으로 볼 때 "둘러싸인" 반사 편광 필름의 이러한 구성은 또한 PBS로서 이해될 수 있다. 커버가 필름에 접착되는 경우, 적합한 접착제는 감압 접착제 또는 비-감압 접착제(예컨대, 열 경화 접착제 또는 수분 경화 접착제)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 접착제는 감압 접착제이다. 일부 실시예에서, 접착제 층은 투명 접착제이다.

제1 커버(110) 및 제2 커버(112)는 PBS에 통상적으로 사용되는 재료로부터 선택될 수 있다. 일반적으로, 어느 커버에 대해서도 커버 재료는 광에 대해 투과성인 재료일 것이다. 일부 경우에, 커버 재료는 또한 낮은 복굴절을 가질 것이다. 흔히 커버는 예컨대 제1 커버가 주 방출 축(120)과 직교하는 면 및 또한 이미저(140)와 실질적으로 직교하는 면을 갖도록 프리즘형일 것이다. 제1 커버(110) 및 제2 커버(112)에 대한 하나의 적합한 선택은 유리 프리즘(glass prism)이다. 다른 재료 중에서도 세라믹 및 중합체가 또한 커버 조성물로 사용될 수 있다. 적어도 일부 구성에서, 적어도 반사 편광 필름 및 잠재적으로 제1 및 제2 커버를 포함하는 기술된 PBS는 맥네일(MacNeille) 편광 빔 스플리터 구성으로서 이해될 수 있다. 맥네일형 편광 빔 스플리터 구성은 예컨대 문헌[E. Stupp and M Brennesholtz, "Reflective polarizer technology," Projection Displays, 1999, pp. 129-133]에 추가로 기술되어 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 임의의 많은 다른 적합한 편광 빔 스플리터가 사용될 수 있다.

광이 제1 표면(106)에서 반사 편광 필름(104)에, 그리고 잠재적으로 또한 제1 커버(110)에 입사되기 전에, 광은 먼저 조명 광학계(illumination optics)(130)에 입사될 수 있다. 조명 광학계(130)는 원하는 특성을 생성하기 위해 광이 반사 편광 필름(104)에 입사되기 전에 광원(102)으로부터의 광을 조절하도록 작용할 수 있다. 광학계(130)는 광의 발산, 광의 편광 상태, 또는 광의 스펙트럼 중 하나 이상을 변화 또는 변경시킬 수 있다. 그러나, 광학계(130)는 일반적으로 주 방출 축(120)을 변화시키지 않는 것으로 이해될 수 있다. 조명 광학계(130)는 예를 들어 하나 이상의 렌즈, 색상 혼합기, 광 균질기, 릴레이 광학계(relay optics), 편광 변환기, 사전-편광기, 및/또는 원하지 않는 자외선 또는 적외선 광을 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있다.

광이 선택적인 조명 광학계(130)를 통과하면, 광은 제1 주 표면(106) 상에 위치된 제1 조명 위치(114)에서 반사 편광 필름(104)에 입사된다. 이러한 제1 조명 위치(114)는 반사 편광 필름(104)이 (추가로 설명되는 바와 같이 주어진 시간에) 광원(102)의 주 방출 축(120)과 교차하는 곳으로 이해될 수 있다. 제1 편광을 갖는 광(예컨대, p-편광된 광)은 필름(104)을 통해 투과될 수 있는 반면, 제2 편광을 갖는 광(예를 들어, s-편광된 광)은 필름에서 반사되어 이미저(140)를 향해 지향된다. 필름(104)에서 반사되는 편광된 광은 이미지화되지 않은 조명 광이다. 제2 편광의 광은 반사 편광 필름(104)에서의 반사 후에 이어서 이미저(140)에 입사되며, 여기서 광이 이미지화되고 반사되며, 편광이 제1 편광으로(예컨대, s-편광된 광으로부터 p-편광된 광으로) 변환된다. 이러한 제1 편광의 "이미지화된" 광은 반사 편광 필름(104)에 대한 반사 후 이미저(140)로부터 복귀하고, 반사 편광 필름을 통해 투과될 수 있게 된다. 투과된 이미지 광은 다음으로 프로젝션 광학계(150)와 마주칠 수 있다. 프로젝션 광학계(150)는 예컨대 프로젝션 렌즈 또는 렌즈들과 같은 적절한 광학 요소를 포함할 수 있다. 그러한 광학계의 설계는 전형적으로 광학계(150)와 이미저(140) 사이의 구성요소들 모두를 고려하여 각각의 특정 시스템에 대해 최적화된다. 프로젝션 광학계(150)는 이미지화된 광을 수집하고, 이를 원하는 이미지로 디스플레이 스크린을 향해 지향시킨다.

