KR19990077328A

KR19990077328A - 측면 발광 광 도관

Info

Publication number: KR19990077328A
Application number: KR1019980705475A
Authority: KR
Inventors: 제임스 알. 자리안; 존 에이. 로빈스; 데니스 시타; 제임스 안토니 호움
Original assignee: 그레그 휘태커; 루메니트 인터내셔널 코포레이션
Priority date: 1996-01-19
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 1999-10-25
Also published as: WO1997026573A1; AU2244597A; EP0961901A4; NO983319L; US20020028042A1; AU715687B2; EP0961901A1; US5987199A; NO983319D0; CA2241838A1; NZ330157A; JP2000505210A; US6289150B1

Abstract

광섬유 도관(32)은 반사 재료를 갖는 클래딩(24)에 의해 둘러싸인 광섬유 코어(22)와, 길이방향 길이를 따라 광섬유 코어(22)를 피복하는 클래딩(24)과 인접하여 또는 접촉하여 부착된 홀더 및/또는 반사체(34)를 포함하며, 광섬유 코어(22) 내의 균일한 절결부(41)에 의해 형성되어 도관(32)의 길이를 따라 직각으로 외측으로 알맞게 균일한 광을 방출하는 복수개의 발광부(28 내지 30)를 포함한다. 광 패턴은 광섬유 코어(22)의 형상 변경 및/또는 절결부(41)에 의해 매우 좁은 패턴으로부터 매우 넓은 패턴까지의 다양한 빔 패턴을 방출하도록 이루어질 수 있다. 절결된 광섬유는 절결부(41)를 먼지 및 습기로부터 보호하고 광소자(106) 및 광섬유 코어(22)와의 홀더 및/또는 반사체(34)의 정렬을 유지하기 위하여 주변으로부터 보호하는 투명 보호 코팅 내에 매설된다.

Description

측면 발광 광 도관

<기술 분야>

본 발명은 넓게는 광을 안내하는 광섬유에 관한 것으로, 특히 광원으로부터의 광을 선형적으로 안내하고 광섬유의 길이를 따라 광섬유의 측면으로부터 발광시키는 개량된 광섬유에 관한 것이다.

<배경 기술>

광섬유 광 도관(light conduit)은 전반사(Total Internal Reflection; TIR) 원리를 사용하여 유리, 플라스틱 및 액체 등의 많은 상이한 투광 매체를 통해 한 지점으로부터 다른 지점으로 광을 전달하기 위하여 수년 동안 사용되어 왔다. 이들의 각각의 경우에서, 흡수, 임계 광각을 초과하는 광선, 그리고 기포, 공극 및 부스러기 등의 광학적 결함으로 인한 확산-이러한 것으로 제한되지 않음-과 같은 여러 이유로 인해 광 도관의 길이를 따라 이동하는 동안에 광의 일부가 손실된다.

출력되어 나오는 광을 최대화하기 위하여 광 도관을 따른 광 손실량을 최소화함으로써 단부 조명 목적을 위한 더욱 효율적인 광섬유를 생성하는 것이 광섬유 제조자의 목표였다.

근년에, 형광 조명과 같은 캐소드 튜브(cathode tube)를 흉내내는 "글로우잉 로드(glowing rod)"를 생성하도록 길이방향 축을 따라 광 출력을 최대화하는 데 효율적인 광섬유를 갖는 것에 대하여 관심을 두어 왔다. 광섬유 광 도관은 장식 조명과 대비되는 기능성 조명 적용에 사용되는 데 필요한 세기(intensity)를 발생시킬 수 없다는 하나의 문제점이 있었다.

기능적인 목적을 위해 사용되는 표준형 캐소드 조명은 요구되는 효과를 성취하기 위하여 몇몇 종류의 홀더 및/또는 반사체 또는 렌즈를 대체로 요구한다. 하나의 이러한 예는 주요 조명 목표물이 선반(shelf)의 전방에 있는 냉장고 내부를 조명하는 때이다. 캐소드 램프 출력은 매우 확산이 잘되며, 현재 냉장고 제조자는 요구되는 목표 지역에 필요한 광량을 안내하기 위해 와트수가 높은 램프와 특별한 홀더 및/또는 반사체를 사용한다. 그러나, 와트수가 높은 램프는 높은 열출력을 야기하는데, 이는 냉장고 냉각 요소들이 추가된 열을 보상하기 위하여 추가적인 에너지를 소비할 수 있기 때문에 바람직하지 않다.

에칭된 유리에 의한 모서리 조명은 캐소드 튜브에 의해 성취될 수 있는 다른 종류의 조명이다. 그러나, 이러한 종류가 갖는 하나의 문제점은 표면의 폭이 통상적으로 6.35mm 내지 12.7mm(1/4 인치 내지 1/2 인치)인 유리의 모서리로 광을 효율적으로 안내하는 것에 관한 것이었다. 이러한 작은 영역은 홀더 및/또는 반사체에 의해 보조되더라도 광을 유리로 안내하는 캐소드 튜브의 능력을 제한하는데, 그 이유는 캐소드 튜브는 종종 유리의 폭과 동일하거나 더 커서 홀더 및/또는 반사체가 광을 튜브의 배면으로부터 유리로 집중시키는 것을 방해하기 때문이다. 유리 모서리로부터 멀리 향하게 되는 훨씬 많은 광을 낭비하는 유리의 요구되는 조명을 성취하기 위해 와트수가 더욱 높은 램프가 요구된다.

종래의 선형 기능적 및 장식적 조명 시스템에는 많은 다른 문제점들이 존재한다. 램프는 통상적으로 쉽게 파손되고 결국에는 교환될 것이 요구되어서, 램프는 램프 교환을 위한 접근을 제공하여야 하는 보호 챔버 내에 설치되어야 함으로써, 구성 및 유지 보수 문제점을 발생시킨다. 램프는 통상적으로 용이하게 절곡되거나 성형될 수 없으며, 전기 충격 또는 화재 위험 등의 문제를 발생시킬 수 있는 전기 소자들을 포함하므로, 종래의 조명 시스템을 수용하기 위해서는 보다 복잡한 시스템 설계가 요구된다.

캐소드 조명 등의 종래의 선형 조명을 대체하는 광원으로서 상업적으로 하용 가능한 측면 조명을 제공하는 방향성 광섬유 광 도관을 생성하기 위하여 최근 몇 년에 걸쳐 많은 시도가 있었다. 미국 특허 제5,432,876호에서, 애플돈(Appledorn)은 종래의 형광 설비에 대한 대안으로서 그러나 직접 조명에 대한 대안은 아닌 것으로서 후방 조명을 성취하기 위해 사용될 수 있는 다양한 절결부 및 노치의 생성을 기재하고 있다. 하나의 문제점은 직접 조명 목적을 위한 유용한 최종 제품을 성취하기 위해 적당한 휘도(brightness) 및 방향성을 얻는 것이었다.

미국 캘리포니아주 코스타 메사 소재의 루메니트 인터내셔널 코포레이션으로부터 상업적으로 입수 가능한 방향성 광섬유 광 도관의 일례가 로빈스(Robbins)에게 허여된 미국 특허 제5,067,831호에 기재되어 있다. 상기 제품이 반사식 "U"자형 채널 홀더 및/또는 반사체와 함께 사용될 때, 광섬유 광 도관은 길이방향 측면으로부터 발광하지만, 의도한 목적에 대해 적합한 것임에도 불구하고 이용 가능한 광량은 기능적 조명 적용에 대해 유용하게 되기에는 충분치 않다.

다른 예는 오르컷(Orcutt)에게 허여된 미국 특허 제4,422,719호에 기재되어 있다. 오르컷은 광섬유 아래로 이동하는 광이 방해를 받아 "외측으로" 향하도록 하는, 코어 및 클래딩에 절결부 또는 기포가 만들어진 광섬유로 기본적으로 구성된 광 분배 시스템을 설명하고 있다. 이러한 것은 절결부를 갖지 않는 광섬유 도관에 비해 개선된 것이지만, 전술된 바와 같이, 기능적 적용에 대해 충분한 조명을 발생시키는 것이라고 여겨지지 않는다. 부가적으로, 전술된 제품은 절결부가 제품이 위치되는 환경에 대해 개방되어 있으므로 물 및 먼지에 의해 손상 받기 쉬운 것으로 여겨진다.

미국 특허 제4,067,831호에서, 로빈스는 광섬유를 손상으로부터 보호하는 보호성 투명 재킷(jacket)으로 광섬유를 피복하는 방법을 기재하고 있으나, 광이 절결부로부터 외측으로 투사될 때, 재킷의 반대편에 있는 홀더 및/또는 반사체는 절결부로부터 외측으로 투사되는 광의 전체 세기에 거의 영향을 미치지 않는다. 상기 제품은 장식적 조명에 대해 적합하지만, 기능적 조명 적용에 대해 요구되는 충분한 광을 효율적으로 전달하지 못한다.

