KR0150999B1 - 평행광 조명장치 - Google Patents

Abstract

두 개의 다중배열거울을 사용한 평행광 조명장치가 개시되어 있다.

이 개시된 평행광 조명장치는, 포물경과; 상기 포물경의 초점에 위치된 램프와; 상기 포물경의 전방에 경사지게 배치되며, 그 반사면에 입사된 평행광 및 비평행광을 수렴반사시키도록 구획된 복수의 제1반사영역으로 구성되고, 또한 각 제1반사영역에 입사된 광이 서로 다른 각도로 반사되도록 하는 복수의 제1소반사영역으로 이루어진 제1다중배열거울과; 제1다중배열거울에서 반사된 광의 진행경로 상에 배치되며, 복수의 제1반사영역 각각에 대응되는 복수의 구멍을 포함하여 램프 쪽에서 입사된 평행광을 통과시키는 개구패널과; 개구패널을 투과한 광을 반사시키도록 배치되며, 제1반사영역에 대응되게 형성된 복수의 제2반사영역과, 제2반사영역에 입사된 광을 서로 다른 각도로 반사시켜 평행광이 되도록 하는 복수의 제2소반사영역으로 이루어진 제2다중배열거울; 을 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

Description

평행광 조명장치

제1도는 포물경에 의한 평행광 형성시의 비평행광이 진행하는 모습을 보여 주는 도면.

제2도는 본 발명의 일 실시예에 따른 평행광 조명장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

제3도의 (a)는 제2도의 A부분의 확대 단면도이고, (b)는 개구패널의 평면도.

제4도는 제1다중배열거울과 제2다중배열거울의 대응하는 소부분들의 대응 관계를 보여 주는 도면.

제5도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 평행광 광원장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 램프 2 : 포물경

3,3' : 제1다중배열거울 4,4' : 제2다중배열거울

5 : 개구패널

본 발명은 두 개의 다중배열거울을 이용하여 대구경의 평행빔을 형성할 수 있도록 된 평행광 조명장치에 관한 것이다.

일반적으로 평행광 조명장치는 제1도에 도시된 바와 같이, 포물경(2)의 초점위치에 놓인 점광원인 램프(1)에서 조사되고 상기 포물경(2)에 의해 반사되어 진행되는 평행광을 이용한다. 그러나, 포물경(2)에서 반사된 광을 엄밀하게 살펴보면, 그 평행광으로 보이는 광속에 비평행광의 성분이 포함되어 있다. 즉, 램프(1)에서 조사되고 포물경(2)에서 반사되어 진행하는 광은 평행광이지만, 램프(1)에서 바로 진행하는 빛은 점선으로 도시된 바와 같이 발산되면서 진행한다. 여기서, 평행광은 램프(1)에서 멀리 진행하여도 산란 등에 의한 감소를 제외하면 거의 일정한 광량을 유지하지만, 발산된 비평행광은 램프(1)에 멀리 진행할수록 조도값이 작아진다.

따라서, 평행광이 어떤 거리를 진행한 후에, 렌즈 등에 의해 집속되거나 또는 다른 방식으로 활용이 되면 비평행광의 광량의 크기가 미미하므로 광량의 균일성의 문제는 별로 없지만, 극히 단거리를 진행한 후 렌즈에 의해 집속 또는 분산될 경우에 비평행광의 성분도 함께 혼합되어 램프(1)의 유효 성분으로 작용하게 되어 광량의 균일성에 악영향을 줄 수 있다. 그런데, 대부분의 광학 기기들은 그 크기의 문제 때문에 대체로 램프로부터 근거리에 집속렌즈 등이 위치하게 된다. 예를 들면, 포물경에 의한 평행광이 프로젝터용 조명광으로 사용될 경우, 이 평행광에는 램프에서 직접 진행해 나온 비평행광의 성분이 집속렌즈를 통해 평행광과 혼합되며, 일부 유효 광량 성분으로 작용하여 스크린에까지 투사될 수 있게 되어 엄밀한 관점에서 스크린 상에 일정한 형태의 얼룩을 형성하게 된다.