그러나, 반사 편광 필름(104)은 광원(102)으로부터의 입사 광에 대한 장기간 노출로 인해 시간 경과에 따라 열화된다. 따라서, 해결되어야 하는 중요한 문제는 조명 시스템 내의 PBS의 수명을 연장시키는 방법이다. 본 설명은 광원으로부터의 광의 주 방출 축(120)에 대한 반사 편광 필름(104)의 상이한 부분들의 노출을 가능하게 하여 직접 노출이 필름의 상이한 부분들로 확산되고 적절한 성능이 연장된 기간 동안 지속될 수 있게 하는 다양한 기술을 제공한다. 구체적으로, 본 설명은 주 방출 축과 직교하는 방향으로 반사 편광 필름을 측방향으로 이동시키기 위한 기술을 제공한다.

도 2는 도 1과 함께 이들 기술의 기능을 예시한다. 구체적으로, 광은 주 방출 축(120)을 따라 조명 광학계를 통해 이동하여, 주 방출 축(120)과 반사 편광 필름(104)이 교차하는 제1 조명 위치(114)에서 반사 편광 필름(104)에 입사될 수 있다. 그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 필름(104)은 주 방출 축(120)과 직교하는 방향(122)으로 이동될 수 있고; 따라서 "시간 1"에서 반사 편광 필름(104)은 제1 조명 위치(114)에서 주 방출 축(120)과 교차할 수 있다. 그 후의 "시간 2"에서 반사 편광 필름(104)은 제2 조명 위치(116)에서 주 방출 축(120)과 교차할 수 있다. 더욱 이후의 "시간 3"에서 반사 편광 필름(104)은 다시 한번 측방향으로 이동될 수 있어서, 필름(104)은 제3 조명 위치(118)에서 주 방출 축(120)과 교차한다. 필름은 3개 이상의 상이한 조명 위치(예컨대, 4개, 5개, 6개, 또는 7개의 위치 등)로 이동될 수 있다. 조명 광학계(130), 이미저(140), 및 프로젝션 광학계(150)와 같은 물품의 위치를 고정된 상태로 유지하면서 반사 편광 필름을 이동시킴으로써, 투사된 이미지가 방해받지 않고 반사 편광 필름(104)의 상이한 부분들이 노출된다.

예를 들어, 도 3a 및 도 3b는 본 설명에서 사용되는 유형의 반사 편광 필름에 대한 입사 플럭스의 방사조도 맵 및 수반되는 방사조도의 그래프를 제공한다. 필름의 일부분의 에이징 수명(aging life)은 임계량의 광이 필름의 그러한 부분에 입사되어 필름이 열화되고 투과된 광이 황변되는 때로서 이해될 수 있다. 맵 및 그래프에 의해 입증되는 바와 같이, 플럭스의 절반은 중심으로부터 전체 노출 면적의 1/3 내에 포함된다. 따라서, (필름과의 주 방출 축 교차점에 중심설정되는) 필름의 중심 조명된 하위-부분은 그의 에이징 수명(임계량의 노출)에 이르게 되고, 전체 노출 면적의 2/3에 해당하는 부분의 주위 면적은 단지 그의 절반 수명에 도달한다. 이에 기초하여, PBS는 단지 노출 면적의 직경의 절반만큼 이동할 수 있어서, 이러한 이동 후의 필름에 입사하는 광의 절반이 초기 노출 면적의 절반에 입사된다. 주어진 노출 수준 및 면적의 방사조도 그래프 및 필름의 고려되는 측방향 이동이 도 4a 및 도 4b에 예시되어 있다. 도 4a는 역시 본 설명에 따른 반사 편광 필름에 대한 방사조도 그래프를 도시한다. 도 4b에서, 이러한 필름에 대한 노출 면적의 직경의 단지 절반의 이동이 도시되어 있다. 직경 절반의 이동 후에, 필름의 새로운 최대 광도 수용 부분(예컨대, 제2 조명 위치)은 제1 조명 위치에서 거의 0의 휘도를 수용하였던 지점에 대응한다. 오프-피크(off-peak) 광도인 부분들은 유사하게 제1 위치에서의 오프-피크였으므로, 두 위치에 걸친 이들 지점에서의 합산된 플럭스는 최대 노출 한계이거나 그 부근이다. 따라서, 도 4b에 예시된 바와 같이, 노출 면적의 직경의 1/2의 이동이 PBS의 수명을 2배로 되게 한다. 노출 면적의 직경의 절반의 제2 이동이 수명을 3배로 되게 하며, 제3 이동이 수명을 4배로 되게 하고, 제4 이동이 수명을 5배로 되게 하는 등이다. 그러한 적당한 증분식 이동이 필름의 열화 없이 필름의 실질적으로 전부가 전체 조명 시간 용량을 이용하도록 할 수 있다.