다른 문제점은 내화성(resistance to fire)이었다. 광섬유는 종래의 조명 시스템에 의해 야기되는 전기 충격의 위험 또는 화재 위험을 예방하지 못함과 동시에, 종래의 광섬유 광 도관은 가연성 재료를 사용하여 제조된다. 따라서, 내화성인 광섬유 광 도관을 구비하는 것이 바람직하다.

<발명의 기재>

본 발명의 넓은 목적은 개량된 광효율을 갖는 광섬유 도관을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가의 목적은 그 길이를 따라 방향이 제어되고 대체로 균일한 광학적 광출력을 갖는 선형 광섬유 도관을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 내화성인 광섬유 도관을 제공하는 것이다.

본 발명의 이점은 도관으로부터 안내된 광의 성질을 변화시킴으로써 구체적인 조명 적용을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 이점은 도관의 길이를 따른 광출력량을 증가시키기 위하여 광섬유 도관 내부에 홀더 및/또는 반사체를 제공하는 것이다.

본 발명의 추가의 이점은 습기, 물 또는 먼지와, 위치 변화와, 홀더 및/또는 반사체와 광섬유의 공간 관계에 의해 야기되는 조명 손실로부터 홀더 및/또는 반사체와 광섬유를 보호하기 위하여 광섬유 도관 내부에 밀봉된 홀더 및/또는 반사체를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 클래딩에 의해 둘러싸인 광섬유 코어를 갖는 선형 광섬유 도관에 관한 것이다. 광섬유 코어의 측면을 따라 가변 간격으로 이격된 소정 간격으로 만들어지고 깊이 및 정렬이 대체로 균일한 노치 및/또는 절결부로부터 복수개의 발광부가 형성된다. 절결부들 사이의 간격은 광원으로부터 이격된 절결부의 거리 및 도관의 길이와 관련하여 변화한다. 절결부가 만들어진 쪽인 도관의 측면은 모든 노치 및/또는 절결부가 서로 정렬되는 것을 보장하기 위하여 도관의 길이를 따른 기계 및/또는 인간의 판독 가능 기준부에 의해 분리되어 또는 연속적으로 형성된다.

클래딩이 피복된 광섬유 코어는 복수개의 발광부에 인접하여 또는 이에 접촉하여 중심을 둔 반사재로부터 형성된 채널을 구비하는 홀더 및/또는 반사체 내부에 수용된다. 일 실시예에서, 홀더 및/또는 반사체는 윤곽이 꼭 맞지 않으며, 대신에 절결부의 대향 측면을 따라 선형적으로 공기 간극이 유지된다. 다른 실시예에서, 채널 재료는 공기 간극을 통한 화염의 전파를 방지할 수 있는 내화성 및/또는 내염성 재료를 포함할 수 있다. 채널은 도관의 길이를 따라 형성된 제1 기준부 및/또는 제2 기준부에 따라 절결부 및/또는 노치와 정렬된다.

광출력을 조절하는 광소자들이 포함될 수 있고, 절결부 및/또는 노치와 정렬되어 위치된다. 이러한 광소자는 렌즈, 필터, 확산기 및/또는 레이저 사진 필름을 포함할 수 있다. 이러한 광소자들은 발광부와 홀더 및/또는 반사체와 함께 도관의 길이를 따라 기준 상세부를 성립시킴으로써 양호한 위치로 정렬된다. 홀더 및/또는 반사체와 클래딩 피복된 광섬유를 둘러싸는 재킷은 홀더 및/또는 반사체의 내부에서의 광 코어의 정렬을 유지하며, 습기, 물, 화염 및 먼지가 홀더 및/또는 반사체와 광섬유 코어 사이에 형성된 공기 간극으로 들어가는 것을 방지한다. 광 도관의 일단부는 광 도관 내부로의 광의 전반사를 야기하도록 종래의 방식으로 광원에 연결된다. 도관을 통해 광을 반대 방향으로 향하게 하도록 반사 단부편이 대향 단부에 연결된다.

화재의 위험성을 최소화하는 것이 바람직한, 코어 조명, 출구 식별 등의 구체적인 직접 조명 적용, 또는 간접 조명 용도에서 내화성 및/또는 내염성을 갖는 전술된 광섬유 도관이 또한 유용할 수 있다.

본 발명의 목적 및 이점은 이하의 상세한 설명 및 첨부 서류를 검토한 후에 당해 기술 분야의 통상의 숙련자에게 더욱 명백하게 될 것이다.

<도면의 간단한 설명>

도1은 본 발명의 광섬유 도관의 파단 측단면도이다.

도2는 선 2-2를 따라 취한, 도1의 광섬유 도관의 단면도이다.

도3은 선 3-3에 의해 둘러싸인 도1의 광섬유 도관의 확대도이다.

도4는 불연속적인 가변 간격으로 위치된 발광부들을 갖는 광섬유 도관의 개략 파단 측면도이다.

도5는 광섬유 도관의 단부의 부분 단면도이다.

도6은 발광부들의 간격에서의 불연속적인 변화를 도시하는, 광섬유 도관의 실시예의 개략도이다.

도7은 다른 원통형 광섬유 도관의 단면도이다.

도8은 광섬유 도관에서 절결부를 형성하는 커터의 개략도이다.

도9는 광섬유 도관의 다른 실시예의 파단 측단면도이다.

도10은 도9의 선 10-10을 따라 취한 광섬유 도관의 단면도이다.

도11은 광소자를 갖는 광섬유 도관의 파단 측단면도이다.

도12는 광섬유 도관의 다른 실시예의 사시도이다.

도13은 광섬유 도관의 다른 실시예의 단면도이다.

도14는 광섬유 도관의 다른 실시예의 단면도이다.

도15는 브래킷에 고정된 도10의 광섬유 도관의 단면도이다.

도16은 광섬유 도관의 다른 실시예의 단면도이다.

도17은 공정 블럭 선도이다.

<발명을 실행하는 최상 모드>

특히 도면 부호에 의거하여 도면을 참조하면, 일반적으로 측면 발광 조명용으로 사용되는 광섬유 도관(20)(도1 및 도2)은 클래딩(24)에 의해 둘러싸이고 이어서 재킷(26)에 의해 둘러싸인 중앙 광섬유 코어(22)의 공지의 조합을 포함한다. 본 명세서에 참조되어 합체된 미국 특허 제5,067,831호는 광섬유 코어(22) 및 클래딩(24)용으로 양호한 종류의 재료를 포함하는 이러한 구성과, 이의 제조 방법을 기재하고 있다. 양호하게는, 코어는 미국 캘리포니아주 코스타 메사 소재의 루메니트 인터내셔널 코포레이션에 의해 모델 번호 SWN-500, SWN-400, OU-400, WN-500, SL-500 및 SL-400으로 제조되는 종류의 것으로 만들어지는데, 여기서 현재에는 모델 번호 SWN-500이 가장 양호하다.

유리하게는, 광섬유 코어 및 클래딩은 도2의 바닥 쪽에 도시된 바와 같이 광섬유 코어의 측면(32)을 따라 선형적으로 소정의 이격된 관계로 위치된 균일한 크기 및 형상의 복수개의 발광부(28 내지 30)(도1 및 도4)를 포함한다. 클래딩(24)에 의해 둘러싸인 광섬유 코어(22)는 복수개의 발광부(28 내지 30) 둘레에 중심을 둔 반사 내부면(36)(도1, 도2 및 도7)으로 구성된 채널을 구비하는 트랙 및/또는 홀더 및/또는 반사체(34) 내에 수용된다. 홀더 및/또는 반사체(34)는 복수개의 발광부에 인접하여 또는 이에 접촉하여 위치된다. 광원(38)(도1)은 TIR 효과를 발생시키도록 종래의 방식으로 광섬유 도관의 일단부에 연결된다. 광원에 대향한 광섬유 도관의 단부는 광섬유 도관에 잔류하는 어떠한 광도 광원을 향해 다시 반사시키는 반사면(40)을 포함할 수 있다. 전장이 더욱 긴 도관에 대하여, 도관은 제2 광원(38)을 포함할 수 있다.

도3, 도9 및 도11을 참조하면, 일반적으로 발광부는 제조 중에 코어 내에 형성된 (도시되지 않은) 반사 물질, 예컨대 (도시되지 않은) 기포 등과 같이 광을 반사 또는 굴절시키도록 광섬유 코어 내로 구성된 임의의 불균일성을 포함할 수 있다. 또한, 코어 후속 제조에 있어서 만들어진 재료의 웨지 또는 개별 절결부(41)를 제거하기 위하여 코어 내의 2개의 절결부로부터 만들어진 노치(39)는 양호하게는 발광부로서 역할한다. 양호한 발광부는 광섬유 후속 제조에서 만들어진 노치 또는 절결부이다. 광섬유 코어로부터 투과되는 임의의 광이 초점 및/또는 세기와 관계없이 바람직하게 되는 장식 조명과는 달리, 기능적 조명 적용은 조명이 요구되는 구역을 향해 광이 안내되는 것과, 도관의 광출력 효율이 최대로 되는 것이 요구된다.