이러한 관점에서, 비평행광의 성분은 제거되는 것이 바람직하며, 본 발명의 목적은 두 개의 다중배열거울에 의해 비평행광 성분이 제거될 수 있는 평행광 조명장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 평행광 조명장치는, 포물경과; 상기 포물경의 초점에 위치되며, 비평행광 및 상기 포물경에서 반사된 평행광을 생성 조사하는 램프와; 상기 포물경의 전방에 경사지게 배치되며, 그 반사면에 입사된 평행광 및 비평행광을 수렴반사시키도록 구획된 복수의 제1반사영역으로 구성되고, 또한 복수의 제1반사영역 각각에 형성되어 입사된 광을 서로 다른 각도로 반사시키는 복수의 제1소반사영역으로 이루어진 제1다중배열거울과; 상기 제1다중배열거울에서 반사된 광의 진행경로 상에 배치되며, 상기 복수의 제1반사영역 각각에 대응되는 복수의 구멍을 포함하여 상기 램프 쪽에서 입사된 평행광을 통과시키는 개구패널과; 상기 개구패널을 투과한 광을 반사시키도록 배치되며, 상기 제1반사영역에 대응되게 형성된 복수의 제2반사영역과, 상기 복수의 제2반사영역 각각에 형성되어 입사된 광을 서로 다른 각도로 반사시켜 평행광이 되도록 하는 복수의 제2소반사영역으로 이루어진 제2다중배열거울;을 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 평행광 조명장치는, 포물경과; 상기 포물경의 초점에 위치되며, 비평행광 및 상기 포물경에서 반사된 평행광을 생성 조사하는 램프와; 상기 포물경의 전방에 경사지게 배치되며, 그 반사면에 입사된 평행광 및 비평행광을 수렴반사시키도록 구획된 복수의 제1비구면 오목거울로 이루어진 제1다중배열거울과; 상기 제1다중배열거울에서 반사된 광의 진행경로 상에 배치되며, 상기 복수의 제1반사영역 각각에 대응되는 복수의 구멍을 포함하여 상기 램프 쪽에서 입사된 평행광을 통과시키는 개구패널과; 상기 개구패널을 투과한 광을 반사시키도록 배치되며, 상기 제1비구면 오목거울에 대응되게 형성되어 평행광이 되도록 하는 복수의 제2비구면 오목거울로 이루어진 제2다중배열거울;을 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 평행광 조명장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명의 일 실시예에 따른 평행광 조명장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면이다. 도시된 바와 같이, 평행광 조명장치는, 광을 생성 조사하는 램프(1)와, 상기 램프(1)에서 조사되고 그 반사면에서 반사된 광이 평행하게 진행하도록 하는 포물경(2)과, 상기 포물경(2)의 전방에 경사지게 배치된 제1다중배열거울(3)과, 상기 제1다중배열거울(3)에서 반사된 광의 진행경로 상에 배치된 개구패널(5)과, 상기 개구패널(5)을 투과한 광을 반사시키도록 배치된 제2다중배열거울(4)을 포함하여 구성된다.

상기 램프(1)는 상기 포물경(2)의 초점에 위치된다. 따라서, 상기 포물경(2)은 상기 램프(1)에서 조사되고 그 반사면에서 반사된 광이 평행하게 진행하도록 한다. 따라서, 상기 램프(1)에서 조사된 광 중 상기 포물경(2)에서 반사된 광은 평행광을 유지한 채로 조사되고, 상기 포물경(2)을 경유하지 않은 광은 비평행광을 유지한 채로 조사된다.

상기 제1다중배열거울(3)은 상기 포물경(2)의 전방에 상기 포물경(2)의 중심축에 대해 경사지게 배치되며, 제4도에 도시된 바와 같이, 그 반사면에 입사된 평행광 및 비평행광을 수렴반사시키도록 구획된 복수의 제1반사영역(3a)으로 구성된다. 상기 복수의 제1반사영역(3a) 각각은 입사된 광을 서로 다른 각도로 반사시키는 복수의 제1소반사영역(3b)으로 이루어진다.

제3도의 (a)는 제2도의 A로 표시된 부분을 상세히 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 제1반사영역(3a)에 형성된 제1소반사영역(3b)은 입사광을 서로 다른 각도로 반사시키도록 그 단면 형상이 다각형 형상으로 되어 있다. 다시 말하면, 각각의 제1반사영역(3a)은 작은 평면인 제1소반사영역(3b)으로 양자화되어 있어서, 오목거울의 역할을 한다.