반사 편광 필름을 (주 방출 축과 직교하는) 측방향으로 이동시킴으로써 증가된 수명을 달성하는 이러한 능력으로 인해, 광원에 노출되는 충분한 측방향 표면적을 갖는 것이 또한 바람직하다. 다시 도 1을 참조하면, 반사 편광 필름(104)이 제1 커버(110) 및 제2 커버(112)에 의해 덮이는 실시예에서, 제1 커버(및 제2 커버 - 이러한 실시예의 2개의 커버에 대한 치수는 동일하기 때문임)의 폭(126) 및 길이(128) 둘 모두를 한정할 수 있다. 도 1에 예시된 바와 같이, 제1 커버(110)는 주 방출 축(120)에 평행한 방향으로 그의 폭(126)을 갖는다. 커버의 길이(128)는 주 방출 축과 직교하는 방향, 즉 반사 편광 필름(104)이 그를 따라 이동하는 방향이다. 필름의 더 큰 표면적이 광원에 노출되게 하고 그에 따라 더 오랜 수명을 가능하게 하기 위해, 일부 실시예에서, 제1 커버의 길이가 제1 커버의 폭보다 큰 것이 바람직할 수 있으며, 여기서 반사 편광 필름의 길이는 제1 커버와 실질적으로 동일한 길이이다.

주 방출 축과 직교하는 방향으로 반사 편광 필름을 측방향으로 이동시키기 위해 임의의 적합한 구성이 사용될 수 있다. 이동시키는 수단은 필름(104) 상에 또는 제1 또는 제2 커버(110 또는 112) 상에, 또는 임의의 많은 적절한 수단, 예컨대 접착제, 기계적 연결/결합, 전자기력 등을 통해 필름 및/또는 커버에 결합되는 임의의 요소 상에 배치되는 어떤 것일 수 있다. 2개의 구조물을 연결하기 위한 임의의 적합하고 적절한 힘이 고려된다. 다른 실시예에서, 이동시키는 수단은 실제로 필름(104), 제1 커버(110), 제2 커버(112)의 일부분이거나, 그러한 구조적 요소에 인접한 요소의 일부일 수 있다. 반사 편광 필름을 측방향으로 이동시키기 위한 수단은 임의의 적합한 힘 및 매체에 의해 이동될 수 있다. 예를 들어, 연료-동력식 시스템, 가압 시스템, 스프링-구동식, 및 전기-구동식 측방향 이동 요소뿐만 아니라, PBS를 측방향으로 움직이게 할 수 있는 임의의 다른 종류의 힘 모두가 고려된다. PBS 시스템은 완전하게 평탄한 표면 상에서, 또는 잠재적으로 트랙(track) 상에서, 또는 잠재적으로 휠(wheel) 상에서, 또는 다른 적절한 수단에 의해 측방향으로 이동될 수 있다.