양호한 실시예에서, 발광부는 코어 후속 제조에서 만들어진다. 도3에 도시된 바와 같이, 발광부는 종래의 기계식 커터(cutter)에 의해 형성된 균일한 절결부(41)들이다. 양호하게는, 발광부는 코어를 균일하게 절삭하여 매끄럽고 무늬가 없는 표면을 남길 수 있는 커터(90)(도8)에 의해 형성된 노치(39)(도9 및 도11)로부터 형성된다. 이러한 목적에 적당한 커터는 바람직하게는 재료를 파열시키거나 태우지 않고 코어를 절삭한다. 이러한 종류의 커터는 원판의 중심에 위치된 축(96)을 중심으로 자유롭게 회전 가능한 매끄럽고 치(tooth)가 없는 블레이드(94)를 갖는 원판형 나이프(93)를 포함한다. 핸들 또는 다른 종래의 기계에 연결하는 아암(98)은 블레이드를 고정한다. 양호하게는, 블레이드는 축이 힘 작용선(102)으로 나타낸 바와 같이 코어의 원주에 대하여 이동하는 동안 힘 작용선(100)으로 나타낸 바와 같이 축을 중심으로 회전한다. 블레이드(94)는 코어의 길이방향 축선에 대하여 45°로 경사져 있다. 양호하게는 90° 노치(39)(도9 및 도11)를 형성하기 위해 2개의 절결부가 만들어지며, 노치에서 코어로부터 재료가 제거되고, 노치는 단면으로부터 볼 때 초승달 형상부(39)를 갖는다. 블레이드(94)는 노치(39)를 형성하기 위해 코어를 따라 절삭하지만 코어 재료를 파열시키지 않는다. 노치(39)는 코어(22) 내부에서 TIR 효과를 최대화함으로써 발광부로서 역할한다. 이는 코어(22)가 광을 화살표 43으로 나타낸 바와 같이 코어를 가로질러 코어의 반대편으로 빠져나가게 안내하는 노치(39)에서 주변 공기(104)(도9 및 도11)로부터의 상이한 굴절률을 가지기 때문이다. 상이한 조명 효과는 주변 공기(104)를 다른 가스 또는 화합물로 대체함으로써 성취될 수 있다. 절결부에서의 결함은 일부의 광을 노치(39) 내부로 안내할 수 있다. 이러한 광은 홀더 및/또는 반사체로부터 코어를 통해 다시 반사하는 것이 바람직하다. 다르게는, 노치에 비해 절결부가 더 바람직한 경우에, 절결부는 클래딩(24) 및 코어(22) 내로 3.175mm(1/8인치)의 균일한 깊이와, 양호하게는 수평, 즉 길이방향 광축으로부터 45°의 각도 "θ"(도3)로 만들어지는 것이 바람직하다. 이는 광이 광섬유의 길이방향 광축에 직각으로 빠져나가게 하는 것으로 여겨지며, 여기서 광섬유 코어는 광이 빠져나가도록 하는 약 81°의 수용각을 가질 수 있다. 광 경로가 도1에서 선(43 내지 45)으로 나타나 있다. 절결부의 측면(46, 47)(도3)의 표면은 양호하게는 거칠기보다는 매끄러워 광이 균일하게 굴절되도록 한다. 절결부는 양호하게는 통상적인 사용 중에 절결부의 측면(46, 47)들 사이에서의 접촉을 방지하기에 충분한 간극(48)을 갖는 웨지(wedge)를 형성한다. 이러한 접촉은 광 반사성 및/또는 광 굴절성을 감소시킨다. 본 실시예에서, 절결부(41)는 광을 코어 외부로 나가게 하도록 TIR에 의존하는 데 있어서 노치(39)보다 덜 효율적이다. 광섬유를 요구되는 정렬 상태로 고정하는 홀더는 홀더 및/또는 반사체로서도 작용한다. 광섬유가 단면이 둥글게 되어 있고 광섬유가 "u"자의 바닥에 개방 공간이 형성된 직선 "u" 채널 등의 일치하지 않는 형상의 홀더 내에 배치될 때, "u"자의 바닥에 인접하게 되는 광섬유에 만들어진 절결부는 이러한 구성을 유지한다. 일치하는 형상의 홀더가 사용될 때 절결부는 광 추출이 감소되도록 상기 구성을 차단하고 변경시키려 하는 경향이 있음을 알았다. 일치하는 형상의 홀더를 사용할 때 양호한 실시예는 노치가 형성된 표면과 홀더 사이에서 개방 공간을 유지하기에 충분한 노치로 이루어진 발광부를 포함한다는 것을 알았다.

노치(39)를 절삭하는 다른 실시예는 노치에 의해 생성된 표면이 전반사가 일어나게 하기에 충분할 정도로 매끄럽게 되도록 광섬유에 노치를 만들기에 충분한 절삭 블레이드를 갖는 (도시되지 않은) 고속 드릴 모터를 포함한다.

홀더에 대한 발광부의 정렬은 광학 시스템으로부터 방사되는 광출력의 방향성을 결정한다. 또한, 절결부의 형상은 광학 시스템의 출력 빔 패턴에 영향을 미친다는 것을 알았다. 절결부가 넓어질수록 출력 빔 패턴도 넓어진다.

모든 직선 광섬유에 의해, 광이 광원 부근의 광섬유의 길이부로부터 추출됨에 따라, 후속의 길이부에서 얻을 수 있는 광은 적게 되며, 이러한 현상은 제조 공정에서 고려되어야만 한다. 광섬유 도관으로부터의 균일한 조명을 성취하기 위하여, 발광부가 나타나는 빈도는 도관의 길이와 광원으로부터 발광부의 거리에 대하여 비선형적으로 증가한다. 바꿔 말하면, 발광부들은 광원으로부터의 거리가 증가함에 따라 서로 더 밀집하게 된다. 이는 발광부로부터 겪게 되는 손실과 광섬유 자체의 자연 감쇠로 인한 광의 감쇠를 보상하는 것이다. 간격은 양호한 방법으로서 점차적으로 밀집하도록 이루어지거나, 각각의 그룹 내에 있는 개별 발광부들 사이의 거리는 일정하게 유지되면서 그룹들이 점차적으로 밀집하게 되는 간격 그룹으로 이루어질 수 있다. 이러한 기술은 광섬유가 광섬유 길이에 걸쳐 광을 균일하게 투과시키기 위하여 점차적인 깊이를 갖는 발광부를 만드는 것에 비해 더 바람직하다. 발광부가 점차적으로 깊게 만들어질 때, 광 패턴은 변경된다. 절결부가 깊어질수록 광 패턴은 더욱 넓게 된다. 발광부가 점차적으로 밀집하게 될 때, 광 패턴은 동일하게 유지되고 광출력은 더욱 균일하게 된다. 도관의 길이를 따른 광출력의 균일성은 부분적으로는 발광부의 간격에서의 변화로 인해 그리고 부분적으로는 발광부의 크기 및 각도의 균일성으로 인해 성취된다. 기계식 커터는 특히 이러한 균일성을 제공하기에 적합하다.