상기 개구패널(5)은 상기 제1다중배열거울(3)에서 반사된 광의 진행경로 상에 배치되며, 제2도 및 제3도의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 제1반사영역(3a) 각각에 대응되는 복수의 구멍(6)을 포함한다. 따라서, 제2도에 실선으로 도시된 평행광은 통과시키고, 점선으로 도시된 비평행광은 차단한다. 상기 구멍(6)을 통과한 광 각각은 상기 제2다중배열거울(4)의 대응하는 부분으로 진행된다.

상기 제2다중배열거울(4)은 상기 개구패널(5)의 구멍(6)을 투과한 광을 반사시키도록 그 반사면이 상기 개구패널(5)에 마주하게 배치된다. 이 제2다중배열거울(4)은 그 반사면에 입사된 광을 수렴반사시키도록 구획된 제2반사영역(4a)과, 상기 복수의 제2반사영역(4a) 각각에 형성되어 입사된 광을 서로 다른 각도로 반사시켜 평행광이 되도록 하는 복수의 제2소반사영역(4b)으로 이루어져 있다. 상기 제2반사영역(4a)은 상기 제1반사영역(3a)의 개수 및 형상에 대응되게 구비된다. 또한, 상기 제2반사영역(4a) 각각에 형성된 제2소반사영역(4b)은 상기 제1소반사영역(3b)의 개수 및 형상에 대응되게 구비된다. 따라서, 제4도에 도시된 바와 같이, 제1소반사영역(3b)에 의해 수렴되어 상기 개구패널(5)의 구멍(6) 위치에 집속된 광은 발산되어 상기 제1소반사영역(3b)에 대응되는 제2소반사영역(4b)으로 향한다. 즉, 제1 및 제2소반사영역(3b)(4b)은 상기 구멍(6)을 중심으로 점대칭 관계를 가진다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 평행광 조명장치를 제5도를 참조하여 상세히 설명한다. 도시된 바와 같이, 평행광 조명장치는 광을 생성 조사하는 램프(1)와, 상기 램프(1)에서 조사되고 그 반사면에서 반사된 광이 평행하게 진행하도록 하는 포물경(2)과, 상기 포물경(2)의 전방에 경사지게 배치된 제1다중배열거울(3')과, 상기 제1다중배열거울(3')에서 반사된 광의 진행경로 상에 배치된 개구패널(5)과, 상기 개구패널(5)의 구멍(6)을 투과한 광을 반사시키도록 배치된 제2다중배열거울(4')을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 램프(1), 포물경(2) 및 개구패널(5)의 구성 및 광학적 배치는 제3도 및 제4도를 참고하여 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 램프, 포물경 및 개구패널과 실질적으로 동일하므로 그 자세한 설명은 생략한다.

한편, 본 실시예는 제1 및 제2다중배열거울(3')(4')의 구조를 변경한 것에 특징이 있다.

상기 제1다중배열거울(3')은 포물경(2)의 전방에 포물경(2)의 중심축과 경사를 이루도록 배치되며, 그 반사면에 입사된 평행광 및 비평행광을 수렴반사시키도록 구획된 복수의 제1비구면 오목거울로 이루어져 있다. 상기 제1비구면 오목거울에서 반사된 광중 상기 포물경(2)에서 반사된 평행광은 개구패널(5)의 구멍(6)을 통과하여 상기 제2다중배열거울(4')에 입사되고, 한편 비평행광은 개구패널(5)의 구멍(6) 주변으로 향하며, 개구패널(5)에 의해 차단된다. 상기 제2다중배열거울(4')은 상기 개구패널(5)의 구멍(6)을 투과한 광을 반사시키도록 배치되며, 상기 제1비구면 오목거울에 대응되게 형성되어 평행광이 되도록 하는 복수의 제2비구면 오목거울로 이루어져 있다. 여기서, 상기 제2비구면 오목거울은 상기 제1비구면 오목거울과 크기가 다른 닮은꼴인 것이 바람직하다.

상기 제1 및 제2비구면 오목거울은 평행광을 반사시켜 측방의 한점에 집속시킬 수 있도록 설계된다. 또한 각각의 부분들을 구성하는 오목거울은 전체 다중배열거울의 면이 동일한 형태로 연속되어지도록 광축의 방향에서 보았을 때 삼각형, 사각형, 정육각형 등의 모양을 가질 수 있으며, 정사각형 모양의 것이 바람직하다. 일반적인 원형을 갖는 경우에는 원으로 구성되는 소부분들 사이에 불연속인 부분이 형성되거나, 이 부분을 거울로 채운다고 하여도 가공의 어려움을 수반하기 때문이다.