도 5는 본 설명에 따른 하나의 예시적인 구성의 실시예를 예시한다. 조명 시스템(200)은 주 방출 축(220)을 따라 광을 방출하는 광원(202)을 포함한다. 조명 시스템은 조명 광학계(230), 이미저(240) 및 프로젝션 광학계(250)를 추가로 포함한다. 반사 편광 필름(204)은 제1 커버(210)와 제2 커버(212) 사이에 배치된다. 이러한 시스템에서, 반사 편광 필름(204)은 주 방출 축(220)과 직교하는 방향(222)으로 측방향으로 이동될 수 있다. 이러한 실시예에서, 반사 편광 필름(204)은 기어 휠(gear wheel)(232)에 의해 이동된다. 더욱 구체적으로, 요소(232)는 스테핑 모터 기어(stepping motor gear)로서 이해될 수 있다. 스테핑 모터 기어 휠은 제2 커버(212)에 부착되는 복수의 기어 치(gear teeth)(234)에 기계적으로 결합된다. 모터 기어(232)가 회전될 때, 치(234)는 방향(222)으로 측방향으로 이동되고, 그 결과 필름(204)이 측방향으로 이동된다. 조명 시스템은 또한 색상 센서(260, 270)를 포함할 수 있다.

스테핑 모터 기어(232)는 수동으로 또는 자동화에 의해 작동될 수 있다. 예를 들어, 크랭크 요소가 기어(232)에 부착될 수 있고, 크랭크를 회전시킴으로써 필름(204)을 수동으로 이동시키기 위해 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 기어 모터는 자동화된 시스템에 연결될 수 있다. 자동화된 시스템은 프로그래밍된 기간 후에 증분량만큼 반사 편광 필름(204)을 측방향으로 이동시킬 수 있다. 일부 시스템에서, 자동화된 시스템은 피드백 판독치에 기초하여 반사 편광 필름을 이동시킬 수 있다.

예를 들어, 반사 편광 필름이 열화되기 시작할 때, 투과된 광의 색상은 더 황색으로 된다. 투과된 광의 색상은 반사 편광 필름(204)으로 인해 얼마나 많은 "황변"이 일어나는지를 측정하기 위해 초기 조명 광 색상에 비교될 수 있다. 색상 센서(260)는 투과된 광을 수용하도록 위치될 수 있고, 예비 색상 센서(270)는 광원(202)으로부터의 조명 광을 수용하도록 위치될 수 있다. 조명 광의 특성이 이어서, 필름(204)의 특정 부분이 열화되기 시작하는 때를 검출하기 위해 투과된 광의 특성에 비교될 수 있다. 조명 시스템 색상 수준이 이미 알려져 있는 경우, 단일 색상 센서(260)가 필름 열화를 검출하는 데 충분할 수 있다. 일부 실시예에서, 센서(260, 270)는 회로에 의해 모터(232)에 연결될 수 있으며, 시스템은 이어서 진한 황색 판독치에 응답하여 필름을 측방향으로 이동시킬 수 있다. 달리 말하면, 시스템은 주어진 수준의 황색 광이 검출될 때 필름을 상이한 조명 위치로 이동시킨다. 예를 들어, 도 6은 이러한 유형의 피드백을 제공할 수 있는 회로(400)의 개략도를 제공한다. 센서(260, 270)는 오로지 황색 광을 검출하기 위한 색상 센서로만 제한되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 반사 편광 필름(204)을 위해 선택된 재료 유형이 더 황색으로 되지 않지만 오히려 예를 들어 더 낮은 휘도, 또는 상이한 색상화, 또는 임의의 다른 종류의 측정가능한 변화를 갖는 실시예에서, 센서(260, 270)는 그러한 변화를 측정하도록 구성될 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 반사 편광 필름 또는 PBS 앞에 배치된 색상 센서(410) 및 반사 편광 필름 또는 PBS 뒤에 배치된 색상 센서(408)는 각각 입력으로서 마이크로 컨트롤러(402)에 연결된다. 판독치에서 차이가 주어지면, 마이크로 컨트롤러는 마이크로 컨트롤러에 직렬로 연결된 모터 컨트롤러(404)에 신호를 송신할 수 있다. 언급된 바와 같이, 조명 광의 색상 수준이 알려져 있는 경우, 단일 센서가 컨트롤러에 연결될 수 있으며, 여기서 컨트롤러는 차이보다는 선택된 신호 수준에서 작동된다. 이러한 신호 수준 판독치는 예를 들어 황변이 거의 또는 전혀 없는 "기본(ground)" 수준에 비교될 수 있다.