도6에 도시된 바와 같이, 절결부 간격의 빈도에서의 연속적인 변화가 바람직하지만, 본 발명의 커터는 간격간의 거리 조절 동안의 지연을 최소화하기 위하여 간격의 빈도를 불연속적인 거리들로 변화시킬 수 있어야 한다. 따라서, 도6의 실시예를 참조하면, 예컨대, 우측의 인접한 세그먼트(48)에 배치된 60W의 광원과 사용되도록 클래딩 피복된 광섬유 코어의 4.57m(15ft) 영역은 12개의 세그먼트(48 내지 59)로 분할된다. 처음의 4개의 세그먼트(48 내지 51)[총 길이는 2.44m(8ft)]는 4개의 세그먼트 각각의 내부에서 15.24cm(6인치), 12.7cm(5인치), 10.16cm(4인치) 및 7.62cm(3인치) 간격 변화를 갖는 발광부들을 수용한다. 따라서, 세그먼트(48) 내의 각각의 발광부 사이의 간격은 15.24cm(6인치)이고, 세그먼트(49) 내에서 그 간격은 12.7cm(5인치)이며, 세그먼트(50) 내에서 그 간격은 10.16cm(4인치)이고, 세그먼트(51) 내에서 그 간격은 7.62cm(3인치)이다. 총 길이 1.22m(4ft)로 구성된 다음의 3개의 세그먼트(52 내지 54)는 3개의 세그먼트 각각의 내부의 각각의 절결부 사이에서 6.35cm(2.5인치), 5.08cm(2인치) 및 3.81cm(1.5인치) 거리를 갖는 절결부들을 수용한다. 따라서, 30.48cm(1ft)의 세그먼트(50) 내의 각각의 절결부 사이의 간격은 6.35cm(2.5인치)이고, 45.72cm(18인치) 세그먼트(53)에서 그 간격은 5.08cm(2인치)이며, 45.72cm(18인치) 세그먼트(54)에서 그 간격은 3.81cm(1.5인치)이다. 총 길이 91.44cm(3ft)로 구성된 다음의 4개의 세그먼트(55 내지 58)는 4개의 세그먼트 각각의 내부에서 3.18cm(1.25인치), 3.81cm(1.5인치), 1.91cm(0.75인치) 및 1.27cm(0.5인치)의 간격 변화를 수용한다. 따라서, 22.86cm(9인치) 세그먼트(55) 내에서 각각의 절결부 사이의 간격은 3.18cm(1.25인치)이고, 22.86cm(9인치) 세그먼트(56)에서는 2.54cm(1인치)이며, 15.24cm(6인치) 세그먼트(57)에서 2.54cm(1인치)이고, 30.48cm(12인치) 세그먼트(58)에서 1.27cm(0.5인치)이다. 4.57m(15ft)에 더하여 마지막 7.62cm(3인치) 세그먼트(59)는 절결부를 수용하지 않는다. 7.62cm(3인치) 세그먼트는 선택적이지만, 케이블의 단부들을 이을 때 바람직하다. 또한, 보다 길이가 긴 케이블에 대하여는 동일한 광원에 연결되는 케이블의 각각의 단부 또는 양 단부에서 광원을 이용하는 것을 알 수 있다. 작은 간격의 발광부들은 광원으로부터 먼 케이블의 중간 부근에서 발생하며, 그렇지 않다면 그 지점에서 광출력은 흐릿하게 될 것이다. 본 발명의 원리에 따르면, 발광부의 개수 및 각각의 발광부 사이의 거리는 광섬유의 길이를 따라 요구되는 정도의 광출력의 균일성을 성취하기 위하여 이루어진다.

발광부는 클래딩(24)이 부가되기 전에만 광섬유 코어(22)에 만들어질 수 있었지만, 발광부는 양호하게는 광섬유 코어가 클래딩(24)에 의해 둘러싸인 후에 클래딩(24) 및 코어(22)에 만들어진다. 이러한 기술은, 클래딩(24)이 코어(22) 둘레에서 밀착 수축하도록 가열될 때 클래딩이 노치(도9 및 도11)로 진입하거나 절결부(도3)를 폐쇄함으로써 발광부의 잠재적인 광 편향성을 감소시키는 것에 의해 코어(22)에서의 발광부의 균일성에 악영향을 미칠 수 있기 때문에, 바람직하다.

양호하게는, 발광부(28 내지 30)는 각각의 발광부(28 내지 30)로부터 반대쪽으로 도2의 화살표(70)로 나타낸 바와 같이 광을 타원형 광섬유 코어(22)의 큰 직경을 가로질러 영역(60) 외부로 안내하도록 위치된다. 이러한 것은 광을 광원으로부터 광섬유 코어를 통해 안내하도록 노치(39) 및/또는 절결부(41)를 경사지게 함으로써 성취될 수 있다. 발광부는 절결부가 요구되는 집중 효과에 대한 광의 기여도를 감소시키는 여러 방향으로 광을 반사/굴절시키게 하는 것보다는 광섬유의 일 측면에 위치된 노치(39)가 광을 안내하게 함으로써 빠져나가는 광의 보다 양호한 제어를 허용한다.

확산기, 편광기, 확대 렌즈, 프리즘, 레이저 사진, 또는 조명의 방향, 양 또는 품질을 조절할 수 있는 임의의 다른 소자 등의 광소자(106)(도10)들이 개별적으로 또는 조합되어 부가될 수 있으며, 코어 클래딩, 노치, 및 트랙 또는 홀더 및/또는 반사체와 정렬될 수도 있다. 광소자들은 별개의 요소(106)로서 형성되거나, 코어(108)(도12), 클래딩 및/또는 재킷(110)(도11) 재료와 일체로 형성되거나, 별개 및 일체 형성된 요소들의 임의의 조합으로 형성될 수 있다. 여러 형상의 코어(108)(도12) 및 클래딩에서 일체로 형성된 광소자들은 렌즈를 생성함으로써, 최종 제품의 광의 방향성에 특히 영향을 미친다. 상이한 광섬유 형상은 상이한 출력 빔 패턴을 생성한다. 둥근 광섬유(도7)는 광의 넓은 빔 폭을 생성한다. 예컨대, 빔 폭은 원형 단면을 갖는 샘플에서 약 50° 내지 60°가 되도록 결정되었다. 타원형 광섬유(도2)(약 6 대 4의 비율)에서, 약 20° 내지 30°의 빔 폭이 초래된다. 웨지형 광섬유(도12)는 평행 빔 폭을 생성한다고 여겨진다. 이러한 빔 폭은 렌즈 효과인 것으로 여겨지는 것에 기인한다. 절결부의 깊이는 광이 코어를 빠져나가는 광섬유 코어의 곡률에 의해 형성된 렌즈(60)의 초점과 적어도 교차하기에 충분하여야 한다고 여겨진다. 단면에서 볼 때 원통형인 광섬유는 넓은 조명 범위에 걸쳐 광을 확산시키는 렌즈(62)(도7)를 형성한다. 단면에서 볼 때 타원형인 광섬유 코어는 좁은 조명 범위 내에서 광의 세기를 증가시키는 렌즈(60)(도2)를 형성한다. 단면에서 볼 때 웨지형인 광섬유 코어는 렌즈(108)(도12)를 형성한다. 요구되는 광학 특성으로 인해 다른 형상들도 광소자로서 작용하도록 사용될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 다른 광소자(106)(도10)는 광소자로부터 광섬유의 반대측에 있는 노치(39)에 의해 형성된 원호(112)와 홀더 및/또는 반사체와 정렬된 별개의 광소자(106)(도10)를 포함함으로써 여러 조명 효과를 성취할 수 있다. 렌즈(106), 노치(39), 및 홀더 및/또는 반사체(34) 모두는 광을 광섬유(22)로부터 렌즈(106)로 안내하도록 정렬된다. 또한, 광소자(110)는 재킷 재료(도11)에서 일체로 형성될 수도 있다. 재킷 두께는 요구되는 조명 효과를 성취하기 위하여 조절될 수 있다. 다르게는, 다른 요구되는 조명 효과를 얻기 위하여 원통형 확산기(114, 116)(도10)가 포함되어 정렬될 수 있다. 하나의 예에서, 제1 확산기(114)는 통과하는 광의 세기를 낮출 수 있으며, 제2 확산기(116)는 제2 광섬유를 통과하는 빛의 세기를 증가시킬 수 있다. 따라서, 전술된 2개의 확산기(114, 116)는 광이 광섬유로부터 멀리 투과되어 발산함에 따라 광의 세기를 변경한다. 이러한 종류의 특정 광조명의 적용을 가장 잘 사용하기 위하여, 발광부(39 또는 41), 홀더 및/또는 반사체(34), 및 광소자(106)의 정렬을 제어하는 것이 필요하다. 대부분의 적용에 대하여, 이들 소자들의 정렬은 도15에 도시된 바와 같이 직경(118) 둘레에 중심을 두고 있고, 광섬유 코어의 직경(118)은 홀더 및/또는 반사체의 중심으로부터 직각인 직경이다. 광섬유 도관의 전체 길이를 따라 이러한 정렬의 제어를 유지하는 것이 바람직하다. 초기에는, 제조 공정이 이러한 요소들의 정렬을 본래 유지하였다고 가정되었다. 그러나, 광섬유 도관의 길이에 따른 광섬유 도관의 배치 및 구성에서의 약간의 변화도 여러 요소들의 서로에 대한 약간의 비틀림을 야기하여 길이방향 위치를 방해할 수 있음을 알았다.