설계의 측면에서 볼 때, 이와 같은 구성에서는 제1 및 제2다중배열거울(3')(4') 사이에 개재되는 개구패널(5)이 반드시 제1 및 제2다중배열거울(3')(4')과 동일한 거리를 가지며 위치할 필요는 없다. 즉 개구패널(5)과 제2다중배열거울(4')은 광로에 영향을 주지 않는 범위에서 최단 거리로 단축될 수 있으며, 이때에는 제2다중배열거울(4')을 구성하는 각각의 부분의 크기도 이에 따라 적절하게 축소되어야 한다. 물론, 제2다중배열거울에서 반사되어 나오는 평행광의 단면의 크기도 축소된다. 이와 같은 광선의 집속화는 광학기기의 정밀도가 양호하다면 대부분의 경우에 바람직한 결과이다. 또한, 필요에 따라 개구패널(5)과 제2다중배열거울(4') 사이의 거리를 확대하는 경우에는 반대로 평행광의 단면이 확대되는 결과를 얻을 수도 있다. 두 개의 다중배열거울(3')(4')은 반드시 같은 크기일 필요는 없다. 다시 말해서, 이들의 소부분이 같은 비구면의 오목거울을 사용할 수도 있지만 닮은꼴의 다른 크기의 것이 사용될 수도 있다.

상기에 설명한 바와 같이 본 발명의 두 개의 다중배열거울을 사용한 평행광 조명장치에 의해서 광원에서 직접 발산되어 나오는 비평행광의 성분이 제거될 수 있으며 따라서 균일한 평행광이 형성될 수 있다. 이러한 평행광 조명장치는 프로젝터와 같은 영상기기용 조명장치로 사용되어 균일한 조도의 화상을 실현할 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 포물경과; 상기 포물경의 초점에 위치되며, 비평행광 및 상기 포물경에서 반사된 평행광을 생성 조사하는 램프와; 상기 포물경의 전방에 경사지게 배치되며, 그 반사면에 입사된 평행광 및 비평행광을 수렴반사시키도록 구획된 복수의 제1반사영역으로 이루어지고, 또한 복수의 제1반사영역 각각은 입사된 광을 서로 다른 각도로 반사시키는 복수의 제1소반사영역으로 이루어진 제1다중배열거울과; 상기 제1다중배열거울에서 반사된 광의 진행경로 상에 배치되며, 상기 복수의 제1반사영역 각각에 대응되는 복수의 구멍을 포함하여 상기 램프 쪽에서 입사된 평행광을 통과시키는 개구패널과; 상기 개구패널을 투과한 광을 반사시키도록 배치되며, 상기 제1반사영역에 대응되게 형성된 복수의 제2반사영역으로 이루어지고, 또한 상기 복수의 제2반사영역 각각에 형성되어 입사된 광을 서로 다른 각도로 반사시켜 평행광이 되도록 하는 복수의 제2소반사영역으로 이루어진 제2다중배열거울;을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 평행광 조명장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2소반사영역은 입사광을 서로 다른 각도로 반사시키도록 그 단면 형상이 다각형 형상인 것을 특징으로 하는 평행광 조명장치.
3. 포물경과; 상기 포물경의 초점에 위치되며, 비평행광 및 상기 포물경에서 반사된 평행광을 생성 조사하는 램프와; 상기 포물경의 전방에 경사지게 배치되며, 그 반사면에 입사된 평행광 및 비평행광을 수렴반사시키도록 구획된 복수의 제1비구면 오목거울로 이루어진 제1다중배열거울과; 상기 제1다중배열거울에서 반사된 광의 진행경로 상에 배치되며, 상기 복수의 제1반사영역 각각에 대응되는 복수의 구멍을 포함하여 상기 램프 쪽에서 입사된 평행광을 통과시키는 개구패널과; 상기 개구패널을 투과한 광을 반사시키도록 배치되며, 상기 제1비구면 오목거울에 대응되게 형성되어 평행광이 되도록 하는 복수의 제2비구면 오목거울로 이루어진 제2다중배열거울;을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 평행광 조명장치.
4. 제3항에 있어서, 제2비구면 오목거울은 상기 제1비구면 오목거울과 크기가 다른 닮은꼴인 것을 특징으로 하는 평행광 조명장치.