황변 판독치가 주어진 때, 모터 컨트롤러는 이어서 모터 또는 액추에이터(406)를 작동시켜서, (도 5의) 필름(204)이 주 방출 축(220)과 직교하는 방향인 방향(222)을 따라 제1 조명 위치로부터 제2 조명으로, 그리고 제2 조명 위치로부터 제3 조명 시스템으로, 기타 등등으로 측방향으로 이동하게 할 수 있다. 언급된 바와 같이, 도 5의 모터 기어 시스템은 도 6의 것과 같은 자동화된 회로 시스템으로 이동될 수 있거나, 적합한 기술을 사용하여 수동으로 이동될 수 있다. 일부 상황에서, 필름(204)은 또한, 주어진 색상 센서 판독치가 사람 제어자 또는 조작자에게 필름(204)을 수동으로 이동시킬 것을 알려줄 때 수동으로 이동될 수 있다. 또한, 도 6은 자동화된 시스템의 단지 일례를 제공한다는 것을 이해하여야 한다. 프로그래밍된 기간에 응답하여 또는 복수의 다른 감지 시스템에 응답하여 이동할 수 있는 임의의 많은 자동화된 이동 시스템이 고려된다.

측방향으로 이동가능한 반사 편광 필름/PBS의 다른 실시예가 도 7에 예시되어 있다. 도 7은 광원(302), 및 제1 커버(310)와 제2 커버(312) 사이의 필름(304)을 포함한다. 실시예는 또한 선형 샤프트(392), 연결 구조물(394), 제2 연결 구조물(398), 및 스크류 샤프트(396)를 가진 측방향 이동 구성부를 포함한다. 이러한 도면은 PBS로서 또는 PBS의 일부로서 작용하는 반사 편광 필름(304)이 이동 구성부에 부착되는 실시예를 제공한다. 본 실시예에서, 광원(302)으로부터의 광은 역시 주 방출 축(320)을 따라 제1 커버(310)를 통해 PBS로 진입하고, 제1 조명 위치에서 필름(304)에 입사된다. 여기서, 광이 진입하는 위치로부터 PBS의 반대편 면 상에서, 스크류 샤프트 구성부가 제2 커버(312)에 부착된다. 구체적으로, 선형 샤프트(392)가 연결 구조물(394)을 통해 제2 커버에 부착된다. 이들 선형 샤프트는 반사 편광 필름(304)(또는 PBS)가 주 방출 축(320)과 직교하는 적절한 측방향(322)으로 이동하게 하는 안내부로서 역할한다. 제2 커버는 또한 제2 연결 구조물 유형(398)에 의해 스크류 샤프트(396)에 부착된다. 스크류 샤프트(396)가 회전할 때, 필름(304)은 선형 샤프트(392)를 따라 측방향(322)으로 이동된다.

일부 실시예에서, 선형 샤프트(392) 및 스크류 샤프트(396)는 반사 편광 필름(304)의 동일한 면 상에, 또는 동일한 커버, 예를 들어 제2 커버(312) 상에 있을 것이다. 다른 실시예에서, 선형 샤프트(392) 및 스크류 샤프트(396) 둘 모두는 반사 편광 필름(304)의 반대편 면 상에, 또는 제1 커버(310) 상에 있을 것이다. 일부 실시예에서, 선형 샤프트(392)는 샤프트(396)로부터의 필름(304)의 반대편 면 상에, 또는 반대편 커버 상에 있을 것이다. 또한, 일부 실시예에서, 둘 모두가 아니라, 선형 샤프트(392)만 또는 스크류 샤프트만 존재할 것이다. 그러한 경우에, 선형 샤프트(392)가 조정가능한 스크류 샤프트로 구성될 수 있거나, 스크류 샤프트(396)가 필름(304)을 안내하고 동시에 필름을 측방향으로 이동시킬 수 있다. 스크류 샤프트는 크랭크와 같은 소정 종류의 기계적 요소에 의해 수동으로 회전될 수 있다. 대안적으로, 스크류 샤프트는 자동화 및 회로를 통해 제어될 수 있다. 전술된 기어 시스템과 유사한 어느 한 작동 모드가 고려된다. 또한, 본 실시예는 반사 편광 필름이 측방향으로 변위되어야 할 때를 결정하기 위해 색상 센서 또는 다른 센서를 이용할 수 있다.