광섬유의 길이를 따라 불연속적으로 또는 연속적으로 배치된 기계 또는 인간 판독 가능 기준 표지를 사용함으로써, 기준 및 서로에 대한 요소들의 이동이 확인되고 보정될 수 있음을 알았다. 광속 손실이 더욱 임계적으로 되는 길이가 긴 도관에서, 이들 요소들의 정렬을 유지할 필요성이 더욱 임계적으로 된다. 하나의 예에서, 기준은 도관의 길이를 따라 유성 필기구로 그려진 (도시되지 않은) 인간 및/또는 기계 판독 가능 선일 수 있다. 이러한 기준은 각각의 노치(39)가 코어 내로 절삭되는 것과, 클래딩 재료가 동일한 선 둘레에 중심이 위치되어 광섬유의 동일 직경을 분리하는 것을 보장한다. 이 후에, 유성 필기구 기준은 홀더 및/또는 반사체(34)와 광소자(106)가 정렬되게 하는 기준을 일련의 정밀한 노치(39)들이 형성함에 따라 표면으로 닦여 내어질 수 있다. 다른 기계 판독 가능 기준에는 도관을 통해 투사되는 한 쌍의 유도 광선 또는 레이저, 클래딩(24)에 형성된 자기 테이프 또는 물리적 표지가 포함될 수 있다. 이러한 표시들 각각은 독립하여 또는 유성 필기구 또는 발광부(34 또는 41)와 함께 조합하여 기준으로서 사용될 수 있다. 각각의 기준은 독립하여 또는 조합되어 조립 중에 광섬유 도관의 요소들을 위치시키는 수단으로서 역할한다. 또한, 기계 판독 가능 시스템을 위한 기준으로서 현재 공지된 또는 나중에 고려되는 다른 균등물은 광섬유 도관의 전체 길이를 따라 요소들의 상대적 정렬 상태로 방향을 맞추는 다른 수단으로서 역할할 수도 있다.

기준이 클래딩 재료에 형성된 물리적인 돌기(120 내지 122)(도13 및 도14)로 구성되는 경우에, 기준은 코어(22) 및 클래딩(24)에 대항하여 홀더 및/또는 반사체(34; 도14)(124; 도13)를 안내 및/또는 유지하기 위해 사용될 수 있다. 하나의 실시예(도14)에서, 클래딩(24)에 형성된 2개의 돌기(121, 122)는 "U"자형 홀더 및/또는 반사체(34)를 광섬유 도관의 코어(22) 및 클래딩(24)과의 정렬 상태로 안내하는 정지부로서 역할한다. 돌기(121, 122)는 홀더 및/또는 반사체(34)의 외부 모서리에 맞닿는다. 다른 실시예(도13)는 광섬유의 클래딩(24)에 형성된 하나의 돌기(120)를 포함한다. "C"자형 윤곽의 끼워맞춤 트랙(124)은 벽 등에 부착하기 위한 브래킷(126)을 포함한다. 트랙(128)의 내부면은 클래딩(24)에 형성된 돌기(120)를 수용하는 오목부(recess, 130)를 포함한다. 본 실시예에서, 기준 요소들은 조명 설비가 설치되는 구역에서 광섬유(22)와의 트랙 및/또는 홀더 및/또는 반사체(124)의 조립을 허용한다. 돌기(120) 및 윤곽 끼워맞춤 트랙(124)은 광섬유 코어(22)를 도관(124) 내에서 로크하여, 발광부(39)가 트랙(124)의 개구와, 선택적으로는 트랙의 개구를 통해 광을 안내하도록 모두 정렬된 임의의 광소자들과 정렬된다. 또한, 윤곽 끼워맞춤은 발광부(39) 내로 먼지가 들어오는 것을 방지하는 역할을 한다. 양호하게는, 본 실시예는 발광부로서 역할하는 노치(39)를 구비하는데, 그 이유는 절결부(41)(도1 및 도3)가 윤곽 끼워맞춤 트랙에 의해 광 추출 결핍을 감소시키는 것을 막는 경향이 있기때문이다.

홀더(34)는 발광부(28 내지 30)(도4)에 인접하여 또는 이에 접촉하여 위치된 "U"자형 채널을 포함한다. 홀더(34)는 반사체로서 역할하도록 최소의 흡수력을 가지고 가시 광선을 반사하는 임의의 재료를 포함할 수 있다. 따라서, 최대의 광출력을 발생시키기 위하여 최고의 표면 경면 가공된 재료가 바람직하지만, 비용으로 인해 덜 바람직하다. 홀더(34)를 생산하기 위한 현재의 양호한 반사 재료는 백색으로 착색된 중합체 재료인데, 그 이유는 효율에 약간의 손실이 있을지라도 양호한 반사 특성을 나타내기 때문이다. 백색 중합체 재료는 비용이 상대적으로 낮고, 광섬유 도관과 함께 절곡되도록 요구되는 가요성을 갖는다. 임의의 종류의 백색으로 착색된 재료가 사용될 수 있다.

홀더 및/또는 반사체(34)는 양호하게는 도3 및 도7에 도시된 3면(64 내지 66) 직사각형 채널로서 구성된다. 광섬유 코어의 곡선 형상과 조합된 홀더 및/또는 반사체의 직사각형 형상은 홀더 및/또는 반사체(34)와 광섬유 코어 사이에서 공기 간극(67, 68)을 형성한다. 홀더 및/또는 반사체의 바닥면(65)은 코어의 최대 직경에 있는 표면에 접하는 광섬유 코어의 곡선면에 인접하여 또는 이에 접촉하여 위치되는 평면을 형성하며, 코어의 최대 직경 둘레에는 발광부로부터 굴절된 광이 도2의 선(70)으로 도시된 바와 같이 단면으로부터 볼 때 홀더 및/또는 반사체 바닥면에 대해 이상적으로는 직각인 방향으로 광섬유 코어를 통해 이동하도록 복수개의 발광부(28 내지 30)가 그 중심을 두고 있다. 선(70)은 선(70)에 대하여 수렴하거나 발산할 수 있는 광의 빔 폭의 유형을 반드시 알려주거나 제안하는 것은 아님을 알아야 한다. 홀더 및/또는 반사체(34)를 발광부(28 내지 30)에 접촉함이 없이 가능한 한 근접하게 유지하는 것은 광출력의 효율을 최대화시키는 것을 알았다. 그러나, 홀더 및/또는 반사체와 발광부 사이의 접촉, 특히 힘에 의한 접촉은 해로울 수 있는데, 그 이유는 밀착 끼워맞춤 또는 윤곽 끼워맞춤 홀더 및/또는 반사체는 절결부의 측면들을 폐쇄하기 쉬움으로써, 절결부가 발광부로서 역할하는 상태에서 광출력을 악화시키기 때문이다. 따라서, 절결부가 발광부로서 역할하는 상태에서, 직사각형 홀더 및/또는 반사체(34)는 이러한 이유 때문에 그리고 광섬유 코어와의 홀더 및/또는 반사체(34)의 조립의 용이성으로 인해 윤곽 끼워맞춤 타원형 홀더 및/또는 반사체에 비해 바람직할 수 있다. 홀더 및/또는 반사체(34)의 형상은 타원의 최대 직경에 의해 한정된 측면(72)들 중 하나를 따라 위치된 발광부를 갖는 타원형 광섬유 도관(22)과 홀더 및/또는 반사체를 정렬시킬 때 특히 유용하다.

광섬유 도관은 양호하게는 홀더 및/또는 반사체(34)와 클래딩 피복된 광섬유 코어(22) 위에 압출 성형된 투명 또는 반투명 재킷(26)에 의해 완성된다. 재킷을 제조하는 다른 방법도 작업됨을 알아야 한다. 재킷은 절결부 내부의 공기 간극(48)과, 홀더 및/또는 반사체와 광섬유 코어 사이의 공기 간극(67, 68)을 도관이 위치되는 환경으로부터 격리시킨다.

발광부가 절결부(도1 및 도3)로부터 형성된 실시예에서, 이러한 공정은 절결부가 공기 경계부를 포함하는 상태로 개방되게 하면서 절결부가 손상되거나 먼지에 노출되는 것을 방지한다. 이러한 공기 경계부는 큰 각도의 광선이 절결 표면으로부터 멀리 굴절/반사시켜 튀어나오게 하여, 큰 각도의 광선이 통과하고 반사되지 않게 하는 높은 굴절률을 갖는 클래딩을 갖는 경우보다 절결 표면으로부터 더욱 큰 효율을 야기하는 것으로 보인다. 클래딩을 통과하는 이러한 광의 일부는 절결 표면을 떠날 때 그리고 반사면으로부터 멀리 반사된 후에 클래딩으로 재진입하는 때 모두에서 흡수되는 것으로 여겨진다.

발광부가 절결부(41) 및/또는 노치(39)로부터 형성된 실시예들에서, 재킷(26)은 광섬유 코어의 길이를 따라 생성된 광의 방향의 균일성을 유지하기 위하여 홀더 및/또는 반사체(34)가 광섬유 코어(22)의 발광부와 그리고 선택적으로는 광소자들과 정렬 상태로 유지되는 것을 또한 보장한다. 재킷(26)에는 광섬유 도관을 요구되는 표면에 고정하는 브래킷(132)(도9, 도14, 도16)이 형성 및/또는 부착될 수 있다. 양호하게는, 브래킷(132)도 홀더 및/또는 반사체(34)와, 발광부(39)와, 광소자(106)와 정렬 상태에 있다. 이들 요소들의 정렬을 보장함으로써, 광섬유 도관은 직접광이 요구되는 다양한 적용의 특정 조명 설비에서 광을 효율적으로 안내하도록 사용될 수 있다.

하나의 실시예에서, 브래킷은 재킷 재료로 일체로 형성된다. 다른 실시예는 브래킷(136)을 요구되는 표면(140)에 부착하는 엘리게이터 클립의 형태의 커넥터를 갖는 외부 브래킷(136)(도15)을 포함한다. "U"자형 홀더 및/또는 반사체(34) 둘레에 형성될 때의 재킷 재료(26)의 직선 형상은 브래킷에 형성된 "U"자형 훅(hook, 142)과 재킷(26)을 정렬시키는 기준 또는 위치 설정 수단을 제공한다. 엘리게이터 클립 부착은 광 도관의 위치로의 이동 또는 추후 조절을 허용하지만, 브래킷(136)은 임의의 종래의 형태의 커넥터(138)를 포함할 수 있다. 이는 조명의 변화가 바람직하게 되는 광고 디스플레이에서 바람직하게 된다.

도5에 도시된 광섬유 도관의 조립 중에, 클래딩 피복된 광섬유 코어는 홀더 및/또는 반사체의 단부를 지나 연장되는 부분(74)을 포함한다. 양호하게는 길이가 약 10.16cm(4인치)인 제2 클래딩(76)은 광섬유 도관의 피복되지 않은 자유 단부(74)와 홀더 및/또는 반사체(34)의 단부(78)를 둘러싼다. 홀더 및/또는 반사체의 선단 모서리(80)를 둘러싸는 클래딩의 부분은 홀더 및/또는 반사체 단부 둘레에서 수축되도록 가열된다. 이러한 공정은 광 도관의 각각의 단부에서 반복되며, 홀더 및/또는 반사체와 광섬유 코어 조립체 위에 재킷(26)을 압출 성형하기 위한 준비에 있어서 홀더 및/또는 반사체를 광섬유 코어에 고정한다. 제2 클래딩(76)은 주변 재킷(26)이 압출 성형에 의해 형성되는 동안에 홀더 및/또는 반사체(34)와 광섬유 코어(22)가 정렬 상태에서 이동하는 것을 방지한다.

광섬유 도관을 제조하는 공정에서, 요소들의 상대 위치를 제어하는 것이 바람직하다. 위치를 보장하는 하나의 방법(도17)은 각각의 발광부의 배치를 결정하기 위한 기준을 예컨대 유성 필기구로 설정하도록 광섬유의 길이를 따라 광섬유 도관에 먼저 표지를 마킹하는 단계(150)를 포함한다. 일반적으로, 발광부들이 광섬유의 길이를 따라 균일하게 직선으로 정렬되는 것이 바람직하지만, 몇몇 적용은 요구되는 조명 적용에 따라 가변하는 정렬을 요구한다. 그리고 나서, 단계 152에서 광섬유는 양호하게는 비교적 매끄러운 표면으로 노치가 형성된다. 광섬유 상의 표지는 지워지고, 그리고 나서, 단계 154에서 발광부는 광섬유를 홀더 및/또는 반사체 와 정렬시키기 위한 기준부로서 사용된다. 그리고 나서, 정렬된 홀더 및/또는 반사체와 광섬유는 압출 성형기 내로 투입된다. 단계 156에서, 이러한 압출 성형 동안에, 압출기는 구성 요소들 위에 재킷 재료를 형성함으로써, 이들의 상대 위치를 고정한다. 재킷은 광소자를 포함할 수 있는데, 이 경우 재킷도 홀더 및/또는 반사체와 발광부와 정렬된다. 또한, 재킷은 내화성 및/또는 내염성 재료를 포함할 수도 있는데, 이 재료는 단독으로 또는 광소자와 조합하여 포함될 수 있다. 부가적으로, 제2 재킷이 선택적으로 도관 위에 압출 성형될 수 있다. 단계 158에서도, 제2 재킷은 광소자 및/또는 내염성 또는 내화성 재료를 포함할 수 있다. 외부 재킷은 홀더 및/또는 반사체와 발광부와도 정렬된 브래킷을 포함할 수 있다.

다르게는, 광섬유가 홀더 및/또는 반사체와 정렬된 후에, 렌즈, 필터, 확산기, 레이저 사진 필름을 포함하는 광소자가 단계 160에서 홀더 및/또는 반사체와 발광부와 함께 정렬될 수 있다. 그리고 나서, 정렬된 홀더 및/또는 반사체와, 발광부 및 광소자를 갖는 광섬유는 압출 성형기로 투입되고, 구성 요소들 위에 재킷 재료가 압출 성형됨으로써, 단계 162에서 재킷 내부에서 이들의 상대 위치를 고정한다. 단계 164에서, 광소자, 광섬유 내의 발광부, 그리고 홀더 및/또는 반사체와 정렬된 브래킷을 갖는 외부 재킷을 포함해서, 추가적인 광소자 및/또는 내화성 및/또는 내염성을 제공하도록 복수개의 재킷이 부가될 수 있다.

재킷(26)이 압출 성형된 후에, 도관은 설치를 위한 준비가 된다. 짧은 길이의 도관 또는 높은 와트수의 광원에 대하여, 도관은 절결부가 광원으로부터 멀리 수평으로부터 그리고 도4에 도시된 선(82)으로 나타낸 광 경로로부터 양호하게는 45°로 연장되도록 광원(38)(도1)에 부착된다. 0° 내지 90°의 다른 각도가 사용될 수 있지만, 대부분의 적용에 있어서 45°가 가장 양호하다. 반사성의 제1 표면 거울(40)은 광원으로부터 멀리 말단부에 배치되는데, 그 표면은 도관의 길이방향 축에 대한 직각으로부터 양호하게는 10° 내지 20° 오프셋된다(도시안됨). 정확하게 수행하기 위해 오프셋이 요구되지는 않지만, 오프셋은 반사되어 돌아오는 광의 각도를 변화시켜 재순환된 광이 발광부와 교차하는 기회를 증가시키도록 한다. 길이가 긴 케이블에 대하여, 제2 광원이 대향 단부에 배치되어, 홀더 및/또는 반사체를 통한 분산을 위해 이용 가능한 광을 증가시키도록 한다.

제1 표면 거울(40)은 특히 단부가 비스듬히 절단된 때 백색면이 바람직한데, 그 이유는 백색면은 광이 단부를 통과하게 하여 광을 분산시켜 광을 흡수하기 때문이며, 거울은 전술된 바와 같이 반사/굴절되는 경우에 높은 비율의 광을 광섬유 내로 다시 반사시킨다는 것을 알았다. 거울면은 백색면에 비해 확산이 적은 상태로 광선을 광섬유 내로 다시 반사시킴으로써, 단부에서의 밝은 점이라기 보다는 더욱 균일한 광을 생성하는 것을 돕는다. 거울면과 유사한 효과를 갖는 역행 홀더 및/또는 반사체가 시도되었지만, 광원으로부터 광섬유를 통해 투과된 적외선 방사로부터의 열은 역행 홀더 및/또는 반사체의 고장을 야기하였다.

몇몇 용도에 있어서, 광섬유 도관은 가연성 또는 폭발성 재료 부근에 위치되거나 자동차의 엔진룸 내로 합체될 수 있다. 이러한 종류의 적용에 사용될 때, 도관은 정부 및 산업 표준을 만족시킬 수 있어야 한다. 예컨대, 종래의 광 설비보다 간접 광섬유 광이 양호하게 되는 군용 적용에 있어서, 광섬유 도관은 이상적으로는 인화성, 유동성 및 연기에 관한 정부 표준을 만족시킬 수 있어야 한다. 인화성 표준의 일례는 전기 전자 공학자 학회(Institute of Electrical and Electronic Engineers; IEEE) 표준 383-1974이다. 유독성 표준의 일례는 영국 해군 공학 표준(Naval Engineering Standards; NES)의 표준 NES-713이다. 연기 표준의 일례는 영국 해군 공학 표준(NES)의 표준 NES-711이다. 미국 해군성은 선박 병기고 등의 방폭실에서의 광섬유 도관에 대하여 IEEE 383-1974, NES-713 및 NES-711을 채택하였다. 이러한 적용을 위한 발광 재료는 -51.1℃ 내지 148.9℃(-60℉ 내지 +300℉)의 온도 범위 내에서 시험된다.

게다가, 자동차의 엔진룸에 사용될 때 광섬유 도관에 대한 별도의 표준이 존재한다. 이러한 적용을 위해 제안된 표준 세트는 명칭이 "후드 하방에서의 적용을 위한 광섬유 광학"인 제너럴 모터스 기준에서 논의되어 있다.

전술된 종류의 광섬유 도관에서의 내염성 및/또는 내화성 재료의 사용은 대체로 내염성이 바람직하게 되는 환경에서 제조되어 사용될 수 있다는 것을 알았다. 이러한 하나의 실시예에서, 재킷(26)은 내염성 및/또는 내화성 재료로부터 제조될 수 있다. 내염성은 재킷(26) 두께에 따라 변화하지만, 일반적으로는 이러한 목적을 위한 재료 실드, 하방의 코어(22), 클래딩(24), 및 홀더 및/또는 반사체(34)에 대하여 양호한 재킷 두께는 사용된 재료에 따라 변화하는 것이 바람직하다.