측방향 이동 방법 또는 시스템이 자동화되든 수동으로 작동되든 간에, 이는 선택된 기간 후에 반복적으로 조정될 수 있음을 이해하여야 한다. 일부 실시예에서, 이들 기간은 대략적으로 동일한 지속기간일 수 있다. 필름 또는 PBS가 이동되는 거리는 유사하게 동일한 거리일 수 있다 - 이로써, 사용되지 않은 노출 부족 지점들을 지나치지 않고서 제1 노출 부족 지점에 도달된다. 따라서, 필름은 일정한 증분의 기간 후에 선택된 일정한 거리만큼 이동될 수 있다. 이러한 일정한 변위 거리는 도 4b에 예시된 변위, 예를 들어 노출 면적의 직경의 절반의 변위와 일치한다.

지금까지 제조 물품으로서 기술되었지만, 본 명세서에 기술된 내용 및 지금까지 제공된 도면은 또한 연장된 수명을 갖는 빔 스플리터 또는 조명 시스템을 제공하는 방법을 개시하는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 도 5 및 도 7을 보면, 방법은 주 방출 축(220)을 따라 광을 방출할 수 있는 광원(202)을 제공하기 위한 것일 수 있다. 방법은 또한 기어 휠(232)에 결합된 치(234)의 기어 시스템 또는 스크류 샤프트(396)와 선형 샤프트(392) 시스템과 같은 측방향 이동 요소 상에 반사 편광 필름(204)을 위치시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 이어서 측방향 이동 요소를 사용하여 주 방출 축(220)과 직교하는 방향(222)으로 반사 편광 필름(204)을 측방향으로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.

도 1 및 도 2와 관련하여 언급된 바와 같이, 주 방출 축(120)은 필름을 측방향으로 이동시키기 전의 제1 조명 위치(114)에서 그리고 필름을 측방향으로 이동시킨 후의 제2 조명 위치(116)에서 반사 편광 필름과 교차할 수 있다. 실제로, 반사 편광 필름은 적어도 3개, 그리고 잠재적으로는 더 많은 상이한 조명 위치로 측방향으로 이동될 수 있다. 개시된 물품 실시예와 관련하여 언급된 바와 같이, 그러한 반사 편광 필름(104)을 위치시키는 방법은 수동 위치설정 구성(예컨대, 도 7의 스크류 샤프트 시스템(392, 396))에 의해, 또는 자동화된 시스템에 의해 자동으로 달성될 수 있다. 방법은 또한 선택된 증분의 기간 후에 필름을 일정량만큼 측방향으로 이동시키는 단계, 또는 반사 편광 필름을 통해 투과된 광을 판독하는 검출기를 배치하고 주어진 판독치에서, 예컨대 주어진 수준의 황색 광이 검출된 때 반사 편광 필름을 측방향으로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에 기술된 방법에서, 반사 편광 필름은 제1 투명 커버와 제2 투명 커버 사이에 위치될 수 있으며, 여기서 이들 커버 중 하나는 필름과 측방향 이동 요소 사이에 배치된다.