이러한 목적에 적당한 종류의 재료는 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 듀퐁 폴리머스에 의해 제조되는 등급 100 또는 100J의 테플론(등록상표) FEP인데, 등급 100J가 더 양호하다. 테플론(등록상표) FEP 및 그 성질은 명칭이 "용융 처리 가능한 플루오로폴리머를 위한 압출 성형 안내"인 듀퐁 간행물 제H-28461-2에 완전히 설명되어 있다.

테플론(등록상표) FEP로부터 형성된 재킷(26)의 조립체는 종래의 크로스-헤드 압출 성형 기술에 적합하다. FEP 재킷의 현재의 양호한 조립체에서는 재킷이 압출 성형되지 않을지라도, 오히려 재료는 요구되는 크기 및 길이로 주문되었다. 그리고 나서, 재킷 피복 재료는 코어, 클래딩(24), 및 홀더 및/또는 반사체(34) 위에 배치된다. 그리고 나서, 재킷(26)은 종래의 열수축 기술을 사용하여 광섬유 상에서 열수축될 수 있다.

내염성 재킷(26)에 적당한 종류의 다른 재료는 테트라플루오에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 및 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M 전문 플루오로폴리머 부문에 의해 제조된 비닐리덴 플루오라이드(THV)이다. 등급 200, 500 및 300의 THV가 유용하지만, 등급 500이 더 양호하다. THV 재킷은 종래의 크로스-헤드 압출 성형 기술을 사용하여 제조될 수 있다. THV 및 그 성질은 "3M THV 플루오로플라스틱 제품 정보"에 기재되어 있다.

높은 등급의 투명도를 갖는 실리콘도 화염 지연을 위한 재킷 피복 재료로서 바람직하다고 여겨진다.

실험을 통해, 광섬유만이 화염에 노출된 때 광섬유는 연소되어 불/화염이 빠르게 전파된다는 것을 알았다. 광섬유를 따른 화염의 전파를 방지하기 위하여, 홀더 및/반사체(34), 및/또는 재킷(26)을 예컨대 내염성 재료를 사용하여 제조하는 것이 바람직하다. 이러한 재료는 바람직하게는 화염의 전파를 방지하는 것을 돕도록 하론 가스 또는 다른 산소 억제 재료를 포함할 수 있다.

이러한 목적을, 예컨대 홀더를 위한 적당한 종류의 재료는 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 솔베이 폴리머, 인크.에 의해 제조된 솔레프(등록상표) 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)이다. 양호한 솔레프(등록상표) PVDF 등급은 31508 및 32008이며, 유용한 등급은 솔베이 솔레프(등록상표) PVDF 데이터 시트 32008-0009, 주요 성질 및 31508/0009를 포함한다.

재킷 피복, 홀더 및/또는 반사체 또는 광소자는 개별 요소 또는 이들의 임의의 조합으로서 포함되어 시스템 내에 합체될 때 양호하게는 내화성 및 내염성을 부여하도록 선택된다. 또한, 재료는 보통 정도의 그리고 가장 양호하게는 낮은 연기 배출을 부여하도록 선택된다. 재료가 41.5 Kj/kg 미만의, 양호하게는 14.7 Kj/kg, 가장 양호하게는 14.7 kj/kg의 총 발열량(GCV)을 부여하도록 선택된다(미국 표준 및 항소 뉴욕시 위원회에 의해 발행된 열량 측정 용기 시험 DIN 51900 3편에 따름).

홀더 및/또는 반사체 또는 광소자들을 재킷 피복하는 재료는 산소 지수(oxygen index)를 제한하는 조건에 의해 내화성을 위하여 선택될 수 있다. 재료는 적어도 19(두께: 3mm), 양호하게는 44, 가장 양호하게는 93 이상의 지수를 가져야 한다.

또한, 홀더 및/또는 반사체 또는 광소자들을 재킷 피복하는 재료는 화염이 있거나 없는 상태에서의 ASTM D 662 NBS 챔버 시험에 따라 낮은 연기 배출 또는 연기 무배출을 위하여 선택될 수 있다. 2mm 샘플에 대하여, 화염이 없는 상태에서는 최대 특정 광밀도(Dm)가 25, 그리고 화염이 있는 상태에서는 270 이하가 가장 양호하다.

(완성된 광섬유 도관의 예)

본 발명의 광섬유 도관의 한 쌍의 샘플이 전술된 설명에 따라 준비되어 후술되는 여러 시험을 받았다.

(예 1)

백색의 "U"자형 채널 홀더 및/또는 반사체 내에 배치되고 투명한 낙산염 플라스틱에 의해 조립체의 외부 상에 피복된, 도2에 도시된 길이가 1.83m(6ft)이고 직경이 1.27cm(1/2인치)인 타원형 광섬유가 준비되었고 광도 측정이 수행되었다. 제1 표면 거울은 광섬유의 단부(공칭 15° 각도로 절단됨) 상에 놓였고, 제너럴 일렉트릭의 60와트 크세논-금속 할로겐화물 램프가 입력 단부 내로 초점이 맞추어졌다. 각각의 졀결부는 깊이가 1.87mm(0.0735인치)였고 광섬유의 길이방향 중심선으로부터 45°의 각도로 경사졌다.

광 측정은 광이 광섬유를 통해 홀더 및/또는 반사체로부터 다시 반사되어 광섬유의 길이방향 축을 따라 약 22°의 빔 각도로 나가도록 광 표면으로부터 45.72cm(18인치)에서 취해졌다.

간격 변화는 광섬유 모서리를 따른 균일한 광출력을 생성하기 위한 시도에 있어서 15.24cm(6인치) 길이의 그룹으로부터 45.73cm(18인치) 길이의 그룹까지 점차적으로 밀집한 절결부의 그룹들로서 이루어졌다. 입력 단부로부터 15.24cm(6인치)에서 60 피트 촉광(foot candles)이, 광섬유의 중앙에서 50 피트 촉광이, 그리고 단부에서 60 피트 촉광이 판독되었다.

(예 2)

절결부는 예 #1과 동일한 광섬유에서 만들어졌지만, 절결부의 깊이는 3.175mm(0.125인치)로 증가되었다. 광도 측정 판독이 이루어졌고 이하의 결과가 성취되었다. 빔 패턴은 광섬유의 길이방향 축을 따라 약 26°였다. 입력 단부로부터 15.24cm(6인치)에서 85 피트 촉광이, 광섬유의 중앙에서 50 피트 촉광이, 그리고 단부에서 90 피트 촉광이 판독되었다.

(예 3)

루메니트 인터내셔널 코포레이션에 의해 제조된 SWN500 루메니트 광섬유 샘플에 손으로 노치가 형성되었고, 광이 광섬유를 통과하여 홀더의 개방측을 빠져나가도록 노치들이 홀더의 배면을 따라 정렬되는 상태로 광섬유가 "c"자형 보유 트랙 반사체 내에 배치되었다. 이러한 조립체는 광이 크랩 테이블(craps table) 표면 상으로 비추도록 크랩 테이블의 모서리에 장착되었다. "c"자형 홀더 내부에서 광섬유를 회전시킴으로써 테이블 표면으로 비추어지는 광의 빔 패턴이 변경되었음을 알았다. 실험을 통해, 적절한 정렬과, 광섬유의 홀더에 대한 상대 위치의 고정에 의해 광이 테이블 표면을 가로질러 비교적 균일하게 분포될 수 있음을 알았다.

(비교예)

루메니트 인터내셔널 코포레이션에 의해 제조된 WN-500 광섬유의 30.48cm(1ft) 부분이 광의 전파를 위해 노치 가공되었고 개방된 화염에 노출되었다. 광섬유는 불이 옮겨 붙었고 화염이 빠르게 전파되었다. 동일한 노치 형태를 갖는 동일한 광섬유가 솔베이 PVDF로부터 제조되어 이.아이. 듀퐁 FEP 테플론(등록상표)에 의해 재킷 피복되었으며 동일한 시험 조건에 노출되었다. 후자의 조립체는 불이 빠르게 옮겨 붙지 않았고, 트랙 및 재킷 피복은 광섬유에 대해 내화성을 부여하였다.

(적용)

이러한 제품에 대한 적용은 모서리 조명 에칭 유리, 냉장고 케이스 조명, 버스 내부 조명, MRI실 조명, 벽 세척, 홍예식 천장 조명, 계단 조명, 방폭 구역, 폭포, 후방 패널 디스플레이 조명 및 자동차 창문 제동등을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다.

본 발명은 양호한 실시예와 현재 가장 실용적인 것으로 여겨지는 것과 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 기재된 실시예들로 제한되는 것이 아니라, 첨부된 청구의 범위에 기재된 본 발명의 정신 내에 포함되는 여러 수정예 및 균등한 구성을 포함하고자 하는 것이며, 본 발명의 범주는 이러한 모든 수정 및 균등한 구성을 포함하도록 가장 광의로 해석되어져야 한다.

Claims

적어도 하나의 발광부를 구비하는 단일 필라멘트 광섬유와,

상기 광섬유를 둘러싸는 클래딩과,

상기 발광부에 인접하여 상기 클래딩과 접촉하여 위치되는 홀더와,

상기 광섬유, 클래딩 및 홀더를 둘러싸는 재킷

을 포함하며,

상기 홀더는 상기 클래딩과 광 분산부 사이에서 공기 간극을 형성하도록 상기 클래딩에 대하여 이격된 관계로 위치된 광 분산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 직선 도관.
제1항에 있어서, 상기 재킷은 내화성을 갖는 것을 특징으로 하는 직선 도관.
제1항에 있어서, 상기 홀더는 내화성을 갖는 것을 특징으로 하는 직선 도관.
제1항에 있어서, 상기 홀더는 내염성을 갖는 것을 특징으로 하는 직선 도관.
제1항에 있어서, 상기 재킷은 내염성을 갖는 것을 특징으로 하는 직선 도관.
광 도관 내에서 광소자들을 정밀하게 정렬시키는 방법에 있어서,

광을 소정 방향으로 안내하도록 광섬유 코어 및 홀더를 위치시키는 단계와,

재킷 피복 내에서의 상기 광섬유 코어 및 상기 홀더의 정렬 및 상대 위치를 유지하는 단계와,

상기 광섬유 코어 및 홀더 둘레에 상기 재킷을 형성하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
플루오로폴리머에 의해 둘러싸인 광섬유에 커터를 사용하여 노치를 절삭하는 방법에 있어서,

상기 광섬유를 상기 커터에 근접하게 위치시키는 단계와,

상기 광섬유 표면에 대하여 제1 각도로 상기 커터를 정렬시키는 단계와,

제1 절결부를 생성하도록 상기 광섬유의 원주 둘레에 상기 커터를 롤링시키는 단계와,

상기 광섬유 표면에 대하여 제2 각도로 상기 커터를 정렬시키는 단계와,

제2 절결부를 생성하도록 상기 광섬유의 원주 둘레에 상기 커터를 롤링시키는 단계와,

제1 절결부 및 제2 절결부에 의해 형성된 재료의 노치를 제거하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
광섬유 광학 장치에 있어서,

광섬유 코어와,

렌즈, 컬러 필터, 명암 필터 및 레이저 사진 필터를 구비하는 그룹의 복수개의 광소자들 중 적어도 하나와,

광학적 정렬을 유지하기 위하여 상기 광섬유 코어 및 광소자를 둘러싸는 재킷

을 포함하며,

상기 광섬유 광학 장치는 복수개의 일관된 노치들을 구비하고,

상기 광섬유 코어 및 광소자는 요구되는 조명 효과를 발생시키도록 상기 노치와 정밀하게 정렬되는 것을 특징으로 하는 광섬유 광학 장치.
제8항에 있어서, 상기 재킷은 내부에 형성된 광소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 광학 장치.
제8항에 있어서, 상기 재킷은 내염성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 광학 장치.
제8항에 있어서, 상기 재킷은 내화성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 광학 장치.
제8항에 있어서, 상기 재킷은 상부에 형성된 장착 브래킷을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 광학 장치.
제8항에 있어서, 상기 재킷에는 재킷 재료의 다중 층이 형성된 것을 특징으로 하는 광섬유 광학 장치.
적어도 하나의 절결부를 구비하는 단일 필라멘트 광섬유와,

상기 광섬유를 둘러싸는 클래딩과,

상기 발광부에 인접하여 상기 클래딩과 접촉하여 위치된 홀더와,

상기 홀더를 발광부에 인접하여 유지하기 위하여 상기 클래딩에 대항하여 상기 홀더를 고정하는 수단

을 포함하며,

상기 홀더는 상기 클래딩과 광 분산부 사이에서 공기 간극을 형성하도록 상기 클래딩에 대하여 이격된 관계로 위치된 광 분산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 직선 광 도관.
각각 대체로 균일한 크기 및 형상을 갖는 복수개의 발광부를 구비하는 단일 필라멘트 광섬유와,

상기 광섬유를 둘러싸는 클래딩과,

상기 발광부에 인접하여 상기 클래딩과 접촉하여 위치된 홀더 및/또는 반사체와,

상기 홀더를 발광부에 인접하여 유지하기 위하여 상기 클래딩에 대항하여 상기 홀더를 고정하는 수단

을 포함하며,

상기 홀더는 상기 클래딩과 광 분산부 사이에서 공기 간극을 형성하도록 상기 클래딩에 대하여 이격된 관계로 위치된 광 분산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 직선 광 도관.
광원으로부터 발생된 광을 교차시키도록 각각이 대체로 균일한 크기 및 형상을 갖는 복수개의 발광부를 제1 측면 및 광투과 제2 측면을 따라 구비하는 단일 필라멘트 광섬유와,

상기 광섬유를 둘러싸는 클래딩

을 포함하며,

각각의 상기 발광부는 상기 광원으로부터 각각의 상기 발광부까지의 그리고 상기 제2 측면까지의 광 경로를 한정하는 수평으로부터 소정 각도로 상기 광섬유의 상기 제1 측면을 따라 이격된 관계로 위치되고,

상기 제2 측면은 발광 범위를 한정하도록 소정의 광학 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 직선 광 도관.
제16항에 있어서, 상기 직선 광 도관은 상기 발광부에 인접하여 상기 클래딩과 접촉하여 위치된 홀더와, 상기 홀더를 발광부에 인접하여 유지하기 위하여 상기 클래딩에 대항하여 상기 홀더를 고정하는 수단을 추가로 포함하며, 상기 홀더는 상기 클래딩과 광 분산부 사이에서 공기 간극을 형성하도록 상기 클래딩에 대하여 이격된 관계로 위치된 광 분산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 직선 광 도관.
길이방향 축을 따른 소정의 길이, 상기 축으로부터 클래딩 코어의 원주방향 외주까지 연장된 반경, 제1 광 입력 단부, 및 제2 단부를 구비하는 클래딩 코어와,

클래딩 코어의 원주방향 외주 둘레에서 360° 미만인 원호를 통해 반경방향으로 연장되고 클래딩 코어의 길이를 따라 길이방향으로 연장되는 반사체와,

클래딩 코어의 제1 단부 및 클래딩 코어의 길이방향 축을 향해 각각의 절결부의 모서리들 사이에서 측정되는 0° 내지 90°의 소정의 각도로 그리고 클래딩 코어의 원주방향 외주로부터 상기 클래딩 코어 내로 소정의 깊이로 클래딩 코어의 길이를 따른 소정의 위치들에 있는 상기 클래딩 코어의 복수개의 절결부

를 포함하며,

상기 절결부는 발광부를 형성하는 것을 특징으로 하는 직선 광 도관.
제18항에 있어서, 절결부는 반사체로부터 길이방향 축을 통과하고 클래딩 코어의 길이방향 축에 직각인 소정 방향으로 연장되는 평면을 중심으로 대칭인 것을 특징으로 하는 직선 광 도관.
길이방향 축을 따른 소정의 길이, 상기 축으로부터 클래딩 코어의 원주방향 외주까지 연장된 반경, 제1 광 입력 단부, 및 제2 단부를 구비하는 클래딩 코어와,

클래딩 코어의 원주방향 외주 둘레에서 360° 미만인 원호를 통해 반경방향으로 연장되고 클래딩 코어의 길이를 따라 길이방향으로 연장되는 반사체와,

클래딩 코어의 제1 단부 및 클래딩 코어의 길이방향 축을 향해 인접한 절결부의 모서리들 사이에서 그리고 제1 단부에 인접한 각각의 쌍의 절결부로부터 측정되는 0° 내지 90°의 소정의 각도로 그리고 클래딩 코어의 원주방향 외주로부터 상기 클래딩 코어 내로 소정의 깊이로 클래딩 코어의 길이를 따른 소정의 위치들에 있는 상기 클래딩 코어의 복수개의 절결부 쌍들에 의해 상기 클래딩 코어로부터 제거된 클래딩 코어 재료의 소정 부분

을 포함하며,

상기 각각의 절결부 쌍은 발광부를 형성하는 것을 특징으로 하는 직선 광 도관.
제20항에 있어서, 절결부 쌍들은 반사체로부터 길이방향 축을 통과하고 클래딩 코어의 길이방향 축에 직각인 소정 방향으로 연장되는 평면을 중심으로 대칭인 것을 특징으로 하는 직선 광 도관.