도 5 및 도 7의 조명 시스템 둘 모두를 다시 보면, 본 발명은 주로 편광 빔 스플리터 및 편광 빔 스플리터를 이동시키기 위한 수단(여기서, 빔 스플리터는 구성요소(204, 210, 212, 또는 304, 310, 312)로 구성됨)으로 구성되는 조명 시스템으로서의 상이한 태양으로부터 이해될 수 있다. 여기서, 반사 편광 필름은 PBS 자체는 아니고, PBS의 일부분이다. 어느 경우에서도, 요소는 여전히 광원의 주 방출 축과 직교하는 방향으로 이동된다. 유사하게, 이동 수단은 대안적으로 간단히 편광 빔 스플리터의 일부인 "측방향 이동" 요소 또는 장치로서 이해될 수 있으며, 편광 빔 스플리터는 역시 반사 편광 필름(204 또는 304) 및 제1 및 제2 커버(210, 310, 및 212, 312)를 포함한다. 편광 빔 스플리터는 또한 간단히, PBS에 입사한 광이 필름의 상이한 부분에 직접 입사되도록, 제1 커버 또는 제2 커버에 부착되고 제1 축을 따라 PBS를 이동시키는 측방향 이동 장치로 구성된다. 측방향 이동 장치는 본 명세서에 구체적으로 개시된 실시예들로 제한되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 오히려, 측방향 이동 장치는 언급된 방향으로 PBS를 이동시킬 수 있는 임의의 종류의 장치로 구성될 수 있으며, 예를 들어 수동으로 작동되거나 자동화될 수 있다.

본 발명은 전술된 특정 실시예로 제한되는 것으로 고려되어서는 안 되며, 오히려 첨부된 특허청구범위에 적절히 기재된 본 발명의 모든 태양을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명이 적용가능할 수 있는 다양한 변형, 등가의 공정, 및 많은 구조가 본 명세서의 검토를 통해 본 발명에 관련된 당업자에게 용이하게 명확해질 것이다. 특허청구범위는 그러한 변형 및 장치를 포함하고자 한다.

Claims (32)

1. 조명 시스템으로서,
   주 방출 축을 따라 광을 방출할 수 있는 광원;
   제1 주 표면을 갖는 반사 편광 필름(reflective polarizing film) - 상기 제1 주 표면 상에서 광원으로부터의 광을 수용함 - ; 및
   주 방출 축과 직교하는 방향으로 반사 편광 필름을 측방향으로 이동시키기 위한 수단을 포함하는 조명 시스템.
2. 제1항에 있어서, 제1 주 표면 상에 배치되는 제1 커버를 추가로 포함하는 조명 시스템.
3. 제2항에 있어서, 제1 커버는 주 방출 축에 평행한 방향으로의 폭 및 주 방출 축과 직교하는 방향으로의 길이를 갖고, 반사 편광 필름이 상기 길이를 따라 이동하며, 제1 커버의 길이는 폭보다 큰 조명 시스템.
4. 제2항에 있어서, 반사 편광 필름은 제1 주 표면 반대편의 제2 주 표면을 포함하고, 제2 주 표면 상에 배치되는 제2 커버를 추가로 포함하는 조명 시스템.
5. 제4항에 있어서, 제1 및 제2 커버는 가시 광에 대해 투과성인 재료를 포함하는 조명 시스템.
6. 제4항에 있어서, 제1 및 제2 커버는 유리 프리즘(glass prism)을 포함하는 조명 시스템.
7. 제1항에 있어서, 반사 편광 필름은 다층 중합체 필름을 포함하는 조명 시스템.
8. 제1항에 있어서, 반사 편광 필름은 편광 빔 스플리터(polarizing beam splitter)로서 작용하는 조명 시스템.
9. 제8항에 있어서, 편광 빔 스플리터는 맥네일(MacNeille) 편광 빔 스플리터인 조명 시스템.
10. 제1항에 있어서, 반사 편광 필름은 제1 시간에 제1 조명 위치에서 주 방출 축과 교차할 수 있고, 반사 편광 필름은 제2 시간에 제2 조명 위치에서 주 방출 축과 교차할 수 있으며, 제1 조명 위치는 제2 조명 위치와 상이한 조명 시스템.
11. 제10항에 있어서, 반사 편광 필름은 제3 조명 위치를 추가로 포함하고, 반사 편광 필름은 제3 시간에 상기 제3 조명 위치에서 주 방출 축과 교차할 수 있으며, 제3 시간은 제1 및 제2 조명 위치와 상이한 조명 시스템.
12. 제1항에 있어서, 반사 편광 필름을 측방향으로 이동시키기 위한 수단은 수동으로 작동되는 조명 시스템.
13. 제1항에 있어서, 반사 편광 필름을 측방향으로 이동시키기 위한 수단은 자동화되는 조명 시스템.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 반사 편광 필름을 통해 투과된 광의 색상을 검출하기 위한 센서를 추가로 포함하는 조명 시스템.
15. 제13항에 있어서, 자동화된 수단은 회로 및 모터를 포함하는 조명 시스템.
16. 제1항에 있어서, 반사 편광 필름을 측방향으로 이동시키기 위한 수단은 기어 시스템(gear system)을 포함하는 조명 시스템.
17. 제1항에 있어서, 반사 편광 필름으로부터 이미지화되지 않은 광을 수용하고 이미지화된 광을 반사 편광 필름을 향해 반사시키는 이미저(imager)를 추가로 포함하는 조명 시스템.
18. 제17항에 있어서, 프로젝션 렌즈 시스템(projection lens system)을 추가로 포함하는 조명 시스템.
19. 제1항에 있어서, 반사 편광 필름을 측방향으로 이동시키기 위한 수단은 스크류 샤프트 시스템(screw shaft system)을 포함하는 조명 시스템.
20. 광을 방출할 수 있고 주 방출 축을 갖는 광원을 제공하는 단계;
    반사 편광 필름을 측방향 이동 요소 상에 위치시키는 단계; 및
    측방향 이동 요소를 사용하여 주 방출 축과 직교하는 방향으로 반사 편광 필름을 측방향으로 이동시키는 단계를 포함하는 방법.
21. 제20항에 있어서, 주 방출 축은 필름을 측방향으로 이동시키기 전의 제1 조명 위치 및 필름을 측방향으로 이동시킨 후의 제2 조명 위치에서 반사 편광 필름과 교차하는 방법.
22. 제20항에 있어서, 반사 편광 필름은 적어도 3개의 상이한 조명 위치로 측방향으로 이동되는 방법.
23. 제20항에 있어서, 측방향으로의 이동은 수동 위치설정 구성을 사용하여 수행되는 방법.
24. 제23항에 있어서, 수동 위치설정 구성은 스크류 샤프트 시스템을 포함하는 방법.
25. 제20항에 있어서, 측방향으로의 이동은 자동화된 시스템에 의해 자동으로 수행되는 방법.
26. 제20항에 있어서, 반사 편광 필름은 일정한 증분의 기간 후에 일정한 거리만큼 측방향으로 이동하는 방법.
27. 제20항에 있어서, 반사 편광 필름을 통해 투과된 광의 색상을 검출하는 단계, 및 선택된 센서 판독치에서 반사 편광 필름을 측방향으로 이동시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
28. 제27항에 있어서, 주어진 수준의 황색 광이 검출된 때, 반사 편광기를 상이한 조명 위치로 측방향으로 이동시키는 방법.
29. 제20항에 있어서, 반사 편광 필름은 제1 투명 커버와 제2 투명 커버 사이에 위치되고, 또한 제1 또는 제2 투명 커버는 필름과 측방향 이동 요소 사이에 위치되는 방법.
30. 제20항에 있어서, 측방향 이동 요소는 기어 시스템을 포함하고, 기어 시스템은 기어 휠(gear wheel), 및 반사 편광 필름 상에 배치되는 복수의 기어 치(gear teeth)를 포함하는 방법.
31. 조명 시스템으로서,
    주 방출 축을 갖는 광원;
    광원으로부터 광을 수용하고 반사 편광기 필름을 포함하는 편광 빔 스플리터; 및
    광원의 주 방출 축과 직교하는 방향으로 빔 스플리터를 이동시키기 위한 수단을 포함하는 조명 시스템.
32. 편광 빔 스플리터로서,
    제1 주 표면 및 제2 주 표면을 갖는 반사 편광 필름;
    제1 주 표면에 부착되는 제1 커버;
    제2 주 표면에 부착되는 제2 커버; 및
    제1 커버 또는 제2 커버에 부착되고, 편광 빔 스플리터를 제1 축을 따라 이동시켜서 PBS에 입사하는 광이 필름의 상이한 부분들에 직접 입사하도록 하는 측방향 이동 장치를 포함하는 편광 빔 스플리터.

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